金屬切削過程是機(jī)械制造過程的一個(gè)重要組成部分。金屬切削過程是指將工件上多余的金屬層，通過切削加工被刀具切除而形成切屑并獲得幾何形狀、尺寸精度和表面粗糙度都符合要求的零件的過程。在這一過程中，始終存在著刀具切削工件和工件材料抵抗切削的矛盾，從而產(chǎn)生一系列現(xiàn)象，如切削變形、切削力、切削熱與切削溫度以及有關(guān)刀具的磨損與刀具壽命、卷屑與斷屑等。對(duì)這些現(xiàn)象進(jìn)行研究，揭示其內(nèi)在的機(jī)理，探索和掌握金屬切削過程的基本規(guī)律，從而主動(dòng)地加以有效的控制，對(duì)保證加工精度和表面質(zhì)量，提高切削效率，降低生產(chǎn)成本和勞動(dòng)強(qiáng)度具有十分重大的意義?？傊?，金屬切削過程的優(yōu)劣，直接影響機(jī)械加工的質(zhì)量、生產(chǎn)率與生產(chǎn)成本。因此，必須進(jìn)行深入的研究。
一、切屑形成過程及變形區(qū)的劃分
1、切削變形 金屬的切削過程與金屬的擠壓過程很相似。金屬材料受到刀具的作用以后，開始產(chǎn)生彈性變形；雖著刀具繼續(xù)切入，金屬內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變繼續(xù)加大，當(dāng)達(dá)到材料的屈服點(diǎn)時(shí)，開始產(chǎn)生塑性變形，并使金屬晶格產(chǎn)生滑移；刀具再繼續(xù)前進(jìn)，應(yīng)力進(jìn)而達(dá)到材料的斷裂強(qiáng)度，便會(huì)產(chǎn)生擠裂。
2、變形區(qū)的劃分 大量的實(shí)驗(yàn)和理論分析證明，塑性金屬切削過程中切屑的形成過程就是切削層金屬的變形過程。切削層的金屬變形大致劃分為三個(gè)變形區(qū)：第一變形區(qū)（剪切滑移）、第二變形區(qū)（纖維化）、第三變形區(qū)（纖維化與加工硬化）。

3、切屑的形成及變形特點(diǎn)
1） 第一變形區(qū)（近切削刃處切削層內(nèi)產(chǎn)生的塑性變形區(qū)）金屬的剪切滑移變形
切削層受刀具的作用，經(jīng)過第一變形區(qū)的塑性變形后形成切屑。切削層受刀具前刀面與切削刃的擠壓作用，使近切削刃處的金屬先產(chǎn)生彈性變形，繼而塑性變形，并同時(shí)使金屬晶格產(chǎn)生滑移。
在下圖中，切削層上各點(diǎn)移動(dòng)至AC線均開始滑移、離開AE線終止滑移，在沿切削寬度范圍內(nèi)，稱AC是始滑移面，AE是終滑移面。AC、AE之間為第—變形區(qū)。由于切屑形成時(shí)應(yīng)變速度很快、時(shí)間極短，故AC、AE面相距很近，一般約為0.02一0.2mm，所以常用AB滑移面來表示第—變形區(qū)，AB面亦稱為剪切面。
剪切面AB與切削速度Vc之間的夾角 稱為剪切角。作用力Fr與切削速度Vc之間的夾角ω稱為作用角。

第一變形區(qū)就是形成切屑的變形區(qū)，其變形特點(diǎn)是切削層產(chǎn)生剪切滑移變形。
2） 第二變形區(qū)（與前刀面接觸的切屑層產(chǎn)生的變形區(qū)）內(nèi)金屬的擠壓磨擦變形
經(jīng)過第一變形區(qū)后，形成的切屑要沿前刀面方向排出，還必須克服刀具前刀面對(duì)切屑擠壓而產(chǎn)生的摩擦力。此時(shí)將產(chǎn)生擠壓摩擦變形。
應(yīng)該指出，第一變形區(qū)與第二變形區(qū)是相互關(guān)聯(lián)的。前刀面上的摩擦力大時(shí)，切屑排出不順，擠壓變形加劇，以致第一變形區(qū)的剪切滑移變形增大。
3） 第三變形區(qū)（近切削刃處已加工表面內(nèi)產(chǎn)生的變形區(qū)）金屬的擠壓磨擦變形
已加工表面受到切削刃鈍圓部分和后刀面的擠壓摩擦，造成纖維化和加工硬化。
二、切削變形程度的度量方法

1、相對(duì)滑移ε

相對(duì)滑移ε是用來量度第1變形區(qū)滑移變形的程度。如右圖，設(shè)切削層中A'B'線沿剪切面滑移至A"B"時(shí)的距離為△y，事實(shí)上△y很小，故可認(rèn)為滑移是在剪切面上進(jìn)行，其滑移量為△s。則相對(duì)滑移ε表示為：

2、 變形系數(shù)∧h

變形系數(shù)∧h是表示切屑的外形尺寸變化大小的一個(gè)參數(shù)。如右圖所示，切屑經(jīng)過剪切變形、又受到前刀面摩擦后，與切削層比較，它的長度縮短、厚度增加，這種切屑外形尺寸變化的變形現(xiàn)象稱為切屑的收縮。

變形系數(shù)∧h表示切屑收縮的程度，即

從上圖可知，剪切角 變化對(duì)切屑收縮的影響， 增大剪切面AB減短，切屑厚度hch減小，故∧h變小。它們之間的關(guān)系如下：

從上面兩個(gè)公式可知，剪切角 與前角γ0是影響切削變形的兩個(gè)主要因素。如果增大前角γ0和剪切角 ，使相對(duì)滑移ε、變形系數(shù)∧h減小，則切削變形減小。

注意：由于切削過程是一個(gè)非常復(fù)雜的物理過程，切削變形除了產(chǎn)生滑移變形外，還有擠壓、摩擦等作用，而ε值主要從剪切變形考慮；而∧h主要從塑性壓縮方面分析。所以，ε與∧h都只能近似地表示切削變形程度。

三、剪切角的確定

剪切角 是影響切削變形的一個(gè)重要因素。若能預(yù)測(cè)剪切角 的值，則對(duì)了解與控制切削變形具有重要意義。為此，許多學(xué)者進(jìn)行了大量研究，并推薦了若干剪切角 的計(jì)算式。

從上面公式可看出： 與γ0、β有關(guān)。增大前角γ0、減小摩擦角β，使剪切角 增大，切削變形減小，這一規(guī)律已被普遍用于生產(chǎn)實(shí)踐中。
從上面公式也可看出：第2變形區(qū)產(chǎn)生的摩擦對(duì)第1變形區(qū)剪切變形的影響規(guī)律。

四、積屑瘤的形成及其對(duì)切削過程的影響

在切削速度不高而又能形成連續(xù)切屑的情況下，加工一般鋼料或其它塑性材料時(shí)，常常在前刀面處粘著一塊剖面有時(shí)呈三角狀的硬塊。這塊冷焊在前刀面上的金屬稱為積屑瘤（或刀瘤）。它的硬度很高，通常是工件材料的2—3倍，在處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)時(shí)，能夠代替刀刃進(jìn)行切削。

1、積屑瘤是如何形成的?

1）切屑對(duì)前刀面接觸處的摩擦，使前刀面十分潔凈。
2）當(dāng)兩者的接觸面達(dá)到一定溫度同時(shí)壓力又較高時(shí)，會(huì)產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象，即一般所謂的“冷焊”。切屑從粘在刀面的底層上流過，形成“內(nèi)摩擦”。
3）如果溫度與壓力適當(dāng)，底層上面的金屬因內(nèi)摩擦而變形，也會(huì)發(fā)生加工硬化，而被阻滯在底層，粘成一體。
4）這樣粘結(jié)層就逐步長大，直到該處的溫度與壓力不足以造成粘附為止。

2、形成積屑瘤的條件：

主要決定于切削溫度。此外，接觸面間的壓力、粗糙程度、粘結(jié)強(qiáng)度等因素都與形成積屑瘤的條件有關(guān)。
1）一般說來，塑性材料的加工硬化傾向愈強(qiáng)，愈易產(chǎn)生積屑瘤；
2）溫度與壓力太低，不會(huì)產(chǎn)生積屑瘤；反之，溫度太高，產(chǎn)生弱化作用，也不會(huì)產(chǎn)生積屑瘤。
3）走刀量保持一定時(shí)，積屑瘤高度與切削速度有密切關(guān)系。

3、積屑瘤對(duì)切削過程的影響

1）實(shí)際前角增大
它加大了刀具的實(shí)際前角，可使切削力減小，對(duì)切削過程起積極的作用。積屑瘤愈高，實(shí)際前角愈大。
2）使加工表面粗糙度增大
積屑瘤的底部則相對(duì)穩(wěn)定一些，其頂部很不穩(wěn)定，容易破裂，一部分連附于切屑底部而排出，一部分殘留在加工表面上，積屑瘤凸出刀刃部分使加工表面切得非常粗糙，因此在精加工時(shí)必須設(shè)法避免或減小積屑瘤。
3）對(duì)刀具壽命的影響
積屑瘤粘附在前刀面上，在相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，可代替刀刃切削，有減少刀具磨損、提高壽命的作用。但在積屑瘤比較不穩(wěn)定的情況下使用硬質(zhì)合金刀具時(shí)，積屑瘤的破裂有可能使硬質(zhì)合金刀具顆粒剝落，反而使磨損加劇。

4、防止積屑瘤的主要方法

1）降低切削速度，使溫度較低，粘結(jié)現(xiàn)象不易發(fā)生；
2）采用高速切削，使切削溫度高于積屑瘤消失的相應(yīng)溫度；
3）采用潤滑性能好的切削液，減小摩擦；
4）增加刀具前角，以減小切屑與前刀面接觸區(qū)的壓力；
5）適當(dāng)提高工件材料硬度，減小加工硬化傾向。

五、切削變形變化規(guī)律

從相對(duì)滑移ε、變形系數(shù)∧h計(jì)算式中可知，剪切角 與前角γ0是影響切削變形的兩個(gè)主要因素。如果增大前角γ0和剪切角 ，使相對(duì)滑移ε、變形系數(shù)∧h減小，則切削變形減小。

1、前角：增大前角γ0，使剪切角 增大，變形系數(shù)∧h減小，因此，切削變形減小。

生產(chǎn)實(shí)踐表明：采用大前角刀具切削，刀刃鋒利、切入金屬容易，切屑與前刀面接觸長度減短、流屑阻力小，因此，切削變形小、切削省力。
2、切削速度：切削速度Vc是通過積屑瘤使剪切角 改變和通過切削溫度使摩擦系數(shù)μ變化而影響切削變形的。

3、進(jìn)給量：進(jìn)給量f增大，使變形系數(shù)∧h減小。

4、工件材料：工件材料硬度、強(qiáng)度提高，切削變形減少。