典型难加工材料的物理机械性能及切削性能

随着材料科学技术的进步和材料制备技术的不断改进，大量新型材料涌现于生产领域。这些材料大多具有较好的综合物理机械性能，但金属切削性能极差，因此被称为难加工材料。难加工材料独特的力学性能给切削加工带来了诸多困难，尤其是在超细长深孔加工中，已成为生产中的技术瓶颈。本章重点介绍几种典型难加工材料的物理机械性能及切削性能。

金属切削加工性基本概念

金属材料切削加工性指标

金属材料的切削加工性是指在一定的切削条件下，金属材料被切削加工的难易程度。切削加工的难易程度取决于切削条件和加工要求。金属材料的切削加工性是一个相对概念，通常用四个指标来衡量：表面质量、刀具寿命、比切削力和切屑控制。

1. 表面质量

机械零件的切削加工性一般用表面粗糙度来衡量。加工后表面粗糙度越低，切削加工性越高。对于有特殊要求的精密零件，则用加工表面变质层的深度、残余应力和加工硬化程度来衡量其切削加工性。这主要是因为变质层的深度、残余应力和加工硬化程度直接影响零件形状和尺寸的稳定性，以及导磁率、导电率和抗蠕变性能。2. 刀具耐用度 金属材料的切削加工性用刀具耐用度来衡量。刀具耐用度是指从切削开始到磨损达到刀具钝化标准为止的总切削时间。刀具耐用度 (1) 在刀具耐用度相同的条件下，考察切削工件材料的允许切削速度。该指标是衡量切削加工性的常用指标。允许切削速度用vy表示，其含义为：当刀具耐用度为T（min）时，切削金属材料的允许切削速度值。 vy值越大，工件的切削加工性越好。一般情况下，T=60min；对于难加工材料，T=30min或T=15min。若T=60min，切削速度v可表示为v60。

（2）在相同切削条件下，考察刀具切削工件材料时的耐用度值。刀具耐用度值越大，工件的切削加工性越好。

（3）在相同切削条件下，考察切削工件材料至刀具钝化标准时的金属切除量。金属切除量越大，工件的切削加工性越好。

3. 单位切削力

当机床功率不足或机床-夹具-刀具-工件系统刚性不足时，通常使用单位切削力来衡量工件的切削加工性。

4. 切屑控制难度

能够有效控制切屑流向并可靠地断屑，则切削加工性良好，例如深孔钻、深孔镗孔、深孔套料钻等；反之，切削加工性较差。实际生产中，通常用相对切削加工性来衡量被加工金属材料的切削加工性。以45号钢（硬度170-229 HB，强度θ=0.637 GPa）的V值作为基准，记为(V60)，其他金属材料的V值与(V60)的比值k称为相对切削加工性，即k=V60/(V60)j。

常用金属材料的相对切削加工性可分为八个等级，如表3.1所示。

影响金属材料切削加工性的因素

金属材料的切削加工性与材料的物理机械性能、化学成分、热处理状态、金相组织、加工要求以及加工条件等因素有关。

1. 硬度

1) 工件材料室温硬度的影响

一般而言，同一类型的材料，硬度越高，切削加工性越差。材料硬度较高时，切屑与前刀面的接触长度缩短，前刀面上的法向应力增大，摩擦热集中在较小的刀面-切屑接触面上，导致切削温度升高，磨损加剧。工件硬度过高可能导致刀尖烧伤和崩刃。图