金属切削过程及控制
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2. 塑形变形：随着切应力， 切应变逐渐增大，达到 其屈服强度时，产生塑 性变形而滑移；
3. 挤裂：刀具继续切入， 材料内部的应力、应变 继续增大，当切应力达 到其断裂强度时，金属 材料被挤断；
4. 切离：切屑沿刀具前刀 面流出。
机械与汽车工程学院
教案九
3.1 切削过程与切屑类型
金属切削过程中的滑移线和流线示意图
? 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。
机械与汽车工程学院
?剪切角
对于同一材料，用相同的刀具，切削同样大小的切削层 ，当切削速度较高时，剪切角越大，剪切面积越小，即 变形程度越小。
根据材料力学平面应力
状态理论，主应力方向
与最大剪应力方向的夹
角为45o，可以推出：
?
?
?
?
?0
?
?
4
?
?
?
4
?
?
?
?0
前角越大，摩擦系数越小，切削变形越小。
切削材料的强度、硬度越高，进给量越大，切削厚度越大，摩擦系数减 小，变形减小
机械与汽车工程学院
影响切屑变形的主要因素：
1、工件材料：强度、硬度越大，切屑变形越小； 2、刀具前角：前角越大，切削刃越锋利，剪切角越大，切屑变 形越小； 3、切削速度：通过积屑瘤和切削温度使剪切角变化而影响切屑 变形的波动；
机械与汽车工程学院
教案九
3.1 切削过程与切屑类型
金属切削过程中，刀具与工件相互作用，产生 切 削变形、形成切屑、产生切削力 、切削热与切削温度 、 刀具磨损 等现象。为了保证产品加工质量、减少能耗、 提高生产率、必须合理使用与设计刀具、夹具和机床、 选择最合理的切削用量，必须研究切削过程，分析金 属切削变形及其规律。
?
cos(? ? ? 0 ) sin ?
◆ 长度变形系数
?
hl
?
lc l ch
由截面积相等可推出两变形系数相等
Lch Lc
切屑与切削层尺寸
பைடு நூலகம்
剪切角越大，切削变形越小。
机械与汽车工程学院
?相对滑移系数
? ? ?S ?
cos ? 0
? y sin ? cos( ? ? ? 0 )
? 当γ0 = 0～30°，Λh ≥1.5时， Λh与ε相近
机械与汽车工程学院
3.1 切削过程与切屑类型
变形区的划分
? 第Ⅰ变形区：即剪切滑移区金属剪
切滑移，成为切屑。
始滑面OA与终滑面OM 之间的区域 ，塑性变形主要集中于此区域。
Ⅰ
三个变形区
机械与汽车工程学院
3.1 切削过程与切屑类型
变形区的划分
? 第Ⅱ变形区：纤维化区。
切屑沿前刀面流动，受挤压与摩擦，切屑底
3.1 切削过程与切屑类型
?使得积屑瘤增大的切削速度范围，随着 vc 实际前角 变形 ?使得积屑瘤减少的切削速度范围，随着 vc 实际前角 变形 ?在无积屑瘤的切削速度范围，随着 vc 变形
4、切削厚度：切削厚度增加，摩擦系数减少，剪切角增大，变 形系数减少。在无积屑瘤的情况下，进给量越大，变形越小。
机械与汽车工程学院
教案十
部晶粒纤维化，其方向基本与前刀面平行。
Ⅱ
造成前刀面的磨损和积屑瘤的形成。
三个变形区
机械与汽车工程学院
3.1 切削过程与切屑类型
变形区的划分
? 第Ⅲ变形区：纤维化与加工硬化区
工件基体留下的表层（已加工面）经 过刀具钝圆切削刃和后刀面挤压摩擦 ，产生塑性变形，刀具前移时，工件 表面回弹。
造成已加工面塑性变形、晶粒纤维化 、加工硬化和残余应力。
? 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。
lfi
lfo
图 切屑与前刀面的摩擦
机械与汽车工程学院
已加工表面的变形
?刀刃钝圆半径rn :
前后刀面过渡圆弧半径。
?后刀面磨损带VB :
后刀面实际后角为零的棱带。
?弹性恢复区CD：
已加工面受到后刀面挤压 与摩擦产生塑性变形，是 造成已加工面加工硬化和 残余应力的主要原因。
c）切削
金属挤压与切削比较
机械与汽车工程学院
教案九
3.1 切削过程与切屑类型
一、切屑成形过程及切削变形区的划分
切屑
金
M
属
终滑移线
切 削A
变
形
Φ 剪切角
刀具
过
程 始滑移线：τ=τs
O
切屑根部金相照片（直角自由切削）
机械与汽车工程学院
切屑的形成过程
1. 刀具挤压工件，产生弹 性变形：切削层的金属 受到刀具前刀面的推挤 后产生弹性变形；
Ⅲ
三个变形区
机械与汽车工程学院
切屑与前刀面的摩擦变形
?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的粘接区。切
屑的粘接层与上层金属之间产生相 对滑移，其间的摩擦属于内摩擦。
hD ΔhD
机械与汽车工程学院
教案九
3.1 切削过程与切屑类型
晶粒滑移示意图
机械与汽车工程学院
教案九
3.1 切削过程与切屑类型
变形系数
切削层经塑性变形后，厚度增加，长度缩小。 假设：宽度不变，体积不变。
◆ 厚度变形系数
? ha
?
hch hD
?
OM ?sin(90? ? ? ? ? 0 ) OM ?sin ?
机械与汽车工程学院
3.1 切削过程与切屑类型
切削模型
切削方式：直角自由切削方式
特点：
?一条切削刃参与切削 过程 ?切削刃与切削速度垂 直 ?切削刃长度超过切削 层宽度
机械与汽车工程学院
教案九
3.1 切削过程与切屑类型
挤压与切削
45° M A F
? 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°。
? 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。
B
O
a ）正挤压
45° M A F
BO
b）偏挤压
? 切削： 与偏挤压类似。 弹性变形 →剪应力
M
增大，达屈服点→ 塑性变形，沿OM线滑移→剪
O
应力与滑移量继续增大，达 断裂强度→切屑与 F
母体分离。
第3章 金属切削过程与控制
3.1 切削过程和切屑类型 3.2 切削力 3.3 切削热、切削温度和切削液 3.4 刀具的磨损和刀具耐用度 3.6 切削用量的合理选择 教学目的：掌握切削的三个变形区；了解切屑的基本类型； 掌握切削力的组成及计算方法；掌握切削热的产生以及对刀 具寿命的影响。 教学重点：1．金属切削过程中所产生的物理现象及其 内在规律及应用；2．刀具耐用度和刀具总寿命；3．合理 选择切削用量的原则和方法；
3. 挤裂：刀具继续切入， 材料内部的应力、应变 继续增大，当切应力达 到其断裂强度时，金属 材料被挤断；
4. 切离：切屑沿刀具前刀 面流出。
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教案九
3.1 切削过程与切屑类型
金属切削过程中的滑移线和流线示意图
? 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。
机械与汽车工程学院
?剪切角
对于同一材料，用相同的刀具，切削同样大小的切削层 ，当切削速度较高时，剪切角越大，剪切面积越小，即 变形程度越小。
根据材料力学平面应力
状态理论，主应力方向
与最大剪应力方向的夹
角为45o，可以推出：
?
?
?
?
?0
?
?
4
?
?
?
4
?
?
?
?0
前角越大，摩擦系数越小，切削变形越小。
切削材料的强度、硬度越高，进给量越大，切削厚度越大，摩擦系数减 小，变形减小
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影响切屑变形的主要因素：
1、工件材料：强度、硬度越大，切屑变形越小； 2、刀具前角：前角越大，切削刃越锋利，剪切角越大，切屑变 形越小； 3、切削速度：通过积屑瘤和切削温度使剪切角变化而影响切屑 变形的波动；
机械与汽车工程学院
教案九
3.1 切削过程与切屑类型
金属切削过程中，刀具与工件相互作用，产生 切 削变形、形成切屑、产生切削力 、切削热与切削温度 、 刀具磨损 等现象。为了保证产品加工质量、减少能耗、 提高生产率、必须合理使用与设计刀具、夹具和机床、 选择最合理的切削用量，必须研究切削过程，分析金 属切削变形及其规律。
?
cos(? ? ? 0 ) sin ?
◆ 长度变形系数
?
hl
?
lc l ch
由截面积相等可推出两变形系数相等
Lch Lc
切屑与切削层尺寸
பைடு நூலகம்
剪切角越大，切削变形越小。
机械与汽车工程学院
?相对滑移系数
? ? ?S ?
cos ? 0
? y sin ? cos( ? ? ? 0 )
? 当γ0 = 0～30°，Λh ≥1.5时， Λh与ε相近
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3.1 切削过程与切屑类型
变形区的划分
? 第Ⅰ变形区：即剪切滑移区金属剪
切滑移，成为切屑。
始滑面OA与终滑面OM 之间的区域 ，塑性变形主要集中于此区域。
Ⅰ
三个变形区
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3.1 切削过程与切屑类型
变形区的划分
? 第Ⅱ变形区：纤维化区。
切屑沿前刀面流动，受挤压与摩擦，切屑底
3.1 切削过程与切屑类型
?使得积屑瘤增大的切削速度范围，随着 vc 实际前角 变形 ?使得积屑瘤减少的切削速度范围，随着 vc 实际前角 变形 ?在无积屑瘤的切削速度范围，随着 vc 变形
4、切削厚度：切削厚度增加，摩擦系数减少，剪切角增大，变 形系数减少。在无积屑瘤的情况下，进给量越大，变形越小。
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教案十
部晶粒纤维化，其方向基本与前刀面平行。
Ⅱ
造成前刀面的磨损和积屑瘤的形成。
三个变形区
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3.1 切削过程与切屑类型
变形区的划分
? 第Ⅲ变形区：纤维化与加工硬化区
工件基体留下的表层（已加工面）经 过刀具钝圆切削刃和后刀面挤压摩擦 ，产生塑性变形，刀具前移时，工件 表面回弹。
造成已加工面塑性变形、晶粒纤维化 、加工硬化和残余应力。
? 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。
lfi
lfo
图 切屑与前刀面的摩擦
机械与汽车工程学院
已加工表面的变形
?刀刃钝圆半径rn :
前后刀面过渡圆弧半径。
?后刀面磨损带VB :
后刀面实际后角为零的棱带。
?弹性恢复区CD：
已加工面受到后刀面挤压 与摩擦产生塑性变形，是 造成已加工面加工硬化和 残余应力的主要原因。
c）切削
金属挤压与切削比较
机械与汽车工程学院
教案九
3.1 切削过程与切屑类型
一、切屑成形过程及切削变形区的划分
切屑
金
M
属
终滑移线
切 削A
变
形
Φ 剪切角
刀具
过
程 始滑移线：τ=τs
O
切屑根部金相照片（直角自由切削）
机械与汽车工程学院
切屑的形成过程
1. 刀具挤压工件，产生弹 性变形：切削层的金属 受到刀具前刀面的推挤 后产生弹性变形；
Ⅲ
三个变形区
机械与汽车工程学院
切屑与前刀面的摩擦变形
?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的粘接区。切
屑的粘接层与上层金属之间产生相 对滑移，其间的摩擦属于内摩擦。
hD ΔhD
机械与汽车工程学院
教案九
3.1 切削过程与切屑类型
晶粒滑移示意图
机械与汽车工程学院
教案九
3.1 切削过程与切屑类型
变形系数
切削层经塑性变形后，厚度增加，长度缩小。 假设：宽度不变，体积不变。
◆ 厚度变形系数
? ha
?
hch hD
?
OM ?sin(90? ? ? ? ? 0 ) OM ?sin ?
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3.1 切削过程与切屑类型
切削模型
切削方式：直角自由切削方式
特点：
?一条切削刃参与切削 过程 ?切削刃与切削速度垂 直 ?切削刃长度超过切削 层宽度
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教案九
3.1 切削过程与切屑类型
挤压与切削
45° M A F
? 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°。
? 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。
B
O
a ）正挤压
45° M A F
BO
b）偏挤压
? 切削： 与偏挤压类似。 弹性变形 →剪应力
M
增大，达屈服点→ 塑性变形，沿OM线滑移→剪
O
应力与滑移量继续增大，达 断裂强度→切屑与 F
母体分离。
第3章 金属切削过程与控制
3.1 切削过程和切屑类型 3.2 切削力 3.3 切削热、切削温度和切削液 3.4 刀具的磨损和刀具耐用度 3.6 切削用量的合理选择 教学目的：掌握切削的三个变形区；了解切屑的基本类型； 掌握切削力的组成及计算方法；掌握切削热的产生以及对刀 具寿命的影响。 教学重点：1．金属切削过程中所产生的物理现象及其 内在规律及应用；2．刀具耐用度和刀具总寿命；3．合理 选择切削用量的原则和方法；