如何控制切屑？-数控加工与自动化制造的重要组成部分

切屑的控制就是要控制切屑的种类、流向、卷曲和折断。切屑的控制对切削过程的正常、顺利、安全进行具有重要意义。在有些情况下，切屑的控制是加工过程能否进行的决定性因素。在数控加工和自动化制造过程中，切屑的控制是工艺系统的重要组成部分。

1.切屑的种类

被切削金属经过第Ⅰ变形区的剪切滑移后便变成切屑了。因滑移变形的程度不同，形成几种不同形状的切屑，如图3-23所示。

1）带状切屑

图3-23　切屑的种类

当切屑内剪应力小于材料的强度极限时，剪切滑移变形较小，切屑连绵不断，没有裂纹，靠近刀具前面的一面很光滑，另一面呈毛茸状。一般在加工塑性金属材料、切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大时易得到这种切屑。形成带状切屑时，切削过程平稳，切削力振动很小，工件已加工表面粗糙度的值小，但要采取卷屑或断屑措施，以保障切削顺利进行。

2）挤裂切屑

当切屑内剪应力在局部地方达到了材料的破裂强度极限时，靠近刀具前面切屑有裂纹，另一面呈锯齿状。一般在切削塑性金属材料、切削厚度较大、切削速度较低、刀具前角较小时易得到这种切屑。形成挤裂切屑时，由于切屑局部断裂，切削力振动较大，切削过程不够平稳，工件已加工表面粗糙度的值较大。

3）单元切屑

当切屑内部剪应力超过了材料的破裂强度极限时，切屑将沿某一截面破裂，形成粒状切屑。一般在切削塑性金属材料、切削厚度很大、切削速度很低时易得到单元切屑。形成单元切屑时，切削力振动很大，切削力振动很大，切削过程极不平稳，工件已加工表面粗糙度的值很大。在生产中应避免出现此种切屑。

4）崩碎切屑

在切削如铸铁等脆性金属材料时，由于材料的塑性很小且抗拉强度低，切削刃前方金属在塑性变形很小时就被挤裂或在拉应力状态下脆断，形成不规则的碎块状切屑。它与工件基体分离的表面很不规则，使已加工表面粗糙度的值很大，切削力变化很大，切削力振动大。

显然，切屑类型是由材料特性和变形程度决定的，加工相同的塑性材料，选择不同的切削用量和刀具角度可得到不同的切屑。也就是说，在一定条件下切屑的类型可以相互转化。我们在实际工作中可利用相互转化的原理，得到较为有利的切屑类型。

从加工过程的平稳、保证加工精度和加工表面质量角度考虑，带状切屑是较好的类型。在实际工作中带状切屑也有不同的形式，如图3-24所示。

从便于处理和运输的角度考虑，连绵不断的长条状切屑不便处理，且容易缠绕在工件或刀具上，影响切削过程的进行，甚至伤人。在数控机床上C状切屑是较好的形状，但高频折断会影响切削的平稳性。在精车时螺卷状切屑较好，这种屑形形成过程平稳，清理方便。在重型机床上用大切削深度、大进给量车削钢件时，常使切屑卷曲成发条状，在工件的加工表面上顶断，并靠自重坠落。在自动线上宝塔状切屑不会缠绕，清理也方便，是较好的屑形。在车削铸铁、脆黄铜等脆性金属材料时，切屑崩碎、飞溅，易伤人，并磨损机床的滑动面，应设法使切屑连成螺卷状。

2.切屑的流向

切屑的流向对工件质量和加工安全有直接的影响。由于切削条件的不同，切屑流向的控制目的和方法不尽相同。以车削外圆为例，切屑的流向大致可分为三个基本方向：正交平面方向、已加工表面方向和切削平面方向。刃倾角对切屑的流向影响最大，如图3-25所示。

图3-24　带状切屑的形状

图3-25　刃倾角对切屑流向的影响(www.xing528.com)

3.切屑的卷曲

切屑的卷曲是由于切屑内部变形或碰到断屑槽等障碍物造成的。如图3-26所示，切屑在经第Ⅰ变形区的剪切变形后经前面流出的过程中，进一步受到前面的挤压和摩擦，切屑内部继续产生变形，变形量随着离前面距离的减小而增大，这种伸长变形差使得切屑自然卷曲。同时采用断屑器能使切屑在流经断屑槽时受到外力而产生卷曲，如图3-26（c）所示。

4.切屑的折断

1）断屑的原因

切屑经第Ⅰ、Ⅱ变形区的严重变形后，硬度增加，塑性大大降低，性能变脆，从而为断屑创造了先决条件。由切屑经变形自然卷曲或经断屑槽等障碍物强制卷曲产生的拉应变超过切屑材料的极限应变值时，切屑即会折断。以图3-27为例：流出切屑的厚度为hDh、切屑卷曲的半径由R。逐渐增大到RL时，切屑端处碰到后面，切屑上产生最大弯矩处P的外表面受到合力Fcr的作用，产生拉应变，当最大拉应变εmax达到切屑材料极限应变值εb时，切屑在P处折断。根据力学中弯曲变形梁产生的拉应变计算，可得切屑折断条件为

图3-26　切屑卷曲的成因

上式表明，当切屑的厚度hDh越大，切屑卷曲半径RL越小，切屑材料的极限应变值εb越小（即脆性越大），切屑越容易折断。因此，凡影响hDh、RL及εb的因素，都会影响断屑。

2）断屑的措施

图3-27　切屑的受力与弯曲

（1）断屑槽的尺寸。

生产中常用的断屑槽如图3-28所示。其中：折线型和直线圆弧型适用于加工碳钢、合金钢、工具钢和不锈钢；全圆弧型前角γn大，因而适用于加工塑性大的材料和用于重型刀具。断屑槽尺寸lBn（槽宽）、CBn（槽深）或γBn应根据切屑厚度hDh选择（hDh大，则lBn取大值，以防产生堵屑现象）。断屑槽在前面上的位置有外斜式、平行式（适用粗加工）和内斜式（适于半精加工和精加工）。

图3-28　断屑槽的型式

（2）刀具角度。

主偏角和刃倾角对断屑的影响最大。主偏角越大，切屑越厚，切屑卷曲时的弯曲应力越大，易于折断，一般来说主偏角在75°～90°范围内较好。还可改变刃倾角的正负值，控制切屑流向，达到断屑的目的。

（3）切削用量。

切削速度提高，易形成带状切屑，不易断屑；增大进给量，使切屑厚度增大，从而使切屑易折断；背吃刀量增大对断屑不利。一般来说hD/bD（切削厚度/切削宽度）值较小时，断屑较困难；hD/bD较大时，易于断屑。

在实际生产中，应综合考虑各方面的因素，根据加工材料及已选择的刀具角度和切削用量，选择合理的断屑槽结构和参数。