Kevlar-29 材料的飛秒激光制孔形貌及性能研究

成健，李嘉樂，張志偉，姜晟，章鵬，翟中生，劉頓

（1 湖北工業(yè)大學(xué) 機械工程學(xué)院，武漢 430068）

（2 現(xiàn)代制造質(zhì)量工程湖北省重點實驗室，武漢 430068）

0 引言

芳綸纖維增強復(fù)合材料（Aramid Fiber Reinforced Plastics， AFRP）由芳綸纖維和環(huán)氧樹脂復(fù)合而成，是一種具有高強度、高剛度、低密度和優(yōu)異的耐腐蝕性能的材料［1-5］。由于其卓越的性能，AFRP 材料已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、裝備防護(hù)、建筑和電子領(lǐng)域［6-11］。

一次成型工藝無法滿足AFRP 在各領(lǐng)域的應(yīng)用，制孔是AFRP 材料加工過程中必要的一步，能為其帶來更廣泛的應(yīng)用［12］。例如，被用作防護(hù)外殼時，需要在AFRP 上加工定位孔和連接孔。王晉宇等［13］采用液氮超低溫切削的方式進(jìn)行AFRP 的制孔研究，使用液氮冷卻能降低由于切削熱產(chǎn)生的燒蝕，有效提高制孔質(zhì)量，但仍存在較明顯的毛刺。LIU Sinan 等［14］基于多目標(biāo)遺傳算法，優(yōu)化了鉆削參數(shù)，減小了撕裂、毛刺產(chǎn)生等損傷，但僅能得到單一損傷的優(yōu)化解。傳統(tǒng)機械加工方法進(jìn)行AFRP 制孔加工時往往伴隨著刀具磨損、毛刺產(chǎn)生、分層撕裂、燒傷損傷等問題［15-17］。這些缺陷可能會降低材料的強度和可靠性，從而影響材料的性能和應(yīng)用。

激光制孔技術(shù)通過非接觸式加工方法，避免了機械制孔可能造成的物理損傷，同時也能更精確地控制孔的位置、孔徑和形狀［18-22］。TAGLIAFERRI V 等［23］采用CO2激光對AFRP 進(jìn)行切割試驗，發(fā)現(xiàn)芳綸纖維和樹脂基體對該波長的吸收差異較小，從而使AFRP 獲得較好的加工質(zhì)量。BASSIM B 等［24］建立了激光切割模型，研究了激光能量、聚焦位置和氣體環(huán)境等工藝參數(shù)對切割過程的影響；……