一、积屑瘤现象
切削钢、球墨铸铁、铝合金等塑性金属时，在切削速度不高，而又能形成带状切屑的情况下，常常有一些从切屑和工件上来的金属冷焊(粘结)并层积在前刀面上，形成硬度很高的楔块，它能够代替刀面和切削刃进行切削，这一小硬块称为积屑瘤。图3—2l表示用快速落刀的方法获得的切屑根部的显微照片。从照片看到积屑瘤包围着切屑刃，并将前刀面和切隔离开来。
积屑瘤具有比工件材料和切屑都高的硬度。图3—22表示积屑瘤、切屑和工件材料的硬度。从图上可见积屑瘤的硬度可达工件材料硬度的2—3.5倍。
在 形成积屑瘤的条件下，开始切削后，只经过很短的切削行程积屑瘤便出现，继而长大，最后长成。例如在切削行程为25mm处，使出现了积屑瘤，刚出现的积屑瘤 比较小；当行程达50mm 时，积屑瘤已经长得比较大；乃至行程为250mm时，积屑瘤长到最大尺寸[50]。
切削速度不同，积屑瘤所能达到的最大尺寸也是不同的。切削速度与积屑瘤高度的关系如示意图3—23所示。根据积屑瘤有无以及积屑瘤高度的增长情况，可以把切削速度划分为四个区域。在Ⅰ区里形成粒状切屑或节状切屑，这时没有积屑瘤出现；在Ⅱ区里形成带状切屑，有积屑瘤生成；积屑瘤的高度随看切削速度的提高而增大。当切削速度增大到Ⅱ区的右边界时，积屑瘤的高度达到最大值。在Ⅲ区里，积屑瘤的高度随着切削速度的提高而减小。当Vc增大到Ⅲ区右边界之值时，积屑瘤便消失。在Ⅳ区里积屑瘤不再生成。
图3—24表示在各种切削速度下积屑瘤的大小和形状(根据显微照片描绘)。从图3—24所示的这组积屑瘤看出：在Vc＜0.167m／s(10m／min)范围内，随着切削速度的增大，积屑瘤显著增大。同时，积屑瘤前端越来越象楔子，越来越深入地楔入切削层与工件之间。从Vc=0.167m/s(10m／min)起，积屑瘤的高度随着切削速度的提高而下降。而且积屑瘤的顶部越趋于与前刀面平行。最后积屑瘤消失。在切削速度提高到积屑瘤消失时，切屑底层高度纤维化，纤维的方向几乎与前刀面平行。这样的切屑底层称为滞流层。
从实验得知，在不相同的切削用量、工件材料、刀具几何参数的情况下，对应于积屑瘤出现和消失的切削速度是不相同的，积屑瘤所能达到的高度也不一样。强度较高的金属在切削速度非常低的情况下也有积屑瘤形成，甚至没有Ⅰ区(图3—23)。
二、积屑瘤对切削过程的影响
1，保护刀具
从图3—21和3—25看出：积屑瘤包围着切削刃，同时覆盖着一部分前刀面。积屑瘤一旦形成，它使代替切削刃和前刀面进行切削。切削刃和前、后刀面都得到积屑瘤的保护，减少了刀具的磨损。
2．增大前角
积屑瘤具有300左右的前角。因而减少了切屑的变形，降低了切削力。
3.增大切削厚度
积屑瘤的前端伸出切削刃之外，伸出量为⊿hD（见图3—25）。有积屑瘤时的切削厚度比没有积屑瘤时增大了⊿hD ，因而影响了工件的加工尺寸。
4．增大巳加工表面粗糙度
某些没有残留面积的切削加工，如拉削、成形切削和自由切削，由切削刃直接切出来的加工表面粗糙度可为Ra 2．5—0．63μ。但是，如果有积屑瘤形成，那么已加工表面粗糙度便大大增大，Ra通常达到5—10μm。至于积屑瘤如何影响粗糙度，将在第九章叙述。
人 们是按照加工的种类和要求判断积屑瘤的利弊。譬如，粗加工对已加工表面质量的要求不高，生成积屑瘤后切削力减小，从而降低能量消耗；或者可加大切削用量， 使劳动生产率得以提高；积屑瘤还能保护刀具，减少磨损。据此可以认为，积屑瘤对粗加工是有利的。对于精加工则相反，精加工要求较高的尺寸精度和较小的表面 粗糙度，可是积屑瘤降低尺寸精度和增大已加工表面粗糙度。所以，积屑瘤对精加工是不利的。
三、积屑瘤的成因
刀—屑因摩擦而导致的冷焊是积屑瘤的成因。切削时切屑和前刀面之间存在着很大的压力，当切屑从前刀面滑出时，便发生强烈的滑动摩擦，切削温度升高，加速了力具与切屑之间的相互的元素扩散，在刀—屑之间形成了一层很薄的(厚度约为0．6μm)新合金层[151]，称之为冷焊层，见图3—26的透射电镜照片。它是一种既不同于刀具材料，又有别于切屑金属的新合金。但是，这层新合金是由刀具和切屑的元素组成的，所以它对刀具和切屑都有很大的亲和力。因此切屑底层、冷焊层、，前刀面表层三者形成了共晶。从图3—26的E、F、G处看出，切屑底层的晶粒结合成为一体，消失了晶界；前刀面表层的晶粒也和冷焊层结合成为一体，也消失了晶界。这种现象称为切屑底层、冷焊层和前刀面表层三者共晶。在共晶的地方 形成一个金属的连续体，。这就是刀—屑冷焊的机理①。用电子探针检测，发现碳元素在冷焊层里富集[151]。显然，冷焊层具有较大的强度。因此，它能将积屑瘤牢牢地焊在前刀面上，使积屑瘤能抵抗切削力的作用而不致从前刀面上脱落。
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