芯片形成解释：图表、类型和影响因素

切屑形成是在切削操作期间从工件上机械去除材料并产生切屑的过程。这些芯片根据其特性可分为不同类型，包括连续型、不连续型、连续积刃型。

在本文中，我们将探讨什么是芯片、它们是如何形成的、芯片形成的图解以及芯片的类型。我们还将了解影响切屑形成的因素。

什么是芯片？

切屑是使用铣刀、车床和锯等设备机械切削材料的副产品。第二次世界大战和更快、更强大的切削刀具的引入，特别是用于金属切削的高速钢刀具，激发了对切屑形成主题的研究。 Franz (1958) 和 Kivima (1952) 都在这一领域进行了开创性的研究。

芯片是如何形成的？

当切削刀具（如车床、锯或铣刀）与工件相互作用时，刀具的切削刃会使材料变形，导致材料剪切和分离，从而形成切屑。

芯片类型

在机械加工中，产生的切屑类型取决于工件材料、切削速度、进给速度和刀具几何形状等因素。机械加工中切屑的主要类型有：

连续芯片

连续的切屑形成厚度相同的带状线圈。在高切削速度下切削低碳钢、铜、黄铜和铝合金等延展性材料时，在压缩和剪切过程中刀具切削刃压力会形成这种切屑。这会将材料置于工具边缘之前。锋利的切削刃和低刀具-切屑摩擦也有助于切屑形成。

切削刃之前是主要变形区。由于刀具与切屑接触处的摩擦，工件材料在二次变形区发生变形。该区域的厚度与摩擦力有关。以低速和低前角切削软金属时会出现表面变形。它产生较差的软金属加工效果。

连续切屑可实现平滑的切削和卓越的表面质量。延长工具寿命并减少电力消耗。切削刀具具有断屑槽，可防止切屑缠结。这种情况在转弯时经常发生。

Discontinuous Chip

铸铁、青铜和高碳钢等脆性材料在中等速度加工时会产生不连续的切屑。这些部件连接松散。材料在应变过程中失去延展性并断裂，切屑流周期性破裂。

切削力在切屑形成过程中经常发生变化。 This chip is made due to high tool-chip friction, a large feed, and a depth of cut.切削延展性材料时，不连续切屑会降低刀具寿命和表面光洁度。

在不连续的切屑形成过程中，切削刀具和夹持装置的刚度可能会导致振动、尺寸不精确、表面光洁度差和切削刀具损坏。由于长度较小，不连续切屑比连续切屑更容易处理。它也是一次性的。

具有内置边缘的连续芯片

在切削过程中，刀具与切屑界面之间的高摩擦力会导致切屑材料在刀尖处熔合到刀具前刀面，从而形成积屑瘤边缘。如果切屑不断接触刀具，情况可能会很严重。将其视为工具边缘的延伸。形成暂时且不稳定的堆积边缘。

机械加工去除其碎片。 The chip and machined surface may stick partially after machining.它会导致表面光洁度不佳。然而，它的表面光洁度较差，通过在切削刃上添加涂层来减少刀具磨损并延长刀具寿命。

分段或锯齿状切屑

A different term for serrated chips is non-homogeneous chips. A large zone of high shear strain followed by a small zone of low shear strain gives this chip a sawtooth appearance.这种循环的切屑创建使其成为半连续的。这些切屑是在高速加工钛合金、镍基高温合金和奥氏体不锈钢等硬质材料时形成的。

芯片的分类

1900 年代中期，美国工程师 Norman Franz 博士研究了制造过程中的芯片，并确定了三个主要分类。据 Franz 称，大多数芯片都属于以下三类之一：

I 型芯片

当材料由于刀具的向上楔入作用超过材料的垂直拉伸强度而在切削刃之前断裂时，就会形成 I 型切屑。它们对于木材等纤维材料至关重要，木材的纤维坚固且易于分离。

I 型切屑通常在使用浅切削角刀具切削时形成。 Only the cut length limits the size of type I chip swarf.这是刨花的最佳切屑结构，尤其是那些来自经过良好调整的具有细口刨花的刨花。

II 型芯片

当刀角楔形剪切机进行剪切时，会形成 II 型切屑。材料在从工具边缘顶点开始的短斜面上失效，斜向上并向前到达表面。 Deformation along this line creates an upward curling chip.通常，这些切屑是通过中间角度切削产生的。 A ductile material like metal can create Type II chips. II型切屑也会产生连续的切屑。

III 型芯片

Type III chips cause material compression failure before a 90° cutting angle.这可以在弱或非延展性材料中产生细小的灰尘碎片，但当废料在工具前面聚集但没有被扫走时，它通常会产生随机的“扫雪机”效应。

这类芯片是由路由器组成的。 Woodworking scrapers often generate a thin Type III chip that looks like a Type II chip when properly sharpened and utilized. Thin waste chip reduces compression failure volume to match Type II’s well-defined shear plane.

Factors Affecting Chip Formation

There are several factors that affect chip formation, including:

• Material properties:Ductile materials tend to form continuous chips, while brittle materials form discontinuous chips.
• 切削速度和进给率：较高的速度和进给率可能导致连续切屑形成，而较低的速度和进给率可能导致不连续的切屑。
• Tool geometry:The angle and sharpness of the cutting tool’s edge can significantly impact chip formation.
• Lubrication and cooling:Using lubricants and coolants can reduce friction and temperature, which can affect chip formation.
• Workpiece temperature and hardness:These factors can also influence the type of chip formed.
• Tool material and coatings:The type of material used for the cutting tool and any coatings it may have can affect chip formation.