车削加工中控制断屑的几种方法

当加工产生连绵不断的带状切屑时，不仅容易划伤工件加工表面和损坏刀刃，严重时还会威胁到操作者的安全，所以采取必要的工艺措施，控制屑型和断屑一直是机械加工行业中极为重要的工艺问题。

由于切屑是切屑层变形的产物，所以，改变切削加工条件是改变切屑种类、实现断屑的有效途径，而影响切屑加工条件的因素主要包括工件材料、刀具几何角度及切屑用量等。

一般切屑需要满足以下几个基本条件：

1、切屑不得缠绕在刀具、工件及其相邻的工具、装备上；

2、切屑不得飞溅，以保证操作者与观察者的安全；

3、精加工时，切屑不可划伤工件的已加工表面，影响已加工表面的质量；

4、保证刀具预定的耐用度，不能过早磨损并竭力防止其破损；

5、切屑流出时，不妨碍切削液的喷注；切屑不会划伤机床导轨或其他部件等。

一、切屑形状的分类

1、带状切屑：带状切屑是一种连绵不断的，底面光滑，背面呈毛绒状的切屑。当采用较大前角的刀具，以较高的切削速度加工塑性金属材料时，容易产生这种切屑。它是切削层不充分变形的产物。产生带状切屑时，切削过程平稳，工件表面粗糙度较小，但切屑不易折断，往往引起缠绕，拉毛工件，甚至影响操作，所以不能忽视它的断屑问题。

2、节状切屑：节状切屑是一种底面光滑，背面有明显裂纹，且裂纹较深的切屑。当采用减小前角的刀具，以较低的切削速度加工塑性材料时，容易产生这种切屑。它是切屑层较充分变形的产物，已达到了剪裂程度，产生节状切屑时，切屑工作不平稳，工件表面粗糙度较大。

3、粒状切屑：粒状切屑是一种均匀的颗粒状切屑。当采用小前角刀具，以很低的切削速度加工塑性金属材料时，容易产生这种切屑。它是切削层充分变形的产物，达到了材料产生剪切破坏，使切屑沿厚度断裂的程度，产生粒状切屑时，切削工作不平稳，工件表面粗糙度较大。

4、崩碎切屑：崩碎状切屑是一种不规则的细粒状切屑。它是切削脆性材料时，切削层在弹性变形后，几乎不经塑性变形阶段，突然崩裂而形成的切屑。形成崩碎状切屑时，切削工作不稳定，刀刃上受到较大的冲击力作用，已加工表面粗糙不平。

由上可知，切屑的种类随工件材料、切削条件的不同而不同。因此，在加工过程中可以通过观察切屑形态来判断切屑条件是否合适，也可以通过转化切削条件改变切屑形态，使之向着有利于生产的方向转化。

二、切屑折断的原理

金属切削过程中，切屑是否容易折断，与切屑的变形有直接联系，所以研究切屑折断原理必须从研究切屑变形的规律入手。

切削过程中所形成的切屑，由于经过了比较大的塑性变形，它的硬度将会有所提高，而塑性和韧性则显著降低，这种现象叫冷作硬化。经过冷作硬化以后，切屑变得硬而脆，当它受到交变的弯曲或冲击载荷时就容易折断。切屑所经受的塑性变形越大，硬脆现象越显著，折断也就越容易。在切削难断屑的高强度、高塑性、高韧性的材料时，应当设法增大切屑的变形，以降低它的塑性和韧性，便于达到断屑的目的。

切屑的变形可以由两部分组成：

第一部分是切削过程中所形成的，我们称之为基本变形。用平前刀面车刀自由切削时所测得的切屑变形，比较接近于基本变形的数值。影响基本变形的主要因素有刀具前角、负倒棱、切削速度三项。前角越小，负倒棱越宽、切削速度越低，则切屑的变形越大，越有利于断屑。所以，减小前角、加宽负倒棱，降低切削速度可作为促进断屑的措施。

第二部分是切屑在流动和卷曲过程中所受的变形，我们称之为附加变形。因为在大多数情况下，仅有切削过程中的基本变形还不能使切屑折断，必须再增加一次附加变形，才能达到硬化和折断的目的。迫使切屑经受附加变形的最简便的方法，就是在前刀面上磨出（或压制出）一定形状的断屑槽，迫使切屑流入断屑槽时再卷曲变形。切屑经受附加的再卷曲变形以后，进一步硬化和脆化，当它碰撞到工件或后刀面上时，就很容易被折断了。

三、断屑方法

切屑断与不断的根本原因在于切屑形成过程中的变形和应力，当切屑处于不稳定的变形状态或切屑应力达到其强度极限时，就会断屑，通常切屑是卷曲后折断的。

合理选择刀具几何角度、切削用量、磨断屑槽是常用的断屑方法。

1、减小前角、增大主偏角：前角和主偏角是对断屑影响较大的刀具几何角度。减小前角，加剧切屑变形，易于断屑。由于将前角磨小，会增大切削力，限制了切削用量的提高，严重时会损坏刀具，甚至“闷车”，一般不单纯采用减小前角来断屑。增大主偏角，可增大切削厚度，易于断屑。例如，同样条件下90°刀就比45°刀容易断屑。另外，增大主偏角，有利于减小加工中的振动。所以，增大主偏角是一种行之有效的断屑方法。

2、减小切削速度、增大进给量改变切削用量是断屑的另一措施。增大切削速度，切屑底层金属变软且切屑变形不充分，不利于断屑；减小切削速度，反而容易断屑。因此，在车削时，可通过降低主轴转速，减小切削速度来断屑。增大进给量，可增加切削厚度，易于断屑。这是加工中常采用的一种断屑方法，不过应当注意，随着进给量的增大，工件表面粗糙度值将会明显增大。

3、开设断屑槽：断屑槽，是指在刀具前刀面上做出的槽。断屑槽的形状、宽度及槽斜角都是影响断屑的因素。

1）断屑槽的形状

常用的断屑槽有折线形、直线圆弧形、全圆弧形3种槽型。

在切削碳素钢、合金钢、工具钢时，可选用折线形、直线圆弧形、断屑槽；切削高塑性材料工件时，例如纯铜、不锈钢工件等，可选用全圆弧形断屑槽。

2）断屑槽的宽度

断屑槽的宽度对断屑的影响很大。一般来讲，槽宽越小，切屑的卷曲半径越小，切屑上的弯曲应力越大，越易折断。所以，采用较小的断屑槽宽对断屑有利。但断屑槽宽度必须与进给量切削深度ɑp联系起来考虑。

若断屑槽宽度与进给量基本合适，则可形成C形切屑。如卷屑槽太窄，易产生堵屑现象，而使车刀负荷增加，甚至损坏切削刃；若卷屑槽太宽，切削卷曲半径太大，则切削变形不够，不易折断，往往不流经槽底而形成不断的带状切屑。

切屑槽的宽度也应与切削深度相适当，否则当槽太窄时，显得切屑宽，不易在槽中卷曲，往往切屑不流经槽底而形成带状切屑。当槽太宽时，又显得切屑窄，流动较自由，变形不够充分，也不折断。

为了得到满意的断屑效果，应按具体加工条件，选择合适的断屑槽宽度。对于硬度较低的工件材料，槽应选得窄些，反之，槽应选得宽些。