金属切削的变形过程
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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 擦属于百度文库摩擦。
lfi
lfo
切屑与前刀面的摩擦
§3.3 前刀面的挤压与摩擦 及其对切削变形的影响
前刀面的摩擦 外摩擦特性
外摩擦力与摩擦系数和正压力有关与接触面积无关。
摩擦系数为定值。
BO
b）偏挤压
M O
F
c）切削
金属挤压与切削比较
§ 3.2 金属切削层的变形
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。
Ⅱ Ⅰ
Ⅲ
第Ⅱ变形区：靠近前刀面处 ，切屑排出时受前刀面挤压与
切削部位三个变形区
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。
§ 3.2 金属切削层的变形
第一变形区的剪切变形
M A
终滑移线
切屑
Φ剪切角
始滑移线：τ=τs
刀具 O
切屑根部金相照片
§ 3.2 金属切削层的变形
第Ⅰ变形区的剪切变形程度分析
剪切角 φ ：
由摩擦而产生的热量使接触区域温度升高
本变形区的变形也影响第一区变形
§3.3 前刀面的挤压与摩擦 及其对切削变形的影响
作用在切屑上的力
取 切 屑 为 隔 离 体 ， 作 用 在 剪切面和底面的力平衡 直 角 自 由 切 削 时 各 力 的 作 用角度如图 切削层面积：
Ac ac aw
内摩擦特性
内摩擦系数为变值。
Ff s Af 1 s Fn av Af 1 av
s
切屑与前刀面的摩擦
影响前刀面摩擦系数的主要因素
工件材料、切削厚度ac、切削速度v、刀具前角 o
§3.4 积屑瘤的形成及其对切削的影响
积屑瘤形成
加工塑性材料
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
切削：与偏挤压情况类似。弹性变 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 力与滑移量继续增大，达到断裂强度 →切屑与母体脱离。
45° M A F
B
O
a）正挤压
45° M A F
第三章 金属切削的变形过程
主要内容
研究切削变形的意义和方法 切削层的变形 前刀面的挤压和摩擦 积屑瘤 切屑变形规律 切屑的类型、卷曲和折断
§ 3.1 研究金属切削变形过程的 意义和方法
研究金属切削变形过程的意义
认识和掌握金属切削的规律，用以提高切削效 率、降低成本、保证质量。 19世纪以来，大批学者从不同方面进行研究， 科学地揭示和解释了金属切削过程的种种现象和 规律。 各行业对机械产品的需求促使人们不断地探索 和研究新问题。
↑→ ↓→切削变形↑——应尽量减小
该公式仅是理论分析。只能定性地解释问题， 定量上有出入
前刀面的摩擦
特点
在高温高压作用下，切屑底层与前刀面发生粘接，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 接区。切屑的粘接层与上层金
研究过程采用了多种方法
侧面变形观察法、高速摄影法 快速落刀法、扫描电镜显微观察法等
切削变形实验设备与录像装置
§ 3.2 金属切削层的变形
挤压与切削
切屑的形成与切离过程，是切削 层受到刀具前刀面的挤压而产生以 滑移为主的塑性变形过程。
正挤压：金属材料受挤压时，最大 剪应力方向与作用力方向约成45°
L
LD Lch
◆ 自由切削宽度变形可忽略
L h
Lch LD
切屑与切削层尺寸
§ 3.2 金属切削层的变形
剪切角与变形系数的关系
ach OM sin(90 o ) cos( o )
ac
OM sin
sin
相对滑移与变形系数的关系
γ0
2 2sin o 1 cos o
剪切必需的力：
Fs Ac sin
作用在切屑上的力
§3.3 前刀面的挤压与摩擦 及其对切削变形的影响
作用在切屑上的力
两处作用力平衡，汇集于 刀刃前方如图 由几何关系得：
Fs Fr cos( o )
理论切削力（合力）：
理论切削力计算
Fr Fs cos( o ) Ac sin cos( o )
γ0
剪切面与切削速度之间的夹角。
相对滑移系数
S
cos 0
y sin cos( 0 )
M
φ
O
相对滑移系数
§ 3.2 金属切削层的变形
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。可用其表示切削层变的变形程度。
◆ 厚度变形系数
h
ach ac
◆ 长度变形系数
§3.3 前刀面的挤压与摩擦及其 对切削变形的影响
剪切角与前刀面摩擦角 的关系
根据材料力学结论：主应力方向与最大剪应力方
向的夹角为 4 。
o 4
Lee and Shaffer公式：
4
(
o)
4
由Lee and Shaffer公式知：
o↑→ ↑→切削变形↓——应尽量增大 o
切屑
形成连续切屑
一定的切削速度
积屑瘤特点
属 于 强 烈 塑 性 变 形的工件材料 内 摩 擦 、 粘 接 、 高硬度
积屑瘤
刀具
切屑的分离和积屑瘤
积屑瘤的影响
实际前角增大 增大切削厚度 粗糙度值增大 影响耐用度
抑制积屑瘤的办法
§3.4 积屑瘤的形成及其对切削的影响
切削速度与积屑瘤和变形系数的关系
当 o= 0～30°， ≥1.5时， 与ε相近。
ε主要反映第Ⅰ变形区的变形，
还包含了第Ⅱ变形区的影响。
φ
变形系数求法
§3.3 前刀面的挤压与摩擦 及其对切削变形的影响
第二变形区特点
强 烈 的 挤 压 与
摩擦
切 屑 底 层 纤 维
化，流动缓慢甚
至停滞
切屑弯曲
切削部位三个变形区
积屑瘤高度 h（μm） 变形系数
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 擦属于百度文库摩擦。
lfi
lfo
切屑与前刀面的摩擦
§3.3 前刀面的挤压与摩擦 及其对切削变形的影响
前刀面的摩擦 外摩擦特性
外摩擦力与摩擦系数和正压力有关与接触面积无关。
摩擦系数为定值。
BO
b）偏挤压
M O
F
c）切削
金属挤压与切削比较
§ 3.2 金属切削层的变形
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。
Ⅱ Ⅰ
Ⅲ
第Ⅱ变形区：靠近前刀面处 ，切屑排出时受前刀面挤压与
切削部位三个变形区
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。
§ 3.2 金属切削层的变形
第一变形区的剪切变形
M A
终滑移线
切屑
Φ剪切角
始滑移线：τ=τs
刀具 O
切屑根部金相照片
§ 3.2 金属切削层的变形
第Ⅰ变形区的剪切变形程度分析
剪切角 φ ：
由摩擦而产生的热量使接触区域温度升高
本变形区的变形也影响第一区变形
§3.3 前刀面的挤压与摩擦 及其对切削变形的影响
作用在切屑上的力
取 切 屑 为 隔 离 体 ， 作 用 在 剪切面和底面的力平衡 直 角 自 由 切 削 时 各 力 的 作 用角度如图 切削层面积：
Ac ac aw
内摩擦特性
内摩擦系数为变值。
Ff s Af 1 s Fn av Af 1 av
s
切屑与前刀面的摩擦
影响前刀面摩擦系数的主要因素
工件材料、切削厚度ac、切削速度v、刀具前角 o
§3.4 积屑瘤的形成及其对切削的影响
积屑瘤形成
加工塑性材料
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
切削：与偏挤压情况类似。弹性变 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 力与滑移量继续增大，达到断裂强度 →切屑与母体脱离。
45° M A F
B
O
a）正挤压
45° M A F
第三章 金属切削的变形过程
主要内容
研究切削变形的意义和方法 切削层的变形 前刀面的挤压和摩擦 积屑瘤 切屑变形规律 切屑的类型、卷曲和折断
§ 3.1 研究金属切削变形过程的 意义和方法
研究金属切削变形过程的意义
认识和掌握金属切削的规律，用以提高切削效 率、降低成本、保证质量。 19世纪以来，大批学者从不同方面进行研究， 科学地揭示和解释了金属切削过程的种种现象和 规律。 各行业对机械产品的需求促使人们不断地探索 和研究新问题。
↑→ ↓→切削变形↑——应尽量减小
该公式仅是理论分析。只能定性地解释问题， 定量上有出入
前刀面的摩擦
特点
在高温高压作用下，切屑底层与前刀面发生粘接，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 接区。切屑的粘接层与上层金
研究过程采用了多种方法
侧面变形观察法、高速摄影法 快速落刀法、扫描电镜显微观察法等
切削变形实验设备与录像装置
§ 3.2 金属切削层的变形
挤压与切削
切屑的形成与切离过程，是切削 层受到刀具前刀面的挤压而产生以 滑移为主的塑性变形过程。
正挤压：金属材料受挤压时，最大 剪应力方向与作用力方向约成45°
L
LD Lch
◆ 自由切削宽度变形可忽略
L h
Lch LD
切屑与切削层尺寸
§ 3.2 金属切削层的变形
剪切角与变形系数的关系
ach OM sin(90 o ) cos( o )
ac
OM sin
sin
相对滑移与变形系数的关系
γ0
2 2sin o 1 cos o
剪切必需的力：
Fs Ac sin
作用在切屑上的力
§3.3 前刀面的挤压与摩擦 及其对切削变形的影响
作用在切屑上的力
两处作用力平衡，汇集于 刀刃前方如图 由几何关系得：
Fs Fr cos( o )
理论切削力（合力）：
理论切削力计算
Fr Fs cos( o ) Ac sin cos( o )
γ0
剪切面与切削速度之间的夹角。
相对滑移系数
S
cos 0
y sin cos( 0 )
M
φ
O
相对滑移系数
§ 3.2 金属切削层的变形
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。可用其表示切削层变的变形程度。
◆ 厚度变形系数
h
ach ac
◆ 长度变形系数
§3.3 前刀面的挤压与摩擦及其 对切削变形的影响
剪切角与前刀面摩擦角 的关系
根据材料力学结论：主应力方向与最大剪应力方
向的夹角为 4 。
o 4
Lee and Shaffer公式：
4
(
o)
4
由Lee and Shaffer公式知：
o↑→ ↑→切削变形↓——应尽量增大 o
切屑
形成连续切屑
一定的切削速度
积屑瘤特点
属 于 强 烈 塑 性 变 形的工件材料 内 摩 擦 、 粘 接 、 高硬度
积屑瘤
刀具
切屑的分离和积屑瘤
积屑瘤的影响
实际前角增大 增大切削厚度 粗糙度值增大 影响耐用度
抑制积屑瘤的办法
§3.4 积屑瘤的形成及其对切削的影响
切削速度与积屑瘤和变形系数的关系
当 o= 0～30°， ≥1.5时， 与ε相近。
ε主要反映第Ⅰ变形区的变形，
还包含了第Ⅱ变形区的影响。
φ
变形系数求法
§3.3 前刀面的挤压与摩擦 及其对切削变形的影响
第二变形区特点
强 烈 的 挤 压 与
摩擦
切 屑 底 层 纤 维
化，流动缓慢甚
至停滞
切屑弯曲
切削部位三个变形区
积屑瘤高度 h（μm） 变形系数