1.1研究背景

近年来，工程陶瓷、复合材料、高温合金、钛合金等先进工程材料因其具有强度高、耐磨损、抗腐蚀、热稳定性好等优良特性，在机械、化工、航空航天、核工业等领域获得了广泛应用^[1-3]。采用常规方法加工这些材料时，由于硬度高、强度大、塑性低等特点，使得切削力和切削温度非常高，刀具磨损严重，加工质量差，加工几何形状受限^[4]。激光加热辅助切削（laser-assisted machining，LAM）通过激光加热软化切削区材料，再利用刀具进行切削加工^[5]，与常规加工相比在降低切削力、延长刀具寿命、提高加工质量和加工效率等方面展现出许多优势，为解决难加工材料的加工提供了一种有效途径^[6]。因此，激光加热辅助切削加工技术成为近年来切削加工领域的研究热点之一。

图1.1 激光加热切削原理及应用

激光加热辅助切削是多能场复合加工技术，将激光作为热源，集合在切削（主要是车削或者铣削）装置上，与刀具同步运动，如图所示，激光在刀具之前一小段距离瞬时提高工件材料的温度，随后刀具对已加热部分进行切削，改善被去除材料的可加工性，达到降低切削力，减小刀具磨损，提高加工效率和加工表面质量等效果。

304奥氏体不锈钢具有良好的综合性能却给切削加工带来很多的弊端，与 45#钢相比，其切削加工性只有 0.3-0.5，是一种典型的难加工材料。不锈钢 304 的难加工性主要表现在如下几点^[7]：

（1）切削力大。不锈钢 304 的塑性大，延伸率高，切削加工过程中很容易发生塑性变形，晶格严重扭曲，晶粒纤维化，切削加工硬化很严重。严重的加工硬化使切削过程中的切削力很大。

（2）切削温度高。不锈钢 304 的延伸率和断面收缩率很高，切削过程中切屑不易被切离、卷曲或折断，切屑变形消耗的功增大，产生的切削热也相应增大，而其导热性又不好，因此大量的切削热无法被切屑带走或扩散到空气中，导致刀具的切削温度很高，加速了刀具的磨损。

（3）加工硬化严重。不锈钢 304 的切削加工硬化现象很严重，切削以后的表面以及次表面硬度达到基体硬度的 1.5 倍以上，硬化层的深度达到切削深度的 1/3 以上。严重的加工硬化现象使已加工表面的质量无法得到保证。