鋸切變形和切屑的形成過(guò)程是金屬鋸切機(jī)理中最基本的內(nèi)容。鋸齒齒刃與鋸切主運(yùn)動(dòng)方向垂直時(shí),鋸切厚度沿齒刃方向是相同的,當(dāng)鋸切寬度遠(yuǎn)大于鋸切厚度時(shí),中間部分處于平面應(yīng)力狀態(tài),這種鋸切狀態(tài)稱為二維鋸切或正交鋸切,如圖1(a)所示。鋸齒齒刃不與鋸切主運(yùn)動(dòng)方向垂直時(shí),如圖2(b)所示,鋸齒處于三維鋸切狀態(tài)。三維鋸切的復(fù)雜性使得對(duì)具有前后角鋸齒的鋸切本質(zhì)難于理解。為了簡(jiǎn)化問(wèn)題,便于分析,根據(jù)鋸床帶鋸條的實(shí)際鋸切狀態(tài),本文以二維鋸切(正交鋸切)為例進(jìn)行說(shuō)明。
由于鋸床加工件材料的塑性不同,鋸切條件不同,會(huì)形成不同類型的切屑,對(duì)鋸切加工產(chǎn)生的影響不同。從變形的觀點(diǎn)出發(fā),切屑行程的基本形態(tài)分為四種,如圖2所示。
(1)帶狀切屑,如圖2(a)所示。切屑呈帶狀或螺旋狀,與鋸齒前面接觸的底層光滑,而背面呈毛茸狀。一般鋸切塑性材料(如低碳鋼、銅、鋁等),鋸切速度較高,鋸切厚度和進(jìn)給速度較小,鋸齒前角較大時(shí),形成此類切屑。此時(shí),鋸切過(guò)程平穩(wěn),鋸切力波動(dòng)較小,由于鋸切連續(xù)不斷,切屑斷屑后往往呈較長(zhǎng)的絲狀或螺旋狀,需要采取必要的清屑措施清理帶鋸條鋸齒上附著的切屑。
(2)節(jié)狀切屑,如圖2(b)所示。切屑背面呈較大鋸齒形,底面有不貫穿的裂紋。一般鋸切中等硬度鋼材時(shí),鋸切速度較低,鋸切厚度較大,鋸齒前角較小,由于剪切滑移量較大,局部達(dá)到材料的斷裂強(qiáng)度而形成。
(3)單元切屑,如圖2(c)所示。在節(jié)狀切屑的整個(gè)剪切面上,切應(yīng)力超過(guò)了材料的強(qiáng)度極限時(shí),整個(gè)單元將被切離,形成一顆顆梯形單元切屑。
(4)崩碎切屑,如圖2(d)所示。鋸切鑄鐵、青銅等脆性材料時(shí),由于材料的塑性很小,抗拉強(qiáng)度較低,鋸齒切人后,鋸切內(nèi)層靠近鋸齒鋸切刃和前面的局部金屬未經(jīng)明顯的塑性變形就在拉應(yīng)力狀態(tài)下脆斷,形成不規(guī)則的碎塊狀切屑。工件材料越硬脆,進(jìn)給速度越大越容易產(chǎn)生此類切屑。此時(shí),易產(chǎn)生振動(dòng),鋸切力波動(dòng)較大,工件表面凹凸不平。
前三種鋸切均是鋸切塑性材料時(shí)得到的,只要改變鋸切條件,三種切屑形態(tài)是可以互相轉(zhuǎn)化的。在實(shí)際情況下,還出現(xiàn)許多中間型和復(fù)合型。此外,在加工鋁合金和球墨鑄鐵時(shí),在鋸齒的后面容易形成切屑的堆積物。
鋸床帶鋸條鋸齒根部是圓弧形,在鋸切過(guò)程中切屑在根部將沿著圓弧齒根卷曲。由于鋸床鋸切條件和材料性質(zhì)不同,切屑的卷曲程度也不同。如圖3(a)所示,如果鋸切厚度較大、工件材料較硬,則切屑在卷曲過(guò)程中碰到齒根部位時(shí)將因擠壓力較大而斷掉,切屑卷曲程度較小,碎屑較多。螺旋狀鋸切的折斷如圖3(b)所示,當(dāng)切屑卷曲的圈數(shù)越來(lái)越多時(shí),它的外圓半徑越來(lái)越大,卷曲中心右移,這種變化加大了A點(diǎn)附近切屑內(nèi)環(huán)面的拉應(yīng)力,最后使切屑在A點(diǎn)附近折斷。C型切屑碰到工件折斷如圖3(c)所示,由于切屑連續(xù)流出,并受到工件的阻擋而被迫增大卷曲半徑,切屑內(nèi)側(cè)A點(diǎn)拉應(yīng)力增大,最終將切屑折斷。