切削变形实验报告01

荆楚理工学院机械工程学院实验报告姓名学号专业成绩课程名：机械制造基础日期指导教师实验题目：切削变形一、【目的要求】1 观察切削变形的过程，以及所出现的现象。

2 掌握测量切削变形和计算变形系数的基本方法。

3 研究切削速度、刀具前角和走刀量等因素对切削变形的影响规律。

二、【实验仪器与试剂】1 设备： CA6140 普通车床2 工具：游标卡尺、钢板尺、细铜丝等。

3 刀具：YT15硬质合金车刀若干把。

4 试件：30# 钢，轴向带断屑槽的棒料，直径30mm。

三、【实验原理】在金属切削过程中，由于产生塑性变形，使切屑的外形尺寸发生变化，即与切削层尺寸比较，切屑的长度偏短，厚度增加，这种现象称为切屑收缩。

一般情况下，切屑收缩的大小能反映切削变形的程度，衡量切屑收缩的大小可用变形系数表示。

即ξ＝L c / L ch 式中ξ──变形系数；L c ──切削长度（ｍｍ）；L c ＝πD/( ｎ-b) ；对于本实验：槽数ｎ＝ 3 ；槽宽b ＝ 2.5 ；L ch ──切屑长度（ｍｍ），⑴计算变形系数的方法用测量切削长度法。

⑵把实验得到的切屑，冷却后，选出标准切屑，用铜丝沿切屑外部缠绕后拉直，然后用钢板尺测出其长度L ,为提高实验精度，可测 3 ～5 段切屑的长度求出平均值Lc 。

变形系数ξ＝L c / L ch =（πD/n - b ）/ L ch图 2-1 切屑收缩图四、【实验方法和步骤】1、切削速度υ对切削变形的影响刀具参数：κr＝45°；κr ＇＝8°；λs＝0°；γo ＝10°；αo ＝7°；r ＝0.1 mm 切削用量：f＝0.39 mm /r , ap＝40mm。

图 2-2 车削切屑收缩改变切削速度，从低速到高速，可先取υc＝5；10；20；25；30；40；60；80；110 m /min ；ｎ＝53；106；212；265；318；424；636；848；1166r/min ；用每一种转速切削一段试棒，停车收集切屑并观察切削颜色（注意安全，防止烫伤）。

剪切面和切削速度方向 的夹角叫做剪切角，以 φ表示。
第一变形区
变形程度的表示方法
剪切角φ ：（切应力Байду номын сангаас主应力方
向呈45°”）
Φ＝45°－（β－γo） 其中 β—摩擦角 变形系数ζ：实用中较常用较 方便的表示法。
lζLh＝ LLcDchh o sis hhn(cDho)1
相对滑移系数ε
第Ⅱ变形区
金属切削过程中的变形
第Ⅰ变形区 即剪切变形区， 2 从OA线开始发生 塑性变形到OM线 晶粒的剪切滑移 基本完成，金属 剪切滑移，成为 切屑。
1
第Ⅱ变形区 靠近前刀面处，切屑排 出时受前刀面挤压与摩擦，产
生纤维化
第Ⅲ变形区 已加工面受到后刀面挤压与 3 摩擦，产生变形。
Ⅱ Ⅰ
Ⅲ
切削部位三个变形区
刀面流出。
切屑 M
终滑移线
A
Φ剪切角
始滑移线：τ=τs
刀具 O
金属切削过程中的变形
实用条件下，剪切区一般很窄，在 0.02～0.2mm之间。
切削塑形金属，其切屑的形成过程就 是切削层金属的变形过程。
三个变形区： a) 第一变形区：切削刃前面的切削层内的区域； b) 第二变形区：切屑底层与前刀面的接触区域； c) 第三变形区：后刀面与工件已加工表面接触区域
此区变形是造成已加工面纤维化、加工硬化和残余 应力的主要原因。
Thank you!
当切屑沿前面流出时，由于受到前面挤压和摩擦作 用，在前面摩擦阻力的作用下，靠近前面的切屑底层 金属再次产生剪切变形，使切屑底层薄的一层金属流 动滞缓，流动滞缓的一层金属称为滞流层，这一区域 又称为第Ⅱ变形区。
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。

机械制造技术基础（实验一）切削层变形的观察与测量实验报告专业班级姓名学号指导教师: 焦劲光张太萍日期实验一切削层变形的观察与测量一实验目的1观察切削变形的过程，以及所出现的现象。

2掌握测量切削变形和计算变形系数的基本方法。

3研究切削速度、刀具前角和走刀量等因素对切削变形的影响规律。

二实验装备1设备：CA6140普通车床2工具：游标卡尺、钢板尺、细铜丝等。

3刀具：硬质合金车刀若干把。

4试件：轴向带断屑槽的棒料。

三实验的基本原理在金属切削过程中，由于产生塑性变形，使切屑的外形尺寸发生变化，即与切削层尺寸比较，切屑的长度偏短，厚度增加，这种现象称为切屑收缩，如图1-1所示。

一般情况下，切屑收缩的大小能反映切削变形的程度，衡量切屑收缩的大小可用变形系数表示。

即ξ＝ Lc / Lch式中ξ──变形系数；Lc ──切削长度（mm）；Lc＝（πD/ｎ-b)；对于本实验：槽数ｎ＝3；槽宽b＝5 ；Lch──切屑长度（mm），把切屑收集起来，学生自己测量其长度。

计算变形系数的方法用测量切削长度法。

在车床上将试件装在三爪卡盘与尾架顶尖之间，试件轴向开槽并镶嵌钢板，以达到断屑和保护刀尖的目的，如图1-2所示。

把实验得到的切屑，冷却后，选出标准切屑，用铜丝沿切屑外部缠绕后拉直，然后用钢板尺测出其长度L，为提高实验精度，可测3～5段切屑的长度求出平均值LC。

变形系数ξ＝ Lc / Lch=（πD/n - b）/ LCh四实验内容1切削速度υ对切削变形的影响在车床上固定试件，装夹好刀具。

试件材料：20#钢，试件直径由现场定。

刀具材料：YT15硬质合金车刀图1-1 切屑收缩图图 1-2 车削切屑收缩刀具参数：κr ＝ 450；κr＇＝ 450；λs ＝ 00；γo ＝ 100；αo ＝ 70；r ＝0.1 mm。

切削用量：ƒ＝ 0.286 mm/r , a p ＝ 2 mm。

改变切削速度；速度取值很关键，从低速到高速，可先取ｎ＝110 ；220；450；700r/min；然后根据试棒直径计算出对应的切削速度。

切削实验一、实验目的1 观察切削变形的过程，以及所出现的现象。

2 研究切削速度、刀具前角和走刀量等因素对切削变形的影响规律。

在金属切削过程中，由于产生塑性变形，使切屑的外形尺寸发生变化，即与切削层尺寸比较，切屑的长度偏短，厚度增加，这种现象称为切屑收缩。

一般情况下，切屑收缩的大小能反映切削变形的程度。

二、实验内容1、切削速度υ对切削变形的影响刀具参数：κr＝45°；κr ＇＝ 8°；λs＝ 0°；γo ＝10°；αo ＝7°；r ＝0.1 mm 切削用量：f＝ 0.39 mm /r , ap＝40mm。

改变切削速度，从低速到高速，可先取υc＝ 5； 10； 20； 25； 30； 40； 60； 80； 110 m /min ；ｎ＝ 53；106；212；265；318；424；636；848；1166r/min ；用每一种转速切削一段试棒，停车收集切屑并观察切削颜色（注意安全，防止烫伤）。

测量并将结果填入表2-1 中。

2、刀具前角对切削变形的影响刀具参数：κr ＝ 45°；κr ＇＝ 8°；λs ＝ 0°；αo ＝ 7°； r ＝ 0.1 mm 。

切削用量： f＝ 0.39 mm /r , ap ＝40 mm υc＝ 60 m /min 。

改变车刀前角：γo ＝ 0°； 15°； 30°。

用不同前角的车刀分别切削一段试棒，停车收集切屑并观察切削颜色（注意安全，防止烫伤）。

3、进给量 f 对切削变形的影响刀具参数：κr＝45°；κr＇＝8°；λs＝0°；γo＝10°；αo＝7°；r＝0.1 mm 。

切削用量： ap ＝ 40 mm υc＝ 60 m /min 。

改变进给量： f＝ 0.2 ； 0.36 ； 0.51 ； 0.66 （ mm/r ）。

切削变形系数简介切削变形系数是表征切削过程中材料的变形程度的重要指标。

它反映了切削力对材料的作用及其产生的变形程度，对于切削加工的质量和效率具有重要影响。

本文将介绍切削变形系数的定义、计算方法以及影响因素。

定义切削变形系数是指切削过程中单位切削力引起的材料变形量与材料初始几何尺寸之比，通常用符号η表示。

切削变形系数的数值范围通常在0到1之间，大小代表了切削过程中材料发生变形的程度。

计算方法切削变形系数可以通过以下公式计算得到：η = (d - d0) / d0其中，η为切削变形系数，d为材料在切削过程中的变形量，d0为材料初始几何尺寸。

切削变形系数的计算需要通过实验或模拟得到切削过程中的变形量，并与材料初始尺寸进行比较。

通过实验，可以测量材料在切削过程中的变形量；通过数值模拟，可以预测材料在不同切削条件下的变形情况。

影响因素切削变形系数受多种因素的影响，主要包括以下几个方面：切削力切削力是切削过程中作用在刀具上的力，它是切削变形的主要驱动力。

切削过程中，切削力增大，材料的切削变形也会增加，切削变形系数会随之增大。

切削速度切削速度是指刀具在切削过程中的移动速度。

切削速度增加，切削变形系数也会增加，这是因为切削速度增加会导致材料加热，使其变软，容易发生塑性变形。

刀具材料和几何形状刀具的材料和几何形状对切削变形系数也有一定影响。

刀具材料的硬度越大，抗变形能力越强，切削变形系数会减小。

同时，刀具的几何形状也会影响切削变形系数，如刀具前角大小的合理选择能减小切削变形。

切削温度切削过程中产生的高温也会对切削变形系数产生影响。

高温会导致材料的塑性增加，从而增加切削变形系数。

应用切削变形系数的大小与切削过程中材料的变形程度密切相关，因此在切削加工中具有重要的应用价值。

首先，切削变形系数可以用来评估切削工艺的可行性。

通过计算切削变形系数，可以判断切削过程中材料是否会发生过大的变形，从而避免切削过程中产生不合格的工件。

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课堂问题？
三个变形区如何划分及特点？
1.2.2 切削变形
二、切削变形 1.切屑形成过程：对塑性金属进行切削时，切屑 的形成过程就是切削层金属的变形过程。
•当工件受到刀具的挤压以后，切削层金属在始滑 移面OA以左发生弹性变形。 在OA面上，应力达到材料 的屈服强度，则发生 塑性变形，产生 滑移现象。
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1.2.5 积屑瘤的形成及其对切削过程的影响
积屑瘤的形成原因
1）工件材料的塑性； 2）切削速度； 3）刀具前角； 4）冷却润滑条件。
39
1.2.5 积屑瘤的形成及其对切削过程的影响
（3）积屑瘤对切削过程的影响： a. 实际刀具前角增大 • 刀具前角γo指前刀面与基面之间的夹角。如图所 示，由于积屑瘤的粘附，刀具前角增大了一个γb 角度，如把切屑瘤看成是刀具一部分的话，无疑 实际刀具前角增大,现为γo ＋ γb 。 • 刀具前角增大可减小切削力，对 切削过程有积极的作用。而且， 切削瘤的高度Hb 越大，实际刀 具前角也越大，切削更容易。
1.2.5 积屑瘤的形成及其对切削过程的影响
（1）积屑瘤的概念
在切削速度不高而又能形成连续切屑 的情况下，加工塑性材料时，常常在前刀面 处粘着一块剖面有时呈三角状的硬块。它的 硬度很高，通常是工件 材料的2—3倍，在处于 比较稳定的状态时，能 够代替刀刃进行切削。 这块冷焊在前刀面上的 金属称为积屑瘤或刀瘤。
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。
10
1.2.1 概述
3. 第三变形区
在已加工表面上与刀具后面挤压、摩擦形成 的变形区域称为第三变形区（Ⅲ）。 由于刀具刃口不可能绝对锋利, 钝圆半径的 存在使切削层参数中公称切削厚度不可能完全切 除，会有很小一部分被挤压到已加工表面，与刀 具后刀面发生摩擦，并进一步产生弹、塑性变形， 从而影响已加工表面质量。 刃前区：三个变形区汇集在切削刃附近，此处的应 力集中而复杂，被切削层在此与工件本体材料分离

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 切屑和前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，摩擦角减小，剪切 角增大，变形系数将随之减小。
2．刀具前角
增大刀具前角，剪切角将随之增大，变形系数将随之减小； 但前角增大后，前刀面倾斜程度加大，切屑作用在前刀面 上的平均正应力减小，使摩擦角和摩擦系数增大而导致剪 切角减小。由于后一方面影响较小，变形系数还是随前角 增加而减小。
av
0
四、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响 1．积屑瘤的形成
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。
2.积屑瘤对切削过程的影响
（1）使刀具前角变大，使切削力减小。 （2）使切削厚度变化，导致切削力产生波动。 （3）使加工表面粗糙度增大。 （4）对刀具寿命的影响
粘在前刀面上的积屑瘤，可代替 刀刃切削，有减小刀具磨损，提高 刀具寿命的作用；但如果积屑瘤从 刀具前刀面上频繁脱落，可能会把 前刀面上刀具材料颗粒拽去（这种 现象易发生在硬质合金刀具上）， 反而使刀具寿命下降。
剪切面
在一般切削速度下，ＯＡ（始滑面）与ＯＭ（终滑面）非常接近 （０．０２－０．２ｍｍ），所以通常用一个平面ＯＯ`来表示这个 变形区，该平面称为剪切面。
➢ 剪切角
2）第二变形区
当切屑沿前刀面流动时，由于切屑与前刀面接触处有相当大的 摩擦力阻止切屑的流动，因此切屑底部的晶粒又进一步纤维化， 其纤维化的方向与前刀面平行。这一沿着前刀面的变形区成为 第Ⅱ变形区。
a）直角切削
b）斜角切削
第二节 金属切削过程中的变形
一、切屑的形成过程 1．变形区的划分
图2-10 金属切削过程中的滑移线和流线示意图

第1篇一、实验目的本次实验旨在通过切削测试，了解不同切削参数对切削过程的影响，分析切削过程中产生的切削力、切削温度、切削速度、切削深度等参数的变化规律，为切削工艺的优化提供理论依据。

二、实验原理切削实验是在切削过程中，通过测量切削力、切削温度、切削速度、切削深度等参数，分析切削过程中的各种因素对切削效果的影响。

实验原理如下：1. 切削力：切削力是切削过程中产生的阻力，与切削速度、切削深度、刀具几何参数等因素有关。

2. 切削温度：切削温度是切削过程中产生的热量，与切削速度、切削深度、刀具材料、工件材料等因素有关。

3. 切削速度：切削速度是切削过程中工件表面与刀具相对运动的速度，与切削力、切削温度、切削深度等因素有关。

4. 切削深度：切削深度是切削过程中工件表面与刀具之间的距离，与切削力、切削温度、切削速度等因素有关。

三、实验内容1. 实验材料：选用碳素结构钢（Q235）作为工件材料，高速钢（W6Mo5Cr4V2）作为刀具材料。

2. 实验设备：C620-1型车床、传感器、数据采集系统、温度计等。

3. 实验步骤：（1）将工件安装在车床上，调整刀具位置，使刀具与工件接触。

（2）启动数据采集系统，记录切削力、切削温度、切削速度、切削深度等参数。

（3）改变切削速度、切削深度、刀具几何参数等参数，重复步骤（2）。

（4）分析实验数据，总结切削过程中的变化规律。

四、实验结果与分析1. 切削力与切削速度的关系：实验结果表明，切削力随切削速度的增加而增大。

这是因为在高速切削过程中，切削刃的磨损加剧，导致切削力增大。

2. 切削力与切削深度的关系：实验结果表明，切削力随切削深度的增加而增大。

这是因为切削深度越大，切削刃所承受的切削阻力越大，从而导致切削力增大。

3. 切削温度与切削速度的关系：实验结果表明，切削温度随切削速度的增加而增大。

这是因为切削速度越高，切削过程中的热量越多，导致切削温度升高。

4. 切削温度与切削深度的关系：实验结果表明，切削温度随切削深度的增加而增大。

时针两个方向各 100°的刻度。其上的工作台 5
可以绕小轴 7 转动，转动的角度，由固连于工作
台 5 上的工作台，指针 6 指示出来。工作台 5 上
的定位块 4 和导条 3 因定在一起，能在工作台 5
的滑槽内平行滑动。
立柱 20 固定安装在底盘 2 上，它是一根矩
形螺纹丝杠，旋转丝杆上的大螺帽 19，可以使
（2）实验仪器
1) 设备： CA6140 普通车床。 2) 刀具：YT15 硬质合金车刀。 3) 试件：45# 钢。
（3）实验原理
切削层变形就是指被切屑层在刀具的切削刃与前刀面的影响作用下，经受挤压而产生的 剪切滑移变形。
（4）实验方法步骤
1) 将车床的参数调至如下结果：:n=80rpm；ap=0.5~1mm； =30°；f=0.2mm/r 时，观察 切屑形状。
偏角 的数值。
2
图 1-4 用车刀量角台测量车刀刃倾角
图 1-5 用车刀量角台测量车刀副偏角
5) 前角 的测量
前角 的测量，必须在测量完主偏角 kr 的数值之后才能进行。
从图 1-2 所示的原始位置起，按逆时针方向转动工作台，使工作台指针指到底
盘上Ψ =90°—Kr 的刻度数值处(或者从图 1-3 所示测完主偏角 kr 的位置起，按逆时
针方向使工作台转动 90°)，这时，主刀刃在基面上的投影恰好垂直于大指针前面
a(相当于 P0)，然后让大指针底面 c 落在通过主刀刃上选定点的前刀面上(紧密贴
合)，如图 1-6 所示，则大指针在大刻度盘上所指示的刻度数值，就是正交平面前角
的数值。指针在 0°右边时为+ ，指针在 0°左边时为– 。
6) 后角 的测量
1
平行于工作台 5 的平面。测量车刀角度时，就是根据被测角度的需要，转动工作台 5， 同时调整放在工作台 5 上的车刀位置，再旋转大螺帽 19，使滑体 13 带动大指 针 9 上升或下降而处于适当的位置，然向用大指针 9 的前面 a (或侧面 b、或底面 c)，与构成被测角度的面或线紧密贴合，从大刻度盘 12 上读出大指针 9 指示的被 测角度数值。

（3-6）
（3-7）
（3-8）
下图表示ε与Λh的曲线关系。 （1）变形系数并不等于剪应变ε; （2）当 h 1.5时， ε与Λh成正比; （3）当Λh=1时，剪应变并不等于零; （4） Λh 相同，γo不同， ε也不同; （5）当 h 1.2 时，不能用Λh表示变形程度。
§3-4
3.切削速度 (1) 切削塑性材料时 有积屑瘤时，Ⅱ区：Vc↑→Λ h↓ Ⅲ区：Vc↑→Λ h↑ 无积屑瘤时，Ⅰ区： Vc↑无明显。 Ⅳ区：Vc s h （2）切削脆性材料时，Vc对Λ h无明显影响 4.切削厚度 （1）Vc＞200m/min时
hD F h
§3-3 变形系数和剪应变 切削变形程度的衡量
实践证明，切屑厚度hch大于切削层厚度 hD ，而切屑长 度Lch小于切削层长度Lc，可见，金属发生切削变形， 那么怎样衡量切削变形呢？ 一、切削变形系数Λh ： 切屑厚度与切削层厚度之比,称为厚度变形系数Λhα： 切削层长度Lc 与切削长度之比,称为长度变形系数Λhl, 即: hch lc ha hl hD lch

4


4
o
（3-13）
上式即所谓李和谢弗公式。 结论： （1）当γo增大时，Φ角增大，变形减少。 （2）当β增大时，Φ角减少，变形增大。 两公式不完全相同，原因如下： 1.刀具钝圆半径rn的存在影响Φ的大小 2.剪切面不是平面，而是有一定宽度的变形区 3.金属内部杂质缺陷对变形有影响 4.用平均β (μ)表示刀—屑摩擦与实际不符
一、摩擦面的实际接触面积
1.峰点型接触 2.紧密型接触 图3-18 图3-19
二、峰点的冷焊与摩擦力
由于接触峰点发生了塑性变形破坏了其上的吸附膜和 保护膜，使峰点处的金属间直接接触，同时温度较高， 从而使峰点冷焊，其结点称冷焊结。 当两物体相对滑动时，这些冷焊结被剪，为保持原 接触面积，又有一些新峰点接触，形成新冷焊结。所以 滑动摩擦是不断更换冷焊结的过程，冷焊结被剪形成抗 剪力，即为摩擦力的一部分；另一部分，耕犁力P ：是 较硬一方在软方表面划出一道沟痕所受阻力。 摩擦力 较小可略

第1篇一、实验目的本次实验旨在探究切削参数（切削深度、进给量、切削速度）对切削量（切削力、切削温度、表面粗糙度）的影响，为实际生产中切削参数的优化提供理论依据。

二、实验内容与方法1. 实验设备：高速切削实验台、电主轴、刀具、测力仪、温度计、表面粗糙度仪等。

2. 实验材料：45号钢。

3. 实验参数：- 切削深度：0.5mm、1.0mm、1.5mm- 进给量：0.2mm/r、0.4mm/r、0.6mm/r- 切削速度：300m/min、400m/min、500m/min4. 实验方法：- 将45号钢材料固定在高速切削实验台上，调整切削参数。

- 使用刀具进行切削实验，记录切削力、切削温度、表面粗糙度等数据。

- 对比不同切削参数下切削量的变化规律。

三、实验结果与分析1. 切削力：实验结果表明，切削力随切削深度、进给量的增加而增大，随切削速度的增加而减小。

在相同切削参数下，切削深度对切削力的影响最为显著。

2. 切削温度：实验结果表明，切削温度随切削深度、进给量的增加而升高，随切削速度的增加而降低。

在相同切削参数下，切削深度对切削温度的影响最为显著。

3. 表面粗糙度：实验结果表明，表面粗糙度随切削深度、进给量的增加而增大，随切削速度的增加而减小。

在相同切削参数下，切削速度对表面粗糙度的影响最为显著。

四、结论1. 切削力、切削温度、表面粗糙度均受到切削参数的影响，其中切削深度的影响最为显著。

2. 在实际生产中，应根据工件材料、加工要求等因素，合理选择切削参数，以获得最佳的切削效果。

3. 高速切削技术具有切削速度高、切削力小、切削温度低等优点，有利于提高加工效率、降低生产成本。

五、实验总结本次实验通过探究切削参数对切削量的影响，为实际生产中切削参数的优化提供了理论依据。

实验结果表明，切削深度、进给量、切削速度对切削力、切削温度、表面粗糙度具有显著影响。

在实际生产中，应根据工件材料、加工要求等因素，合理选择切削参数，以获得最佳的切削效果。

金属切削实验技术切屑变形的度量LOGOContents1、金属切削过程中的变形规律2、切屑变形的度量3、变形系数4、剪切角5、用网格法研究切削过程的金属变形切削变形过程示意工件刀具切屑1、金属切削过程中的变形规律1.1 切屑的形成过程切屑形成的过程，就起本质来说，是被切削层金属在道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。

1.2 切削过程的三个变形区OA、OM虚线实际就是上图中的等剪应力曲线。

OM为终剪切线（或终滑移线），OA叫始剪切线（或始滑移线）。

在OA到OM之间的第Ⅰ变形区内，其变形的主要特征是沿滑移线的剪切变形，以及随之产生的加工硬化。

在切削过程中，工件的已加工表面产生变形，金属晶粒伸长，成为纤维状，如图中Ⅲ区是为第三变形区。

第Ⅰ变形区金属的滑移在一般切削速度范围内，第一变形区宽度仅为0.02~0.2mm,可用一剪切面代替。

剪切角φ：剪切面和切削速度方向的夹角。

v c 切削层切屑剪切面第Ⅱ变形区内金属的挤压变形1.3.1 积屑瘤的形成积屑瘤的产生主要是切屑底面与前刀面之间的外摩擦力大于切屑上层与金属下层之间的内摩擦力的结果。

1.3.2影响积屑瘤的主要因素工件材料的性质切削速度积屑瘤刀具前角冷却条件1.3.2-a) 速度对积屑瘤的影响1.3.3积屑瘤对切削加工的影响有利方面：①保护刀具②增大刀具实际工作前角不利方面：③影响工件尺寸精度（增大切削厚度）④影响表面粗糙度2、切屑变形的度量2.相对滑移3剪切角1.变形系数切屑变形系数ξ表示为切削层长度ℓD 和切屑长度ℓch的比值，或者是切屑厚度和切削层厚度的比值。

式中γ为刀具前角。

该式为Merchant的剪切平面模型的理论公式。

剪切角可用来衡量切屑变形程度的大小。

金属变形主要形式是相对滑移（剪切滑移）。

在纯剪切条件下，(λs=0°κr′=0°)可用剪应变ε来衡量变形程度2.1 变形系数厚度变形系数ξh=hch /hD;长度变形系数ξℓ=ℓD /ℓch;一般情况下，切削层宽度方向变化很小，根据大塑性变形时材料不可压缩的假设，则变形后体积不变，显然ξ=ξh=ξℓ变形系数一般是大于1的数，约为1.5 ～4。

晶粒滑移示意图
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滑移与晶粒伸长
• 卡片模型
• 切削层金属就象一摞卡片，在刀具作用下受剪应力后沿卡 片间滑移而成为切屑。滑移方向就是剪切面方向。
卡片模型
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三、变形程度的表示方法 剪切角 剪应变 变形系数
第13页/共55页
1、剪切角
• 在相同切削条件下，剪切角越大，剪第16页/共55页
变形系数、剪切角和剪应变的关系
ach cos( o )
ac
sin
2 2 sin o 1 cos o
以上是按纯剪切观点提出的，而切削过程是复杂的，既 有剪切又有挤压和摩擦的作用。显然以上理论有局限性。 如=1时，ach=ac，似乎切屑没有变形，但事实上切屑有 相对滑移存在。也只当ξ>1.5时， ξ与ε基本成正比。
在一般速度范围内，第一变形区宽度仅0.20.02mm，所
以可看成一个面—即剪切面。
剪切面与切削速度之夹角 叫剪切角，以表示。
剪 切 面 切屑
c
刀具
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假定金属晶粒为圆形，受剪应力后晶格中晶面滑移，粒变 椭圆形，AB变为长轴AB；随剪应力增大，晶格纤维化， AB成为纤维化方向 。但纤维化方向与晶粒滑移方向不一致， 它们成一角。
cos o
sin Φ cos(Φ o )
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剪切变形示意图
3、变形系数
➢由实验和生产可知，切屑厚度 ach 大于切削层厚度ac，切屑长度 lch 小于 切削层长度 lc。 ➢长度变形系数L切削层长度lc与切屑长度lch之比L= lc/lch ➢ 厚度变形系数 a = ach/ ac ➢忽略切屑宽度的变化，有a=L= ➢ 大于1，值大表示切屑越厚越短，变形越大 ➢变形系数能直观反映切屑的变形程度，且容易求得，生产中常用。

• 滑动区外摩擦 单位切向力由 s 逐渐减小到0。
刀 屑接触面上正应力 在刀尖处最大，逐
渐减小到0。
三、影响前刀面摩擦系数的主要因素
工件材料：强度硬度增大， 减小（V不变时，温度升高） 切削厚度：切削厚度增大，正应力增大， 减小
切削速度： 低速，V大， 越大；高速，V大， 越小
粘结现象时的摩擦状况
第Ⅲ变形区： 刀工接触区。 已加工表面受到刀具刃口钝圆和后刀面挤压和摩擦，晶 粒进一步剪切滑移。 有时也呈纤维化，其方向平行已加工表面，也产生加工 硬化和回弹现象。 三个变形区汇集在切削刃附近，应力集中而又复杂。三 个变形区内的变形又相互影响。
刀刃钝圆情况下已加工表面的形成过程
第Ⅰ变形区： 从OA线（始滑移线）金属开始发生剪切变形，到 OM线（终滑移线）金属晶粒剪切滑移基本结束，AOM 区域叫第一变形区。
是切屑变形的基本区，其特征是晶粒的剪切滑移 ，伴随产生加工硬化。
第一变形区是金属切削变形过程中 最大的变形区，在这个区域内，金 属将产生大量的切削热，并消耗大 部分功率。此区域较窄，宽度仅 0.02～0.2㎜ 。
第Ⅱ变形区： 刀屑接触区 切屑沿前刀面流出时受到挤压和摩擦，使靠近前刀面的 晶粒进一步剪切滑移。 特征是晶粒剪切滑移剧烈呈纤维化，纤维化方向平行前 刀面，有时有滞流层。 切屑与前刀面的压力很大，高达2～3GPa，由此摩擦象。
4 > s 合成运动
4以后 无剪应力 前刀面 切屑
应力状态 流动方向 区 域
金属在第一变形区滑移过程
切削层金属是在AOM区内通过剪应力产生滑移变成
切屑 (Chip) 的。 AOM区叫做第一变形区。 OA线叫始滑移线，OM线叫终滑移线。 其特征是晶粒的剪切滑移，伴随产生加工硬化。

挤裂切屑
这类切屑与带状切屑不同之处在外表面呈锯齿形，内表面有时有裂纹。 这种切屑大多在切削速度较低、切削厚度较大、刀具前角较小时产生。
单元切屑
如果在挤裂切屑的剪切面上，裂纹扩展到整个面上，则整 个单元被切离，成为梯形的单元切屑。
以上三种切屑只有在加工塑性材料时才可能得到
其中，带状切屑的切削过程最平稳，单元切屑的切削力波动最大。 在生产中最常见的是带状切屑，有时得到挤裂切屑，单元切屑则很少 见。假如改变挤裂切屑的条件，如进一步减小刀具前角，减低切削速 度，或加大切削厚度，就可以得到单元切屑。反之，则可以得到带状 切屑。这说明切屑的形态是可以随切削条件而转化的。
崩碎切屑
属于脆性材料的切屑。这种切屑的形 状是不规则的，加工表面是凸凹不平的。
从切削过程来看，切屑在破裂前变形很小，和塑性材料的切屑形成机 理也不同。它的脆断主要是由于材料所受应力超过了它的抗拉极限。加工 脆硬材料，如高硅铸铁、白口铁等，特别是当切削厚度较大时常得到这种 切屑。由于它的切削过程很不平稳，容易破坏刀具，也有损于机床，已加 工表面又粗糙，因此在生产中应力求避免。其方法是减小切削厚度，使切
学习内容
一、切屑的形成过程及其种类 二、切削层金属的变形 三、切屑变形的规律
一、切屑的形成过程及其种类
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。 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。
在切削过程中，被切金属层在前刀面的推力作用下产生剪应力，当剪 应力达到并超过工件材料的屈服极限时，被切金属层将沿着某—方向产生 剪切滑移变形而逐渐累积在前刀面上，随着切削运动的进行，这层累积物 将连续不断地沿前刀面流出，从而形成了被切除的切屑。简言之，工件上 切削层金属,在刀具前刀面的推挤作用下发生了塑性变形，最后沿某一面 剪切滑移形成了切屑。

机械制造基础（一）题目：切削变形班级：车辆16-2学号： 1607130228姓名：张明瑞一、金属切削变形总述：金属切削加工是一种应用广泛的加工方法之一，是利用比工件硬的刀具在工件表面切除金属获得所需形状、尺寸和表面粗糙度要求的一个工艺过程。

切削加工的实质是工件材料在刀具的剪切挤压作用下，经过弹性变形、塑性变形最后撕裂，将工件待加工表面上多余的金属层与工件本体分离产生切屑并形成工件上已加工表面的过程。

金属的切削变形过程非常复杂，影响因素也较多，金属切削机理的研究一直是国内外学者研究的重点和难点，但限于技术方面的原因，过去的研究主要是基于各种试验而进行的，由于成本技术手段等原因，限制了切削变形过程的研究普及与提高，但是新材料的出现确是层出不穷，如何及时深刻地认识新材料的切削加工性能是迫切需要人们关注的。

二、金属切削变形传统分析法讨论：传统的研究金属切削变形的方法主要是基于各种试验方法而进行，常见的方法有：侧面变形观察法、高速摄影法、快速落刀法、在线瞬态体视摄影法、扫描电镜显微观察法、光弹性和光塑性试验法等多种方法。

另外，还有各种测量切削力和切削温度等的方法。

由于金属切削的工作条件十分恶劣，物理过程的跟踪观测非常困难，而且观测设备昂贵、试验周期长、人力物力消耗大、综合成本很高，使得其各种试验方法分析的结果往往不够全面，如侧面变形观察法是通过观察材料侧面人工绘制的细小方格变形来推测金属的变形。

高速摄影法虽然能够观察刀实际切削速度下的变形区的变形情况，但成本较高。

快速落刀法落刀的速度对切削变形区信息的准确性有一定的影响，且其切削区的标本要做成金相标本进行观察。

在线瞬态体视摄影法和扫描电镜显微观察法均有试验设备非常昂贵的缺点。

以上几种试验方法，往往不能测量变形区的应力、应变、刀具表面的正压力，温度及其分布规律等。

光弹性和光塑性试验法虽能描述切削区的应力应变等信息，却不能反映材料流动的规律。

以上讨论的方法主要是集中于切削变形，即切削过程中的材料流动规律及其物理定量描述。