3、积屑瘤对切削过程的影响：
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教案十
3.1 切削过程与切屑类型
4、控制积屑瘤的措施
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：减小切屑流走时的阻力和摩擦力，都会减 小积屑瘤的高度或避免积屑瘤的产生。 1.避免采用产生积屑瘤的速度进行切削（低速或高速不易 产生积屑瘤） 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。 5.适当提高工件材料硬度； 6.提高刃磨质量。
三、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响
积屑瘤：在中低速度切削塑性金属,并能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或楔块。 1、特点： 硬度比工件基体高2～3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，脱落后被切 屑带走或粘附在已加工表面上。
★ 切削层金属、切 屑和工件表面金属 的弹、塑性变形所 产生的抗力 ★ 切屑、工件与刀 具间摩擦阻力
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已加工表面的变形
•刀刃钝圆半径rn
: 前后刀面过渡圆弧半径。 •后刀面磨损带VB : 后刀面实际后角为零的棱带。 •弹性恢复区CD：
hD ΔhD
已加工面受到后刀面挤压 与摩擦产生塑性变形，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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教案九
3.1 切削过程与切屑类型
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教案九
3.1 切削过程与切屑类型
金属切削过程中，刀具与工件相互作用，产生
切削变形、形成切屑、产生切削力、切削热与切削温 度、刀具磨损等现象。为了保证产品加工质量、减少 能耗、提高生产率、必须合理使用与设计刀具、夹具
和机床、选择最合理的切削用量，必须研究切削过程，
分析金属切削变形及其规律。
积屑瘤形成过程
◆滞留—粘接—长大 由于切屑和前刀面间具有强烈的摩擦，当切屑顺着前刀面 流出时，与前刀面接触的切屑底层受到了很大的摩擦阻力， 使此层金属的流速降低。 当外摩擦力大于切屑ห้องสมุดไป่ตู้子结合力时，使切屑底层中的一部 分金属停滞在刃口附近，形成积屑瘤。
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积屑瘤（视频）
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2、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。 4）. 切削速度在一定范围内
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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
切削材料的强度、硬度越高，进给量越大，切削厚度越大，摩擦系数减 小，变形减小
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影响切屑变形的主要因素：
1、工件材料：强度、硬度越大，切屑变形越小；
2、刀具前角：前角越大，切削刃越锋利，剪切角越大，切屑变 形越小；
3、切削速度：通过积屑瘤和切削温度使剪切角变化而影响切屑 变形的波动；
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剪切角
对于同一材料，用相同的刀具，切削同样大小的切削层 ，当切削速度较高时，剪切角越大，剪切面积越小，即 变形程度越小。 根据材料力学平面应力 状态理论，主应力方向 与最大剪应力方向的夹 角为45º ，可以推出：
0

4


4
0
前角越大，摩擦系数越小，切削变形越小。
挤压与切削
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°。
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。 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，达断裂强度→切屑与 母体分离。
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3.1 切削过程与切屑类型
切 屑 类 型 （ 视 频 ）
带状切屑
挤裂切屑
单元切屑 切屑形态照片
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崩碎切屑
切屑类型及形成条件
名称 带状切屑 节状切屑 粒状切屑 崩碎切屑
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 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
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3.1 切削过程与切屑类型
调整切削用量
提高进给量使切削厚度增大，对断屑有利；但增大 会增大加工表面粗糙度。 适当地降低切削速度使切削变形增大，也有利于断
屑，但这会降低材料切除效率。
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3.2 切削力
一、切削力的来源、切削合力及分解、切削功率 切削力：金属切削时，刀具切入工件使被切金属层 发生变形成为切屑所需要的力称为切削力。 1、切削力的来源
4. 切离：切屑沿刀具前刀 面流出。
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3.1 切削过程与切屑类型
金属切削过程中的滑移线和流线示意图
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3.1 切削过程与切屑类型
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
四、切屑的类型及控制
1、切屑的类型
切削塑性材料 ↓γ0 ↓v ↑hD 带状切屑 ↑γ0↑v↓hD
挤裂切屑
↓γ0 ↓v ↑hD ↑γ0↑v↓hD
单元切屑
切削平稳，力波动小
加工面光洁，断屑难 切削脆性材料
滑移量较大，局部
剪应力达断裂强度
切削不平稳，力波动大
加工表面粗糙 少见
产生崩碎切屑，切削过程不平稳,表面粗糙度大， 应↑γ0↑v↓hD
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3.1 切削过程与切屑类型
改变刀具角度
增大刀具主偏角，切削厚度变大，有利于断屑。
减小刀具前角可使切屑变形加大，切屑易于折断。
刃倾角可以控制切屑的流向，为正值时，切屑常卷曲
后碰到后刀面折断形成C形屑或自然流出形成螺卷屑；
为负值时，切屑常卷曲后碰到已加工表面折断成C形 屑或6字形屑。
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3.1 切削过程与切屑类型
切削模型
切削方式：直角自由切削方式 特点：
一条切削刃参与切削 过程 切削刃与切削速度垂 直 切削刃长度超过切削 层宽度
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3.1 切削过程与切屑类型
45°
M A F O B a）正挤压 45° M A B b）偏挤压 M F O O F
◆ 长度变形系数 lc hl l ch 由截面积相等可推出两变形系数相等
Lch Lc
切屑与切削层尺寸
剪切角越大，切削变形越小。
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相对滑移系数
cos 0 S y sin cos( 0 )
当γ0 = 0～30°，Λh ≥1.5时， Λh与ε相近 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。
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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切屑的形状
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3.1 切削过程与切屑类型
2、切屑控制： • “不可接受”的切屑：切削 条件恶劣导致。影响主要有 拉伤工件的已加工表面；划 伤机床；造成刀具的早期破 损；影响操作者的安全。 • 切屑控制：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（如 “c”形、“6”形及50mm左右 长度的螺旋状切屑）。
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
图 切屑与前刀面的摩擦
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断屑机理及措施 切屑经第Ⅰ、第Ⅱ变形区的剧烈变形后，硬 度增加，塑性下降，脆性增加。在切屑排出过程 中，当碰到障碍时，如某一部位的应变超过了切 屑材料的断裂应变值，切屑就会折断。
工件材料脆性越大、切屑厚度越大、切屑卷曲 半径越小，切屑就越容易折断。
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3.1 切削过程与切屑类型
工件基体留下的表层（已加工面）经 过刀具钝圆切削刃和后刀面挤压摩擦 ，产生塑性变形，刀具前移时，工件 表面回弹。 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
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切屑与前刀面的摩擦变形
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。
采用断屑槽
对流动中的切屑施加一定的约束力，使切屑应变增大， 切屑卷曲半径减小。 断屑槽的主要参数是槽宽和槽高（或 槽圆弧半径）。
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3.1 切削过程与切屑类型
断屑槽在前刀面的位置有三种型式： （a）平行式；（b）外斜式；（c）内斜式。 其中外斜式最常用，平行式次之。内斜式主要用于 背吃刀量ap较小的半精加工和精加工。
挤裂，底面光滑有裂 纹，背面呈锯齿状
单元切屑
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， 工件材料硬度较 切削速度较低， 高，韧性较低， 进给量较大， 切削速度较低 刀具前角较小 切削过程欠平稳， 表面粗糙度欠佳