金属切削摩擦理论解析

本文通过摩擦学理论阐述了切屑与刀具之间的相互作用。摩擦学是一个相对较新的金属切削负荷分析领域，主要研究彼此接触的表面在特定温度和压力下的相互作用。 

刀具磨损理论 

在金属切削过程中，刀具会使工件材料变形，并以切屑形式将其剪切下来。变形过程会产生热量、压力和负荷，最终导致刀具磨损或失效。传统的磨损理论认为，失效是由于相互接触但并不相连的切屑和刀具之间的摩擦造成的。 

然而，最近针对刀具失效机理的研究表明，在金属加工中，尤其是在加工高性能的工件材料时，所产生的压力和温度是造成刀具失效的原因，这正是传统磨损理论对于切屑/刀具表面上所发生的情况未充分描述的方面。 

摩擦学研究已经确定，切削过程并非只是简单地将工件材料剪切下来，然后切屑和刀具之间的连接断开。事实上，还会发生第二次、第三次连接和断开。切屑被剪切下来后会粘在前刀面上，然后再被剪切，直到其最后从刀具上滑落。因此，磨损的主要原因在于反复剪切，而不是摩擦。 

图 1 和图 2 显示了金属切削过程中的摩擦。如图 1 所示，工件材料的主要变形发生在区域 5。区域 3 是分离区，也称为停滞点，因为工件材料和刀具之间的相对运动在该区域基本为零。初始剪切发生在主剪切区域 1，工件材料在该区域中被剪切下来并形成切屑。然后，在次剪切区域 2 中，切屑与前刀面接触。高压使切屑粘附在刀具的前刀面上。

图 2 更细致地显示了切屑在区域 2 中的运动。在子区域 A 中，切屑被极大的压力压在切削刃上，并且开始附在刀具上。在子区域 B 中，材料粘附在前刀面上。在子区域 C 中，切屑被从前刀面上剪切下来并沿着前刀面滑动，最后它从刀具上滑落。

图 1 还显示了发生在后刀面上的二次剪切（区域 4 内）。同区域 2 一样，后刀面也发生了同样的剪切和粘附序列。区域 4 中发生的情况会造成后刀面磨损，这种磨损与发生在区域 2 中的前刀面磨损相比更具预测性，因此相对来说危害较小。然而，在某些工件材料中，后刀面上的剪切作用会导致表面硬化或加工硬化，进而对切削刀具和工件产生不利影响。