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第三章切削与磨削原理3.1 切屑的形成过程学习目标：本节主要讨论金属材料的切削过程，并对硬脆非金属材料的切削过程进行简单介绍。
学习本节必须研究切屑形成过程的物理本质及其变形规律，熟悉不同切屑类型以及切屑控制方法。
3.1.1 切屑的形成过程切屑的形成工件上切屑层的金属材料,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。
切屑形成的过程切屑形成的过程实质是切削层受到前刀面的挤压后产生的以滑移为主的塑性变形过程。
切屑形成过程动态演示被切金属的受力变形分析由图3-2塑性金属(紧靠刀尖前面的被切金属层及切屑)的切屑根部金相照片可知，刀尖前面的金属晶粒变成为沿某一方向倾斜的纤维状结构，发生了极大的剪切变形，且剪切区内的剪切线与自由表面的交角约为45°(符合塑性力学理论)。
一般这一变形区的宽度仅为0.02～0.2mm。
切削速度愈高，宽度愈小。
因此可以将变形区视为一个剪切平面，称为剪切面，剪切面与切削速度夹角以φ表示，称为剪切角。
如图3-3所示。
金属除在剪切区发生显著变形外，还形成3个变形区，如图3-4所示。
图3-4说明：一般将剪切区称为第一变形区，其位置如图中Ⅰ所示，靠前刀面处称为第二变形区，如图中的Ⅱ。
由图3-2可看出，在已加工表面处也发生了显著的变形，方格已纤维化，这是已加工表面受到切削刃和后刀面的挤压和摩擦造成的。
这一部分一般称为第三变形区，如图中的Ⅲ。
3.1.2 切屑变形程度的表示方法剪应变ε切削过程中金属的塑性变形主要集中于第一变形区，且主要形式是剪切滑移，因而其变形量可用剪应变ε来表示，如图3-5所示。
..........(3-1)根据图中所示的几何关系，可导出剪应变ε和剪切角φ的关系：.......................(3-2)按此式计算，剪切角愈小，剪切变形量愈大，即切屑变形愈大。
变形系数Λh由于切削时金属的塑性变形，使切下的切屑厚度h ch通常要大于切削层厚度h D，而切屑长度l ch却小于切削长度l c，如图3-6所示。
一、概述碳化硅是一种重要的非金属材料，具有高硬度、高热导率、耐高温、耐腐蚀等优异特性，广泛应用于陶瓷、电子元件、光学玻璃等行业。
然而，碳化硅材料在应用过程中也存在一些问题，如易受氧化、断裂等，严重影响了其性能和使用寿命。
本文将着重探讨碳化硅材料存在的问题以及解决方法。
二、碳化硅材料存在的问题1. 氧化问题由于碳化硅的表面易与氧气发生反应，在高温下容易氧化，使其性能下降，降低了材料的稳定性和耐磨性。
2. 断裂问题碳化硅材料具有高硬度和脆性，容易在受力时产生裂纹和断裂现象，影响了其使用寿命和可靠性。
3. 热应力问题碳化硅具有较高的热导率，其在高温下受热膨胀显著，容易产生热应力，导致材料变形、开裂等问题。
4. 加工难题碳化硅材料具有高硬度和脆性，难以加工成复杂形状，制约了其在一些领域的应用。
三、碳化硅材料存在问题的解决方法1. 防氧化处理对碳化硅材料进行表面涂层处理，采用氧化物或金属薄膜覆盖，防止氧气和水汽的进入，减少材料的氧化速率。
2. 强化设计采用有机合金、纤维增强等方法对碳化硅材料进行强化设计，改善材料的断裂韧性和抗裂性能，降低断裂风险。
3. 热处理技术通过合理的热处理工艺，降低碳化硅材料的内应力，减小热应力对材料的影响，避免热膨胀引起的开裂问题。
4. 先进加工技术应用先进的加工工艺和设备，如激光加工、超声波加工等，实现对碳化硅材料的高精度加工，提高加工质量和效率。
四、结论通过以上分析可见，碳化硅材料在实际应用中存在一些问题，但通过防氧化处理、强化设计、热处理技术和先进加工技术等方法，这些问题是可以得到一定程度的解决和改善的。
相信随着科学技术的不断发展进步，碳化硅材料将会得到更广泛的应用和推广。
五、防氧化处理的深入探讨碳化硅材料容易受到氧化的影响，因此防氧化处理是解决其存在问题的重要方法之一。
对碳化硅材料进行表面涂层处理是目前常用的防氧化方法之一。
在这方面，金属薄膜覆盖和氧化物覆盖是两种比较常见的应用方式。
数控车削加工工具的种类及应用如下：
1.车刀：用于对旋转的工件进行切削加工。
车刀有不同的形状和
应用，如粗车刀、精车刀、圆鼻车刀、切断车刀等。
2.切槽刀：用于切削加工轴向和径向的槽。
3.螺纹车刀：用于加工内外螺纹，有外螺纹车刀和内螺纹车刀两
种。
4.内孔车刀：用于加工内孔。
5.整体式车刀：这种车刀的刀体由一个坯料制造而成，适用于小
型车刀和加工有色金属的车刀。
6.焊接式车刀：采用焊接方法连接刀头与刀杆，结构紧凑，适用
于各类车刀，特别是小刀具。
7.机夹式车刀：刀片用机械夹固在刀杆上，可以重复利用，是数
控车床常用的刀具。
8.特殊式车刀：如复合式车刀、减震式车刀等，适用于特定的工
件材料和加工需求。
9.高速钢刀具：采用高速钢制造，可以不断修磨，是粗加工和半
精加工的通用刀具。
10.硬质合金刀具：采用硬质合金制造，适用于切削铸铁、有色
金属、塑料、化纤、石墨、玻璃、石材和普通钢材，也可以用来切削耐热钢、不锈钢、高猛钢、工具钢等难加工的材料。
11.金刚石刀具：具有极高的硬度和耐磨性、低摩擦系数、高弹
性模量、高导热、低热膨胀系数等优势，可以用于非金属脆硬材料如石墨、高耐磨材料、复合材料、高硅铝合金及其它韧性有色金属材料的精密加工。
12.其它材料刀具：如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等，正向高硬
度合金铸铁粗加工、断续切削方向发展。
热裂法切割玻璃等硬脆材料关键技术研究进展王海龙;王扬;王向伟;张宏志【摘要】热裂法自1967年提出至今已取得丰硕成果.为使国内外学者清晰掌握其研究体系和发展趋势,有必要对热裂法近60年的研究成果进行规律性总结.本文首先明确提出热裂法的发展路线分两个方向:非预制轨迹热裂切割和预制轨迹热裂切割.在非预制轨迹热裂切割研究领域,切割速度、裂纹轨迹偏移量和切割面质量是最主要的优化目标参数;在预制轨迹热裂切割研究领域,切割速度和切割面质量是最受关注的优化目标参数.针对上述目标参数的优化,均可通过采用新的热源形式、冷却形式和优化工艺流程得以实现,指出热裂法切割玻璃和陶瓷关键技术研究方向在于创新发展新的热源技术、冷却技术和进一步优化工艺流程.【期刊名称】《无机材料学报》【年(卷),期】2018(033)009【总页数】8页(P923-930)【关键词】热裂法;玻璃;陶瓷;研究进展【作者】王海龙;王扬;王向伟;张宏志【作者单位】哈尔滨工业大学机电工程学院,哈尔滨 150001;哈尔滨工业大学机电工程学院,哈尔滨 150001;哈尔滨商业大学,哈尔滨 150028;哈尔滨工业大学机电工程学院,哈尔滨 150001【正文语种】中文【中图分类】TQ174玻璃和陶瓷等硬脆材料在军事航天、电力电子、汽车工业等领域均有广泛应用。
如何高效高质量地对上述材料进行切割加工一直是该领域亟需解决的关键问题。
切割加工方法主要有机械切割[1-4]、激光熔融切割[5-6]、等离子切割[7]、水射流切割[8]、电火花切割[9-10]和水导激光切割[11]等, 但上述方法均存在切割质量差、切割效率低、噪音大等缺点, 无法实现绿色环保等先进制造理念, 亟需新的切割加工方法。
热裂纹作为一种缺陷形式, 广泛存在于各种材料之中, 是影响材料机械性能的关键因素之一[12-13]。
材料中裂纹的产生及扩展是材料科学与工程领域的关键问题[14-16]。
热诱导裂纹扩展切割法(Thermal Cracking Method, 中文简称热裂法)是由美国学者Lumley等1969年提出并申请专利[17]。
现代切割技术前言在现代工业制造领域中，切割是应用量很大、应用面广泛的基础工艺之一,尤其是在工程机械制造行业，切割工作量占有很大的比重，切割的效率和质量将直接影响生产的效率和质量。
近年来，国内外切割技术取得了突破性进展，从单一的氧乙炔火焰气割发展成为新型工业燃气火焰切割、等离子弧切割、激光切割、水射流切割、超声切割等多能源、多种工艺方法在内的现代化切割技术，与此同时又将现代化数控技术与切割技术相结合,研究开发出新一代的全自动数控切割设备。
一、几种典型切割技术１、氧乙炔／新型燃气火焰切割自1895年法国人ＬｅＣｈａｔｅｌｉｅｒ发明氧乙炔火焰，至1900年Ｆｏｕｃｈ和Ｐｉｃａｒｄ制造出第一把氧乙炔割炬，氧乙炔火焰切割作为最古老的热切割技术至今仍是机械制造中的一种加工方法。
由于乙炔生产的原料为电石，生产过程中会排出大量电石渣(1ｔ电石生成3。
3ｔ电石渣）及ＨＳ、Ｓ０等有毒有害气体，严重污染环境，在制取溶解乙炔气同时又消耗大量重要化工原料丙酮,加大了生产成本。
因此，近20年来国内外有关研究机构及企业相继投入大量资金，开发研究成本低、安全、减少环境污染的新型燃气,目前国内己自主开发及引进了多种新型工业燃气代替乙炔用于工业火焰加工.同时与新型工业燃气相配套的割炬也相继投建成投产，各种割炬器种齐全。
手工割炬切割厚度可达350ｍｍ，机用割炬切割厚度可达1800ｍｍ.2、线切割，线切割,其基本工作原理是利用连续移动的细金属丝（称为线切割的电极丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。
线切割主要用于加工各种形状复杂和精密细小的工件，例如线切割可以加工冲裁模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等,成形刀具、样板、线切割还可以加工各种微细孔槽、窄缝、任意曲线等。
线切割有许多无可比拟的优点，比如：线切割具有加工余量小、线切割具有加工精度高、线切割具有生产周期短、线切割具有制造成本低等突出优点，线切割已在生产中获得广泛的应用。
特种加工单选题：1. 数控线切割机床加工时，钼丝接脉冲电源（）C. 任意接2. 线切割加工编程时，计数长度应以（）为单位。
A. 以μm为单位；3. 以下材料最适合超声加工的是（）。
C. 金刚石4. 下列切割路线最佳的是（）C.5. 目前特种加工中最精密、最微细的加工是（）C. 离子束加工6. 特种加工方法有：( ) A. 电火花加工7. 用电火花进行粗加工，采用（）。
B. 宽脉冲、负极性加工9. 电火花在加工过程中将产生圆角，是由于（）的存在。
D. 放电间隙10. 激光打孔时，焦点位置应该（）C. 在工件表面或略低于工件表面6. 激光加工是利用（）来进行加工的。
C. 光能7. （）加工可通过通明介质（如玻璃）进行加工。
C. 激光9. 数控线切割机床加工时,工件接（）。
B. 正极10. 下列材料中声速最低的是（）： A. 空气2. 快速电火花线切割加工时用的常用介质是（）C. 乳化油10. 用电火花在机床加工一个圆孔，由于电间隙的存在，工具电极应( )被加工孔的尺寸。
C. 小于10. 数控线切割是利用工具对工件进行（）去除金属的。
B. 脉冲放电多选题：1. 下列（）可以选作为超声波加工的的工具材料。
A. 低碳钢 C. 紫铜2. 与切削加工相比，特种加工的特点是( )作为统一的定位精基准。
A. 对工具和工件的强度、硬度和刚度均无严格要求 B. 工件受力变形和热变形小C. 一般不会产生加工硬化现象3. 以下不能加工非金属脆硬材料的特种加工方法有（）。
A. 电火花加工 C. 电解磨削加工4. 电火花线切割加工的特点有：（） A. 不必考虑电极损耗 C. 不需要制造电极 D. 不能加工盲孔类和阶梯型面类工件5. 目前在模具型腔电火加工中应用最多的电极材料是（）。
A. 铜 C. 石墨6. 下列（）可超声切割加工。
A. 陶瓷 C. 玻璃7. 能够在淬硬材料上加工φ3小孔的特种加工方法有（）。
A. 电火花加工C. 离子束加工D. 激光加工8. 特种加工方法，主要有( )。
写出五种特种加工的方法一、电火花加工⒈ 加工原理电火花加工是利用工具电极和工件电极之间的脉冲放电产生的高温，去除工件上多余的材料，使工件达到预定的尺寸和表面粗糙度要求。
有两种在生产中应用最广泛的电火花加工方法。
一种是用一定形状的电极工具(常用的电极工具是石墨、铜或其合金)进行电火花穿孔或电火花成型；另一种是用灯丝(一般是钼丝、钨丝或铜线)电极加工二维轮廓形状的WEDM。
WEDM还可以根据电极丝的走丝速度分为两种:快走丝和慢走丝。
⒉ 工艺特点及应用范围电火花加工工具不与工件直接接触，没有切削力，所以对机床加工系统的刚性要求不高；电火花加工可以加工任何由导电材料制成的工件，不受工件材料的强度、硬度、脆性和韧性的影响。
为耐热钢、淬火钢、硬质合金等耐火材料的加工提供了有效的加工手段。
电火花加工应用广泛，如加工各种孔、曲孔、微小孔和曲腔、切割、刻字和表面强化等。
二、电解加工⒈ 加工原理电解加工是通过金属在电解液中的电化学阳极溶解，对工件进行加工成型。
⒉ 工艺特点及应用范围电解加工的生产效率极高，约为电火花加工的5~10倍；电解加工可以加工形状复杂的型面（例如汽轮机叶片）或型腔（例如模具）；电解加工中工具不和工件直接接触，加工中无切削力作用，加工表面无冷作硬化，无残余应力，加工表面周边无毛刺，能获得较高的加工精度和表面质量，表面粗糙度ra可达0.2~1.25μm，工件的尺寸误差可控制在范围内；电解加工中工具电极无损耗，可长期使用。
电解存在的主要问题是:电解液过滤和循环装置庞大，占地面积大；(2)电解液具有腐蚀性，因此对机床和设备应采取仔细的防腐措施。
电解加工广泛用于加工孔、轮廓、空腔、枪管膛线等。
，常用于倒角和去毛刺。
另外，电化学加工和切削加工的结合(如电解磨削、电解珩磨、电解磨削等。
)往往能取得良好的加工效果。
三、激光加工1. 加工原理激光的亮度极高，方向性极好，波长的变化范围小，可以通过光学系统把激光聚集成一个极小的光束，其能量密度可达108~1010w/cm2（金属达到沸点所需的能量密度为 105~106w/cm2）。
