一、 研究金属切削变形过程的意义
金 属切削变形过程的研究，它对于切削加工技术的发展和进步，保证加工质量，降低生产成本，提高生产率，都有着十分重要的意义。很明显，因为金属切削加工中各 种物理现象，如切削力、切削热、刀具磨损以及已加工表面质量等，都是以切屑形成过程为基础的，而生产实践中出现的许多问题，如鳞刺、积屑瘤、振动、卷屑与 断屑等，都同切削变形过程有关。因此，开展金属切削变形过程的研究，正是抓住了问题的根本，深入到本质，重视了基础。
在现代技术装备中，难加工材料的应用愈来愈多，对零件的质量要求亦不断提高，同时，切削加工自动化以及电子计算机在机械制造中的应用日益广泛，这些都要求我们更加深入地掌握金属切削变形过程的规律，以创造出更加先进的切削方法和高质量的刀具，适应生产发展的需要。
金 属切削变形过程的研究，历来在国外都十分重视，花了许多人力物力，也取得了巨大的经济效益。从六十年代末就开始利用透射电镜观察切屑形态，到七十年代开始 利用扫描电镜对切屑形成进行直接的动态观察，再加上高速摄影机和其他先进的测试技术及相关学科基础理论的发展和应用，加快了金属切削变形过程研究工作的发 展。
综 合国内外关于金属切削基础理论、基础技术的科研工作，可以看出，正在从单因素试验进入多因素综合试验，从静态观测进入动态观测，从宏观研究进入微观研究。 随着这些科学研究工作的进展，提供了某些主要物理参数的数学模型和数据，为利用电子计算机辅助设计加工工艺、刀具和机床，为切削加工的自动化和适应控制开 辟了道路，促使本学科和金属切削加工技术较快地向前发展。
二、研究金属切削变形过程的实验方法
1．侧面方格变形观察法
最常用的方法是观察直角自由切削时工件上切削层的金屑变形情况。在Vc=0.003—0.005m／s(0.2—0.3m／min)下，可观察从切削刃接触工件开始直到形成切屑的全过程。
为了对金屑切削层各点的变形看得更清楚，在工件侧面作出细小的方格，察看切削过程中这些方格如何被扭曲，借以判断和认识切削层的塑性变形、切削层变为切屑的实际情形。图3—l是侧面带有小方格的工件的照片。方格的复印方法是先将工件侧面抛光，镀上一层薄铜，然后用照相法将铜腐蚀而成。
观察时，显微镜物镜对准切削区工件侧面，放大20—30倍，便可看到如图3—l所示的图象。
除了上述用显微镜直接观察之外，还可用带有摄影装置的显微镜，摄取像图3—1那样的照片，以便事后从容观察。
近年国内发展了一种新观察法，即利用工业电视，给摄象机换上显微镜头，在电视荧屏上观察切削变形。还可用录象机将切削变形过程录在录象带上，随时可以用所需速度放映录象进行观察。
2．高频摄影法
利用带有显微镜头的高频摄影机，拍摄被切削试件的侧面，可以得到一个完整的从切削变形开始至形成切屑的过程的真实概念。常用的高频摄影机每秒可拍摄几百幅到一万幅以上不等。高频摄影机为研究高速切削时切削变形过程提供了可能性。
随着切削速度的不断提高，使用的高频摄影机的每秒钟格(幅)数也愈来愈多，现在较新的高频摄影机拍摄速度已达每秒钟十几万格甚至更高的频率。利用高频摄影机拍摄切削变形过程，可以看清楚瞬时的变化。
3．快速落刀法
利用一种叫作“快速落刀”装置的特殊刀架，在切削过程中某一瞬间使刀具以极快的速度突然脱离工件，把在某一定切削条件下切削层的变形情况“冻结”下来。落刀后从工件上锯下切屑根部，制成金相标本，用显微镜观察。图3—2是用快速落刀法取得的切屑根部金相显微照片，从这照片上可以看到切削变形区的情况。
快速落刀装置的结构有多种，最简单的一种结构是用手锤敲打刀夹里的刀具，使铸铁销子剪断，从而使刀具迅速脱离工件。这种装置如图3—3所 示，刀夹装在四方刀架上，试验用的车刀借螺栓和销子固定在刀夹上，销子装在刀夹和车刀上的套管中，并在刀夹和车刀的配合面处车出V形槽，使销子在敲断时断 裂面较为平整。这种结构的落刀装置制造和使用都较方便，并能在一般切削速度范围内获得满意的结果。
目前还有一种比较受到重视的爆炸型落刀装置(图3—4)。它也是剪销式落刀装置，不同之处只是利用活塞缸内火药爆炸的力量推动活塞，冲击刀夹，剪断销子，以达到快速落刀的目的。根据计算，此种装置可以保证密10-3秒时间内使刀具脱离工件。使用的火药为普通猎用火药，通电点火。
4．扫描电镜和透视电镜显微观察法
借助于扫描电子显微镜，可以观察到金属晶粒内部的微观滑移情况，使我们能从金属物理的观点来理解金属切削变形过程及其现象。图3—5就是用扫描电镜观察铝切屑侧面的放大照片。从照片上可以清楚地看到带状切屑的层状结构。在照片中切屑是横放着的，毛茸的外表面向上，切屑底面在下，切屑的厚度为170μm[28]
光 学显微镜放大倍数上限约为一千多倍，而且放大倍数越大景深越小。被观察的景物如果不都在同一平面上，在景深以外的部分，便不清晰。扫描和透视电镜景深都很 大，无光学显微镜受景深限制的缺点，而且扫描电镜放大倍数可达数千至一两万倍，而透视电镜可达10万倍。在国内用扫描电镜研究切削变形已很普遍，透视电镜 也有人开始使用[151]。
5．光弹性、光塑性试验法
在实验观察金屑切削变形过程的基础上，为了分折金属变形区的应力情况，不少学者对 切削刃前方的金属进行了弹性力学和塑性力学的研究和实验。图3—6是一幅用偏光镜对切削过程进行光弹试验的照片[36]。 图中的黑白条纹表示在切削力作用下工件材料内的等剪应力曲线。在切削刃前方的正应力是压应力，在它的后方则为拉应力，在二簇等剪应力曲线之间有一条分隔的 中线(图中未表示)。金属在切削过程中，刃前区实际上产生的是塑性变形，而且是很大的塑性交形，所以研究它的应力情况应该作光塑试验，亦即在塑性变形条件 下测试它的应力分布情况。可是，由于塑性理论还是一门比较年轻的科学，用数学方法描述塑性变形体的机械性能要比描述弹性变形体的更困难。试验中，尤其是在 有侧向流动的情况下，入射与反射规律受到干扰，条纹就看不清楚，而且在切削刃处条纹密度过高，照明也成问题。现在做光塑性试验一般都采用光学灵敏的、均匀 非晶体材料，而金属材料却是非均匀的晶体材料，所以目前光塑试验只能作为定性分析的参考，还不能用于定量分折。
6．其他试验方法
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