广东海洋大学：《机械制造技术基础》课程教学资源（讲义）第二章 切削过程及其控制 2.2 切屑的形成过程

一、切屑的形成过程 1. 变形区的划分 RT R2 0 5△254 B T=lmax 0 滑移与晶粒的伸长

一、切屑的形成过程 1．变形区的划分

0 切屑形成过程示意图 2.切屑的受力分析 F 如将上述两对力都画在切削刃的前方，就得到直角自由切削时力与角度的关系图。 切屑 刀具 B-

2．切屑的受力分析 如将上述两对力都画在切削刃的前方，就得到直角自由切削时力与角度的关系图

AD (2-8) cos(B-Y） sin cos(外f-Yg F.Acos(8-y）=4e(A-y2 (2-9) sin gcos(B-y) Asin (B-y) F,=Fsin(a-y） (2-10) sinc(外8-y。 如用测力仪直接测得作用在刀具上的切削分力和，在忽略被切材料对刀具后刀面作用力的条件 下，即可求得前刀面对切屑作用的摩擦角B,进而可近似求得前刀面与切屑间的摩擦系数μ。 tan(B-Y,） F u=tan 8 二、切削变形程度 切削变形程度有三种不同的表示方法，分述如下。 1.变形系数 在切削过程中，刀具切下的切屑厚度通常都大于工件切削层厚度，而切屑长度却小于切削层长度 。 切屑厚度与切削层厚度之比称为厚度变形系数：而切削层长度与切屑长度之比称为长度变形系 数。 h aMan(90°#Y}_cos(tY OMsind sin中 2.相对滑移ε 既然切削过程中金属变形的主要形式是剪切滑移，当然就可以用相对滑移（剪应变）。来衡量切削 过程的变形程度。如图中，平行四边形OHM发生剪切变形后，变为平行四边形OCPM,其相对滑移 e= As NP NK+KP Ay MK MK e=cotφ+tan(Φ-y） 3.剪切角中 在剪切面上，金属产生了滑移变形，最大剪应力就在剪切面上。图为直角自由切削状态下的作用力 分析，在垂直于切削合力F方向的平面内剪应力为零，切削合力F的方向就是主应力的方向。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应为45，即Fs与F的夹角应为45，故 有 -B+Y。4 -+Y。 4

如用测力仪直接测得作用在刀具上的切削分力 和 ，在忽略被切材料对刀具后刀面作用力的条件 下，即可求得前刀面对切屑作用的摩擦角β，进而可近似求得前刀面与切屑间的摩擦系数μ。 二、切削变形程度 切削变形程度有三种不同的表示方法，分述如下。 1．变形系数 在切削过程中，刀具切下的切屑厚度 通常都大于工件切削层厚度 ，而切屑长度 却小于切削层长度 。切屑厚度 与切削层厚度 之比称为厚度变形系数 ；而切削层长度与切屑长度之比称为长度变形系 数 。 2．相对滑移ε 既然切削过程中金属变形的主要形式是剪切滑移，当然就可以用相对滑移（剪应变）。来衡量切削 过程的变形程度。如图中，平行四边形OHNM发生剪切变形后，变为平行四边形OCPM，其相对滑移 3．剪切角φ 在剪切面上，金属产生了滑移变形，最大剪应力就在剪切面上。图为直角自由切削状态下的作用力 分析，在垂直于切削合力F方向的平面内剪应力为零，切削合力F的方向就是主应力的方向。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应为45，即Fs与F的夹角应为45，故 有

三、前刀面上的摩擦 粘结接触区上各点的摩擦系数 WOM修 σ(x) 由于σ(x)随x变化，故在粘结接触区切屑与前刀面的摩擦系数是一个变值，离切削刃越远，摩 擦系数越大，其平均摩擦系数 FRBOAAR8X 1 boo(pr audz fa 四、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响 1.积屑瘤的形成及其影响 whNN411KW41lllli44 H。 积屑瘤前角和伸出量△a 积屑瘤的产生及其成长与工件材料的性质、切削区的温度分布和压力分布有关。塑性材料的加 工硬化倾向越强，越易产生积屑瘤：在背吃刀量和进给量「保持一定时，积屑瘤高度Hb与切削

三、前刀面上的摩擦 粘结接触区上各点的摩擦系数 由于σ(x)随x变化，故在粘结接触区切屑与前刀面的摩擦系数是一个变值，离切削刃越远，摩 擦系数越大，其平均摩擦系数 四、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响 1．积屑瘤的形成及其影响 积屑瘤的产生及其成长与工件材料的性质、切削区的温度分布和压力分布有关。塑性材料的加 工硬化倾向越强，越易产生积屑瘤；在背吃刀量 和进给量f保持一定时，积屑瘤高度Hb与切削

速度有密切关系，因为切削过程中产生的热是随切削速度的提高而增加的。 U。/(m/min) 图2-20积屑瘤高度和切削速度的关系 2.积屑瘤对切削过程的影响 (1)使刀具前角变大 (2)使切削厚度变化 (3)使加工表面粗糙度增 (4)对刀具寿命的影响 积屑瘤对切削过程的影响有积极的一面，也有消极的一面。精加工时必须防止积屑瘤的产生， 可采取的控制措施有： (1)正确选用切削速度，使切削速度避开产生积屑瘤的区域。 (2)使用润滑性能好的切削液，目的在于减小切屑底层材料与刀具前刀面间的摩擦。 (3)增大刀具前角，减小刀具前刀面与切屑之间的压力。 (4)适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。 五、影响切屑变形的因素 1.工件材料 工件材料强度越高，切屑和前刀面的接触长度越短，导致切屑和钢刀面的接触面积减小，前刀 面上的平均正应力增大，前刀面与切屑间的摩擦系数减小，摩擦角B减小，剪切角中增大， 变形系数将随之减小。 2.刀具前角Y0 增大刀具前角Yo,剪切角Φ将随之增大，变形系数将随之减小：但Yo增大后，前刀面倾斜程度加大，切 屑作用在前刀面上的平均正应力ov减小，使摩擦角B和摩擦系数μ增大而导致中减小。由于后一方面影

速度 有密切关系，因为切削过程中产生的热是随切削速度的提高而增加的。 2．积屑瘤对切削过程的影响 （1）使刀具前角变大 （2）使切削厚度变化 （3）使加工表面粗糙度增 （4）对刀具寿命的影响 积屑瘤对切削过程的影响有积极的一面，也有消极的一面。精加工时必须防止积屑瘤的产生， 可采取的控制措施有： （1）正确选用切削速度，使切削速度避开产生积屑瘤的区域。 （2）使用润滑性能好的切削液，目的在于减小切屑底层材料与刀具前刀面间的摩擦。 （3）增大刀具前角，减小刀具前刀面与切屑之间的压力。 （4）适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。 五、影响切屑变形的因素 1．工件材料 工件材料强度越高，切屑和前刀面的接触长度越短，导致切屑和钢刀面的接触面积减小，前刀 面上的平均正应力 增大，前刀面与切屑间的摩擦系数减小，摩擦角β减小，剪切角φ增大， 变形系数 将随之减小。 2．刀具前角γ0 增大刀具前角γo，剪切角φ将随之增大，变形系数 将随之减小；但γo增大后，前刀面倾斜程度加大，切 屑作用在前刀面上的平均正应力 σav减小，使摩擦角β和摩擦系数μ增大而导致φ减小。由于后一方面影

响较小，还是随的Yo增加而减小。 0 0 H 3.切削速度Vc 在无积屑瘤产生的切削速度范围内，切削速度越大，变形系数越小。主要是因为塑性变形的传播速度较 弹性变形慢，切削速度越高，切削变形越不充分，导致变形系数下降。此外，提高切削速度还会使切削 温度增高，切屑底层材料的剪切屈服强度τs因温度的增高而略有下降，导致前刀面摩擦系数μ减小，使变 形系数下降。 4.切削层公称厚度 在无积屑瘤的切削速度范围内，切削层公称厚度越大，变形系数越小。 H

响较小， 还是随的γo增加而减小。 3．切削速度Vc 在无积屑瘤产生的切削速度范围内，切削速度 越大，变形系数 越小。主要是因为塑性变形的传播速度较 弹性变形慢，切削速度 越高，切削变形越不充分，导致变形系数 下降。此外，提高切削速度 还会使切削 温度增高，切屑底层材料的剪切屈服强度τs因温度的增高而略有下降，导致前刀面摩擦系数μ减小，使变 形系数 下降。 4．切削层公称厚度 在无积屑瘤的切削速度范围内，切削层公称厚度 越大，变形系数 越小