模块2金属切削加工中的主要现象及规律金属切削过程是指从工件表面切除多余金属形成已加工表面的过程，即切屑的形成过程。伴随着切屑的形成，产生切削变形、积屑瘤、表面硬化、切削力、切削热和刀具磨损等现象。本模块将从加工现象出发，认识切削加工的本质和规律，以帮助大家更合理地使用刀具和机床，保证切削加工质量，减小能量消耗，提高生产效率。模块2金属切削加工中的主要现象及规律课题1切削中的变形知识点＊切削加工中的主要现象。＊3个变形区。技能点＊熟悉3个变形区。三、相关知识(一)切屑的形成如图2-2(a)所示是在直角自由切削情况下的切屑形成过程。当切削层金属接近始滑移面OA时，将产生弹性变形。进入OA以后，内部切应力达到材料的屈服点，此时将产生塑性变形，即产生金属晶格的一部分与另一部分的相对滑移。如图中质点P由点1向前移动的同时，将沿OA面滑移，其合成运动使点1流动到点2。2~2′就是该滑移量。还有3~3′、4~4′等滑移量。随着滑移量的不断增加，变形逐渐强化，切应力也逐渐增大。在终滑移面OM上，切应力和切应变达到最大值，滑移变形基本结束。如图2-2(b)所示是切屑形成的示意图。将金属材料的被切层看作一叠卡片，如1′、2′、3′、4′、5′等，当刀具切入时，卡片被推移到1、2、3、4、5等位置，卡片之间发生相对滑移，滑移方向就是最大切应力的剪切面。图2-2切屑形成过程在实用条件下，剪切区一般很窄，在0.02～0.2mm之间。【知识链接】由工程力学和金属材料学知识可以知道，塑性金属材料在受压缩或拉伸时，随着外力增加，金属将相继产生弹性变形、塑性变形，并使金属晶格产生滑移，最终断裂。(二)金属切削过程中的变形对塑性金属进行切削时，切屑的形成过程就是切削层金属的变形过程。根据切削过程中整个切削区域金属材料的变形特点，可将刀具切削刃附近的切削层划分为3个变形区，如图2-3所示。第一变形区是在切削刃前面的切削层内的区域；第二变形区是在切屑底层与前刀面的接触区域；第三变形区发生在后刀面与工件已加工表面接触的区域。但这3个变形区并非绝然分开、互不相关，而是相互关联、相互影响、相互渗透。下面将分别介绍3个变形区的变形特点。图2-3切削时的3个变形区1.第一变形区1)变形特点第一变形区是指在切削层内产生剪切滑移的塑性变形区，切削过程中的塑性变形主要发生在这里，所以它是主要变形区。由于此变形区一般是很窄的，因此在实际中常用一个剪切面OM来代替。如图2-4所示的OM剪切面。根据材料力学可知，剪切滑移产生在切应力最大的平面OM上，它和作用力F方向间的夹角为。通常把切削速度vc与剪切面OM间的夹角φ称为剪切角。课题1切削中的变形剪切角φ可按下式计算式中φ——剪切角；β——摩擦角，即切削合力F与前刀面垂直力FN之间的夹角；ro——前角。2)变形程度的衡量金属切削过程中的许多物理现象都与切削过程中的变形程度大小直接有关。衡量切削变形程度大小的方法有多种，实用中较常用也较方便的是用变形系数ζ来衡量变形程度大小。如图2-5所示，切削层经过剪切滑移变形变为切屑，其长度lc比切削层长度l短，厚度hch比切削层厚度hD厚，而宽度基本相等(设为bD)。设金属材料在变形前后体积不变，则图2-5变形系数当工件材料相同而切削条件不同时，ζ值越大说明塑性变形大；当切削条件相同而工件材料不同时，ζ值愈大说明材料塑性大。在应用中，切削层的长度l为已知，只要用细钢丝量出切屑的长度lc，便可计算出变形系数。这个方法很简便，但也很较粗略。变形程度大小的衡量还可由相对滑移ε或剪切角φ大小来衡量。【知识链接】实验证明，第一变形区的厚度随着切削速度增大而变薄。一般情况下，其厚度仅为0.02~0.2mm，故可用一个平面来表示。2.第二变形区图2-6前刀面上的摩擦当切屑沿前刀面流出时，切屑在与前刀面接触的区域，与前刀面挤压摩擦，进一步产生剪切滑移，这就是第二变形区。在第二变形区内，沿前刀面流出的切屑，其底层受到刀具的挤压和接触面间强烈的摩擦，继续进行剪切滑移变形，使切屑底层的晶粒趋向与前刀面平行而成纤维状，其接近前刀面部分的切屑流动速度降低。这层流速较慢的金属层称为滞流层。在高温和高压的作用下，变软的切屑底层的滞流层会嵌入凹凸不平的前刀面的平面中，形成全面积接触，阻力增大，滞流层底层的流动速度趋于零，此时产生粘结现象，这个区域称为粘结区(如图2-6所示的lf1)。图2-6前刀面上的摩擦当切屑继续沿前刀面流动时，粘结区内的摩擦现象不是发生在切屑底层与前刀面之间，而是发生在滞流层内部，滞流层内部金属材料的剪切滑移(切应力大于或等于金属材料的屈服强度τs)代替了切屑底层与前刀面之间的相对滑移，这种摩擦称为内摩擦。在粘结区以外的范围内，如图2-6所示的lf2，由于切削温度降低，