3.1 金属切削过程与切屑类型

用不同前角γ0切削不同材料时的变形系数Λh值。
3.1.5 切屑的类型与控制
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
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 切削塑性材料， 速度高，切削厚 度小 前角大
切削过程平稳， 表面粗糙度小， 妨碍切削工作， 应设法断屑
Vc超过40m/min继续增 高，由于切削温度逐 渐升高，使摩擦系数 μ下降，故变形系数 Λh减小。
3）进给量
进给量f对切屑变形的影响规律如图
4) 工件材料对变形系数Λh的影响
工件材料的机械性能不同，切屑变形也不同。材料
的强度、硬度提高，正压力Fn增大，平均正应力σav增
大，因此，摩擦系数μ下降，剪切角φ增大，切屑变形 减小。所以，切削强度、硬度高的材料，不易产生变形， 要达到一定变形量，应施较大作用力和消耗较多的功率。 而切削塑性较高的材料，则变形较大。
正应力σ分布： 在接触区内正应力σ是变化 的，离切削刃越远，前刀面 上正压力越小，故正应力σ 越小。近切削刃处正应力σ 为最大值
3.1.3 刀、屑接触区的变形与摩擦
粘结区内的摩擦系数μ计算方法：
tan Ffi Ari s s Fni Ari av av
Ffi、Fni——分别指粘结区内的摩擦力和正压力； Ari——粘结面积； σav——粘结区内平均正应力。
图3-7 切屑的卷曲
图3-8 断屑的产生
3.1.3 积屑瘤的形成及其对切削过程的影响
积屑瘤是堆积在前刀面上近切削刃处的一个楔块。
特点： 硬度比工件基体高2～3.5倍， 故可替代切削刃参加切削。 顶部凹凸不平，使加工表面 粗糙度增加。 反复生长和脱落，脱落后粘 附在已加工表面上。
3.1.3 积屑瘤的形成及其对切削过程的影响
积屑瘤的形成条件： 1. 切削塑性材料； 2. 切削区温度高； 3. 接触面间的压力、粗糙 程度、粘结强度等因素， 符合内摩擦条件。
3.1.5 切屑的类型与控制
切屑类型
带状切屑
节状切屑
粒状切屑
崩碎切屑
图3-6 切屑形态照片
3.1.5 切屑的类型与控制
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3-7） ❖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3-8）
Vc在3～20m/min范围内提高，
积屑瘤高度随着增加，刀具 实际前角增大，使剪切角φ 增大，故变形系数Λh减小。
Vc＝20m/min时，Λh 值最小
Vc在20～40m/min范围 内提高，积屑瘤逐渐 消失，刀具实际前角 减小，使φ减小，Λh 增大。
切削速度vc对Λh的影响
此外，在高速时，也由于切 削层受力小，切削速度又快， 切削变形不充分而使切屑变形 减小。
相近
➢ε主要度量第Ⅰ变形
区滑移变形的程度， Λh 还 包 含 了 第 Ⅱ 变 形 区的影响。
3.1.3 刀、屑接触区的变形与摩擦
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。
➢ 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
切屑与前刀面的摩擦
3.1.3 刀、屑接触区的变形与摩擦
变形原因
hD ΔhD Δh
切削刃存在刃口圆弧， 导致挤压和摩擦，产生 第III变形区。
第3章 金属切削过程与控制
主要内容 一. 金属切削过程四个基本规律： 1. 切削变形 2. 切削力 3. 切削热与切削温度 4. 刀具磨损与寿命 二. 基本规律在生产上五个方面的应用 1. 控制切来自百度文库 2. 改善工件材料的切削加工性 3. 合理选择切削液 4. 合理选择刀具几何参数 5. 合理选择切削用量
3.1.1 切屑形成过程及变形区的划分
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
3.1.1 切屑形成过程及变形区的划分
变形区的划分 ➢ 第Ⅰ变形区：即剪切面，OA与OM之间距离很小， 0.2mm，以OO′表示。
3.1.3 积屑瘤的形成及其对切削过程的影响
积屑瘤对切削过程的影响：
3.1.3 积屑瘤的形成及其对切削过程的影响
粗加工时可利用，使积屑瘤稳定存在； 精加工时避免或抑制积屑瘤的产生。 积屑瘤控制方法： 1. 改变切削速度最有效； 2. 使用冷却润滑液； 3. 降低前刀面粗糙度值； 4. 增大刀具前角。
3.1.5 切屑的类型与控制
工件材料不同，切削条件不同，切削变形也 不同，所形成的切屑分为四类：
1）带状切屑
3)粒状切屑切 屑沿厚度均匀 断裂。
2）节状切屑：切屑与前 刀面接触的一面较光洁， 背面局部开裂。
4）崩碎切屑 ：呈不规则细 粒状。切削层几乎不经塑性 变形就产生脆性崩裂。
切屑类型由材料的应力—应变特性和塑性变形程度决定。
剪切角Ф：剪切面与切削速度方向间的夹角。
Ф值小，反映剪切变形的程度大。
3.1.1 切屑形成过程及变形区的划分
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， 切屑底部晶粒纤维化，方向与前刀面 平行。
造成前刀面的磨损和积屑瘤的形成。
Ⅱ
三个变形区
3.1.1 切屑形成过程及变形区的划分
➢ 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°。
F
B
O
a）正挤压
➢ 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。
45° M A F BO
b）偏挤压
➢ 切削：与偏挤压类似。弹性变形→ 剪应力增大，达屈服点→塑性变形，沿 OM线滑移→剪应力与滑移量继续增大，
M O
F
达断裂强度→切屑与母体分离。
c）切削
金属挤压与切削比较
3.1.1 切屑形成过程及变形区的划分
切屑形成过程
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
3.1.1 切屑形成过程及变形区的划分
切屑形成过程就是切削层金属受前刀面挤压，沿 OM滑移面产生以晶格滑移为主的塑性变形过程。
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。
应力分布
τ
A C
E
F
τ σn
图3-12 已加工表面变形
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
3.1.3 刀、屑接触区的变形与摩擦
切屑与前刀面间摩擦区的内应力分布如图 剪应力τ的分布： 在粘结区内τ基本上是不变 的，它等于较软金属的剪切 屈服极限τs；在滑动区剪 应力τ是变化的，离切削刃 越远，τ越小。
变形区的划分
➢ 第Ⅲ变形区：纤维化与加工硬 化区
已加工面受后刀面挤压，产生变 形，刀具前移时，工件表面反弹 ，与后刀面挤压摩擦。
造成已加工面塑性变形、晶粒纤 维化、加工硬化和残余应力。
Ⅲ
三个变形区
3.1.2 变形程度的表示方法
变形系数
切削层经塑性变形后，厚度增加，长度缩小。 假设：宽度不变，体积不变。
节状，底面光滑有裂 纹，背面呈锯齿状
粒状
不规则块状颗粒
局部剪切应力达到断 裂强度
加工塑性材料， 切削速度较低， 进给量较大， 刀具前角较小
剪切应力完全达 到断裂强度
工件材料硬度较 高，韧性较低， 切削速度较低
未经塑性变形即 被挤裂
加工硬脆材料， 刀具前角较小
切削过程欠平稳， 表面粗糙度欠佳
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
切削变形的变化规律
从相对滑移ε、变形系数Λh计算式中可知，切屑变 形的程度主要决定于剪切角φ和摩擦系数μ的大小。 改变加工条件，促使φ增大、μ减小，就能减小切 屑变形。
影响切屑变形的因素很多，下面介绍其中最主要的、 起决定作用的几个因素。 1）前角 增大前角γ0，使剪切角φ增大，变形系数Λh减小， 切屑变形减小。 2）切削速度 切削速度Vc是通过积屑瘤使剪切角φ改变和通过切 削温度使摩擦系数μ变化而影响切削变形的。
◆ 厚度变形系数
h
hch hD
（3-1）
◆ 长度变形系数
L
LD Lch
（3-2）
由截面积相等可推出两变 形系数相等
Lch LD
切屑与切削层尺寸
3.1.2 变形程度的表示方法
相对滑移系数
S
cos 0
y sin cos( 0 )
（3-3）
➢ 当γ0 = 0～30°， Λh ≥1.5时，Λh与ε
第3章 金属切削过程与控制
3.1 金属切削过程及切屑类型
3.1.1 切屑形成过程及变形区的划分 3.1.2 变形程度的表示方法 3.1.3 刀、屑接触区的变形与摩擦 3.1.4 积屑瘤的形成及其对切削过程的影响 3.1.5 切屑的类型与控制
3.1.1 切屑形成过程及变形区的划分
挤压与切削
45° M A
3.1.3 积屑瘤的形成及其对切削过程的影响
积屑瘤控制方法： 改变切削速度最有效；
切削中碳钢时 低速(vc≤3m/min)切削时，切削温度很低；
较高速(vc>60m/min)切削时，切削温度较高，
这两种情况的摩擦系数均较小，故不易形成积屑瘤。
中速(vc≈20m/min)时，积屑瘤的高度达到最大值。