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切屑与前刀面的摩擦
第一节 金属切削过程及切屑类型
积屑瘤
在切削速度不高而又能形成连续切屑的情况下，加工一般钢
料或其它塑性材料时，常常在前刀面处粘着一块剖面呈三角
状的硬块,称为积屑瘤。
它的硬度很高，通常是
工件材料的2—3倍，在
切屑
处于比较稳定的状态时，
能够代替刀刃进行切削。
积屑瘤
刀具
积屑瘤
切屑的种类
名称
带状切屑
切屑类型及形成条件
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
加工塑性材料， 切削速度较高， 进给量较小， 刀具前角较大
切削过程平稳， 表面粗糙度小， 妨碍切削工作， 应设法断屑
节状，底面光滑有裂 纹，背面呈锯齿状
变形程度表示方法
变形系数
切削层经塑性变形后，厚度增加，长度缩小，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
h
hch hD
◆ 长度变形系数
L
LD Lch
Lch LD
切屑与切削层尺寸
第一节 金属切削过程及切屑类型
根据体积不变原理，则
h
lc lch
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第二章 金属切削基本理论及应用
第一节 金属切削过程及切屑类型
金属切削过程是指在刀具和切削力的作用下形成切屑的过 程，在这一过程中，始终存在着刀具切削工件和工件材料抵抗切 削的矛盾，产生许多物理现象，如切削力、切削热、积屑瘤、刀 具磨损和加工硬化等。
金属切削变形过程
切削变形实验设备与录像装置
金属切削变形过程
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
第一节 金属切削过程及切屑类型
一.切削形成过程及变形区的划分 下图是在直角自由切削工件条件下观察绘制得到的金
属切削滑移线和流线示意图。
第一节 金属切削过程切屑类型
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。
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 粘结区。切屑的粘结层与上层 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。
切屑的种类
切屑类型
带状切屑
挤裂切屑
单元切屑
切屑形态照片
崩碎切屑
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 ❖断屑是对已变形的切屑再附加一次变形（常需有断屑装置）
切屑的卷曲
断屑的产生
切屑的卷曲
断屑的产生
Ⅱ Ⅰ
Ⅲ
➢ 第Ⅱ变形区：靠近前刀面处
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。
第一节 金属切削过程及切屑类型
二、第一变形区内的金属剪切变形 实验表明，切屑的形成过程是切削层金属受
粒状
局部剪切应力达到断 剪切应力完全达
裂强度
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
工件材料硬度较 高，韧性较低， 切削速度较低
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
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
或工件上影响加工过程。
第一节 金属切削过程及切屑类型
• 2、挤裂(节状)切屑 外形特征：刀屑接触面有裂纹，外表面是锯齿 形。 形成条件：这类切屑之所以呈锯齿形，是由于 它的第一变形区较宽，在剪切滑移过程中滑移 量较大。大多在低速、大进给、切削厚度较大、 刀具前角较小时产生。
第一节 金属切削过程及切屑类型
➢ 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。
M
φ
O
相对滑移系数
第一节 金属切削过程及切屑类型
剪切角
剪切角φ↑ →剪切面积↓→变形程度↓→切削力↓。
φ角与剪切面面积的关系
结论：剪切角与前角是影响切削变形的两个主要因素。如 果增大前角和剪切角，使相对滑移ε、变形系数∧h减小， 则切削变形减小。
Φ
第一节 金属切削过程及切屑类型
三、切屑的类型
1、带状切屑
最常见的屑型之一
外形特征：它的内表面是光滑的，外表面是毛茸茸的。
形成条件： 一般加工塑性金属材料，当切削厚度较小、切削
速度较高、刀具前角较大时，会得到此类切屑。
优点：切削过程平稳，切削力波动较小，已加工表面粗糙度较 小。
缺点：紊乱状切屑缠绕在刀具
• 3、单元(粒状)切屑 在挤裂(节状)切屑产生的前提下,
当进一步降低切削速度，增大 进给量，减小前角时则出现 单元(粒状)切屑。
• 4、崩碎切屑 切削脆性金属(铸铁)时，常见的呈不规
则细粒状的切屑。产生这种切 屑会使切削过程不平稳，易损 坏刀具，使已加工表面粗糙。 工件材料越是脆硬、进给量越 大则越容易产生这种切屑。
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结 ◆ 粘结金属严重塑性变形，产生加工硬化
到刀具前面的挤压作用，迫使其产生弹性变形， 当剪切应力达到金属材料屈服强度时，产生塑 性变形。同时金属晶格产生滑移，最终形成切 屑。切屑的变形和形成过程如下图所示。
第一节 金属切削过程及切屑类型
第一节 金属切削过程及切屑类型
在一般切削速度范围内，第一变形区的宽度仅为0.02— 0.2mm，所以，可以用一剪切面来表示。剪切面和切削速度 方向间的夹角称为剪切角，以Φ表示。
0)
cos( 0 ) sin
此公式表明，剪切角φ与前角γ0是影响切削变形的两个主要
因素。当前角一定时，随剪切角的增大而减小。
变形系数越大,切屑越厚越短,切削变形越大。
相对滑移系数
相对滑移系数
滑移距离Δs与单元厚度Δy之比。
S
cos 0
γ0
y sin cos( 0 )
➢ 当γ0 = 0～30°，Λh ≥1.5时， Λh与ε相近