切屑的形成与变形原理详解

2023-07-01 理论教育版权反馈

【摘要】：它对切削力、切削热和积屑瘤的形成与消失及刀具的磨损有着直接的影响。切削脆性材料时，被切层一般经过弹性变形、挤裂和切离三个阶段形成切屑。图3－3切削塑性金属材料的四个阶段弹性变形；塑性变形（滑移）；挤裂；切离图3－4切削脆性金属材料的三个阶段弹性变形；挤裂；切离在切削过程中，由于工件材料的塑性和塑性变形（滑移）的程度不同，将会产生不同形状的切屑，见表3－1。

有些人认为金属的切削过程就像斧子劈木头一样，由于刀刃楔入的作用使切屑离开工件，这种看法是不对的。如果我们仔细观察一下，就会发现两者的过程及结果截然不同。在用斧子劈木头时，通常木头总是按照劈的方向顺着纹理裂成两片，在长度与厚度方向上基本不产生变形，劈开的两片木头仍能合成一块。而金属材料的切削过程却不一样，例如在刨床上切削钢类工件，只要将刨下来的切屑量一量，就会发现它的长度减短、厚度增厚；同时切屑呈卷曲状，一面光滑，另一面则毛松松地裂开，这说明金属在切削过程中实际上并不是真正被简单地切下来的，而是在刀刃的切割和前刀面的推挤作用下，经过一系列复杂的变形过程，使被切削层成为切屑而离开工件的。

1.切削时的三个变形区

切削过程中的金属变形大致发生在三个区域，如图3－2所示。

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图3－2　切削的三个变形区

第Ⅰ变形区：靠近切削刃处，切削层内产生塑性变形的区域，称为第Ⅰ变形区，如图3－2所示。它与刀具作用力约呈45°角。在该区域内，塑性材料在刀具作用下产生剪切滑移变形（塑性变形），使切削层转变为切屑。由于加工材料性质和加工条件的不同，滑移变形程度有很大的差异，这将产生不同种类的切屑。在第Ⅰ变形区，切削层的变形最大，它对切削力和切削热的影响也最大。

第Ⅱ变形区：前刀面接触的切屑底层内产生变形的一薄层金属区域，称为第Ⅱ变形区，如图3－2所示。切屑形成后，在前刀面的推挤和摩擦力的作用下，必将发生进一步的变形，这就是第Ⅱ变形区的变形。这种变形主要集中在和前刀面摩擦的切屑底层，它是切屑与前刀面的摩擦区。它对切削力、切削热和积屑瘤的形成与消失及刀具的磨损有着直接的影响。

第Ⅲ变形区：靠近切削刃处，已加工面表层内产生变形的一薄层金属区域，称为第Ⅲ变形区，如图3－2所示。在第Ⅲ变形区内，由于受到刀刃钝圆半径、刀具后刀面对加工表面以及副后刀面对已加工表面的推挤和摩擦作用，故这两个表面均产生了变形。第Ⅲ变形区主要影响刀具后刀面和副后刀面的磨损，造成已加工表面的纤维化、加工硬化和残余应力，从而影响工件已加工表面的质量。

2.切屑的形成和种类

切削塑性金属材料（如钢等）时，被切层一般经过弹性变形、塑性变形（滑移）、挤裂和切离四个阶段形成切屑。切削脆性材料（如铸铁等）时，被切层一般经过弹性变形、挤裂和切离三个阶段形成切屑。图3－3和图3－4所示分别为在刨床上加工这两种不同材料时的切削过程。

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图3－3　切削塑性金属材料的四个阶段

（a）弹性变形；（b）塑性变形（滑移）；（c）挤裂；（d）切离

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图3－4　切削脆性金属材料的三个阶段

（a）弹性变形；（b）挤裂；（c）切离

在切削过程中，由于工件材料的塑性和塑性变形（滑移）的程度不同，将会产生不同形状的切屑，见表3－1。

表3－1　切屑的形态

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续表

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此外，切屑的形状还与刀具切削角度及切削用量有关，当切削条件改变时，切屑形状会随之做相应地改变，例如在车削钢类工件时，如果逐渐增加车刀的锋利程度（如加大前角等措施）、提高切削速度、减小走刀量，切屑将会由粒状逐渐变为节状，甚至变为带状。同样，采用大前角车刀车削铸铁工件时，如果切削深度较大、切削速度较高，也可以使切屑由通常的崩碎状转化为节状，但这种切屑用手一捏即碎。在上述几种切屑中，带状切屑的变形程度较小，而且切削时的振动较小，有利于保证加工精度与表面粗糙度，所以这种切屑是我们在加工时所希望得到的，但应着重注意它的断屑问题。

切屑的形成与变形原理详解

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