一、概況 由于復(fù)合材料對(duì)激光束產(chǎn)生的紅外射線(xiàn)的吸收率高，在低功率密度（102～103）W/cm2下可進(jìn)行深透加工，因此激光束適合切割復(fù)合材料。星空體育登錄與其它方法相比，激光切割具...

　　由于復(fù)合材料對(duì)激光束產(chǎn)生的紅外射線(xiàn)的吸收率高，在低功率密度（102～103）W/cm2下可進(jìn)行深透加工，因此激光束適合切割復(fù)合材料。與其它方法相比，激光切割具有以下突出優(yōu)點(diǎn)。

　　2）激光作用時(shí)間短，約為（10-1～10-4）s，所以激光切割的熱影響區(qū)小，約為0.06mm～0.1mm.

　　4）激光切割速度快，切割硼/環(huán)氧復(fù)合材料的速度可達(dá)12m/min；而切割丙烯板材為機(jī)械切割法的7倍。

　　5）激光既能切割平面工件，又能切割、加工立體工件，激光能量是無(wú)接觸傳送的，所以切割硬脆材料能防止碎裂。用激光束可較好地切割小于0.5mm厚的薄材。

　　6）由于激光切割屬于點(diǎn)切割，其加工靈活性好?？筛鶕?jù)需要，從板材的任一點(diǎn)開(kāi)始切割形狀復(fù)雜和有尖角的零件。

　　激光切割與數(shù)控技術(shù)結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。數(shù)控切割的優(yōu)點(diǎn)是：不用劃線(xiàn)；零件形狀變化時(shí)，只需改變程序，無(wú)需更換工具就能切割各種形狀零件，效率提高8～20倍；可套切，且加工精度和重復(fù)精度高，可節(jié)省材料20～30.如600WCW-CO2激光器可切割各種復(fù)合材料，切縫寬為0.13mm，實(shí)際加工公差為0.001；不需要?jiǎng)傂詩(shī)A緊，工件不受力，可切割易變形的薄板零件。

　　由于航空航天工業(yè)對(duì)復(fù)合材料產(chǎn)品需求量的增加，用激光切割復(fù)合材料變得越來(lái)越重要。用機(jī)械切割2.45mm厚的環(huán)氧基復(fù)合材料，需要手工修整和熱封，加工一個(gè)零件需要12h～14h，而數(shù)控激光切割僅需5min，效率提高150倍。

　　在356mm厚的凱芙拉/環(huán)氧預(yù)浸料板上切割16個(gè)直徑為232mm的圓盤(pán)，用激光切割可取代兩臺(tái)帶鋸、1臺(tái)車(chē)床和兩臺(tái)鉆床，所需時(shí)間為5min.

　　激光切割和機(jī)械加工兩者所用的試件均由3.5mm厚的凱芙拉49/環(huán)氧預(yù)浸料制成?？估瓘?qiáng)度試驗(yàn)表明，激光切割的試件平均模量為34GPa，平均抗拉強(qiáng)度為580GPa，而機(jī)械加工的分別為31.9GPa和550GPa.

　　由上可知，激光切割經(jīng)濟(jì)效益顯著，盡管激光切割機(jī)價(jià)格比普通切割機(jī)高，但激光切割機(jī)的折舊時(shí)間很短，在生產(chǎn)中充分利用設(shè)備的情況下，一年之內(nèi)即可收回設(shè)備投資。

　　激光切割復(fù)合材料通常不產(chǎn)生熔化反應(yīng)，熔化的材料周?chē)幌窠饘倌菢有纬烧羝?。材料成分（?shù)脂和纖維）的性質(zhì)大大地影響產(chǎn)生熱的機(jī)理，一般蒸發(fā)纖維所需能量比蒸發(fā)樹(shù)脂的高，因此切割復(fù)合材料所需的功率主要取決于纖維的種類(lèi)及其含量。

　　這些材料具有不同的熱特性，通常所采用的典型值，因此，在切割復(fù)合材料時(shí)，當(dāng)某一部分可進(jìn)行高速切割，而其它部分只能用低速切割時(shí)，如果用低速切割這部分材料，則對(duì)另一部分材料有熔融、塌邊及炭化等惡劣影響，并在加工具有空腔那樣不均勻的材料時(shí)，這些影響則會(huì)使加速氣流產(chǎn)生紊流，其結(jié)果形成不規(guī)則的切割面。這是由于激光所產(chǎn)生的熱量足以引起樹(shù)脂蒸發(fā)，從而引起樹(shù)脂富集區(qū)內(nèi)的纖維蒸發(fā)所致。對(duì)于這種情況，需要高速切割，而且要功率極大的激光器，采用這種工藝可切割傳統(tǒng)方法難以切割的復(fù)合材料。

　　凱芙拉纖維是隨航空航天工業(yè)發(fā)展而普及的一種材料，也是非常堅(jiān)硬的材料，以前用金剛石/硬質(zhì)合金刀具切割，刀刃極易變鈍，一般只能保持幾分鐘。使用目前的技術(shù)，用250WCO2激光器，以12m/min的速度能夠切割1.2mm厚的凱芙拉/環(huán)氧復(fù)合材料，用1kWCO2激光器能夠切割的最大厚度為9.5mm.為了避免切割面產(chǎn)生炭化，必須采用峰值功率極高的脈沖激光束。同樣，切割玻璃纖維，特別是碳纖維時(shí)，切割面也容易炭化，這是由于碳纖維的導(dǎo)熱性很好，切割時(shí)產(chǎn)生的熱很快分散到周?chē)幕w上，結(jié)果樹(shù)脂受熱而蒸發(fā)或燃燒所致。

　　影響切割質(zhì)量的基本參數(shù)是：激光功率、工件材料、厚度、層數(shù)、焦距、輔助氣體和噴嘴設(shè)計(jì)。功率越大，可切割的厚度越大；切割速度越高，以保證有足夠的功率密度。厚的板材要求采用的焦距比薄板的長(zhǎng)，以避免蒸發(fā)材料時(shí)消耗功率。切割時(shí)通過(guò)噴嘴將輔助氣體（如惰性氣體N2，A）與激光束同軸向同時(shí)噴射到工件上，可吹去熔化物，防止破碎或燃燒。

　　現(xiàn)在先進(jìn)的生產(chǎn)方式是采用計(jì)算機(jī)控制，這種生產(chǎn)方式適用于多品種、小批量、生產(chǎn)周期短的零件加工，因此激光切割機(jī)采用了數(shù)控技術(shù)、高精度自動(dòng)化的裝卸定位系統(tǒng)。例如，美國(guó)格魯曼飛機(jī)公司研究的41型750WCO2激光切割機(jī)和750型二座標(biāo)數(shù)控激光切割機(jī)用于切割硼/鋁金屬基復(fù)合材料。

　　美國(guó)數(shù)控激光公司研制了LL系列數(shù)控高速軸流激光加工中心，輸出功率為500W～600W.LL-500五座標(biāo)數(shù)控激光加工中心專(zhuān)為切割大型飛機(jī)零件而設(shè)計(jì)的。該加工中心的占地面積減少到原來(lái)切割機(jī)的1/10.

　　美國(guó)休斯公司研制出功率為500W的數(shù)控CO2激光切割機(jī)，該機(jī)與CAD/CAM相連，可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造一體化，對(duì)產(chǎn)品試制特別有利，如果使用智能接口和專(zhuān)家系統(tǒng)，切割精度和質(zhì)量可提高1000倍。星空體育登錄

　　隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，各行各業(yè)都很重視復(fù)合材料的應(yīng)用，尤其在航空航天工業(yè)中的應(yīng)用，所占比例將逐漸上升，因此對(duì)復(fù)合材料加工技術(shù)發(fā)展極為關(guān)心。

　　激光切割和高壓水射流切割作為熱、冷加工技術(shù)，尤其適合于常規(guī)方法不經(jīng)濟(jì)和不適用的許多應(yīng)用中。也已證明，這兩種技術(shù)能夠最有效地切割復(fù)合材料，國(guó)外已在生產(chǎn)線(xiàn)上應(yīng)用。目前，我國(guó)正處于研究開(kāi)發(fā)階段。為滿(mǎn)足航空航天產(chǎn)品的需要，應(yīng)著重引進(jìn)、研究和應(yīng)用這兩種技術(shù)，并開(kāi)展相應(yīng)的工藝試驗(yàn)。這兩種技術(shù)與NC、CNC、CAD/CAM及“工件不動(dòng)，切割頭動(dòng)”的結(jié)構(gòu)相結(jié)合，既不損壞工件表面，也不需要夾持工件。