由于积屑瘤会改变刀具工作时的实际前角，当其变化与脱落时，又会影响已加工表面粗糙度、刀具磨损等。当切屑经前刀面流出时，第Ⅱ变形区滞流层中的一部分金属，在适当的温度与压力条件下与母体分离，牢固地粘结在前刀面上，成为形成积屑瘤的核。由此可见，形成粘结和加工硬化是积屑瘤成长的必要条件。因而引起积屑瘤脱落和消失的主要原因也是切削温度。
金属切削过程中的物理现象
金属切削过程中的物理现象有切削变形、切削力、切削热、刀具磨损。
一、金属切削简介
金属切削是金属成形工艺中的材料去除加成形方法，在当今的机械制造中仍占有很大的比例。金属切削过程是工件和刀具相互作用的过程。刀具从待加工工件上切除多余的金属，并在控制生产率和成本的前提下，使工件得到符合设计和工艺要求的几何精度、尺寸精度和表面质量。
为实现这一过程，工件与刀具之间要有相对运动，即切削运动，它由金属切削机床提供。机床、夹具、刀具和工件构成一个机械加工工艺系统。金属切削过程的各种现象和规律都将在这个系统的运动状态中去研究。
二、发展简史
金属切削原理的研究始于19世纪中叶。1851年，法国人M.科克基拉最早测量了钻头切削铸铁等材料时的扭矩。
列出了切除单位体积材料所需功的表格1864年，法国人若塞耳首先研究了刀具几何参数对切削力的影响1870年，俄国人季梅首先解释了切屑的形成过程，提出了金属材料在刀具的前方不仅受挤压而且受剪切的观点。
切削力与切削热
一、切削力
切削时刀具的前面和后面上都承受法向力和摩擦力，这些力组成合力F，在外圆车削时，一般将这个切削合力F分解成三个互相垂直的分力：切向力F──它在切削速度方向上垂直于刀具基面，常称主切削力。
径向力F──在平行于基面的平面内，与进给方向垂直，又称推力；轴向力F──在平行于基面的平面内，与进给方向平行，又称进给力。一般情况下，F最大，F和F较小，由于刀具的几何参数刃磨质量和磨损情况的不同和切削条件的改变，F、F对F的比值在很大的范围内变化。
切削过程中实际切削力的大小，可以利用测力仪测出。测力仪的种类很多，较常用的是电阻丝式和压电晶体式测力仪。测力仪经过标定以后就可测出切削过程中各个分力的大小。
二、切削热
切削金属时，由于切屑剪切变形所作的功和刀具前面、后面摩擦所作的功都转变为热，这种热叫切削热。使用切削液时，刀具、工件和切屑上的切削热主要由切削液带走。
不用切削液时，切削热主要由切屑、工件和刀具带走或传出，其中切屑带走的热量最大，传向刀具的热量虽小，但前面和后面上的温度却影响着切削过程和刀具的磨损情况，所以了解切削温度的变化规律是十分必要的。
金属切削过程的实质是什么
金属切削理论是在生产实践与切削实验中，总结出的关于金属切削过程中基本物理现象变化规律的理论。这些基本物理现象包括：切削变形、切削力、切削温度和刀具磨损等。学习并掌握这些规律，以提高切削加工的生产率、加工质量和降低生产成本。一、切削变形
金属切削过程，从实质讲，就是产生切屑和形成已加工表面的过程。产生切屑和形成已加王表面是金属切削时密切相关的两个方面。切削变形就是从这两个方面讨论切削过程。因而学习切削变形是学习其它物理现象的基础。
一、切削方式
切削时，当工件材料一定，所产生切屑的形态和形成已加工表面的特性，在很大程度上决定于切削方式。切削方式是由刀具切削刃和工件间的运动所决定，可分为：直角切削、斜角切削和普通切削三种方式。
二、切削变形概述
（一）切屑的基本形态：
金属切削时，由于工件材料、刀具几何形状和切削用量不同，会出现各种不同形态的切屑。但从变形观点出发，可归纳为四种基本形态 (如图3—2)。
1．带状切屑 切屑呈连续状、与前刀面接触的底层光滑、背面呈毛葺状。
2．挤裂状切屑 切屑背面呈锯齿形、内表面有时有裂纹。
3．单元状切屑 切削塑性很大的材料，如铅、退火铝、纯铜时，切屑容易在前刀面上形成粘结不易流出，产生很大变形，使材料达到断裂极限，形成很大的变形单元，而成为此类切屑。
4．崩碎状切屑 切削脆性材料，如铸铁、黄铜等时，形成片状或粒状切屑。
切削时，在产生带状切屑的过程中，切削力变化较小，切削过程稳定，已加工表面质量好。但切屑成为很长的带状，影响机床正常工作和工人安全，因而要采取断屑措施；在产生挤裂状和单元状切屑的过程中，切削力有较大的波动，尤其是单元状切屑，在其形成过程中可能产生振动影响加工质量；在切削铸铁时，由于所形成的崩碎状切屑是经石墨边界处崩裂的，因而已加工表面的粗糙度值变大。
（二）积屑瘤
在某一定切削速度范围内，切削钢、 4～6黄铜、铝合金等材料时，切削刃附近的前刀面上会出现一块堆积物，代替切削刃工作，把这个堆积物称为积屑瘤。由于积屑瘤会改变刀具工作时的实际前角，当其变化与脱落时，又会影响已加工表面粗糙度、刀具磨损等。因而积屑瘤也常作为切削时一个重要物理现象进行研究。根据实验，积屑瘤具有以下特点：化学性质与工件材料相同；硬度增加约为母体材料的2～4倍；与前刀面粘结牢固；消失或脱落具有一定的临界切削温度；不稳定，成长、脱落反复进行。
1．积屑瘤的产生与成长 由电子扫描得出的积屑瘤产生与成长模型。当切屑经前刀面流出时，第Ⅱ变形区滞流层中的一部分金属，在适当的温度与压力条件下与母体分离，牢固地粘结在前刀面上，成为形成积屑瘤的核。粘结是金属原子问在其作用力的范围内，相互吸引而结合的状态，其条件大体为：两金属的可溶性；结合是金属结合以及必要的温度和充分的接触时间等。温度对粘结起着决定性的作用。因为组织，由于加工硬化其硬度与切屑相比增加很多。由此可见，形成粘结和加工硬化是积屑瘤成长的必要条件。
2．积屑瘤的脱落与消失 当切削温度升高到某一临界值时，积屑瘤就消失，这个值约为．500～600℃与金属材料的再结晶温度560℃相当。这时，由于温度高，金属的延展性增加，加工硬化消失，堆积物变软被切屑带走，积屑瘤就脱落或消失。因而引起积屑瘤脱落和消失的主要原因也是切削温度。
在实际切削过程中，由于各种因素的影响，会导致切削温度的不断变化，因而即使在相同切削条件下，积屑瘤也处于不稳定状态，时而成长，时而脱落的反复变化。
3．控制积屑瘤的措施积屑瘤代替切削刃工作，能起到保护切削刃的作用，并使刀具实际前角增大，是其有利方面；但由于积屑瘤形状不规则和不稳定，直接影响已加工表面粗糙度，以及使用硬质合金刀具切削时，积屑瘤的脱落，可能会剥落硬质合金颗粒，加剧刀具磨损，是其不利方面。可以说积屑瘤对切削弊多利少。因而，精加工时，一定要避免产生积屑瘤；即使在粗加工，如采用硬质合金刀具，也不希望产生积屑瘤。但如能掌握其规律，进行控制与利用，也可化弊为利，如银白切屑车刀就是一例。通常主要采用以下措施进行控制：
1)降低材料的延展性，提高硬度，减少滞流层的形成；
2)控制切削速度u，，以控制切削温度：
低速时 (速度10m／rain以下)，由于温度低(低于300℃)，不会引起粘结，不会形成积屑瘤核，因而不会形成积屑瘤。通常用高速钢刀具低速精车螺纹或用铰刀低速精铰孔可得到较小的表面粗糙度值。
高速时 (速度100m／min以上)，由于温度高(在500～600℃以上)，积屑瘤的加工硬化消失积屑瘤就消失。采用高速切削，也能获得小的表面粗糙度值。
中速时 (切削中碳钢速度20～30m／min)，温度适宜(约300～400℃)，积屑瘤最大，表面粗糙度值也最大。
也可通过采用切削液、增大前角 (y。>35度)、减小切削厚度等方法，减少以至消除积屑瘤。
5．焊接元件应尽量选用型材
在焊接结构中，常常是将各个焊接元件组焊在一起。如果能合理选用型材，就可以简化焊接工艺过程，有效地防止焊件变形。图 3—24a所示的焊件是用三块钢板组焊而成的，它有四道焊缝。而图3—24b则表示同一焊件由两个槽钢组焊而成，只需在接合处采用分段法焊接，既可简化焊接工艺，又可减小焊接变形。如果能选用合适的工字钢，就可完全省掉焊接工序
金属切削过程中的物理现象是由什么造成的
金属切削时，刀具切入工件，使被加工材料发生变形并成为切屑所需的力，称为切削力。 切削力的来源： (1)克服被加工材料对弹性变形的抗力； (2)克服被加工材料对塑性变形的抗力；切削加工如何消除鳞刺？鳞刺是什么
展开全部1 鳞剌现象
金属材料在切削过程中，往往在零件表面上出现不同程度的鳞刺现象，而且因材料不同、切削用量不同、刀具刃几何角度不同，表现出来的鳞刺高低程度也不同。有资料表明，在较低的切削速度下，用高速钢、硬质合金或陶瓷刀具，切削一些常用的塑性金属材料时，在车、刨、插、钻、拉、滚齿、车螺纹、铰螺纹、板牙等加工工序中，都可能出现鳞刺。鳞刺对零件表面质量有严重影响，使零件表面层产生残余应力，进而使零件表面容易产生微裂纹，降低零件的疲劳强度。对于装配零件，装配后，实际接触表面减小、接触刚度降低，影响机器的工作精度。由此可知，鳞刺是切削加工中获得较好的表面质量的一大障碍。
2 鳞刺的形成过程及原因
鳞刺形成的开始是抹拭阶段，这时前一鳞刺已经形成，新鳞刺还未出现，切屑沿着前刀面流出，切屑以刚切离的新鲜表面抹拭刀的前面，将前刀面上起润滑作用的吸附膜逐渐拭净，切屑和前刀面的摩擦系数逐渐加大，切屑底层金属流速降低，金属纤维被拉长，出现“滞流”现象，当接触面间切削刃处的压力、温度增加到一定程度时，切屑底层中的切应力超过材料的剪切强度，滞流层金属流速为零，此时切屑和刀具就发生冷焊现象如图1(a)所示，切屑停留在前刀面上，暂时不沿前刀面流出，且代替前刀面挤压待切削层，这时切削刃的前下方切屑与加工表面之间出现一裂口，如图1(b)所示，由于切削运动的连续性，切屑一旦滞留在前刀面上，便代替刀具继续挤压切削层，使切削层中受到挤压的金属转化为切屑，而这部分新成为切屑的金属，将逐层地积聚在起挤压作用的那部分切屑的下方，这些金属一旦积聚并转化为切屑，便立即参加挤压切削层的作用，如图1(c)所示。随着层积过程的发展，切削厚度将逐渐增大，切削力随之增大，切削抗力也随之增大，切屑沿前面流出时的水平推力也增大。
图1 鳞刺形成过程各阶段示意图
当层积金属达到一定厚度后，水平分力也随之增大到能够推动切屑重新流出的程度，于是切屑又重新开始沿前刀面流出，同时切削刃便刮出鳞刺的顶部，一个鳞刺的形成过程使告结束，紧接着又开始另一个新鳞刺的形成过程，如图1(d)所示。
从前面的鳞刺形成的过程看，金属材料尤其是塑性金属材料在切削加工过程中，导致鳞刺形成的原因是前刀面与切屑摩擦形成粘结层并逐渐堆积，切屑在刀具的前刀面上周期性地停滞，代替刀具的前刀面挤压切削层，加剧了金属的塑性变形。切削层金属的积聚，使切削层增大并向切削线以下延伸，导致切削刃前方的加工面上产生导裂，当切削力超过粘结力时，切屑流出并被切离而导裂层残留在已加工表面上形成鳞刺。需要说明的是积屑瘤对鳞刺也有影响：金属在切削加工过程中，常常有一些从切屑或工件上带来的金属层积并冷焊在前刀面上，形成硬度很高的金属块，它能代替刀面和刀刃进行切削，这一小硬块就是积屑瘤。由于积屑瘤使用其圆钝的前端挤压切削层，使切削层中的金属大部分成为切屑流出，而很小一部分周期地冷焊和层积在积屑瘤的前端，层积到一定高度后，便被积屑瘤刮顶而成为鳞刺。从另一个方面讲，积削瘤的存在，导致刀具的切削角度变化，由切削瘤代替切削刃切削，刀具的锋利程度下降，刀具变钝，更容易造成切削层在刀具的前刀面上层积，增大切削抗力，致使切削表面撕裂，形成鳞刺(如图2)，积屑瘤周期地形成鳞刺并使积削瘤前端周期地破碎(为此，积屑瘤加剧鳞刺的形成，使加工表面质量严重下降。
图2 积屑瘤对鳞刺的影响示意图
3 切削因素的影响及抑制措施
影响鳞刺的主要因素有：切削速度、切削深度、刀具的前角、工件的材质和切削液。
切削速度
切削速度主要是通过切削温度来影响鳞刺，温度在一定范围时，刀和屑间的摩擦系数最大，容易产生切削层的层积，切削速度是影响切削温度的主要因素，在某一适中切削速度范围内容易形成鳞刺。通过实践发现，切削速度低时，开始出现鳞刺但高度较小，鳞刺的高度随着切削速度的提高而增大，达到一定速度时便减小，最后消失。
切削厚度
如果在同一切削速度下，切削厚度增大时，切削温度和力及与切屑接触长度随之增大，因此，鳞刺形成及高度随着切削厚度增大而增大。
刀具的前角
刀具的前角增大时，前刀面上的法向力减小，切削温度降低，切屑变形减小，当切削速度低时，鳞刺的高度随前角增大而下降，但切削速度高时，随着切削温度的升高，鳞刺的高度却随着前角增大而增大。
材质
在实践中发现，在较低的切削速度下，经过调质处理的工件，切削后鳞刺较大；正火处理的工件较小。但在较高的切削速度下，情况完全不一样，经调质处理的工件产生鳞刺高度较小，正火退火处理的工件较高。
切削液及其他
切削液的使用，可以有效控制切削温度，减少摩擦，采用润滑冷却性能很好的切削液可以防止和抑制鳞刺产生和生长。选用与工件材料化学亲和性差的刀具材料，也可以抑制鳞刺产生。
