论文部分内容阅读
针对碳纤维复合材料在激光切割中存在热损伤:热影响区、纤维突出、分层等一系列缺陷,将激光与水射流复合应用到碳纤维复合材料的加工切割来提高其切割质量。本文进行了水射流辅助激光切割碳纤维复合材料(CFRP)的研究,主要从建立切口形状参数的理论计算模型与验证、模拟仿真复合加工过程中的热影响、脉冲激光工艺参数以及水射流流速对加工热损伤的影响等几个方面展开研究,并研究了在CFRP上旋切孔,研究流速与孔径对其热损伤的影响,具体如下:(1)在前人提出的激光直接切割过程的理论模型之上,引入水射流辅助加工的冷却与冲蚀作用,建立了水射流辅助激光切割CFRP与射流流速、脉冲能量、重复频率与扫描速度相关的理论模型,用以预估加工过后的上下切缝宽度与锥角,并进行了相关实验验证,结果表明理论模型模拟结果与实验所得较为一致。(2)使用ABAQUS软件模拟研究了复合切割中热影响区随射流流速、脉冲能量的变化趋势;运用单因素实验法,从上下表面纤维突出长度、最大热影响区宽度等角度系统分析研究了各项加工参数对水射流辅助激光切割CFRP热损伤情况的影响规律,实验表明水射流的引入确实对激光切割CFRP材料的热损伤情况具有改善的作用,水射流在0~26m/s范围内有规律增加时,加工所得上下表面纤维突出长度、最大热影响区宽度都在随之减小;脉冲能量在2.12J~3.75J之间增加时,上下表面纤维突出长度、最大热影响区宽度都在随之增加;脉冲宽度在1.5mS~2.1mS之间增加时,上下表面纤维突出长度、最大热影响区宽度都在随之增加;重复频率在30Hz~70Hz之间增加时,上下表面纤维突出长度、最大热影响区宽度都在随之增加;扫描速度在0.5mm/s~4mm/s之间增加时,上下表面纤维突出长度、最大热影响区宽度随之减小。(3)应用水射流辅助激光对CFRP材料进行切孔,研究对比分析了不同流速与孔径下的热损伤情况,实验表明水射流对复合旋切孔的热损伤情况也有较大改善,而孔径越小材料同一处所受热损伤越多,加工过程中应根据孔径不同调节适合的参数以获得更佳的质量。