切屑的形成过程

刀具几何参数
刀具几何参数中影响最大的是前角。刀具前角γo越大，剪切角φ变 大，变形系数Λh就越小图3-12
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3.1.4 影响切削变形的因素
切削用量
无积屑瘤的情况 切削速度vc越高，变形系数Λh越小。
进给量 f 越大，hD增大，前刀面上的σav 增大，切应力减小，摩擦系数减小，剪
切角φ加大，变形系数Λh越小。
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3.1.4 影响切削变形的因素
切削用量
有积屑瘤的情况 vc通过积屑瘤前角γb(即实际工作前角γoe)来影响变形系数Λh，图314所示。 背吃刀量ap对变形系数Λh基本无影响。
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3.1.5 切屑类型及切屑控制
表3-1 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
剪应变（相对滑移系数）

S y
hch
γ0
NK KP
0P
M hD
K N
MK cot tan( 0) cos 0 sin cos( 0)
φ
O
（3-2）
剪切角愈小，前角愈小—>剪切变形量愈大
图3-7 剪应变的计算
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3.1.2 切屑变形程度的表示方法
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3
3.1.1 切削的形成过程
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°
45° M A F
O B a）正挤压
45° M A B O F
偏挤压：金属材料一部分受挤压时 b）偏挤压 ， 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 M 切削：与偏挤压情况类似。弹性变 O 形→剪切应力增大，达到屈服点→产 F 生塑性变形，沿 OM 线滑移 → 剪切应 c）切削 力与滑移量继续增大，达到断裂强度 →切屑与母体脱离。 图3-3 金属挤压与切削比较
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 hch （3-3a） ha hD ◆ 长度变形系数 Lc hl Lch
Lch Lc
（3-3b）
因为体积相同，切削层宽度近似相同
图3-8 切屑与切削层尺寸 h称变形系数，h愈大，说 明切屑的变形程度愈大。
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（3-8）
3.1.5 硬脆非金属材料切屑形成机理
脆性材料切削过程
◆ 大规模挤裂与小规模挤裂交替进行
a）
b）
c）
d）
e）
图3-13 硬脆材料切削过程
Fra Baidu bibliotek
a）大规模挤裂（大块破碎切除） b）空切 c）小规模挤裂（小块破碎切除） d）小规模挤裂（次小块破碎切除） e）重复大规模挤裂（大块破碎切除）
第3章 切削与磨削原理
本章要点
理解切屑的形成过程、切屑变形程度表示方法及3个
变形区，了解影响切屑变形的因素及切屑类型 理解切削力的产生、分解与经验公式，了解影响切削 力的主要因素 理解切削热的产生、传出，了解切削温度分布及主要 影响因素 了解刀具磨损形式与磨损原因。理解刀具寿命概念及 影响刀具寿命的主要因素 掌握切削用量的选择方法，了解切削用量的优化 了解磨削机理与磨削特点 了解高速切削技术特点与进展
Flash 演示
Flash 演示
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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
变形为
φ
O
cos 0 t an h sin 0
2 2 h sin 0 1 h h cos 0
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3.1.3 前刀面上刀-屑的摩擦与积屑瘤
摩擦特点
在高温高压作用下，切屑底层与前刀面发生沾接，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lf1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。 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。
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9
hch Lc （3-3） h hD Lch
3.1.2 切屑变形程度的表示方法
变形系数
h hch OM sin(90 0 ) hD OM sin
hch K N
γ0
h
cos( 0 ) （3-4） sin
0P
M hD
断屑是对已变形的切屑再附加一次变形（常需有断屑装置， 图3-17b）
图3-7 切屑的卷曲
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3.1.6 硬脆非金属材料切屑形成机理
脆性断裂条件
G＞GC
（3-7）
式中 G —— 裂纹扩展单位长度时释放的能量（应变能 释放率）； GC ——裂纹扩展单位长度时所需的能量（裂纹扩 展阻力）。 对于Ⅰ型（张开型）裂纹，在平面应变条件下，脆性断 裂条件为： K1＞K1C 式中 K1 —— 应力强度因 子； K1C —— K1临界值。
Ⅱ
Ⅰ
Ⅲ
第Ⅱ变形区：靠近前刀面处 图3-6 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。
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7
3.1.2 切屑变形程度的表示方法
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4
3.1.1 切削的形成过程
金属切削变形过程
切削变形实验设备与录像装置
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3.1.1 切削的形成过程
金属切削变形过程
切屑 M 终滑移线
A
Φ剪切角 始滑移线：τ=τs O
刀具
图3-4 切屑根部金相照片
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3.1.1 切削的形成过程
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。
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
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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。
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Δh
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3.1.3 前刀面上刀-屑的摩擦与积屑瘤
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接 ◆ 粘接金属严重塑性变形，产生加工硬化
积屑瘤形成过程
滞留—粘接—长大
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1
机械制造技术基础
第3章 切削与磨削原理 Cutting and Grinding Theory
3.1 切屑的形成过程 Cutting process
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2
3.1.1 切削的形成过程
直角自由切削
没有副刃参加切削，且λs = 0°。
a）直角切削
b）斜角切削
c）不自由切削
图3-1 直角、斜角自由切削与不自由切削
lf1 lf2
图3-9 切屑与前刀面的摩擦
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3.1.3 前刀面上刀-屑的摩擦与积屑瘤
加工表面变形原因
切削刃存在刃口圆弧， 导致挤压和摩擦，产生 第Ⅲ变形区。
hD ΔhD
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。
τ
A
C E F
切屑
积屑瘤影响
◆ 增大前角，保护刀刃 ◆ 影响加工精度和表面 粗糙度
积屑瘤的动态演示1 积屑瘤的动态演示2 积屑瘤的动态演示3
积屑瘤
刀具
图3-10 积屑瘤
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3.1.3 前刀面上刀-屑的摩擦与积屑瘤
积屑瘤高度
切削速度
切削速度对积屑瘤的影响
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3.1.4 影响切削变形的因素
工件材料
工件材料强度和硬度越大，变形系数Λh越小，即切屑变形越小。图3-11
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3.1.5 切屑类型及切屑控制
切屑类型
带状 切屑
挤裂 切屑
粒状 切屑
图3-16 切屑形态照片
崩碎 切屑
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3.1.5 切屑类型及切屑控制
国际标准化组织的切屑分类法
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切屑控制
3.1.5 切屑类型及切屑控制
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（图3-17a）