切屑管理的意義在金屬加工作業(yè)中越來越重要。切屑可以影響到工件的表面質(zhì)量并有可能損壞刀具。因此，在新型刀具的開發(fā)工作中，必須重視切屑的生成和排屑問題。
在日常金屬切削加工作業(yè)中，戴皮手套的設(shè)備操作工人用令人生畏的大鐵鉤把切屑從工件或刀具上生硬拽下來的情景越來越不多見了。但是，每個(gè)切削作業(yè)人員在實(shí)際工作中對(duì)此類情況還是屢見不鮮的。這就從另一個(gè)方面清晰地說明了切削作業(yè)中切屑管理的必要性。由于切屑不能自主地從工作區(qū)域里排出，在很多內(nèi)加工范圍內(nèi)所不希望出現(xiàn)的作業(yè)中斷的現(xiàn)象就成為了一種挑戰(zhàn)。
切屑可以在與工件表面的接觸和鉆孔作業(yè)中造成很大的質(zhì)量缺陷。在最嚴(yán)重的情況下，切屑還會(huì)卡在鉆孔邊緣和刀刃或基體之間，結(jié)果是加工過程受阻，甚至刀具發(fā)生斷裂。除了這些影響之外，還存在著一種危險(xiǎn)，即刀具受到高溫和切屑鋒利邊緣的危害，造成本體磨損的結(jié)果。最后一點(diǎn)便是，在加工結(jié)束之后往往需要在工件上和加工空間里進(jìn)行費(fèi)時(shí)費(fèi)力的切屑清理作業(yè)。單單就拿排屑槽來說，切屑的特性就在很大程度上決定了所需要花費(fèi)的費(fèi)用。
最主要的切屑形狀及其切屑空間數(shù)
但是，在自動(dòng)化程度越來越高的背景下，加工流程的安全性也必須逐步加強(qiáng)，同時(shí)質(zhì)量要求和對(duì)經(jīng)濟(jì)性的要求也在日益提高，因此，Komet Group公司在研發(fā)和優(yōu)化內(nèi)加工切削刀具時(shí)把切屑生成和排放作為重中之重。
切屑是在三個(gè)重復(fù)性加工階段中從被加工工件上脫離下來的金屬顆粒物。在刀刃進(jìn)入金屬材料里時(shí)，材料首先被擠壓，然后推應(yīng)力增大，直至材料達(dá)到硬度極限。最大的推應(yīng)力出現(xiàn)在所謂的剪切面上，在那里材料顆粒物相互間發(fā)生松動(dòng)、變形和擠壓，從而生成切屑。切屑通過刀刃的切削面被排走，在遇到阻力時(shí)再次被擠壓。
圖2 在脆裂切屑生成時(shí)，刀片前方會(huì)產(chǎn)生裂紋。
切屑在工件沒有發(fā)生大的變形的情況下即可破斷
切削量和切屑形狀對(duì)于作業(yè)流程影響巨大
對(duì)于工藝流程及其安全性來說，切削量和切屑形狀是決定性的影響因素。切削量分為材料本身數(shù)量和實(shí)際占用空間的散亂的切屑量。當(dāng)然，散亂的切屑量要大于材料本身數(shù)量。所得出的切屑空間數(shù)取決于切屑的形狀。切屑空間數(shù)表述了切屑在離開刀具之后所具有的形狀。
究竟生成何種形狀的切屑，這主要取決于材料的材質(zhì)和切削的條件。比較重要的一點(diǎn)便是材料合金類型，例如含磷和含硫。至于切削條件方面，主要有切削速度、切削深度、進(jìn)給量和調(diào)節(jié)角度等因素。在刀具外形方面的主要影響因素有切削角度和切屑生成階段。
圖3 當(dāng)切屑材料受力超過其變形能力時(shí)，即可產(chǎn)生擠裂切屑
所生成的切屑按照其外部形狀進(jìn)行分級(jí)。這里需要注意到切屑的堆積密度（鋼材為t/m3）和操作人員可能遭受到的危險(xiǎn)以及刀具、工件和設(shè)備的損傷等問題。切屑空間數(shù)越小，則切屑所需的空間也就越小，可操作性就越強(qiáng)。出現(xiàn)帶狀和亂麻狀的切屑就非常不利，因?yàn)樗璧K了切屑的下落并構(gòu)成不容易從工件或刀具上脫落的切屑絲團(tuán)。此外，它還妨礙了切屑的自動(dòng)傳送。更有甚者，它還可能對(duì)工件表面造成傷害，并在某種程度上對(duì)勞動(dòng)安全造成威脅。
螺旋狀切屑雖然沒有像帶狀或亂麻狀切屑對(duì)工件和切屑排放帶來那樣不利的影響，但是也是為人們所不希望看到的。在切屑空間數(shù)上屬于最低一級(jí)的是短的切屑段（斷裂切屑）。但是，對(duì)于這些切屑也需要嚴(yán)加防范，因?yàn)樗锌赡軙?huì)發(fā)生噴濺并對(duì)操作人員造成危害或堵塞設(shè)備通道。隨著現(xiàn)有設(shè)備防護(hù)罩和保護(hù)性導(dǎo)向的逐漸完善，這個(gè)問題逐步得到解決。
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