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【摘要】新材料的出现，使得传统的切削加工变得困难，切削加工性降低。本文主要介绍了三种难切削材料的切削加工性的一些特点，并以此提出了提高难切削材料切削加工性的途径。
【关键词】切削加工性；钛合金；镍基高温合金；高强度钢
一、钛合金的切削加工性
钛合金是一种比强度和比刚度较高，在温度550℃以下耐腐蚀很高的材料。它是应用很广泛的飞行器结构材料，也应用于造船、化工等行业。钛合金从金属组织上可分为α相钛合金、β相钛合金、（α+β）相钛合金。硬度及强度按α相、（α+β）相、β相的次序增加，而切削加工性按这个次序下降。钛合金的切削加工性是较低对的，其原因如下：（1）钛合金导热性能低，切屑与前刀面的接触面积很小，致使切削温度很高，可为45钢切削温度的2倍。（2）钛合金在600℃以上的温度时，与气体发生剧烈的化学作用。（3）钛合金塑性较低，特别是和周围的气体发生化学变化后，硬度增高，剪切角增大，切屑与前角面的接触长度很小，使前刀面上应力很大，刀刃容易发生破损。（4）钛合金的弹性模量低，弹性变形大，接近后刀面处工件表面的回弹量大，故已加工表面与后刀面的接触面积特别大，磨损也比较严重。根据钛合金的性质和切削过程中的特点，切削时应该考虑的措施是：（1）尽可能使用硬质合金刀具，以提高生产率，应该选用与钛合金亲和力小，导热性能良好的强度高的细晶粒钨钴类硬质合金。成型和复杂刀具可选用高温性能好的高速高。（2）为增大切屑与前刀面的接触长度，以提高耐用度，應采用较小的前角。后角应比切普通钢的大。刀尖采用圆弧过渡刃，刀刃上避免有尖角出现。（3）刀刃的粗糙度应尽可能小，以保证排屑流畅和避免崩刃。（4）切削速度宜低，切削深度可以较大，进给量应适当。进给量过大易引起刀刃的烧损；进给量过小将因刀刃在加工硬化层中工作而磨损过快。（5）应进行充分冷却，慎用含氯的极压切削液。在使用含氯的切削液时，使用后应将工件充分清洗，以防止应力腐蚀。
二、镍基高温合金的切削加工性
镍基高温合金导热性低，加工硬化严重，切削时与刀具粘结现象严重，故切削非常困难。影响其切削加工性的因素有r′相（金属间化合物，是高温合金的主要强化相）数量的多少，材料的真实强度Sb（尤其是高温时的真实强度），材料的延伸率δ和收缩率ψ。r′相数量越多，Sb愈大，Sb和ψ愈大，则切削加工愈困难。镍基高温合金在切削时，硬化程度可达200%～500%，因此剪切面上剪切应力高，切削力大，可达45刚的2～3倍。切削温度也很高，可高达750℃～1000℃。因此在切削镍基高温合金时，应十分注意降低切削温度和减少加工硬化：（1）刀具的刀刃应该始终保持锋利，前角应为正值，但不能过大，后角一般稍大一些。（2）合理选择切削用量，一般是低切削速度，中等偏小的进给量，较大的切削深度。应该使刀刃在冷硬层以下进行切削。（3）选择合适的切削液，对于镍基高温合金应避免使用含硫的切削液，否则会对工件造成应力腐蚀，影响零件疲劳强度。
三、高强度钢的切削加工性
高强度钢的室温强度较高，抗拉强度在1.177GPa以上。高的室温硬度和强度时影响切削加工性的主要因素。高强度钢的高硬度组织在切削时，使刀刃的应力增大，切削温度升高，刀具磨损加剧，故高强度钢在退火状态下比较容易切割。Cr、Ni、Mo、V和Mn等元素能使淬硬深度增加，故它们对切削加工性有一定影响。（1）为避免引起振动，要求工艺系统有足够的刚性，刀具的悬伸量应尽量小。（2）为了防止崩刃，增强刀刃，前角应选小值或负值，刀刃的粗糙度应很小，刀刃的刃形上不应有尖角，尖角必须用圆弧替代。（3）要充分冷却，使用硬质合金刀具时不宜使用水溶性切削液，以免刀刃承受较大的热冲击，引起崩刃。
综上所述，对于难切削材料，我们可以通过以下措施来提高其切削加工性：选择合适的刀具材料，这是最重要的方面；对工件材料进行相应的热处理，尽可能在最适宜的组织状态下进行切削；提高机床—夹具—刀具—工件这一工艺系统的刚性，提高机床的功率；刀具表面应该仔细研磨，达到尽可能小的粗糙度，以减少粘结和因冲击造成的微崩刃；合理选择刀具几何参数，合理选择切削用量；对断屑、卷屑、排屑和容屑给予足够的重视；注意使用切削液，以提高刀具耐用度。
现代机械传统制造业仍然沿用以材料力学为基础的单刃或多刃刀具的切削加工，这种方法虽然仍然是不可替代的，但存在着工件被加工成形时能量利用率低。因此，必须应用更多的物理的化学的和材料科学的现代知识，来开发新的制造技术，以适应新材料发展的挑战。
参 考 文 献
[1]陆剑中，孙家宁．金属切削原理与刀具[M]．北京：机械工业出版社，2011
[2]陈体康．加工钛合金内螺纹的丝锥优化设计[J]．工具技术．2007（8）
【关键词】切削加工性；钛合金；镍基高温合金；高强度钢
一、钛合金的切削加工性
钛合金是一种比强度和比刚度较高，在温度550℃以下耐腐蚀很高的材料。它是应用很广泛的飞行器结构材料，也应用于造船、化工等行业。钛合金从金属组织上可分为α相钛合金、β相钛合金、（α+β）相钛合金。硬度及强度按α相、（α+β）相、β相的次序增加，而切削加工性按这个次序下降。钛合金的切削加工性是较低对的，其原因如下：（1）钛合金导热性能低，切屑与前刀面的接触面积很小，致使切削温度很高，可为45钢切削温度的2倍。（2）钛合金在600℃以上的温度时，与气体发生剧烈的化学作用。（3）钛合金塑性较低，特别是和周围的气体发生化学变化后，硬度增高，剪切角增大，切屑与前角面的接触长度很小，使前刀面上应力很大，刀刃容易发生破损。（4）钛合金的弹性模量低，弹性变形大，接近后刀面处工件表面的回弹量大，故已加工表面与后刀面的接触面积特别大，磨损也比较严重。根据钛合金的性质和切削过程中的特点，切削时应该考虑的措施是：（1）尽可能使用硬质合金刀具，以提高生产率，应该选用与钛合金亲和力小，导热性能良好的强度高的细晶粒钨钴类硬质合金。成型和复杂刀具可选用高温性能好的高速高。（2）为增大切屑与前刀面的接触长度，以提高耐用度，應采用较小的前角。后角应比切普通钢的大。刀尖采用圆弧过渡刃，刀刃上避免有尖角出现。（3）刀刃的粗糙度应尽可能小，以保证排屑流畅和避免崩刃。（4）切削速度宜低，切削深度可以较大，进给量应适当。进给量过大易引起刀刃的烧损；进给量过小将因刀刃在加工硬化层中工作而磨损过快。（5）应进行充分冷却，慎用含氯的极压切削液。在使用含氯的切削液时，使用后应将工件充分清洗，以防止应力腐蚀。
二、镍基高温合金的切削加工性
镍基高温合金导热性低，加工硬化严重，切削时与刀具粘结现象严重，故切削非常困难。影响其切削加工性的因素有r′相（金属间化合物，是高温合金的主要强化相）数量的多少，材料的真实强度Sb（尤其是高温时的真实强度），材料的延伸率δ和收缩率ψ。r′相数量越多，Sb愈大，Sb和ψ愈大，则切削加工愈困难。镍基高温合金在切削时，硬化程度可达200%～500%，因此剪切面上剪切应力高，切削力大，可达45刚的2～3倍。切削温度也很高，可高达750℃～1000℃。因此在切削镍基高温合金时，应十分注意降低切削温度和减少加工硬化：（1）刀具的刀刃应该始终保持锋利，前角应为正值，但不能过大，后角一般稍大一些。（2）合理选择切削用量，一般是低切削速度，中等偏小的进给量，较大的切削深度。应该使刀刃在冷硬层以下进行切削。（3）选择合适的切削液，对于镍基高温合金应避免使用含硫的切削液，否则会对工件造成应力腐蚀，影响零件疲劳强度。
三、高强度钢的切削加工性
高强度钢的室温强度较高，抗拉强度在1.177GPa以上。高的室温硬度和强度时影响切削加工性的主要因素。高强度钢的高硬度组织在切削时，使刀刃的应力增大，切削温度升高，刀具磨损加剧，故高强度钢在退火状态下比较容易切割。Cr、Ni、Mo、V和Mn等元素能使淬硬深度增加，故它们对切削加工性有一定影响。（1）为避免引起振动，要求工艺系统有足够的刚性，刀具的悬伸量应尽量小。（2）为了防止崩刃，增强刀刃，前角应选小值或负值，刀刃的粗糙度应很小，刀刃的刃形上不应有尖角，尖角必须用圆弧替代。（3）要充分冷却，使用硬质合金刀具时不宜使用水溶性切削液，以免刀刃承受较大的热冲击，引起崩刃。
综上所述，对于难切削材料，我们可以通过以下措施来提高其切削加工性：选择合适的刀具材料，这是最重要的方面；对工件材料进行相应的热处理，尽可能在最适宜的组织状态下进行切削；提高机床—夹具—刀具—工件这一工艺系统的刚性，提高机床的功率；刀具表面应该仔细研磨，达到尽可能小的粗糙度，以减少粘结和因冲击造成的微崩刃；合理选择刀具几何参数，合理选择切削用量；对断屑、卷屑、排屑和容屑给予足够的重视；注意使用切削液，以提高刀具耐用度。
现代机械传统制造业仍然沿用以材料力学为基础的单刃或多刃刀具的切削加工，这种方法虽然仍然是不可替代的，但存在着工件被加工成形时能量利用率低。因此，必须应用更多的物理的化学的和材料科学的现代知识，来开发新的制造技术，以适应新材料发展的挑战。
参 考 文 献
[1]陆剑中，孙家宁．金属切削原理与刀具[M]．北京：机械工业出版社，2011
[2]陈体康．加工钛合金内螺纹的丝锥优化设计[J]．工具技术．2007（8）