第二章第1节-金属切削过程及切屑类型
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第二章第1节-金属切削过程及切屑类型分析
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切屑与前刀面的摩擦
第一节 金属切削过程及切屑类型
积屑瘤
在切削速度不高而又能形成连续切屑的情况下，加工一般钢
料或其它塑性材料时，常常在前刀面处粘着一块剖面呈三角
状的硬块,称为积屑瘤。
它的硬度很高，通常是
工件材料的2—3倍，在
切屑
处于比较稳定的状态时，
能够代替刀刃进行切削。
积屑瘤
刀具
积屑瘤
切屑的种类
名称
带状切屑
切屑类型及形成条件
挤裂切屑
单元切屑
崩碎切屑
简图
形态 变形
形成 条件
影响
带状，底面光滑 ，背面呈毛茸状
剪切滑移尚未达 到断裂程度
加工塑性材料， 切削速度较高， 进给量较小， 刀具前角较大
切削过程平稳， 表面粗糙度小， 妨碍切削工作， 应设法断屑
节状，底面光滑有裂 纹，背面呈锯齿状
变形程度表示方法
变形系数
切削层经塑性变形后，厚度增加，长度缩小，宽度基本 不变。可用其表示切削层的变形程度。
◆ 厚度变形系数
h
hch hD
◆ 长度变形系数
L
LD Lch
Lch LD
切屑与切削层尺寸
第一节 金属切削过程及切屑类型
根据体积不变原理，则
h
lc lch
hch hDOMຫໍສະໝຸດ sin(90 OM sin
第二章 金属切削基本理论及应用
第一节 金属切削过程及切屑类型
金属切削过程是指在刀具和切削力的作用下形成切屑的过 程，在这一过程中，始终存在着刀具切削工件和工件材料抵抗切 削的矛盾，产生许多物理现象，如切削力、切削热、积屑瘤、刀 具磨损和加工硬化等。
第一篇-第二章 金属切削过程
第二变形区 第三变形区
该区域对工件表面的残余应力以 及后刀面的磨损有很大的影响。 第一变形区
剪切角Φ ：剪切面与切削速 度方向间的夹角称为剪切角。 当切削速度增大时，OA与 OM会慢慢靠近， Φ减小。
三、切削的变形及影响因素
1. 变形系数：
厚度变形系数：
h
பைடு நூலகம்
h ch hD
长度变形系数：
l
第二章 金属的切削过程
一、概述
1. 刀具挤压工件，产生变形 2. 滑移 3. 挤裂 4. 切离
二、切削变形区
第一变形区：（基本变形区） OA~OM之间的区域，是切削 第三变形区： 第二变形区： 过程中的主要变形区，是切削 工件已加工表面与刀具后刀面之 切屑底层与前刀面之间的摩擦 力和切削热的主要来源。 间的挤压、摩擦变形区域。 变形区。主要影响切屑的变形 主要特征： 造成工件表面的纤维化与加工硬 和积屑瘤的产生。 化。 剪切面的滑移变形
4. 蹦碎切屑：
形成原因： 形状： 特点： 产生条件： 材料塑性差，抗拉 切削过程不平稳， 切屑呈不规则 强度低，受前刀面。 切削脆性材料 切削力波动大，有 的碎块状。 挤压时几乎没有塑 冲击，振动大，已 性变形便脆断成不 加工表面粗糙。 规则的碎块。
五、积屑瘤
“在一定的温度和压力 下,切削塑性金属时,切 屑底层与前刀面粘结发 生冷焊现象,使一部分切 3. 对切削过程的影响： 屑粘结在前刀面上,形成 ① 积屑瘤代替刀刃进行切削，保护 积屑瘤”。 了刀刃，增大了前角。 2. 产生条件： 1. 特点：
形成原因： 产生条件： 特点： 形状： 切速高，切削层未及充 切削塑性材料、切削 切削过程变形小，切 连绵不断呈带状，切 分变形即变为切屑，剪 速度高、切削厚度较 削力小且稳定；已加 屑底面很光滑而背面 切面上的应力还未达到 小、前角大。 呈毛茸状。 工表面粗糙度低。对 破坏值，因此只有塑性 生产安全有危害。 滑移而无断裂；前角大， 则刀具锋利；hD小则切 削力小。故易得带状切 屑。
该区域对工件表面的残余应力以 及后刀面的磨损有很大的影响。 第一变形区
剪切角Φ ：剪切面与切削速 度方向间的夹角称为剪切角。 当切削速度增大时，OA与 OM会慢慢靠近， Φ减小。
三、切削的变形及影响因素
1. 变形系数：
厚度变形系数：
h
பைடு நூலகம்
h ch hD
长度变形系数：
l
第二章 金属的切削过程
一、概述
1. 刀具挤压工件，产生变形 2. 滑移 3. 挤裂 4. 切离
二、切削变形区
第一变形区：（基本变形区） OA~OM之间的区域，是切削 第三变形区： 第二变形区： 过程中的主要变形区，是切削 工件已加工表面与刀具后刀面之 切屑底层与前刀面之间的摩擦 力和切削热的主要来源。 间的挤压、摩擦变形区域。 变形区。主要影响切屑的变形 主要特征： 造成工件表面的纤维化与加工硬 和积屑瘤的产生。 化。 剪切面的滑移变形
4. 蹦碎切屑：
形成原因： 形状： 特点： 产生条件： 材料塑性差，抗拉 切削过程不平稳， 切屑呈不规则 强度低，受前刀面。 切削脆性材料 切削力波动大，有 的碎块状。 挤压时几乎没有塑 冲击，振动大，已 性变形便脆断成不 加工表面粗糙。 规则的碎块。
五、积屑瘤
“在一定的温度和压力 下,切削塑性金属时,切 屑底层与前刀面粘结发 生冷焊现象,使一部分切 3. 对切削过程的影响： 屑粘结在前刀面上,形成 ① 积屑瘤代替刀刃进行切削，保护 积屑瘤”。 了刀刃，增大了前角。 2. 产生条件： 1. 特点：
形成原因： 产生条件： 特点： 形状： 切速高，切削层未及充 切削塑性材料、切削 切削过程变形小，切 连绵不断呈带状，切 分变形即变为切屑，剪 速度高、切削厚度较 削力小且稳定；已加 屑底面很光滑而背面 切面上的应力还未达到 小、前角大。 呈毛茸状。 工表面粗糙度低。对 破坏值，因此只有塑性 生产安全有危害。 滑移而无断裂；前角大， 则刀具锋利；hD小则切 削力小。故易得带状切 屑。
金属切削过程
(3)单元切屑 (3)单元切屑
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，成为梯形单元切 屑。 如果改变挤裂切屑条件，进一 步减小前角，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 到带状切屑。
(4)崩碎切屑 (4)崩碎切屑
这是属于脆性材料的切屑 (加工灰铸铁、脆钢) 加工灰铸铁、脆钢) 塑性变形很不充分，即突然 崩裂而成为小块或粉末状 切屑。
1.3.2积屑瘤Built1.3.2积屑瘤Built-Up Edge
1.积屑瘤的形成 1.积屑瘤的形成 在切削区，金属材料层受到强烈的挤压和摩 擦，正压力和摩擦系数的乘积，即内摩擦 力大于金属材料的剪切强度，切屑底部一 部分金属就撕裂下来粘接在刀尖附近的表 面上，逐渐积成积屑瘤。
(1)积屑瘤特征 (1)积屑瘤特征
切屑的形成过程是工件受 到刀具的挤压而崩碎，无 塑性变形。如图：
A D
C B
滑移面AB，CD等与作用力P的方向大致呈45° 滑移面AB，CD等与作用力P的方向大致呈45°左右 角度。 AB，CD两侧还会产生一系列滑移面。 AB，CD两侧还会产生一系列滑移面。
1.3金属切削过程 1.3金属切削过程
金属切削过程是由挤压而产生的剪切过程。 这是俄国学者在1870年定义的 这是俄国学者在1870年定义的 在这个过程中会产生切屑，积屑瘤，切削力， 加工硬化和刀具磨损等物理现象。
1.3.1切削过程及切屑种类 1.3.1切削过程及切屑种类 1.切屑形成过程 1.切屑形成过程
(3)刀具角度 (3)刀具角度
1)前角增加，切削力减小。 1)前角增加，切削力减小。
切削力
γ0
2)后角增加，切削力减小。 2)后角增加，切削力减小。 3)主偏角kr增加，主切削力Fz减小，进给力Fx 3)主偏角k 增加，主切削力F 减小，进给力F 增加，切深抗力F 增加，切深抗力Fy减小。
第一篇-第二章 金属切削过程15页
该区域对工件表面的残余应力以
第及一后变刀形面区的磨损有很大的影响。
第二变形区
第三变形区
剪切角Φ ：剪切面与切削速 度方向间的夹角称为剪切角。 当 切 削 速 度 增 大 时 ， OA 与 OM会慢慢靠近， Φ减小。
三、切削的变形及影响因素
1. 变形系数：
厚度变形系数：
h
h ch hD
长度变形系数：
3. 剪切角Ф ：
0
4
4
0
2. 影响切削变形的因素：
① 工件材料：
工件塑性↗
② 刀具角度：
γ O↗
Ф↗
③ 切削速度：
vc ↗
④ 摩擦系数：
μ↗
β↗
延伸率δ ↗
ξ↗
ξ↙
ξ↙
Φ↙
ξ↗
四、切屑的类型 切屑的形成
1. 带状切屑：
产形形特成生状点原条：因件：：
切连切速削绵高塑不过，性断 程切材呈 变削料带 形层、未状 小及切，充削切 速小屑呈分切破削工变面坏度、毛底力表形上值高前茸面小面即的，、 角 状很 且粗变应因切 大 。光 稳糙为力此削 。滑 定度切还只厚屑未有而 ；低，达塑度背 已。剪到性较面 加对 滑生移产而安无全断有裂危；害前角。大，
3. 对切削过程的影响：
① 积屑瘤代替刀刃进行切削，保护
12了. 特产刀点生刃，：条增件大：了前角。
② 积屑瘤使切削厚度增大。
③①积硬切屑削度瘤塑形是状性工不材件规料则材。，料频繁的生长脱 故②：落粗2刀和切，加~具界影削工3.响时5切面区倍尺可削状的寸人，。况温精为可符度度控以合、和制表代在压积面屑刀力替质瘤量的。生
第及一后变刀形面区的磨损有很大的影响。
第二变形区
第三变形区
剪切角Φ ：剪切面与切削速 度方向间的夹角称为剪切角。 当 切 削 速 度 增 大 时 ， OA 与 OM会慢慢靠近， Φ减小。
三、切削的变形及影响因素
1. 变形系数：
厚度变形系数：
h
h ch hD
长度变形系数：
3. 剪切角Ф ：
0
4
4
0
2. 影响切削变形的因素：
① 工件材料：
工件塑性↗
② 刀具角度：
γ O↗
Ф↗
③ 切削速度：
vc ↗
④ 摩擦系数：
μ↗
β↗
延伸率δ ↗
ξ↗
ξ↙
ξ↙
Φ↙
ξ↗
四、切屑的类型 切屑的形成
1. 带状切屑：
产形形特成生状点原条：因件：：
切连切速削绵高塑不过，性断 程切材呈 变削料带 形层、未状 小及切，充削切 速小屑呈分切破削工变面坏度、毛底力表形上值高前茸面小面即的，、 角 状很 且粗变应因切 大 。光 稳糙为力此削 。滑 定度切还只厚屑未有而 ；低，达塑度背 已。剪到性较面 加对 滑生移产而安无全断有裂危；害前角。大，
3. 对切削过程的影响：
① 积屑瘤代替刀刃进行切削，保护
12了. 特产刀点生刃，：条增件大：了前角。
② 积屑瘤使切削厚度增大。
③①积硬切屑削度瘤塑形是状性工不材件规料则材。，料频繁的生长脱 故②：落粗2刀和切，加~具界影削工3.响时5切面区倍尺可削状的寸人，。况温精为可符度度控以合、和制表代在压积面屑刀力替质瘤量的。生
金属切削过程之切削类型
积屑瘤对加工的影响
▪ 优点： ▪ 1、粗车时能代替切削刃进行切
削，起到保护前刀面和刀尖的作 用 ▪ 2、积屑瘤聚集在刀刃处，增大 了车刀的实际前角，能减小切削 变形和切削力
▪ 缺点：
▪ 1、无法形成稳定的刀面和刀刃，造 成切削的不稳定性，使切削力时大 时小，易引起振动。
▪ 2、积屑瘤超出刀尖时能影响尺寸精 度
▪ 2、控制切削速度。
▪ 例如： 中碳钢Vc＜5m/min，不易生成
▪
Vc＝5―50m/min易生成
▪
Vc＞100m/min不易生成
▪ 3、采用润滑性能良好的切削液，减小摩擦。
▪ பைடு நூலகம்、增大前角，减小进给量，提高刀具表面质量， 减小切削变形
▪ 3、积屑瘤脱落嵌入工件后会影响工 件的加工精度和表面质量
▪ 鉴于积屑瘤的优缺点，我们在粗加工时可以 形成积屑瘤，而在精加工时则要避免积屑瘤 的产生。
积屑瘤的控制
▪ 1、降低工件材料塑性
▪ 材料的塑性越好，产生积屑瘤的可能性越大。因此 对于中、低碳钢以及一些有色金属在精加工前应对 于它们进行相应的热处理，如正火或调质等，以提 高材料的硬度、降低材料的塑性。
加工塑性材料，切 削速度较低，刀具 前角较小
工件材料硬度较高 ，韧性较低，切削 速度较低
加工铸铁、黄铜硬 性脆材料， 刀具 前角较小
影响
切削过程平稳，表 面粗糙度小， 妨 碍切削工作，应设 法断屑
切削过程欠平稳，表 面粗糙度欠佳
切削力波动较大，切 切削力波动大，有冲
削过程不平稳，表面 击，表面粗糙度恶劣
切削类型
重庆永川松溉职校 李正波
名称
带状切屑
切屑类型及形成条件
挤裂切屑
机械加工切屑形成过程及种类
机械加工切屑形成过程及种类机械加工是指利用机床进行金属材料切削、锉削、抛光等工艺，将工件加工成所需形状和尺寸的加工方法。
在机械加工过程中，由于工具与工件之间的相对运动，会产生切屑。
切屑是指在机械加工过程中，由于切削力的作用和切削部分和工件材料之间的摩擦力的作用，使金属材料脱离工件而形成的废料。
1.切削过程：在机械加工过程中，工具相对于工件进行切削。
切削过程是切屑形成的起点。
切削过程中切削刀具与工件的摩擦力和切削力作用于工件上。
2.金属切错：由于切削刀具和工件的相互作用力，金属材料会发生切削变形，切削很薄的切片和切削薄片之间的间距，即切削错觉。
这种切削错觉会导致材料分离和产生切削切，形成切削筹码。
3.切削筹码分离：随着切削过程的进行，切削刃不断深入工件的表面，形成足够深度的切削面。
在切削过程中，切削筹码被切削刃压向后方，并在切削刃之后分离。
4.切屑形成：随着切削刃逐渐深入工件，切削刃与工件接触的接触面积逐渐增加。
切削刃生成的切削面与工件表面接触，金属材料开始被分离，形成切插和切插在切削刃上的切插形成切屑。
切屑根据其形状和特点可以分为以下几类：1.螺旋卷屑：螺旋卷屑是机械加工中最常见的切屑形式之一、它的形状类似于螺旋形。
螺旋卷屑形成是因为切削刃与工件表面之间的摩擦力和切削力，使金属材料呈螺旋形状被分离。
2.螺纹形卷屑：螺纹形卷屑与螺旋卷屑类似，但具有螺纹形状。
螺纹形卷屑主要在对内螺纹切削中产生。
3.花形卷屑：花形卷屑是螺旋卷屑的一种特殊形式。
它的形状类似于花瓣，具有很高的韧性和弯曲性。
花形卷屑主要在刃具前部有圆角的切削中产生。
4.细末卷屑：细末卷屑是切削薄片脱离工件表面时变形和分离的结果。
这种切屑形态常见于高速切削和高速铣削等加工过程。
5.碎屑：碎屑是在没有明显的切削形状的情况下产生的废料。
碎屑主要在金属材料脆性较高时产生。
总结起来，机械加工切屑的形成过程可以概括为切削过程、金属切错、切削筹码分离和切屑形成。
【机械制造基础课件】2.1切削过程中的变形--切削过程规律
一步剪切滑移。
有时也呈纤维化，其方向平行已加工表面，也产生加工硬化 和回弹现象。
三个变形区汇集在切削刃附近，应力集中而又复杂。三个变 形区内的变形又相互影响。
2. 第一变形区内金属的剪切变形
金属在第一变形 区滑移过程
设切削层中某点P 向切削刃逼近， 到1点时切应力 达到材料
剪切屈服强度s（ = s），1点向前 移动的同时，也 沿剪切方向滑移， 其合成运动轨迹 从1点运动到2点 而 不 是 2 点 ， 22是滑移距离
2.1.3 刀屑接触区的变形与摩擦
根据前述，切屑沿前刀面流出时受到挤压和摩 擦，靠近前刀面的切屑底层进一步变成第二变形 区。
特征：
切屑底层晶粒纤维化，流速减慢甚至会停滞在前刀面上 切屑发生弯曲； 刀—屑接触区温度升高； 第二变形区的挤压和摩擦影响切屑的流出，从而影响第
一变形区金属的变形，影响剪切角的大小。
2.1 金属切削过程中的变形
切屑变形规律是切削过程中诸如切削力、切削热 和切削温度、刀具磨损等规律的重要理论基础。
2.1.1 切屑的种类及变化
金属切削刀具切除工件上的多余金属层，被切离工件的 金属以切屑 (Chip) 形式与工件分离。
由于不同工件材料和切削条件，切屑形态不同，常 见的切屑有四种类型。
偏挤压：金属材料一部分受挤压时 ，OB线以下金属由于母体阻碍，不能 沿AB线滑移，而只能沿OM线滑移.
F
B
O
a）正挤压
45° M A F
BO
b）偏挤压
切削：与偏挤压情况类似。弹性变
M
形→剪切应力增大，达到屈服点→产 生塑性变形，沿OM线滑移→剪切应
O F
பைடு நூலகம்
力与滑移量继续增大，达到断裂强度
有时也呈纤维化，其方向平行已加工表面，也产生加工硬化 和回弹现象。
三个变形区汇集在切削刃附近，应力集中而又复杂。三个变 形区内的变形又相互影响。
2. 第一变形区内金属的剪切变形
金属在第一变形 区滑移过程
设切削层中某点P 向切削刃逼近， 到1点时切应力 达到材料
剪切屈服强度s（ = s），1点向前 移动的同时，也 沿剪切方向滑移， 其合成运动轨迹 从1点运动到2点 而 不 是 2 点 ， 22是滑移距离
2.1.3 刀屑接触区的变形与摩擦
根据前述，切屑沿前刀面流出时受到挤压和摩 擦，靠近前刀面的切屑底层进一步变成第二变形 区。
特征：
切屑底层晶粒纤维化，流速减慢甚至会停滞在前刀面上 切屑发生弯曲； 刀—屑接触区温度升高； 第二变形区的挤压和摩擦影响切屑的流出，从而影响第
一变形区金属的变形，影响剪切角的大小。
2.1 金属切削过程中的变形
切屑变形规律是切削过程中诸如切削力、切削热 和切削温度、刀具磨损等规律的重要理论基础。
2.1.1 切屑的种类及变化
金属切削刀具切除工件上的多余金属层，被切离工件的 金属以切屑 (Chip) 形式与工件分离。
由于不同工件材料和切削条件，切屑形态不同，常 见的切屑有四种类型。
偏挤压：金属材料一部分受挤压时 ，OB线以下金属由于母体阻碍，不能 沿AB线滑移，而只能沿OM线滑移.
F
B
O
a）正挤压
45° M A F
BO
b）偏挤压
切削：与偏挤压情况类似。弹性变
M
形→剪切应力增大，达到屈服点→产 生塑性变形，沿OM线滑移→剪切应
O F
பைடு நூலகம்
力与滑移量继续增大，达到断裂强度
机械制造工程学(卓越)第二章 金属切削切削过程及切削参数优化
杭州电子科技大学机械电子工程研究所数控技术实验室
切削速度不同，积屑瘤所能达到的最大尺寸也是不同的。切削 速度与积屑瘤高度的关系如示意图2-14所示。
根据积屑瘤有无以及积屑瘤高度的增长情况，可以把切削速度划分 为四个区域。在Ⅰ区里形成粒状切屑或节状切屑，这时没有积屑瘤 出现；在Ⅱ区里形成带状切屑，有积屑瘤生成；积屑瘤的高度随看 切削速度的提高而增大。当切削速度增大到Ⅱ区的右边界时，积屑 瘤的高度达到最大值。在Ⅲ区里，积屑瘤的高度随着切削速度的提 高而减小。当Vc增大到Ⅲ区右边界之值时，积屑瘤便消失。在Ⅳ区 里积屑瘤不再生成。
杭州电子科技大学机械电子工程研究所数控技术实验室
2.1 .3金属切削过程中的三个变形区
图2-1第一变形区金属的滑移
杭州电子科技大学机械电子工程研究所数控技术实验室
从OA线开始发生塑性变形，到0M线金属晶粒的剪切滑移基本完成， 这一区域(I)称为第一变形区。 第一变形区的主要特征：沿滑移线的剪切变形和加工硬化现象 ，在 一般切削速度下OA与OM非常接近，所以通常用一个平面来表示这 个变形区，该平面称为剪切面。
杭州电子科技大学机械电子工程研究所数控技术实验室
2.2 .3切屑的形状及卷屑、断屑机理 切屑的形状
杭州电子科技大学机械电子工程研究所数控技术实验室
图2-5切屑的形状
杭州电子科技大学机械电子工程研究所数控技术实验室
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刀具上，拉伤工件表面或打坏 切削刃，甚至会伤人，所以通常情况下都希望尽量避免形成带状屑。 但也有例外的情况，例如，在立式镗床上膛盲孔时，为了使切屑能顺 利地排出孔外甩断，一般都要求形成带状屑成长螺卷屑。
切削力
第二章 金属切削过程
Wang chenggang
Company Logo
第五节
切削热和切削温度
二、切削温度
切削温度一般指切削区域的 平均温度。 切削温度的高低与被加工材 料、刀具材料、刀具几何角度、 切削用量等因素有关。 最高温度
在前刀面和切屑接触长度的中间 部位，说明摩擦集中在切屑底层； 在已加工表面上，相对较高的温 度仅存在于刀刃附近很小范围内， 说明温度的升降是在极短的时间 内完成的。
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三、影响切削力的主要因素
主要因素：工件材料、切削用量、刀具几何参数
1.工件材料
强度、硬度。工件材料的强度、硬度越高，材料的剪切
屈服强度越大，变形抗力也越大，切削力就越大。 塑性或韧性。强度、硬度相近的材料，其塑性或韧性越
大，切屑越不易折断，使切屑与前刀面之间的摩擦增加，
直接受刃口挤压的切屑底层金 属△ac变形较严重，其它部分 只受前刀面挤压，变形较小。
2.切削用量
(1)背吃刀量的影响 切削面积Ac 切削力
背吃刀量 单位切削力Fc 进给量 对比
背吃刀量增加一倍：切削层的 切削面积增加一倍，底层的严 重变形层占整个切削面积的比 例不变，故Fc不变，但Ac增加 一倍，故切削力增加一倍； 第二章 金属切削过程
第二章
金属切削过程
第一节 金属切削刀具基础 第二节 切削变形 第三节 切屑的类型及控制
第四节 切削力
第五节 切削热和切削温度 第六节 刀具磨损
第七节 刀具几何参数和切削用量的选择
第四节
切削力
一、 切削力的来源和分解
1.切削力：刀具切削时受到的阻力，称为切削力。 切削力来源 变形抗力 磨擦阻力
Wang chenggang
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第五节
切削热和切削温度
二、切削温度
切削温度一般指切削区域的 平均温度。 切削温度的高低与被加工材 料、刀具材料、刀具几何角度、 切削用量等因素有关。 最高温度
在前刀面和切屑接触长度的中间 部位，说明摩擦集中在切屑底层； 在已加工表面上，相对较高的温 度仅存在于刀刃附近很小范围内， 说明温度的升降是在极短的时间 内完成的。
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三、影响切削力的主要因素
主要因素：工件材料、切削用量、刀具几何参数
1.工件材料
强度、硬度。工件材料的强度、硬度越高，材料的剪切
屈服强度越大，变形抗力也越大，切削力就越大。 塑性或韧性。强度、硬度相近的材料，其塑性或韧性越
大，切屑越不易折断，使切屑与前刀面之间的摩擦增加，
直接受刃口挤压的切屑底层金 属△ac变形较严重，其它部分 只受前刀面挤压，变形较小。
2.切削用量
(1)背吃刀量的影响 切削面积Ac 切削力
背吃刀量 单位切削力Fc 进给量 对比
背吃刀量增加一倍：切削层的 切削面积增加一倍，底层的严 重变形层占整个切削面积的比 例不变，故Fc不变，但Ac增加 一倍，故切削力增加一倍； 第二章 金属切削过程
第二章
金属切削过程
第一节 金属切削刀具基础 第二节 切削变形 第三节 切屑的类型及控制
第四节 切削力
第五节 切削热和切削温度 第六节 刀具磨损
第七节 刀具几何参数和切削用量的选择
第四节
切削力
一、 切削力的来源和分解
1.切削力：刀具切削时受到的阻力，称为切削力。 切削力来源 变形抗力 磨擦阻力
第2章 金属切削过程
⑶主偏角 主偏角κ r 对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗 力影响显著（ κr ↑—— Fp↓，Ff↑）
切削力/ N
2200
1800
1400 1000
κr - Fc
κr – Ff κr – Fp
FC—— 切削力(Fz) Ff—— 进给力(Fx) FP—— 背向力(Fy)
600 200 30 45 60
进给力Fx (Ff)
也称轴向分力，用Fx表示—总切削力在进给方 向的分力，是设计机床进给机构不可缺少的参数。 背向力 Fy（Fp） 也称径向分力，用Fy表示 —总切削力在垂直于
工作平面方向的分力，是进行加工精度分析、计算
系统刚度，分析工艺系统振动所必须的参数。
三个分力FC、Ff、FP与合力F 合力F ＝
2、切削温度的分布
★ 切削塑性材料 ：
前刀面靠近刀尖处温度最高。
★ 切削脆性材料： 后刀面靠近刀尖处温度最高
750 ℃
刀 具
2.3.3 影响切削温度的主要因素
1.切削用量对刀具温度的影响
切削温度与切削用量的关系式为：
θ ＝ Cθ VcZθ fyθ apxθ 三个影响指数 zθ ＞yθ ＞xθ ，说明切削速度对切削 温度的影响最大，背吃刀量对切削温度的影响最小。
C区是刀尖区，由于散热差，强度低，磨损 严重，磨损带最大宽度用VC表示 B区处于磨损带中间，磨损均匀，最大磨损 量VBmax；
3.边界磨损
N区处于切削刃与待加工表面的相交处，磨 损严重，磨损量以VN表示，此区域的 磨损也叫边界磨损
2.4.2 刀具磨损的主要原因
1. 硬质点磨损
工件材料中含有硬质点杂质，在加工过程中会将刀具表面划伤， 造成机械磨损。低速刀具磨损的主要原因是硬质点磨损。
切屑的类型及控制
第二章 金属切削过程
第三节 切削的类型及控制
1.切削的类型 2. 切削类型控制
第三节 切屑的类型及控制
1. 切屑的 切屑的类型及控制
第三节 切屑的类型及控制
1. 切屑的类型
由于工件材料不同、切削条件各异，切削过程中生成 的切削形状是多种多样的。切削的形状有：带状、节状、粒 状和崩碎四种类型。
第三节 切屑的类型及控制
4）崩碎切屑：从切削过程来看，切屑在破裂前变形很小，和 塑性材料的切屑形成机理也不同。它的脆断主要是由于材料所 受应力超过了它的抗拉极限。加工脆硬材料，如高硅铸铁、白 口铁、黄铜等，特别是当切削厚度较大时常得到这种切屑。
由于它的切削过程很不平稳，易破坏刀具、损坏机床、已 加工表面粗糙，生产中应力求避免。其方法是减小切削厚度， 使切屑成针状或片状；同时适当提高切削速度，以增加工件材 料的塑性。
第二章 金属切削过程
第三节 切削的类型及控制
1.切削的类型 2. 切削类型控制
第三节 切屑的类型及控制
2. 切屑类型控制
在现行切削加工中，切削速度与金属切除率达到了很高的 水平，切削条件很恶劣，常常产生大量“不可接受”的切屑。
所谓切屑控制（又称切屑处理，工厂中一般简称为“断 屑”），是指在切削加工中采取适当的措施来控制切屑的卷曲、 流出与折断，使形成“可接受”的良好屑形。
在实际加工中，应用最广的切屑控制方法就是在前刀面上 磨制出断屑槽、改变刀具角度、调整切削用量或使用压块式断 屑器。
第三节 切屑的类型及控制
在实际加工中，应用最广的切屑控制方法就是在前刀面上磨制出 断屑槽、改变刀具角度、调整切削用量或使用压块式断屑器。
1) 制出断屑槽
第三节 切屑的类型及控制
第三节 切屑的类型及控制
第三节 切削的类型及控制
1.切削的类型 2. 切削类型控制
第三节 切屑的类型及控制
1. 切屑的 切屑的类型及控制
第三节 切屑的类型及控制
1. 切屑的类型
由于工件材料不同、切削条件各异，切削过程中生成 的切削形状是多种多样的。切削的形状有：带状、节状、粒 状和崩碎四种类型。
第三节 切屑的类型及控制
4）崩碎切屑：从切削过程来看，切屑在破裂前变形很小，和 塑性材料的切屑形成机理也不同。它的脆断主要是由于材料所 受应力超过了它的抗拉极限。加工脆硬材料，如高硅铸铁、白 口铁、黄铜等，特别是当切削厚度较大时常得到这种切屑。
由于它的切削过程很不平稳，易破坏刀具、损坏机床、已 加工表面粗糙，生产中应力求避免。其方法是减小切削厚度， 使切屑成针状或片状；同时适当提高切削速度，以增加工件材 料的塑性。
第二章 金属切削过程
第三节 切削的类型及控制
1.切削的类型 2. 切削类型控制
第三节 切屑的类型及控制
2. 切屑类型控制
在现行切削加工中，切削速度与金属切除率达到了很高的 水平，切削条件很恶劣，常常产生大量“不可接受”的切屑。
所谓切屑控制（又称切屑处理，工厂中一般简称为“断 屑”），是指在切削加工中采取适当的措施来控制切屑的卷曲、 流出与折断，使形成“可接受”的良好屑形。
在实际加工中，应用最广的切屑控制方法就是在前刀面上 磨制出断屑槽、改变刀具角度、调整切削用量或使用压块式断 屑器。
第三节 切屑的类型及控制
在实际加工中，应用最广的切屑控制方法就是在前刀面上磨制出 断屑槽、改变刀具角度、调整切削用量或使用压块式断屑器。
1) 制出断屑槽
第三节 切屑的类型及控制
第三节 切屑的类型及控制
金属切削过程
磨钝标准就是规定的刀具后面磨损带中间部分平均磨损量允许达到的最大值VB。这是衡量刀具是否应该刃磨或更换刀刃 的标准。
- 22 -
3.2 切削过程基本规律
5. 刀具寿命 刃磨后的刀具，自开始切削到磨损量达磨钝标准为止的总切削工作时间，称为刀具寿命，以T 表示。这是确定换刀时间
的重要依据。 刀具总寿命表示一把新刀用到报废之前总的切削时间，其中包括多次重磨。因此，刀具总寿命等于刀具寿命乘以重磨次
切削厚度是指过切削刃上选定点，在基面内测量的垂直于加工表面的切削层尺寸，单位为mm。
ac ＝ f sin κr
2. 切削宽度aw 切削宽度是指过切削刃上选定点，在基面内测量的平行于加工表面的切削层尺寸，单位为mm。
aw ＝ ap sin κr
3. 切削面积Ac 切削面积是指过切削刃上选定点，在基面内测量的切削层的横截面面积，单位为mm2。
- 17 -
3.2 切削过程基本规律
三、刀具磨损和刀具寿命
1. 刀具的磨损 刀具磨损分为正常磨损和非正常磨损。正常磨损是指刀具在设计与使用合理、制造与刃磨质量符合要求的情况下，在切
削过程中逐渐产生的磨损。非正常磨损是切削过程中突然或过早产生的损坏现象，如脆性破损（崩刃、碎裂、剥落等）、卷 刃等。
正常磨损
金属切削过程
-1-
目录页
Contents Page
01 金属切削过程 02 切削过程基本规律 03 切削过程基本规律应用
-2-
过渡页
Transition Page
01 金属切削过程 02 切削过程基本规律 03 切削过程基本规律应用
-3-
3.1 金属切削过程
一、切削层及其参数
以车削加工为例，如图3.1 所示，工件转一转，车刀沿工件轴向移动一个进给量 f（mm / r），车刀切削刃从一个位置移至 另一个位置，在两个位置之间由车刀切削刃切下的一层金属称为切削层。在与切削速度方向相垂直的切削层剖面内度量的切削 层的尺寸称为切削层参数。 1. 切削厚度ac
- 22 -
3.2 切削过程基本规律
5. 刀具寿命 刃磨后的刀具，自开始切削到磨损量达磨钝标准为止的总切削工作时间，称为刀具寿命，以T 表示。这是确定换刀时间
的重要依据。 刀具总寿命表示一把新刀用到报废之前总的切削时间，其中包括多次重磨。因此，刀具总寿命等于刀具寿命乘以重磨次
切削厚度是指过切削刃上选定点，在基面内测量的垂直于加工表面的切削层尺寸，单位为mm。
ac ＝ f sin κr
2. 切削宽度aw 切削宽度是指过切削刃上选定点，在基面内测量的平行于加工表面的切削层尺寸，单位为mm。
aw ＝ ap sin κr
3. 切削面积Ac 切削面积是指过切削刃上选定点，在基面内测量的切削层的横截面面积，单位为mm2。
- 17 -
3.2 切削过程基本规律
三、刀具磨损和刀具寿命
1. 刀具的磨损 刀具磨损分为正常磨损和非正常磨损。正常磨损是指刀具在设计与使用合理、制造与刃磨质量符合要求的情况下，在切
削过程中逐渐产生的磨损。非正常磨损是切削过程中突然或过早产生的损坏现象，如脆性破损（崩刃、碎裂、剥落等）、卷 刃等。
正常磨损
金属切削过程
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目录页
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01 金属切削过程 02 切削过程基本规律 03 切削过程基本规律应用
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过渡页
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01 金属切削过程 02 切削过程基本规律 03 切削过程基本规律应用
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3.1 金属切削过程
一、切削层及其参数
以车削加工为例，如图3.1 所示，工件转一转，车刀沿工件轴向移动一个进给量 f（mm / r），车刀切削刃从一个位置移至 另一个位置，在两个位置之间由车刀切削刃切下的一层金属称为切削层。在与切削速度方向相垂直的切削层剖面内度量的切削 层的尺寸称为切削层参数。 1. 切削厚度ac
金属的切削过程
四、切削力
在金属切削加工时，刀具上所有参与切削的各 切削部分产生的总切削力的合力称为刀具的总切削 力。在进行工艺分析时，常将总切削力分解成三个
相互垂直的力，见图2。 1.切削力的合力和分力 （1）主切削力Fc 总切削 力F在主运动方向上的分力‘ 与切削速度方向一致。 ( 2） 进给力Ff 总切削力 在进给运动方向上的分力。 （3）背向力Fp 总切削力 在进给运动方向上的分力。 图2 总切削力的分解
具材料
刀具角度 是否使用
切削用量
影响耐用 度的因素
切削液
金属的切削过程
乌当区民族职业中学 杨丽逢
金属切削过程是刀具与工件间相互作用 又相对运动的过程。 一、切削的形成与种类 1.切屑的形成 切削的形成过程，其实质是一种挤压 的过程。在挤压的过程中，被切削的金属主 要经历剪切滑移变形而形成切屑。
2.切屑的种类 常见的切屑类型有三种。如图1所示
a）带状切屑
2.影响切削力的因素
五、切削热和切削温度
1.切削热 在切削过程中，所消耗的功，绝大部分转变为 热，即为切削热。 切削热来源于被切削金属的变 形、切屑与前刀面的摩擦和工件与刀具后面的摩 擦。 2.切削温度 刀具前刀面与切屑接触区的平均温度，该区域 温度的高低既取决于单位时间内切削热量产生的多 少，又与单位时间传播出去的热量有关。
节状切屑 切屑的背面呈锯齿形，底面有时出现裂纹。采 用较低的切削速度和较大的进给量切削中等硬度的 的钢材时容易得到节状切屑。
切削力波动 大，切削过 程不平稳
工件表面 较粗糙
崩碎切屑 切削铸铁等脆性材料时，切削层产生弹性变形后， 一般不经过塑形变形就突然崩碎，形成不规则的碎 块状屑片，称为崩碎切屑。
3.影响切削温度的因素
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变形系数
切削层经塑性变形后，厚度增加，长度缩小，宽度基本 不变。可用其表示切削层的变形程度。 ◆ 厚度变形系数
h
hch hD
◆ 长度变形系数
LD L Lch
Lch LD
切屑与切削层尺寸
第一节
金属切削过程及切屑类型
根据体积不变原理，则
lc hch OM sin(90 0 ) cos( 0 ) h lch hD OM sin sin
当进一步降低切削速度，增大 进给量，减小前角时则出现 单元(粒状)切屑。
• 4、崩碎切屑 切削脆性金属(铸铁)时，常见的呈不规
则细粒状的切屑。产生这种切 屑会使切削过程不平稳，易损 坏刀具，使已加工表面粗糙。 工件材料越是脆硬、进给量越 大则越容易产生这种切屑。
切屑的种类
切屑类型及形成条件
名称 带状切屑 挤裂切屑 单元切屑 崩碎切屑
通过分析积屑瘤产生原因可以得出防止积屑瘤的主要方法：
1)降低切削速度，使温度较低，粘结现象不易发生；
2)采用高速切削，使切削温度高于积屑瘤消失的相应温度； 3)采用润滑性能好的切削液，减小摩擦； 4)增大刀具前角，以减小切屑于前刀面接触区的压力； 5)适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。
已加工表面的变形 变形原因
积屑瘤
刀具
积屑瘤
积屑瘤
积屑瘤成因
◆ 一定温度、压力作用下，切屑底层与前刀面发生粘结 ◆ 粘结金属严重塑性变形，产生加工硬化 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，也与刃前区的温度和压力分布有关。一般说
来，塑性材料的加工硬化倾向愈强，愈易产生积屑瘤； 温度与压力太低，不会产生积屑瘤；反之，温度太高，
Ⅱ
Ⅰ
Ⅲ
第Ⅱ变形区：靠近前刀面处 切削部位三个变形区 ，切屑排出时受前刀面挤压与 摩擦。此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的 主要原因。 第Ⅲ变形区：已加工面受到后刀面挤压与摩擦，产生变 形。此区变形是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要 原因。
第一节
金属切削过程及切屑类型
二、第一变形区内的金属剪切变形
ε主要反映第Ⅰ变形区 的变形，Λh 还包含了第 Ⅱ变形区的影响。
M
φ
O
相对滑移系数
第一节
剪切角
金属切削过程及切屑类型
剪切角φ ↑ →剪切面积↓→变形程度↓→切削力↓。
φ角与剪切面面积的关系
结论：剪切角与前角是影响切削变形的两个主要因素。如 果增大前角和剪切角，使相对滑移ε、变形系数∧h减小， 则切削变形减小。
前刀面的摩擦变形
特点
在高温高压作用下，切屑底层与前刀面发生粘结，切屑 与前刀面之间既有外摩擦，也有内摩擦。
两个摩擦区
粘结区：高温高压使切屑底 层软化，粘嵌在前刀面高低不 平的凹坑中，形成长度为lfi 的 粘结区。切屑的粘结层与上层 金属之间产生相对滑移，其间 的摩擦属于内摩擦。 滑动区：切屑在脱离前刀面 之前，与前刀面只在一些突出 点接触，切屑与前刀面之间的 摩擦属于外摩擦。
实验表明，切屑的形成过程是切削层金属受
到刀具前面的挤压作用，迫使其产生弹性变形，
当剪切应力达到金属材料屈服强度时，产生塑
性变形。同时金属晶格产生滑移，最终形成切
屑。切屑的变形和形成过程如下图所示。
第一节
金属切削过程及切屑类型
第一节
金属切削过程及切屑类型
在一般切削速度范围内，第一变形区的宽度仅为0.02— 0.2mm，所以，可以用一剪切面来表示。剪切面和切削速度 方向间的夹角称为剪切角，以Φ 表示。
简图
形态 变形 形成 条件
带状，底面光滑 ，背面呈毛茸状 剪切滑移尚未达 到断裂程度
节状，底面光滑有裂 纹，背面呈锯齿状
粒状
不规则块状颗粒
未经塑性变形即 被挤裂 加工硬脆材料， 刀具前角较小
局部剪切应力达到断 剪切应力完全达 到断裂强度 裂强度
加工塑性材料， 切削速度较高， 进给量较小， 刀具前角较大
此公式表明，剪切角φ 与前角γ 0是影响切削变形的两个主要 因素。当前角一定时，随剪切角的增大而减小。 变形系数越大,切屑越厚越短,切削变形越大。
相对滑移系数
相对滑移系数
滑移距离Δs与单元厚度Δy之比。
cos 0 S y sin cos( 0 )
γ0
当γ0 = 0～30°，Λh ≥1.5时， Λh与ε相近
切削刃存在刃口圆弧， 导致挤压和摩擦，产生 第Ⅲ变形区。
hD
τ
ΔhD A C E F Δh
变形情况
A点以上部分沿前刀面 流出，形成切屑；A点 以下部分受挤压和摩擦 留在加工表面上，并有 弹性恢复。
σn
τ
已加工表面变形
应力分布
A点前方正应力最大，剪应力为 0。 A点两侧正应力逐渐减小，剪应力逐渐增大，继而减小。
切削过程平稳， 表面粗糙度小， 妨碍切削工作， 应设法断屑
加工塑性材料， 切削速度较低， 进给量较大， 刀具前角较小
切削过程欠平稳， 表面粗糙度欠佳
工件材料硬度较 高，韧性较低， 切削速度较低
影响
切削力波动较大， 切削力波动大，有 切削过程不平稳， 冲击，表面粗糙度 表面粗糙度不佳 恶劣，易崩刀
切屑的种类
切屑 M 终滑移线
A
Φ剪切角 始滑移线：τ=τs O
刀具
切屑根部金相照片
第一节
金属切削过程及切屑类型
一.切削形成过程及变形区的划分 下图是在直角自由切削工件条件下观察绘制得到的金 属切削滑移线和流线示意图。
第一节 金属切削过程切屑类型
三个变形区分析
第Ⅰ变形区：即剪切变形区 ，金属剪切滑移，成为切屑。 金属切削过程的塑性变形主要 集中于此区域。
产生弱化作用，也不会产生积屑瘤。走刀量保持一定时
，积屑瘤高度与切削速度有密切关系。
第一节
金属切削过程及切屑类型
积屑瘤高度与切削速度关系示意图
积屑瘤
积屑瘤影响
◆实际前角增大 ◆ 大切削厚度， 可能引起振动 ◆ 使加工表面粗 糙度增大 ◆ 对刀具寿命有 影响
第一节
金属切削过程及切屑类型
lfi lfo
切屑与前刀面的摩擦
第一节 积屑瘤
金属切削过程及切屑类型
在切削速度不高而又能形成连续切屑的情况下，加工一般钢 料或其它塑性材料时，常常在前刀面处粘着一块剖面呈三角 状的硬块,称为积屑瘤。 它的硬度很高，通常是 切屑 工件材料的2—3倍，在 处于比较稳定的状态时， 能够代替刀刃进行切削。
第二章
金属切削基本理论及应用
第一节
金属切削过程及切屑类型
金属切削过程是指在刀具和切削力的作用下形成切屑的过
程，在这一过程中，始终存在着刀具切削工件和工件材料抵抗切
削的矛盾，产生许多物理现象，如切削力、切削热、积屑瘤、刀 具磨损和加工硬化等。
金属切削变形过程
切削变形实验设备与录像装置
金属切削变形过程
切屑类型
带状切屑
挤裂切屑
单元切屑 切屑形态照片
崩碎切屑
切屑控制
为使切削过程正常进行和保证已加工表面质量，应使切 屑卷曲和折断。 切屑的卷曲是切屑基本变形或经过卷屑槽使之产生附加 变形的结果 断屑是对已变形的切屑再附加一次变形（常需有断屑装置）
切屑的卷曲
断屑的产生
切屑的卷曲
断屑的产生
变形程度表示方法
第一节
金属切削过程及切屑类型
• 2、挤裂(节状)切屑 外形特征：刀屑接触面有裂纹，外表面是锯齿 形。 形成条件：这类切屑之所以呈锯齿形，是由于 它的第一变形区较宽，在剪切滑移过程中滑移 量较大。大多在低速、大进给、切削厚度较大、 刀具前角较小时产生。
第一节
金属切削过程及切屑类型
• 3、单元(粒状)切屑 在挤裂(节状)切屑产生的前提下,
Φ
第一节
金属切削过程及切屑类型
三、切屑的类型 1、带状切屑 最常见的屑型之一 外形特征：它的内表面是光滑的，外表面是毛茸茸的。 形成条件： 一般加工塑性金属材料，当切削厚度较小、切削 速度较高、刀具前角较大时，会得到此类切屑。 优点：切削过程平稳，切削力波动较小，已加工表面粗糙度较 小。 缺点：紊乱状切屑缠绕在刀具 或工件上影响加工过程。
切削层经塑性变形后，厚度增加，长度缩小，宽度基本 不变。可用其表示切削层的变形程度。 ◆ 厚度变形系数
h
hch hD
◆ 长度变形系数
LD L Lch
Lch LD
切屑与切削层尺寸
第一节
金属切削过程及切屑类型
根据体积不变原理，则
lc hch OM sin(90 0 ) cos( 0 ) h lch hD OM sin sin
当进一步降低切削速度，增大 进给量，减小前角时则出现 单元(粒状)切屑。
• 4、崩碎切屑 切削脆性金属(铸铁)时，常见的呈不规
则细粒状的切屑。产生这种切 屑会使切削过程不平稳，易损 坏刀具，使已加工表面粗糙。 工件材料越是脆硬、进给量越 大则越容易产生这种切屑。
切屑的种类
切屑类型及形成条件
名称 带状切屑 挤裂切屑 单元切屑 崩碎切屑
通过分析积屑瘤产生原因可以得出防止积屑瘤的主要方法：
1)降低切削速度，使温度较低，粘结现象不易发生；
2)采用高速切削，使切削温度高于积屑瘤消失的相应温度； 3)采用润滑性能好的切削液，减小摩擦； 4)增大刀具前角，以减小切屑于前刀面接触区的压力； 5)适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。
已加工表面的变形 变形原因
积屑瘤
刀具
积屑瘤
积屑瘤
积屑瘤成因
◆ 一定温度、压力作用下，切屑底层与前刀面发生粘结 ◆ 粘结金属严重塑性变形，产生加工硬化 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，也与刃前区的温度和压力分布有关。一般说
来，塑性材料的加工硬化倾向愈强，愈易产生积屑瘤； 温度与压力太低，不会产生积屑瘤；反之，温度太高，
Ⅱ
Ⅰ
Ⅲ
第Ⅱ变形区：靠近前刀面处 切削部位三个变形区 ，切屑排出时受前刀面挤压与 摩擦。此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的 主要原因。 第Ⅲ变形区：已加工面受到后刀面挤压与摩擦，产生变 形。此区变形是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要 原因。
第一节
金属切削过程及切屑类型
二、第一变形区内的金属剪切变形
ε主要反映第Ⅰ变形区 的变形，Λh 还包含了第 Ⅱ变形区的影响。
M
φ
O
相对滑移系数
第一节
剪切角
金属切削过程及切屑类型
剪切角φ ↑ →剪切面积↓→变形程度↓→切削力↓。
φ角与剪切面面积的关系
结论：剪切角与前角是影响切削变形的两个主要因素。如 果增大前角和剪切角，使相对滑移ε、变形系数∧h减小， 则切削变形减小。
前刀面的摩擦变形
特点
在高温高压作用下，切屑底层与前刀面发生粘结，切屑 与前刀面之间既有外摩擦，也有内摩擦。
两个摩擦区
粘结区：高温高压使切屑底 层软化，粘嵌在前刀面高低不 平的凹坑中，形成长度为lfi 的 粘结区。切屑的粘结层与上层 金属之间产生相对滑移，其间 的摩擦属于内摩擦。 滑动区：切屑在脱离前刀面 之前，与前刀面只在一些突出 点接触，切屑与前刀面之间的 摩擦属于外摩擦。
实验表明，切屑的形成过程是切削层金属受
到刀具前面的挤压作用，迫使其产生弹性变形，
当剪切应力达到金属材料屈服强度时，产生塑
性变形。同时金属晶格产生滑移，最终形成切
屑。切屑的变形和形成过程如下图所示。
第一节
金属切削过程及切屑类型
第一节
金属切削过程及切屑类型
在一般切削速度范围内，第一变形区的宽度仅为0.02— 0.2mm，所以，可以用一剪切面来表示。剪切面和切削速度 方向间的夹角称为剪切角，以Φ 表示。
简图
形态 变形 形成 条件
带状，底面光滑 ，背面呈毛茸状 剪切滑移尚未达 到断裂程度
节状，底面光滑有裂 纹，背面呈锯齿状
粒状
不规则块状颗粒
未经塑性变形即 被挤裂 加工硬脆材料， 刀具前角较小
局部剪切应力达到断 剪切应力完全达 到断裂强度 裂强度
加工塑性材料， 切削速度较高， 进给量较小， 刀具前角较大
此公式表明，剪切角φ 与前角γ 0是影响切削变形的两个主要 因素。当前角一定时，随剪切角的增大而减小。 变形系数越大,切屑越厚越短,切削变形越大。
相对滑移系数
相对滑移系数
滑移距离Δs与单元厚度Δy之比。
cos 0 S y sin cos( 0 )
γ0
当γ0 = 0～30°，Λh ≥1.5时， Λh与ε相近
切削刃存在刃口圆弧， 导致挤压和摩擦，产生 第Ⅲ变形区。
hD
τ
ΔhD A C E F Δh
变形情况
A点以上部分沿前刀面 流出，形成切屑；A点 以下部分受挤压和摩擦 留在加工表面上，并有 弹性恢复。
σn
τ
已加工表面变形
应力分布
A点前方正应力最大，剪应力为 0。 A点两侧正应力逐渐减小，剪应力逐渐增大，继而减小。
切削过程平稳， 表面粗糙度小， 妨碍切削工作， 应设法断屑
加工塑性材料， 切削速度较低， 进给量较大， 刀具前角较小
切削过程欠平稳， 表面粗糙度欠佳
工件材料硬度较 高，韧性较低， 切削速度较低
影响
切削力波动较大， 切削力波动大，有 切削过程不平稳， 冲击，表面粗糙度 表面粗糙度不佳 恶劣，易崩刀
切屑的种类
切屑 M 终滑移线
A
Φ剪切角 始滑移线：τ=τs O
刀具
切屑根部金相照片
第一节
金属切削过程及切屑类型
一.切削形成过程及变形区的划分 下图是在直角自由切削工件条件下观察绘制得到的金 属切削滑移线和流线示意图。
第一节 金属切削过程切屑类型
三个变形区分析
第Ⅰ变形区：即剪切变形区 ，金属剪切滑移，成为切屑。 金属切削过程的塑性变形主要 集中于此区域。
产生弱化作用，也不会产生积屑瘤。走刀量保持一定时
，积屑瘤高度与切削速度有密切关系。
第一节
金属切削过程及切屑类型
积屑瘤高度与切削速度关系示意图
积屑瘤
积屑瘤影响
◆实际前角增大 ◆ 大切削厚度， 可能引起振动 ◆ 使加工表面粗 糙度增大 ◆ 对刀具寿命有 影响
第一节
金属切削过程及切屑类型
lfi lfo
切屑与前刀面的摩擦
第一节 积屑瘤
金属切削过程及切屑类型
在切削速度不高而又能形成连续切屑的情况下，加工一般钢 料或其它塑性材料时，常常在前刀面处粘着一块剖面呈三角 状的硬块,称为积屑瘤。 它的硬度很高，通常是 切屑 工件材料的2—3倍，在 处于比较稳定的状态时， 能够代替刀刃进行切削。
第二章
金属切削基本理论及应用
第一节
金属切削过程及切屑类型
金属切削过程是指在刀具和切削力的作用下形成切屑的过
程，在这一过程中，始终存在着刀具切削工件和工件材料抵抗切
削的矛盾，产生许多物理现象，如切削力、切削热、积屑瘤、刀 具磨损和加工硬化等。
金属切削变形过程
切削变形实验设备与录像装置
金属切削变形过程
切屑类型
带状切屑
挤裂切屑
单元切屑 切屑形态照片
崩碎切屑
切屑控制
为使切削过程正常进行和保证已加工表面质量，应使切 屑卷曲和折断。 切屑的卷曲是切屑基本变形或经过卷屑槽使之产生附加 变形的结果 断屑是对已变形的切屑再附加一次变形（常需有断屑装置）
切屑的卷曲
断屑的产生
切屑的卷曲
断屑的产生
变形程度表示方法
第一节
金属切削过程及切屑类型
• 2、挤裂(节状)切屑 外形特征：刀屑接触面有裂纹，外表面是锯齿 形。 形成条件：这类切屑之所以呈锯齿形，是由于 它的第一变形区较宽，在剪切滑移过程中滑移 量较大。大多在低速、大进给、切削厚度较大、 刀具前角较小时产生。
第一节
金属切削过程及切屑类型
• 3、单元(粒状)切屑 在挤裂(节状)切屑产生的前提下,
Φ
第一节
金属切削过程及切屑类型
三、切屑的类型 1、带状切屑 最常见的屑型之一 外形特征：它的内表面是光滑的，外表面是毛茸茸的。 形成条件： 一般加工塑性金属材料，当切削厚度较小、切削 速度较高、刀具前角较大时，会得到此类切屑。 优点：切削过程平稳，切削力波动较小，已加工表面粗糙度较 小。 缺点：紊乱状切屑缠绕在刀具 或工件上影响加工过程。