激光加热辅助切削技术的应用及发展前景

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1、论坛FORUM激光加热辅助切削技术的应用及发展前景ApplicationandFutureScopeofLaser-AssistedMachiningTechnology哈尔滨工业大学机电工程学院王扬孔宪俊张宏志杨立军迟关心近年来出现的加热辅助切削技术是解决难加工材料加工的一种有效方法，通过提高工件局部温度改变被去除材料的性能，从而改善材料的可加工性。采用的热源包括等离子弧、氧乙炔焰和激光，其中激光具有能量密度高且易于调整、光斑尺寸与入射位置可控性好、集成方便等优点，已成为加热辅助加工首选热源。DOI:10.16080/j.issn

2、1671-833x.2015.11.043王扬 工程陶瓷等。其中高温合金被广泛材料加工的一种有效方法，通过提高教授，博导，哈尔滨工业大学机电应用于航空涡轮发动机的热端部件工件局部温度改变被去除材料的性工程学院航空宇航制造工程系主任，省及航天发动机的涡轮叶片等，但其高能，从而改善材料的可加工性。采用刀具技术和模具制造技术协会副理事强度、低塑性、低导热性导致常规加的热源包括等离子弧、氧乙炔焰和激长，中国光学学会委员，中国机械工程学会高级会员，中国机械工程协会理事。工过程中切削力大，切削温度高，刀光，其中激光具有能量密度高且易于主要研究领

3、域：激光加工技术、机械制具磨损严重[1-4]。钛合金主要应用于调整、光斑尺寸与入射位置可控性造与装备、红外无损检测技术等。近几航空航天领域，其常规切削加工成本好、集成方便等优点，已成为加热辅年承担国家“863”重点、国家自然科学高，主要是由切削时摩擦力大、温度助加工首选热源。基金、国家重大专项、国防基础科研和省[5-8]重点攻关等10多项科研课题，主编或参高、刀具磨损严重造成的。颗粒/编教材4本。曾获国家和省部级技术奖纤维增强复合材料由于塑性低以及激光加热辅助切削技术4项，市级奖1项。发表论文150余篇，微观不均匀性而难于进行常规机

4、械1激光加热辅助切削原理30余篇论文被SCI和EI检索。加工，特别体现在刀具磨损快和加工激光加热辅助切削（LAM）技术[9-12]表面缺陷多等方面。工程陶瓷是一种复合加工技术，通过高能激光强度高、耐磨损、抗腐蚀，目前通常采束加热使刀具前方的工件材料在被随着航空航天、兵器、机械工业用磨削加工，生产效率低、成本高、加切除前达到最佳软化切削温度，从而[13-15]等的发展，出现了很多先进的工程材工几何形状受限。近年来出现使切削时材料的塑性变形更容易，切料，如高温合金、钛合金、复合材料、的加热辅助切削技术是解决难加工削力、切削比能、表面粗糙

5、度及刀具43航空制造技术·2015年第11期论坛FORUM磨损减小，加工效率提高。加热切削料的去除温度，在LAM过程中，对热电偶2种方法测量了TiAl6V4和机理不仅在于材料在高温下硬度和于材料的去除机理、切削力、刀具磨SteelS235的温度场，试验测量结果强度降低，而且局部瞬时高温可在材损、表面质量都有决定性的作用。在与模型模拟结果吻合良好。料内部引起塑性变形区应力场的改LAM过程中切削温度通常被认为是变，材料在高温下与激光或介质发生激光参数和加工参数的函数。激光激光加热辅助切削技术的应用复杂的物理化学反应,均使材料切加热辅助切

6、削时激光与材料相互作1工程陶瓷削性发生改变。LAM原理见图1。用，激光束能量被材料表面吸收并转先进的工程陶瓷材料由于有着化为热能，引起材料表面温度的升很好的高温性能、低密度、热和化学激光高。温度对于材料变形的流变应力、稳定性，应用在航空、航天、军事、医切屑强度和硬度都有很大的影响。疗以及其他相关领域，但是高昂的根据加工参数研究，材料表面以加工成本限制了陶瓷材料的广泛应及浅表层的温度分布对激光加热辅用。由于陶瓷材料的高硬度和脆性，助切削起着至关重要的作用。Rozzi常规加工时刀具磨损快，材料去除率工件[18][23]等采用有限元体积法

7、建立了激光低。一般来说，陶瓷属于脆性材料，热影响区剪切区加热辅助车削瞬态三维传热模型。在材料去除的过程中不会发生塑性该模型充分考虑了激光热流密度、工变形。然而高温时由于玻璃相的软图1激光加热辅助切削原理件热传导、工件表面对流与辐射传化，Si3N4材料的强度和脆性都减小。[24]2加工方式热、变形产生的热及切屑带走的热量Lei等对氮化硅材料（含有10%车削是主要的激光加热辅助加对于表面温度的影响，模拟了转速、的YSiAlON玻璃相）进行了LAM试工方式。车削时，车刀相对机床是静进给速度、切削深度、激光光斑与刀验研究，发现当温度超过11

8、50℃（玻止的，激光与车床集成比较容易。通具垂直距离、光斑直径及激光能量璃相的软化温度）后，玻璃相晶界的过调整入射光纤角度与反射镜位置对于表面温度的影响，同时还对光黏度降低。在刀具切削过程中氮化可以方便地改变激光光斑直径、光束斑附近未