切削过程及断屑

衡量切屑可控性的主要标准
• 切屑不得缠绕在刀具、工件及其相邻的工具、装 备上；
• 切屑不得飞溅，以保证操作者与观察者的安全； • 精加工时，切屑不可划伤工件的已加工表面，影
响已加工表面的质量； • 保证刀具预定的耐用度，不能过早磨损并竭力防
止其破损； • 切屑流出时，不妨碍切削液的喷注； • 切屑不会划伤机床导轨或其他部件等。
剪切滑移示意图

◇第一变形区：是形成切屑的变形区，其变形特点是切削 层产生剪切滑移变形。金属切削过程的塑性变形主要集 中于此区域。
◇第二变形区：与前刀面接触的切削层产生的挤压摩擦变 形。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。
◇第三变形区：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。
1—挡屑板 3—螺钉
2 —压板
4—弹簧

（三）利用断屑装置
• 断屑装置类型：机械式，液压式和电气式等 • 断屑装置成本高 • 断屑装置断屑，稳定可靠 • 一般只用于自动线上
1--车刀 2--导屑通道 3--盘形切断器 4--传动轴 6--排屑道

切屑的控制与利用
◇切屑控制不佳可能带来的问题： □崩碎切屑会飞溅伤人，并易研损机床； □长条带状切屑会缠绕在工件或刀具上，易刮 伤工件，引发刀具破损，甚至影响工人安全。 □ 对于数控机床(加工中心)等自动化加工机 床，断屑问题就显得更为重要。

• 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。
变形区的影响。
◆一般 Φ≈π/4 – β＋γ0
β-前刀面摩擦角
γ0↑ ， Φ↑→ ξ↓ε↓

前刀面的挤压与摩擦及其对切屑变形的影响
1.作用在切屑上的力 直角自由切削，切屑上的力：前刀面上的Fn和Ff，剪切面上的
Fns和Fs互相平衡。
自由直角切削：没有副刃参加切削，且λs = 0°。

积屑瘤
Build-up Edge
1、定义：在速度不高切削塑性金属形成带状切屑 的情况下，滞流层金属粘接在前刀面上，形成 硬度很高的硬块，称为积屑瘤。
2、形成：一定温度与较高压力下，与前刀面接触 的底层受到很大的摩擦阻力，致使底层流出慢， 形成“滞留层”，当摩擦阻力≻切屑材料内部结合 力，则会有一部分金属粘在切削刃附近，形成积 屑瘤。

影响切屑变形的因素 材料强度 材料硬度
切屑生成的所用条 件对切屑变形都有 影响，但影响的程 度不同
工件 刀具
条件
材料 几何参数
切削用量 冷却润滑
前角 后角 ： ：
切削速度 进给量 背吃刀量

切屑变形的变化规律
¾ 工件材料 强度和硬度越大，变形系数越小， 即切屑变形越小。
□定义 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刀具前面挤压下产生塑性 变形,形成切面被切下来的过程。
□研究意义 研究切削过成的矛盾，探索和掌握金属切削过程的物
理现象（切屑变形、切削力、切削热与切削温度、刀具的 磨损与刀具寿命等）及其基本规律，从而主动地控制质 量、效率、成本。
其他断屑方法
□采用切削液可以降低切屑的塑性和韧性，也有利于断屑。 □提高切削液压力更能促使切屑折断。如：利用喷吸钻进行
深孔加工。
喷吸钻

1.内杆 2.外杆 3、7.轴承 4.高压切削液入口 5、6.连接器 8.减振座 9.排屑口 10.月牙槽
第—变形区。
第二变形区
第三变形区

切削过程的三个变形区
◇第一变形区的剪切滑移 变形：
挤压作用下，弹性变形— —塑性变形——晶格滑 移。
第—变区。宽度一般
约为0.02一0.2mm，所以常 用滑移面来表示第—变形
区，称为剪切面。
OA—始滑移线 OM—终滑移线

卷屑与断屑

迫使切屑经受附加变形的最简便的方法，就是在前刀面上磨出 （或压制出）一定形状的断屑槽，迫使切屑流入断屑槽时再卷曲变 形。切屑经受附加的再卷曲变形以后，进一步硬化和脆化，当它碰 撞到工件或后刀面上时，就很容易被折断了。
断屑槽不仅对切屑起着附加变形的作用，而且对切屑的形状和切 屑的折断有着重要的影响。在切削加工中，可以利用断屑槽的不同 形状、尺寸及断屑槽与主切削刃的倾斜角，来实现控制切屑的卷曲 与折断。

2.剪切角φ与前刀面摩擦角β的关系 1）在保证刀刃强度前提下，加大前角有利。 2）仔细研磨刀面，使用切削液以减少前刀面上的摩擦对 切削过程同样是有利的。
ω- 作用角，即合力与主运动方向之间的夹角。 Ω=β-γo

刀具前刀面与切屑的摩擦示意图
（四）利用在工件表面上的预先开槽的方法
• 预先在被加工表面上沿工件轴向开出一条或数条 沟槽，其深度略小于切削深度，使切出的切屑形 成薄弱截面，从而折断。
• 例如：在精镗韧性较大的工件材料(如40Cr等) 时，在用其他方法很难断屑时，则可在被加工表 面上拉削出纵向沟槽，再进行镗削。

(五)改变刀具几何参数和调整切削用量
□途径： • 减小刀具前角； • 增大主偏角； • 在主切削刃上磨出负倒棱； • 降低切削速度； • 加大进给量； • 改变主切削刃形状。
□可能带来的不足： ◇生产率下降 ◇工件表面质量恶化 ◇切削力增大
□在自动线上很少采用，有时只作为断屑的辅助手段

c）单元切屑:塑性金属，切削厚度较大，切削速度较低， 刀具前角较小时。
d）崩碎切屑:脆性材料（铸铁、黄铜）切削时候产生，无 塑性变形





断屑槽的形状

• 一般而言，断屑槽的形状有直线圆弧型，直线型和全圆弧型三 种。
（1）（2）适于加工碳素钢与合金结构钢，一般前角在γ。在515°范围内。
（3）适于加工切削紫铜、不锈钢等高塑性材料。因为：刀具前角 选得比较大（ γ。 =25°-30°）同样大的前角，全圆弧断屑槽 刀具的切削刃比较坚固，且槽也较浅，便于流屑，故比较实用。

积屑瘤

5、积屑瘤对切削加工的影响 有利：①积屑瘤↗⇒实际前角↗ ⇒切削轻快。
②可代替刀刃切削，能提高刀具耐用度。 不利：①产生过切及犁沟，影响尺寸精度；
②不断产生、成长、脱落，切入深度不断变化，引起振动； ③粗糙度↗。
6、工艺要求 ①粗加工，希望产生积屑瘤； ②精加工，尽量避免产生积屑瘤。

积屑瘤 BUE
思考：积屑瘤对切削过程有什么影响？是利是弊？ 如何控制？
积屑瘤

3、发展变化：形成→不断长大→破裂→带走或嵌 在工件表面→反复。
4、产生及积聚高度的相关因素： a、金属材料硬化性质（塑性材料易硬化） b、温度 c、压力 d、切削速度 e、润滑条件

切屑的控制与利用
为了使切削过程的正常进行和保证已加 工表面质量，必须使切屑卷曲和折断。 （1）卷屑：切屑基本变形或经过卷屑槽使
之产生附加变形的结果。 （2）断屑：对已变形（基本变形）的切屑
再增加一次附加变形。 因为在大多数情况下，仅有切削过程
中的基本变形还不能使切屑折断，必须再 增加一次附加变形，才能达到硬化和折断 的目的。

3.1 切削过程及切屑类型
◆切屑的形成过程
可以将切屑形成过程比拟为推挤一堆卡片的形象化模型,可说明 切屑形成过程。
Ф-剪切角，是 剪切平面与切 削速度方向的 夹角

切削过程的三个变形区
◇以塑性材料的切屑形成为例，金属切削区可大致划分为三个变 形区。
¾ 刀具前角γo 越大，剪切角φ变大，变形系数越小 即切屑变形越小。
¾ 切削速度 呈驼峰曲线
ξ
¾进给量
无积屑瘤区进给量越大，变形系数就 越小，即切屑变形越小；
切屑的类型

a）带状切屑: 塑性金属，切削厚度较小，切削速度较 高，刀具前角较大时。最平稳，最常见。
b）挤裂切屑:塑性金属，切削速度较低，切削厚度较大， 刀具前角较小时产生。

切屑变形程度的表示方法
1.变形系数ξ：切削层经塑性变
Hale Waihona Puke 形后，厚度增加，长度缩小，
ξ
宽度基本不变。可用其表示切
削层的变形程度。
ξ＝cos(Φ -γ0）/ sin Φ (3-6)
γo--刀具前角 Ф-剪切角
结论： （1）剪切角与前角γ0是影响切削变形的两个主要因素。 （2）若前角不变，增大剪切角，可使变形系数ξ减小，切削变形减小。

第三章 切削过程及控制
Cutting process and control
◆主要内容： □切削过程及切屑类型 □切削力 □切削热与切削温度 □刀具磨损和耐用度 □切削用量的合理选择 □切削液的合理选用 □磨削过程及磨削特征
金属切削过程


切屑变形程度的表示方法
2. 相对滑移（剪应 变） ε ：滑移距离Δs 与单元厚度Δy之比。 ε=Δs/ Δy =NP/MK
=(NK+KP)/MK =cot Φ+ tan(Φ -γ0)
◆当γ0 = 0～30°， ξ ≥1.5时， ξ与ε相近 ◆ ε主要反映第Ⅰ变形区的变形， ξ还包含了第Ⅱ

防止积屑瘤的主要方法
1. 避开中速区，降低切削速度，使温度较低，粘结 现象不易发生；采用高速切削，使切削温度高于 积屑瘤消失的相应温度；
2. 采用润滑性能好的切削液，减小摩擦； 3. 增加刀具前角，以减小切屑与前刀面接触区的压
力；
4. 适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。

几种常用的断屑方法
（一）利用断屑槽 （二）利用断屑器 （三）利用断屑装置 （四）利用在工件表面上的预先开槽的方法
(五) 改变刀具几何参数和调整切削用量

（一）利用断屑槽

（二）利用断屑器
□断屑器有固定式和可调节式两种。 □可调式断屑器常用于大、中型机床的刀具上。