技能训练应知篇之金属切削过程及其基本规律

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1、技能训练应知篇项目四、金属切削过程及其基本规律金属切削过程是指从工件表面切除多余金属、形成已加工表面的过程，该过程也是切屑形成的过程。伴随着切屑和已加工表面形成，切削过程中会产生切削变形、积屑瘤、表面硬化、切削力、切削热和刀具磨损等各种物理现象。了解与掌握金属切削变形过程，能够促进切削加工技术发展和进步，是保证加工质量，降低生产成本，提高生产率的基础。第一节金属切削的变形过程一、切削变形1．变形区的划分金属切削变形过程也是切屑形成的过程。在金属切削过程中，被切削金属层经受刀具的挤压作用，发生弹性变形和塑性变形形成切屑排出。通常金属切

2、削变形过程可用滑移线和流线表示，滑移线即等切应力曲线，流线表示被切削金属的某一点在切削过程中流动的轨迹。金属切削变形过程分为三个变形区。（1）第一变形区（也写成第I变形区）由OA线和OM线围成的区域I被称为第一变形区，也称剪切滑移区，是切削过程中产生塑性变形、形成切屑的主要区域。OA表示始滑移线，OM表示终滑移线。在一般切削速度下，第一变形区宽度仅为0.020.2mm。可用一个平面OM（剪切面）表示第一变形区。剪切面OM与切削速度方向的夹角称为剪切角。图4-1金属切削过程中的滑移线和流线示意图（2）第二变形区（也写成第II变形区）

3、是指刀-屑接触区域II。切屑沿前刀面流出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦，切屑卷曲，使朝向前刀面的切屑底层金属呈纤维化，流线方向基本上和前刀面平行。（3）第三变形区（也写成第III变形区）指刀-工接触区域III。已加工表面受到切削刃钝圆部分与后刀面的挤压和摩擦，产生径向和切向弹性与塑性变形，造成工件已加工表层晶粒纤维化与加工硬化。三个变形区里的切削变形互相牵连，切削变形是整体行为，是在极短时间内完成的。2．切削变形过程描述切削层金属以切削速度向切削刃逼近，进入第一变形区后开始产生弹、塑性变形，当其剪切应力达到材料屈服强度时，晶粒被伸长成

4、纤维状，当材料移动到切削刃处时，刀尖以上部分沿前刀面流出，成为刀屑；刀尖以下很小一部分进入第三变形区后沿后刀面流出，其间经过进一步的弹塑性变形，金属纤维越拉越长、也越细，最后被拉断，成为已加工表面层的一部分；工件里层的材料只发生弹性变形和弹性恢复。可见，已加工表面层受到挤压、摩擦、变形、切削热等作用。二、切屑的形成当刀具和工件开始接触时，被切削层金属受到刀具的挤压，内部产生应力和弹性变形；随着切削刃与前刀面对工件材料挤压作用增强，材料内部应力和变形增大，当剪切应力达到材料的屈服强度τs时，材料将沿着与切削主应力方向成45°的剪切面滑移

5、，即产生塑性变形；剪切应力随着滑移量增加而增加，当剪切应力超过材料的强度极限时，切削层金属与基体分离，从而形成切屑沿前刀面流出。第一变形区变形的主要特征是沿滑移面的剪切变形，以及随之产生的加工硬化。如下图4-2所示。当切屑沿前刀面流出时，受到前刀面的挤压与摩擦，使得靠近前刀面的切屑底层金属再次产生剪切变形，晶粒再度伸长，沿着前刀面的方向纤维化。它的变形程度比切屑上层严重几倍到几十倍。总之，切屑形成过程，就其本质来说，是被切削层金属在刀具切削刃和前刀面作用下，经受挤压而产生剪切滑移变形的过程。图4-2切屑的形成过程三、切屑的形态由于工件

6、材料性质和切削条件的不同，切削变形程度也不同，产生的切屑也是多种多样。归纳起来，切屑形态主要分为以下四种类型：a)带状切屑b)挤裂切屑c)单元切屑d)崩碎切屑图4-3四种常见的切屑形态1．带状切屑切屑成较长的带状，这是一种切削塑性钢材时最常见的切屑。它的切削速度较高，切削厚度较薄，刀具前角较大，切削过程较平稳，切削力波动较小，所获得的已加工表面粗糙度较小。朝向前刀面的切屑底层表面光滑，而外表面呈细小毛葺状。2．挤裂切屑（又称节状切屑）　切屑底面有裂纹，外表面呈锯齿形。它出现在以较低速度和较大厚度加工塑性金属材料时，它出现的切削过程剪切

7、应变较大，切削力波动大，易发生颤振，已加工表面粗糙度较大。3．单元切屑（又称粒状切屑）采用极低的切削速度和大的切削厚度，以及小前角或负前角切削塑性材料时，切削变形极大，可能在整个剪切平面上的剪应力超过材料断裂强度，挤裂切屑便被切离成单元状。其切削过程更不稳定，工件表面质量更差。此种切屑很少见。以上三种切屑是在加工塑性材料时得到的，同样的工件材料，只是切削条件不同，切屑形态就随着切削条件改变而发生了转化。4．崩碎切屑属于加工抗拉强度较低的铸铁等脆性材料时出现的切屑，工件材料越脆，切削厚度越大，越容易出现这种切屑。崩碎切屑由于挤裂或脆断呈

8、不规则状，加工表面不平。四、切削变形程度的衡量衡量切削变形常用切削变形系数Λh、剪切应变ε和剪切角作为衡量切削变形程度的指标。1．切应变ε（也称剪应变或相对滑移）它是反映切削变形中金属滑移本质的系数，切削层中m'n'线