3 / 13
Экспериментальная оценка режимов размерной обработки углепластиков…
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2017. № 1
75
Лазерная обработка ВПКМ в настоящее время уже хорошо установившаяся
и многообещающая технология, но из-за неоднородных теплофизических
свойств материала возникают проблемы по качеству обработки. Главная техно-
логическая проблема
—
образование зоны термического влияния (ЗТВ), в ко-
торой нарушается прочность сцепления углеродных волокон наполнителя со
связующей матрицей, что приводит к снижению упругопрочностных свойств
ВПКМ. Зона термического влияния возникает вследствие того, что из-за высо-
кой теплопроводности углеродного волокна (на 1–2 порядка больше, чем у мат-
рицы) и низкой температуры повреждения матрицы (на порядок ниже, чем
температура испарения углеродного волокна) часть энергии лазерного излуче-
ния рассеивается в материале вне канала реза, вызывая термодеструкцию мат-
рицы. Поэтому для достижения высокого качества лазерной обработки ВПКМ
необходим комплекс экспериментальных и теоретических исследований по
определению алгоритма и технологических параметров режима обработки.
Экспериментальная установка.
Экспериментальные исследования по ла-
зерной обработке углепластиков проводились на установке, состоящей из сле-
дующих комплектующих:
– импульсного наносекундного иттербиевого волоконного лазера модели
YLPM-1-4×200-20-20 с длиной волны излучения 1,06 мкм и средней мощностью
20 Вт производства НТО «ИРЭ-Полюс». Типовые режимы работы данного лазе-
ра показаны в табл. 1;
– двухосевого гальваносканера с входной апертурой 10 мм и типовой ско-
ростью сканирования 3 м/с;
– F-Theta-линзы c фокусным расстоянием
f
= 100 мм и размером поля об-
работки 62 ×
62 мм;
– модуля линейного перемещения сканирующей системы по вертикальной
оси
Z
c точностью позиционирования 25 мкм, повторяемостью ±25 мкм;
– контроллера, управляющего импульсным волоконным лазером, гальва-
носканером и сервоприводом по оси
Z
, со специализированным программным
обеспечением.
Таблица 1
Параметры типовых режимов работы иттербиевого волоконного лазера модели
YLPM-1-4×200-20-20
Обозначение
режима работы
лазера
Средняя
выходная мощ-
ность, Вт
Частота следова-
ния импульсов,
кГц
Длительность
импульса (по полу-
высоте), нс
Энергия
в импуль-
се, мДж
T
8
20
20
200
1,0
T
7
40
100
0,5
T
6
60
50
0,33
T
5
85
30
0,23
T
4
105
20
0,19
T
3
125
14
0,16
T
2
200
8
0,1
T
1
500
4
0,04