一, 切屑的形成过程
1．变形区的划分
图
2．切屑的受力分析
如将上述两对力都画在切削刃的前方，就得到直角自由
切削时力与角度的关系图。
c os si n c os
c os
si n c os
si n
si n c os
a D
o
D
o
o
D
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o
F
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p
o
（ 2-8 ）
（ +- ） （ +- ）
cos （ - ）
（ ） = （ 2-9 ）
（ +- ）
sin （ - ）
（ ） = （ 2-10 ）
（ +- ）
F
F
如用测力仪直接测得作用在刀具上的
切削分力 和, 在忽略被切材料对刀
具后刀面作用力的条件下, 即可求得前刀
面对切屑作用的摩擦角 β,进而可近似求得
前刀面与切屑间的摩擦系数 μ。
cF pF
ta n
ta n
?
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p
o
C
（ - ） =
F
F
二, 切削变形程度
切削变形程度有三种不同的表示方法,
分述如下 。
在切削过程中，刀具切下的切屑厚度
通常都大于工件切削层厚度,而切屑长
度 却小于切削层长度 。切屑厚度 与
切削层厚度 之比称为厚度变形系数 ；
而切削层长度与切屑长度之比称为长度变
形系数 。
chh
Dh
chl cl Dh
chh ha?
hl?
h?
1．变形系数 图
由于切削层变成切屑后, 宽度变化很
小, 根据体积不变原理, 可求得
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s in
ch
ha
D
c
hl
ch
OM
OM
h
h
l
l
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o
oo
（ -+ ） （ - ）
sin
90
= =ha? hl? ?
既然切削过程中金属变形的主要形
式是剪切滑移, 当然就可以用相对滑移
（ 剪应变 ） 。 来衡量切削过程的变形程
度 。 如图中, 平行四边形 OHNM发生剪
切变形后, 变为平行四边形 OCPM,其
相对滑移
图
co t t an ( )
o
s N P N K K P
y M K M K
?
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2,相对滑移 ε
在剪切面上, 金属产生了滑移变形,
最大剪应力就在剪切面上 。 图为直角自由
切削状态下的作用力分析, 在垂直于切削
合力 F方向的平面内剪应力为零, 切削合
力 F的方向就是主应力的方向 。 根据材料
力学平面应力状态理论, 主应力方向与最
大剪应力方向的夹角应为 45,即 Fs与 F的
夹角应为 45,故有
图3．剪切角 υ
分析上式可知：
1） 前角增大时, 剪切角随之增大, 变
形减小 。 这表明增大刀具前角可减少切削
变形, 对改善切削过程有利 。
4
4
o
o
?
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2） 摩擦角增大时，剪切角随之减小，
变形增大。提高刀具刃磨质量、采用润滑性
能好的切削液可以减小前刀面和切屑之间的
摩擦系数，有利于改善切削过程。
三, 前刀面上的摩擦
由于 σ(x)随 x变化, 故在粘结接触区
切屑与前刀面的摩擦系数是一个变值, 离
切削刃越远, 摩擦系数越大, 其平均摩擦
系数
1
1
1
00
( ) ( )
f s D s s
AA
n avD
O A O A
dd
F b
F b ? ? ? ? ? ?
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平 均
粘结接触区上各点的摩擦系数
1 ()
s
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四, 积屑瘤的形成及其对切削过程的影响
1．积屑瘤的形成及其影响
积屑瘤的产生
及其成长与工件材
料的性质、切削区
的温度分布和压力
分布有关。塑性材
料的加工硬化倾向
越强，越易产生积
屑瘤；在背吃刀量
和进给量 f保持一
定时，积屑瘤高度
Hb与切削速度
有密切关系，因为
切削过程中产生的
热是随切削速度的
提高而增加的。
2,积屑瘤对切削过程的影响
（ 1） 使刀具前角变大
（ 2） 使切削厚度变化
（ 3） 使加工表面粗糙度增
（ 4） 对刀具寿命的影响
积屑瘤对切削过程的影响有积极的一
面, 也有消极的一面 。 精加工时必须防止
积屑瘤的产生, 可采取的控制措施有：
（ 2） 使用润滑性能好的切削液, 目
的在于减小切屑底层材料与刀具前刀面
间的摩擦 。
（ 1） 正确选用切削速度, 使切削速
度避开产生积屑瘤的区域 。
（ 3） 增大刀具前角，减小刀具前刀面
与切屑之间的压力。
（ 4） 适当提高工件材料硬度，减小加
工硬化倾向。
五, 影响切屑变形的因素
1．工件材料
工件材料强度越高，切屑和前刀面的
接触长度越短，导致切屑和钢刀面的接触
面积减小，前刀面上的平均正应力 增大，
前刀面与切屑间的摩擦系数减小，摩擦角
β减小，剪切角 υ增大，变形系数 将随之
减小。
?av
?h
增大刀具前角 γo，
剪切角 υ将随之增大,
变形系数 将随之减
小；但 γo增大后, 前
刀面倾斜程度加大,
切屑作用在前刀面上
的平均正应力 σav
减小, 使摩擦角 β和摩
擦系数 μ增大而导致 υ
减小 。 由于后一方面
影响较小, 还是随
的 γo增加而减小 。
h?
h?
2,刀具前角 γ0
3,切削速度 Vc
在无积屑瘤产生的切削速度范围内, 切
削速度 越大, 变形系数 越小 。 主要是因
为塑性变形的传播速度较弹性变形慢, 切削
速度 越高, 切削变形越不充分, 导致变形
系数 下降 。 此外, 提高切削速度 还会
使切削温度增高, 切屑底层材料的剪切屈服
强度 τs因温度的增高而略有下降, 导致前刀
面摩擦系数 μ减小, 使变形系数 下降 。
cv
Cv
h?
h?
h?
cv
在无积屑瘤
的切削速度范围
内, 切削层公称
厚度 越大, 变
形系数 越小 。
Dh
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Dh
4,切削层公称厚度
1．变形区的划分
图
2．切屑的受力分析
如将上述两对力都画在切削刃的前方，就得到直角自由
切削时力与角度的关系图。
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（ ） = （ 2-10 ）
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如用测力仪直接测得作用在刀具上的
切削分力 和, 在忽略被切材料对刀
具后刀面作用力的条件下, 即可求得前刀
面对切屑作用的摩擦角 β,进而可近似求得
前刀面与切屑间的摩擦系数 μ。
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二, 切削变形程度
切削变形程度有三种不同的表示方法,
分述如下 。
在切削过程中，刀具切下的切屑厚度
通常都大于工件切削层厚度,而切屑长
度 却小于切削层长度 。切屑厚度 与
切削层厚度 之比称为厚度变形系数 ；
而切削层长度与切屑长度之比称为长度变
形系数 。
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1．变形系数 图
由于切削层变成切屑后, 宽度变化很
小, 根据体积不变原理, 可求得
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既然切削过程中金属变形的主要形
式是剪切滑移, 当然就可以用相对滑移
（ 剪应变 ） 。 来衡量切削过程的变形程
度 。 如图中, 平行四边形 OHNM发生剪
切变形后, 变为平行四边形 OCPM,其
相对滑移
图
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2,相对滑移 ε
在剪切面上, 金属产生了滑移变形,
最大剪应力就在剪切面上 。 图为直角自由
切削状态下的作用力分析, 在垂直于切削
合力 F方向的平面内剪应力为零, 切削合
力 F的方向就是主应力的方向 。 根据材料
力学平面应力状态理论, 主应力方向与最
大剪应力方向的夹角应为 45,即 Fs与 F的
夹角应为 45,故有
图3．剪切角 υ
分析上式可知：
1） 前角增大时, 剪切角随之增大, 变
形减小 。 这表明增大刀具前角可减少切削
变形, 对改善切削过程有利 。
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2） 摩擦角增大时，剪切角随之减小，
变形增大。提高刀具刃磨质量、采用润滑性
能好的切削液可以减小前刀面和切屑之间的
摩擦系数，有利于改善切削过程。
三, 前刀面上的摩擦
由于 σ(x)随 x变化, 故在粘结接触区
切屑与前刀面的摩擦系数是一个变值, 离
切削刃越远, 摩擦系数越大, 其平均摩擦
系数
1
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平 均
粘结接触区上各点的摩擦系数
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四, 积屑瘤的形成及其对切削过程的影响
1．积屑瘤的形成及其影响
积屑瘤的产生
及其成长与工件材
料的性质、切削区
的温度分布和压力
分布有关。塑性材
料的加工硬化倾向
越强，越易产生积
屑瘤；在背吃刀量
和进给量 f保持一
定时，积屑瘤高度
Hb与切削速度
有密切关系，因为
切削过程中产生的
热是随切削速度的
提高而增加的。
2,积屑瘤对切削过程的影响
（ 1） 使刀具前角变大
（ 2） 使切削厚度变化
（ 3） 使加工表面粗糙度增
（ 4） 对刀具寿命的影响
积屑瘤对切削过程的影响有积极的一
面, 也有消极的一面 。 精加工时必须防止
积屑瘤的产生, 可采取的控制措施有：
（ 2） 使用润滑性能好的切削液, 目
的在于减小切屑底层材料与刀具前刀面
间的摩擦 。
（ 1） 正确选用切削速度, 使切削速
度避开产生积屑瘤的区域 。
（ 3） 增大刀具前角，减小刀具前刀面
与切屑之间的压力。
（ 4） 适当提高工件材料硬度，减小加
工硬化倾向。
五, 影响切屑变形的因素
1．工件材料
工件材料强度越高，切屑和前刀面的
接触长度越短，导致切屑和钢刀面的接触
面积减小，前刀面上的平均正应力 增大，
前刀面与切屑间的摩擦系数减小，摩擦角
β减小，剪切角 υ增大，变形系数 将随之
减小。
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增大刀具前角 γo，
剪切角 υ将随之增大,
变形系数 将随之减
小；但 γo增大后, 前
刀面倾斜程度加大,
切屑作用在前刀面上
的平均正应力 σav
减小, 使摩擦角 β和摩
擦系数 μ增大而导致 υ
减小 。 由于后一方面
影响较小, 还是随
的 γo增加而减小 。
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2,刀具前角 γ0
3,切削速度 Vc
在无积屑瘤产生的切削速度范围内, 切
削速度 越大, 变形系数 越小 。 主要是因
为塑性变形的传播速度较弹性变形慢, 切削
速度 越高, 切削变形越不充分, 导致变形
系数 下降 。 此外, 提高切削速度 还会
使切削温度增高, 切屑底层材料的剪切屈服
强度 τs因温度的增高而略有下降, 导致前刀
面摩擦系数 μ减小, 使变形系数 下降 。
cv
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在无积屑瘤
的切削速度范围
内, 切削层公称
厚度 越大, 变
形系数 越小 。
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4,切削层公称厚度
