橫向卷曲切屑的形成與折斷 (2)

1、橫向卷曲切屑的形成與折斷切屑橫向卷曲產(chǎn)生原因；橫向卷曲C型屑；橫向卷曲短螺卷切屑；切屑橫向卷曲半徑切屑的橫向卷曲如圖1所示，切屑在橫向發(fā)生卷曲，在切屑的寬度方向上有速度流出的梯度，就整體來說，具有角速度z，它是繞著與切屑表面垂直的z軸旋轉(zhuǎn)的。至今為止，在已明確的范圍內(nèi)，切屑在下述情況下發(fā)生橫向卷曲。（1）因側(cè)流而產(chǎn)生橫向卷曲 形成切屑時的變形通常都是二維的，切削寬度方向的變形往往忽略不計。但是，如果觀察實際的切屑，其兩端部分在恒方向上變得相當(dāng)寬而引起三維變形。為了保持體積不變，發(fā)生橫向變寬部分的厚度必須減薄或長度必須縮短。如果長度不縮短，如圖2，就發(fā)生橫向卷曲。如果切屑兩端發(fā)生長度縮短，由于平

2、衡而不發(fā)生橫向卷曲。（2）副切削刃的影響 一般的切削是以主切削刃為主進行切削的，刀尖圓弧部分和副切削刃多少也切削一點。各部分在單獨切削時，各自具有不同的剪切角（從而有不同的厚度和長度），切削應(yīng)在不同的方向流出，但把切屑看作整體流出時，必須做螺旋運動。因此，各部分相互作用著力和力矩，其結(jié)果，往往發(fā)生橫向卷曲。圖3所示的刨刀的副偏角、余偏角都是15度，過渡刃主偏角為45度，用此刨刀在牛頭刨床上保持一定的進給量0.15mm/行程，并改變切削深度a來切削黃銅。如圖4，在切削深度特別小時，7以切削刃AB的切削為主，切削深度特別大時，以切削刃BC的切削為主，切屑在與切削刃AB或BC大致垂直的方向流出，橫向

3、卷曲也很少，但當(dāng)切削刃AB與BC的切削大致平衡時，發(fā)生劇烈的橫向卷曲。(3)沿切削刃使剪切角發(fā)生變化的因素 在切屑寬度方向有流出速度的梯度，可以說，沿著一個切削刃的剪切角發(fā)生變化。因為，剪切角、摩擦角、與前角之間的關(guān)系式為：=+-=f （被加工材料性質(zhì)） 從式中可知，如沿著切削刃改變，那切屑就應(yīng)該發(fā)生橫向卷曲。 切屑的橫向卷曲其他產(chǎn)生原因：切削速度、棱面寬度等變化引起剪切角變化而引起，刃傾角的影響，刀尖圓弧半徑的影響等方面。 切屑的折斷：在一般的切削條件下，切屑流出后，卷曲的切屑必然碰到工件、刀具、機床或后續(xù) 的切屑上，從而使切屑的自由延伸受到阻礙。此時，如果切屑發(fā)生少量的彈、塑性變 形，且順

4、利通過阻礙物，則不折斷；如果切屑的塑性變形達到斷裂應(yīng)變時，切屑就折 斷。橫向卷曲C型屑的形成與折斷 C型屑的折斷方式常見的有兩種：工件阻礙型和刀具阻礙型。 1、工件阻礙型 由實驗可知，當(dāng)主偏角較小，且形成較大流 屑角的橫向卷曲切屑時，切屑流出卷曲后易受 工件未加工表面的阻礙，在B點接觸，如圖1所示， 在切屑與回轉(zhuǎn)的工件未加工表面間產(chǎn)生全約束反力F（所有切向反力與法向反力的合力）。 當(dāng)全約束反力F與接觸面法線間夾角小于該處 的摩擦角時，則可認為切屑在瞬間靜止. 此時，工件未加工表面對切屑產(chǎn)生的作用力，將使切屑發(fā)生彈塑性變形。隨著切屑的不斷 流出，切屑的卷曲半徑由 增加為 ，變形也隨之增大，而夾角

5、也隨之增加為 ，接觸點B處的作用力也有所增加。如果在夾角 仍然小于摩擦角時，切屑的塑性變 形就達到了斷裂應(yīng)變，切屑將發(fā)生折斷。由于切屑卷曲沒有達到一圈便折斷，所以產(chǎn)生 橫向卷曲C形屑。刀具阻礙型 實驗研究表明，當(dāng)?shù)毒咧髌禽^大，而形成較小流屑角橫向卷曲切屑時，切屑流出卷曲后常常會隨其卷曲趨勢，以如下的二種可能方式撞擊到刀具后刀面上。 其一是流出卷曲的切屑受工件未加工表面阻礙，但由于全約束反力F與工件未加工表面間夾角大于該處的摩擦角則切屑將隨其卷曲趨勢通過B點滑向刀具后刀 面，如圖2所示； 其次是若切屑的卷曲半徑較小，則有可能在不接觸工件未加工表面的情況下直接撞上刀具后刀面。根據(jù)觀察，一般情況下

6、，撞上后刀面的切屑若不滑出該面，則隨后續(xù)切屑的不斷流出，卷曲半徑的增大，最終也會以圖2所示的形式與工件未加工表面接觸。因此，以下僅對第一種情況進行詳細討論。 由圖2可見，切屑在 點與工件未加工表面接觸產(chǎn)生全約束反力F,并在C點與 刀具后刀面接觸產(chǎn)生全約束反力 ,則當(dāng)全約束反力 與刀具后刀面法線間夾角 小于該處的摩擦角 時，則認為切屑在瞬間與后刀面無相對滑動。此時，切屑受到來 自 點及C點二個作用力的共同作用。隨著切屑的不斷流出，切屑在 F和 作用下發(fā)生彎曲變形。當(dāng)這種變形超過了切屑的斷裂應(yīng)變，則切屑發(fā)生折斷。圖2和圖3 圖3是根據(jù)外圓車削時拍攝的高速攝影照片繪出的一個折斷周期內(nèi)，切屑折斷過程的

7、 模擬圖。圖中清晰地反映了，切屑撞擊到后刀面上折斷而形成刀具阻礙型橫向卷曲“C” 形屑的過程.刀具阻礙型折斷過程 折斷過程可以分為三個階段： 1.在前一個折斷過程結(jié)束后，隨著切削運動的繼續(xù)，形成了橫向卷曲流出圓半徑為 R0 、厚度為hch 的切屑。由于夾角大于摩擦角，則切屑自由端沿工件未加工表面滑 向刀具后刀面，并因夾角0”小于摩擦角 而使切屑自由端在刀具后刀面產(chǎn)生瞬間靜止。此時，工件為加工表面及刀具后刀面分別對切屑產(chǎn)生反作用力。從而使切屑產(chǎn)生變形。如圖3-a,b,c. 2.隨著后續(xù)切削的不斷流出及工件未加工表面和后刀面的約束作用，使切屑因縱彎曲而失穩(wěn)，出現(xiàn)了向上翹曲，其光滑表面承受壓應(yīng)力，粗

8、糙表面承受拉應(yīng)力，如圖3-d,e. 3.切屑在其翹曲部分的變形最大，且易產(chǎn)生應(yīng)力集中。當(dāng)切屑翹曲部分所受應(yīng)變值達到切屑的斷裂應(yīng)變時，切屑就會因縱彎曲失穩(wěn)而折斷。如圖3-f。橫向卷曲短螺卷切屑的形成隨著切屑的不斷流出，螺卷切屑的長度逐漸增加，在切屑長度打到一定值后，由于運動的不穩(wěn)定性，切屑發(fā)生旋擺，在工件和刀具的約束下，切屑旋擺的軸線不在鉛錘位置上，而是與工件軸線、刀桿軸線以及切削速度方向成一定角度的斜線方向上。隨著切屑長度的增加，旋擺的角度越來越大，在切屑大致擺動到水平位置時與工件未加工表面或刀桿的側(cè)面發(fā)生一次或幾次碰撞，隨著碰撞力的增強，在切屑根部附近的受力也增加，當(dāng)碰撞和其他形式的作用使切

9、屑達到其斷裂應(yīng)變時，導(dǎo)致切屑在靠近主切削刃處折斷，形成近似等長的橫向卷曲螺卷切屑，切屑飛出，同時，新的切屑生成。短螺卷屑的折斷切屑橫向卷曲半徑的預(yù)測 一、切屑橫向卷曲產(chǎn)生機理 產(chǎn)生橫向卷曲的主要原因是經(jīng)過變形區(qū)的切屑在其寬度上存在流出速度梯度，如圖所示。由圖可得：其中，V1為切屑內(nèi)側(cè)流出速度，V2為切屑外側(cè)流出速度，bch為切屑寬度，R0為橫向卷曲半徑。式1二、切屑橫向卷曲半徑的試驗研究試驗表明，車削鋼料時，若僅考慮切屑寬度bch和切屑厚度hch對橫向卷曲半徑R0的影響，則當(dāng)n100,K=900, S100,/ap0.25時，無論切削條件如何變化，切屑的橫向卷曲半徑都可用如下的試驗公式表示。其中，hch為切削厚度。經(jīng)過大量試驗數(shù)據(jù)的分析，引入修正系數(shù)K，則可以得到在一般切削條件下橫向卷曲半徑試驗公式：式2根據(jù)試驗結(jié)果，并經(jīng)過數(shù)學(xué)處理得：其中，K為刀尖圓弧半徑修正系數(shù)，Kk為主偏角修正系數(shù)，Kn為法前角修正系數(shù)，Ks為刃傾角修正系數(shù)，Kv為切削速度修正系數(shù)其中，K為切屑橫向卷