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§1-3 金属切削过程
一、切屑形成过程及切屑种类
1、切屑形成过程
金属切削过程就是利用刀具从工件上切下切屑的过程，也就是切屑形成的过程，其实质是一种挤压变形过程。
a）金属挤压b）金属偏挤压c）金属切削
图1.14 金属挤压与金属切削
切削变形实验设备与录像装置
图1.15
切屑形成过程
弹性
变形
塑性
变形
1）切削变形区第Ⅰ变形区
第Ⅱ变形区
第Ⅲ变形区
(AOM区域)又称基本变形
区，切削层金属产生剪切滑移和大量塑性变形区域，机床提供的大部分能量主
要消耗在该区域。
是切削
力、切削热的主要来源。
（OE区域）切屑和前刀面的摩擦变形区。
影响刀具前刀面的磨损和积屑瘤的形成。
（OF区域）工件已加工表面与刀具后刀面的摩擦区域，影响刀具后刀面的磨损和工件的加工硬化和残余应力。
γ0
对加工影响：
切屑厚度压缩比反映了切削过程中切屑变形程度的大小。
在其他条件不变时，切屑厚度压缩比愈大，切削力愈大，切削温度愈高，表面愈粗糙。
采取措施：
在中速或低速切削时，可增大前角以减小变形，或对工件进行适当的热处理，以降低材料的塑性，使变形减小等。
ü3、切屑的种类
常见切屑有以下三种：
节状切屑带状切屑
崩碎切屑
ü二、积屑瘤
1、积屑瘤：
2、产生条件：①切削塑性金属
②中等切削速度（Vc ＝（5～50）m/min ）切削
3、产生原因：切屑底面的滞留层金属与前刀面的外摩擦阻力大于切屑内部的分子结合力
α0
α
4、积屑瘤对切削加工的影响：1）代替刀刃进行切削，保护刀刃。
2）增大了刀具的实际工作前角，使得切削变得轻快。
3）a P不断变化，影响工件尺寸
精度。
4）影响表面粗糙度。
粗加工：利用积屑瘤，
中速切削
精加工：避免积屑瘤，
高速或低速精加工
5、积屑瘤的控制：
1）塑性很高的材料：
正火处理，降低塑性。
2）切削速度：
v< 5m/min 或v> 100m/min无积屑瘤3）刀具角度：增大刀具前角。
4）降低刀面的表面粗糙度：
用油石研磨刃磨过的刀面。
5）浇注切削液：
降低切削温度，减小摩擦系数。
25.62)min (1000
m dn v c π=)min (1000
m dn v c π=)min (1000
m dn v c π=)min (10002m Ln v r c = 1.9823.3425.60否否能能
三、切削力和切削功率
1、切削力的来源和分解
1）影响：
2）来源：
★3个变形区产生的弹、塑性变形抗力
★切屑、工件与刀具间摩擦力
ü3）总切削力分解：
F
Fc
Fp
Ff
切削力Fc（切向力）：
作用：是计算机床动力、
刀具和夹具强度的依据，
选择刀具几何角度和切削
用量的依据。
进给力Ff （轴向力）：
作用：是设计和校检进给机构强
度的依据.
背向力Fp （径向力）：
作用：Fp不做功，但作用
在机床和工件刚性最弱的
方向上，易使刀架移位和
工件变形，引起振动，对
切削过程十分不利，影响
加工精度。
2 、切削力的估算
ü影响因素：
①工件材料：
强度高加工硬化倾向大切削力大②切削用量◆切削深度与切削力近似成正比；
◆进给量增加，切削力增
加，但不成正比;◆切削速度对切削力影响复杂
③刀具几何角度
ü前角γ0 增大，切削力减小
ü主偏角κ
r
对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗力
影响显著（κ
r ↑——F
p
↓，F
f
↑)
ü与主偏角相似，刃倾角λs 对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗力影响显著（λs ↑ ——F p ↓，F f ↑）其他影响因素
◆刀具材料：与工件材料之间的亲和性影响其间的摩擦，而影响切削力；
◆切削液：有润滑作用，使切削力降低；
◆后刀面磨损：使切削力增大，对吃刀抗力F p 的影响最为显著；
四、切削热和切削温度
1、切削热的产生及传散
1）切削热的来源：
主要有三个来源：
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、
塑性材料：主要来源于切屑的变形功。
脆性材料：主要来源于工件与后刀面的摩擦功。
2）切削热的传散：
ü
传散途径：切屑、刀具、工件和周围介质ü车削：切屑→
工件→刀具→周围介质ü钻孔：工件→切屑→钻头→ 周围介质
3）切削热对加工的影响：
a 、传入切屑及介质中的热量越多，对加工越有利；
b 、温度升高，加速刀具的磨损。
c 、可使工件产生变形，产生形状和尺寸误差。
加
工方
法Q 屑Q 工Q 刀Q 介车
削50～86％40～10％9～3％1％钻削28％52.5％14.5％5％
ü2、切削温度及其影响因素
概念：切削温度一般是指切削区的平均温度。
影响因素：
（2）工件材料
强度硬度越高，切削温度越高；导热系数越大，切削温度越低。
（3）刀具角度
前角：增大前角，切屑变形小，切削温度降低，但前角过大，刀头散热面积减小，对降低切削温度不利。
主偏角：减小主偏角，主切削刃工作长度增加，切削温度降低。
（4）切削液
五、刀具磨损和刀具耐用度
刀具从开始切削到完全报废，实际切削时间的总和称为刀具寿命。
刀具磨损主要原因：
（1）磨料磨损（2）粘接磨损
（3）相变磨损（4）扩散磨损
1、刀具磨损的形式和过程：
刀具正常磨损时，根据磨损部位不同分为三种形式，见下图。
（1）后刀面磨损(小棱面)
（2）前刀面磨损（月牙洼）
①切削铸铁;
②以较小的切削厚度切削塑性金属材料时，主要发生这种磨损。
在以较高的切削速度和较大的切削厚度切削塑性金属时,产生这种磨损形式。
（3）前、后刀面同时磨损
切削塑性金属时，采用中等切削速度
和中等进给量较常出现的磨损形式。
2、刀具磨损过程：
随着切削时间的
增长，刀具磨损程
度将逐渐增加。
典
型的磨损曲线如图
所示，刀具磨损过
程可以分为三个阶
段。
（1）初期磨损阶段。
在这个阶段中，刀具磨损较快。
这是由于新刃磨的刀具，切削刃和刀面微观不平，有许多很尖的小“凸峰”，这些小凸蜂很快被磨平。
（2）正常磨损阶段。
在这一阶段中，磨损量随时间增长而均匀地增加，磨损速度较前缓慢，这个阶段是刀具工作的有效时间。
（3）急剧磨损阶段。
由于刀具变钝，切削力增加，切削温度急剧上升，刀具消耗很快。
使用刀具时应避免使刀具磨损进入此阶段。
在刀具正常磨损阶段的后期、急剧磨损阶段之前，换刀重磨最好。
3、影响刀具磨损的因素
1）切削用量：增大切削用量时切削温度升高，将加剧刀具的磨损。
其中，
切削速度对刀具磨损的影响最大；
2）刀具材料、刀具几何形状、工件材料及是否使用切削液等。
如耐热性好的刀具材料，不易磨损；适当加大刀具前角，可减小刀具磨损。
4、刀具耐用度：
通常用后刀面的磨损程度作为磨钝标准。
生产中常按刀具进行切削的时间判断。
刀具耐用度是指刀具由开始切削直到磨损量达到磨钝标准所经历的实际切削时间（t）。
粗加工时，多以切削时间（min）表示刀具耐用度，精加工时，常以走刀次数或加工零件个数表示。
表1.5 刀具耐用度的参考数值。
