Экспериментальная оценка режимов размерной обработки углепластиков импульсным наносекундным излучением волоконного иттербиевого лазера

Проблема эффективной обработки изделий из углепластиков на основе термореактивных связующих благодаря высокому уровню их упругопрочностных свойств, многофункциональности и возможности обеспечения минимальной массы изделий сегодня весьма актуальна. Традиционные методы обработки (механическая и гидроабразивная) имеют ряд существенных недостатков - сильный износ режущего инструмента, расслоение материала из-за вибрационных и ударных нагрузок, ограничения на контур раскроя и др. В настоящее время лазерная обработка углепластиков - это наиболее перспективный бесконтактный, гибкий в управлении, производительный и не требующий расходных материалов способ обработки. Проведен большой объем экспериментальных исследований в целях определения технологических параметров лазерной обработки углепластиков толщиной 1 мм с матрицей на основе эпоксидной смолы для обеспечения приемлемой зоны термического влияния и геометрии канала реза. Создана установка на основе широко применяемого в современной промышленности наносекундного импульсного волоконного иттербиевого лазера с длиной волны 1,06 мкм и средней мощностью излучения 20 Вт. Разработана методика оценки качества обработки. По результатам исследований сформулированы рекомендации по выбору алгоритма и технологических параметров режима обработки, обеспечивающих требуемое качество детали в соответствии с установленными критериями.

Литература

[1] Михайлин Ю.А. Волокнистые полимерные композиционные материалы в технике. СПб.: Научные основы и технологии, 2015. 720 с.

[2] Negarestani R., Li L. Laser machining of fibre-reinforced polymeric composite materials // Machining technology for composite materials. Principles and practice. Woodhead Publishing Ltd., 2012. Р. 288-308.

[3] Goeke А., Emmelmann С. Influence of laser cutting parameters on CFRP part quality // Physics Procedia. 2010. Vd. 5. Part B. P. 253-258. DOI: 10.1016/j.phpro.2010.08.051 URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1875389210004773

[4] Influence of laser scanning conditions on CFRP processing with a pulsed fiber laser / K. Takahashi, M. Tsukamoto, S. Masuno, Y. Sato, H. Yoshida, K. Tsubakimoto, H. Fujita, N. Miyanaga, M. Fujita, H. Ogata // Journal of Materials Processing Technology. 2015. Vol. 222. P. 110-121. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2015.02.043 URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0924013615001004

[5] Weber R., Hafner M., Michalowski A., Graf T. Minimum damage in CFRP laser processing // Physics Procedia. 2011. Vol. 12. Part B. P. 302-307. DOI: 0.1016/j.phpro.2011.03.137 URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1875389211002161

[6] Short-pulse laser processing of CFRP / R. Weber, C. Freitag, T. Kononenko, M. Hafner, V. Onuseit, P. Berger, T. Graf // Physics Procedia. 2012. Vol. 39. P. 137-146. DOI: 10.1016/j.phpro.2012.10.023 URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1875389212025503

[7] Вейко В.П. Технологические лазеры и лазерное излучение // Опорный конспект лекций по курсу "Физико-технические основы лазерных технологий". СПб.: СПбГУ ИТМО, 2007. 52 с.

[8] Вакс Е.Д., Миленький М.Н., Сапрыкин Л.Г. Практика прецизионной лазерной обработки. М.: Техносфера, 2013. 696 с.

[9] Leone С., Genna S., Tagliaferri V. Fibre laser cutting CFRP thin Sheets by multi-passes scan technique // Optics and Lasers in Engineering. 2014. Vol. 53. Р. 43-50. DOI: 10.1016/j.optlaseng.2013.07.027 URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0143816613002431

[10] Cenna А., Matew Р. Evaluation of cut quality of fibre-reinforced plastics - a review // Int. J. Mach. Tools Manufact. 1997. Vol. 37. No. 6. Р. 723-736.

[11] Virtual process chain for simulation of heat affected zones during laser cutting of carbon fibre-reinforced plastics / M. Canisius, D. Herzog, M. Schmidt-Lehr, M. Oberlander, F. Albert, S. Broetje, Р. Ploog, С. Emmelmann // NAFEMS Seminar "Simulation of Composites - A Closed Process Chain?", Leipzig, 2014. URL: http://www.scansonic.de/files/publikationen/nafems_simulation_of_composites.pdf (дата обращения: 17.05.2016).

[12] Гуреев Д.М., Кузнецов С.И., Петров А.Л. Лазерный раскрой углеродных композиционных материалов // Известия Самарского научного центра РАН. 1999. № 2. С. 255-264.

[13] Григорьянц А.Г., Соколов А.А. Лазерная обработка неметаллических материалов. Кн. 4. М.: Высш. шк., 1988. 191 с.