切屑的形成过程与种类

1.切屑形成过程

金属的切削过程实际上与金属的挤压过程很相似。以龙门刨床刨削为例，当刀具刚与工件接触时，接触处的压力使工件产生弹性变形，在工件材料向刀具切削刃逼近的过程中，材料的内应力逐渐增大，当剪切应力为τ时，材料就开始滑移而产生塑性变形，如图1-16所示。OA线表示材料各点开始滑移的位置，称为始滑移线，即点1在向前移动的同时沿OA滑移，其合成运动将使点1流动到点2，2′—2就是它的滑移量。随着滑移变形的继续进行，剪切应力不断增大，当P点顺次向2、3……各点移动时，剪应力不断增加，直到点4位置，此时其流动方向与刀具前刀面平行，不再沿OM线滑移，故称OM为终滑移线。OA与OM间的区域称为第Ⅰ变形区。该区域是切削力、切削热的主要来源区，也消耗大部分切削能量。

切屑沿前刀面流出时，还需要克服前刀面对切屑的挤压而产生的摩擦力，切屑受到前刀面的挤压和摩擦，继续产生塑性变形，切屑底面的这一层薄金属区称为第Ⅱ变形区。该区域对积屑瘤的形成和刀具前刀面磨损有直接影响。

工件已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压、回弹与摩擦，产生塑性变形，导致金属表面的纤维化与加工硬化。工件已加工表面的变形区域称为第Ⅲ变形区。该区域对工件表面的变形强化和残余应力及后刀面磨损有很大影响。

必须指出，第Ⅰ变形区和第Ⅱ变形区是相互关联的，第Ⅱ变形区内前刀面的摩擦情况与第Ⅰ变形区内金属滑移方向有很大关系，当前刀面上的摩擦力大时，切屑排除不通畅，挤压变形加剧，使第Ⅰ变形区的剪切滑移增大。

图1-16　切屑形成过程及三个变形区

经过塑性变形的切屑，其厚度hch大于切削层公称厚度hD，而长度lch小于切削层公称长度lD（见图1-17），这种现象称为切屑收缩。切屑厚度与切削层公称厚度之比称为切屑厚度压缩比，以Λh表示。由定义可知

在一般情况下，Λh＞1。

切屑厚度压缩比反映了切削过程中切屑变形程度的大小，对切削力、切削温度和表面粗糙度有重要影响。在其他条件不变时，切屑厚度压缩比愈大，切削力愈大、切削温度愈高、表面愈粗糙。因此，在加工过程中，可根据具体情况采取相应的措施，来减小变形程度、改善切削过程。例如在中速或低速切削时，可增大前角以减小变形，或对工件进行适当的热处理，以降低材料的塑性，使变形减小等。(www.xing528.com)

图1-17　切屑厚度压缩比

2.切屑的种类

由于工件材料的塑性不同、刀具的前角不同或采用不同的切削用量等，会形成不同类型的切屑，并对切削加工产生不同的影响。常见的切屑有如下几种，如图1-18所示。

图1-18　切屑的类型

（a）崩碎切屑；（b）带状切屑；（c）节状切屑

（1）崩碎切屑。在切削铸铁和黄铜等脆性材料时，切削层金属发生弹性变形以后，一般不经过塑性变形就突然崩落，形成不规则的碎块状屑片，即为崩碎切屑（图1-18（a））。当刀具前角小、进给量大时，易产生这种切屑。产生崩碎切屑时，切削过程不平稳，切削热和切削力都集中在主切削刃和刀尖附近，刀具易崩刃、刀尖易磨损，并容易产生振动，影响表面质量。

（2）带状切屑。带状切屑外形连续不断呈带状，底面光滑，背面呈毛茸状（图1-18（b））。在用大前角的刀具、较高的切削速度和较小的进给量切削塑性材料时，容易得到带状切屑。形成带状切屑时，切削力较平稳，加工表面较光洁，但切屑连续不断，会不太安全或可能擦伤已加工表面，影响加工过程顺利进行，因此要采取断屑措施。

（3）节状（挤裂）切屑。节状切屑接触面有裂纹，外表面是锯齿形。在采用较低的切削速度和较大的进给量、刀具前角较小、粗加工中等硬度的钢材料时，容易得到节状切屑（图1-18（c））。形成这种切屑时，金属材料经过弹性变形、塑性变形、挤裂和切离等阶段，是典型的切削过程。由于切削力波动较大，工件表面因而较粗糙。

切屑的形状可以随切削条件的不同而改变。在生产中，常根据具体情况采取不同的措施来得到需要的切屑，以保证切削加工的顺利进行。例如，加大前角、提高切削速度或减小进给量，可将节状切屑变成带状切屑，使加工的表面较为光洁。