当刀具作用于切屑层，切削刃由a相对运动至 O时，整个切削单元OMma就沿着OM面发生剪 切滑移；或者OM面不动，平行四边形OMma 受到剪切应力的作用，变成了平行四边形 OMm1a1 。
实际上切屑单元在刀具前面作用下还受到挤 压，因而底边膨胀为Oa2，形成近似梯形的切 屑单元OMm2a2 。
许多梯形叠加起来就迫使切屑向逆时针方 向转动而弯曲。因此也可以说，金属切削过程 是切削层受到刀具前面的挤压后，产生以剪切 滑移为主的塑性变形，而形成为切屑的过程。
一） 切屑的形成过程 我们将切屑形成过程近似地比拟为推挤一叠卡片的形象化模型。
刀具
工
件
切屑形成过程模拟
金属被切削层好比一迭卡片1´、2 ´ 、3 ´ 、4 ´…等,当刀具切入 时这迭卡片被摞到1、2、3、4….的位置。卡片之间发生滑移，这滑 移的方向就是剪切面。
当然卡片和前刀面接触这一端应 该是平整的，外侧是锯齿的、或呈不 明显的毛茸状。
金属切削的基本物理现象包括：切削变形、切削力、切削温度、 刀具磨损与刀具耐用度。本章将针对这些现象进行阐述。
§ 3-1 切削变形
切削过程中的各种物理现象，都是以切屑形成过程为基础的。 了解切屑形成过程，对理解切削规律及其本质是非常重要的，现以塑性 金属材料为例，说明切屑的形成及切削过程中的变形情况。
第Ⅰ变形区 近切削刃处切削层内产生的塑性变形区——剪切滑移变形； 第Ⅱ变形区 与前刀面接触的切屑底层内产生的变形区——挤压变形； 第Ⅲ变形区 近切削刃处已加工表层内产生的变形区——已加工表面变形。
三） 第一变形区内金属的剪切变形
追踪切削层上任一点P，可以观察切屑的变形和形成过程。
当切削层中金属某点P向切削刃逼近，到达点1时，此时其剪切应力达到材 料的屈服强度τ s，故点1在向前移动 的同时，也沿OA滑移，其合成运动 使点l流动到点2。2- 2 ´为滑移量， 当P点依次到达3、4点后，其流动方 向与前刀面平行，不再沿OM线滑移。 OA称为始剪切滑移线，OM称为终 剪切滑移线。
剪切角随着切削条件不同而变化，根据纯剪切理论：剪应力和主应 力方向约呈45°，且主应力fa与作用合力Fr一致，则可确定剪切角φ 为： φ=45°-（β-γo） 其中β为摩擦角 。
五） 前刀面的挤压与摩擦及其对切屑变形的影响
1 前刀面上的摩擦 塑性金属在切削过程中，切屑与前刀面之间压力很大，再加上几的高acOM sin
s in Nhomakorabea上式也可写成
tg cos 0 sin 0
ach cos( )
ac
sin
上式表明：
变形的大小与剪切角φ 和前角有关。一般前角γ o增大，剪切角φ 增大，ξ 减 小。
前角γ o一定时，若剪切角φ 增大，那么切削变形就小。
用剪切角φ 来衡量变形的大小，测量比较麻烦；而变形系数ξ 可直观反映切 屑的变形程度，并且容易测量。
2 变形系数ξ 切削时，切屑厚度ach通常都要大于切削深度ac，而切屑宽度lch却小
于切削长度lc 。
切削长度与切屑宽度之比或者切屑厚度与切削厚度之比称为厚度变形系ξ 即：
ξ l

llccah

ach ac
变形系数ξ是大于1的数，可以用剪切角Φ表示
ach OM sin(90 0 ) cos( )
2 第二变形区
切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使靠近前刀面 处的金属纤维化，纤维化方向基本上和前刀面平行。这一区域称为第二 变形区(Ⅱ)。
3 第三变形区
已加工表面受到刀刃钝圆部分和后刀面的挤压与 摩擦，产生变形与回弹，造成纤维化与加工硬化。这 部分称为第三变形区(Ⅲ )。
这三个变形区汇集在刀刃附近，切削层金属在此处与工件母体分离， 一部分变成切屑，很小一部分留在已加工表面上。
通常第一变形区较窄，宽度仅约为0.2～0.02mm，可近似用一剪切面 来代替该区域。
剪切面OC与切削速度间的夹角φ ——剪切角φ 。 OA线上的剪应力τ ＝τ s(屈服极限 )； OA、OB、OC、OM线上的剪应力由于变形加工硬化而依次升高，在 OM线达最大值τ max，若 τ max<τ b (强度极限 )时，切屑为带状； τ max≥τ b时，切屑为节壮（挤裂状）。
Ff s Af ! s Fn Af 1
二） 三个变形区
根据切削实验时制作的金属切削层变形图片，可绘制出如图所示的金属 切削层的滑移线和流线示意图。流线表示被切削金属的某一点在切削过程 中流动的轨迹。
由图可见，切削过程中切削层金属的变形可大致划分为三个变形区。
l 第一变形区
从OA线(称始剪切线)开始发生 塑性变形，到OM线(称终剪切线) 晶粒的剪切滑移基本完成。这一 区域(I)称为第一变形区。
温，实际上切屑底层与前刀面呈粘结状态。故切屑与前刀面之间不是一般的 外摩擦，而是切屑和前刀面粘结层与其上层金属之间的内摩擦。
这种内摩擦实际上就是金属内部的滑移剪 切，它不同于外摩擦(外摩擦力的大小与摩擦 系数以及正压力有关，与接触面积无关)，内 摩擦与材料的流动应力特性以及粘结面积大 小有关。
令μ 为前刀面上的平均摩擦系数，则
金属切削原理基本理论
第三章 金属切削基本理论
概述： 金属切削过程就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 切屑而被切下来的过程。
伴随着切削过程的发生和发展，形成了许多物理现象，金属切削理 论总结了关于金属切削过程中的基本物理现象及其变化规律，研究这 些物理现象及其变化规律对保证加工质量、提高生产率、降低成本和 指导生产实践有着十分重要的意义。
在OA到OM之间的第一变形区内， 其变形的主要特征是沿滑移线的剪切 滑移变形以及随之产生的加工硬化。
四） 变形程度的表示方法
1、剪切角φ 实验证明剪切角φ 的大小和切削力的大小有直接联系。对于同一工件
材料，用同样的刀具，切削同样大小的切削层，如φ 角较大，剪切面积 变小，即变形程度较小，切削比较省力。所以φ 角本身就表示变形的程 度。