金属切削中的切屑类型:分类、成因与影响全解析
在金属切削和加工过程中,切屑的产生是不可避免的。这些切屑形态各异、大小不一,因此可以按形态进行分类。影响切屑类型的因素众多,本文将逐一详细解析。
本文旨在探讨金属切削加工中切屑的定义、作用及各类切屑类型,同时分析影响切屑形态的关键因素,并对比不同切屑类型的优缺点,为工艺优化提供参考。
什么是切屑?
切屑是利用刀具从工件上切除的材料。在机加工过程中,切削刃在巨大压力下使工件前方的材料发生剪切变形,当变形程度超过材料极限时,材料发生断裂并沿刀具前刀面流出,形成切屑以释放内部应力。
部分切屑具有商业利用价值,例如盘绕状不锈钢切屑常被用作家用器具的清洁擦洗材料。
决定切屑类型的关键因素
以下因素共同决定了加工过程中产生的切屑形态:
- 刀具材料
- 刀具几何参数(前角、后角、主偏角等)
- 工件材料
- 切削速度
- 切削力大小
- 刀具与工件间的摩擦状况
- 切削环境温度及冷却液使用情况
切屑的主要类型
1. 断屑(碎屑)
断屑呈细小片段状,相互松散连接形成稍长的整体。当材料变形受限、反复断裂时形成。由于切削前方金属周期性破裂,片段形成规律。
在塑性材料中产生断屑,是因为切削刃附近的静水压力呈拉伸状态或剪切能量达到临界值。虽然脆性材料形成断屑可获得良好表面质量、延长刀具寿命且降低功耗,但在塑性材料中却会导致表面粗糙、刀具磨损加剧。不过,细小切屑便于排屑处理。
加工青铜、黄铜、铸铁等硬脆金属时易产生断屑。有时以极小进给量、小前角、高切削速度及高摩擦力切削塑性金属,也会产生此类切屑。
断屑的优缺点
优点(针对脆性材料):
- 显著延长刀具寿命
- 获得良好表面光洁度
- 降低切削功耗
缺点(针对塑性材料):
- 表面加工质量差
- 刀具磨损严重
2. 连续切屑
连续切屑形成过程中,工件材料在压力作用下沿滑移面发生滑移而不发生断裂,从而形成无分段的完整切屑。当以高切削速度加工塑性材料(如低碳钢),且切屑与刀具前刀面摩擦较小时,易形成此类切屑。
连续切屑的优点
- 为塑性材料提供更优表面质量
- 切削功耗低
- 因刀屑摩擦小而发热少
- 刀具磨损轻,寿命长
3. 带积屑瘤的连续切屑
加工塑性材料时,若切屑与刀具界面摩擦大,会形成带积屑瘤的连续切屑。这类切屑虽似连续切屑,但因积屑瘤存在,表面光洁度较差。
积屑瘤形成机理:切屑向上流动时与刀具前刀面产生剧烈摩擦,刀尖处产生高温,临近刀尖的金属发生焊接粘附在刀尖上,形成积屑瘤。
过大进给量、小前角、低切削速度及缺乏冷却液导致切屑-刀具界面摩擦增大,均易诱发积屑瘤产生。
带积屑瘤连续切屑的优缺点
优点:
- 积屑瘤在一定程度上保护刀尖免受高温高摩擦损伤
- 可延长刀具使用寿命
缺点:
- 导致工件表面粗糙度变差
- 改变刀具有效前角和切削力大小,影响加工稳定性
观看下方视频,深入了解金属切削中各类切屑的形成特征:
结语
切屑是借助刀具从工件上移除的材料,经过再处理可作他用。本文系统阐述了金属切削中各类切屑的成因、特征及优缺点,旨在帮助工程技术人员通过控制切削参数优化切屑形态,提升加工质量与效率。
希望本文对您有所启发,欢迎分享给更多同行。感谢阅读,下期再见!
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