一、概况 由于复合材料对激光束产生的红外射线的吸收率高，在低功率密度（102～103）W/cm2下可进行深透加工，因此激光束适合切割复合材料。与其它方法相比，激光切割具...

　　由于复合材料对激光束产生的红外射线的吸收率高，在低功率密度（102～103）W/cm2下可进行深透加工，因此激光束适合切割复合材料。与其它方法相比，激光切割具有以下突出优点。

　　2）激光作用时间短，约为（10-1～10-4）s，所以激光切割的热影响区小，约为0.06mm～0.1mm.

　　4）激光切割速度快，切割硼/环氧复合材料的速度可达12m/min；而切割丙烯板材为机械切割法的7倍。

　　5）激光既能切割平面工件，又能切割、加工立体工件，激光能量是无接触传送的，所以切割硬脆材料能防止碎裂。用激光束可较好地切割小于0.5mm厚的薄材。

　　6）由于激光切割属于点切割，其加工灵活性好。可根据需要，从板材的任一点开始切割形状复杂和有尖角的零件。

　　激光切割与数控技术结合，可实现自动化。数控切割的优点是：不用划线；零件形状变化时，只需改变程序，无需更换工具就能切割各种形状零件，效率提高8～20倍；可套切，且加工精度和重复精度高，可节省材料20～30.如600WCW-CO2激光器可切割各种复合材料，切缝宽为0.13mm，实际加工公差为0.001；不需要刚性夹紧，工件不受力，可切割易变形的薄板零件。

　　由于航空航天工业对复合材料产品需求量的增加，用激光切割复合材料变得越来越重要。用机械切割2.45mm厚的环氧基复合材料，需要手工修整和热封，加工一个零件需要12h～14h，而数控激光切割仅需5min，效率提高150倍。

　　在356mm厚的凯芙拉/环氧预浸料板上切割16个直径为232mm的圆盘，用激光切割可取代两台带锯、1台车床和两台钻床，所需时间为5min.

　　激光切割和机械加工两者所用的试件均由3.5mm厚的凯芙拉49/环氧预浸料制成。抗拉强度试验表明，激光切割的试件平均模量为34GPa，平均抗拉强度为580GPa，而机械加工的分别为31.9GPa和550GPa.

　　由上可知，激光切割经济效益显著，尽管激光切割机价格比普通切割机高，但激光切割机的折旧时间很短，在生产中充分利用设备的情况下，一年之内即可收回设备投资。

　　激光切割复合材料通常不产生熔化反应，熔化的材料周围不像金属那样形成蒸汽柱。材料成分（树脂和纤维）的性质大大地影响产生热的机理，一般蒸发纤维所需能量比蒸发树脂的高，因此切割复合材料所需的功率主要取决于纤维的种类及其含量。

　　这些材料具有不同的热特性，通常所采用的典型值，因此，在切割复合材料时，当某一部分可进行高速切割，而其它部分只能用低速切割时，如果用低速切割这部分材料，则对另一部分材料有熔融、塌边及炭化等恶劣影响，并在加工具有空腔那样不均匀的材料时，这些影响则会使加速气流产生紊流，其结果形成不规则的切割面。这是由于激光所产生的热量足以引起树脂蒸发，从而引起树脂富集区内的纤维蒸发所致。对于这种情况，需要高速切割，而且要功率极大的激光器，采用这种工艺可切割传统方法难以切割的复合材料。

　　凯芙拉纤维是随航空航天工业发展而普及的一种材料，也是非常坚硬的材料，以前用金刚石/硬质合金刀具切割，刀刃极易变钝，一般只能保持几分钟。使用目前的技术，用250WCO2激光器，以12m/min的速度能够切割1.2mm厚的凯芙拉/环氧复合材料，用1kWCO2激光器能够切割的最大厚度为9.5mm.为了避免切割面产生炭化，必须采用峰值功率极高的脉冲激光束。同样，切割玻璃纤维，特别是碳纤维时，切割面也容易炭化，这是由于碳纤维的导热性很好，切割时产生的热很快分散到周围的基体上，结果树脂受热而蒸发或燃烧所致。

　　影响切割质量的基本参数是：激光功率、工件材料、厚度、层数、焦距、辅助气体和喷嘴设计。功率越大，可切割的厚度越大；切割速度越高，以保证有足够的功率密度。厚的板材要求采用的焦距比薄板的长，以避免蒸发材料时消耗功率。切割时通过喷嘴将辅助气体（如惰性气体N2，A）与激光束同轴向同时喷射到工件上，可吹去熔化物，防止破碎或燃烧。

　　现在先进的生产方式是采用计算机控制，这种生产方式适用于多品种、小批量、生产周期短的零件加工，因此激光切割机采用了数控技术、高精度自动化的装卸定位系统。例如，美国格鲁曼飞机公司研究的41型750WCO2激光切割机和750型二座标数控激光切割机用于切割硼/铝金属基复合材料。

　　美国数控激光公司研制了LL系列数控高速轴流激光加工中心，输出功率为500W～600W.LL-500五座标数控激光加工中心专为切割大型飞机零件而设计的。该加工中心的占地面积减少到原来切割机的1/10.

　　美国休斯公司研制出功率为500W的数控CO2激光切割机，该机与CAD/CAM相连，可实现设计制造一体化，对产品试制特别有利，如果使用智能接口和专家系统，切割精度和质量可提高1000倍。

　　随着科学技术的迅速发展，各行各业都很重视复合材料的应用，尤其在航空航天工业中的应用，所占比例将逐渐上升，因此对复合材料加工技术发展极为关心。

　　激光切割和高压水射流切割作为热、冷加工技术，尤其适合于常规方法不经济和不适用的许多应用中。也已证明，这两种技术能够最有效地切割复合材料，国外已在生产线上应用。目前，我国正处于研究开发阶段。为满足航空航天产品的需要，应着重引进、研究和应用这两种技术，并开展相应的工艺试验。这两种技术与NC、CNC、CAD/CAM及“工件不动，切割头动”的结构相结合，既不损坏工件表面，也不需要夹持工件。BG真人APP