金屬材料切屑的形成
實(shí)驗(yàn)和理論研究發(fā)明，切屑的形成過程是切屑層在受到刀具前刀面的積壓后而產(chǎn)生的以滑移為主的塑變形過程。這一過程可用下圖來描述，它表示塑性性材料的變形情況。
當(dāng)?shù)毒咔暗睹嫱茢D切削層時(shí)，在切削層內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)立場，離切削刃越進(jìn)，應(yīng)力越大。在應(yīng)力場中可以找到剪應(yīng)力τ達(dá)到材料屈服強(qiáng)度τs的各點(diǎn)，連接這些點(diǎn)，可以得到曲線OA。由于此處τ=τs，所以被切材料在OA線開始剪切滑移，OA稱為始滑移線。當(dāng)被切削金屬層中某點(diǎn)P向切削刃逼近，達(dá)到點(diǎn)1的位置時(shí)，其剪應(yīng)力達(dá)到材料的屈服強(qiáng)度τs，點(diǎn)1在向前移動(dòng)的同時(shí)，也沿OA滑移，復(fù)合的運(yùn)動(dòng)將使點(diǎn)1流動(dòng)到點(diǎn)2。2＇—2就是它的滑移量。由于塑性變形過程中發(fā)生強(qiáng)化現(xiàn)象，要繼續(xù)滑移必須不斷提高應(yīng)力τ，而P點(diǎn)繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于刀刃的擠壓，它手受到的剪應(yīng)力是不斷增加的，故滑移將不斷發(fā)生，滑移量不斷增加，如圖1-3中的3＇—3、4＇—4。當(dāng)?shù)竭_(dá)點(diǎn)4后，被切材料的流動(dòng)方向與前刀面平行，不再滑移，故OM稱為終滑線。由此可見，切削層的材料經(jīng)過一個(gè)從OA到OM的
如圖：第一變形區(qū)內(nèi)金屬的滑移
剪切變形區(qū)而變成切削。該剪切區(qū)通常又稱第I變形區(qū)。剪切區(qū)內(nèi)的剪切線與自由表面的交角為45°。在一般切削速度范圍內(nèi)，這一變形區(qū)的寬度僅為0.02~0.2mm，因此，可以視為一個(gè)剪切平面，稱為剪切面。
當(dāng)切削層的金屬經(jīng)剪切滑移后變成切屑沿前刀面流出時(shí)，又受到前刀面的擠壓而產(chǎn)生劇烈摩擦，使切屑進(jìn)一步變形，這就形成了第Ⅱ變形區(qū)。積屑瘤、刀具磨損等現(xiàn)象主要取決于第Ⅱ變形區(qū)的變形。
切削過程中，工件已加工表面由于受到切削刃鈍圓部分和后刀面的擠壓和摩擦，也會(huì)產(chǎn)生很大的變形，這就是第Ⅲ變形區(qū)。由于強(qiáng)烈變形，將使工件表面形成加工硬化層，產(chǎn)生表層殘余應(yīng)力，甚至?xí)殡S出現(xiàn)微觀裂紋而嚴(yán)重影響工件表面加工質(zhì)量和工件使用性能。
圖1-4表示了切削時(shí)三個(gè)變形區(qū)的大致位置。由于切削時(shí)大部分塑性變形集中在第Ⅰ變形區(qū)，所以切削變形的大小主要按第Ⅰ變形區(qū)衡量。
圖1-4切削時(shí)的三個(gè)變形區(qū)
積屑瘤
在中等或較低的切削速度下切削塑性金屬時(shí)，常常會(huì)發(fā)現(xiàn)一小塊很硬的金屬粘附在靠近切削刃口的前刀面上，并代表前刀面的切削刃進(jìn)行切削，這就是積屑瘤（見圖1-5）。
圖1-5 積屑瘤
（1）積屑瘤產(chǎn)生的原因 切削時(shí)，由于前刀面與切屑間的壓力很大，切削溫度也很高，故在切屑底層形成了滯流層。在一定的壓力和溫度下，底層的滯流層就會(huì)與切屑分離并粘結(jié)（冷焊）在前刀面上，形成第一層積屑瘤。由于切屑在不斷的連續(xù)流出，新的滯流層又粘接在冷焊層上。如此依次層層堆積，積屑瘤就不斷長大。積屑瘤長到一定高度后，切屑與前刀面的接觸條件和受力情況發(fā)生變化，就會(huì)停止繼續(xù)生長。當(dāng)切削過程中出現(xiàn)沖擊、振動(dòng)或切削力發(fā)生變化時(shí)，積屑瘤就會(huì)局部破裂或者整體脫落。
（2）積屑瘤對切削過程的影響：積屑瘤對切削過程的影響既有有利的一面，也有不利的一面。有利的一面是：
1）積屑瘤的硬度很高（一般為被加工材料的2~3倍），當(dāng)它覆蓋在切削刃上時(shí)，可代替切削刃進(jìn)行切削，對切削刃有一定的保護(hù)作用。
2）積屑瘤使刀具的實(shí)際前角增大（見圖1-5），可使切削力減小。
積屑瘤對切削過程的不利影響是：
1)積屑瘤的前端伸出在切削刃之外，使切削層公稱度增大（增大值為△hd），由于積屑瘤的產(chǎn)生、成長和脫落是有一定周期性的，因此△hd是變化的，故可能引起振動(dòng)。
2)積屑瘤破碎時(shí)，除一部分脫落的碎片被切屑帶走外，一部分會(huì)流入刀具—工件接觸區(qū)，對工件表面形成“犁溝”使加工表面變的粗糙。碎片還可能嵌入工件表面造成硬質(zhì)點(diǎn)，加速刀具磨損。
（3）抑制或避免積屑瘤的措施
1）加工時(shí)控制切削速度，盡量使用很低或很高的切削速度，避免產(chǎn)生積屑瘤的速度范圍。
2）工件材料的塑性越好，切削時(shí)的塑性變形越大，則越容易生成積屑瘤。因此，為抑制積屑瘤產(chǎn)生，可將材料進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)處理，以提高硬度，降低塑性。
3）增大刀具前角、減小進(jìn)給量、提高刀具表面刃磨質(zhì)量、選用潤滑性能良好的切削液等，也都可以減小或抑制積屑瘤的產(chǎn)生與發(fā)展。
切屑的形態(tài)
切削過程中，由于工件材料、刀具的幾何角度、切削用量等不同，切屑的變形程度也不同，因而所產(chǎn)生的切屑類型也就不同，常見的切屑類型主要有以下四種（見圖1-6）：
圖1-6 切屑的類型
（1） 帶狀切屑（圖1-6a）寫屑延綿較長，呈帶狀，與刀具前刀面接觸的底層光滑無裂紋，外表面為毛茸狀。加工塑性金屬時(shí)，若切削厚度較小，切削速度較高，刀具前角較大時(shí)，一般得到這類切屑。它的切削過程較為平穩(wěn)，切削力波動(dòng)不大，工件已加工表面粗糙度較低，但加工中應(yīng)致意斷屑。
（2） 擠裂切屑（圖1-6b）切屑外形仍然呈連綿不斷狀，其變形程度比帶狀切屑大，切屑底層有局部裂紋，外表呈鋸齒狀。它一般是在切削速度較低，刀具前角較小，切削厚度較 ，加工中等硬度塑性金屬時(shí)產(chǎn)生。形成擠裂切屑時(shí)，切削力有波動(dòng)，工件表面粗糙度較高。
（3） 單元切屑（圖16c）如果在擠裂切屑的剪切面上，剪應(yīng)力超過了金屬的強(qiáng)度極限時(shí)，則裂紋就會(huì)貫穿切屑的厚度，形成梯形的單元切屑。這種切屑大多發(fā)生在刀具前角小，切削速度低，交工塑性較差的材料時(shí)。加工過程中它的切削力波動(dòng)更大，工件表面質(zhì)量更差。
（4） 崩碎切屑（1-6d）切削脆性金屬時(shí)，由于材料的塑性較差，抗拉強(qiáng)度低，切削層材料往往為經(jīng)塑性變形就產(chǎn)生脆性崩裂，形成不規(guī)則的碎塊狀的崩碎切屑。這時(shí)切削力波動(dòng)很大，并且集中在切削刃上，易損壞刀具，同時(shí)工件表面粗糙度也更高，因此，在生產(chǎn)中應(yīng)該力求避免，其辦法是減小切削厚度，使切屑成針狀和片狀，同時(shí)適當(dāng)提高切削速度，以增加工件材料的塑性。
1.2.4自由、與非自由切削、直角與斜角切削的概念
（1）自由切削與非自由切削：刀具在切削過程中，如果只有一條直線刀刃參加切削工作，這種情況稱之為自由切削。其主要特征是刀刃上各點(diǎn)切屑流出方向大致相同，被切金屬的變形基本上發(fā)生在二維平面內(nèi)。
反之，若刀具上的刀刃為曲線，或有幾條刀刃（包括主切削刃和副切削刃）都參加了切削，并且同時(shí)完成整個(gè)切削過程，則稱之為非自由切削。其主要特征是各刀刃交接處切下的金屬互相影響和干擾，金屬變形更為復(fù)雜，且發(fā)生在三維空間內(nèi)。例如外圓車削時(shí)除主切削刃外，還有副切削刃同時(shí)參加切削，所以屬于非自由切削方式。一般情況下，多刃刀具切削時(shí)大都是這種非自由切削。
（2）直角切削與斜角切削：直角切削是指刀具主切削刃的刃傾角λs=0°時(shí)的切削，此時(shí)主切削刃與切削速度方向成直角，故又稱之為正交切削。圖1-7a所示直角刨削簡圖，它屬于自由切削狀態(tài)下的直角切削，其切屑流出方向是沿刀刃的方向。
斜角切削是指刀具主切削刃的刃傾角λs≠0°時(shí)的切削，此時(shí)主切削刃與切削速度方向不成直角。圖1-7b所示是斜角刨削時(shí)的情形，它也屬于自由切削狀態(tài)。對于斜角切削的方式，主切削刃上的切屑流出方向都將偏離其法線。
圖1-7 直角切削與斜角切削。
內(nèi)金屬的滑移.jpg)
的三個(gè)變形區(qū).jpg)
