The invention relates to a fiber pulse laser induced cutting device and method of carbon fiber composite materials, including the X Y platform and the Z axis, X in Y platform is provided with a fixture, on one side of the three axis NC worktable is arranged on the optical fiber laser, fiber laser pulse emitted from the laser beam reflector, filter and through the lens focusing on the surface of the carbon fiber composite laminates, the oxygen jet nozzle is arranged at the bottom of lens, the processing method of the invention, the use of carbon fiber composite laminate structure and the characteristics of oxidation reaction, oxidation reaction with carbon fiber composite layers of depth, the final cut of the laser irradiated area, complete with carbon fiber composite laser cutting. The present invention in radiation optical fiber pulse laser induced by oxidation of the carbon fiber composite laminates of carbon fiber and resin cracking of carbide material removal, and gradually cut through the material with the oxidation reaction area to expand the depth direction, finish cutting.
【技术实现步骤摘要】
一种光纤脉冲激光诱导切割碳纤维复合材料的装置和方法
本专利技术属于激光切割技术,具体指一种采用光纤脉冲激光诱导碳纤维复合材料温度升高,利用碳纤维与树脂的氧化反应特性实现碳纤维与树脂的去除,用于碳纤维复合材料层合板的切割加工。
技术介绍
碳纤维增强树脂基复合材料(CarbonFiberReinforcedPlastic,CFRP)因其性能优越而在航空航天、国防、交通等领域获得广泛应用。随着轻量化、安全性、经济性、航程距离等要求提高,CFRP在军用与民用飞机上的应用比例猛增,从飞机蒙皮到飞机中央翼盒、发动机的风扇转子叶片、短舱及反推装置等零部件。CFRP用量已成为航空航天领域先进性的一个重要标志。随着我国军用飞机与民用大飞机研制飞速发展,CFRP生产与加工也成为我国的重点发展领域。为提高使用性能,CFRP多采用单层内碳纤维带平纹或斜纹编织,整体多层层合的结构。随着应用范围扩大,CFRP零部件的体积、形状与复杂程度都在增加。虽然能够通过缠绕成型、树脂传递模塑成型、热压罐成型等工艺直接制造出复杂的整体CFRP零部件,但随着CFRP零部件的形位精度、装配精度与质量要求不断提高,切割和孔加工仍必不可少。由于碳纤维硬度和模量均高于其外包裹的树脂基体,加之两种组分复合方式使CFRP具有非均质性、各向异性、层间强度低等特点。目前航空航天工业多采用钻、铣为主的机械加工工艺,但刀具磨损快寿命短,易导致分层、撕裂、毛刺等加工缺陷。为保证加工质量需要牺牲加工效率,特别是加工形状复杂及大型CFRP零部件时,不仅加工效率低还需要耗费大量刀具。激光加工属于无切削力的非接触式加工,从根源上 ...
【技术保护点】
一种光纤脉冲激光诱导切割碳纤维复合材料的装置,包括通过计算机控制系统(4)控制三轴数控工作台,所述三轴数控工作台包括X‑Y平台(9)和Z轴(10),其特征在于:在所述X‑Y平台(9)上设置有通过夹具(8)装夹的碳纤维复合材料层合板(7),在所述三轴数控工作台的一侧设置有光纤脉冲激光器(1),所述光纤脉冲激光器(1)射出的激光束(12)经过数个反射镜(2)、滤镜(3)和透镜(5)聚焦在碳纤维复合材料层合板(7)表面,在所述三轴数控工作台的另一侧设置有含氧射流供给装置(11),所述含氧射流供给装置(11)与含氧射流喷嘴(6)连接,所述含氧射流喷嘴(6)设置在所述透镜(5)的下方,所述含氧射流喷嘴(6)的气流方向与垂直于所述碳纤维复合材料层合板(7)的激光光束同轴。
【技术特征摘要】
1.一种光纤脉冲激光诱导切割碳纤维复合材料的装置,包括通过计算机控制系统(4)控制三轴数控工作台,所述三轴数控工作台包括X-Y平台(9)和Z轴(10),其特征在于:在所述X-Y平台(9)上设置有通过夹具(8)装夹的碳纤维复合材料层合板(7),在所述三轴数控工作台的一侧设置有光纤脉冲激光器(1),所述光纤脉冲激光器(1)射出的激光束(12)经过数个反射镜(2)、滤镜(3)和透镜(5)聚焦在碳纤维复合材料层合板(7)表面,在所述三轴数控工作台的另一侧设置有含氧射流供给装置(11),所述含氧射流供给装置(11)与含氧射流喷嘴(6)连接,所述含氧射流喷嘴(6)设置在所述透镜(5)的下方,所述含氧射流喷嘴(6)的气流方向与垂直于所述碳纤维复合材料层合板(7)的激光光束同轴。2.根据权利要求1所述一种光纤脉冲激光诱导切割碳纤维复合材料的方法,其特征在于:所述切割方法包括如下步骤:(A)使用夹具(8)将碳纤维复合材料层合板(7)装夹固定在三轴数控工作台的X-Y平台(9)上,计算机控制系统(4)控制三轴数控工作台位置,通过移动控制数控工作台的X-Y平台(9),控制激光束(12)在碳纤维复合材料层合板(7)上的位置,移动数控工作台的Z轴(10)控制透镜(5)的焦点位置,并控制激光光斑的尺寸,根据光纤位置调整反射镜(2)的数量,含氧射流喷嘴(6)为激光辐照区域提供氧气氛...
【专利技术属性】
技术研发人员:牟娟,卞荣,张思弟,刘桂芝,
申请(专利权)人:南京工程学院,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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