短脉冲激光损伤阻尼橡胶材料及打孔试验分析.pdfVIP

第31卷第 4期 湖 北 工 业 大 学 学 报 2016年 O8月 Vo1．31NO．4 JournalofHubeiUniversityofTechnology Aug．2O16 [文章编号]1003～4684(2016)04—0017-04 短脉冲激光损伤阻尼橡胶材料及打孔试验分析 王呈祥 ，张德生，汪 幸，刘少军，熊 厚 (湖北工业大学机械工程学院，湖北 武汉 430068) [摘 要]针对脉冲激光与阻尼橡胶材料的相互作用，通过设计单脉冲损伤实验测出了脉宽为 10ns时的损伤阈 值 。根据损伤阈值的倍数 ，改变激光的能量密度进行钻孔加工实验 ，发现能量密度为损伤 阈值 的5～6倍 ，对阻尼 橡胶材料加工的效果较为理想。结合损伤阈值的计算方法，在不同的脉宽条件下，可以借鉴本文方法选取适当的 加工激光能量密度 。 [关键词]激光加工 ；激光损伤 ；阻尼橡胶 ；能量密度 }损伤 阈值 [中图分类号]TG665 [文献标识码]：A 阻尼橡胶材料因其优异的性能被广泛应用于汽 定的条件下改变单脉冲能量 E ，测量打点的直径变 车的吸声装置、减振装置等。但受橡胶材料本身的 化趋势 ，从而可以推导出丁腈橡胶的损伤阈值J 。 影响口]，其功能和使用有一定 的限制。实际应用时 1．2 实验系统及设备 需要对成品橡胶进行二次加工 ，而打微孔是最常用 激光加工 的实验装置主要由激光器、扩束器 、控 的加工处理方式 刮。 制系统 、观测系统和工作 台等 5大部分组成 ，实验装 激光加工技术是用高能量密度的激光束直接作 置如图1所示 。加工过程是通过激光与物体表面相 用在被加工材料表面 ，使材料分解 ，从而去除材料 。 对运动实现的，这种 “相对运动”既可 以是光束 的运 激光加工具有精度高、成本低 、效率高、通用性强等 动 ，也可以是工件的运动。本系统采用工件 固定 、加 优点 ]，而且具有一定 的灵活性，不需要夹具 ，在现 工光源扫描移动的方式。基于这种工作方式 ，脉冲 代制造领域应用越来越广泛，特别适用于阻尼橡胶 激光加工系统应由图1所示部分组成 。 材料的微加工 [5]。 1 阻尼橡胶材料损伤阈值的测定 1．1 实验原理 激光 的能量密度高于损伤阈值时，能量密度越 低 ，激光对材料的烧蚀直径 D越小 。由于脉冲激光 的能量成高斯分布 ，所以烧蚀直径 D可 以小于激光 光斑直径 。当烧蚀直径 D 刚好为零 时，此时的激光 图 1 激光加工系统结构不意 图 能量密度就是材料的损伤阈值 。 实验的主要 目的是测量脉冲激光对阻尼橡胶材 损伤阈值是激光能够与材料产生作用的最小能 料作用 的损伤阈值。实验的脉宽为 10ns，重频 f一 量密度，是一个与激光束本身和材料有关 的固有参 300kHz，扫描速度为 30m／s，通过改变功率改变单 数。光斑 中心能量密度与单脉冲能量的关系为 脉冲能量 E 。单脉冲 的能量密度通过 公式 。一 D 一 2∞ (In~o0／∞ ) (1) 2E ／砌 得到。材料 的损伤 阈值 只与激光 的功率 可以看 出是一条关于 D 一 1 。的直线 ，其斜率 密度有关 ，与激光的脉冲次数无关 ，即激光 的能量很 为 2w 。 小时，无论多少个脉冲都无法对材料产生烧蚀 。 损伤阈值的测量公式 一 。ID ，其中 。 所用的激光是波长为 1064rim 的激光 ，实验使 为光斑半径 ，D 为刻蚀时的外轮廓直