金属切削原理(基本理论)

金 属 切 削 原 理 与 刀 具合 肥 工 业 大 学 技 师 学 院 第 三 章 金 属 切 削 基 本 理 论概 述 ： 金 属 切 削 过 程 就 是 用 刀 具 从 工 件 表 面 上 切 去 多 余的 金 属 ， 形 成 已 加 工 表 面 的 过 程 ， 也 是 工 件 的 切 削 层在 刀 具 前 面 挤 压 下 产 生 塑 性 变 形 ， 形 成 切 屑 而 被 切 下来 的 过 程 。 伴 随 着 切 削 过 程 的 发 生 和 发 展 ， 形 成 了 许 多 物 理现 象 ， 金 属 切 削 理 论 总 结 了 关 于 金 属 切 削 过 程 中 的 基本 物 理 现 象 及 其 变 化 规 律 ， 研 究 这 些 物 理 现 象 及 其 变化 规 律 对 保 证 加 工 质 量 、 提 高 生 产 率 、 降 低 成 本 和 指导 生 产 实 践 有 着 十 分 重 要 的 意 义 。 金 属 切 削 的 基 本 物 理 现 象 包 括 ： 切 削 变 形 、 切削 力 、 切 削 温 度 、 刀 具 磨 损 与 刀 具 耐 用 度 。 本 章 将针 对 这 些 现 象 进 行 阐 述 。 3-1 切 削 变 形 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 的 ， 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 。一 ） 切 屑 的 形 成 过 程 我 们 将 切 屑 形 成 过 程 近 似 地 比 拟 为 推 挤 一 叠 卡 片 的形 象 化 模 型 。 工 件 刀 具切 屑 形 成 过 程 模 拟 金 属 被 切 削 层 好 比 一 迭 卡 片 1、 2 、 3 、 4 等 ,当 刀 具 切 入 时 这 迭 卡 片 被 摞 到 1、 2、 3、 4.的 位 置 。 卡 片 之 间 发 生 滑 移 ， 这 滑 移 的 方 向 就 是 剪切 面 。 当 然 卡 片 和 前 刀 面 接 触这 一 端 应 该 是 平 整 的 ， 外 侧是 锯 齿 的 、 或 呈 不 明 显 的 毛茸 状 。 当 刀 具 作 用 于 切 屑 层 ， 切 削 刃由 a相 对 运 动 至 O时 ， 整 个 切 削 单 元OMma就 沿 着 OM面 发 生 剪 切 滑 移 ； 或者 OM面 不 动 ， 平 行 四 边 形 OMma受 到剪 切 应 力 的 作 用 ， 变 成 了 平 行 四 边形 OMm1a1 。 实 际 上 切 屑 单 元 在 刀 具 前 面 作用 下 还 受 到 挤 压 ， 因 而 底 边 膨 胀 为Oa2， 形 成 近 似 梯 形 的 切 屑 单 元OMm2a2 。 许 多 梯 形 叠 加 起 来 就 迫 使 切 屑向 逆 时 针 方 向 转 动 而 弯 曲 。 因 此 也可 以 说 ， 金 属 切 削 过 程 是 切 削 层 受到 刀 具 前 面 的 挤 压 后 ， 产 生 以 剪 切滑 移 为 主 的 塑 性 变 形 ， 而 形 成 为 切 屑 的 过 程 。 二 ） 三 个 变 形 区 根 据 切 削 实 验 时 制 作 的 金 属 切 削 层 变 形 图 片 ， 可 绘制 出 如 图 所 示 的 金 属 切 削 层 的 滑 移 线 和 流 线 示 意 图 。 流线 表 示 被 切 削 金 属 的 某 一 点 在 切 削 过 程 中 流 动 的 轨 迹 。 由 图 可 见 ， 切 削 过 程 中 切 削 层 金 属 的 变 形 可 大 致 划分 为 三 个 变 形 区 。l 第 一 变 形 区 从 OA线 (称 始 剪 切 线 )开 始 发 生 塑 性 变 形 ， 到 OM线 (称 终 剪 切 线 )晶 粒 的 剪切 滑 移 基 本 完 成 。 这 一 区域 (I)称 为 第 一 变 形 区 。 2 第 二 变 形 区 切 屑 沿 前 刀 面 排 出 时 进 一 步 受 到 前 刀 面 的 挤 压 和摩 擦 ， 使 靠 近 前 刀 面 处 的 金 属 纤 维 化 ， 纤 维 化 方 向 基本 上 和 前 刀 面 平 行 。 这 一 区 域 称 为 第 二 变 形 区 ( )。3 第 三 变 形 区 已 加 工 表 面 受 到 刀 刃 钝 圆 部 分 和 后刀 面 的 挤 压 与 摩 擦 ， 产 生 变 形 与 回 弹 ，造 成 纤 维 化 与 加 工 硬 化 。 这 部 分 称 为 第三 变 形 区 ( )。 这 三 个 变 形 区 汇 集 在 刀 刃 附 近 ， 切 削 层 金 属 在 此 处与 工 件 母 体 分 离 ， 一 部 分 变 成 切 屑 ， 很 小 一 部 分 留 在 已加 工 表 面 上 。第 变 形 区 近 切 削 刃 处 切 削 层 内 产 生 的 塑 性 变 形 区 剪 切 滑 移 变 形 ；第 变 形 区 与 前 刀 面 接 触 的 切 屑 底 层 内 产 生 的 变 形 区 挤 压 变 形 ；第 变 形 区 近 切 削 刃 处 已 加 工 表 层 内 产 生 的 变 形 区 已 加 工 表 面 变 形 。 三 ） 第 一 变 形 区 内 金 属 的 剪 切 变 形 追 踪 切 削 层 上 任 一 点 P， 可 以 观 察 切 屑 的 变 形 和形 成 过 程 。 当 切 削 层 中 金 属 某 点 P向 切 削 刃 逼 近 ， 到 达 点 1时 ， 此时 其 剪 切 应 力 达 到 材 料 的 屈 服 强 度 s， 故 点 1在 向 前 移 动的 同 时 ， 也 沿 OA滑 移 ， 其合 成 运 动 使 点 l流 动 到 点 2。2- 2 为 滑 移 量 ， 当 P点 依次 到 达 3、 4点 后 ， 其 流 动方 向 与 前 刀 面 平 行 ， 不 再 沿OM线 滑 移 。 OA称 为 始 剪切 滑 移 线 ， OM称 为 终 剪 切滑 移 线 。 通 常 第 一 变 形 区 较 窄 ， 宽 度 仅 约 为 0.2 0.02mm，可 近 似 用 一 剪 切 面 来 代 替 该 区 域 。 剪 切 面 OC与 切 削 速 度 间 的 夹 角 剪 切 角 。 OA线 上 的 剪 应 力 s(屈 服 极 限 )； OA、 OB、 OC、 OM线 上 的 剪 应 力 由 于 变 形 加 工 硬 化 而依 次 升 高 ， 在 OM线 达 最 大 值 max， 若 max b (强度 极 限 )时 ， 切 屑 为 带 状 ； max b时 ， 切 屑 为 节壮 （ 挤 裂 状 ） 。 在 OA到 OM之 间 的 第 一 变形 区 内 ， 其 变 形 的 主 要 特 征是 沿 滑 移 线 的 剪 切 滑 移 变 形以 及 随 之 产 生 的 加 工 硬 化 。 四 ） 变 形 程 度 的 表 示 方 法1、 剪 切 角 实 验 证 明 剪 切 角 的 大 小 和 切 削 力 的 大 小 有 直 接联 系 。 对 于 同 一 工 件 材 料 ， 用 同 样 的 刀 具 ， 切 削 同 样大 小 的 切 削 层 ， 如 角 较 大 ， 剪 切 面 积 变 小 ， 即 变 形程 度 较 小 ， 切 削 比 较 省 力 。 所 以 角 本 身 就 表 示 变 形的 程 度 。 2 变 形 系 数 切 削 时 ， 切 屑 厚 度 ach通 常 都 要 大 于 切 削 深 度 ac，而 切 屑 宽 度 lch却 小 于 切 削 长 度 lc 。 切 削 长 度 与 切 屑 宽 度 之 比 或 者 切 屑 厚 度 与 切 削 厚 度之 比 称 为 厚 度 变 形 系 即 ： ccha aachcl ll 变 形 系 数 是 大 于 1的 数 ， 可 以 用 剪 切 角 表 示 sin )cos(sin )90sin( 0 OMOMaacch上 式 也 可 写 成 00sincos tg 上 式 表 明 ： 变 形 的 大 小 与 剪 切 角 和 前 角 有 关 。 一 般 前 角 o增大 ， 剪 切 角 增 大 ， 减 小 。 前 角 o一 定 时 ， 若 剪 切 角 增 大 ， 那 么 切 削 变 形 就小 。 用 剪 切 角 来 衡 量 变 形 的 大 小 ， 测 量 比 较 麻 烦 ； 而 变形 系 数 可 直 观 反 映 切 屑 的 变 形 程 度 ， 并 且 容 易 测 量 。 sin )cos( cchaa 剪 切 角 随 着 切 削 条 件 不 同 而 变 化 ， 根 据 纯 剪 切理 论 ： 剪 应 力 和 主 应 力 方 向 约 呈 45 ， 且 主 应 力 fa与 作 用 合 力 Fr一 致 ， 则 可 确 定 剪 切 角 为 ： =45 -（ - o） 其 中 为 摩 擦 角 。 五 ） 前 刀 面 的 挤 压 与 摩 擦 及 其 对 切 屑 变 形 的 影 响1 前 刀 面 上 的 摩 擦 塑 性 金 属 在 切 削 过 程 中 ， 切 屑 与 前 刀 面 之 间 压 力 很 大 ，再 加 上 几 百 度 的 高 温 ， 实 际 上 切 屑 底 层 与 前 刀 面 呈 粘 结 状态 。 故 切 屑 与 前 刀 面 之 间 不 是 一 般 的 外 摩 擦 ， 而 是 切 屑 和前 刀 面 粘 结 层 与 其 上 层 金 属 之 间 的 内 摩 擦 。 这 种 内 摩 擦 实 际 上 就 是 金 属内 部 的 滑 移 剪 切 ， 它 不 同 于 外 摩擦 (外 摩 擦 力 的 大 小 与 摩 擦 系 数 以及 正 压 力 有 关 ， 与 接 触 面 积 无 关 )，内 摩 擦 与 材 料 的 流 动 应 力 特 性 以及 粘 结 面 积 大 小 有 关 。 令 为 前 刀 面 上 的 平 均 摩 擦 系 数 ， 则 sffsnf AAFF 1!式 中 : Af1内 摩 擦 部 分 的 接 触 面 积 ； av 内 摩 擦 部 分 的 平 均 正 应 力 ； s 工 件 材 料 剪 切 屈 服 强 度 。 由 于 随 切 削 温 度 升 高 略 有 下 降 ， 随 材 料 硬 度 、切 削 厚 度 及 刀 具 前 角 而 变 化 ， 其 变 化 范 围 较 大 ， 因此 ， 是 一 个 变 数 。 刀 -屑 接 触 部 分 可 分 为 两 个 区 域 ， 在 粘 结 部 分 为 内摩 擦 ， 滑 动 部 分 为 外 摩 擦 。 图 中 也 表 示 出 了 整 个 刀 -屑接 触 区 上 正 应 力 r的 分 布 ， 金 属 的 内 摩 擦 力 要 比 外 摩擦 力 大 得 多 ， 因 此 ， 应 着 重 考 虑 内 摩 擦 。 2 影 响 前 刀 面 摩 擦 系 数 的 主 要 因 素 工 件 材 料 、 切 削 厚 度 、 刀 具 前 角 和 切 削 速 度 是影 响 前 刀 面 摩 擦 系 数 的 主 要 因 素 。 实 验 表 明 在 相 同 切 削 条 件 下 ， 加 工 几 种 不 同 工 件 材 料 ，如 铜 、 20钢 、 40Cr钢 、 1Crl8Ni9Ti等 ， 随 着 工 件 材 料 的 强度 和 硬 度 的 依 次 增 大 ， 摩 擦 系 数 略 有 减 小 ； 这 是 由 于 在 切 削 速 度 不 变 的 情 况 下 ， 材 料 的 硬 度 、 强度 大 时 ， 切 削 温 度 增 高 ， 故 摩 擦 系 数 下 降 。 切 削 厚 度 ac增 加 时 ， 也 略 为 下 降 ； 如 20钢 的 ac从 0. lmm增 大 到 0. 18mm， 从 0 .74降 至 0 .72。 因 为 ac增 加后 正 应 力 也 随 之 增 大 。 在 一 般 切 削 速 度 范 围 内 ， 前 角 。 愈 大 ， 则 值 愈 大 。 因 为 随 着 。 增 大 ， 正 应 力 减 小 ， 故 增 加 。 切 削 速 度 对 摩 擦 系 数 的 影 响 见 图 当 V30m min时 ， 切 削 速 度 提 高 ， 摩 擦 系 数 变 大 。 这 是 因 为 在 低 速 区 切 削 温度 较 低 ， 前 刀 面 与 切 屑 底 层 不易 粘 接 ， 粘 结 的 严 密 程 度 随 速度 (温 度 )增 高 而 发 展 ， 从 而 使 上 升 。 当 v超 过 30m min后 ， 温 度进 一 步 升 高 ， 材 料 塑 性 增 加 ，而 使 切 屑 底 层 材 料 的 s下 降 ，故 随 之 逐 渐 下 降 。 六 ） 积 屑 瘤 的 形 成 及 其 对 切 削 过 程 的 影 响定 义 ： 在 切 削 速 度 不 高 而 又 能 形 成 连 续 性 切 屑 的 情 况 下 ，加 工 钢 料 等 塑 性 材 料 时 ， 常 在 前 刀 面 切 削 刃 口 处 粘 着 一块 楔 形 的 金 属 块 ， 它 的 硬 度 较 高 (通 常 是 工 件 材 料 的 23倍 )， 在 处 于 稳 定 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 。 切 削 加 工 时 ， 切 屑 与 前 刀 面 发 生 强 烈 摩 擦 而 形 成新 鲜 表 面 接 触 。 当 接 触 面 具 有 适 当 的 温 度 和 较 高 的 压力 时 就 会 产 生 粘 结 (冷 焊 )。 于 是 ， 切 屑 底 层 金 属 与 前刀 面 冷 焊 而 滞 留 在 前 刀 面 上 。 连 续 流 动 的 切 屑 从 粘 在刀 面 的 底 层 上 流 过 时 ， 在 温 度 、 压 力 适 当 的 情 况 下 ，也 会 被 阻 滞 在 底 层 上 。 使 粘 结 层 逐 层 在 前 一 层 上 积 聚 ，最 后 长 成 积 屑 瘤 。形 成 机 理 ： 影 响 积 屑 瘤 产 生 的 因 素 ： 工 件 材 料 的 影 响 ： 塑 性 高 的 材 料 ， 由 于 切 削 时 塑 性变 形 较 大 ， 加 工 硬 化 趋 势 较 强 ， 积 屑 瘤 容 易 形 成 ； 而脆 性 材 料 一 般 没 有 塑 性 变 形 ， 并 且 切 屑 不 在 前 刀 面 流过 ， 因 此 无 积 屑 瘤 产 生 。 切 削 速 度 主 要 通 过 切 削 温 度 影 响 积 屑 瘤 。 低 速 (Vc 3 5m min)时 ， 切 削 温 度 较 低 （ 低 于300 ） ， 切 屑 流 动 速 度 较 慢 ， 摩 擦 力 未 超 过 切 屑 分 子 的 结合 力 ， 不 会 产 生 积 屑 瘤 。 高 速 (Vc 60 70m min)时 ， 温 度 很 高 （ 500 600以 上 ） ， 切 屑 底 层 金 属 变 软 。 摩 擦 系 数 明 显 降 低 ， 积 屑 瘤也 不 会 产 生 。 中 等 速 度 (535m min)时 ， 切 削 温 度 约 为 300 左 右 ，摩 擦 系 数 最 大 ， 最 容 易 产 生 积 屑 瘤 。 约 20m min 时 最 大 。 刀 具 前 角 的 影 响 ： 采 用 小 前 角 比 用 大 前 角 时 容 易 产 生积 屑 瘤 。 前 角 小 切 屑 变 形 剧 烈 ， 前 面 的 摩 擦 力 也 较 大 ， 同时 温 度 也 较 高 ， 因 此 容 易 产 生 积 屑 瘤 ； 反 之 前 角 较 大 时 ， 切 屑 对 刀 具 前 刀 面 的 正 压 力 减 小 ，切 削 力 和 切 屑 变 形 也 随 之 减 小 ， 不 容 易 产 生 积 屑 瘤 ， 当 前角 大 到 40 50 时 一 般 不 会 产 生 积 屑 瘤 。 刀 具 表 面 粗 糙 度 的 影 响 。 减 小 刀 具 前 刀 面 的 表 面 粗 糙 度 值 ， 可 减 小 积 屑 瘤 的 产 生 。 切 削 液 的 影 响 。 切 削 液 中 含 有 活 性 物 质 ， 能 迅 速 渗 入 加 工 表 面 和 刀 具 之间 ， 减 小 切 屑 与 刀 具 前 刀 面 的 摩 擦 ， 并 能 降 低 切 削 温 度 ， 所以 不 易 产 生 积 屑 瘤 。 积 屑 瘤 对 切 削 过 程 的 影 响1. 影 响 刀 具 耐 用 度 ： 积 屑 瘤 包 围 着 切 削 刃 ， 同 时 覆 盖 着 一 部 分 前 刀 面 。 积屑 瘤 相 对 稳 定 时 ， 可 代 替 切 削 刃 进 行 切 削 。 切 削 刃 和 前 刀面 都 得 到 积 屑 瘤 的 保 护 ， 减 少 了 刀 具 的 磨 损 ， 提 高 刀 具 耐用 度 ； 但 在 不 稳 定 时 ， 积 屑 瘤 的 破 裂 有 可 能 导 致 硬 质 合 金刀 具 的 剥 落 磨 损 。 2. 增 大 实 际 前 角 ： 有 积 屑 瘤 的 车 刀 ， 实 际 前角 可 增 大 至 30 50 之 间 ，因 而 减 少 了 切 屑 的 变 形 ， 降 低了 切 削 力 。 积 屑 瘤 的 前 端 伸 出 切 削 刃 之 外 ， 改 变 了 背 吃 刀 量 ，有 积 屑 瘤 的 切 入 深 度 比 没 有 积 屑 瘤 时 增 大 了 ac ，因 而 影 响 了 工 件 的 加 工 尺 寸 精 度 。 另 外 由 于 屑 瘤 的 产 生 、 成 长 与 脱 落 是 一 个 周 期 性过 程 ， ac的 变 化 有 可 能 引 起 振 动 。 3. 增 大 切 入 深 度 ： 4. 增 大 已 加 工 表 面 粗 糙 度 值 ： 积 屑 瘤 的 底 部 较 上 部 稳 定 ， 但 在 通 常 条 件 下 ， 积屑 瘤 总 是 不 稳 定 的 。 它 时 大 时 小 ， 时 生 时 灭 。 在 切 削过 程 中 ， 一 部 分 积 屑 瘤 被 切 屑 带 走 ， 另 一 部 分 嵌 人 工件 已 加 工 表 面 内 ， 使 工 件 表 面 产 生 硬 点 和 毛 刺 ， 增 大了 已 加 工 表 而 的 粗 糙 度 值 ， 影 响 工 件 表 面 质 量 。 精 加 工 时 ： 一 定 要 设 法 避 免 积 屑 瘤 的 产 生 ；粗 加 工 时 ： 1) 采 用 硬 质 合 金 刀 具 时 ， 一 般 也 不 希 望 产 生 积 屑 瘤 ； 2) 采 用 高 速 钢 刀 具 时 ， 积 屑 瘤 粘 附 在 刀 具 前 面 上 ， 在相 对 稳 定 时 ， 可 代 替 刀 刃 切 削 ， 有 减 小 刀 具 磨 损 ， 提高 耐 用 度 的 作 用 。在 精 加 工 时 应 避 免 或 减 小 积 屑 瘤 ， 其 措 施 有 ：1) 控 制 切 削 速 度 ， 尽 量 采 用 很 低 或 很 高 的 速 度 ， 避 开 中速 区 (尤 其 是 1020m min) ；2) 增 大 刀 具 前 角 ， 以 减 小 刀 屑 接 触 区 压 力 ；3) 减 小 进 给 量 ；4) 减 小 刀 面 的 表 面 粗 糙 度 ；5) 使 用 润 滑 性 能 好 的 切 削 液 ， 以 减 小 摩 擦 ； 6) 提 高 工 件 材 料 硬 度 ， 减 少 加 工 硬 化 倾 向 。 七 ） 加 工 硬 化 加 工 硬 化 亦 称 冷 作 硬 化 ， 它 是 在 第 变 形 区 内产 生 的 物 理 现 象 。 任 何 刀 具 的 切 削 刃 口 都 很 难 磨 得 绝 对 锋 利 ， 当在 钝 圆 弧 切 削 刃 和 其 邻 近 的 狭 小 后 面 的 切 削 、 挤 压和 摩 擦 作 用 下 ， 使 已 加 工 表 面 层 的 金 属 晶 粒 产 生 扭曲 、 挤 紧 和 破 碎 。 这 种 经 过 严 重 塑 性 交 形 而 使 表 面层 硬 度 增 高 的 现 象 称 为 加 工 硬 化 。 加 工 硬 化 有 如 下 特 点1） 硬 化 程 度 愈 高 ， 硬 化 层 深 度 也 愈 深 ；2） 加 工 硬 化 给 下 一 道 工 序 造 成 困 难 ， 刀 具 易 被 磨 损 ；3） 硬 化 层 表 面 常 会 出 现 细 微 裂 纹 ， 增 大 表 面 粗 糙 度 和 降低 材 料 的 疲 劳 强 度 ， 金 属 材 料 经 硬 化 后 提 高 了 屈 服 强 度 。影 响 因 素 ：1) 刀 具 方 面 ： 增 大 前 角 、 增 大 后 角 、 在 刃 磨 时 减 小 切削 刃 钝 圆 弧 半 径 ， 硬 化 程 度 随 之 减 小 。2) 切 削 用 量 方 面 ： 增 大 切 削 速 度 、 减 小 背 吃 刀 量 及 进给 量 ， 使 切 削 变 形 小 ， 故 冷 硬 程 度 减 轻 。3） 工 件 材 料 方 面 ： 材 料 塑 性 越 大 ， 金 属 晶 格 滑 移 越 容易 ， 硬 化 越 严 重 ， 例 如 不 锈 钢 1Cr18Ni9Ti的 硬 化 深度 1/3ap。 4) 合 理 选 用 切 削 液 ： 浇 注 切 削 液 能 减 小 刀 具 后 面 与 加工 表 面 摩 擦 ， 冷 硬 程 度 减 轻 。 八 ） 残 余 应 力 指 切 削 过 程 结 束 后 ， 在 已 加 工 表 面 表 层 中 残 存 的内 应 力 。 有 时 为 残 余 拉 应 力 ， 有 时 也 为 残 余 压 应 力 。最 外 层 应 力 和 里 层 的 应 力 符 号 相 反 ， 保 持 平 衡 。（ 1） 产 生 原 因 ：1） 弹 性 、 塑 性 变 形 已 加 工 表 面 层 塑 性 变 形 ， 里 层 处 于弹 性 变 形 ；2） 切 削 热 的 作 用 表 层 与 里 层 温 度 差 异 ， 故 收 缩 比 里 层大 ， 最 终 表 层 产 生 残 余 拉 应 力 ， 里 层 产 生 压 应 力 ；3） 相 变 引 起 的 体 积 变 化 高 温 造 成 表 层 晶 相 组 织 变 化 ，导 致 体 积 变 化 ， 受 到 里 层 金 属 的 限 制 产 生 应 力 ； (2) 产 生 后 果 ：1） 均 会 使 已 加 工 表 面 发 生 裂 纹 ；2） 降 低 零 件 的 疲 劳 强 度 ；3） 影 响 零 件 的 尺 寸 和 形 状 ， 甚 至 会 发 生 弯 曲 、 凸 起变 形 。 1) 刀 具 方 面 ： 减 小 前 角 ； 后 刀 面 和 切 削 刃 钝 圆 弧 半 径磨 损 小 时 ， 拉 内 应 力 随 之 减 小 。2) 切 削 用 量 方 面 ： 增 大 切 削 速 度 、 减 小 进 给 量 ， 拉 内应 力 随 之 减 小 。3） 工 件 材 料 塑 性 大 ， 易 产 生 拉 内 应 力 。4) 选 用 切 削 液 能 减 小 减 小 表 面 残 余 内 应 力 。 5） 粗 加 工 后 进 行 时 效 退 火 处 理 是 最 有 效 的 方 法 。影 响 因 素 九 ） 切 屑 变 形 的 变 化 规 律 在 分 析 了 切 削 过 程 中 第 一 变 形 区 、 第 二 变 形 区 的 变形 和 摩 擦 之 后 ， 我 们 来 归 纳 一 下 影 响 切 屑 变 形 的 主 要因 素 ， 以 便 利 用 这 些 规 律 优 化 切 削 过 程 。1 工 件 材 料 对 切 屑 变 形 的 影 响 工 件 材 料 强 度 、 硬 度 愈 高 ， 切 屑 变 形 愈 小 。 这 是 因 为 工 件 材 料 强 度 愈 高 ， 摩 擦 系 数 愈 小 。 根 据 =90-（ 0 ） 及 =cos（ - 0） /sin（ ） 两 式可 知 ， 减 小 时 ( =tg )， 剪 切 角 将 增 大 ， 于 是 变 形 系数 将 减 小 。 工 件 材 料 的 塑 性 愈 大 ， 切 屑 变 形 就 愈 大 。 2 刀 具 前 角 对 切 屑 变 形 的 影 响 刀 具 前 角 0愈 大 ， 切 屑 变 形 愈 小 。 这 是 因 为 当 0增 加 时 ， 剪 切 角 增 大 ， 因 而 变 形 系数 减 小 。 =90-（ 0 ） 另 一 方 面 0增 大 使 摩 擦 角 增 加 ， 导 致 减 小 ， 但其 影 响 比 0增 加 的 影 响 小 ， 从 而 使 增 加 ， 变 小 。 3 切 削 速 度 对 切 屑 变 形 的 影 响 在 无 积 屑 瘤 的 切 削 速 度 范 围 内 ， 切 削 速 度 愈 高 ，则 变 形 系 数 愈 小 。 这 有 两 方 面 原 因 ： 其 一 是 因 为 塑 性 变 形 的 传 播 速 度 较 弹 性 变 形 的 慢 。当 切 削 速 度 低 时 ， 金 属 始 剪 切 面 为 OA， 但 当 切 削 速 度高 时 ， 金 属 流 动 速 度 大 于 塑 性 变 形 速 度 ， 亦 即 在 OA线上 尚 未 显 著 变 形 就 已 流 动 到 0A线 上 ， 这 意 味 着 此 时 的第 一 变 形 区 后 移 ， 使 增 大 其 二 是 v对 有 影 响 。 除 低 速 区 外 ， v增 大 ， 则 减 小 ， 因 此 减 小 。 4 切 削 厚 度 对 切 屑 变 形 的 影 响 当 切 削 厚 度 增 加 时 ， 摩 擦 系 数 减 小 ， 增 大 ，变 形 变 小 。 可 见 ， 在 无 积 屑 瘤 情 况 下 ， f愈 大 ， 则 愈 小 。 从 另 一 方 面 来 看 ， 切 屑 中 的 底 层 变 形 最 大 ， 离 前面 愈 远 的 切 屑 层 变 形 愈 小 。 因 此 ， f愈 大 ， 切 屑 中 平均 变 形 则 愈 小 ； 反 之 ， 切 屑 愈 薄 ， 变 形 量 愈 大 。 十 ） 切 屑 的 类 型 根 据 切 削 层 变 形 特 点 和 变 形 后 形 成 切 屑 的 外 形 不同 通 常 将 切 屑 分 为 以 下 四 类 ：1） 带 状 切 屑 外 形 连 续 不 断 呈 带 状 。 它 的 内 表 面 光 滑 ， 外 表 面 毛 茸 。加 工 塑 性 金 属 材 料 ， 当 切 削 厚 度 较 小 、 切 削 速 度 较 高 、 刀 具前 角 较 大 时 ， 一 般 常 得 到 这 类 切 屑 。 它 的 切 削 过 程 平 衡 ， 切削 力 波 动 较 小 ， 已 加 工 表 面 粗 糙 度 较 小 。 例 如 切 削 碳 素 钢 、合 金 钢 、 铜 和 铝 合 金 时 常 出 现 这 类 切 屑 。 易 切 钢 易 得 到 这 类切 屑 。 （ 2） 节 状 切 屑 （ 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 。（ 3） 粒 状 切 屑 （ 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 。 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 。 掌 握 了 它 的 变 化 规 律 ， 就 可 以 控制 切 屑 的 变 形 、 形 态 和 尺 寸 ， 以 达 到 卷 屑 和 断 屑 的 目 的 。 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 (4) 崩 碎 切 屑 崩 碎 切 屑 的 形 状 不 规 则 ， 加 工 表 面 是 凸 凹 不 平 的 。切 屑 在 破 裂 前 变 形 很 小 ， 它 的 脆 断 主 要 是 材 料 所 受 应 力超 过 了 它 的 抗 拉 极 限 。 崩 碎 切 屑 发 生 在 加 工 脆 性 材 料 ，特 别 是 切 削 厚 度 较 大 时 。 形 成 崩 碎 切 屑 时 的 切 削 力 波 动 大 ， 已 加 工 表 面 粗 糙 ， 且切 削 力 集 中 在 切 削 刃 附 近 ， 刀 刃 容 易 损 坏 ， 故 应 力 求 避 免 。 提 高 切 削 速 度 、 减 小 切 削 厚 度 、 适 当 增 大 前 角 ， 可 使 切屑 成 针 状 或 片 状 。 粒 状 切 屑 崩 碎 切 屑节 状 切 屑带 状 切 屑 十 一 ） 切 屑 形 状 的 分 类 及 卷 屑 和 断 屑 机 理 的 探 讨1 切 屑 形 状 的 分 类 前 面 按 形 成 机 理 的 差 异 ， 把 切 屑 分 成 带 状 、 节 状 、粒 状 和 崩 碎 四 类 。 但 是 ， 这 种 分 类 法 还 不 能 满 足 切 屑的 处 理 和 运 输 的 要 求 。 影 响 切 屑 的 处 理 和 运 输 的 主 要因 素 是 切 屑 的 形 状 ， 因 此 ， 还 需 按 照 切 屑 的 形 状 进 行分 类 。 随 着 工 件 材 料 、 刀 具 几 何 形 状 和 切 削 用 量 的 差 异 ，所 生 成 的 切 屑 的 形 状 也 会 不 同 。 切 屑 的 形 状 大 体 有 带 状屑 、 C形 屑 、 崩 碎 屑 、 螺 卷 屑 、 长 紧 卷 屑 、 发 条 状 卷 屑 、宝 塔 状 卷 屑 等 . 高 速 切 削 塑 性 金 属 材 料 时 ， 如 不 采 取 适 当 的 断 屑措 施 ， 易 形 成 带 状 屑 。 带 状 屑 连 绵 不 断 经 常 会 缠 绕 在工 件 或 刀 具 上 ， 拉 伤 工 件 表 面 或 打 坏 切 削 刃 ， 甚 至 会伤 人 。 所 以 ， 通 常 情 况 下 都 希 望 尽 量 避 免 形 成 带 状 屑 。但 也 有 例 外 的 情 况 。 例 如 ， 在 立 式 镗 床 上 镗 盲 孔 时 ，为 了 使 切 屑 能 顺 利 地 排 出 孔 外 甩 断 ， 一 般 都 要 求 形 成带 状 屑 或 长 螺 卷 屑 。