金属切削过程之断屑
第二章第1节-金属切削过程及切屑类型分析
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切屑与前刀面的摩擦
第一节 金属切削过程及切屑类型
积屑瘤
在切削速度不高而又能形成连续切屑的情况下，加工一般钢
料或其它塑性材料时，常常在前刀面处粘着一块剖面呈三角
状的硬块,称为积屑瘤。
它的硬度很高，通常是
工件材料的2—3倍，在
切屑
处于比较稳定的状态时，
能够代替刀刃进行切削。
积屑瘤
刀具
积屑瘤
切屑的种类
名称
带状切屑
切屑类型及形成条件
挤裂切屑
单元切屑
崩碎切屑
简图
形态 变形
形成 条件
影响
带状，底面光滑 ，背面呈毛茸状
剪切滑移尚未达 到断裂程度
加工塑性材料， 切削速度较高， 进给量较小， 刀具前角较大
切削过程平稳， 表面粗糙度小， 妨碍切削工作， 应设法断屑
节状，底面光滑有裂 纹，背面呈锯齿状
变形程度表示方法
变形系数
切削层经塑性变形后，厚度增加，长度缩小，宽度基本 不变。可用其表示切削层的变形程度。
◆ 厚度变形系数
h
hch hD
◆ 长度变形系数
L
LD Lch
Lch LD
切屑与切削层尺寸
第一节 金属切削过程及切屑类型
根据体积不变原理，则
h
lc lch
hch hDOMຫໍສະໝຸດ sin(90 OM sin
第二章 金属切削基本理论及应用
第一节 金属切削过程及切屑类型
金属切削过程是指在刀具和切削力的作用下形成切屑的过 程，在这一过程中，始终存在着刀具切削工件和工件材料抵抗切 削的矛盾，产生许多物理现象，如切削力、切削热、积屑瘤、刀 具磨损和加工硬化等。
车削加工的基本知识
项目一 车削加工的基本知识(1.3)
1.3 切削用量的选择
二、选择切削用量的原则 2．半精车、精车时切削用量的选择
半精车、精车时，主要以保证工件加工精度为主，但也要注意提高生产率及保证 车刀寿命。
半精车、精车的切削余量是根据技术要求由粗车留下的，原则上半精车和精车都 是一次进给完成。当工件表面粗糙度值要求较小，一次进给无法保证表面质量时才 可分两次或三次进给，但最后一次进给的背吃刀量不得小于0.1 mm。
表面粗糙度的评 定参数有轮廓算术平 均偏差Ra 及轮廓最 大高度 。通常选用 的最基本参数是Ra 。
项目一 车削加工的基本知识(1.5)
1. 表面粗糙度参数
一、影响表面粗糙度的因 素 影响表面粗糙度值大小的 因素主要有残留面积（图 1－34）、积屑瘤和振动 等，车削时，车刀主、副 切削刃在工件已加工表面 上留有痕迹，这些未被切 去部分的截面积就称为残 留面积。
实验证明：当背吃刀量增大一倍时，主切削力也增大一倍；进给量增大一倍时， 主切削力只增大0.7～0.8倍；低速切削塑性材料时，切削力随切削速度的提高而减小； 切削脆性材料的金属时，切削速度的变化对切削力的影响并不明显。
项目一 车削加工的基本知识(1.4)
1.4 金属切削过 程（3）车刀几何角度 车刀几何角度中对切削力影响最大的是前角、主偏角和刃倾角。
方法来减小残留面积中的残留高度。 （2）增大刀尖圆弧半径 刀尖圆弧也不宜过大，太大时易引起振动，所以刀
尖圆弧半径要大小适当。 （3）减小进给量。
项目一 车削加工的基本知识(1.5)
1.5 表面粗糙度参数
二、表面粗糙度值大的现象、原因及解决措施 2．工件表面有硬点或毛刺
工件表面有硬点和毛刺是由于积屑瘤脱落嵌入 工件而造成的。要想避免硬点或毛刺，必须防止 积屑瘤的产生，即使用高速钢车刀时，要选择较 低的切削速度（ ＜5 m／min）；使用硬质合金 车刀时，一定要选取高速（ ＞70 m／min）。
切屑的种类及断屑7
金属切削过程的基本规律.
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切削层金属的变形
二、切削层金属的变形 1. 变形区的划分（以直角自由切削方式切削塑性材料为例）
根据实验，切削层金属在刀具 作用下变成切屑大体可划分三 个变形区。
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金属切削过程中滑移线和流线示意图
（l）第一变形区（Ⅰ）
从OA线（始滑移线）金属开始发生剪切变形，到 OM 线 （ 终 滑 移 线 ） 金 属 晶 粒 剪 切 滑 移 基 本 结 束 ， AOM区域叫第一变形区。
忽略切屑宽度的变化，有a=l=
变形系数能直观反映切屑的变形程度，且容易
求得，生产中常用。
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变形系数求法
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(3) 剪应变
按剪应变即相对滑移关系有
= s / y， 而 s = NP，y = MK故
=NP / MK = (NK+KP) / MK = ctg + tg(-0)
2
2) 切削力
掌握切削力的来源、切削合力、分力及切削功率 牢固掌握影响切削力的主要因素；
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3） 切削热和切削温度
掌握切削热的来源及传出规律； 掌握切削区的温度分布规律； 牢固掌握影响切削温度的主要因素；
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4
4) 刀具磨损、破损
牢固掌握刀具的磨损形态及刀具磨损的主要原因； 牢固掌握刀具磨钝标准及刀具耐用度的概念； 掌握各切削参数与刀具耐用度的关系及合理耐用度的
(-0) 为切削合力Fr 与切削速度方向的夹角，称作用角，以表示。
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可得如下结论
前角 o 增大时， 增大，变形减小。故在保证刀刃 强度条件下增大前角可以改善切削过程（降低切削 力、温度、提高表面质量等）；
机械制造工程学(卓越)第二章 金属切削切削过程及切削参数优化
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切削速度不同，积屑瘤所能达到的最大尺寸也是不同的。切削 速度与积屑瘤高度的关系如示意图2-14所示。
根据积屑瘤有无以及积屑瘤高度的增长情况，可以把切削速度划分 为四个区域。在Ⅰ区里形成粒状切屑或节状切屑，这时没有积屑瘤 出现；在Ⅱ区里形成带状切屑，有积屑瘤生成；积屑瘤的高度随看 切削速度的提高而增大。当切削速度增大到Ⅱ区的右边界时，积屑 瘤的高度达到最大值。在Ⅲ区里，积屑瘤的高度随着切削速度的提 高而减小。当Vc增大到Ⅲ区右边界之值时，积屑瘤便消失。在Ⅳ区 里积屑瘤不再生成。
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2.1 .3金属切削过程中的三个变形区
图2-1第一变形区金属的滑移
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从OA线开始发生塑性变形，到0M线金属晶粒的剪切滑移基本完成， 这一区域(I)称为第一变形区。 第一变形区的主要特征：沿滑移线的剪切变形和加工硬化现象 ，在 一般切削速度下OA与OM非常接近，所以通常用一个平面来表示这 个变形区，该平面称为剪切面。
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2.2 .3切屑的形状及卷屑、断屑机理 切屑的形状
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图2-5切屑的形状
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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，在立式镗床上膛盲孔时，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成长螺卷屑。
车削加工中的断屑问题
车削加工中的断屑问题2009-04-12 15:04车削加工中的断屑问题分类：工作技术总结刀具断屑可靠与否，对正常生产与操作者安全都有着重大影响。
在切削加工中，崩碎切屑会飞溅伤人，并易研损机床；而长条带状切屑会缠绕在工件或刀具上，易刮伤工件，引发刀具破损，甚至影响工人安全。
对于数控机床(加工中心)等自动化加工机床，由于其刀具数量较多，刀架与刀具联系密切，断屑问题就显得更为重要，只要其中—把刀断屑不可靠，就可能破坏机床的自动循环，甚至破坏整条自动线正常运转，所以在设计、选用或刃磨刀具时，必须考虑刀具断屑的可靠性。
而对于数控机床(加工中心)等，并应满足下列要求：切屑不得缠绕在刀具、工件及其相邻的工具、装备上；切屑不得飞溅，以保证操作者与观察者的安全；精加工时，切屑不可划伤工件的已加工表面，影响已加工表面的质量；保证刀具预定的耐用度，不能过早磨损并竭力防止其破损；切屑流出时，不妨碍切削液的喷注；切屑不会划伤机床导轨或其他部件等。
在满足上述要求的基础上，不同刀具对切屑长度还有不同要求。
例如一般粗车钢料的最大切屑长度为100mm左右；精车则应稍长。
要避免过于细碎的切屑，因为它容易嵌入机床导轨和刀具装置的一些重要部位（如基准面），这样不仅需要附加防护装置，还给清除切屑带来一定的困难。
对于某些不易断屑的刀具，如成形车刀、切槽车刀和切断车刀等，在数控机床（加工中心）等自动化机床上，应保证其稳定的卷屑。
一、切屑形状的分类根据工件材料、刀具几何参数和切削用量等的具体情况，切屑形状一般有：带状屑、C 形屑、崩碎屑、宝塔状卷屑、发条状卷屑、长紧螺卷屑、螺卷屑等（见图1）。
( l )带状屑（见图1a）：高速切削塑性金属材料时，如不采取断屑措施，极易形成带状屑，此形屑连绵不断，常会缠绕在工件或刀具上，易划伤工件表面或打坏刀具的切削刃、甚至伤人，因此应尽量避免形成带状屑。
但有时也希望得到带状屑，以使切屑能顺利排出。
例如在立式镗床上镗盲孔时。
金属切削过程中地三个变形区
论文金属切削过程中的三个变形区系别专业年级学生姓名学号指导教师年月日金属切削过程中的三个变形区摘要：金属切削过程是指道具与工件相互作用形成切屑的过程，本文主要表示了金属切削加工过程中的三个变形区的形成与相互联系，并分析了与这三个变形区有关的反映金属变形程度的相关参数，同时加以总结。
关键词：金属切削，三个变形区，金属变形程度Abstract: the process of metal cutting refers to tools and the workpiece interact to form a cutting process, this paper mainly describes the process of metal machining three deformation zone was formed and interconnected, and analyzed and the three deformation zone related to reflect the extent of metal distortion of the relevant parameters, at the same time to sum up.Keywords：metal cutting, three deformation zone, extent of metal distortion引言金属切削过程是机械制造过程的一个重要组成局部。
金属切削过程是指将工件上多余的金属层，通过切削加工被刀具切除而形成切屑并获得几何形状、尺寸精度和外表粗糙度都符合要求的零件的过程。
在这一过程中，始终存在着刀具切削工件和工件材料抵抗切削的矛盾，从而产生一系列现象，如切削变形、切削力、切削热与切削温度以与有关刀具的磨损与刀具寿命、卷屑与断屑等。
对这些现象进展研究，揭示其在的机理，探索和掌握金属切削过程的根本规律，从而主动地加以有效的控制，对保证加工精度和外表质量，提高切削效率，降低生产本钱和劳动强度具有十分重大的意义。
第三章 金属切削变形过程题解
第三章金属切削变形过程3．1 必备知识和考试要点3，1。
1 研究金属切削变形过程的意义和方法1．明确研究金属切削变形过程的意义。
2．了解金属切削变形过程的实验方法。
3．1．2 金属切削层的变形1．熟悉金属切削过程中变形区的划分。
2．熟悉各变形区内所发生的变形。
3．掌握相对滑移、变形系数、剪切角的概念。
4．掌握相对滑移与变形系数的关系式。
3．1．3 前刀面的挤压与摩擦及其对切屑变形的影响1．了解切削过程中作用在切屑上的力。
2．明确剪切角φ与前刀面摩擦系数μ的关系。
3．理解内摩擦的概念。
4．熟悉影响前刀面摩擦的主要因素。
3．1．4 积屑瘤的形成及其对切削过程的影响1．掌握积屑瘤的形成条件。
2．掌握积屑瘤对切削过程影响的要点。
3．掌握积屑瘤的生长高度与切削速度的关系。
4．掌握抑制积屑瘤的方法。
3．1，5 影响切屑变形的变化规律1．掌握工件材料、刀具几何角度对切屑变形影响的要点。
2，掌握切削速度对剪切角影响的要点。
3．掌握切削用量三要素切眉变形影响的要点。
4．正确分析切削速度对变形系数影响的规律。
3．1．6 其他1．了解切屑形状的分类方法及产生的条件。
2．了解切屑卷曲和断屑的机理。
3．2 典型范例和答题技巧[例3．1] 画图表示切削塑性工件材料时，金属变形区是如何划分的?各变形区中的变形情况如何?[分析]1．变形区的划分。
根据教科书中的“金属切削过程中的滑移线和流线示意图”大致画出三个区域。
2．变形区的变形。
由于第一变形区区域宽度很窄，故可看成一个面，被称之为剪切滑移面。
显然第一变形区的变形，也就是在切削过程中，金属通过剪切滑移面时发生的剪切滑移变形。
这一变形决定了切削的进行，使被切削工件的切削层转变成切屑。
第二变形区发生在切屑底层，相对于前刀面的位置。
通过第一变形区变形后的金属在转变成切屑沿前刀面流出前发生的进一步变形。
此时发生的变形是前刀面作用于切屑的摩擦、挤压变形。
第三变形区内的变形是受到刀刃的钝圆部分及后刀面的挤压、摩擦变形。
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• 切屑形状不同，对 操作工人的安全影 响也不同，最不利 于安全操作的是崩 碎切屑和带状切屑。 我们可以通过选择 恰当的切削用量、 刀具几何角度及润 滑条件来改变崩碎 切屑和带状切屑的 形状，以减少切屑 对人的伤害。
影响断屑的因素
• 一、车刀的几何角度 • γo增大，切屑变形小；减小γo ，切屑变
• 两者适合加工碳素钢、合金结构钢及工具钢等
• 3、圆弧型断屑槽
• 适用对象：紫铜、不锈钢等高塑性材料
• f和ap大时断屑槽要宽一些
• 通常在车削中碳钢时，断屑槽的宽度约为 10倍的f
• 在车削合金钢时，断屑槽的宽度约为10倍 的f
切屑伤人的原因
• 操作者没穿戴合适的防护服和防护用具（如穿过于肥大 的衣服、戴手套操作、不戴护目镜等），操作时不小心 被切屑挂住绞入旋转部位，或切屑伤害操作者外露部位 （如眼睛等）
金属切削过程
断屑
重庆松溉职校 李正波
断屑原因
• 切屑折断就是因切屑的变形所致。 • 切屑变形包括两部分： • 第一部分：基本变形----冷作硬化 • 第二部分：附加变形----流动过程卷曲
变形 • 附加变形的方法： • ①在前刀面磨卷屑槽 • ②安装断屑器
切屑形状的分类
• 根据工件材料、刀具几何形状、切削用量 及润滑条件的不同，产生的切屑形状也不 同，而不同形状的切屑，对安全的影响也 不同。
带状屑
• 形成条件：在高速切削塑性金属材料时， 若不采取适当的断屑措施，就易形成带状 屑。
• 特点：带状屑连绵不断，经常缠绕在工件 或刀具上，不易清除，不仅能划伤工件表 面，打坏刀具，而且极易伤人。
• 因此，除特殊情况下，应尽量避免出现带 状切屑。
• 但有时也希望得到带状屑，以使切屑能顺 利排出。例如在立式镗床上镗盲孔时。
• （2）在车床运转时，禁止取下或安装护板或其 它切屑防护装置；不要用手清除切屑，而应用钩 子、刷子工专用的工具清除切屑。
• （3）开动车床前，要详细检查切屑防护装置是 否安全可靠，是否要修复使用或重新配置，否则 不许操作。
• （4）必须使用压缩空气清除切屑时，或切 屑飞溅严重时，为了不危害周围其他操作 人员，应在车床周围安装挡板，使操作区 隔离。压缩空气的压力应尽可能低，不能 用压缩空气去吹衣服或头发的切屑，以免 引起耳朵和眼睛的损伤。
切屑伤人的预防
• 操作者要采取防范措施。为防止切屑伤人，操作者应对 车床作好定期检查，在操作中必须遵守车削安全操作规 程。为保证车削加工中切屑不伤人，操作者尤应做到：
• （1）穿紧身防护服，袖口不要敞开，领口也不 要敞开，长发者要戴防护帽或剪短发；不要戴手 套操作。为防止崩碎切削伤害眼睛，操作者还应 戴护目镜
• 被抛出的崩碎切屑或带状切屑打伤、划伤或灼伤 • 在车床运转中，用手清除切屑而发生伤害事故。
• 缺乏定期的车床检查、检修，导致切屑防护装置 “失灵”；或干脆将防护装置弃之不用。这样， 切屑易于伤人
• 车床布局照明不足或有刺眼的灯光，不利于操作 者观察切屑的情况
• 车床周围布局不合理，卫生条件不好，切屑堆放 不当，妨碍操作人员正常活动，造成滑倒致伤
崩碎屑
• 形成原因：由于车刀卷屑槽的宽度较 小，槽底狭窄，当切削流入卷屑槽与 槽台相碰时，所产生的弯曲应力较大 而在槽内折断，形成长度较短的崩碎 切屑。
• 特点：容易飞溅伤人和产生微振现象， 刀具切削刃负荷较大，影响刀具寿命。
• 因此，崩碎屑是一种不理想的切屑， 应力求避免。
螺卷屑和长螺卷屑
• 形成条件：在切削塑性金属时，由于 f刀和面ap和较工小件，碰切撞屑，卷而曲是后顺未着与卷车屑刀槽后卷 曲流出，靠自重摔断而形成这种切屑。
• 特点：这种切屑的形成过程比较平稳， 有利于提高工件表面质量，是半精车 和精车时较理想的屑形。
• 但切屑不能太长，否则会妨碍操作， 并使切屑清理困难。
发条状切屑
• 形成条件：当车刀卷屑槽的宽度和 槽底半径较大时，切屑卷曲后与工 件过渡表面相碰而形成发条状卷屑。
• 特点：这种切屑是重型车床上采用 大ap、大f车削钢件时的理想屑形。
• 三、断屑槽的尺寸形状 • 1、直线圆弧型断屑槽
• 特点：宽度小，使切屑的卷曲半径小，切 屑变形大，易断屑。
• 断屑槽的宽度与f和ap有关，当f和ap大时， 断屑槽的宽度也应大一些
• 2、直线型断屑槽 • 两条直线的夹角称断屑槽的槽底角 • 特点：槽底角小，切屑卷曲半径小，切屑变形
大，易断屑 • 选用中等vc时，槽底角在110°~120°之间
宝塔状切屑
• 形成条件：在车刀前刀面上，平行于主切削刃 方向，研磨出一条窄洼槽（通常称为小月牙洼 卷屑槽），它能使切屑在流动过程中受到槽的 阻力而打卷，当切屑卷成一定大小后，顶在工 件过渡表面上折断成宝塔状卷屑。
• 特点：宝塔状卷屑自身重量大，不会飞溅，清 理方便，在自动车床或自动线上是一种较好的 屑形。
防崩碎切屑伤害的措施
• （1） 为防崩碎切屑伤害操作者眼睛、面部 和手部等部位，除操作者应戴防护眼镜外， 还要用防护罩（挡板）把工件罩住。防护 罩（挡板）的玻璃不能采用普通玻璃，因 为 它很容易受偶然打击而破碎，碎片足以 伤人，因此应用钢化玻璃或透明塑料。六 角车床削脆性金属或综合加工时，需要采 用综合式防护罩。
Байду номын сангаас C形屑或六字形屑
• 形成条件：车削一般碳钢、合金钢工件时， 若采用带卷屑槽的车刀，则易形成C形屑 或6字形屑。
• 特点：C形屑不会缠绕在工件或刀具上， 一般不易伤人。是粗车比较理想的屑形。
• 但是C形屑或6字形屑与后刀面或工件表 面高频率碰撞且折断会影响切削过程的平 稳性，对工件表面粗糙度也有一定的影响。 因此，精车时应避免出现这种屑形。
形大，易断屑 • κr增大，切屑厚度增大，使切屑卷曲时塑
性变形大，易断屑。 • λs也可通过改变切屑流向来影响断屑
• 二、切削用量
• 切削三要素中对断屑影响最大的是f，其次 是ap和vc.
• 增大f能使切屑厚度增大，塑性变形大，易 断屑
• 增大ap，不易断屑
• 增大vc能使切屑的塑性增大，变形减小 ， 不易断屑
• （2）借用气流或乳化液冲洗切屑，改变切 屑喷射方向。用锥形喷管向切削区喷射3～ 4个大气压力的压缩空气，把切屑吹向安全 方向。这种方法主要用在钟表等精密零件 的车削加工和低速车削时，对轻微碎屑改 变方向效果较好。但用乳化油冲洗时容易 弄脏工作区。
• （3）变崩碎切屑为其它形状的切屑。