【数控刀具选用指南3】金属切削过程的描述（上）
编者按
金属材料在切削过程中会受到刀具的挤压而产生变形。这一物理现象直接影响切削力、切削温度、刀具磨损、已加工表面质量及生产效率。因此有必要对其进行研究，了解其基本规律。
（本篇选自《数控刀具选用指南》第一章第一节（二）金属切削过程的描述）
（一）切削时的三个变形区
以切削塑性金属为例，切削层金属转变为切屑而和母体分离的本质，是工件表层材料在加工过程中，受到刀具切削刃和前刀面的强烈挤压，连续发生弹性变形-塑性变形-断裂破坏，使切削金属不断被变成切屑从前刀面流出，如图1-9所示。图1-10为低速切削时的切削层内三个变形区的示意图。
图1-9 切削变形
a）切削变形示意图 b）切削变形金相图
图1-10 切削时形成的三个变形区
1. 第一变形区 当刀具前刀面以切削速度vc挤压切削层时，切削层中的某点沿OA面开始产生剪切滑移，直至其流动方向开始与刀具前刀面平行，不再沿OM面产生滑移，切削层形成切屑沿刀具前刀面流出。从OA面开始发生塑性变形到OM面的剪切滑移基本完成，这一区域称为第一变形区。第一变形区的主要特征是沿滑移面的剪切滑移变形以及随之产生的加工硬化。
2. 第二变形区 当剪切滑移形成的切屑在刀具前刀面流出时，切屑底层进一步受到刀具的挤压和摩擦，使靠近刀具前刀面处的金属再次产生剪切变形，称为第二变形区。
3. 第三变形区 是工件与刀具后刀面接触的区域，受到刀具刃口和刀具后刀面的挤压和摩擦，造成已加工表面变形，称为第三变形区。这是由于在实际切削中刀具的刃口不可避免地存在钝圆半径rn，使被挤压层再次受到刀具后刀面的拉伸、摩擦作用，进一步产生塑性变形，使已加工表层变形加剧。
（二）切屑形态
由于加工材料性质不同，切削条件不同，切削过程中的变形程度不同。根据切削过程中变形程度的不同，形成4种不同微观形态的切屑，如图1-11所示。
图1-11 切屑的种类
a）带状切屑 b）节状切屑 c）粒状切屑 d）崩碎切屑
1. 带状切屑 切屑连续成带状，内表面光滑，外表面无明显裂纹，呈微小锯齿形。一般加工塑性金属材料（如低碳钢、铜、铝），采用较大的刀具前角γo，较小的切削层公称厚度hD，较高的切削速度vc时，最易形成这种切屑。形成带状切屑时，切削力波动小，切削过程比较平稳，已加工表面粗糙度值较小，但需采取断屑措施，保证正常生产，尤其是自动生产线和自动机床生产。
2. 节状切屑 这种切屑外表面有较深的裂纹，呈较大的锯齿形，内表面有时有裂纹。一般加工塑性较低的金属材料（如黄铜），在刀具前角γo较小，切削层公称厚度hD较大，切削速度vc较低时，或加工碳素钢材料在工艺系统刚性不足时，易形成这种切屑。形成节状切屑时，切削力波动较大，切削过程不太稳定，已加工表面粗糙度值较大。
3. 粒状切屑 又称单元切屑。切削塑性材料时，若整个剪切面上的切应力超过了材料断裂强度，所产生的裂纹贯穿切屑断面时，挤裂呈粒状切屑。采用小前角或负前角，以极低的切削速度和大的切削层公称厚度切削时，易形成这种切屑。形成粒状切屑时，切削力波动大，切削过程不平稳，已加工表面粗糙度值大。
4. 崩碎切屑 加工脆硬材料时，切削层通常在弹性变形后未经塑性变形就被挤裂，形成不规则的碎块状的崩碎切屑。工件材料越脆硬，刀具前角越小，切削层公称厚度越大，越易产生崩碎切屑。形成崩碎切屑时，切削力波动大，切削过程不平稳，且切削层金属集中在切削刃口碎断，易损坏刀具，已加工表面粗糙度值大。
（三）切屑形状
在实际生产中，切屑的处理和运输是需要解决的重要问题。影响切屑的处理和运输的主要因素是切屑的形状，因此，还需按照切屑宏观的形状进行分类。
工件材料、刀具几何参数和切削用量不同，所生成的切屑的形状也会不同。从切屑处理的角度，切屑的形状大体有带状屑、C形屑、崩碎屑、螺卷屑、长紧卷屑、发条状卷屑、宝塔屑及乱屑等，如表1-1所示。
表1-1 切屑形状的分类、形成特征及影响
由表1-1可见，切削加工的具体条件不同，要求切屑的形状也有所变更。脱离具体条件，孤立地评价某一种切屑形状的好坏是没有实际意义的。表1-2表明切削条件对切屑形状的影响情况。
表1-2 切削条件对切屑折断的影响
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