2.1.2 切屑形成过程中的变形特点

1.切屑的形成

切屑的形成是被切削的金属受到刀具的剪切和挤压，产生“剪切滑移”，使切削层与本体金属分离的结果。

如图2-5所示的被加工工件，当切削层受到刀具的挤压时，切削层产生弹性变形。由于工件是被固定的，切削层便沿OM线产生滑移，形成塑性变形。当塑性变形量超过极限时，切削层脱离本体金属，切屑便形成了。OM线与作用力的方向大约成40°～50°，称为滑移线。

2.切削时的变形区

如图2-6 所示，根据实验，切削时塑性变形由OA开始，至OM终了，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，因此这一区域称为剪切区或第Ⅰ变形区；当切削层经剪切后形成的切屑以速度Vch沿前刀面流出时，摩擦力使切屑底层的金属又以剪切滑移的方法再一次变形。由于这种变形主要由摩擦所引起，因而称为摩擦变形区或第Ⅱ变形区；刀具后刀面和工件已加工表面之间，由于挤压、摩擦，使已加工表面产生变形，称为第Ⅲ变形区。

这三个变形区汇集在切削刃附近，内应力比较集中而且复杂。金属就在此处被分离，一部分变成切屑，一部分形成已加工表面。刀具的几何角度、切削刃的形状及锋利程度、切削用量的大小等因素，决定着这三个变形区的大小。其中，切削刃对切屑的切除和已加工表面的形成影响最大。

3.剪切区的变形

剪切区（第Ⅰ区）是金属切削过程中，切应力最大，变形最剧烈的区，切屑的形成就是从这个区开始的。

如图2-7 所示，当切削层中的某一质点P，以切削速度v向刀具接近，未到达剪切区时，只产生弹性变形。随着P点向刀具的逐步逼近，弹性变形越来越大，被切削金属的内应力也随之增大。当P点到达滑移线OA上的1点时，内应力达到材料的屈服点而产生剪切滑移，于是P点未能到达2′点，而是沿滑移线OB滑移到 2 点。同样，P点也未能到达滑移线OC、OM上的3′、4′点，而是沿3、4点从前刀面流出。我们将2-2′、3-3′、4-4′称为滑移量；将金属开始产生滑移的滑移线OA称为始滑移线，结束滑移的滑移线OM称为终滑移线。这个区域就是我们所说的剪切区。在这个区域内，金属沿滑移线产生剪切滑移形成塑性变形，从而形成切屑。

图2-7(a)中，每条滑移线都代表一个切应力相等的曲面，不同的滑移线上的切应力大小不相等。OA上的切应力值等于被加工金属的屈服点，而OB、OC、OM上的切应力，则由于加工硬化而依次升高，在OM达到最大值τmax。当τ未达到金属的抗剪极限时，产生的切屑为带状切屑；当τ达到抗剪极限时，就产生挤裂切屑。

剪切区是一很窄的区域，在一般切削速度范围内大约宽度为0.02～0.2 mm。为方便起见，常用一个平面OM代表这个区域，称为剪切面。如图2-7(b)所示，剪切面OM与切削速度v之间的夹角φ称为剪切角。

我们可以把金属切削过程粗略地模拟为图2-8 的示意图。金属的被切削层好比一叠卡片1′、2′、3′、4′等，当刀具切入时，叠迭卡片被推挤到1、2、3、4等的位置。卡片之间沿剪切面发生滑移。卡片与刀具前刀面接触部

分由于刀具的挤压和摩擦变得较为平整，而外侧则呈锯齿形，或呈不明显的毛茸状，并产生卷曲，便形成切屑。

4.切屑的基本形态

金属切削时，由于工件材料、刀具几何角度、切削用量等的不同，会出现不同形态的切屑，一般可归纳为四种基本形态。

(1) 带状切屑 切屑呈连续条带形状，与刀具前刀面接触的底层较光滑，背面呈毛茸状。一般在加工塑性材料（如碳钢），采用大前角、小的切削厚度、高的切削速度时，会形成这种切屑。这也是正常切削条件下最常见的切屑形态，如图2-9(a)所示。

(2) 挤裂状切屑 切屑背面呈锯齿形，内表面时有裂纹。在加工塑性材料、采用小前角、大切削厚度和小切削速度时，会形成这种切屑，如图2-9(b)所示。

(3) 单元状切屑 切削塑性很大的材料，如铅、纯铜等，切屑容易在刀具前刀面上黏结而不易流出，从而产生很大变形，使材料达到断裂极限，形成较大的变形单元，从而形成这种切屑，如图2-9(c)所示。

(4) 崩碎状切屑 切削脆性材料，如铸铁、黄铜时，切削层通常在弹性变形后未经塑性变形，突然崩碎而成为不规则的碎粒状切屑。工件材料越硬，刀具前角越小，越容易形成这类切屑，如图2-9(d)所示。

切削时，在产生带状切屑的过程中，切削力变化较小，切削过程稳定，已加工表面质量好。但切屑为很长的带状，影响机床的正常工作和人员安全，因此要采取卷屑、断屑措施。在产生挤裂和单元状切屑的过程中，切削力有较大的波动，尤其是单元状切屑，在其形成过程中，可能产生振动而影响加工质量。