學(xué)習(xí)與研究金屬的切削過程及其規(guī)律是金屬切削加工的基礎(chǔ)，掌握金屬的切削規(guī)律有助于提高切削效率，降低加工成本，保證加工質(zhì)量。深入研究切削規(guī)律有助于面對不斷發(fā)展和變化的科學(xué)技術(shù)，隨著航空、航天技術(shù)的發(fā)展，各種難加工材料不斷出現(xiàn)，各種新型刀具材料不斷產(chǎn)生，要求人們不斷的探索。切削加工技術(shù)的發(fā)展，如自動化加工技術(shù)、微電子技術(shù)等的出現(xiàn)，要求人們更加深入研究金屬切削過程與規(guī)律。當(dāng)今先進制造技術(shù)的基礎(chǔ)--數(shù)控加工技術(shù)的普及與推廣，也要求人們更好地掌握其切削加工規(guī)律，使其發(fā)揮更大的潛力。
金屬切削過程的研究已有上百年的歷史，從早期的以經(jīng)典力學(xué)為基礎(chǔ)，根據(jù)實驗觀察的研究方法，到現(xiàn)代的基于有限元技術(shù)的虛擬仿真技術(shù)，人們的探索始終沒有停止金屬的切削過程非常復(fù)雜，到目前為止，實驗觀察仍然是研究金屬切削過程的主要手段。實驗觀察的方法主要有側(cè)面變形觀察法、快速落刀法、高速攝影法、光彈性與光塑
性實驗法、在線瞬態(tài)體視攝影技術(shù)、掃描電鏡觀察技術(shù)等。到目前為止，人們普遍認為金屬的切削過程實質(zhì)上是金屬擠壓后產(chǎn)生彈、塑性變形造成材料剪切滑移切下金屬材料(切屑)形成已加工表面的過程。描述這個過程通常將金屬的切削變形劃分為三個變形區(qū)進行分析，
(1)金屬切削變形過程及其變形區(qū)的劃分如下圖所示為金屬切削變形過程模型隨著刀具主運動方向的切削運動(圖中刀具左移)，刀具前面對金屬材料產(chǎn)生擠壓，使材料產(chǎn)生彈性變形、塑性變形，隨著變形量的增大，材料沿著最大剪應(yīng)力方向產(chǎn)生金屬滑移，以刀尖處的0點為材料變形分界點，上部的金屬沿前面經(jīng)過進一步的摩擦與變形流出形成切屑下部的材料經(jīng)過后面的進一步擠壓變形與摩擦，然后經(jīng)過彈性回復(fù)形成已加工表面。圖中粗線所示為工件上某質(zhì)點P的流動軌跡示意圖。
(2)第一變形區(qū)上圖中材料從OA線(始滑移線)開始產(chǎn)生塑性剪切滑移，至OM線(終滑移線)結(jié)束滑移，始滑移線0A至終滑移線0M所包含的區(qū)域(I)稱為第一變形區(qū)，其變形特點是剪切滑移。
如下圖所示為第一變形區(qū)金屬滑移模型，其滑移線OA、OB、OC、OM實質(zhì)上是等剪應(yīng)力線，P點運動到1點開始剪切滑移，其合成運動使其流動到2點，2-2就是它的滑移量。隨著P點向刀具的主運動以及剪切滑移的繼續(xù)進行，P點經(jīng)2-3點移動至4點，結(jié)束剪切滑移。
第一變形區(qū)變形抗力是切削力的主要來源之一，同時金屬變形造成材料的加工硬化，并產(chǎn)生切削熱。實際切削中，第一變形區(qū)實際上是很窄的一個區(qū)域，故有時又稱之為前切面。剪切面與主運動方向的夾角稱為剪切角中(圖中未示出)剪切角的大小一定程度上反映了切削第一變形區(qū)變形量的大小，剪切角越大，則剪切面積越小切削變形比較省力。剪切角的大小與刀具的前角切削速度、材料性能和前面的摩擦等因素有關(guān)。
(3)第二變形區(qū)指材料從刀尖處材料變形的分界點0經(jīng)前面流出過程中進一步受到前面擠壓與摩擦而使金屬變形的區(qū)域，這一變形區(qū)各點主要是切屑與前面擠壓和摩擦。下圖所示為第二變形區(qū)的擠壓與摩擦情況示意圖。切削過程中，在切屑沿前面流動之初(ln段)，切屑與前面間的正壓力σγ很大，可達2~3GPa，再加上幾百攝氏度的高溫，使切削底層材料與前面發(fā)生冷焊現(xiàn)象出現(xiàn)切屑與刀具的粘結(jié)，在粘結(jié)狀態(tài)下，切屑與前面的摩擦已非一般意義上的滑動摩擦，轉(zhuǎn)而為刀具切屑和刀具粘結(jié)層與上一層金屬之間的內(nèi)摩擦，即金屬材料內(nèi)部的剪切滑移，由此而產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力與材料的流動應(yīng)力特性以及粘結(jié)面積有關(guān)，表現(xiàn)為摩擦力基本恒定(等于材料的剪切屈服強度)。隨著材料沿前面的流動擠壓力(即正壓力σγ)逐漸減小(進入lΩ段)，冷焊現(xiàn)象消失，切屑與前面的摩擦遵循古典的摩擦定律，即摩擦力的大小與正壓力成正比，即正壓力與摩擦系數(shù)的乘積，摩擦力的大小與接觸面積無關(guān)，對應(yīng)前述的內(nèi)摩擦，這種摩擦又稱之為外摩擦。由此可見，金屬切削過程切屑與前面的摩擦規(guī)律遠比一般意義上的摩擦要復(fù)雜得多第二變形區(qū)的擠壓與摩擦，使金屬切削過程中可能出現(xiàn)積屑瘤和鱗刺現(xiàn)象，影響前面刀具的磨損、切屑的卷曲與斷屑、切削區(qū)的溫度分布規(guī)律等。影響第二變形區(qū)摩擦力變化的因素有:工件材料的性能，切削厚度，切削速度和刀具前角等。
(4)第三變形區(qū) 指材料從刀尖處材料變形的分界點O經(jīng)切削刃鈍圓與后面的摩擦、擠壓與彈性回復(fù)的變形過程，如圖中的Ⅲ區(qū)。下圖所示為第三變形區(qū)形成已加工表面的示意圖，圖中，OB段存在擠壓與摩擦;BC段為后面磨損，以摩擦為主;CD段為彈性回復(fù)，摩擦逐漸減小。第三變形區(qū)的變形區(qū)域較為集中，造成工件表層材料的纖維化和加工硬化，使工件表層留下殘余應(yīng)力，影響已加工表面的表面粗糙度、刀具后面的磨損、背向切削力的大小等。
(5)刃前區(qū)變形分析刃前區(qū)指變形分界點0附近區(qū)域，此處應(yīng)力較為集中而復(fù)雜，金屬的被切削層在此處與工件本體分離，大部分變成切屑，很小一部分留在已加工表面，如圖所示為刃前區(qū)的應(yīng)力分布規(guī)律。
