金屬切削過程的描述

金屬材料在切削過程中會受到刀具的擠壓而產生變形。這一物理現象直接影響切削力、切削溫度、刀具磨損、已加工表面質量及生產效率。因此有必要對其進行研究，瞭解其基本規律。

（本篇選自《數控刀具選用指南》第一章第一節（二）金屬切削過程的描述）

（一）切削時的三個變形區

以切削塑性金屬為例，切削層金屬轉變為切屑而和母體分離的本質，是工件表層材料在加工過程中，受到刀具切削刃和前刀面的強烈擠壓，連續發生

彈性變形-塑性變形-斷裂破壞

，使切削金屬不斷被變成切屑從前刀面流出。

1. 第一變形區

當刀具前刀面以切削速度vc擠壓切削層時，切削層中的某點沿OA面開始產生剪下滑移，直至其流動方向開始與刀具前刀面平行，不再沿OM面產生滑移，切削層形成切屑沿刀具前刀面流出。從OA面開始發生塑性變形到OM面的剪下滑移基本完成，這一區域稱為第一變形區。第一變形區的主要特徵是沿滑移面的剪下滑移變形以及隨之產生的加工硬化。

2. 第二變形區

當剪下滑移形成的切屑在刀具前刀面流出時，切屑底層進一步受到刀具的擠壓和摩擦，使靠近刀具前刀面處的金屬再次產生剪下變形，稱為第二變形區。

3. 第三變形區

是工件與刀具後刀面接觸的區域，受到刀具刃口和刀具後刀面的擠壓和摩擦，造成已加工表面變形，稱為第三變形區。這是由於在實際切削中刀具的刃口不可避免地存在鈍圓半徑rn，使被擠壓層再次受到刀具後刀面的拉伸、摩擦作用，進一步產生塑性變形，使已加工表層變形加劇。

（二）切屑形態

由於加工材料性質不同，切削條件不同，切削過程中的變形程度不同。根據切削過程中變形程度的不同，形成4種不同微觀形態的切屑，

1. 帶狀切屑

切屑連續成帶狀，內表面光滑，外表面無明顯裂紋，呈微小鋸齒形。一般加工塑性金屬材料（如低碳鋼、銅、鋁），採用較大的刀具前角γo，較小的切削層公稱厚度hD，較高的切削速度vc時，最易形成這種切屑。形成帶狀切屑時，切削力波動小，切削過程比較平穩，已加工表面粗糙度值較小，但需採取斷屑措施，保證正常生產，尤其是自動生產線和自動機床生產。

2. 節狀切屑

這種切屑外表面有較深的裂紋，呈較大的鋸齒形，內表面有時有裂紋。一般加工塑性較低的金屬材料（如黃銅），在刀具前角γo較小，切削層公稱厚度hD較大，切削速度vc較低時，或加工碳素鋼材料在工藝系統剛性不足時，易形成這種切屑。形成節狀切屑時，切削力波動較大，切削過程不太穩定，已加工表面粗糙度值較大。

3. 粒狀切屑

又稱單元切屑。切削塑性材料時，若整個剪切面上的切應力超過了材料斷裂強度，所產生的裂紋貫穿切屑斷面時，擠裂呈粒狀切屑。採用小前角或負前角，以極低的切削速度和大的切削層公稱厚度切削時，易形成這種切屑。形成粒狀切屑時，切削力波動大，切削過程不平穩，已加工表面粗糙度值大。

4. 崩碎切屑

加工脆硬材料時，切削層通常在彈性變形後未經塑性變形就被擠裂，形成不規則的碎塊狀的崩碎切屑。工件材料越脆硬，刀具前角越小，切削層公稱厚度越大，越易產生崩碎切屑。形成崩碎切屑時，切削力波動大，切削過程不平穩，且切削層金屬集中在切削刃口碎斷，易損壞刀具，已加工表面粗糙度值大。

（三）切屑形狀

在實際生產中，切屑的處理和運輸是需要解決的重要問題。影響切屑的處理和運輸的主要因素是切屑的形狀，因此，還需按照切屑宏觀的形狀進行分類。

工件材料、刀具幾何引數和切削用量不同，所生成的切屑的形狀也會不同。從切屑處理的角度，切屑的形狀大體有帶狀屑、C形屑、崩碎屑、螺卷屑、長緊卷屑、發條狀卷屑、……