隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)機(jī)械電子、航空航天、兵器產(chǎn)品和化工設(shè)備及其零部件的性能有著各種新的要求。有的需在高溫、高應(yīng)力狀態(tài)下工作，有的要能耐腐蝕、耐磨損，有的要能絕緣，有的需有高的電導(dǎo)率。故現(xiàn)代新型工程材料不斷涌現(xiàn)。不僅使用一般的碳素結(jié)構(gòu)鋼，而且使用了高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度合金結(jié)構(gòu)鋼、高錳鋼和不銹鋼；不僅使用一般的灰鑄鐵、球墨鑄鐵和可鍛鑄鐵，而且使用了合金耐磨鑄鐵和冷硬鑄鐵；不僅使用黑色金屬，而且使用了鈦合金、銅合金、鋁合金及其他有色金屬；不僅使用一般的鐵碳合金，而且使用了多元合金如高溫合金等；不僅使用以珠光體、鐵素體為主的普通鋼材，而且使用了以索氏體、托氏體為主的中硬調(diào)質(zhì)鋼和馬氏體淬硬鋼。此外，還大量使用各種非金屬材料和粉末冶金材料等。在以上新工程材料中，有不少是屬于難切削的，即所謂“難加工材料”。

難加工的原因一般是以下幾個(gè)方面：

①高硬度；

②高強(qiáng)度；

③高塑性和高韌性；

④低塑性和高脆性；

⑤低導(dǎo)熱性；

⑥有大量微觀硬質(zhì)點(diǎn)或硬夾雜物；

⑦化學(xué)性質(zhì)活潑。

    這些特性一般都能使切削過(guò)程中的切削力加大，切削溫度升高，刀具磨損加劇，刀具使用壽命縮短；有時(shí)還將使已加工表面質(zhì)量惡化，切屑難以控制；終則使加工效率和加工質(zhì)量降低，加工成本提高。

一、高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度鋼的切削加工性

    與普通碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，高強(qiáng)度鋼、超高強(qiáng)度鋼的強(qiáng)度高(都比45鋼高出l倍或l倍以上)，導(dǎo)熱系數(shù)偏低，故切削力大(為加工4.5鋼的1.2—1.3倍)，切削溫度高(比加工45鋼高出100—200℃)，刀具磨損快，刀具使用壽命短[93]，斷屑亦稍難。

       根據(jù)以上特點(diǎn)，必須采用耐磨性強(qiáng)的刀具材料。按粗加工、半精加工、精加工的要求，應(yīng)分別采用不同牌號(hào)的YT類硬質(zhì)合金，添加鉭、鈮的牌號(hào)。高速精加工時(shí)，應(yīng)采用高TiC含量并添加鉭鈮的YT類合金、TiC基和Ti(C，N)基硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金和復(fù)合A1203陶瓷等。刀具前角應(yīng)較小，例如車削38CrNi3MoVA時(shí)，取γ。＝4—6º；車削35CrMnSiA時(shí)，取γ。＝0—-4º。在工藝系統(tǒng)剛性允許的情況下，應(yīng)采用較小的主偏角kr和較大的刀尖圓弧半徑rε。切削用量，尤其是切削速度，應(yīng)比加工中碳正火鋼時(shí)適當(dāng)降低。盡可能采用切削液與斷屑措施以改善切削條件。

二、高錳鋼的切削加工性

    高錳鋼的典型牌號(hào)有Mnl3、40Mnl8Cr3、50Mnl8Cr4等。經(jīng)過(guò)水韌處理，金相組織為均勻的奧氏體。它的原始硬度雖不甚高，但其塑性和韌性特別高(分別為45鋼的4倍和8倍)，加工硬化特別嚴(yán)重。加工硬化后，可高達(dá)HB500左右。切削過(guò)程中，工件表面上還會(huì)形成高硬度的氧化層(Mn203)。它的導(dǎo)熱系數(shù)很小，約為45鋼的1／4。因此，切削溫度很高，切削力約比加工45鋼時(shí)增大60％。高錳鋼比高強(qiáng)度鋼更難加工。

       加工高錳鋼，應(yīng)選用硬度高、有一定韌性、導(dǎo)熱系數(shù)較大、高溫性能好的刀具材料。粗加工時(shí)，可采用YG類、YH類或YW類硬質(zhì)合金；精加工時(shí)，可采用YTl4、YG6X等合金。實(shí)踐表明，用復(fù)合氧化鋁陶瓷高速精車高錳鋼，效果很好。從提高切削刃強(qiáng)度和散熱條件出發(fā)，前角應(yīng)選小值。但為使切屑變形不致過(guò)大，前角又不宜過(guò)小。一般，取γ。＝-5—5º，α。＝8—12º，λs＝0—-5º。切削速度應(yīng)較低，一般為Vc=20—49m／min；只有用復(fù)合氧化鋁陶瓷精車時(shí)，可以來(lái)用高于100m／min的切削速度。進(jìn)給量和切削深度均不能過(guò)小，以免切削刃或刀尖在上一道工序形成的硬化層中劃過(guò)而加速刀具的磨損。

三、冷硬鑄鐵和淬硬鋼的切削加工性

    冷硬鑄鐵的硬度*，是其難加工的主要原因。它的塑性很低，刀—屑接觸長(zhǎng)度很小，切削力和切削熱都集中在切削刃附近，因而切削刃很容易崩損。冷硬鑄鐵零件的結(jié)構(gòu)尺寸和加工余量一般都較大，毛坯精度低，因而就進(jìn)一步加大了加工難度。   

    加工冷硬鑄鐵應(yīng)選用硬度、強(qiáng)度都好的刀具材料，一般均采用細(xì)晶?；虺?xì)晶粒的YG類和YH類硬質(zhì)合金。實(shí)踐表明，用復(fù)合氧化鋁或氮化硅陶瓷對(duì)冷硬鑄鐵進(jìn)行精加工、半精加工非常有效，刀具使用壽命和生產(chǎn)率比之硬質(zhì)合金有顯著提高。為了提高切削刃和刀尖的強(qiáng)度，一般取γ。＝0—-4º，α。＝4—6º，λs= 0—-5º，主偏角kr適當(dāng)減小，刀尖圓弧半徑rε適當(dāng)加大。

      淬硬鋼的組織為回火馬氏體，硬度達(dá)HRC60以上，塑性和導(dǎo)熱系數(shù)都很低。其加工性及刀具材料、刀具幾何參數(shù)的選擇基本上與冷硬鑄鐵同。對(duì)它們進(jìn)行精加工，可采用CBN刀具。

四、純金屬的加工

    加工純金屬，可以用高速鋼刀具，也可以用硬質(zhì)合金刀具。YG或YW類硬質(zhì)合金可用于加工紫銅、純鋁，YT或YW類硬質(zhì)合金可用于加工純鐵，應(yīng)采用大前角和較大的后角(γ。＝25—35º，α。＝1—12º)，磨出鋒利的切削刃，以減小切屑變形。應(yīng)盡量采用較高的切削速度和較大的切削深度、進(jìn)給量，以提高生產(chǎn)率。

五、不銹鋼和高溫合金的切削加工性

    1、不銹鋼按金相組織分，有鐵素體、馬氏體、奧氏體三種。鐵素體、馬氏體不銹鋼的成分以鉻為主，經(jīng)常在淬火—回火或退火狀態(tài)下使用，綜合機(jī)械性能適中，切削加工一般不太難。奧氏體不銹鋼的成分以鉻、鎳等元素為主，淬火后呈奧氏體組織，切削加工性比較差，主要表現(xiàn)在：??

（1）塑性大，加工硬化很嚴(yán)重，易生成積屑瘤而使已加工表面質(zhì)量惡化。切削力約比45  鋼(正火)高25％。加工表面硬化程度及硬化層深度大，常給下道工序帶來(lái)困難。且不易斷屑。   

（2）導(dǎo)熱系數(shù)小，只為45鋼的1／3，產(chǎn)生的熱量不易傳出，所以切削溫度高。

（3）由于切削溫度高，加工硬化嚴(yán)重，加上鋼中有碳化物(TiC等)，形成硬質(zhì)夾雜物，又易與刀具發(fā)生冷焊，故刀具磨損快，使用壽命降低。

    2、高溫合金按其化學(xué)成分，有鐵基、鎳基、鈷基三種。高溫合金的加工性比不銹鋼更差。高溫合金中含有許多高熔點(diǎn)合金元素，如鐵、鈦、鉻、鈷、鎳、釩、鎢、鉬等，它們與其他合金元素構(gòu)成純度高、組織致密的奧氏體合金。有些元素又與非金屬元素碳、氮、氧等結(jié)合成比重小、熔點(diǎn)高的高硬度化合物。還能形成一些具有一定韌性的高硬度的金屬間化合物。同時(shí)，有些合金元素進(jìn)入固溶體，使基體強(qiáng)化。高溫合金經(jīng)長(zhǎng)期時(shí)效后，又能從固溶體中析出硬質(zhì)相，進(jìn)一步使晶格歪扭，這不僅增大了塑性變形阻力，而且由于硬質(zhì)顆粒的存在而加劇了刀具的磨損。

    （1）高溫合金的高硬度化合物有： 

•     碳化物——如TiC、VC、NbC、WC、W2C等；
•     氮化物——如TiN、VN、NbN等； 
•     氧化物——如Al203、SiO2等；
•     金屬間化合物——如FeCr、CoCr、FeCrMo等。

   （2）高溫合金的加工有如下特征：

    A.強(qiáng)度較高，又由示抵抗塑性變形的能力強(qiáng)，所以切削力很大，大約為中碳鋼的一倍。

?   B.硬度較高，尤其高溫硬度高于其他金屬材料，加工時(shí)由于塑性變形而進(jìn)一步硬化。

   C.導(dǎo)熱系數(shù)小，只為45鋼的l／3—1／4，故切削溫度很高，刀具磨損加劇。

    D.合金中的高硬度化合物構(gòu)成硬質(zhì)點(diǎn)，進(jìn)一步加劇了刀具的磨損。

    YT類硬質(zhì)合金刀具不宜用于加工奧氏體不銹鋼和高溫合金，因?yàn)閅T類硬質(zhì)合金中的鈦元素易與工件材料中的鈦元素發(fā)生親和而導(dǎo)致冷焊，在高溫下還加劇了擴(kuò)散磨損。一般宜采用YG類(添加鉭、鈮，如YG6A)、YH類或YW類硬質(zhì)合金，也可以采用高性能高速鋼。刀面應(yīng)磨光，且需采取斷屑措施。加工奧氏體不銹鋼時(shí)，宜采用較大的前角(γ。＝15—30º以減小切屑變形)與中等的切削速度(Vc＝50—80m／min，硬質(zhì)合金)。加工高溫合金時(shí)，宜采用偏小的前角(γ。＝0—10º，以提高切削刃的強(qiáng)度)與偏低的切削速度(Vc＝30—40m／min)硬質(zhì)合金。不論加工奧氏體不銹鋼或高溫合金，切射深度和進(jìn)給量均宜適當(dāng)加大，避免切削刃和刀尖劃過(guò)硬化層。

六、鈦合金的切削加工性

    鈦合金的切削加工性也很差，刀具磨損快，刀具使用壽命低，原因如下：

    (1)加工鈦合金時(shí)，剪切角很大，變形系數(shù)Λh接近于1，說(shuō)明切屑變形不大，切削力比加工中碳鋼約小20％。但是鈦的化學(xué)性能活潑，在高溫下易與大氣中的氧、氮等元素化合從而生成硬脆的物質(zhì)，加劇了刀具磨損。刀—屑接觸長(zhǎng)度很短(只為鋼的1／3—1／4)。

    (2)導(dǎo)熱系數(shù)極小，只為45鋼的1／5—1/7，切削熱又集中在切削刃附近，故切削溫度很高，約比加工45鋼時(shí)高出一倍。

    (3)已加工表面經(jīng)常出現(xiàn)硬而脆的外皮，給以后工序帶來(lái)困難。

    (4)彈性模量小，已加工表面回彈量大，加劇了對(duì)后刀面的摩擦。在攻絲、鉸孔和拉削時(shí)影響很大。    

    為避免工件、刀具中的鈦元素發(fā)生親和，加工鈦合金時(shí)不宜采用YT類硬質(zhì)合金而建議用YG類、YH類合金。為提高切削刃強(qiáng)度和散熱條件，應(yīng)采用較小的前角(γ。＝5—10º)。因回彈量大，宜用較大的后角(α。＝10—15º)。切削速度不宜過(guò)高，一般為Vc＝40—50m／min。切削深度與進(jìn)給量宜適當(dāng)加大。對(duì)于成形刀具和復(fù)雜刀具，亦可采用超硬高速鋼。刀具幾何參數(shù)與切削用量另定。