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第五章 金属切削原理 第一节切削要素和切屑的形成 切削金属时，刀具前刀面的推挤与切削刃的切割，使切削层变成切屑并与工件分离而形成了已加工表面，这个过程叫作切削过程。在切削过程中会出现一系列的物理现象，如变形、切削力、切削热和刀具的磨损等。 一、切削要素切削要素 可分为工艺性切削要素和物理性切削要素两类。 （一）工艺性切削要素 工艺性切削要素又称切削用量三要素，其中包括有切削速度v、进给量 f 和背吃刀量a P。 （二）物理性切削要素 物理性切削要素又称切削横截面参数。 切削层是指工件每转一转，正被切削刃切削的那一层，而切削层横截面是指被工件的轴向截面所截的截面，如图 5 -1 所示。它表明切削过程中的物理性质，包括有切削厚度 h D 、切削宽度 b D 和切削面积 A D 。 1 ．切削厚度( hD )表示被切下来的切削层的厚度。 当车外圆（刃倾角入S=0°）时： hD ＝ f s i n k r ， hD的大小反映出切削刃单位长度上的工作量，对切削层的变形，切削的形成、切削力、刀具的磨损及工件的已加工表面粗糙度等的影响极大.圆弧刃切削时，切削层各点的切削厚度不等，见图 5 -2b。 2 ．切削宽度 b D表示切削表面沿主切削刃方向上的长度。 它直接表示出主切削刃的工作长度，在一定的条件下增大主切削刃工作长度能提高生产率，使切屑变薄，同时又改善了散热条件。 b D = a p / s I n K r 3 ．切削面积 是切削层在基面 P r内的面积。它分为名义切削面积(AD )、实际切削面积(ADE)和剩余切削面积 (△ AD) (1)名义切削面积(AD ) :(图5-3中ABCD的面积) (2)实际切削面积 (ADE) :等于名义切削面积 AD 减去剩余切削面积 △ AD 所得之差，即： ADE ＝ AD- △ AD (3)剩余切削面积 △ AD :如图 5-3的 ABE 是指当刀具副偏角不为0时，切削刃从位置 I 移至位置 Ⅱ后，残留在已加工表面上的不平部分的截面面积（图 5-3中的 ABE ）。因为剩余切削面积 △ AC′的值极小，所以通常在计算实际而切削面积时，还是以名义明面 AD 来计算， △ AD 可略去不计。但是，它却是影响工件表面粗糙度的主要因素之一 . 4 ．作用切削刃长度 lsa 当刃倾角入s=0时，主切削刃的实际工作刃段长度就等于切削宽度 b D。 （三）切削机动时间的计算 二、切屑的形成过程与变形规律及其影响因素 (一)切屑的形成过程 金属切削层变为切屑的过程分为四个阶段: 1 ．挤压阶段:当车刀接触工件后，使金属受到挤压力而局部发生弹性变形; 2 ．滑移阶段:当刀具继续前进，使工件材料受到更大的挤压力切削层发生塑性变形;金属晶体沿一定方向产生滑移，但尚未分离; 3 ．挤裂阶段:刀具连续前进，工件材料内应力和应变不断增大，金属在某一界面上产生裂痕，称挤裂线。由于应力达到材料的极限强度并形成切屑。当应力达到断裂点时金属晶体开始分离 ; 4 ．切离阶段:工件材料出现裂痕后，继续受到挤压,使其与工件表面分离，在刀具前刀面上形成切屑流出. （二）切屑的种类 按金属材料的切削加工性质，可将其分为塑性材料与脆性材料。塑性好的较软材料比硬而脆的材料变形大，非常脆硬的材料变形极小或几乎不变形。因此，形成的切屑形状一般有四种，见图 5 -6 。 1 ．带状切屑 在终滑移面上滑移还没达到破裂程度，即塑性变形还不充分，就形成了连续不断的切屑，故称为带状切屑。它的背面是毛茸状，而底面很光滑.产生带状切屑时，其形成的过程平稳，切削力变化小，工件表面粗糙度值较小，刀具磨损较慢，是一种较理想的切屑。切屑连绵不断,必须采取断屑措施。 2 ．节状切屑 在终滑移面上滑移比较充分，即塑性变形比较充分，已达到破裂程度，但在挤裂面上尚不很充分，切屑是不完全破裂的金属，称为节状切屑，也叫挤裂切屑 . 一般粗车中等硬度的材料，采取较低的切削速度和较大的进给量时，容易形成节状切屑。它形成时的变形较大，切削力较大，且有波动，工件已加工表面比较粗糙。 3 ．粒状切屑 当发生裂缝贯穿切屑而成颗粒状时，称为粒状切屑或单元切屑，也叫破裂切屑。它的塑性变形极为充分.这时切削力的波动较大。减少前角，降低切削速度，加大切削厚度会形成粒状切屑。 4 ．崩碎切屑 切削脆性材料如铸铁、青铜等，切屑层一般经过弹性变形而未经塑性变形就会突然崩裂，成为崩碎切屑切屑的压力集中在刃口附近，对刀尖的冲击