金属切削中的切屑形成：类型、过程与应用详解

什么是切屑形成？

切屑形成是通过机械手段切割材料过程的一部分，使用的工具包括锯、车床和铣刀等。理解切屑形成的理论和工程原理，是开发此类机床及其切削工具的重要环节。

二战期间及战后，随着更高速、更大功率切削机床的普及——特别是新型高速钢刀具用于金属切削——对切屑形成的正式研究得到了推动。

切屑形成通常根据Franz开发的三类模型来描述。该模型在机床设计领域最为人熟知，但当应用领域（如木工）需要比常规更详细的词汇来描述切屑形成时，也会采用该模型。

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在机加工过程中，当以高速、最小摩擦条件切削塑性材料时，会形成连续切屑。由于刀具施加持续的塑性变形，从而产生此类切屑。

低碳钢和铜属于塑性材料。切屑厚度等于整个长度。这种切屑通常能提供良好的表面光洁度。主要缺点是难以处理和处置。导致连续切屑形成的条件包括：

机加工过程中形成连续切屑具有以下优势：

如果机加工过程中产生的切屑不连续，即伴随断裂形成，则称为断续切屑。

当工件使用黄铜、青铜和铸铁等脆性或硬质金属时，会形成断续切屑。在塑性材料中，若刀具与工件间摩擦大，也会形成断续切屑。对于塑性材料加工，断续切屑并非好兆头，会导致表面光洁度差，加工过程变慢。

导致断续切屑形成的条件：

脆性材料中形成断续切屑可提供良好的表面光洁度，延长刀具寿命，降低功耗。

当塑性材料中形成断续切屑时，工件表面光洁度差，刀具发生过度磨损。

在塑性材料加工中，当切削温度和压力、切屑与刀具前刀面摩擦产生的高温高压条件下，会形成带积屑瘤的连续切屑。

这与连续切屑类似，但因积屑瘤而变得粗糙。这种现象可能导致材料粘附或焊接在刀具刃口上。

当切屑向上流动且切屑-刀具界面摩擦大时产生。刀尖处因切屑与刀具间高摩擦产生极高热量，致使压缩金属贴附于刀尖并焊接，形成积屑瘤。若切屑流经此积屑瘤，会破碎并随切屑带走，称为积屑瘤切屑。剩余积屑瘤附着于工件表面使其增厚。

积屑瘤形成的一个优势是：它保护刀具免受加工过程中高摩擦和高温损伤，从而延长刀具寿命。

此类切屑形成会导致表面光洁度粗糙、前角发生变化、切削力改变。

制造工艺