1 不锈钢断屑钻的切屑形态与产生条件

1. 螺旋带状屑：如图2所示。这种切屑卷曲所占空间大，易阻塞，不会断屑，影响钻头冷却效果。
   生成原理：麻花钻刀刃各点切削速度不同。外刃处速度高，切屑流动快，切屑较长。越近中心速度越低，切屑排出越慢，切屑长度越短。这种外刃卷成较大半径的弧状，近中心处卷成较小半径的切屑，如不分断，就形成螺旋扇面形。这是麻花钻直线刀刃最常见的切屑。
   

   图3 扇面形块状屑

2. 螺旋带状屑的宽度取决于外刀刃宽度，一般L=0.25～0.3d (d—钻头直径)。当L较小时，刀刃各点切削速度相差不多，刀刃前角大，切削变形较小，切屑排除流畅，可卷曲成一条较窄的螺旋带状屑。带状屑会缠绕在钻头螺旋刃上，不易折断，排出时安全性较差。扇面块状屑：出现在内凹圆弧刃上，如图3所示。这种切屑为短块状，是自然卷断的，切屑较易排出与清理。
   生成原理：圆弧刃上各点切屑流向不同，其规律是各点切屑流向均通过圆弧刃的中心(刀刃法向)。切屑在卷曲过程中沿圆弧刃方向的附加变形，使得切屑展开成扇面形并撕裂形成块状屑。
3. 细长螺旋屑：出现在外刃或内直刃上，如图4所示。这种切屑不易折断。
   

   图4 细长窄螺旋屑

   “6”字形屑

   带花“6”字形屑 图5 6字形屑

   生成原理：

   1. 钻头左右刃磨得不对称，外刃长的一边多切了对边短刃未切除的一段余量。切屑宽度就是不对称量。
   2. 内直刃磨出较大的前角和卷屑槽时，也可能出现细长螺旋屑，但其螺旋导程比外直刃的小。
4. “6”字形屑：出现在圆弧槽很浅的外刃与圆弧复合刃上，如图5所示。“6”字形屑能稳定的自动排出折断。
   生成原理：钻孔开始时外刃与圆弧刃切下连成一体的块状屑，(“6”字形屑的头部)卷到一定长度后，沿圆弧刃方向的附加变形，使切屑分裂，开始分屑，外刃与圆弧刃切屑分别排出。外刃一段为带状屑，(“6”字形屑的尾巴)，圆弧刃切屑为块状屑。“6”字形屑到达一定长度后，切屑在钻槽中碰到上边的槽壁，切屑受到外加的弯矩而折断，其长度与螺旋槽二分之一导程基本一致。若切屑未碰到钻槽，排出到空间一定长度后，也可随着钻头的旋转甩断。其长度约为60~100mm左右。
   带钢筋的“6”字形屑：出现在外刃与圆弧刃左右不对称的情况，如图6所示。这种切屑厚度加倍，更易折断。但加重刃口负荷，影响钻刃寿命。
   生成原理：

   1. 在“6”字形屑生成的条件下，若外刃磨得长短不一，长得一边必然要多切除对边短刃未切除的一段余量，生成外刃与圆弧刃交界处的凸筋。
   2. 横刃磨得不对中心，使钻孔扩大，切削表面外径处出现台阶。最大外经一边的刀刃，必然将对边未切掉的台阶一并切除，生成外刃处的凸筋。
   带花螺旋带状屑：出现在圆弧刃磨得略深的情况，如图7所示。切屑硬厚，较难折断，排出时安全性较差。
   生成原理：在生成“6”字形屑的条件下，若圆弧槽略深，外刃与圆弧刃交点处虽出现时连时分的排屑状态，但以分屑为主。外刃与圆弧刃切屑连成一体的时间很短，出现一段段的”花”状的连体屑。
   

   图6 带有钢筋的“6”字形屑

   图7 带“花”的螺旋带状屑

   图8 中长螺旋节状屑

5. 中长螺旋节状屑：出现在外刃与原弧复合刃上，如图8所示。切屑硬厚，较难折断，排出时安全性较差。
   生成原理：在材料塑性较好、进刀量较大的条件外刃与圆弧刃交点处基本上是出现连体状切屑。但较厚的切屑沿圆弧刃方向展开成扇面形的附加变形过程中，切屑被拉裂成节状屑，并与外刃带状屑连一体。

2 影响切屑形态的因素与控制

1. 钻头刃型参数对屑形的影响，如图1所示。
   1. 圆弧刃半径R：
      R过小：形成分屑点尖角x小，当x<150°时切屑易分开，外刃出带状屑，圆弧刃出扇面块状屑。
      R过大：形成分屑点尖角x大，当x>170°时外刃、圆弧刃屑易连成一体，出短的螺旋扇面形屑。
      R适中：形成x=155～165°时，外刃流屑方向与相临圆弧刃屑流向夹角较小，时连时分，此时正是生成“6”字形屑的条件。最佳x角，与材料韧性、切屑厚度等因素有关，不是常数。可通过试切来探询。
   2. 内、外刃高度差h
      圆弧刃较深时，外刃与圆弧刃形成自然分屑点，外刃出带状屑，圆弧刃出块状屑。圆弧刃较浅时，外刃与圆弧刃形不成自然分屑点，切屑连成一体生成短的螺旋扇面形屑。
      圆弧刃深度用内外刃垂直高度差h来控制，h值与进刀量(切削厚度)成一定比例时，一般宜控制h值约为0.8f.较为适合。
   3. 外刃锋角：
      外刃锋角2F过小时(2F<125°)难以磨出x=150～165°尖角。切屑易卷在容屑槽内，不宜排除。实践经验表明，2F=135°～140°，切屑流出方向逼近与钻头轴线平行，有利排屑。而且容易形成较大的x角，控制出现“6”字屑。
      圆弧半径R°、内外刃垂直高度差h、分屑点尖角x、外刃锋角2F四个参数是有关联的。通常R由刃磨砂轮圆角半径决定，选定2F后h、x可通过调整钻头刃磨机的工艺参数控制。
2. 材料韧性对屑形的影响
   材料韧性大，x角必须磨得更小才能使屑分开。否则切屑连块不分。材料韧性低，x角宜磨得大些。
3. 刀具磨损对屑形的影响
   钻刃分屑尖角处磨平或崩刃后，造成实际x增大。当实际x过大(>165°)，可引起屑形从分到连的转变。因此，不锈钢断屑钻的磨钝的标准或耐用度应以屑形的改变为根据。屑形从6字形变为短块状，既应换刀。我们曾发生过由于尖角处磨平，宽的短块状屑卡死扭断钻头的事故。
4. 钻头横刃对中误差对屑形的影响
   横刃不对中反映在钻孔直径的扩大，使副刃单边工作，造成钻头棱边负后角磨损，这种非正常损坏使钻头寿命大大缩减。
   横刃不对中使两刃切削图形变化，某一边切双倍厚的切屑，而另一边切较薄的切屑。双倍厚的切屑只是在切屑钢筋上，切屑厚而硬，改为长带状屑，难以形成6字形屑。
5. 切削用量对屑形的影响
   加大进刀，切屑变厚，易生成块状屑，相反，易生成带状屑。
   改变钻头切削速度，对切削变形略有影响。一般高速钢钻头切削速度不可能有较大变化。但有些不锈钢对屑形非常敏感，降低钻头转数有利于生成块状屑。

3 结论

1. 控制生成“6”字形屑，合理使用钻头应满足的条件是：
   控制钻头刃形参数：锋角2F=135～140°，外刃长L=0.25d，分屑点尖角x=155°～165°，外刃与圆弧刃垂直高度差h=0.8f
2. 控制钻头刃磨对称精度：横刃对中度，外刃、内刃、圆弧刃跳动量越小越好。一般使用钻头刃磨机，可在线测量内外刃跳动量。横刃不对中误差<0.02～0.03mm是可行的。手工刃磨左右两刃难以对称，必然会产生带钢筋的切屑，加快钻头的磨损。
3. 选择合理的钻削用量：钻削不锈钢宜用较低切削速度，适中的进刀量。普通高速钢钻头推荐v=15～18m/min f≈0.015d mm/r，使用充足的乳化液冷却。这样刀具耐用度可维持100分钟左右。