理想的切屑是怎样形成的？
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在加工过程中，切屑的形成和排出至关重要，因为它们确保切削过程顺利进行，而不损坏机器、刀具或工件，同时也确保操作人员的安全。切屑形成在加工技术领域比其他任何主题都吸引了更多的关注，但事实证明，将这些发现转化为实际可用的模型具有挑战性。在这里，我们从实际角度探讨切屑的形成。
图 1：切屑形成的简化模型
在加工过程中，去除的材料在剪切平面内经历塑性变形和剪切，并根据工件材料的特性以长切屑或短切屑的形式排出。加工过程的剪切区消耗了大量的能量。对于加工不可压缩材料，剪切平面内材料的变形不会改变其体积。假设变形是简单的剪切，并将一堆材料层平行于剪切平面放置，切屑形成可以视为这些材料层的剪切过程。
材料特性和切屑形成
影响切屑形成的因素有很多，特别是工件材料的特性。金属切削过程涉及工件材料的塑性变形，然后进行剪切。弹性和塑性材料行为在此过程中起着决定性作用。不同的工件材料表现出不同的剪切强度和延展性组合。工件材料的延展性是指其断裂前能够变形的程度（见图2）。工件材料的延展性越高，切屑越长。根据经验，当材料的延展性超过约 25% 时，切屑范围从长到非常长。
图 2：工件材料的塑性和弹性特性对切屑形成的影响。
有些工件材料会产生长切屑；有些产生长且具有延展性的切屑，而另一些则产生短切屑。ISO 系统中也使用此方法对不同类型的工件材料进行分类。由于每个 ISO 组（P、M、K、N、S 和 H）都会产生可预测的切屑，因此刀具和切削条件的选择必须与材料行为相匹配。ISO P 组（钢）由具有相对较高延展性且易于形成长切屑的材料组成。需要采取适当的预防措施来保持碎片的可接受的形状和长度。
ISO K 组（铸造材料）和 H（淬硬钢）包括延展性较低、会产生短切屑的材料。这简化了切屑控制。ISO 组 M（不锈钢）、S（超级合金）和 N（有色金属材料）包括延展性相对较低但粘性明显的材料。这些材料形成所谓的“内置边缘”切屑。
图 3：芯片形态和形状的分类。
切屑形态和形状的分类
切屑可分为非常长和非常短的类型，理想的切屑应避免任何极端情况。切屑太短会使加工断续，导致刀刃过早崩刃并缩短刀具寿命。从刀具寿命的角度来看，切屑越长越好。长且形状光滑的切屑可减少加工过程中的微振动，从而提高表面质量。但从切削工艺本身来看，长切屑并不理想。它们会损坏机器、工件和工具，给操作员带来不安全的条件。它们还可能在排屑机中造成弹出问题，从而增加生产停机时间。
切屑形成
图 4：切屑的分类，从长到短。从左到右：带状、缠结、螺旋、长螺旋、螺旋、理想螺旋、螺旋管、长逗号和短逗号碎片。
短切屑可以消除弹出问题，但表示间歇切削，这可能会导致刀具寿命缩短（由于刀具边缘崩刃）和微振动，从而降低表面质量。螺旋形切屑既不太长也不太短，代表一种理想状态，为最佳切削操作提供了最佳机会。
理想的切屑形成，短螺旋型
低功耗要求
切削刃应力低
切削力小 更容易脱模
避免切屑过短
功率要求高
切削刃上的高应力
可能导致刀具或工件偏转和振动
避免长且带状的切屑
很难弹出
对操作员来说存在危险
可能会重新切削并损坏工件或刀具