硬脆非金属材料主要有工程陶瓷、玻璃及石材等。在使用金刚石刀具切削陶瓷时,可以观察到被切削陶瓷在刀刃挤压作用下,在刀刃附近产生裂纹,裂纹先向前下方扩展,深度超过切削深度,而后一边前进一边向上方扩展,作后穿过工件上部的自由表面,此时形成较大的薄片状切屑,并在切削表面上留下凹痕(见图1-8a),这种情况称之为大规模挤裂。如果从这种状态下继续切削,实际切除的只是崩碎后的残留部分,这时发生小规模挤裂,生成切削表面上较平滑的部分(见图1-8b)。另外,由于刀刃后方的材料内存在拉应力,所以在工件已加工表面上可能还会产生与表面大体相垂直的裂纹。在小规模挤裂发生以后,刀刃前方的材料就形成与切削表面近似垂直的形状,切削深度再次变大,切削该部分材料时将再次发生大规模挤裂。大规模挤裂与小规模挤裂交替进行,工件材料就这样被逐步切开。
小规模挤裂是在切削深度较小时发生的,工件材料以粒状或粉末状的切屑被切除,此时发生破碎和不发生破碎的交界线,与刀具前刀面前方材料的最大切应力面的位置相一致,因此,可以认为此时的破碎是由于切应力引起的。大过摸挤裂是在切削深度大的情况下发生的,崩碎切屑的脱落是由于所受应力超过材料的抗拉强度。因此,硬脆材料的切除过程是以断裂破坏为主的过程,这与一般金属材料的切除过程有很大不同。崩碎切屑形成过程中力的波动很大,因此,加工硬脆材料时,宜选用韧性好的刀具材料,采用负前角刀具,并以小的切削深度进行。
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图1-8 陶瓷材料的去除过程与切屑形态