激光頭輔助加工技術(shù)（LaserAssistedMachining,簡(jiǎn)稱LAM）能夠用來(lái)加工新材料，例如超級(jí)合金材料、陶瓷環(huán)材料和陶瓷環(huán)合成材料等因?yàn)楸旧韺?dǎo)熱性能很差而難以切削的材料。在降低了切削加工時(shí)的切削力和切削溫度的同時(shí)，也提高了刀具耐用度。

深圳萬(wàn)順興的WSX切削加工研發(fā)中心嘗試著在金屬切削加工中使用超短脈沖激光技術(shù)。這種技術(shù)與常規(guī)的激光切削加工技術(shù)不同：常規(guī)的激光切削加工是激光束直接照射在切削刀具切削點(diǎn)之前，加熱被加工零件材料，使其強(qiáng)度降低。而WSX研發(fā)中心方案的優(yōu)點(diǎn)是：有目的地設(shè)置、調(diào)整脈沖激光束的參數(shù)，使脈沖激光束在零件表面形成的“材料損失”明顯小于冷剝蝕的材料損失。脈沖激光在零件表面形成的微觀結(jié)構(gòu)可以通過(guò)后續(xù)的銑削或者磨削全部去除掉（參見(jiàn)圖1）。

WSX研發(fā)中心開(kāi)發(fā)了利用超短脈沖激光技術(shù)的LUS激光輔助磨削技術(shù)（參見(jiàn)圖1b）。在磨削工序之前，由皮秒激光器首先在零件表面加工出相應(yīng)的微觀結(jié)構(gòu)。皮秒激光器發(fā)射出的超短脈沖激光在被加工零件表面燒蝕出一些有著規(guī)定幾何形狀的溝槽和凹痕形式的缺口。其中，這“規(guī)定的幾何形狀”可以利用激光射束的參數(shù)設(shè)置進(jìn)行調(diào)節(jié)。除了溝槽、凹痕的幾何形狀之外，超短脈沖激光射束產(chǎn)生的熱軟化也可以利用激光射束的參數(shù)進(jìn)行控制。

圖2所示為靠近磨削砂輪處的被磨削表面三維示意圖；圖紙也顯示了超短脈沖激光形成的微觀結(jié)構(gòu)紋理和未磨削表面的狀況。根據(jù)超短脈沖激光形成的不同微觀結(jié)構(gòu)，后續(xù)磨削過(guò)程（去除全部激光燒蝕微觀結(jié)構(gòu)的過(guò)程）也有著不同的切削條件。

圖3所示為兩種不同微觀結(jié)構(gòu)模型采用LUS激光輔助磨削時(shí)與常規(guī)磨削時(shí)的法向磨削力和切削磨削力對(duì)比圖。在使用LUS激光輔助磨削時(shí)，這些磨削力都清楚地表示了與激光輸入密度ELinput、激光結(jié)構(gòu)參數(shù)、激光功率、激光掃描速度和激光掃描間距有關(guān)。當(dāng)激光輸入密度EL-input為零時(shí)就相當(dāng)于普通的常規(guī)磨削。與普通的常規(guī)磨削相比較，明顯降低了的法向和切向磨削力（減少了64%和78%）與激光燒蝕產(chǎn)生的微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)，因?yàn)檫@些燒蝕的微觀結(jié)構(gòu)明顯地減少了磨削時(shí)的金屬材料切除率，有目的地在被加工表面形成的“材料損失”減輕了磨削過(guò)程的工作量。

圖4所示是超短脈沖激光燒蝕后的零件磨削加工前后的橫截面顯微放大圖片。按照激光掃描速度VL=100mm/s進(jìn)行超短脈沖激光燒蝕的零件表面沒(méi)有出現(xiàn)溝槽、凹痕（圖4a）。而VL=10mm/s時(shí)則在零件表面形成了明顯可見(jiàn)的溝槽、凹痕（圖4b），對(duì)按照激光掃描速度VL=10mm/s進(jìn)行燒蝕的零件磨削之后，零件表面就沒(méi)有溝槽、凹痕了（圖4c）。

研發(fā)中心開(kāi)發(fā)的LUS激光輔助磨削技術(shù)可以在難切削加工材料制造的零件生產(chǎn)過(guò)程中使用，以便提高生產(chǎn)效率，明顯地提高材料切除率。

WSX研發(fā)中心也嘗試了LUMF激光輔助的微銑削加工技術(shù)。激光輔助微銑削加工與激光輔助磨削加工相類似：首先利用激光射束在（奧氏體不銹鋼X5CrNi18-10材料的）被加工零件表面加工出圖5b所示的激光燒蝕結(jié)構(gòu)，然后按照?qǐng)D5a所示方法利用微型銑刀進(jìn)行銑削加工。

圖6所示為傳統(tǒng)微銑削加工方法對(duì)兩件不同LUMF激光燒蝕結(jié)構(gòu)樣本進(jìn)行微銑削加工時(shí)的（法向和切向）銑削力的比較圖。所有的切削試驗(yàn)過(guò)程都沒(méi)有使用KSS冷卻液。

切削加工的溫度利用熱成型攝像機(jī)Image-IR8300進(jìn)行測(cè)量（參見(jiàn)圖7a）。LUMF激光輔助微銑削技術(shù)的銑削力明顯的要?。▍⒁?jiàn)圖6），切削溫度也更低（參見(jiàn)圖7b）。

激光頭激光燒蝕在零件表面去除了一些金屬材料，這就減小了刀具與被加工零件的接觸面積，切削量也更少。LUMF激光輔助微銑削產(chǎn)生的切屑比傳統(tǒng)微銑削產(chǎn)生的切屑更短、更薄、更碎。這一實(shí)驗(yàn)表明：較高的激光功率能夠在零件表面產(chǎn)生溝槽、凹痕，增大了零件表面的燒蝕結(jié)構(gòu)，明顯的減小了銑削力和切削溫度。

激光輔助切削加工工藝技術(shù)能夠明顯的降低切削力和刀具磨損。當(dāng)前技術(shù)水平對(duì)激光輔助加工的最大制約是靈活性不夠好（大多數(shù)情況下不能使用冷卻潤(rùn)滑液），因?yàn)榧す馍涫a(chǎn)生的熱量會(huì)導(dǎo)致金屬材料的性質(zhì)發(fā)生變化——而KSF研發(fā)中心開(kāi)發(fā)的LUS激光輔助磨削技術(shù)和LUMF激光輔助微銑削技術(shù)則是基于金屬材料冷剝蝕技術(shù)和受控的超短脈沖激光焊接頭熱燒蝕基礎(chǔ)之上的全新技術(shù)，能夠有效地避免這些不利影響。

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