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材料的切削加工性笼统地说是指对某种材料进行切削加工的难易程度。切削加工性的概念具有相对性。所谓某种材料切削加工性好坏，是相对于另一种材料而言的。一般在讨论钢料的切削加工性时，习惯地以碳素结构钢45为基准。如称高强度钢比较难加工，就是相对于45钢而言的。

一、以刀具寿命T或一定寿命下的切削速度V_T衡量加工性

在相同条件下切削不同材料时，显然，在切削速度一定时刀具使用寿命T较长，或在刀具使用寿命一定时切削速度V_T较大的材料，其加工性较好。反之，T较短或V_T较小的材料，其加工性较差。如定刀具使用寿命T＝60min，则V_T可写作V₆₀。；同样，还可以有V₃₀、V₁₅等。

一般以切削正火状态45钢的V₆₀作为基准[写作(V₆₀)_j]，而把其他各种材料的V₆₀同它相比，这个比值K_r称为相对加工性，即

K_r＝V₆₀／(V₆₀)_j (7—1)

常用材料的相对加工性K_r分为八级，见表7—l。凡K_r大于1的材料，其加工性比45钢好；K_r小于1者，加工性比45钢差。

V_T或K_r是最常用的加工性指标，在不同的加工条件下都适用。

二、以切削力或切削温度衡量切削加工性

在相同切削条件下，凡切削力大、切削温度高的材料较难加工，即加工性差；反之，则加工性好。从附录4切削力的数据可以看出，钢、铝及其合金的加工性普遍比钢料好；灰铸铁的加工性比冷梗铸铁好。由图5—12可知，不同热处理状态下45钢加工性的优劣顺序为正火、调质、淬火。

切削力大，则消耗功率多。在粗加工或机床刚性、动力不足时，可用切削力或切削功率作为加工性指标。切削温度的数据不易取得，故这个指标用得较少。

三、以已加工表面质量衡量切削加工性

精加工时，常以已加工表面质量作为切削加工性指标。凡容易获得好的已加工表面质量(包括表面粗糙度、冷作硬化程度及残余应力等)的材料，其切削加工性较好；反之较差。从这项指标出发，低碳钢的切削加工性不如中碳钢，纯铝的切削加工性不如硬铝合金。

四、以切屑控制或断屑的难易衡量切削加工性

在自动机床或自动生产线上，常以切屑控制或断屑难易作为切削加工性指标。凡切屑容易控制或容易断屑的材料；其切削加工性较好；反之则较差。

以下以常用的切削加工性指标：V_T或k_γ为主来讨论各种因素对土件材料切削加工性的影响。

一、金属材料物理力学性能的影响

1．硬度和强度

钢材的硬度和抗拉强度有如下近似的关系：低碳钢，σ_b≈0.36HB；中、高碳钢，σ_b≈0.34HB；调质合金钢，σ_b≈0.825HB。一般，金属材料的硬度和强度越高，则切削力越大，切削温度越高，刀具磨损越快，故切削加工性越差。例如，高强度钢比—般钢材难加工，冷硬铸铁比灰铸铁难加工。有些材料的常温强度并不太高，但高温下强度降低不多，则其加工 性亦较差(切削是在高温下进行的)。例如20CrMo合金结构钢在室温下其σ_b比45钢低65Mpa(6.5kgf／mm²)，而在600℃时其σ_b反比45钢高180MPa(18kgf／mm²)，故20CrMo的切削加工性比45钢差。

并不是材料的硬度越低，越好加工。有些金属如低碳钢、纯铁、纯铜等硬度虽低，但塑性很高，也不好加工。硬度适中(HBl60—200)的钢材较好加工。此外，适当提高材料的硬度，有利于获得较好的加工表面质量。

以上所说的硬度，是指材料的宏观硬度，未考虑局部的微观硬度。金属组织中常有细微的硬质夹杂物，如SiO₂、A1₂0₃、TiC等，它们的显微硬度极高。如有一定数量的硬质夹杂物，则使刀具产生严重的磨料磨损，从而降低了材料的切削加工性。

在切削加工中，被切削层材料产生剧烈的塑性变形，从而发生硬化。材料经加工硬化后，其硬度比原始硬度提高很多，使刀具发生磨损。故加工硬化现象越严重，刀具寿命越短，即材料的加工性越差。

2．塑性

材 料的塑性通常以延伸率表示。一般，材料的塑性越大，越难加工。因为塑性大的材料，加工变形和硬化、刀具表面的冷焊现象都比较严重，不易断屑，不易获得好的 已加工表面质量。此外，切屑与前刀面的接触长度也将加大，使摩擦力增大。如1Crl8Ni9Ti不锈钢的硬度与45钢相近，但其塑性很大(δ≈40％)，故其加工难度比45钢的加工难度大得多。当材料的塑性很小时，则成为脆性材料，对切削加工也有不利的方面。

3．韧性

韧性以冲击值表示。材料的韧性越高，则切削时消耗能量越多，切削力和切削温度也都较高，且不易断屑，故加工性较差。有些合金结构钢不仅强度高于碳素结构钢，冲击值也较高，故较难加工。

4．导热性

被加工材料的导热系数越大，由切屑带走和传入工件的热量就越多，越有利于降低切削区的温度，故切削加工性较好。如45钢的导热系数为50.2W／(m·℃)，而奥氏体不锈钢和高温合金的导热系数仅为45钢的1／3—1／4，这是其切削加工性低于45钢的重要原因之一。铜、铝及其合金的导热系数很大，为45钢的2—8倍，这是它们切削加工性好的原因之一。

5．其他物理机械性能及化学性质

其他物理机械性能对切削加工性也有一定影响。如线膨胀系数大的材料，加工时热胀冷缩，工件尺寸变化很大，故不易控制精度。弹性模量小的材料，在已加工表面形成过程中弹性恢复大，易与后刀面发生强烈摩擦。

某些材料的化学性质也在一定程度上影响切削加工性。如切削镁合金时，粉末状的碎屑易与氧化合而燃烧。切削钛合金时，高温下易从大气中吸收氧、氮，形成便而脆的化合物，使切屑成为短碎片，切削力和切削热都集中在切削刃附近，从而加速了刀具的磨损。

二、金属材料化学成分的影响

材料的物理机械性能对切削加工性影响很大，已如上述。但物理机械性能是由材料的化学成分决定的。以下主要分析钢料中各种元素对切削加工性的影响：

(1)碳：含碳量小于15％的低碳钢，塑性和韧性很高；含碳量大于0.5％的高碳钢，强度和硬度又较高。在这两种情况下切削加工性都要降低。含碳量为0.35％—0.45％的中碳钢，切削加工性较好。这是对于一般正火或热轧状况下的碳素钢而言，对于加人了合金元素并经过不同热处理的钢材，其切削加工性还有着更为复杂的情况。

(2)锰：增加含锰量，则钢的硬度、强度提高，韧性下降。当钢的含碳量小于0.2％时，锰含量在1.5％以下范围内增加，可改善切削加工性。当增加含碳量或锰含量大于1.5％时，则切削加工性变坏。一般，含锰量在0.7％—1.0％时切削加工性较好。

(3)硅：硅能在铁素体中固溶，故能提高钢的硬度。当含硅量小于1％时，钢在提高硬度的同时塑性下降很少，对切削加工性略有不利。此外，钢中含硅后导热系数有所下降。当在钢中形成硬质夹杂物SiO₂时，使刀具磨损加剧。

(4)铬：铬能在铁素体中固溶，又能形成碳化物。当含铬量小于0.5％，对切削加工性的影响很小。含铬量进一步增加，则钢的硬度、强度提高，切削加工性有所下降。

(5)镍：镍能在铁素体中固溶，使钢的强度和韧性均有所提高，导热系数降低，使切削加工性变差。当含镍量大于8％后，形成了奥氏体钢，加工硬化严重，切削加工性就更差了。

(6)钼：钼能形成碳化物，能提高钢的硬度，降低塑性。含钼量在0.15％—0.4％范围内，切削加工性略有改善。大于0.5％后，切削加工性降低。

(7)钒：钒能形成碳化物，并能使钢的组织细密，提高硬度，降低塑性。当含量增多后使切削加工性变差，含量少时对切削加工性略有好处。

(8)铅：铅在钢中不固溶，呈单相微粒均匀分布，破坏了铁素体的连续性，且有润滑作用，故能减轻刀具磨损，使切屑容易折断，从而有效地改善了切削加工性。

(9)硫：它能与钢中的锰化合成非金属夹杂物MnS，呈微粒均匀分布。MnS的强度低，且有润滑作用。它破坏了铁素体的连续性而降低了钢的塑性，故能减小钢的加工变形，提高加工表面质量，改善断屑情况，减小刀具磨损，从而使切削加工性得到显著提高。

(10)磷：它存在于铁素体的固溶体内。增加钢中的含磷量，能提高强度、硬度，降低塑 性、韧性，使钢变脆。含磷量加控制在0.15％以下，可通过“加工脆性”而使钢的切削加工性改善。但当含磷量大于0.2％时，由于脆性过大反而使切削加工性变差。

(11)氧：钢中含有微量的氧，能与其他合金元素化合成硬质夹杂物如Si0₂、A1₂0₃、TiO₂等，对刀具有强烈擦伤作用，使刀具磨损加剧，从而降低了切削加工性。

(12)氮：它在钢中会形成硬而脆的氮化物，使切削加工性变差。

各种元素在小于2％的含量时对钢的切削加工性的影响，如图7—1所示。

灰铸铁是Fe₃C和其他碳化物与片状石墨的混合体。它的硬度虽与中碳钢相近，但σ_b、δ、a_k均 甚小，即脆性很大，故切削力较小，仅为45钢的60％左右。灰铸铁中的碳化物硬度很高，对刀具有擦伤作用，且切屑呈崩碎状，切削力切削热都集中在刀刃上。 因此刀具磨损率并不很低，只能采用低于加工钢的切削速度。石墨很软，具有润滑作用。铸铁中自由石墨越多，越容易切削。因此铸铁中如含有硅、铝、镍、铜、钛 等促进石墨化的元素，则能提高其切削加工性；如含有铬、钒、锰、钼、钴、硫、磷等阻碍石墨化的元素，会降低其切削加工性。

与灰铸铁相比，球墨铸铁和可锻铸铁的抗拉强度和延伸率显著提高，但仍低于钢料，它们的切削加工性比灰铸铁和钢料都要好。

冷硬铸铁轧辊的表面经过激冷形成白口组织，硬度达HRC52—55，它的切削加工性当然是很差的。钻探中用的泥浆泵，材料是合金耐磨铸铁，含有很高的合金成分，硬度极高。如一种合金耐磨铸铁Crl5Mo3的硬度达HRC62，是目前最难切削的金属材料之一。

三、金属材料热处理状态和金相组织的影响

钢的金相组织有：铁素体、渗碳体、珠光体、索氏体、托氏体、奥氏体、马氏体等，其物理机械性能如表7—2所示。

1．铁素体

由于铁素体含碳很少，故其性能接近于纯铁，是一种很软而又很韧的组织。在切削铁素 体时，虽然刀具不易被擦伤，但与刀面冷焊现象严重，使刀具产生冷焊磨损。又容易产生积屑瘤，使加工表面质量恶化。故铁素体的切削加工性并不好。通过热处理(如正火)或冷作变形，提高其硬度，降低其韧性，可使切削加工性得到改善。

2.渗碳体

渗碳体的硬度很高，塑性极低，强度也很低。如钢中渗碳体含量较多，则刀具被擦伤和磨损很严重，使已加工性恶化。通过球化退火，使网状、片状的渗碳体变为小而圆的球形组织混在软基体中，使切削变得容易，从而可以改善钢的切削加工性。

3.珠光体

片状珠光体的硬度较高，刀具磨损较大，但加工表面光洁，粗糙度小。球状珠光体的硬度较低，刀具的磨损较小，刀具使用寿命长。

由于珠光体的硬度、强度和塑性都比较适中，当钢中珠光体与铁素体数量相近时，其切削加工性良好。

4.索氏体和托氏体

索氏体是细珠光物组织，硬度和强度比一般珠光体高，而塑性有所降低。托氏体是极细的珠光体组织，硬度和强度进一步提高，塑性进一步降低。这两种组织中，渗碳体高度弥散，塑性较低，在精加工时可得到良好的已加工表面质量。但其硬度较高，故比较难加工，切削

速度必须适当降低。

5.马氏体

马氏体的特点是呈针状分布，它具有很高的硬度和抗拉强度，但塑性和韧性很低。

马氏体的切削加工性很差。具有马氏体组织的淬火钢很难用普通刀具材料进行切削加工，通常是采用磨削。

6．奥氏体

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材料的切削加工性与使用要求之间经常存在着矛盾。加工部门应与设计部门、冶金部门密切配合，在保证产品、零件使用性能的前提下，通过各种途径，改善材料的切削加工性。这在大批量生产中显得更为重要。

一、通过热处理改变材料的组织和机械性能

如高碳钢和工具钢的硬度偏高，且有较多的网状、片状的渗碳体组织，加工较难。经过球化退火，可以降低它的硬度，并得到球状的渗碳体，从而能够改善其切削加工性。

热轧状态的中碳钢，组织常不均匀，有时表面有硬皮，经过正火可使其组织与硬度均匀而改善切削加工性。有时中碳钢也可在退火后加工。

低碳钢的塑性过高。可通过冷拔或正火以适当降低塑性，提高硬度，使切削加工性得到改善。马氏体不锈钢通常要进行调质处理，降低塑性，使其变得较易加工。

铸铁件一般在切削前要进行退火，降低表层硬度，消除内应力，以改善其切削加工性。

二、调整材料的化学成分

在钢中适当添加一些元素，如硫、钙、铅等，使钢的切削加工性得到显著改善，这样的钢叫“易切钢”。易切钢的良好的切削加工性主要表现在：刀具使用寿命高，切削力小，容易断屑，已加工表面质量好。

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各种非金属材料在工程中的应用已日益广泛，其切削加工性因材料种类不同而有很大差别。本节简略介绍几种常触用金属材料的加工性特点。
一、工程塑料的切削加工性
工程塑料的品种很多。按其性质的不同可分为热塑性塑料和热固性塑料两大类，前者有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等，后者有酚醛塑料、环氧塑料等。
工 程塑料的密度小于铝，仅为0.9—2.2(g/mm3)；但其比强度高，耐磨损，抗腐蚀，不导电，具有良好的使用性能。它们的硬度虽然不高，强度也低于金 属，但导热系数极小(只为碳钢的1／175— 1／450)，切削加工时容易造成工件表面熔化、烧焦和热变形。弹性模量小，已加工表面回弹以及与后刀面的摩擦比较严重，某些塑料的组织又欠均匀，故不易 保证加工精度与表面质量。刀具材料宜选用YG类硬质合金和高速钢，前角、后角应稍大，γ。＝20º，α。＝12一15º。为控制切削温度使之低于 250℃，一般采用较小的切削用量，切削深度常小于0.5—1mm，切削速度应低于加工钢材时所用者。
二、纤维增强复合材料
复合材料由金属、高分子聚合物和陶瓷三者中任意两种人工合成，具有较好的综合性能。用以上材料为基体，再加入不同种类的纤维作为增强相，即成为纤维增强复 合材料，其强度、韧性及性能可靠性均有进一步提高。常用的增强纤维有碳纤维、玻璃纤维、芳纶(Kevlar)纤维和硼纤维，所形成的纤维增强复合材料分别 称为CFRP、GFRP、KFRP和BFRP。
纤维增强复合材料的密度小，一般为1.5—2.58g/cm3， 抗拉强度达l—1.5GPa(平行于纤维方向)，比强度高于钢材甚多，且抗疲劳，能减振，故适用于航空材料。
由 于纤维增强复合材料的强度高，故切削力较大，消耗功率也较多。其导热系数只为45钢的1／15—1／20，切削温度也较高。如基体材料含有树脂成分，工件 表面也容易烧焦或软化。弹性模量小，已加工表面回弹与后刀面发生较大的摩擦。由于增强纤维的线膨胀系数与基体材料差别较大，故加工后工件表面不可避免地有 残余应力。总之，加工精度和表面质量不易保证。因纤维断口和切屑的粉末擦伤刀面，且切削热集中在切削刃附近，故刀具寿命不长。增强纤维相对于切削速度的方 向对切削过程影响很大。如图7—2所示，纤维配置方向与切削速度Vc方向间的夹角Q大于90º(图7—2a)时为顺切，此时纤维是受拉伸而切离的，纤维断 口与后刀面的接触面积较大，摩擦较严重。切削力较大，刀具磨损较快，但已加工表面粗糙度较小。当Q小于90º(图7—2b)时为逆切，纤维是受剪切和弯曲 而切离的，纤维断口与后刀面的接触面积小于顺切，这种情况下刀具磨损较轻，但已加工表面粗糙度较大。由于纤维的剪切强度与抗弯强度远低于抗拉强度，故逆切 时切削力较小。
加工纤维增强复合材料，不论车削、钻削或铣削，均应尽可能采用YG类硬质合金刀具，以保证刀具有较长的使用寿命。前角和主偏角应较小(γ。＝0—-5º， kr＝15—30º)，刀尖圆弧半径宜稍大，以使切削刃和刀尖有较大的强度。切削速度应偏低，Vc＝25—50m／min。
三、工程橡胶的切削加工性
工程橡胶一般是指软橡胶（又称熟橡胶），在工业上应用较多。另外还有硬度、强度较高的硬质橡胶。工程橡胶的强度低，导热性差，弹性大，加工时回弹性强。可 采用高速钢和硬质合金刀具；切削刃应尽可能锋利，γ。＝45—55º，α。=12—15º；并采用高的切削速度。加工尺寸精度较难掌握，应给予特别注意。
四、玻璃、陶瓷、石材的切削加工性
玻璃、陶瓷、石材均属硬脆材料，在工程中应用日趋广泛。其切屑形成过程和切削加工性有相似之处。
玻璃的种类很多，主要有钠钙硅玻璃、硼硅酸盐玻璃(电阻高、化学性能稳定、线膨胀系 数小)、铅硅酸盐玻璃(电阻和折射率很高)。以用得最广泛的钠钙硅玻璃(Si02十Na20十Ca0)为例，其硬度为HV400—500，抗弯强度约为100MPa。
陶瓷分为普通陶瓷(即传统的陶瓷)和特种陶瓷(即精细陶瓷)两大类。后者包括结构陶瓷(高强度陶瓷、高温陶瓷等)和功能陶瓷(磁性、介电、半导体、光学和 生物陶瓷等)。在机械工程中主要用精细陶瓷，按成分分有A1203基、Si3N4基ZrO2基和SiC基等。陶瓷在终烧后硬度可达HVl500— 2500，抗弯强度为300—800MPa，冲击值仅为钢的几十分之一。但在初烧后硬度仅为HV350—600。
常用石材有花岗石、大理石两大类。石材是天然材料，其材质和物理机械性能很不均匀，局部有特硬的块区。一般，花岗石硬度为HS80—100，抗弯强度 σbb＝15—40MPa，抗压强度σbc＝170—250MPa。大理石则为HS40—60，σbb＝15—30MPa；σbc＝100— 170MPa。
玻璃、陶瓷、石材都是硬而脆的材料，在切削过程中都产生崩碎的(颗粒状和粉状的)切屑。对于钠钙硅玻璃及初烧陶瓷，尚可用YG类硬 质合金刀具进行切削加工，推荐用YM052、YG3X、YG6A、YG600等牌号；车削时前角γ。＝0º，后角α。＝10º，主偏角kr应小，刀尖圆弧 半径rε应大；为得到一定的已加工表面质量，从§3—11分析可知，宜用小的切削深度和进给量，推荐ap＝0.05—0.2mm，f＝0.05— 0.1mm／r，切削速度取Vc＝15 —30m／min。终烧陶瓷的硬度高，已不能用硬质合金刀具进行切削加工，而必须采用金刚石或CBN刀具；在较多的情况下，则用磨削方式去除余量。石材的 加工多为下料、锯制板材及表面磨光，一般都用镶(焊)金刚石复合片的圆锯、框锯、带锯及金刚石砂轮、磨头、磨块等工具，很少使用切削刀具。有人进行石材的 切削实验[168]，系采用YDl5(原称YGRM)、YG8硬质合金刨刀，γ。＝-10º，α。＝8º，f＝0.2—0.8mm/行程，Vc＝ 7.7m／min。

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目 前，难加工材料的切削加工多用常规的切削方法。为提高切削水平所采取的措施主要是：选用切削性能先进的新型刀具材料；选择合理的刀具几何参数与切削用量； 正确选用切削液；提高工艺系统的刚性。其中，选用新型刀具材料是最重要和最有效的。第二章中所介绍的各种超硬高速钢、各种新型硬质合金、涂层刀具、陶瓷、 金刚石和CBN等均可在难加工材料的切削中发挥作用。但应注意刀具材料与工件材料在机械(力学)、物理、化学性质方面的合理匹配，匹配得当才能收效^[141]

在 常规切削状态下，有时虽采用了上述措施，仍不能对难加工材料进行有效的加工。例如，切削某些高硬度材料，超硬高速钢和新型硬质合金的硬度和耐磨性仍嫌不 足，因而不得不降低切削速度和加工效率。CBN和金刚石硬度虽高，担韧性低，只能用于精加工，且金刚石不能切削黑色金属，应用范围有限。近年来，发展了多 种非常规的新切削方法，在一定的条件下可用于难加工材料的加工，能提高加工效率和加工质量。有的方法比较成熟，有的尚 处于研究阶段，简介如下，以扩展视野和共同开拓。

1.加热切削法

用等离子弧对靠近刀尖将要被切除的工件材料进行加热，使其硬度、强度降低，从而改善了切削条件。可以较大幅度地降低切削力。用等离子加热切削法对高硬度、高强度的金属材料进行粗加工是有效的。除此之外，有人试验用l—5V、100—500A的电流进行导电加热切削和激光辅助切削，据称也有一定成效。

2.低温切削法

用液氮(-180℃)或液体CO₂(-76℃)为切削液，可降低切削区温度。据试验，在加工钢的情况下，将切削温度降至300℃附近，积屑瘤前角最大，能较明显地降低切削力。切削温度降低至500℃，积屑瘤、鳞刺不会生成，能保持高温时得到的较小的已加工表面粗糙度，而且刀具寿命比高切削温度(800℃以上)时显著提高；在加工高强度钢、耐磨铸铁、不锈钢、钛合金时均有效果。

3.振动切别法

用不同形式的振动发生器，使刀具发生强迫振动。振动频率大于10kHz者为高频，小于200Hz者为低频。振动方向有V_c方向、f方向等，V_c方向振动较常用。振动切削可使刀—屑间摩擦系数和切削力大为降低，变形系数及切削温度亦下降。积屑瘤、鳞刺消失，加工硬化减轻，故能提高已加工表面质量。但对刀具寿命有不利影响，必须采用韧性强的刀具材料。许多研究工作表明；用振动切削法加工淬硬钢、不锈钢、钛合金、紫铜、陶瓷及GFRP等工件材料，在车削、攻丝、钻孔、铰孔等工序上，都取得了积极的效果。如同时使用切削液效果尤佳。

4.真空中切削

在真空中切削不同于在空气中切削。加工铜、铝时，真空度对变形系数、切削力及已加工表面粗糙度无影响。但加工中碳钢和钛合金时，真空度提高，其变形系数、切削力及粗糙度均加大，这是因为在真空中刀—屑界面上不能产生有利于减小摩擦的氧化物。故在真空中切钢无益；但在真空中切削钛合金能避免钛与空气中元素化合而产生对切削不利的硬脆材料，因而有好的效果。

5.在惰性气体保护下切削

对化学性质活泼的金属(如钛合金)的切削区，喷射惰性气体(如氩气)，使切削区材料与空气隔离。因而被加工材料不与空气中元素化合而生成不利于加工的化合物，从而改善了被加工材料的加工性。

6.绝缘切削

在切削过程中，工件、刀具、机床若成回路，则产生热电势、热电流；使刀具磨损加剧。如将工件、刀具铝机床绝缘，切断电流，则刀具寿命有所提高。有人用这种方法钻削高温合金、车削马氏体不锈钢均有效果。绝缘切削的机理虽末完全查明，但简单易行，有使用价值。

7.超高速切削

在 常规切削时，提高切削速度，将使刀具寿命降低。有人指出，当功削速度提高到一个临界值，切削温度就达到最高值，然后温度将随速度继续提高而降低，切削力也 下降，零件表面质量好，仍能保持一定的刀具寿命。这就是超高速切削的理论基础。美国、德国、日本在这方面有很多研究，用硬质合金和陶瓷刀具切削钢、铸铁、 钛合金、铝合金，切削速度达3000—8000m／min，刀具寿命尚能保持在正常水平。这种切削方法常受到机床条件的限制而不易推广。还有人用更高的切速(枪弹速度)进行过试验。超高速切削尚有待于进一步研究和实践。

以上各种新切削方法，为难加工材料切削技术的发展，增添了探索途径。

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金属切削加工中常用的切削液可分为三大类：水溶液、乳化液、切削油。

1.水溶液

水溶液的主要成分是水，它的冷却性能好，若配成液呈透明状，则便于操作者观察。但是单纯的水容易使金属生锈，且润滑性能欠佳。因此，经常在水溶液中加入一定的添加剂，使其既能保持冷却性能又有良好的防锈性能和一定的润滑性能。

2.乳化液

乳化液是将乳化油用水稀释而成。乳化油是由矿物油、乳化剂及添加剂配成，用95—98％水稀释后即成为乳白色或半透明状的乳化液。它具有良好的冷却作用，但因为含水量大，所以润滑、防锈性能均较差。为了提高其润滑性能和防锈性能，可再加入一定量的油性、极压添加剂和防锈添加剂，配制成极压乳化液或防锈乳化液。

3.切削油

切削油的主要成分是矿物油，少数采用动植物油或复合油。纯矿物油不能在摩擦界面上形成坚固的润滑膜，润滑效果一般。在实际使用中常常加入油性添加剂、极压添加剂和防锈添加剂以提高其润滑和防锈性能。

动植物油有良好的“油性”，适于低速精加工，但是它们容易变质，因此最好不用或少用，而应尽量采用其他代用品，如含硫、氯等极压添加剂的矿物油。

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一、切削液的冷却作用

切削液能够降低切削温度，从而可以提高刀具使用寿命和加工质量。在刀具材料的耐热性较差、工件材料的热膨胀系数较大以及两者的导热性较差的情况下，切削液的冷却作用显得更为重要。

切削液冷却性能的好坏，取决于它的导热系数、比热容、汽化热、汽化速度、流量、流速等。一般地说，水溶液的冷却性能最好，油类最差(表8—1)，乳化液介于两者之间而接近于水。

二、切削液的润滑作用

金属切削时切屑、工件与刀具间的摩擦可分为干摩擦、流体润滑摩擦和边界润滑摩擦三类。真正的干摩擦只发生在绝对清洁的摩擦表面间，这时摩擦系数很大。如在真空中两金属表面间的摩擦系数可达10—100，而摩擦力的大小取决于金属的抗剪强度。在大气中进行金属切削(即干切削)时，虽然刚刚产生的刀—屑摩擦表面是十分清洁的，但是和空气接触后迅速氧化(时间约为百分之一秒到几千分之一秒)^[4]，形成氧化膜而降低了磨擦系数(一般在l以下)。采用切削液以后，其润滑作用又有所提高，可进一步降低摩擦系数，使切削过程进行得更顺利。

切 削液的润滑作用，只是在切屑、工件与刀具界面间存在油膜形成流体润滑摩擦时，才能得到比较好的效果。但在很多情况下；当切屑、工件与刀具界面间承受的载荷 增加，温度升高，油膜的厚度便要减薄。如载荷与温度继续增加，则油膜厚度进一步减薄，一直到相当于金属表面的凹凸不平度时，流体油膜便部分地被破坏，而由 凸起的金属峰尖直接接触(图8—1)，起不到良好的流体润滑作用。但是由于润滑液的渗透和吸附作用，部分接触面仍存在着润滑液的吸附膜，起到减小摩擦系数的作用，这种状态就称之为边界润滑摩擦。边界润滑时的摩擦系数值大于流体润滑，但小于干切削。

在金属切削加工中，大多属于边界润滑。边界润滑一般分为低温低压边界润滑、高温边界润滑、高压边界润滑和高温高压边界润滑四种。

一般的切削油在200℃左右即失去其润滑能力，因此只适用于低温低压边界润滑摩擦。而在某些切削条件下，切屑、刀具界面间可达到600—1000℃左右的高温和1.5—2.0GPa(150—200kgf／mm²)的高压^[11]，这就形成了高温高压边界润滑，或称极压润滑。

边界润滑的摩擦力F_f可用下式表示：

F_f＝A_r[mτ₁十(1—m)τ₂] (8—1)

式中 A_r——真正的接触面积；

m——发生金属接触的面积在真正接触面积中所占的比例；

τ_l—较软一方金属的抗剪强度；

τ₂—润滑膜的抗剪强度。

如果切削液的极压性能良好，润滑膜布满金属表面，金属接触的面积很小或接近于零(即m≈0)；则润滑情况接近于流体润滑，其摩擦力为

F_f=A_rτ₂ (8—2)

如果不用切削液，也不考虑产生氧化膜等因素，则形成干摩擦，此时m≈1，摩擦力为

F_f＝A_rτ_l (8—3)

在流体润滑中，润滑液的承载能力，随润滑液的粘度增加而增加。而在边界润滑中，由于不存在完全的油膜，其承载能力已与油的粘度无关，而取决于润滑液中的“油性”。所谓“油性”，是指在动植物油脂中，包含着对金属有强烈吸附性的原子团，能在切屑、工件与刀具界面间形成物理吸附膜，即润滑膜。在一般金属的低速精加工切削时，主要是添加动植物油脂的油性添加剂(或 直接采用动植物油)。但是，大多数难切削金属的加工，属于极压润滑状态，此时油性添加剂在金属摩擦表面所形成的润滑膜，也将被高温高压所破坏，这就必须依 靠极压添加剂(详见下节)形成另一种性质的润滑膜。这层润滑膜是极压添加剂在高温高压下，进入切屑、工件与刀具界面间，和金属发生化学反应所生成的氯化 铁、硫化铁等化学吸附膜，使边界润滑层具有较好的润滑性。

由上述分析可知：大多数的金属切削过程是在边界润滑摩擦条件下进行的，采用恰当的能适应这样摩擦状态的切削液，就有可能改善切削过程的摩擦条件，达到提高切削效果的目的。

三、切削液的清洗作用

当金属切削中产生碎屑(如 切铸铁)或粉屑(如磨削)时，要求切削液具有良好的清洗作用。清洗性能的好坏，与切削浓的渗透性、流动性和使用的压力有关。为了增强切削液的渗透性、流动 性，往往加入剂量较大的表面活性剂和少量矿物油，用大的稀释比(水占95％—98％左右)制成乳化液或水溶液；可以大大提高其清洗效果。为了提高其冲刷能 力，及时冲走碎屑及粉屑，在使用中往往给予一定的压力，并保持足够的流量。

四、切削液的防锈作用

为了减小工件、机床、刀具受周围介质(空气、水分等)的腐蚀，要求切削液具有一定的防锈作用。防锈作用的好坏，取决于切削液本身的性能和加入的防锈添加剂的作用。在气候潮湿地区，对防锈作用的要求显得更为突出。

除以上四个方面以外，对切削液还有价廉、配制方便、性能稳定、不污染环境和对人体无害等要求。任何一种切削液，都难以全面满足各项要求，只能根据具体条件适当选定品种，发挥其某些主要方面的作用。

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应当根据工件材料、刀具材料、加工方法和加工要求，选用不同的切削液。如选择不当，就得不到应有效果。常用切削液的配方及其选用可参考附录8。

高 速钢刀具粗加工时，应选用以冷却作用为主的切削液，主要目的是降低切削温度；硬质合金刀具粗加工时可以不用切削液，必要时也可以来用低浓度的乳化液或水溶 液，但必须连续地、充分地浇注。精加工切削时（包括铰削、拉削、螺纹加工、剃齿等），应选用润滑性能好的极压切削油或高浓度的极压乳化液。硬质合金刀具精 加工时采用的切削液与粗加工时基本相同，但应适当注意提高其润滑性能。切削高强度钢和高温合金等难加工材料，对切削液的冷却、润滑作用都有较高的要求，此 时应尽可能采用极压切削油或极压乳化液。加工铜、铝及其合金不能用含硫的切削液。

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