為什么航空航天工業(yè)所用材料比通常用于汽車工業(yè)的鑄鐵、鋼材等更難加工?金屬切除過程是工件材料由塑性變形到斷裂并形成切屑的過程。由材料學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試驗(yàn)獲得的應(yīng)力—應(yīng)變圖，給出了材料在達(dá)到斷裂或強(qiáng)度極限時(shí)的塑性變形量，其相關(guān)數(shù)據(jù)可從標(biāo)準(zhǔn)的材料手冊(cè)中查到。各種鋼材根據(jù)其不同成分和熱處理狀態(tài)對(duì)應(yīng)的可加工性分布位置。大體上可分為普通碳鋼、未淬硬的合金鋼和淬硬的合金鋼。硬度低、延伸率大的材料在加工時(shí)產(chǎn)生較大的塑性變形，形成長切屑;相反，硬度高、延伸率小的材料形成短切屑。

材料的單位斷裂能與斷裂應(yīng)力和斷裂應(yīng)變的乘積成正比，它是材料塑性變形消耗的能量，并在切屑形成過程中轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃浚乔邢鲄^(qū)的第一個(gè)熱源。切削區(qū)的第二個(gè)熱源是切屑與前刀面摩擦產(chǎn)生的熱，材料的韌性越好，與前刀面的接觸長度越長，產(chǎn)生的摩擦熱也越多。

航空航天工業(yè)用的鈦合金、鎳基超級(jí)合金(Inconel等)由于具有很高的強(qiáng)度和韌性，切削時(shí)需要很大的塑性變形能，并與刀刃摩擦產(chǎn)生大量切削熱，而它們很低的導(dǎo)熱系數(shù)使熱量集中在切削區(qū)和刀/屑界面，對(duì)刀具壽命造成不利影響。因此，如何有效加工此類材料是 對(duì)切削加工的極大挑戰(zhàn)。

刀具涂層技術(shù)是針對(duì)切屑形成過程中產(chǎn)生很高的力和熱對(duì)刀具造成不利影響而開發(fā)的新技術(shù)，根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，涂層刀具比未涂層刀具的壽命可提高2～10倍。

涂層的正確選擇應(yīng)與工件材料、切屑變形特性和切削條件相匹配，早期開發(fā)的TiN和TiCN涂層仍然適用于在一般切削條件下加工碳鋼和合金鋼。但是，隨著切削速度的提高，就需要采用TiAlN涂層，因?yàn)檫@種涂層在高溫下具有很好的穩(wěn)定性。

加工難切削的航空航天材料時(shí)，要求刀具有最佳的切削刃設(shè)計(jì)，包括與切削刃鋒利性相關(guān)的微觀幾何形狀。例如，切削刃的倒棱或鈍化，鈍化程度在切削刃全長上有的要求均勻一致，有的要求有所變化。典型的鈍化圓弧半徑為0.025mm，以降低刃口應(yīng)力的集中程度，更好地保護(hù)PVD涂層。

為了更好地加工難加工材料，材料科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)了新的涂層牌號(hào)，包括添加Si到TiN中形成的TiSiN涂層，或在AlTiN涂層中增加Al含量，或用Cr代替Ti開發(fā)出AlCrN涂層，以及具有更高硬度、韌性和抗高溫氧化性能的納米結(jié)構(gòu)涂層。與未涂層刀具相比，涂層刀具可以在其它條件相同的情況下采用更高的切削速度和獲得更長的刀具壽命。一些研究成果解釋了在不同切削條件下涂層的工作機(jī)理，開發(fā)了耐磨粒磨損、抑制微觀裂縫、降低摩擦系數(shù)、形成穩(wěn)定的AlCr氧化膜和更好耐熱性等多樣化的涂層功能。