横向卷曲切屑的形成与折断

关于横向卷曲切屑的形成与折断第一页，共二十五页，编辑于2023年，星期二切屑的横向卷曲如图1所示，切屑在横向发生卷曲，在切屑的宽度方向上有速度流出的梯度，就整体来说，具有角速度ωz，它是绕着与切屑表面垂直的z轴旋转的。第二页，共二十五页，编辑于2023年，星期二至今为止，在已明确的范围内，切屑在下述情况下发生横向卷曲。（1）因侧流而产生横向卷曲形成切屑时的变形通常都是二维的，切削宽度方向的变形往往忽略不计。但是，如果观察实际的切屑，其两端部分在恒方向上变得相当宽而引起三维变形。为了保持体积不变，发生横向变宽部分的厚度必须减薄或长度必须缩短。如果长度不缩短，如图2，就发生横向卷曲。如果切屑两端发生长度缩短，由于平衡而不发生横向卷曲。第三页，共二十五页，编辑于2023年，星期二（2）副切削刃的影响

一般的切削是以主切削刃为主进行切削的，刀尖圆弧部分和副切削刃多少也切削一点。各部分在单独切削时，各自具有不同的剪切角（从而有不同的厚度和长度），切削应在不同的方向流出，但把切屑看作整体流出时，必须做螺旋运动。因此，各部分相互作用着力和力矩，其结果，往往发生横向卷曲。第四页，共二十五页，编辑于2023年，星期二图3所示的刨刀的副偏角、余偏角都是15度，过渡刃主偏角为45度，用此刨刀在牛头刨床上保持一定的进给量0.15mm/行程，并改变切削深度a来切削黄铜。如图4，在切削深度特别小时，7以切削刃AB的切削为主，切削深度特别大时，以切削刃BC的切削为主，切屑在与切削刃AB或BC大致垂直的方向流出，横向卷曲也很少，但当切削刃AB与BC的切削大致平衡时，发生剧烈的横向卷曲。第五页，共二十五页，编辑于2023年，星期二(3)沿切削刃使剪切角发生变化的因素在切屑宽度方向有流出速度的梯度，可以说，沿着一个切削刃的剪切角发生变化。因为，剪切角Ф、摩擦角β、与前角γ之间的关系式为：ω=Ф+β-γ=f（被加工材料性质）

从式中可知，如沿着切削刃改变γβ，那切屑就应该发生横向卷曲。第六页，共二十五页，编辑于2023年，星期二切屑的横向卷曲其他产生原因：切削速度、棱面宽度等变化引起剪切角变化而引起，刃倾角的影响，刀尖圆弧半径的影响等方面。切屑的折断：在一般的切削条件下，切屑流出后，卷曲的切屑必然碰到工件、刀具、机床或后续的切屑上，从而使切屑的自由延伸受到阻碍。此时，如果切屑发生少量的弹、塑性变形，且顺利通过阻碍物，则不折断；如果切屑的塑性变形达到断裂应变时，切屑就折断。第七页，共二十五页，编辑于2023年，星期二横向卷曲C型屑的形成与折断C型屑的折断方式常见的有两种：工件阻碍型和刀具阻碍型。1、工件阻碍型

由实验可知，当主偏角较小，且形成较大流屑角的横向卷曲切屑时，切屑流出卷曲后易受工件未加工表面的阻碍，在B点接触，如图1所示，

在切屑与回转的工件未加工表面间产生全约束反力F（所有切向反力与法向反力的合力）。

当全约束反力F与接触面法线间夹角θ小于该处的摩擦角β时，则可认为切屑在瞬间静止.

第八页，共二十五页，编辑于2023年，星期二此时，工件未加工表面对切屑产生的作用力，将使切屑发生弹塑性变形。隨着切屑的不断流出，切屑的卷曲半径由

增加为

，变形也隨之增大，而夹角θ也隨之增加为

，接触点B处的作用力也有所增加。如果在夹角

仍然小于摩擦角β时，切屑的塑性变形就达到了断裂应变，切屑将发生折断。由于切屑卷曲没有达到一圈便折断，所以产生横向卷曲C形屑。第九页，共二十五页，编辑于2023年，星期二第十页，共二十五页，编辑于2023年，星期二刀具阻碍型实验研究表明，当刀具主偏角较大，而形成较小流屑角横向卷曲切屑时，切屑流出卷曲后常常会隨其卷曲趋势，以如下的二种可能方式撞击到刀具后刀面上。

其一是流出卷曲的切屑受工件未加工表面阻碍，但由于全约束反力F与工件未加工表面间夹角θ大于该处的摩擦角β则切屑将随其卷曲趋势通过B点滑向刀具后刀面，如图2所示；第十一页，共二十五页，编辑于2023年，星期二其次是若切屑的卷曲半径较小，则有可能在不接触工件未加工表面的情况下直接撞上刀具后刀面。根据观察，一般情况下，撞上后刀面的切屑若不滑出该面，则隨后续切屑的不断流出，卷曲半径的增大，最终也会以图2所示的形式与工件未加工表面接触。因此，以下仅对第一种情况进行详细讨论。第十二页，共二十五页，编辑于2023年，星期二由图2可见，切屑在

点与工件未加工表面接触产生全约束反力F,并在C点与刀具后刀面接触产生全约束反力,则当全约束反力

与刀具后刀面法线间夹角小于该处的摩擦角

时，则认为切屑在瞬间与后刀面无相对滑动。此时，切屑受到来自

点及C点二个作用力的共同作用。隨着切屑的不断流出，切屑在F和

作用下发生弯曲变形。当这种变形超过了切屑的断裂应变，则切屑发生折断。第十三页，共二十五页，编辑于2023年，星期二图2和图3第十四页，共二十五页，编辑于2023年，星期二图3是根据外圆车削时拍摄的高速摄影照片绘出的一个折断周期内，切屑折断过程的模拟图。图中清晰地反映了，切屑撞击到后刀面上折断而形成刀具阻碍型横向卷曲“C”形屑的过程.第十五页，共二十五页，编辑于2023年，星期二刀具阻碍型折断过程折断过程可以分为三个阶段：1.在前一个折断过程结束后，隨着切削运动的继续，形成了横向卷曲流出圆半径为R0

、厚度为hch

的切屑。由于夹角θ大于摩擦角β，则切屑自由端沿工件未加工表面滑向刀具后刀面，并因夹角0”小于摩擦角

而使切屑自由端在刀具后刀面产生瞬间静止。此时，工件为加工表面及刀具后刀面分别对切屑产生反作用力。从而使切屑产生变形。如图3-a,b,c.第十六页，共二十五页，编辑于2023年，星期二2.随着后续切削的不断流出及工件未加工表面和后刀面的约束作用，使切屑因纵弯曲而失稳，出现了向上翘曲，其光滑表面承受压应力，粗糙表面承受拉应力，如图3-d,e.3.切屑在其翘曲部分的变形最大，且易产生应力集中。当切屑翘曲部分所受应变值达到切屑的断裂应变时，切屑就会因纵弯曲失稳而折断。如图3-f。第十七页，共二十五页，编辑于2023年，星期二横向卷曲短螺卷切屑的形成第十八页，共二十五页，编辑于2023年，星期二随着切屑的不断流出，螺卷切屑的长度逐渐增加，在切屑长度打到一定值后，由于运动的不稳定性，切屑发生旋摆，在工件和刀具的约束下，切屑旋摆的轴线不在铅锤位置上，而是与工件轴线、刀杆轴线以及切削速度方向成一定角度的斜线方向上。第十九页，共二十五页，编辑于2023年，星期二随着切屑长度的增加，旋摆的角度越来越大，在切屑大致摆动到水平位置时与工件未加工表面或刀杆的侧面发生一次或几次碰撞，随着碰撞力的增强，在切屑根部附近的受力也增加，当碰撞和其他形式的作用使切屑达到其断裂应变时，导致切屑在靠近主切削刃处折断，形成近似等长的横向卷曲螺卷切屑，切屑飞出，同时，新的切屑生成。短螺卷屑的折断第二十页，共二十五页，编辑于2023年，星期二切屑横向卷曲半径的预测一、切屑横向卷曲产生机理

产生横向卷曲的主要原因是经过变形区的切屑在其宽度上存在流出速度梯度，如图所示。由图可得：其中，V1为切屑内侧流出速度，V2为切屑外侧流出速度，bch为切屑宽度，R0为横向卷曲半径。式1第二十一页，共二十五页，编辑于2023年，星期二二、切屑横向卷曲半径的试验研究试验表明，车削钢料时，若仅考虑切屑宽度bch和切屑厚度hch对横向卷曲半径R0的影响，则当｜γn｜<100,Kγ=900,｜λS｜<100,γε/ap<0.25时，无论切削条件如何变化，切屑的横向卷曲半径都可用如下的试验公式表示。其中，hch为切削厚度。经过大量试验数据的分析，引入修正系数K，则可以得到在一般切削条件下横向卷曲半径试验公式：式2第二十二页，共二十五页，编辑于2023年，星期二根据试验结果，并经过数学处理得：其中，Kγε为刀尖圆弧半径修正系数，Kkγ为主偏角修正系数，K