第3章切削的变形过程

1、金属切削过程金属切削过程是用刀具从工件表面上切去多余的金属，形是用刀具从工件表面上切去多余的金属，形成已加工表面的过程，也是工件的切削层在成已加工表面的过程，也是工件的切削层在刀具前面挤压下产生塑性变形，形成切屑而刀具前面挤压下产生塑性变形，形成切屑而被切下来的过程。被切下来的过程。切削过程中的许多物理现象，如切削力、切削热、切削过程中的许多物理现象，如切削力、切削热、刀具磨损等，都与金属的变形及其变化规律有密切刀具磨损等，都与金属的变形及其变化规律有密切的关系，研究切削过程对保证加工质量、提高生产的关系，研究切削过程对保证加工质量、提高生产率、降低成本和促进切削加工技术的发展，有着十率、降低

2、成本和促进切削加工技术的发展，有着十分重要的意义。分重要的意义。研究金属切削变形过程意义和方法研究金属切削变形过程意义和方法意义意义: 一方面,生产实践中出现许多问题都与切削变形有关 另一方面,新材料,新工艺,新技术不断出现,.方法方法: 1.侧面方格变形观察法 2.高频摄影法 3.快速落刀法 4.扫描电镜和透视显微观察法 (SEM) 5.光弹性、光塑性试验法 6.其它试验方法 （一）切削过程及切屑类型（一）切削过程及切屑类型 切削过程中的各种物理现象，都是以切屑形切削过程中的各种物理现象，都是以切屑形成过程为基础的。了解切屑形成过程，对理解成过程为基础的。了解切屑形成过程，对理解切削规律及其

3、本质是非常重要的，现以塑性金切削规律及其本质是非常重要的，现以塑性金属材料为例，说明切屑的形成及切削过程中的属材料为例，说明切屑的形成及切削过程中的变形情况。变形情况。切屑形成过程模拟切屑形成过程模拟返回返回金属被切削层好比一迭卡片金属被切削层好比一迭卡片1 、2 、3 、4 等等,当刀具切入时这迭卡片被摞到当刀具切入时这迭卡片被摞到1、2、3、4.的位置。卡片之间发生滑移，这滑移的方的位置。卡片之间发生滑移，这滑移的方向就是剪切面。当然卡片和前刀面接触这一端向就是剪切面。当然卡片和前刀面接触这一端应该是平整的，外侧是锯齿的、或呈不明显的应该是平整的，外侧是锯齿的、或呈不明显的毛茸状。毛茸状。

4、一、切屑的形成过程一、切屑的形成过程 上图所示为将切屑形成过程粗略地比拟为推上图所示为将切屑形成过程粗略地比拟为推挤一叠卡片的形象化模型。挤一叠卡片的形象化模型。返回返回当刀具作用于切屑层，切削刃由当刀具作用于切屑层，切削刃由a相对运动至相对运动至0时，时，整个切削单元整个切削单元OMma就沿着就沿着OM面发生面发生剪切滑移剪切滑移；或者或者O面不动，平行四边形面不动，平行四边形OMma受到受到剪切应力剪切应力的作用，变成了平行四边形的作用，变成了平行四边形OMm1a1 。(图图2- 1(b)。实际上切屑单元在刀具前面作用下还受到。实际上切屑单元在刀具前面作用下还受到挤压，因而底边膨胀为挤压，

5、因而底边膨胀为Oa2，形成近似梯形的切，形成近似梯形的切屑单元屑单元OMm2a2 (图图2-1c)。许多梯形叠加起来就。许多梯形叠加起来就迫使切屑向逆时针方向转动而弯曲。因此也可以迫使切屑向逆时针方向转动而弯曲。因此也可以说，金属切削过程是说，金属切削过程是切削层受到刀具前面的挤压切削层受到刀具前面的挤压后，产生以剪切滑移为主的塑性变形，而形成为后，产生以剪切滑移为主的塑性变形，而形成为切屑的过程。切屑的过程。（二）、三个变形区（二）、三个变形区 根据切削实验时制作的金属切根据切削实验时制作的金属切削层变形图片，可绘制出金属切削层变形图片，可绘制出金属切削层的滑移线和流线示意图。流削层的滑移线

6、和流线示意图。流线表示被切削金属的某一点在切线表示被切削金属的某一点在切削过程中流动的轨迹。可见，切削过程中流动的轨迹。可见，切削过程中切削层金属的变形可大削过程中切削层金属的变形可大致划分为三个变形区。致划分为三个变形区。 l、第一变形区、第一变形区从从OA线线(称始剪切线称始剪切线)开始发生塑开始发生塑性变形，到性变形，到OM线线(称终剪切线称终剪切线)晶粒的剪切滑移基本完成。这一晶粒的剪切滑移基本完成。这一区域区域(I)称为第一变形区。称为第一变形区。2 第二变形区第二变形区 切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使靠近前刀面处的金属纤维

7、化，纤维化和摩擦，使靠近前刀面处的金属纤维化，纤维化方向基本上和前刀面平行。这一区域称为第二变方向基本上和前刀面平行。这一区域称为第二变形区形区()。3 第三变形区第三变形区 已加工表面受到刀刃钝圆部分和后刀面的挤压已加工表面受到刀刃钝圆部分和后刀面的挤压与摩擦，产生变形与回弹，造成纤维化与加工与摩擦，产生变形与回弹，造成纤维化与加工硬化。这部分称为第三变形区硬化。这部分称为第三变形区( )。这三个变形区汇集在刀刃附近，切削层金属这三个变形区汇集在刀刃附近，切削层金属在此处与工件母体分离，一部分变成切屑，在此处与工件母体分离，一部分变成切屑，很小一部分留在已加工表面上。很小一部分留在已加工表面

8、上。图图2-2金属切金属切削过程削过程中的滑中的滑移线和移线和流线示流线示意图意图第第变形区变形区 近切削刃处切削层内产生的塑性变形区；近切削刃处切削层内产生的塑性变形区；第第变形区变形区 与前刀面接触的切屑底层内产生的变形区；与前刀面接触的切屑底层内产生的变形区；第第变形区变形区 近切削刃处已加工表层内产生的变形区。近切削刃处已加工表层内产生的变形区。返返回回（三）（三） 第一变形区内金属的剪切变形第一变形区内金属的剪切变形追踪切削层上任一点追踪切削层上任一点P，可以观察切屑的变，可以观察切屑的变形和形成过程（形和形成过程（图图2-3）当切削层中金属某点当切削层中金属某点P向切削刃逼近，到达

9、点向切削刃逼近，到达点1时，时，此时其剪切应力达到材料的屈服强度此时其剪切应力达到材料的屈服强度s，故点，故点1在向前移动的同时，也沿在向前移动的同时，也沿OA滑移，其合成运动滑移，其合成运动使点使点l流动到点流动到点2。2- 2 为滑移量，当为滑移量，当P点依次到点依次到达达3、4点后，其流动方向与前刀面平行，不再沿点后，其流动方向与前刀面平行，不再沿OM线滑移。线滑移。OA称为称为始剪切滑移线始剪切滑移线，OM称为称为终终剪切滑移线剪切滑移线。结论：结论：在在OA到到OM之间的第一变形区内，其变形的主之间的第一变形区内，其变形的主要特征是沿滑移线的要特征是沿滑移线的剪切滑移变形剪切滑移变形

10、以及随之产以及随之产生的生的加工硬化加工硬化从金属晶体结构的角度说，沿滑移线的剪切变形从金属晶体结构的角度说，沿滑移线的剪切变形就是沿晶格中晶面的滑移就是沿晶格中晶面的滑移(见图见图2- 4)。工件材料。工件材料的晶粒，可假定为圆颗粒的晶粒，可假定为圆颗粒(图图2-4(a)，受剪应力后，受剪应力后，晶格内晶面发生位移，晶粒呈椭圆形。圆的直径晶格内晶面发生位移，晶粒呈椭圆形。圆的直径AB变成长轴变成长轴A B （图（图2-4b），），A B 就就是晶粒纤维化的方向（是晶粒纤维化的方向（2-4C）晶粒伸长的方向就是纤维化的方向，是与滑移方晶粒伸长的方向就是纤维化的方向，是与滑移方向剪切面的方向不重

11、合的。它们成一夹角向剪切面的方向不重合的。它们成一夹角 （图图2-5）返回返回在一般切削速度范围内，第一变形区的宽度仅在一般切削速度范围内，第一变形区的宽度仅为为0.02-0.2mm，所以可以用剪切面来表示。，所以可以用剪切面来表示。剪切面和切削速度方向的夹角称为剪切角，以剪切面和切削速度方向的夹角称为剪切角，以表示。表示。（四）、变形程度的表示方法（四）、变形程度的表示方法1、剪切角、剪切角 实验证明剪切角实验证明剪切角的大小和切削力的大小有直的大小和切削力的大小有直接联系。对于同一工件材料，用同样的刀具，切接联系。对于同一工件材料，用同样的刀具，切削同样大小的切削层，如削同样大小的切削层，

12、如角较大，剪切面积变角较大，剪切面积变小小(见图见图2- 6)，即变形程度较小，切削比较省力。，即变形程度较小，切削比较省力。所以所以角本身就表示变形的程度角本身就表示变形的程度。2 变形系数变形系数 切削时，切屑厚度切削时，切屑厚度ach通常都要大于切削厚度通常都要大于切削厚度ac，而切屑长度，而切屑长度lch却小于切削长度却小于切削长度lc ，如图，如图2-7切屑厚度与切削厚度之比称为厚度变形系切屑厚度与切削厚度之比称为厚度变形系aa ；而切削长度与切屑长度之比称为长度变形系而切削长度与切屑长度之比称为长度变形系l l，即：即：cchaaachclll由于切削宽度与切屑宽度差由于切削宽度与

13、切屑宽度差异很小，根据体积不变原则，异很小，根据体积不变原则，有有 aa = l l= = 变形系数变形系数是大于是大于1的数，可以用剪切角的数，可以用剪切角表示表示sin)cos(sin)90sin(0OMOMaacch上式也可写成上式也可写成00sincostgachac用相对滑移用相对滑移表示切屑变形程度表示切屑变形程度)cos(sincos)(000tgctgMKKPNKMKNPysS SY YS SY YacachK 002cos1sin2= =变形系数变形系数剪应变。剪应变。0 0 = -15= -150 00 0 = 15= 150 00 0 = 0= 0当当 =1.5 ，在一定

14、程度上在一定程度上可以反应可以反应。当当 =1ac= ach剪应变并不等于零，但切屑有变形。剪应变并不等于零，但切屑有变形。当当0=-1530,0当当 1.2 时，不能用时，不能用表示变形程度。表示变形程度。24变形系数变形系数剪应变剪应变讨论：讨论：FnsFsFnFf0 0=- -0 0作用在切屑上的力Fs剪切面上的剪切力剪切面上的剪切力Fns剪切面上的正压力剪切面上的正压力Ff前刀面上的摩擦力前刀面上的摩擦力Fn前刀面上的正压力前刀面上的正压力Fr合力合力剪切角剪切角前角前角0 0作用角作用角：合力与速度方向的夹角合力与速度方向的夹角摩擦角摩擦角FrFsFnsFyFzFfFn0 0- -0

15、 0直角自由切削时力与角度的关系Fs剪切面上的剪切力剪切面上的剪切力Fns剪切面上的正压力剪切面上的正压力Fz作用在工件上的水平力作用在工件上的水平力Fy作用在工件上的垂直力作用在工件上的垂直力Ff前刀面上的摩擦力前刀面上的摩擦力Fn前刀面上的正压力前刀面上的正压力Fr合力合力根据材料力学理论根据材料力学理论(见下一页见下一页)：Fr与 Fs之间的角度应为45 +-+-0 0=/4/4或或 = = /4 -+ +0 0剪切角计算公式剪切角计算公式图图 挤压与切削的比较挤压与切削的比较（1）当前角）当前角0增大时，增大时，角随之增大，变形减小。角随之增大，变形减小。增大增大0，有利于切削。，有利

16、于切削。剪切角剪切角 = = /4 -+ +0 0（2）当摩擦角）当摩擦角增大时，增大时，角随之减小，变形增大。角随之减小，变形增大。切削液切削液,能减少磨擦，有利于切削。能减少磨擦，有利于切削。（五）、前刀面的挤压与摩擦及其对切屑变形（五）、前刀面的挤压与摩擦及其对切屑变形 的影响的影响1 前刀面上的摩擦 塑性金属在切削过程中，切屑与前刀面之间压力很大，再加上几百度的高温，实际上切屑底层与前刀面呈粘结状态。故切屑与前刀面之间不是一般的外摩擦，而是切屑和前刀面粘结层与其上层金属之间的内摩擦。这种内摩擦实际上就是金属内部的滑移剪切，它这种内摩擦实际上就是金属内部的滑移剪切，它不同于外摩擦不同于外

17、摩擦(外摩擦力的大小与摩擦系数以及外摩擦力的大小与摩擦系数以及正压力有关，与接触面积无关正压力有关，与接触面积无关)，而是与材料的，而是与材料的流动应力特性以及粘结面积大小有关。流动应力特性以及粘结面积大小有关。图图2- 10给出切屑与前刀面摩擦时的情形。刀给出切屑与前刀面摩擦时的情形。刀-屑屑接触部分可分接触部分可分 为两个区域，在粘结部分为内摩为两个区域，在粘结部分为内摩擦，滑动部分为外摩擦。图中也表示出了整个刀擦，滑动部分为外摩擦。图中也表示出了整个刀-屑接触区上正应力屑接触区上正应力r的分布，显然金属的内摩的分布，显然金属的内摩擦力要比外摩擦力大得多，因此，应着重考虑内擦力要比外摩擦力

18、大得多，因此，应着重考虑内摩擦。摩擦。 令令为前刀面上的平均摩擦系数，则为前刀面上的平均摩擦系数，则式中，式中，Af1内摩擦部分的接触面积；内摩擦部分的接触面积； avav 内摩擦部分的平均正应力；内摩擦部分的平均正应力； s s 工件材料剪切屈服强度。工件材料剪切屈服强度。 由于随切削温度升高略有下降，随材料硬度、切由于随切削温度升高略有下降，随材料硬度、切削厚度及刀具前角而变化，其变化范围较大，因此，削厚度及刀具前角而变化，其变化范围较大，因此， 是一个变数。是一个变数。sffsnfAAFF1!2影响前刀面摩擦系数的主要因素影响前刀面摩擦系数的主要因素 工件材料、切削厚度、刀具前角和切削速

19、度是影响前刀面摩工件材料、切削厚度、刀具前角和切削速度是影响前刀面摩擦系数的主要因素。擦系数的主要因素。实验表明在相同切削条件下，加工几种不同工件材料，如铜、实验表明在相同切削条件下，加工几种不同工件材料，如铜、10钢、钢、10Cr钢、钢、1Crl8Ni9Ti等，等，随着工件材料的强度和硬度的依次增大，随着工件材料的强度和硬度的依次增大，摩擦系数摩擦系数略有减小；略有减小；这是由于当切削速度不变时，材料的硬度、强度大时，切削温这是由于当切削速度不变时，材料的硬度、强度大时，切削温度增高，故摩擦系数度增高，故摩擦系数下下降。降。切削厚度切削厚度ac增加时，增加时， 也略为下降；也略为下降；如如1

20、0钢的钢的ac从从0. lmm增大到增大到0. 18mm， 从从0 .74降至降至0 .72。因。因为为ac增加后正应力也随之增大增加后正应力也随之增大。在一般切削速度范围内，在一般切削速度范围内，前角前角。愈大，则。愈大，则值愈大值愈大。因为随着因为随着。增大，正应力减小，故。增大，正应力减小，故增加。增加。切削速度对摩擦系数的影响见图切削速度对摩擦系数的影响见图2-11。当当u30mmin时，切削速度提高，摩擦系数变时，切削速度提高，摩擦系数变大。大。这是因为在低速区切削温度较低，前刀面与切这是因为在低速区切削温度较低，前刀面与切屑底层不易粘接，粘结的严密程度随速度屑底层不易粘接，粘结的严

21、密程度随速度(温度温度)增高而发展，从而使增高而发展，从而使上升。当上升。当v超过超过30mmin后，温度进一步升高，材料塑性增加，而使后，温度进一步升高，材料塑性增加，而使切屑底层材料的切屑底层材料的s s下降，故下降，故随之逐渐下降。随之逐渐下降。结论：结论：1.工件材料：工件材料：2.切削厚度：切削厚度：3.切削速度：切削速度：4.刀具前角：刀具前角：b b，HB HB ，其他不变，温度其他不变，温度 摩擦系数摩擦系数hD ，正压力，正压力Fn ， 摩擦系数摩擦系数 0 0=40=400 00 0=30=300 00 0=20=200 00 0=10=100 0v0 0（六）、积屑瘤的形

22、成及其对切削过程的影响（六）、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响概念：概念：在切削速度不高而又能形成连续性切在切削速度不高而又能形成连续性切 屑的情况下，加工钢料等塑性材料时，屑的情况下，加工钢料等塑性材料时， 常在前刀面切削处粘着一块剖面呈三常在前刀面切削处粘着一块剖面呈三 角状的硬块。它的硬度稍高角状的硬块。它的硬度稍高(通常是工通常是工 件材料的件材料的23倍倍)，在处于稳定状态时，在处于稳定状态时， 能够代替刀刃进行切削。这块冷焊在前能够代替刀刃进行切削。这块冷焊在前 刀面上的金属称为积屑瘤刀面上的金属称为积屑瘤 积屑瘤的形成过程1.1.切屑对前刀面接触处的摩擦，使前刀面十分洁净。切屑对

23、前刀面接触处的摩擦，使前刀面十分洁净。2.2.当两者的接触面达到一定温度同时压力又较高时，会产当两者的接触面达到一定温度同时压力又较高时，会产生粘结现象，即一般所谓的生粘结现象，即一般所谓的“冷焊冷焊”。切屑从粘在刀面。切屑从粘在刀面的底层上流过，形成的底层上流过，形成“内摩擦内摩擦”。 3.3.如果温度与压力适当，底层上面的金属因内摩擦而变形，如果温度与压力适当，底层上面的金属因内摩擦而变形，也会发生加工硬化，而被阻滞在底层，粘成一体。也会发生加工硬化，而被阻滞在底层，粘成一体。4.4.这样粘结层就逐步长大，这样粘结层就逐步长大， 直到该处的温度与压力直到该处的温度与压力 不足以造成粘附为止

24、不足以造成粘附为止。形成机理：形成机理：切削加工时，切屑与前刀面发生强烈摩擦而形成新鲜表面切削加工时，切屑与前刀面发生强烈摩擦而形成新鲜表面接触。当接触面具有适当的温度和较高的压力时就会产生接触。当接触面具有适当的温度和较高的压力时就会产生粘结粘结(冷焊冷焊)。于是，切屑底层金属与前刀面冷焊而滞留在。于是，切屑底层金属与前刀面冷焊而滞留在前刀面上。连续流动的切屑从粘在刀面的底层上流过时，前刀面上。连续流动的切屑从粘在刀面的底层上流过时，在温度、压力适当的情况下，也会被阻滞在底层上。使粘在温度、压力适当的情况下，也会被阻滞在底层上。使粘结层逐层在前一层上积聚，最后长成积屑瘤。结层逐层在前一层上积

25、聚，最后长成积屑瘤。影响因素：影响因素：a：积屑瘤的产生以及它的积聚高度与金属材料的硬：积屑瘤的产生以及它的积聚高度与金属材料的硬 化性质有关；化性质有关； 材料的加工硬化趋势愈强，愈易产生积屑瘤材料的加工硬化趋势愈强，愈易产生积屑瘤b、与刃前区的温度和压力状况有关、与刃前区的温度和压力状况有关刃前区的温度和压力太低，不会产生积屑瘤；刃前区的温度和压力太低，不会产生积屑瘤；如温度太高，产生弱化作用，也不会产生积如温度太高，产生弱化作用，也不会产生积屑瘤。对碳素钢，约在屑瘤。对碳素钢，约在300500C时积屑瘤时积屑瘤最高，到最高，到500 C以上时趋于消失以上时趋于消失C 、积屑瘤高度与切削速

26、度之间的关系见图（、积屑瘤高度与切削速度之间的关系见图（3- 1 2）在低速区在低速区I中不产生积屑瘤；在区中不产生积屑瘤；在区中积屑瘤中积屑瘤高度随切削速度增加而加大至最大值；在区高度随切削速度增加而加大至最大值；在区内积屑瘤高度随切削速度增加而减小；在内积屑瘤高度随切削速度增加而减小；在区区内积屑瘤不再生成。内积屑瘤不再生成。 。20m/mind、积屑瘤对切削过程的影响、积屑瘤对切削过程的影响 (1)使实际前角增大：使实际前角增大：积屑瘤粘结在前刀面上积屑瘤粘结在前刀面上(图图2- 13)，加大了刀具的，加大了刀具的实际前角，可使实际前角，可使 切削力减小。切削力减小。 积屑瘤愈高，实积屑

27、瘤愈高，实际前角愈大。际前角愈大。 (2)增大切入深度：增大切入深度：如图如图2-13所示，积屑瘤使刀具切入深度增加所示，积屑瘤使刀具切入深度增加了了ac ，由屑瘤的产生、成长与脱落是一个，由屑瘤的产生、成长与脱落是一个周期性过程，周期性过程，ac的变化有可能引起振动。的变化有可能引起振动。 (3)使加工表面粗糙度值增大：使加工表面粗糙度值增大：积屑瘤的顶部很不稳定，易破裂，其破裂积屑瘤的顶部很不稳定，易破裂，其破裂的部分碎片可能留在已加工表面上；积屑的部分碎片可能留在已加工表面上；积屑瘤凸出刀刃部分使加工表面变得粗糙。瘤凸出刀刃部分使加工表面变得粗糙。 (4)影响刀具耐用度：影响刀具耐用度：

28、积屑瘤相对稳定时，可代替刀刃切削，能提积屑瘤相对稳定时，可代替刀刃切削，能提高刀具耐用度；但在不稳定时，积屑瘤的破高刀具耐用度；但在不稳定时，积屑瘤的破裂有可能导致硬质合金刀具的剥落磨损裂有可能导致硬质合金刀具的剥落磨损。4.抑制或消除积屑瘤的抑制或消除积屑瘤的措施措施：1）高速或低速切削）高速或低速切削2）减小进给量、增大刀具前角）减小进给量、增大刀具前角3）合理调整各切削参数值，防止形成中温区域。）合理调整各切削参数值，防止形成中温区域。提高工件材料硬度，减少加工硬化倾向。提高工件材料硬度，减少加工硬化倾向。影响切屑变形的主要因素影响切屑变形的主要因素1. 工件材料的力学性能工件材料的力学

29、性能 材料强度越高，塑性越小，则变形系数越小，切削变形减小（下面图）。2.切削用量切削用量（1 1）切削速度）切削速度 切削速度是通过积屑瘤的生长消失过程影响切削变形大小的。在积屑瘤增长的速度范围内 , 因积屑瘤导致实际工作前角增加、剪切角增大、变形系数减小。在积屑瘤消失的速度范围内，实际工作前角不断减小、变形系数不断上升至最大值，此时积屑瘤完全消失。 （图图图图图图）在无积屑瘤的切削速度范围，切削速度愈高，变形系数愈小。切削铸铁等脆性金属时, 一般不产生积屑瘤。随着切削速度增大，变形系数逐渐地减小。图图 工件材料强度对变形系数的影响工件材料强度对变形系数的影响图图 切削速度对变形系数的影响切

30、削速度对变形系数的影响（2）进给量）进给量 当进给量f增大时，切削层厚度hD增大，切屑的平均变形减小，变形系数减小(图图图图图图)。3.刀具几何参数刀具几何参数（1）前角）前角0前角增大，剪切角增大，而剪切角越大，则变形系数减小。变形系数与前角之间的关系如图图图图图图所示。(2)刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径r刀尖圆弧半径越大，变形系数越大，切削变形越大。（图图图）图图 切削厚度与变形系数的关系切削厚度与变形系数的关系图图 前角对变形系数的影响前角对变形系数的影响图图 刀尖圆弧半径对变形系数的影响刀尖圆弧半径对变形系数的影响（八）（八） 切屑的类型切屑的类型 （1 1）、）、带状切屑带状切屑 外形连

31、续不断呈带状。它的内表面光滑，外表面毛外形连续不断呈带状。它的内表面光滑，外表面毛茸。加工塑性金属材料，当切削厚度较小、切削速度较茸。加工塑性金属材料，当切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大时，一般常得到这类切屑。它的切削高、刀具前角较大时，一般常得到这类切屑。它的切削过程平衡，切削力波动较小，已加工表面粗糙度较小。，过程平衡，切削力波动较小，已加工表面粗糙度较小。，例如切削碳素钢、合金钢、铜和铝合金时常出现这类切例如切削碳素钢、合金钢、铜和铝合金时常出现这类切屑。易切钢易得到这类切屑。屑。易切钢易得到这类切屑。根据切削层变形特点和变形后形成切屑的外形根据切削层变形特点和变形后形成切屑的外

32、形不同通常将切屑分为以下四类：不同通常将切屑分为以下四类：（2 2）、挤裂切屑）、挤裂切屑（节状切屑（节状切屑） 这类切屑与带状切屑不同之处在外表面呈锯齿这类切屑与带状切屑不同之处在外表面呈锯齿形，内表面有时有裂纹。这种切屑大多在切削速形，内表面有时有裂纹。这种切屑大多在切削速度较低、切削厚度较大、刀具前角较小时产生。度较低、切削厚度较大、刀具前角较小时产生。（3）.单元切屑单元切屑 如果在挤裂切屑的剪切面上，裂纹扩展到如果在挤裂切屑的剪切面上，裂纹扩展到整个面上，则整个单元被切离，成为梯形整个面上，则整个单元被切离，成为梯形的单元切屑。的单元切屑。以上三种切屑只有在加工塑性材料时才可能得以上

33、三种切屑只有在加工塑性材料时才可能得到。其中，带状切屑的切削过程最平稳，单元到。其中，带状切屑的切削过程最平稳，单元切屑的切削力波动最大。在生产中最常见的是切屑的切削力波动最大。在生产中最常见的是带状切屑，有时得到挤裂切屑，单元切屑则很带状切屑，有时得到挤裂切屑，单元切屑则很少见。少见。假如改变挤裂切屑的条件，如进一步减假如改变挤裂切屑的条件，如进一步减小刀具前角，减低切削速度，或加大切削厚度，小刀具前角，减低切削速度，或加大切削厚度，就可以得到单元切屑。反之，则可以得到带状就可以得到单元切屑。反之，则可以得到带状切屑。切屑。这说明切屑的形态是可以随切削条件而这说明切屑的形态是可以随切削条件而

34、转化的。掌握了它的变化规律，就可以控制切转化的。掌握了它的变化规律，就可以控制切屑的变形、形态和尺寸，以达到卷屑和断屑的屑的变形、形态和尺寸，以达到卷屑和断屑的目的。目的。 (4) 崩碎切屑崩碎切屑 如图如图3 -15(d)所示。崩碎切屑的形状不规则，加工所示。崩碎切屑的形状不规则，加工表面是凸凹不平的。切屑在破裂前变形很小，它表面是凸凹不平的。切屑在破裂前变形很小，它的脆断主要是材料所受应力超过了它的抗拉极限。的脆断主要是材料所受应力超过了它的抗拉极限。崩碎切屑发生在加工脆性材料，特别是切削厚度崩碎切屑发生在加工脆性材料，特别是切削厚度较大时。较大时。形成崩碎切屑时的切削力波动大，已加工表面

35、粗形成崩碎切屑时的切削力波动大，已加工表面粗糙，且切削力集中在切削刃附近，刀刃容易损坏，糙，且切削力集中在切削刃附近，刀刃容易损坏，故应力求避免。故应力求避免。提高切削速度、减小切削厚度、适当增大前角，提高切削速度、减小切削厚度、适当增大前角，可使切屑成针状或片状。可使切屑成针状或片状。 切削类型切削类型 切切 削削 条条 件件 特特 征征a)a)带状切屑带状切屑切削厚度较小切削厚度较小, ,切削速切削速度较高度较高, ,刀具前角较大刀具前角较大内表面光滑内表面光滑, ,外表面毛茸外表面毛茸b)b)挤裂切屑挤裂切屑切削速度较低切削速度较低, ,切削厚切削厚度较大度较大, ,刀具前角较小刀具前角

36、较小内表面有裂纹内表面有裂纹, ,外表面呈锯齿形外表面呈锯齿形c)c)单元切屑单元切屑相比相比b)b)进一步减小刀具进一步减小刀具前角，减低切削速度前角，减低切削速度整个单元被切离整个单元被切离 d)d)崩碎切屑崩碎切屑加工硬脆材料时切削厚加工硬脆材料时切削厚度较大时产生度较大时产生形状是不规则的形状是不规则的, ,表面是凸凹不平的表面是凸凹不平的 带状切屑单元切屑节状切屑崩碎切屑（九）切屑形状的分类及卷屑和断屑机理的探讨（九）切屑形状的分类及卷屑和断屑机理的探讨一切屑形状的分类一切屑形状的分类前面按形成机理的差异，把切屑分成带状、节状、粒状前面按形成机理的差异，把切屑分成带状、节状、粒状和崩

37、碎四类。但是，这种分类法还不能满足切屑的处理和崩碎四类。但是，这种分类法还不能满足切屑的处理和运输的要求。影响切屑的处理和运输的主要因素是切和运输的要求。影响切屑的处理和运输的主要因素是切屑的形状，因此，还需按照切屑的形状进行分类。屑的形状，因此，还需按照切屑的形状进行分类。随着工件材料、刀具几何形状和切削用量的差异，所随着工件材料、刀具几何形状和切削用量的差异，所生成的切屑的形状也会不同。切屑的形状大体有带状生成的切屑的形状也会不同。切屑的形状大体有带状屑、屑、C形屑、崩碎屑、螺卷屑、长紧卷屑、发条状卷形屑、崩碎屑、螺卷屑、长紧卷屑、发条状卷屑、宝塔状卷屑等，如图屑、宝塔状卷屑等，如图二、二

38、、1.带状切屑带状切屑2.管状切屑管状切屑3.盘旋状切屑盘旋状切屑4.外形螺旋切屑外形螺旋切屑5.锥形螺旋切屑锥形螺旋切屑6.弧形切屑弧形切屑7.单元切屑单元切屑8.针形切屑针形切屑高速切削塑性金属材料时，如不采取适当的断屑措施，高速切削塑性金属材料时，如不采取适当的断屑措施，易形成带状屑。带状屑连绵不断经常会缠绕在工件或易形成带状屑。带状屑连绵不断经常会缠绕在工件或刀具上，拉伤工件表面或打坏切削刃，甚至会伤人。刀具上，拉伤工件表面或打坏切削刃，甚至会伤人。所以，所以，通常情况下都希望尽量避免形成带状屑通常情况下都希望尽量避免形成带状屑。但也。但也有例外的情况。例如，在立式镗床上镗盲孔时，为了

39、有例外的情况。例如，在立式镗床上镗盲孔时，为了使切屑能顺利地排出孔外甩断，一般都要求形成带状使切屑能顺利地排出孔外甩断，一般都要求形成带状屑或长螺卷屑。屑或长螺卷屑。车削一般的碳钢和合金钢工件时，采用带卷屑槽的车刀车削一般的碳钢和合金钢工件时，采用带卷屑槽的车刀易形成易形成C形屑。形屑。C形屑不会缠绕在工件或刀具上也不易伤形屑不会缠绕在工件或刀具上也不易伤人，是一种比较好的屑形人，是一种比较好的屑形。但。但C形屑多数是碰撞在车刀形屑多数是碰撞在车刀后刀面上折断的后刀面上折断的(图图2-17)，切屑高频率的碰撞和折断会影，切屑高频率的碰撞和折断会影响切削过程的平稳性，对工件已加工表面的粗糙度有一

40、响切削过程的平稳性，对工件已加工表面的粗糙度有一定的影响。所以，定的影响。所以，精车时一般多希望形成长螺卷屑精车时一般多希望形成长螺卷屑(图图218)，使切削过程比较平稳。，使切削过程比较平稳。返回返回2-172-182-19 长紧卷屑形成过程比较平稳，清理也方便，长紧卷屑形成过程比较平稳，清理也方便，在普通车床上是一种比较好的屑形。但要求形成在普通车床上是一种比较好的屑形。但要求形成长紧卷屑时，必须严格控制刀具的几何参数和切长紧卷屑时，必须严格控制刀具的几何参数和切削用量。削用量。 在在重型车床重型车床上用大切深、大进给量车削钢件上用大切深、大进给量车削钢件时，切屑宽又厚，若形成时，切屑宽又

41、厚，若形成C形屑则容易损伤切削形屑则容易损伤切削刃，甚至会飞崩伤人。所以，通常多将卷屑槽的刃，甚至会飞崩伤人。所以，通常多将卷屑槽的槽底圆弧半径加大，使切屑卷曲成发条状槽底圆弧半径加大，使切屑卷曲成发条状(图图2_19)在工件加工表面上顶断，并靠其自重坠落。在工件加工表面上顶断，并靠其自重坠落。在自动机或自动线上在自动机或自动线上，宝塔状卷屑不会缠绕，宝塔状卷屑不会缠绕工件或刀具，清理也较方便，是一种比较好工件或刀具，清理也较方便，是一种比较好的屑形。的屑形。 车削铸铁、脆黄铜等脆性材料车削铸铁、脆黄铜等脆性材料时，切屑崩时，切屑崩碎成针状或碎片飞溅，可能伤人，并易研损机碎成针状或碎片飞溅，可

42、能伤人，并易研损机床滑动面。这时，应设法使切屑连成卷状。如床滑动面。这时，应设法使切屑连成卷状。如采用波形刃脆铜卷屑车刀，可以使脆铜和铸铁采用波形刃脆铜卷屑车刀，可以使脆铜和铸铁的切屑连成螺状短卷。的切屑连成螺状短卷。对切屑流向有影响的角度对切屑流向有影响的角度-刃倾角刃倾角s0 切屑流向待加工表面切屑流向待加工表面（十）卷屑和断屑（十）卷屑和断屑 （见图）（见图）为了使切屑卷曲通常在刀具上作出卷屑为了使切屑卷曲通常在刀具上作出卷屑槽。要正确选择卷屑槽的几何参数以及正槽。要正确选择卷屑槽的几何参数以及正确地选择切削用量和它配台，以达到卷屑确地选择切削用量和它配台，以达到卷屑的目的的目的切屑受力

43、后卷曲切屑受力后卷曲影响卷曲半径参数影响卷曲半径参数切屑碰到后刀面折断切屑碰到后刀面折断的机理的机理发条状切屑碰到工件上发条状切屑碰到工件上折断的机理折断的机理 断断 屑屑三、三、1.作出断屑槽作出断屑槽常见断屑槽有三种：常见断屑槽有三种：直线圆弧型直线圆弧型折线型折线型全圆弧型全圆弧型适用场合：适用场合： 加工碳钢、合金钢、工具钢和不锈钢加工碳钢、合金钢、工具钢和不锈钢加工塑性高的金属材料加工塑性高的金属材料和重型刀具和重型刀具圆弧型卷屑槽圆弧型卷屑槽直线型卷屑槽直线型卷屑槽倒倒棱棱断屑槽在前刀面上的位置有三种：断屑槽在前刀面上的位置有三种：A型型Y型型K型型 外斜式断屑槽。前宽外斜式断屑槽

44、。前宽后窄，前深后浅。加工塑后窄，前深后浅。加工塑性材料是，性材料是，AB两点速度差，两点速度差，切屑碰到后刀面，形成切屑碰到后刀面，形成C形形屑。屑。 平行式断屑槽。前后平行式断屑槽。前后等宽，且前后等深。加工等宽，且前后等深。加工塑性材料是，可通过调整塑性材料是，可通过调整f,ap，形成，形成C形屑或发条形屑或发条屑。屑。 内斜式断屑槽。前窄内斜式断屑槽。前窄后宽，前深后浅。加工塑后宽，前深后浅。加工塑性材料是，易形成长紧切性材料是，易形成长紧切屑，靠自重甩断。屑，靠自重甩断。2.改变切削用量改变切削用量3.其它断屑方法其它断屑方法f影响最大。进给量增大，切削厚度影响最大。进给量增大，切削

45、厚度hch增大，切屑卷曲时较易折断。增大，切屑卷曲时较易折断。ap 影响不大。只有当进给量增大时，才有效。影响不大。只有当进给量增大时，才有效。v 影响较小。影响较小。a) 断屑挡块b) 采用断屑切削c) 切削刃上开分屑槽三、三、切削塑性变形的位错理论简介 n研究位错的原因研究位错的原因 课本课本5252面面n切削塑性金属时，切削层金属要经过塑性变切削塑性金属时，切削层金属要经过塑性变形才能转变为切屑，可是形才能转变为切屑，可是3 33 3讲的变形系讲的变形系数和剪应变只是对塑性变形程度所作的宏观数和剪应变只是对塑性变形程度所作的宏观表达，如能对塑性变形的微观机理有所了解，表达，如能对塑性变形的微观机理有所了解，则认识就更为深入，为此还得学习一些有关则认识就更为深入，为此还得学习一些有关位错理论的位错理论的知识知识。 n从理论计算得知，如果相邻两层排列如理想从理论计算得知，如果相邻两层排列如理想的所示那样完美的原子作相对滑移，它的屈的所示那样完美的原子作相对滑移，它的屈服剪应力是非常大的，服剪应力是非常大的，比实际测得的大几十比实际测得的大几十倍倍。理论值和实测值有如此大的差别的原因，。理论值和实测值有如此大的差别的原因，可从研究金属可从研究金属物理物理的学者提出的位错理论得的学者提出的位错理论得到解释。到解释。 n位错的存在使金属