机械工程学报

作者：马尧, 王禹祺, 徐文俊, 崔家荣, 李军, 罗涛, 周伟

单位：1. 厦门大学萨本栋微米纳米科学技术研究院 厦门 361102;2. 苏州德龙激光股份有限公司 苏州 215026

关键词：激光加工,碳纤维增强复合材料,微孔,变入射角；

基金：国家重点研发计划(2023YFB4604600)和国家自然科学基金(52325507)资助项目。

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced plastic，CFRP)拥有比刚度和强度高、热稳定性和耐腐蚀性好等优异特性，在航空航天、医疗和国防等领域应用广泛。然而，CFRP中纤维和树脂基体的材料特性差异导致传统方法难以加工高深径比CFRP微孔。为此，设计搭建变入射角(Angles of incidence，AOI)超快激光加工系统，研究该系统加工高深径比CFRP微孔的能力，系统分析激光脉冲能量、扫描速度和AOI对直径200 μm、深径比10:1的CFRP微孔加工质量的影响。结果表明，激光脉冲能量和扫描速度显著影响微孔入口和出口热影响区(Heat-affected zone，HAZ)大小，AOI则显著影响微孔锥度；变AOI的螺旋扫描加工策略可有效解决固定AOI在聚焦深度变化时的能量分布不均问题，极大减小微孔锥度，甚至可实现负锥微孔加工；合理的修边和清扫策略可以有效减小侧壁粗糙度，最小Ra<0.8 μm。最后，通过加工2×3的微孔阵列，验证工艺参数优化的有效性，表明变入射角激光在高深径比CFRP微孔加工方面的巨大潜力。

来源：2025年第21期

《机械工程学报》期刊编辑部

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