切削加工过程中被切除的多余材料称为切屑（chip)。切屑形成是一个复杂过程，在不同条件下切屑的形成机理不同，因而切屑会呈现出不同形态。在对塑性材料进行切削加工时，由于工件材料剪切滑移而形成切屑，所以切屑的形态有带状、挤裂、单元型；对脆性材料进行加工 时，由于工件中裂纹扩展而形成切屑，所以其形态主要为崩碎状切屑，但在某些条件下也可获得连续带状或剪切型切屑。
在对切削机理的研究过程中，基于解析方式表达的切削模型最早是1937年Pisspamien 提出的卡片模型，此后发展为基于“剪切角’’的种类繁多的各种切削模型。20世纪70年代由 于计算机和数值计算技术的发展，有限元法被应用于切削过程研究.，基于有限元法的切削过程研究成为目前切削理论研究热点之一。20世纪末，随着人们对微观世界的认识，分子动力学也开始应用到切削研究之中，在原子量级上研究切削过程。
1.塑性材料切屑形成过程
图2. 5为塑性材料二维切削示意图。所谓的二维切削（或正交切削）是指主切削刃与切削 运动方向垂直,且副切削刃不参与切削的切削状态。此时切削厚度沿刀刃方向是相同的，当切 削宽度远大于切削厚度时，除工件两侧外，其中间部分可看做平面应力状态。
从图2.5中可以看出，在切削塑性材料时存在三 个变形区。第一变形区（I)是被切削层材料向切屑转 变时的塑性变形区，从切屑根部照片可看到严重变形 区和未变形区存在明显的界线，被切削层材料在很短 时间内完成了主要的变形。第二变形区（II)由于切屑 在前刀面上流出，在较高温度下受到刀具的挤压作用 进一步发生严重变形。第三变形区（III)为已加工表 面与后刀面的摩擦以及第一变形区的残留部分构成。图2.5塑性材料二维切削过程示意图
塑性材料的切屑形成过程可以描述如下：当刀具 和工件开始接触的瞬间，切削刃和前刀面在接触点挤压工件，使工件内部产生应力和弹性变形。随着切削运动的继续，切削刃和前刀面对工件的挤压作用加强，使工件材料内部应力和变 形逐渐增大，当应力达到材料屈服极限时，被切削层材料沿着剪应力最大的方向滑移，产生塑性变形。随着滑移的产生，剪应力逐渐增大，当剪应力达到材料的屈服极限强度，切削层材料 产生流动。当流动方向与前刀面平行时，不再产生滑移，切削层材料沿前刀面与基体分离。以上过程发生在第一变形区中。试验证明，随着切削速度的增大，第一变形区变薄。一般切削速 度下，第一变形区厚度仅为0.02〜0.2 mm。因此可以用一个平面OM来表示第一变形区。 剪切面OM与切削速度方向的夹角称为剪切角K
当切屑沿前刀面流出时受到前刀面的挤压与摩擦，在前刀面摩擦阻力的作用下，靠近前刀面的切屑底层再次产生剪切变形，也就是第二变形区的变形，使薄薄的一层材料流动滞缓，晶 粒再度伸长，沿着前刀面方向纤维化。这流动滞缓的一层金属称为滞留层，它的变形程度比切屑上层剧烈几到几十倍。
总之，塑性材料的切屑形成过程，就其本质来说，是被切削材料在刀具切削刃和前刀面作
用下，经受挤压产生剪切滑移变形的过程。
2.切削方程
切屑的变形程度可以用变形系数进行评价，通常有切屑长度变形系数6和切屑厚度变形 系数色两种。岛定义为切削层长度与切屑长度之比泛定义为切屑厚度与切削层厚度之比。由 于切削层变成切屑后的宽度变化很小，所以两者基本相等。
剪切角4和切屑变形有着十分密切的关系，彡若减小，切屑便变短、变厚，变形系数便增 大。此外，如果知道了剪切面上的剪切应力r，剪切角#与前刀面的摩擦角及前角y。之间的 关系就可以从理论上求出切削力的大小。许多学者在此方面进行了研究，本节主要介绍其中一种——根据最小切削功原理建立的公式。
在二维切削时，被切削层在剪切面产生变形所需的力是由前刀面通过切屑传递的。图2.6 所示为作用在前刀面的力和通过切屑作用在剪切面的力。作用在前刀面力为正压力Fn和摩 擦力Ft，其合力为如果忽略切屑的惯性力和刃口合力，则与剪切面上变形所需的力F【大 小相等，方向相反，且作用在同一直线上。F:可以分解为剪切面上的正压力&5和剪切力Fs， 也可以分解为水平分力尺和垂直分力F,。
Fs = Frcos + 70) (2. 2)
^s Td q Clw ✓ o o \
r cos (於+ /?— y0) sin 於cos + 70) •
厂=Frcos o-ro > = (2.4)
= F^sin、卜 y。）- sir；：osSi(n/+^-y0) (2.5)
式（2. 4)和式(2. 5)说明了摩擦角卢对切削分力的影响。反过来，如果用测力仪测得了和F,的值，且忽略刃口合力，则可以从下式求得/3，即
^ = tan (/3— 7o) (2.6)
r ^
tan 13即等于前刀面的摩擦因数&这就是通常测定前刀面摩擦系数&的方法。
当已知剪切面上剪应力^前刀面摩擦角和剪切角令时，就可预测切削力。
默钱特认为，剪切角#应根据最小切削功原理确定，亦即剪切面发生在切削所需功率最小 的方向。
切削功率为
P ,_ c* _ ^pQwCQS C 卢一Yq)Vc , n n \
- & = sin i^cos (^ + /?-y„) n
令d Pm/#=0，可得到Pm为最小时的剪切角0满足下式关系：
2卢 + 卢一或 一 ％) (2. 8)
式（2. 8)即为默钱特的剪切角理论公式。在此基础上又发展出了李和谢佛（Lee and Shaf- fer)剪切角公式、奥克斯利（Oxley)剪切角理论公式，此外还有克里斯托夫（Krystof)、肖 (Shaw)等理论公式。其一般通式为
Cr-C2(j3-70) (2. 9)
式中，(^=45° 士（10° 〜15°),1>C2 >0.5。
由式（2.9)可以看出：
①当前角7。增大时，彡角随之增大，变形减小。可见在保证切削刃强度的前提下，增大刀具前角对改善切削过程是有利的；
②当摩擦角/3增大时> 角随之减小，变形增大。因此在低速切削时，采用切削液以减小 前刀面上的摩擦因数是很重要的。