Основным признаком процесса пластической деформации материала является необратимое изменение формы тела под действием внешних сил без нарушения сплошности деформируемого тела.

Все металлы и их сплавы состоят из множества отдельных зерен кристаллов (кристаллитов), прочно соединенных между собой. При механическом воздействии на металл в его зернах возникают напряжения, под влиянием которых зерна деформируются, т.е. вытягиваются в одном направлении и сужаются в другом. Деформация металлических зерен протекает путем сдвигов, происходящих по плоскостям скольжения, расположенным параллельно определенной кристаллографической плоскости.

Каждая полоса скольжения – это локальная область материала с повышенной плотностью определенным образом ориентированных и взаимосвязанных дислокаций. Движение полосы скольжения обеспечивает пластическую деформацию, интенсивность которой в объеме материала возрастает с увеличением количества таких полос. В полосах скольжения в процессе своего движения дислокации встречают препятствия (например, частицы выделения, границы зерен и др.). Остановка дислокации у препятствия является причиной упрочнения материала. Потому для дальнейшего продвижения дислокации необходимо увеличение приложенной нагрузки.

При больших степенях деформации структура металла в виде системы полос скольжения трансформируется в характерную ориентированную структуру, называемую текстурой (рис. 3.1).

Различают три основных вида деформированного состояния малого объема тела.

1. Растяжение (рис. 3.2 а).

2. Сжатие (рис. 3.2 б).

3. Сдвиг (рис. 3.2 в). При чистом сдвиге (рис. 3.3 а) происходит равномерное укорочение вдоль одной оси и равномерное удлинение вдоль другой оси, перпендикулярной к первой. Простой сдвиг (рис. 3.3 б) сопровождается смещением всех точек тела параллельно одной оси на расстояние, пропорциональное расстоянию точки тела от этой оси в направлении второй оси.

Процесс резания пластичных материалов чаще всего сопровождается деформацией простого сдвига (см. рис. 3.3 б).

Вопросам изучения зоны стружкообразования при обработке различных материалов уделяется большое внимание. Все существующие способы исследования можно условно разделить на следующие группы:

· экспериментальные, исследующие непосредственно процесс резания;

· экспериментальные, исследующие зону стружкообразования прямыми методами;

· экспериментальные, исследующие зону стружкообразования путем физического моделирования;

· расчетно-аналитические (математическое моделирование или симуляция).

Непосредственное исследование зоны резания можно осуществить визуально при микроскоростях резания, используя специальные микроскопы; с помощью скоростной (с частотой до 10 000 кадров в секунду) кино- или видеосъемки зоны резания. Для большей информативности на полированную боковую поверхность заготовки наносится координатная сетка с постоянным шагом. Используя аппарат математической теории пластичности, по размерам искаженной после обработки делительной сетки можно оценить положение зоны деформации, закономерности формирования стружки и другие факторы (рис. 3.4).

Зону стружкообразования при резании можно оценить также, анализируя образец, полученный после мгновенной остановки процесса резания с помощью специальных устройств. Из полученного образца, называемого «корень стружки», изготовляют микрошлиф, который рассматривают под микроскопом при увеличении в 25–200 раз или делают микрофотографию. Изменение структуры материала стружки и зоны деформации по сравнению со структурой недеформированного материала, направление текстуры позволяют установить границы зоны деформации и судить о деформационных процессах, в ней происходивших (рис. 3.5).

«Корни стружек» могут изучаться и на образцах с нанесенной делительной сеткой с ячейками круглой или квадратной формы (рис. 3.6).

К первой группе можно также отнести и способ выявления линий скольжения. Боковая поверхность «корня стружки» подвергается травлению, и линии скольжения при этом выявляются в виде темных полос. Разновидностью способа является нанесение на торце заготовки оксидной пленки, достаточно прочно связанной с основным металлом. Оксидная пленка отделяется от поверхности, в результате чего на поверхности возникают линии скольжения, по которым можно определить направление сдвига.

К группе физического моделирования можно отнести поляризационно-оптический способ и способ лазерной интерферометрии. Поляризационно-оптический метод или метод фотоупругости основан на том, что прозрачные изотропные тела при действии на них внешних сил становятся анизотропными, и, если их рассматривать в поляризованном свете, то интерференционная картина позволяет определить величину и знак действующих напряжений.  В результате  нагружения в поляризованном свете по картине полос (рис. 3.8) можно определить главные напряжения, деформации и их направление. Однако метод дает точные величины нормальных и касательных напряжений только в упругой области, в то время как в зоне резания происходит значительная пластическая деформация, изменяющая распределение напряжений. Поэтому с помощью поляризационно-оптического метода можно получить только качественное и приближенное представление о распределении напряжений в зоне деформации.

При использовании способа лазерной интерферометрии полированную зеркальную боковую поверхность режущего инструмента освещают пучком когерентного монохроматического излучения от оптического квантового генератора. Интерференционную картину, характеризующую деформации инструмента в текущий момент времени, формируют между опорным и отраженным от поверхности инструмента лучами. Кинокамера фиксирует изменение интерференционных полос ненагруженного и нагруженного деформированного инструмента, по которым судят о величине действующих напряжений.

К указанной группе можно отнести также электро-тензометрический способ, когда на поверхность детали наклеивают тензометрические датчики и по их показаниям после приложения нагрузки фиксируют напряжения и их знак.

Способы математического моделирования позволяют определить параметры стружкообразования без проведения экспериментальных исследований. Они основаны на том, что процесс резания представляют как процесс деформации тела с определенными свойствами и закономерностями поведения.