切掉旧块：如何控制“芯片形成”的混乱

随着先进的工厂自动化和工业 4.0 的出现，自主制造系统变得越来越重要。正确的切屑处理是真正自主加工的重要推动力。继续阅读以了解影响切屑形成的因素及其控制技术。

近几十年来，机床不断改进，自主加工系统成为工厂自动化不可替代的组成部分。加工过程问题，例如切屑处理，阻碍了高效的自主加工系统。因此，有效的切屑控制是所有现代加工系统的关键特征。

成形切屑的特性取决于加工材料的类型，韧性或脆性。另一方面，加工工艺参数在切屑形成中也起着重要作用，即进给速度、前角、切削速度、切削深度和摩擦力（润滑剂和冷却剂的使用）。

机器操作员通常会调整工艺参数以获得高质量的零件和高效的机器操作，同时依靠断屑器帮助他们处理切屑。

筹码形成

在加工过程中，当刀具进入工件时，它前面的金属会压缩。当压缩超过压缩极限时，金属与工件分离并以切屑的形式塑性流动（剪切变形）。

由于主剪切，金属流动发生在剪切平面上。剪切平面从工具前面的未切割表面以一定角度向上延伸。剪切角的值取决于材料类型和切削条件（刀具角度、切削速度等）。剪切角小，剪切路径长，切屑厚，切削力大，反之亦然。

当切屑沿工具提示面滑动时，由于摩擦而发生二次剪切。摩擦增加了加工过程的温度，导致切屑过热。

筹码类型

金属加工过程中形成的切屑种类有;

• 分段芯片

• 连续切屑

• 带积屑瘤的连续切屑 (BUE)

分段（不连续）芯片

在加工黄铜、青铜或铸铁等脆性金属时，通常会出现分段切屑。一般来说，切屑是由以下加工条件造成的；

• 进给速度低；

• 低前角；

• 切削速度快；

• 高刀屑摩擦；

• 切深显着。

分段切屑可在脆性金属中提供清洁的表面光洁度，易于切屑处理，延长刀具寿命并降低功耗。在韧性金属的情况下，分段切屑通常会导致表面光洁度差和刀具寿命降低。

连续芯片

在高切削速度下加工可锻金属（如钢、铜或铝）时，通常会出现连续切屑。在加工过程中，刀尖和韧性工件之间的温度升高。去除的金属的每一层都焊接到前一层，形成一个长而连续的切屑流。一般来说，连续切屑发生在以下加工条件下；

• 切深小；

• 大前角；

• 切削速度快；

• 低刀具切屑摩擦（使用润滑剂或冷却剂）；

• 锋利的切削刃。

连续切屑提供清洁的表面光洁度、更长的刀具寿命和更低的功耗。另一方面，这类芯片的处置具有挑战性。有必要使用断屑器来改善处置条件。

具有内置边缘 (BUE) 的连续芯片

BUE 形成连续切屑是由于加工韧性金属时刀具和切屑之间的高摩擦造成的。在这些条件下，一些切屑颗粒倾向于结合到工具提示上。随着粘合材料形成新的切削刃，它会继续堆积，直到它从工具提示中脱落。在断裂过程中，堆积的材料会同时结合到切屑和工件表面，导致表面光洁度差。 BUE 形成的另一个名称是“芯片焊接”。一般来说，BUE的连续切屑发生在以下情况：

• 低前角；

• 切削速度低；

• 高摩擦力；

• 高进给。

由于带有 BUE 的连续切屑会严重影响刀具寿命、增加功耗并导致表面光洁度差，因此其预防至关重要。通过使用润滑剂减少摩擦、通过工具涂层防止金属与金属接触以及通过使用冷却剂降低温度等措施对防止芯片焊接具有积极作用。

芯片控制

以高切削速度和大前角加工可锻金属（例如钢）会导致形成长而细的切屑。这些锋利的、热的、连续的高速切屑会危及机器操作员的安全，与工具纠缠损坏产品，并使处理变得复杂。必须将切屑分解成可管理的几何形状。

切屑可以通过自断或强制断来断裂。在加工韧性材料时，由于温度和流速的不同，切屑容易卷曲。卷曲的芯片可以通过三种不同的方式自断：

• 冷却致应变自然压裂；

• 通过撞击工件；

• 通过打击工具。

最常用的强制断裂方法是使用断屑槽。

芯片断路器

断屑槽最基本的功能是迫使切屑比自然卷曲得更紧。强制卷曲导致切屑通过撞击工件或工具而断裂。断屑槽通过增强切屑控制和降低切削力来提高加工效率。

大多数现代断屑器以切削工具上的凹槽或障碍物的形式出现。断屑槽的设计围绕着为给定的加工场景寻找最佳几何形状，这将在切屑中产生应力并使其容易断裂。

槽型断屑槽在前切削刃后面有一个小槽。曲线的几何形状决定了切屑曲率的半径。

阻塞式断屑槽具有独特的几何形状，类似于阶梯。障碍物可以是一体的，也可以连接到切割工具上。在“附加”型的情况下，可以根据各种加工条件进行调整。

结论

加工过程是物理学、材料科学和机电一体化的微妙相互作用。在加工过程中，材料去除是工件和加工工具之间相互作用力的结果。这些相互作用力的性质决定了芯片的颜色和大小。对于切割工程师来说，这些芯片是有价值的研究和诊断数据。然而，如果处理不当，切屑往往会降低机器的生产率。

加工过程中可能会出现三种不同类型的切屑，即分段切屑、连续切屑和 BUE 连续切屑。切屑的形成取决于材料选择和加工工艺参数。

在提高整体加工效率和规划机器的自主操作时，切屑处理是一个重要的考虑因素。尽管分段切屑和连续切屑在某些加工条件下会自断，但在加工设置中使用断屑器是一个经验法则。

通过断屑器将切屑破碎成合适的长度，防止切屑与刀具缠结，减少振动，防止刀具损坏。断屑槽还能降低切削阻力，从而防止切削刃碎裂和断裂。

使用断屑槽时，有必要为工作选择合适的断屑槽。对于精加工、中加工和粗加工等车削操作，我们必须为每个操作选择正确的断屑槽。根据所需的切深、进给速度、主轴转速和所需的表面光洁度，使用合适的断屑槽至关重要。