激光辅助加工(LAM)经常被作为加工一些难加工材料(如金属合金和陶瓷材料)的替代方法。
传统的磨削过程中产生的热量积蓄在工件表面,使工件表面层产生极高的温度梯度,极易导致材料表层出现热损伤,甚至出现碎裂。为了减小工件表面的温度梯度,可以用激光对工件表面进行预热处理,而且预热可使材料软化,降低其硬度及脆性,有利于磨削加工。因此,激光辅助磨削就是通过激光加热使陶瓷材料软化从而进行磨削的一种技术,图1为其加工示意图。
激光辅助高效磨削加工的优点是激光传热的区域小,磨削的效率高,是磨削硬脆材料比较有潜力的加工方法。激光辅助磨削加工过程的原理(图2)是:激光辅助磨削陶瓷工件在待加工区被激光预热后,再进入磨削区进行磨削加工,激光的预热处理能够减小工件表面的温度梯度并降低硬质材料的硬度,改善工件的磨削条件,因而可提高磨削质量。
美国普渡大学激光加工中心的研究人员研究了激光辅助对难加工材料的磨削。试验和仿真结果表明,在激光进行热辅助的情况下,工件被加工区域的温度升高,硬度降低,磨削力可降低20%左右,加工后的表面粗糙度、尺寸精度都有很大的改善,同时不产生新的微观结构。