1. 引言
在金屬切削加工過程中梢纫，切屑形狀千變?nèi)f化，要實現(xiàn)切屑形成過程仿真陨簇，必須將切屑形狀參數(shù)化妒牙，并根據(jù)加工條件計算這些參數(shù)值彼哼。
多年來，國內(nèi)外學(xué)者對切屑形狀及其形成進行了大量深入研究湘今，建立起十幾種切屑形成模型敢朱，在切屑流動方向、切屑卷曲機理及切屑折斷方式等方面取得了重要成果摩瞎。但由于切屑問題極為復(fù)雜拴签，許多研究尚屬定性分析，特別是對切屑橫向卷曲還沒有量化計算的方法磕糙。
本文根據(jù)切屑的形成機理及變形規(guī)律劫陌，分析影響切屑形狀各因素的主次程度折焙，建立數(shù)學(xué)模型，實現(xiàn)對切屑形狀參數(shù)量化計算碱框，為切屑造型提供數(shù)據(jù)层漠。
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圖1 螺旋切屑形狀參數(shù)
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2. 切屑形成及形狀參數(shù)
刀具切入工件時，被切金屬層經(jīng)剪切面發(fā)生塑性滑移變形成為切屑混检，再經(jīng)刀具卷屑槽卷曲變形抢督，形成一個等螺距螺旋形切屑，其形狀可由螺旋外徑2r写并、螺距p喧雹、螺旋面與軸的夾角q確定(如圖1)。切屑流出后受工件于嚼、刀具及機床等阻礙引起再度變形或折斷越名，從而產(chǎn)生各種類型的切屑，因此处监，其它類型切屑均可視為螺旋切屑的演變和組合渺蒿。
由切削機理知，對螺旋形切屑產(chǎn)生影響的參數(shù)
有：切屑上卷曲率1/rx彪薛，橫卷曲率1/rz茂装，流屑角h。則螺旋切屑的形狀參數(shù)可表示為
切削加工過程中善延，影響1/rx少态、1/rz及q的因素很多，諸如被加工材料的性質(zhì)易遣、切削用量彼妻、刀具幾何參數(shù)、冷卻液及加工方式等豆茫。通過對主要影響因素的分析計算和對其它因素進行綜合實驗侨歉，可實現(xiàn)切屑形狀參數(shù)的量化計算。
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圖2 切屑軸截面參數(shù)
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3. 切屑軸截面參數(shù)計算
確定螺旋形切屑軸截面形狀的參數(shù)有：切屑厚度hch揩魂，切屑寬度bch幽邓，切屑偏角kch(如圖2)。
由切削原理可得到切屑軸截面參數(shù)計算公式
| hch=Ahf sinkr |
(4) |
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(5)
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| kch=arctan(Ahtankr) |
(6) |
| 其中變形系數(shù)Ah= |
cos(f-co) |
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| sinf | |
式中進給量f火脉、切深ap核必、刀具主偏角kr及前角co為已知參數(shù)，剪切角f可用實驗公式求出腿逞。
4. 切屑上卷曲率計算
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圖3 切屑上向卷曲
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切屑上卷半徑R0主要與卷屑槽和積屑瘤有關(guān)实朗，由于目前常用的硬質(zhì)合金刀具切削速度較高，一般不會產(chǎn)生積屑瘤，因此不考慮積屑瘤對切屑形成的影響垮撇。當前刀面有卷屑槽時法简，切屑流出受槽型后壁的作用使切屑抬起，切屑根部受彎矩作用状堰，在自由面一側(cè)形成壓應(yīng)力蓝鹿，在前刀面一側(cè)形成拉應(yīng)力，使切屑產(chǎn)生上向卷曲(見圖3)糯驯。由此可得
R0=(w-lf)cos(s/2)
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其中刀屑接觸長度lf=km |
hDsin(f+b-g0) |
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| sinfcosb | |
| 切削厚度hD=f·sinkr |
式中w為卷屑槽寬贰往，s為槽底夾角，實驗系數(shù)km≈2耙福，摩擦角b通過切削分力可求出伊厉。
設(shè)Cx為其它影響因素綜合系數(shù)，則切屑上卷曲率計算公式為
| 1 |
= |
Cx |
= |
Cx |
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| rx |
R0 |
(w-lf)coss/2 | |
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5. 切屑橫卷曲率計算
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圖4 切屑橫向卷曲
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目前對切屑橫向卷曲的研究還只是作定性分析坦冠，認為影響切屑橫向卷曲的因素有兩項較為顯著：切屑在寬度方向形成側(cè)流和副切削刃參加切削形耗。據(jù)此從理論上建立切屑橫向曲率計算公式，未知因素由實驗系數(shù)調(diào)整辙浑。
設(shè)切屑形成時在寬度方向上的變形量為D激涤，受工件阻礙引起長度方向上的速度差Dv=v2-v1，同時產(chǎn)生角速度w=v2/rz1=v1/(rz1-bD)(見圖4)判呕；令Dv=(D/kw1bD)v1倦踢，D=bch-bD，系數(shù)kw1由實驗求出侠草，則切屑側(cè)流引起的曲率為
在同樣切削厚度下辱挥，主副切削刃承擔的負荷相當時，切屑橫向曲率接近最大梦抢；而切削厚度越大般贼，副切削刃對切屑的橫向卷曲影響也越大愧哟。令主副切削刃長度之比為x奥吩，kw2和aw為實驗確定的參數(shù)，則副切削刃參與切削引起的曲率為
采用優(yōu)化設(shè)計的方法蕊梧，令kw1划搓、kw2和aw分別以步長1、0.1和0.1在1-5配亮、0-1和0-1的范圍內(nèi)變化验脐，代入各式求出計算值Crz，通過切削實驗得到測量值Lrz增荐，求出使S(Lrz-Crz)²最小的一組系數(shù)kw1织活、kw2和aw。
設(shè)Cz為其它影響因素綜合系數(shù)，則切屑橫卷曲率計算公式為
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6. 切屑流屑角計算
直角切削時稼那，切屑沿切削刃垂直方向流出褒饱，而三維切削時切屑流出方向與主切削刃垂直方向成一夾角，此角近似等于流屑角h搞吱。分析流屑角的方法有多種：Stabler法則提出h=cls援儡，Colwell認為切屑流動方向近似垂直于切削刃弦，Wang and Mathew指出刀尖圓弧半徑和切削刃傾斜程度是影響切屑流向的主要原因硼县。
能夠?qū)α餍冀嵌坑嬎愕姆椒ㄊ橇餍冀菍嶒灮貧w方程：
l=0.21ap-0.74f0.424(rs+0.45)0.68(kr-16)1.280.99gn+cls
式中c≈0.62-0.67酿装，是與工件材料有關(guān)的系數(shù)。
設(shè)在一道加工工序(或工步)中不需換刀晦嵌，則刀具參數(shù)為常數(shù)同辣。令
Cl1=0.21(rs+0.45)0.68(kr-16)1.280.99gn，Cl2=cls
則計算流屑角公式可簡化為
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7. 結(jié)論
切屑的一般形態(tài)是等螺距螺旋形切屑惭载，其軸截面參數(shù)hch邑闺、bch及kch由式(4)、(5)棕兼、(6)計算陡舅，形狀參數(shù)2r、p及q由式(1)伴挚、(2)靶衍、(3)計算確定；其中的影響因素1/lx茎芋、lz及h用式(7)颅眶、(8)、(9)近似計算得到其參數(shù)值田弥。根據(jù)切屑參數(shù)hch涛酗、bch及kch及2r、p安仁、q的定量值可對切屑進行特征造型居鸳。
