切屑形成的基本理论与屑形控制
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切削过程及控制
一、 切屑的形成过程及切屑类型
1、切屑的形成过程
1）切削变形的力学本质
切削金属形 成切屑的过程是一个 类似于金属材料受挤 压作用，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ生塑性变 形进而产生剪切滑移 的变形过程 。
实验表明，切屑(chips)的形成过程 是被切削层金属受到刀具前面的挤压作 用，迫使其产生弹性变形，当剪切应力 达到金属材料屈服强度时，产生塑性变 形。随着刀具前刀面相对工件的继续推 挤，与切削刃接触的材料发生断裂而使 切削层材料变为切屑。
2）积屑瘤的形成原因
当切屑沿刀具的前刀面流出时，在一定的温度与压力作 用下，与前刀面接触的切屑底层受到很大的摩擦阻力，致使 这一层金属的流出速度减慢，形成一层很薄的“滞流层”。 当前刀面对滞流层的摩擦阻力超过切屑材料的内部结合力时， 就会有一部分金属粘结或冷焊在切削刃附近，形成积屑瘤。
3）积屑瘤对起削过程的影响
总切削力在垂直于工 作平面方向的分力，
及计算刀具强度等必不可少的 参数。
Fp不消耗功率。但容 易使工件变形，甚至
进给力Fx (Ff)
可能产生振动，影响 工件的加工精度。是 进行加工精度分析、 计算工艺系统刚度以 及分析工艺系统振动
总切削力在进给方向的分力 ，进给力也作功，但只占总 功的1%～5%。是设计、校核 机床进给机构，计算机床进 给功率不可缺少的参数
切屑的变形和形成过程实际上经 历了弹性变形、塑性变形、挤裂、切离 四个阶段。
2）. 变形系数ξ
➢切屑厚度hch与切削层的厚度hD之比称为厚度变 ➢形系数，用ξh 表示，ξh = ach/ac ；
而切削层长度lc与切屑长度lch之比称为长度变
➢形系数，用ξl表示，ξl=lc/lch 。 变形系数越大,切屑越厚越短,切削变形越大。
1、切屑的形成过程
1）切削变形的力学本质
切削金属形 成切屑的过程是一个 类似于金属材料受挤 压作用，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ生塑性变 形进而产生剪切滑移 的变形过程 。
实验表明，切屑(chips)的形成过程 是被切削层金属受到刀具前面的挤压作 用，迫使其产生弹性变形，当剪切应力 达到金属材料屈服强度时，产生塑性变 形。随着刀具前刀面相对工件的继续推 挤，与切削刃接触的材料发生断裂而使 切削层材料变为切屑。
2）积屑瘤的形成原因
当切屑沿刀具的前刀面流出时，在一定的温度与压力作 用下，与前刀面接触的切屑底层受到很大的摩擦阻力，致使 这一层金属的流出速度减慢，形成一层很薄的“滞流层”。 当前刀面对滞流层的摩擦阻力超过切屑材料的内部结合力时， 就会有一部分金属粘结或冷焊在切削刃附近，形成积屑瘤。
3）积屑瘤对起削过程的影响
总切削力在垂直于工 作平面方向的分力，
及计算刀具强度等必不可少的 参数。
Fp不消耗功率。但容 易使工件变形，甚至
进给力Fx (Ff)
可能产生振动，影响 工件的加工精度。是 进行加工精度分析、 计算工艺系统刚度以 及分析工艺系统振动
总切削力在进给方向的分力 ，进给力也作功，但只占总 功的1%～5%。是设计、校核 机床进给机构，计算机床进 给功率不可缺少的参数
切屑的变形和形成过程实际上经 历了弹性变形、塑性变形、挤裂、切离 四个阶段。
2）. 变形系数ξ
➢切屑厚度hch与切削层的厚度hD之比称为厚度变 ➢形系数，用ξh 表示，ξh = ach/ac ；
而切削层长度lc与切屑长度lch之比称为长度变
➢形系数，用ξl表示，ξl=lc/lch 。 变形系数越大,切屑越厚越短,切削变形越大。
切屑形成的基本理论与屑形控制
切屑形成的基本理论与屑形控制由于金属切削过程是在高温、高压、高速下进行，因此切屑的形成机理相当复杂。
为了在切削加工中有效控制屑形，提高加工效率，改善加工表面质量，有必要对金属切削过程的一些基本理论进行深入研究和探讨。
1 滑移与滑移线机械制造是利用金属塑性变形机理，采取滚压、轧制、冷拔或切削加工等方法，使零件达到要求的形状和尺寸。
根据金属塑性变形理论可知，金属产生塑性变形的基本机理是滑移，即清移是金属最主要的塑性变形方式。
金属的滑移仅在剪应力作用下才能发生，即当剪应力t达到金属材料的剪切强度极限ts时，便会产生塑性变形。
在平面变形条件下，多晶体金属中的滑移是沿最大剪应力方向发生的，即滑移带与最大剪应力迹线相重合。
假设在连续应力场(塑性区)内最大剪应力迹线是无限密集的，则沿最大剪应力方向不断由一点到与其无限接近的另一点，即可在变形平面上绘出两组相互正交的曲线(如图1所示)，从而形成由切屑形成过程中第一变形区内部分滑移线与流线(或相邻部分)组成的格子。
滑移线的微分方程为第一组滑移线：dy/dx=tanw第二组滑移线：dy/dx =-tanw图2 与滑移线相切的直角坐标系第一、第二滑移线的参变量分别用a和b代替。
选取滑移线oa、ob为两曲线坐标轴，用坐标轴的曲线坐标(a，b)表示平面上p点的位置(见图2)。
这样，在曲线坐标网的任一a线上坐标b等于常值；在任一b 线上坐标a等于常值。
因此，在无限接近p点处，坐标曲线a和b与选取的直角坐标轴相重合，因此可认为dx=dsa，dy=dsb式中，dsa和dsb分别为曲线a和b的弧长微分。
因此有由于直角坐标轴与滑移线相切，因此对于a而言，w=0。
由于沿曲线a和b的角度w是不断变化的，因此偏导数不等于零，从而使切屑在形成过程中产生变形和卷曲。
图3 两滑移线间的滑移线转角2 切屑的变形和卷曲根据滑移线性质的汉基定理可知，滑移线a1与a2、b1与b2是无限接近的。
b1线在 p点与f点的法线的交点O1 为b1线在p点的曲率中心；b2线在e点与 d点的法线的交点O2 为b2线在e点的曲率中心。
第十讲切屑控制
刃倾角对排屑方向的影响
正λ s切屑流向待加工表面，负λ s切屑流向已加工表面， λs =0，切屑沿垂直主切削刃的方向流出。因此精加工时， 刃倾角应取正值，防止缠绕和刺伤已加工表面。
切屑控制的方法
•增大进给量，切削厚度变大，有利于
断屑，但会增加表面粗糙度；
•适当降低切削速度使切削变形增大，
有利于断屑，但会降低材料切除效率。
切屑的形成
挤压剪切应力剪切滑移塑性变形分离切屑
主要内容：
什么是切屑，它是如何形成的？ 常见的切屑类型有哪些，各自有什么特点？
影响切屑形成的因素、切屑控制的方法有哪些？ 一些典型情况下如何选择切屑的类型？
切屑的类型
形态：带状，底面光 滑，背面呈毛茸状； 变形：剪切滑移尚未 达到断裂程度； 形成条件：加工塑性 材料、切削速度较高、 进给量较小，刀具前 角较大。
问题：精车不希望形成C形屑，而是长螺旋卷？
3、重型车床上，用大切深、大走刀量车削钢件时，希望形成发 条状切屑，在加工表面上折断。 4、自动生产线上，希望形成宝塔状的切屑。 5、加工铸铁或黄铜等脆性材料时，保持切屑不断成为关键问题 之一。
槽形：a) 折线型 b) 直线圆弧型 c) 全圆弧型
折线型和直线圆弧型用于加工碳钢、合金钢等材料；全圆弧型
用于加工紫铜等高塑性材料。
断屑槽
槽向：a)平行式→粗加工 b)外斜式→C型屑，粗加工 c)内斜式→半精、精加工
断屑槽
槽向：a)平行式→粗加工 b)外斜式→C型屑，粗加工 c)内斜式→半精、精加工
对加工质量有影响；
对刀具寿命有影响；
对加工效率有影响；
对操作者安全有影响。
加工情况不同，切屑的类型也不同，孤立的评论那 种切屑好与坏是没有实际意义的。
切削过程及控制
1. 第一变形区
塑性变形从始滑移面OA开始至终滑移面OM终了， 之间形成AOM塑性变形区，由于塑性变形的主要特点是 晶格间的剪切滑移，所以AOM叫剪切区，也称为第一变 形区（Ⅰ）。
图3－2 金属切削过程中的滑移线和流线示意图
进一步受到 前刀面的阻碍，在刀具和切屑界面之间存 在强烈的挤压和摩擦，使切屑底部靠近前 刀面处的金属发生“纤维化”的二次变形。 这部分区域称为第二变形区（Ⅱ）。
二、切削力的实验公式
➢切削力的大小计算有理论公式和实验公式。理论公式通常
供定性分析用，一般使用实验公式计算切削力。
➢常用的实验公式分为两类：一类是用指数公式计算，另一
类是按单位切削力进行计算。
➢在金属切削中广泛应用指数公式计算切削力。不同的加工
方式和加工条件下，切削力计算的指数公式可在切削用量手册 中查得。车削时的切削分力及切削功率的指数公式见表。
➢若已知单位切削力kc ，即可求得单位切削功率ps。表3-1为
硬质合金外圆车刀切削常用金属时的单位切削力和单位切削功 率。实际切削条件与表中不符时 ,必须引入修正系数加以修正， 有关修正系数可参见相关手册。
➢在实际应用工作中，切削力的计算可查阅有关手册。
三、影响切削力的因素
1. 工件材料 2. 切削用量
图3－12 积屑瘤高度与切削速度关系示意图
4）积屑瘤对起削过程的影响
❖实际前角增大（图3-13）； ❖增大切削厚度（图3-13） ； ❖使加工表面粗糙度增大； ❖对刀具寿命的影响。
一般积屑瘤对切削加工过程的影响是不利 的，在精加工时应尽可能避免积屑瘤的产生， 但在粗加工时，有时可充分利用积屑瘤。
➢单元(粒状)切屑 在挤裂(节状)切屑产生的前提下, 当进一
步降低切削速度，增大进给量，减小前角时则出现单元(粒 状)切屑(图3-15c)。
塑性变形从始滑移面OA开始至终滑移面OM终了， 之间形成AOM塑性变形区，由于塑性变形的主要特点是 晶格间的剪切滑移，所以AOM叫剪切区，也称为第一变 形区（Ⅰ）。
图3－2 金属切削过程中的滑移线和流线示意图
进一步受到 前刀面的阻碍，在刀具和切屑界面之间存 在强烈的挤压和摩擦，使切屑底部靠近前 刀面处的金属发生“纤维化”的二次变形。 这部分区域称为第二变形区（Ⅱ）。
二、切削力的实验公式
➢切削力的大小计算有理论公式和实验公式。理论公式通常
供定性分析用，一般使用实验公式计算切削力。
➢常用的实验公式分为两类：一类是用指数公式计算，另一
类是按单位切削力进行计算。
➢在金属切削中广泛应用指数公式计算切削力。不同的加工
方式和加工条件下，切削力计算的指数公式可在切削用量手册 中查得。车削时的切削分力及切削功率的指数公式见表。
➢若已知单位切削力kc ，即可求得单位切削功率ps。表3-1为
硬质合金外圆车刀切削常用金属时的单位切削力和单位切削功 率。实际切削条件与表中不符时 ,必须引入修正系数加以修正， 有关修正系数可参见相关手册。
➢在实际应用工作中，切削力的计算可查阅有关手册。
三、影响切削力的因素
1. 工件材料 2. 切削用量
图3－12 积屑瘤高度与切削速度关系示意图
4）积屑瘤对起削过程的影响
❖实际前角增大（图3-13）； ❖增大切削厚度（图3-13） ； ❖使加工表面粗糙度增大； ❖对刀具寿命的影响。
一般积屑瘤对切削加工过程的影响是不利 的，在精加工时应尽可能避免积屑瘤的产生， 但在粗加工时，有时可充分利用积屑瘤。
➢单元(粒状)切屑 在挤裂(节状)切屑产生的前提下, 当进一
步降低切削速度，增大进给量，减小前角时则出现单元(粒 状)切屑(图3-15c)。
切屑控制(理论+实例)
切屑控制理论（理论+实例）
切屑的生成学
对螺旋形切屑产生影响的参数：
切屑上卷曲率1/ x 横卷曲率1/ r 流屑角h
影响这些参数的因素有很多： 被加工材料的性质，切削用量， 刀具几何参数，冷却液及加工方式等。
切屑控制理论（理论+实例）
切屑的生成学
上向卷曲
引起原因：厚度方向上的流速差
侧向卷曲
切屑控制理论（理论+实例）
断屑预报试验
4.切屑折断曲线
断屑预报系统
对于数据库中没有的复杂断屑槽车刀片， 要预报其断屑范围时，系统将根据输入的槽 型参数分析该刀片的槽型组成，从而调用对 应的切屑折断界限数学模型，采用搜索-逐 点分析法计算、搜索出切屑的临界折断点， 最终绘制成切屑折断曲线显示给用户。
切屑的运动学
建立切屑形成直角坐标系O1-X1Y1Z1（如图）：X1轴为切 屑与刀具的分离线，Y1轴平行于前刀面且垂直于X1轴，Z1轴 分别与X1轴和Y1轴垂直，原点为切屑靠近刀尖一侧与前刀面 的分离点。在该坐标系中，用一向量ω表示切屑回转角速 度，向量的方向由右手规则确定。
求ω！
切屑控制理论（理论+实例）
切屑控制理论（理论+实例）
切屑的生成学
刀具切入工件时，被切金属层经剪切面发生弹塑性滑移变形成 为切屑。前刀面的摩擦作用是切屑卷曲的主要原因，这是因为前 刀面的挤压作用使切屑厚度方向上存在不同的残余应变，使切屑 晶粒翻转，从而引起切屑的卷曲。同时刀具卷屑槽的存在在很大 程度上影响切屑的卷曲。 中山一雄指出:正常状态的切屑一般是螺旋形切屑,其形状可由 螺旋外径2ρ,螺距P，螺旋面与轴线的夹角θ确定。切屑流出后, 受到工件、刀具、机床等的阻碍引起变形或折断，从而形成各种 类型的切屑。因此，其它形状的切屑可以看成是螺旋切屑的演变 和组合。 切屑的卷曲可分解为Y-Z平面上的上向卷曲和X-Y平面上的侧向卷曲。 在一般情况下，它的合成是一条圆柱螺旋线，它的轴线平行于X-Z平面。
切屑控制与断屑措施
切削液使用中的问题
总结词
切削液在切削加工中起到冷却、润滑和清洗的作用，但在使用过程中也可能出 现泡沫、异味和腐蚀等问题。
详细描述
切削液在使用过程中可能会产生泡沫，影响冷却和润滑效果，同时也会带来异 味和腐蚀等问题。为解决这些问题，可以采取添加消泡剂、更换切削液或加强 切削液管理等措施。
05
未来研究方向与展望
THANKS
谢谢您的观看
选择合适的切削液对于切屑控 制至关重要，应根据加工材料 和刀具材料选择合适的决方案
切屑缠绕问题
总结词
切屑缠绕是切削加工中常见的问题，它可能导致设备损坏、生产效率降低和安全 隐患。
详细描述
切屑缠绕通常发生在铣削、车削和钻孔等加工过程中，当切屑不能及时排出或断 屑不彻底时，切屑会缠绕在刀具或工件上，影响加工质量和效率。为解决这一问 题，可以采取调整切削参数、更换刀具或优化切削液等方式。
02
切削过程中，切削力、切削热和 切削振动等多种因素相互作用， 影响切屑的形成。
切屑的类型
根据切屑的形状和形成机理，切屑可分 为带状屑、节状屑、崩碎屑和锯齿状屑 等类型。
锯齿状屑是由于切削刃上的切削力周期 性变化而形成的，其断面呈锯齿状，容 易产生振动和噪音。
崩碎屑是由于切削刃上的切削力突然变 化而形成的，其断面呈崩碎状，容易飞 溅伤人。
新型切削液的开发与研究
总结词
随着工业技术的不断发展，对切削液的性能要求也越来越高。未来研究将更加注重切削液的环保性、高效性和低 成本化，开发出新型的切削液以满足不断变化的市场需求。
详细描述
新型切削液的开发与研究将注重提高切削液的润滑性、冷却性和防锈性，以减少切削过程中的摩擦和热量，提高 切削效率和刀具寿命。同时，研究将探索切削液的生物降解性和低毒性能，以降低对环境的污染和危害。
切屑的形成过程
etan(©)+tan(©-丫o)得
£ =etan(©)+(1-tan(B))/(1+tan(B))
因©=n/4-B+丫o假定 丫o不变，故©ff BJfeta n(©)J、tan(B)J
因ydan(B)>0,摩擦强烈，故(1-tan(B))/(1+tan(B))心-1
故£ J
因tan(©)=eos(丫o)/(A-sin(丫o))
内摩擦〉外摩擦 占85%
卩电n(B)=Ff/Fn= ts•Af1/cav•Af1=ts/cav
卩：平均摩擦系数
B:平均摩擦角
二、影响摩擦系数的主要因素
1、工件材料
硬度T、强度tsT、cavTfyJ(温度流动性)
2、切削厚度
hDff cav
3、切削速度
低速起步vT-uT外摩擦向内摩擦过渡
高速v匸^卩/
1、工件材料
tsJ、ET、塑性易断
2、切削用量
fhDff易断
即bDff不易断
vff不易断
3、刀具
丫oJf A f易断
作业
磨损刀具（脱落）
弊大于利，对粗加工有利，对精加工不利
四、抑制措施
1、预热处理，减小工件塑性
2、增大刀具前角丫0》35°,积屑瘤基础不能形成
3、减小f，减小前刀面正压力，避免冷焊发生
4、 改变v,避开积屑瘤生长区间 （HSS氐速宽刀精车丫高速精车）
5、采用加热切削或低温切削
6使用润滑性能好的切削液，破坏冷焊条件
切削特征：力的波动更大 粗糙度更高 有鳞刺出现
加工脆性材料（短切屑）
4、崩碎切屑
切屑形态：不规则的碎块状切屑
产生条件：脆性材料
切削特征：力的波动最大 表面凸凹不平 易破坏刀具 对机床不利
£ =etan(©)+(1-tan(B))/(1+tan(B))
因©=n/4-B+丫o假定 丫o不变，故©ff BJfeta n(©)J、tan(B)J
因ydan(B)>0,摩擦强烈，故(1-tan(B))/(1+tan(B))心-1
故£ J
因tan(©)=eos(丫o)/(A-sin(丫o))
内摩擦〉外摩擦 占85%
卩电n(B)=Ff/Fn= ts•Af1/cav•Af1=ts/cav
卩：平均摩擦系数
B:平均摩擦角
二、影响摩擦系数的主要因素
1、工件材料
硬度T、强度tsT、cavTfyJ(温度流动性)
2、切削厚度
hDff cav
3、切削速度
低速起步vT-uT外摩擦向内摩擦过渡
高速v匸^卩/
1、工件材料
tsJ、ET、塑性易断
2、切削用量
fhDff易断
即bDff不易断
vff不易断
3、刀具
丫oJf A f易断
作业
磨损刀具（脱落）
弊大于利，对粗加工有利，对精加工不利
四、抑制措施
1、预热处理，减小工件塑性
2、增大刀具前角丫0》35°,积屑瘤基础不能形成
3、减小f，减小前刀面正压力，避免冷焊发生
4、 改变v,避开积屑瘤生长区间 （HSS氐速宽刀精车丫高速精车）
5、采用加热切削或低温切削
6使用润滑性能好的切削液，破坏冷焊条件
切削特征：力的波动更大 粗糙度更高 有鳞刺出现
加工脆性材料（短切屑）
4、崩碎切屑
切屑形态：不规则的碎块状切屑
产生条件：脆性材料
切削特征：力的波动最大 表面凸凹不平 易破坏刀具 对机床不利
12讲41切屑的控制
切屑的控制
1、切屑的流向及卷曲
（1）流向 －λs使切屑流向已加工表面
＋λs使）卷曲与折断机理： 流经前刀面时的摩擦、
滞留使切屑底层拉长 碰到障碍是受到附加弯
曲力矩作用 断屑的原因：τmax＞
σb
2、切屑控制与断屑措施 （1）屑形控制：
① 带状切屑：切塑性金属，Vc较高、 较小、γo较大时
② 挤裂切屑：切塑性金属，Vc较低、 较大、γo较小时
③ 单元状切屑：切塑性金属，Vc低、 ④ 崩碎状：切脆性金属时
大、γo小时
屑形细分
（2）断屑措施： ① 在刀具前刀面上磨断屑槽或安装断屑台
槽形：a) 折线形 b) 直线园弧形 c) 全圆弧形
槽向：a) 外斜式→粗加工 b) 平行式→粗加工 c) 内斜式→半精、精加工
（2）断屑措施： ② 改变切削用量：提高f、适当降低Vc ③ 改变刀具角度： ↑Kr、↓γ
设刃倾角改变切屑流向 ④ 适当提高工件材料的脆性→↓εb
λs>0 → 切屑流向刀杆、切屑碰后刀面 λs<0 → 切屑流向已加工面 ⑤ 采用振动切削装置
1、切屑的流向及卷曲
（1）流向 －λs使切屑流向已加工表面
＋λs使）卷曲与折断机理： 流经前刀面时的摩擦、
滞留使切屑底层拉长 碰到障碍是受到附加弯
曲力矩作用 断屑的原因：τmax＞
σb
2、切屑控制与断屑措施 （1）屑形控制：
① 带状切屑：切塑性金属，Vc较高、 较小、γo较大时
② 挤裂切屑：切塑性金属，Vc较低、 较大、γo较小时
③ 单元状切屑：切塑性金属，Vc低、 ④ 崩碎状：切脆性金属时
大、γo小时
屑形细分
（2）断屑措施： ① 在刀具前刀面上磨断屑槽或安装断屑台
槽形：a) 折线形 b) 直线园弧形 c) 全圆弧形
槽向：a) 外斜式→粗加工 b) 平行式→粗加工 c) 内斜式→半精、精加工
（2）断屑措施： ② 改变切削用量：提高f、适当降低Vc ③ 改变刀具角度： ↑Kr、↓γ
设刃倾角改变切屑流向 ④ 适当提高工件材料的脆性→↓εb
λs>0 → 切屑流向刀杆、切屑碰后刀面 λs<0 → 切屑流向已加工面 ⑤ 采用振动切削装置
切屑的类型及控制
第二章 金属切削过程
第三节 切削的类型及控制
1.切削的类型 2. 切削类型控制
第三节 切屑的类型及控制
1. 切屑的 切屑的类型及控制
第三节 切屑的类型及控制
1. 切屑的类型
由于工件材料不同、切削条件各异，切削过程中生成 的切削形状是多种多样的。切削的形状有：带状、节状、粒 状和崩碎四种类型。
第三节 切屑的类型及控制
4）崩碎切屑：从切削过程来看，切屑在破裂前变形很小，和 塑性材料的切屑形成机理也不同。它的脆断主要是由于材料所 受应力超过了它的抗拉极限。加工脆硬材料，如高硅铸铁、白 口铁、黄铜等，特别是当切削厚度较大时常得到这种切屑。
由于它的切削过程很不平稳，易破坏刀具、损坏机床、已 加工表面粗糙，生产中应力求避免。其方法是减小切削厚度， 使切屑成针状或片状；同时适当提高切削速度，以增加工件材 料的塑性。
第二章 金属切削过程
第三节 切削的类型及控制
1.切削的类型 2. 切削类型控制
第三节 切屑的类型及控制
2. 切屑类型控制
在现行切削加工中，切削速度与金属切除率达到了很高的 水平，切削条件很恶劣，常常产生大量“不可接受”的切屑。
所谓切屑控制（又称切屑处理，工厂中一般简称为“断 屑”），是指在切削加工中采取适当的措施来控制切屑的卷曲、 流出与折断，使形成“可接受”的良好屑形。
在实际加工中，应用最广的切屑控制方法就是在前刀面上 磨制出断屑槽、改变刀具角度、调整切削用量或使用压块式断 屑器。
第三节 切屑的类型及控制
在实际加工中，应用最广的切屑控制方法就是在前刀面上磨制出 断屑槽、改变刀具角度、调整切削用量或使用压块式断屑器。
1) 制出断屑槽
第三节 切屑的类型及控制
第三节 切屑的类型及控制
第三节 切削的类型及控制
1.切削的类型 2. 切削类型控制
第三节 切屑的类型及控制
1. 切屑的 切屑的类型及控制
第三节 切屑的类型及控制
1. 切屑的类型
由于工件材料不同、切削条件各异，切削过程中生成 的切削形状是多种多样的。切削的形状有：带状、节状、粒 状和崩碎四种类型。
第三节 切屑的类型及控制
4）崩碎切屑：从切削过程来看，切屑在破裂前变形很小，和 塑性材料的切屑形成机理也不同。它的脆断主要是由于材料所 受应力超过了它的抗拉极限。加工脆硬材料，如高硅铸铁、白 口铁、黄铜等，特别是当切削厚度较大时常得到这种切屑。
由于它的切削过程很不平稳，易破坏刀具、损坏机床、已 加工表面粗糙，生产中应力求避免。其方法是减小切削厚度， 使切屑成针状或片状；同时适当提高切削速度，以增加工件材 料的塑性。
第二章 金属切削过程
第三节 切削的类型及控制
1.切削的类型 2. 切削类型控制
第三节 切屑的类型及控制
2. 切屑类型控制
在现行切削加工中，切削速度与金属切除率达到了很高的 水平，切削条件很恶劣，常常产生大量“不可接受”的切屑。
所谓切屑控制（又称切屑处理，工厂中一般简称为“断 屑”），是指在切削加工中采取适当的措施来控制切屑的卷曲、 流出与折断，使形成“可接受”的良好屑形。
在实际加工中，应用最广的切屑控制方法就是在前刀面上 磨制出断屑槽、改变刀具角度、调整切削用量或使用压块式断 屑器。
第三节 切屑的类型及控制
在实际加工中，应用最广的切屑控制方法就是在前刀面上磨制出 断屑槽、改变刀具角度、调整切削用量或使用压块式断屑器。
1) 制出断屑槽
第三节 切屑的类型及控制
第三节 切屑的类型及控制
第四节切屑的类型及控制
② 衡量切屑可控性的标准 不妨碍正常的加工，即不缠绕在工件上、刀具上，不飞溅到机床
的运动部件中； 不影响操作者的安全； 易于清理、存放和搬运。 ③ 切屑控制的措施 在前刀面上磨制出断屑槽或使用压块式断屑器。 推广使用可转位刀具，有专业化的工具厂家和研究单位来集中解
决合理的槽形设计和精确的制造工艺问题带状切屑
小-大） （硬质合金材料中随钴含量的增大和碳化钛含
量的降低而增大）
5. 切削液对切削力的影响 6. 后刀具磨损对切削力的影响
第四节 切削力与切削功率
一． 研究切削力的意义 二． 切削力的来源，切削合力及其分解，切削功率 三． 切削力的测量 四． 切削力的经验公式和切削力估算 五． 影响切削力的因素分析
二． 切削力的来源，切削合力及其分解，切削功率
1. 切削力 2. 切削力的来源
3. 切削合力及分解
Fr（F) ——切削合力 Fz（Fc）——切削力或切向力 Fx（Ff）——轴向力或进给力 Fy（Fp）—— 径向力或切深抗 力、背向力、吃刀力
4. 切削功率与电机功率
Pm
(Fzv
Fxnw f 1000
) 103
Pm Fzv 103
PE
Pm
m
三． 切削力的测量
1. 切削力的理论公式 2. 切削力的测量方法 测定切削功率，计算切削力 用测力仪测量切削力 ➢ 测力仪的测量原理 ➢ 常用的测力仪
四． 切削力的经验公式和切削力估算
3. 刀具角度的影响 前角的影响（对脆性材料影响不大） 负倒棱的影响 主偏角的影响（对三向力的影响有差别） 刀尖圆弧半径的影响 刃倾角的影响 车刀的其他几何参数如主后角、副后角、副偏角、副
的运动部件中； 不影响操作者的安全； 易于清理、存放和搬运。 ③ 切屑控制的措施 在前刀面上磨制出断屑槽或使用压块式断屑器。 推广使用可转位刀具，有专业化的工具厂家和研究单位来集中解
决合理的槽形设计和精确的制造工艺问题带状切屑
小-大） （硬质合金材料中随钴含量的增大和碳化钛含
量的降低而增大）
5. 切削液对切削力的影响 6. 后刀具磨损对切削力的影响
第四节 切削力与切削功率
一． 研究切削力的意义 二． 切削力的来源，切削合力及其分解，切削功率 三． 切削力的测量 四． 切削力的经验公式和切削力估算 五． 影响切削力的因素分析
二． 切削力的来源，切削合力及其分解，切削功率
1. 切削力 2. 切削力的来源
3. 切削合力及分解
Fr（F) ——切削合力 Fz（Fc）——切削力或切向力 Fx（Ff）——轴向力或进给力 Fy（Fp）—— 径向力或切深抗 力、背向力、吃刀力
4. 切削功率与电机功率
Pm
(Fzv
Fxnw f 1000
) 103
Pm Fzv 103
PE
Pm
m
三． 切削力的测量
1. 切削力的理论公式 2. 切削力的测量方法 测定切削功率，计算切削力 用测力仪测量切削力 ➢ 测力仪的测量原理 ➢ 常用的测力仪
四． 切削力的经验公式和切削力估算
3. 刀具角度的影响 前角的影响（对脆性材料影响不大） 负倒棱的影响 主偏角的影响（对三向力的影响有差别） 刀尖圆弧半径的影响 刃倾角的影响 车刀的其他几何参数如主后角、副后角、副偏角、副
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于 和 ｒ的夹 角 为 ７ ２ ＋ 和 一 形 成 一个 力矩 ， ｒ 。 ／ 使 切 屑 以 Ｐ 空 间坐 标 时 为 ｚ） 轴发 生 卷 曲 。 （ 为 此外 ， 随着 切 屑 在 前 刀 面上 流 动 ， 底层 受 到挤 其
压， 晶粒 被拉 长 ， 成 切 屑 底 部 膨 胀 ， 造 促使 切屑进 一
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２０ 第 ３ ０２年 ６卷 Ｎ ｌ ｏ０ ｌ ３
切 屑 形 成 的 基 本 理 论 与 屑 形 控 制
常 兴 武文革 辛 志杰
华北 工 学 院 北 京理 工 大学
摘 要： 论述 了金属切削过程 中切屑变形 与卷曲 的基本 原理 ， 分析 了塑性 金属 与脆性 金 属切 屑 的不 同形成 机
量 ， 必要 对金 属 切 削 过 程 的一 些基 本 理论 进 行 深 有 入研究 和探 讨 。
第一 组 滑移 线 ： 第二 组 滑 移线 ：
Ｕ五
＝ａ ｔ ｎ
：一ａ ｔ ｎ
第一 、 第二 滑 移线 的参 变 量分 别 用 和 代 替 。 选取 滑移 线 ∞ 、 为 两 曲线 坐标 轴 ， 坐 标 轴 的 曲 用 线坐 标 （ ） 示 平 面 上 Ｐ点 的 位 置 （ 图 ２ 。这 ａ， 表 见 ） 样 ， 曲线 坐标 网 的任一 ａ线 上 坐标 等于 常值 ； 在 在
理， 提出 了控制 切屑形状 的基本原则 。
关键 词 ： 属 切 削 ， 切 屑 ， 塑 性 变 形 ， 滑 移 金
Ｅ ｓｎ ａ ｈ ｏ ｙ ｏ ｈ ｐ Ｆ ｒ ａ ｉｎ ａ ｄ Ｃ ｎ ｒ ｌ ｆＣ ｉ ｈ ｐ ｓ ｓ ｅ ｔ ｌＴ ｅ ｒ ｆＣ ｉ ｏ ｍ ｔ ｎ ｏ ｔｏ ｈ ｐ Ｓ ａ ｅ ｉ ｏ ｏ
变形 平 面 上 绘 出 两 组 相 互 正 交 的 曲线 （ 图 １所 如 示 ）从 而形 成 由切屑 形成 过 程 中第 一 变形 区 内部 分 ．
图 １ 滑移 线 和 最 大 剪 应 力 迹 线
滑移线 与流线 （ 相 邻部 分 ） 成 的格 子 。 或 组 滑移线 的微 分方 程 为
Ｃ ａ ｇＸ ｎ Ｗ ｕ Ｗｅ ｇ Ｘｉ ｈＪｅ ｈ ｎ ｉｇ ｎｅ ｎＺ ｉｉ
Ａｈ 蛐 ：Ｔ ｅｅ ｓ ｎ ａ ｅ ｒ ｂ ｕ ｈ ｐ ｄ ｆ ｒ ｔ ｎ ａ ｄ ｃ ｒｓｉ ｔ ｕ ｔ ｇ ｉ ｉｃ ｓｅ ｈ ｓｅ ｔ ｌｔ ｏｙ ａ ｏ ｔ ｉ ｅｏｍａｉ ｎ ｕ ｌ ｎ ｍｅａ ｃ ｔ ｎ ｄｓ ｕ ｓ ｄ，ｔｅ ｆｒ ｔ ｎ ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｆ ｉ ｉ ｈ ｃ ｏ ｌ ｉ ｓ ｈ ｍａ ｏ ｃ ａ ｉｓｏ ｄｆ ｏ ｉ －
Ｋｅ ｗｏ ｄｓ： ｔｌｃ ｔ ｎ ｙ ｒ ｍｅａ ｕｔ ｇ， ｃ ｉ ｉ ｈ ｐ， ｐａ ｔ ｅｏ ｍａｉｎ， ｌ ｓ ｃ ｄ ｆｒ ｔ ｉ ｏ ｓｉ ｐ ｇ ｌｐ ａ ｅ
由于金属切 削过程是 在 高温 、 高压 、 高速 下进
行， 因此切 屑 的 形成 机 理 相 当复 杂 。 为 了 在 切 削 加 工 中有 效控 制 屑 形 ， 提高 加 工效 率 ， 善加 工表 面 质 改
ｆｒｎ ｈｐ ｔ ｅ ｅｗ ｅ ｌｓ ｃ ｍｅａ ｎ ￣ ｉ ｅ ａ ｎ ｌ ｚｄ，ａ ｄ ｔ ｅｂ ｓｃ ｐ ｎ ｉｌｓｏ ｈ ｐ ｓ ａ ｅ ｃ ｎ ｒｌａｅ ｐ ｅｅ ｔｄ． ｅ ｅ ｔｃ ｉ ｙ ｓ ｂ ｔ ｅ ｎ ｐ ａｔ ｔｌ ｄ ｆ ｌ ｍ ｔ ｌ ｓａ ａｙ ｅ ｐ ｉ ａ ｉ ｅ ｉ ｎ ａ ｉ ｒ ｃｐｅ ｆ ｉ ｈ ｐ ｏ ｔ ｌ ｒｓ ｎ ｅ ｈ ｉ ｃ ｏ
式 中 ，ｓ 和 ｄＢ 别 为 曲线 ａ和 的弧长 微 分 。 因 ｄ ｓ分
１ 滑 移 与 滑 移 线
机 械 制造 是 利用 金 属塑 性 变形 机理 ， 采取 滚压 、 轧制 、 冷拔 或 切 削加 工 等方 法 ， 使零 件 达 到要求 的形
状 和 尺寸 。根 据 金 属 塑 性 变 形 理 论 可 知 ， 属 产 生 金 塑性 变形 的基 本 机 理 是 滑 移 ， 滑 移 是 金 属 最 主 要 即 的塑性 变 形方 式 。
任一 线上 坐 标 ａ等 于 常值 。 因此 ， 无 限接 近 Ｐ 在
点 处 ， 标 曲线 ａ和 与选 取 的直 角 坐标 轴 相重 合 ， 坐
因此 可 认 为
金属 的滑 移 仅 在 剪 应 力 作 用 下 才 能 发 生 ， 当 即 剪应 力 ｒ达 到金 属 材 料 的 剪切 强 度极 限 ｒ 时 形 条 件 下 ， 晶 体金 属 中 多
的滑移 是沿 最 大 剪 应 力 方 向发 生 的 ， 滑 移 带 与 最 即
大剪应 力迹 线 相 重合 。假设 在 连续 应 力场 （ 性 区 ） 塑 内最大 剪应 力 迹 线 是 无 限密 集 的 ， 沿 最 大 剪 应 力 则 方 向不 断 由一 点 到 与 其 无 限接 近 的另 一 点 ， 可 在 即
第 一作者 ： 李 辽 宁 省 大连 市
编辑 ： 张 宪
嫂 ， 连 理 工 大 学 机 械 工 程 学 院 ， １ ２ 大 １６＿ ０４
磨 料 磨 具 工 程 ，０ ２２ ：２ ５ ２ ０ （） ５ ６
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１ ４
工 具 技 术
ｄｘ 。 ｄｓ ｎ， ｄｙ ｄｓ ｏ
收 稿 日期 ：０２年 ４月 ２０
图 ２ 与 滑 移 线 相 切 的 直 角 坐 标 系
小 。切 向磨 削 力 随磨 削速 度 的 提高 而 减小 。
参考文献
１ 李 熳 等 ． 晶 金 刚 石 刀 具 磨 削 机 理 试 验 研 究 ． 刚 石 与 聚 金
２ 周泽华 ． 金属切 削原理 ． 上海 ： 海科学技术 出版社 上