1. 引言
在金属切削过程中，切屑的形状千变万化。为了实现切屑形成的模拟，需要对切屑的形状进行参数化，并根据加工条件计算这些参数值。多年来，国内外学者对切屑形态及其形成做了大量深入的研究，建立了十几个切屑形成模型，在切屑流向、切屑卷曲机理、断屑方式等方面取得了重要成果。然而，由于切屑问题极其复杂，许多研究仍然是定性分析，尤其是切屑横向卷曲没有定量的计算方法。根据切屑的形成机理和变形规律，分析影响切屑形状的各种因素的主次程度，建立数学模型，实现切屑形状参数的定量计算，为切屑建模提供数据。图1螺旋切屑形状参数
2. 切屑形成及形状参数
当刀具切入工件时，待切金属层通过剪切面发生塑性滑动变形成为切屑，然后通过刀具的滚屑槽发生卷曲变形，形成等螺距的螺旋切屑。其形状可由螺旋外径2r、螺距p和螺旋面与轴的夹角Q决定(如图1所示)。切屑流出后，由于工件、刀具、机床的阻碍，再次变形或折断，从而产生各种类型的切屑。因此，其他类型的芯片可以视为螺旋芯片的演变和组合。根据切削机理，影响螺旋切屑的参数有：切屑卷曲曲率1/rx、交叉卷曲率1/rz、切屑流动角h .那么螺旋切屑的形状参数可以表示为(1)、(2)、(3)在切削过程中影响1/rx、1/rz、Q的因素有很多，如被加工材料的性质、切削量、刀具的几何参数、冷却液、加工方法等。通过对主要影响因素的分析计算和其他因素的综合实验，可以实现切屑形状参数的定量计算。图2切屑轴截面参数
3. 切屑轴截面参数计算
确定螺旋切屑轴截面形状的参数有：切屑厚度hch、切屑宽度bch和切屑偏转角kch(如图2所示)。根据切割原理，可以得到公式HCH=AHF sinkr(4)BCH=AP sinkr(5)kch=arctan(ahtankr)(6)。变形系数公式Ah=cos(f-co) sinf中，进给速度f、切削深度ap、刀具主偏角kr和前角co为已知参数，剪切角f可由经验公式求得。
4. 切屑上卷曲率计算
图3切屑向上卷曲切屑向上卷曲半径R0主要与轧屑槽和积屑有关。由于目前常用的硬质合金刀具切削速度高，一般不会产生切屑堆积，所以不考虑切屑堆积对切屑形成的影响。前刀面上有滚屑槽时，切屑流出并被槽后壁托起，切屑根部受到弯矩作用，在自由面一侧形成压应力，在前刀面一侧形成拉应力，使切屑向上卷曲(见图3)。故可得R0=(w-lf)cos(s/2)其中切屑接触长度lf=kmh dsin (FB-G0) sinfcsb切削厚度hD=f sinkr其中w为切屑滚槽宽度，s为槽底角，经验系数km2，摩擦角b可由切削分量求得。如果取Cx作为其他影响因素的综合系数，则切屑卷曲曲率的计算公式为1=CX=CX rxr 00(w-LF)COSS/2(7)
5. 切屑横卷曲率计算
。图4芯片的交叉卷曲。目前对切屑横向卷曲的研究还只是定性的，认为影响切屑横向卷曲的显著因素有两个：切屑在宽度方向的侧向流动和辅助切削刃的参与。在此基础上，从理论上建立了切屑横向曲率的计算公式，未知因素通过实验系数进行调整。切屑成形时，宽度方向的变形为D，长度方向的速度差Dv=v2-v1由工件的阻碍引起，同时产生角速度w=v2/rz1=v1/(rz1-bD)(见图4)；设Dv=(D/kw1bD)v1，D=bch-bD，通过实验得到系数kw1，则芯片侧面引起的曲率
设主副切削刃的长度之比为x，kw2和aw为实验确定的参数，这样副切削刃参与切削引起的曲率为1=kw2xhDaw rz2。采用优化设计方法，使kw1、kw2和aw分别以1、0.1和0.1的步长在1-5、0-1和0-1的范围内变化，通过代入各种类型计算出计算值Crz。测量值Lrz通过切削实验得到，计算值得到。如果将Cz作为其他影响因素的综合系数，则切屑横向卷曲率的计算公式为(8)
6. 切屑流屑角计算
。直角切削时，切屑沿切削刃的垂直方向流出，而三维切削时，切屑流出方向与主切削刃的垂直方向形成夹角，约等于切屑流动角h，分析切屑流动角的方法有很多：Stabler定律提出h=cls，Colwell认为切屑流动方向近似垂直于切削刃弦， 王和马修指出，刀尖圆弧半径和切削刃倾角是影响切屑流向的主要原因。 定量计算切屑角的方法是切屑角的实验回归方程：L=0.21 AP-0.74 f 0.424(RS 0.45)0.68(KR-16)1.280 . 99 gnc ls其中c0.62-0.67是与工件材料有关的系数。如果在加工过程(或步骤)中不需要更换刀具，刀具参数是恒定的。设CL1=0.21(RS 0.45)0.68(KR-16)1.280 . 99 gn，Cl2=cls，那么计算芯片角度的公式可以简化为(9)
7. 结论
。切屑的一般形式是等螺距的螺旋切屑，其轴向截面参数hch、bch和kch由公式(4)给出。影响因子1/lx、lz和h由公式(7)、(8)和(9)近似计算得到其参数值。根据芯片参数hch、bch、kch、2r、P、Q的定量值，可以进行芯片的特性建模。
