隨著航空航天工業、兵器工業、化學工業、電子工業等行業的發展，對產品零部件材料的性能有了更高要求，同時也出現了各種高強度、高硬度、高脆性的工程材料。材料性能提高的同時給加工帶來了困難。例如高溫合金在高溫下具有優良的熱強度性能、熱穩定性能及熱疲勞性能，常溫下加工刀具磨損嚴重、表面質量差。工程陶瓷強度高、耐磨損、抗腐蝕，目前通常采用磨削加工，生產效率低、成本高、加工幾何形狀受限。近年來出現的加熱輔助切削技術是解決難加工材料加工的一種有效方法。目前常用的熱源有等離子電弧、氧乙炔焰和激光等。與其他熱源相比，激光光斑尺寸小、能量密度高，并在能量分布和時間特性上有很好的可控性，在加熱輔助加工上得到越來越廣泛的應用。

　　激光加熱輔助切削技術

　　激光加熱輔助切削（Laser Assisted Machining，LAM）是將高功率激光束聚焦在切削刃前的工件表面，在材料被切除前的短時間內將局部加熱到很高的溫度，使材料的切削性能在高溫下發生改變，從而可以采用普通刀具進行加工。通過對工件加熱，提高材料的塑性，降低切削力，減小刀具磨損，減小振動。對硬脆材料可將其脆性轉化為延展性，使屈服強度降低到斷裂強度以下，避免加工中出現裂紋，從而達到提高加工效率、降低成本、提高表面質量的目的。激光加熱輔助切削的示意圖如圖1所示。

　　激光加熱輔助切削技術研究現狀

　　激光加熱輔助切削技術最早出現于20世紀70年代，作為一種提高難加工材料生產率的方法，用于鎳合金、鈦合金和淬硬鋼的加工。雖然LAM的可行性得到了驗證，但對激光能量、光束位置等影響因素沒有進行系統的研究，受金屬材料吸收率低、激光技術發展等因素限制導致加工成本高、加工經濟性差，使LAM的研究陷入停滯狀態。而到90年代，由于陶瓷等復合材料技術的發展，性能好、加工難度大的材料出現及激光設備價格降低，LAM技術逐漸回到了研究者的視線。

　　采用LAM技術對金屬材料加工可以有效降低切削力與刀具磨損，并提高加工效率。Sun等對鈦金屬進行了LAM試驗研究，發現切削力可以降低20%~50%，較低的動態切削力與加工表面附近的低硬度提高了加工表面質量。Anderson等對Inconel 718材料進行了LAM加工，研究了工藝參數對工件表面質量、材料去除率、刀具磨損、切削力、表面粗糙度與切削比能的影響。結果表明，采用LAM技術加工可以降低25%的切削比能，表面粗糙度降低，使陶瓷刀具的壽命增加200%~300%。Anderson等采用LAM方法加工了不銹鋼P550。隨著加工區域溫度的升高，比切削能降低25%。材料強度降低使刀具壽命提高1倍。工件表面組織沒有發生變化，硬度與傳統加工的硬度相同，并可以使加工時間節省20%~50%。工程陶瓷材料由于其塑性變形能力差、脆性高、斷裂韌性低及強度高等特點使加工難度加大，在室溫條件下很難采用切削方法加工。陶瓷材料在達到一定溫度后開始軟化，脆性轉變為塑性，可以采用傳統刀具進行加工。Purdue大學的Rozzi、Lei等對氮化硅、氧化鋯、莫來石等陶瓷材料的LAM進行了深入研究。

　　加工結果表明，切削力與刀具磨損隨加工溫度的升高而降低，比切削能小，加工后表面沒有裂紋產生，并且可以高效加工復雜形狀零件。Tian等通過激光輔助三維瞬態傳熱模型得到了最優化加工工藝參數的方法，通過實時改變激光能量，成功地在氮化硅材料上加工出復雜形狀的工件，并且沒有產生亞表面裂紋與熱損傷。

　　激光加熱輔助銑削（LAML）加工過程復雜，是間歇切削過程，對刀具與工件的沖擊大，因此關于此方面的研究相對較少。König對鎢鉻鈷合金進行了LAML研究，證明了加熱輔助銑削的可行性。Yang等進行了激光加熱輔助銑削陶瓷的研究，通過試驗證明了輔助銑削的可行性，結果表明激光加熱輔助銑削可以顯著降低切削力，切屑連續，得到良好的加工表面。Tian等建立了LAML三維溫度場模型，并通過試驗驗證了模型的準確性。成功采用TiAlN涂層硬質合金刀具對氮化硅材料進行了加工試驗，以磨損極限VB=0.3mm計算，刀具壽命可以達到260mm。采用LAML技術明顯提高了Inconel 718的加工性能，切削溫度達到520℃時切削力降低40%~50%，刀具壽命提高1倍，表面粗糙度降低到原來的1/2。

　　總結:

　　高性能材料的發展是航空航天產業發展的關鍵因素，同時促進著高效率、高質量加工技術的進步。氮化硅陶瓷是一種應用日益廣泛的典型高硬度、高脆性的高性能材料，采用激光加熱輔助切削技術可實現氮化硅陶瓷工件外圓、平面及復雜溝槽加工，表面質量好，不產生裂紋，并且加工后材料沒有發生物相變化。充分展現了激光加熱輔助切削技術在難加工材料，尤其是在復合材料加工中的應用前景。隨著激光技術、加熱輔助切削技術及成套裝備的出現，激光加熱輔助切削技術將在未來難加工材料加工的應用中占有重要的位置。