综述：激光-超声振动复合辅助加工在先进难加工材料中的应用：技术、机理与挑战

本综述系统阐述了激光-超声振动复合辅助加工（LUVAM）这一变革性技术，聚焦其在航空航天、国防装备等领域关键难加工材料（如钛合金、镍基高温合金、SiCp/Al复合材料等）高效低损伤加工中的前沿进展。文章深入剖析了LUVAM装备创新、多物理场（热-力-声）耦合机理、材料去除行为（如塑性域加工、脆-韧转变调控）及加工响应（刀具寿命、表面完整性），并展望了其与数字孪生、人工智能（AI）融合的智能化发展趋势，为相关理论与工业应用提供了重要参考框架。

　　

分类系统特性与应用装备

激光-超声振动复合辅助加工（LUVAM）技术根据辅助加工方式可分为三类：激光-超声振动复合能场辅助车削（LUVHA-T）、激光-超声振动复合能场辅助铣削（LUVHA-M）以及激光-超声振动复合能场辅助磨削（LUVHA-G）。这些系统核心在于将激光热源与超声振动装置集成于传统机床，通过精确控制激光参数（如功率、光斑尺寸）与超声参数（如频率、振幅），实现对加工区域的局部热软化与力学状态调制。系统配置需解决能量场协同控制、刀具-工件相对运动轨迹优化等关键问题，为后续多物理场耦合分析奠定装备基础。

多物理场分布与相互作用机理

在LUVAM过程中，能量转换与传递机制极为复杂，涉及激光能量吸收、热扩散、动态超声应力场及热-力耦合等多个物理过程。激光辐照引发的瞬态温度场与超声振动产生的动态应力场相互协同，形成复杂的多物理场耦合效应。激光能量被工件材料吸收后，导致局部温度急剧升高，产生热软化效应，显著降低材料屈服强度；同时，超声振动的高频冲击与间歇性切削特性（“切削-分离-再切削”循环）不仅降低了平均切削力，还促进了切削区的应力重分布与热量散逸。这种热-力-声多场耦合共同改变了材料的本构行为与变形机制，是提升难加工材料（如钛合金、镍基高温合金、硬脆材料及复合材料）加工性能的核心机理。

混合辅助加工的力学行为与响应后果

LUVAM技术通过激光热效应与超声振动机械能场的协同调控，在难加工材料的高效精密加工中展现出独特优势。该技术能够优化多项加工性能指标，包括切削力的动态调控、刀具寿命的延长以及表面质量的提升。对于金属材料（如钛合金），LUVAM有效降低了切削力，抑制了积屑瘤的形成，并减少了表面残余拉应力。对于硬脆材料（如单晶硅、碳化硅），复合能场提升了脆-韧转变临界切削深度，促进了塑性域加工，从而显著抑制了微裂纹等表面/亚表面损伤。在加工多相异质材料（如SiC_p/Al复合材料）时，激光热软化削弱了基体对增强颗粒的支撑，而超声振动的高频冲击则促进了颗粒沿剪切面的重新分布，实现了以塑性去除为主导的材料去除过程，同时减少了颗粒破碎、界面脱粘等缺陷。此外，LUVAM还能有效调控加工表面的微观结构演变（如晶粒细化、相变）与机械性能（如显微硬度、残余应力分布）。

结论与总结

激光-超声振动复合辅助加工（LUVAM）通过多场协同效应，实现了加工效率、精度与损伤抑制的全面优化，已广泛应用于先进难加工材料的高效低损伤加工。本文总结了LUVAM技术的最新研究进展，从装备原理、多物理场耦合机理、加工力学行为与响应等多个方面系统评述了该技术的优势与局限性。LUVAM技术成功缓解了单一能场辅助的固有局限，展现出在提升加工效率、延长刀具寿命、改善表面完整性方面的巨大潜力。

未来研究展望

LUVAM技术的发展将聚焦于能场的精确控制及其与智能制造系统的深度融合，通过激光与超声能量的可控耦合，实现高精度、高效率、低损伤的加工目标。未来研究有望通过深度融入数字孪生、人工智能（AI）驱动优化等新兴方法，进一步完善LUVAM平台，实现加工过程的实时监测、预测与自适应控制，推动该技术向智能化、数字化方向迈进。