Giáo trình Nguyên lý cắt cung cấp cho người học những kiến thức như: nguyên lý cắt gọt; lực cắt khi tiện; phay; bào và xọc; khoan; mài;...Mời các bạn cùng tham khảo!
NGUYÊN LÝ CẮT GỌT
Những khái niệm và định nghĩa cơ bản
Cắt gọt kim loại là quá trình công nghệ tạo ra các sản phẩm cơ khí có hình dáng, kích thước và độ bóng bề mặt đáp ứng yêu cầu kỹ thuật từ phôi ban đầu, dựa trên nguyên lý cắt bỏ lớp kim loại thừa dưới dạng phoi Quá trình này được thực hiện bằng các phương pháp gia công như tiện, phay, bào và gia công CNC để đạt được độ chính xác và chất lượng bề mặt mong muốn Nhờ việc loại bỏ phần kim loại không mong muốn, các chi tiết máy được hình thành đúng kích thước, hình học và đặc tính bề mặt, phục vụ cho yêu cầu vận hành và lắp ghép trong ngành công nghiệp cơ khí Kết quả cuối cùng là sản phẩm có hình dáng chuẩn, bề mặt bóng mịn và đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật, chất lượng và hiệu suất vận hành.
Gia công cắt gọt được thực hiện ở nhiệt độ bình thường của môi trường, cả trước và sau quá trình nhiệt luyện, giúp duy trì tính ổn định của chi tiết Quá trình này mang lại bề mặt bóng và độ chính xác cao hơn so với các phương pháp gia công như hàn, đúc, rèn và dập nóng.
- Phương pháp gia công bằng cắt gọt chiếm 30% khôi lượng công việc gia công cơ khí và trong tương lai có thể nhiều hơn
Chuyển động trong quá trình cắt gọt kim loại thể hiện quỹ đạo chuyển động tương đối giữa dao và chi tiết gia công, khác nhau tùy từng loại máy cắt Người ta phân ra ba loại chuyển động, trong đó chuyển động chính (chuyển động cắt chính) là động lực cơ bản của máy cắt được thực hiện qua dụng cụ cắt hoặc chi tiết gia công và có thể ở dạng quay, tiến lùi khứ hồi hoặc kết hợp tùy từng mô hình máy và bài toán gia công.
Trong gia công cơ khí, chuyển động chính xác định loại thao tác và quá trình cắt gọt: khi tiện, chuyển động chính là quay tròn của phôi gá trên mâm cặp; khi phay, khoan và mài, chuyển động chính là quay tròn của dao phay, dao khoan và đá mài; còn với bào và xọc, chuyển động chính là tịnh tiến khứ hồi, lên xuống của dao Chuyển động chạy dao là sự kết hợp giữa chuyển động của dao hoặc chi tiết gia công với chuyển động chính để hình thành quá trình cắt gọt.
Chuyển động chạy dao có thể liên tục hay gián đoạn Chuyển động này thường được thực hiện trong xu hướng vuông góc với chuyển động chính, cụ thể
- Khi tiện, chuyển động chạy dao kà chuyển động ngang – dọc của bàn dao khi cắt
- Khi phay là chuyển động ngang - dọc - đứng của bàn máy mang phôi
- Khi bào là chuyển động ngang (đứng) của bàn máy và chuyển động lên xuống của đầu dao
- Khi mài là chuyển đông tịnh tiến ngang (dọc) của bàn máy mang phôi hay trục của đá mài
Trong gia công khoan, chuyển động ăn xuống của mũi khoan là động tác chính để cắt và sinh phoi, quyết định độ sâu và áp lực cắt lên phôi Chuyển động phụ là các chuyển động không trực tiếp tạo ra phoi, nhưng rất quan trọng để điều khiển quá trình khoan, như chuyển động tịnh tiến của mũi khoan và lùi dao, những động tác này không cắt vào phôi nhưng giúp định vị dụng cụ, thoát phoi và bảo vệ dụng cụ.
Chế độ cắt
Lượng dịch chuyển tương đối giữa lưỡi cắt và chi tiết gia công trong một đơn vị thời gian (hay lượng dịch chuyển tương đối của một điểm trên bề mặt chi tiết so với lưỡi cắt trong một đơn vị thời gian) được hiểu là tốc độ cắt hoặc tốc độ tiến dao trong gia công Tốc độ này được đo bằng các đơn vị như mm/phút hoặc m/phút và ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bề mặt, độ bóng và tuổi thọ của dụng cụ cắt Hiểu đúng tốc độ cắt cho phép tối ưu hóa quy trình gia công, chọn vật liệu và điều chỉnh tham số sao cho hiệu suất cao với chi phí hợp lý Trong thiết kế quy trình gia công, người ta cân nhắc giữa tốc độ cắt, tiết diện cắt và dung sai để đảm bảo hiệu suất và kiểm soát nhiệt sinh ra trong quá trình gia công.
Đa số các trường hợp cho thấy trị số vận tốc chuyển động quay của dao S rất nhỏ, nên vận tốc cắt có thể được coi là vận tốc chuyển động chính, tức V ≈ Vc Do vậy, trong phân tích và thiết kế liên quan đến quá trình gia công, ta có thể tập trung vào vận tốc cắt như biến động chủ đạo để đơn giản hóa mô hình động học và tối ưu hóa hiệu quả gia công.
Ví dụ trong gia công tiện ngoài, khi chi tiết có đường kính D (mm) và số vòng quay của trục chính n (vòng/phút), tốc độ cắt có thể được tính theo một công thức xác định Việc tính đúng tốc độ cắt giúp tối ưu hóa chất lượng bề mặt, tăng tuổi thọ dao và nâng cao hiệu quả sản xuất Vì vậy, người vận hành cần dựa vào D và n để chọn công thức tốc độ cắt phù hợp với vật liệu và loại dao, từ đó áp dụng công thức một cách chuẩn xác và nhất quán.
Khi tiện lỗ, D là đường kính lỗ sau khi gia công; khi khoan, D là đường kính mũi khoan; khi phay, D là đường kính dao phay; khi mài, D là đường kính của đá mài.
Nếu chuyển động chính là tịnh tiến (bào, xọc ) thì trị số vận tốc lấy theo giá trị vận tốc trung bình:
L: là chiều dài hành trình chạy dao (mm) n: là số hành trình kép trong một phút b Chiều sâu cắt (t)
Độ sâu cắt là chiều sâu lớp kim loại bị loại bỏ sau một lần cắt, hoặc có thể hiểu là khoảng cách giữa hai bề mặt đã gia công và chưa gia công được đo theo phương vuông góc với đường chạy dao Trong gia công kim loại, độ sâu cắt quyết định lượng kim loại bị loại bỏ, lực gia công tác động lên dụng cụ, và chất lượng bề mặt chi tiết, đồng thời ảnh hưởng đến tuổi thọ dụng cụ và hiệu quả sản xuất.
Ví dụ: Khi tiện thì chiều sâu cắt đƣợc tính: t = (D – d)/2 (khi tiện ngoài) mm t = (d – D)/2 (khi tiện trong) mm c Lƣợng chạy dao (s)
Đó là quãng đường tương đối mà lưỡi cắt di chuyển so với chi tiết theo phương của chuyển động chạy dao trong một đơn vị thời gian Quãng đường này được xác định sau mỗi vòng quay của phôi hoặc sau một hành trình kép, và nó đóng vai trò là thước đo cho tốc độ tiến dao trong gia công Việc nắm vững quãng đường này giúp tối ưu hóa chất lượng bề mặt, độ chính xác gia công và hiệu suất sản xuất.
Khi tiện, lượng chạy dao S là lượng dịch chuyển của dao theo phương chạy dao dọc theo bề mặt gia công sao một vòng quay của phôi (mm/vg)
Trong gia công, lượng chạy dao S là lượng dịch chuyển của dao hoặc bàn máy sau một hành trình kép của bàn máy (hoặc dao) Đối với dao nhiều lưỡi cắt như dao phay, lượng chạy dao có thể tính sau một răng dao (mm/rg), sau một vòng quay của dao (mm/vg) và sau một phút làm việc của dao (mm/ph).
Chế độ cắt là tập hợp các tham số vận tốc cắt V, chiều sâu cắt t và lượng chạy dao S Một chế độ cắt được xác lập trên hệ thống công nghệ gồm máy gia công, dao cắt, đồ gá và chi tiết gia công.
Sự hình thành các bề mặt chi tiết trong quá trình cắt
Trong mọi phương pháp gia công, quá trình hớt bỏ dần lượng dư bằng quá trình cắt sẽ hình thành trên chi tiết ba bề mặt có những đặc điểm khác nhau Xét tại một thời điểm bất kỳ trong quá trình gia công tiện, ba bề mặt này được phân biệt dựa trên đặc tính và trạng thái gia công của từng khu vực, từ đó ảnh hưởng đến chất lượng, độ chính xác kích thước và bề mặt hoàn thiện của chi tiết.
Hình 1.2 các bề mặt chi tiết trong quá trình cắt
Mặt sẽ gia công là bề mặt của phôi mà dao cắt tiếp xúc và di chuyển theo quy luật chuyển động trong quá trình gia công Tính chất của mặt gia công phản ánh đặc trưng của bề mặt phôi và chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố gia công như tốc độ, áp lực và hướng cắt, từ đó quyết định độ nhám và trạng thái bề mặt sau khi gia công.
Mặt đã gia công là bề mặt trên chi tiết mà dao đã cắt qua Tính chất của bề mặt này phản ánh kết quả của các hiện tượng cơ lý diễn ra trong quá trình cắt, từ đó cho thấy mức độ nhám, bóng và cấu trúc bề mặt do quá trình gia công để lại Hiểu đúng đặc tính của mặt gia công giúp tối ưu hóa tham số gia công và nâng cao chất lượng sản phẩm, đồng thời giảm thiểu sai số trong gia công.
Mặt đang gia công là bề mặt trên chi tiết nơi lưỡi dao trực tiếp thực hiện tách phoi và là mặt nối tiếp giữa mặt đã gia công với mặt sẽ gia công Trên mặt đang gia công diễn ra các hiện tượng phức tạp, ảnh hưởng đến chất lượng và độ chính xác của quá trình gia công.
Vùng cắt là phần kim loại của chi tiết vừa được tách ra ở gần mũi dao và lưỡi cắt nhưng chưa thoát ra ngoài Đây là khu vực diễn ra các quá trình cơ lý phức tạp, ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công, chất lượng bề mặt và hiệu suất cắt trong gia công kim loại.
Khái niệm về dao cắt,vật liệu làm dao
4.1 Các mặt phẳng cơ bản của dao cắt kim loại Để xác định các góc độ của dao và khảo sát về lực cắt, vận tốc cắt, nhiệt cắt… người ta qui định các mặt phẳng toạ độ của dao ( dao tiện)
Hệ toạ độ được xác định trên cơ sở của ba phương chuyển động cắt ( ⃗⃗⃗ )
Mặt phẳng cơ bản 1: Đƣợc tạo bởi vectơ tốc độ và vectơ chạy dao
Mặt phẳng cơ bản 2: Đƣợc tạo bởi vectơ tốc độ cắt và vectơ chiều sâu cắt
Mặt phẳng cơ bản 3: (còn gọi là mặt đáy) Đƣợc tạo bởi vectơ chạy dao
⃗⃗ và vectơ chiều sâu cắt Là mặt phẳng đi qua một điểm của lƣỡi cắt chính và vuông góc với vectơ vận tốc cắt tại điểm đó Đối với dao có tiết diện là hình lăng trụ thì mặt đáy song song với mặt tỳ của thân dao trên ổ gá dao
Mặt phẳng cắt là mặt phẳng đi qua một điểm của lƣỡi cắt chính và tiếp xúc với mặt đang gia công Mặt cắt chứa vectơ vận tốc cắt Hay mặt phẳng chứa lƣỡi cắt chính và vectơ vận tốc cắt mà nó vuông góc với mặt đáy (gọi là mặt phẳng cắt gọt
Tiết diện chính N – N: là mặt phẳng đi qua một điểm của lƣỡi cắt chính và vuông góc với hình chiếu của lƣỡi cắt chính trên mặt đáy
Tiết diện phụ N 1 – N 1 : là mặt phẳng đi qua một điểm của lƣỡi cắt phụ và vuông góc với hình chiếu của lƣỡi cắt phụ trên mặt đáy
4.2 Những bộ phận chính của dụng cụ cắt
Dao cắt kim loại đóng vai trò then chốt trong quá trình gia công kim loại, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và hiệu quả của quá trình gia công Khi tiếp xúc với phôi liệu, dao cắt tác động lên phôi để tách phoi, từ đó hình thành bề mặt gia công với độ chính xác và độ bóng mong muốn Việc lựa chọn vật liệu dao, hình học lưỡi cắt và thông số cắt phù hợp giúp tối ưu hiệu suất cắt, giảm mòn và tiết kiệm chi phí sản xuất cho quá trình gia công kim loại.
Mỗi dao ( điển hình là dao tiện) thường gồm hai phần:
Thân dao dùng để gá vào bàn dao và phải có độ bền cũng như độ cứng vững để đảm bảo vị trí tương quan giữa dao và chi tiết gia công Đầu dao là phần đảm nhận nhiệm vụ cắt gọt và được hợp thành bởi các bề mặt cấu thành khác nhau, giúp tối ưu hoá độ chính xác và hiệu suất của quá trình gia công.
- Mặt trước(1): là bề của dao tiếp xúc với phoi và phoi trực tiếp trượt trên trên đó và thoát ra ngoài
- Mặt sau chính(2): là bề của dao đối diện với mặt đang gia công
- Mặt sau chính(3): là bề của dao đối diện với mặt đã gia công
Lưỡi cắt chính là giao tuyến giữa mặt trước và mặt sau chính của dụng cụ cắt, là phần trực tiếp thực hiện việc cắt vào kim loại Độ dài của lưỡi cắt chính liên quan mật thiết đến chiều sâu cắt và bề rộng của phoi, ảnh hưởng đến lực cắt, sinh nhiệt và chất lượng bề mặt gia công.
Lưỡi cắt phụ là giao tuyến giữa mặt trước và mặt sau của phụ; một phần của lưỡi cắt phụ nằm gần mũi dao cũng tham gia cắt cùng với lưỡi cắt chính, tăng hiệu quả và độ ổn định của đường cắt.
- Lƣỡi cắt nối tiếp: (chỉ có một số loại dao tiện) là phần nối tiếp giữa lƣỡi
Hình 1.3 Các mặt phẳng cơ bản của dao cắt kim loại
Hình 1.4 mô tả các bộ phận chính của dụng cụ cắt dao, có thể có mũi nhọn hoặc bo tròn với bán kính mũi dao R = 1–2 mm Lưỡi cắt có thể thẳng hoặc cong, và một đầu dao có thể có một hoặc hai lưỡi cắt phụ để tăng hiệu quả cắt.
Một dao có thể có nhiều đầu dao nên có rất nhiều lƣỡi cắt Tuỳ theo số lượng của lưỡi cắt chính, người ta chia ra :
+ Dao một lƣỡi cắt : dao tiện, dao bào…
+ Dao hai lƣỡi cắt : mũi khoan
+ Dao nhiều lƣỡi cắt : dao phay, dao doa, dao cƣa…
+ Dao có vô số lƣỡi cắt là đá mài, (mỗi hạt mài có vai trò nhƣ một lƣỡi cắt)
4.3 Thông số hình học của dao ở trạng thái tĩnh (dao tiện) Để đảm bảo năng suất – chất lƣợng bề mặt gia công, dao cắt cần phải có hình dáng và góc độ hợp lý
Thông số hình học của dao được xét ở trạng thái tĩnh (trước khi gia công) Góc độ của dao được xác định dựa trên cơ sở: dao tiện đầu thẳng được đặt vuông góc với phương chạy dao, mũi dao được gá ngang tâm phôi.
Các tham số hình học của dao nhằm xác định vị trí và các góc độ của dao nằm trên đầu dao Những tham số này được xác định ở tiết diện chính N-N, ở mặt đáy, ở tiết diện phụ N1-N1 và trên mặt phẳng cắt gọt, qua đó mô tả đầy đủ cấu hình dao để thiết kế và điều chỉnh quá trình gia công.
Hình 1.5 Thông số hình học của dao ở trạng thái tĩnh
- Góc trước : là góc tạo thành giữa mặt trước và mặt đáy đo trong tiết diện chính N – N
Góc trước của dao được xác định bằng sự chênh lệch giữa mặt trước và mặt đáy tính từ mũi dao: mặt trước thấp hơn mặt đáy cho giá trị dương, mặt trước cao hơn mặt đáy cho giá trị âm, và mặt trước song song với mặt đáy cho giá trị bằng không.
Khi góc trước lớn biến dạng phoi nhỏ, việc thoát phoi dễ dàng, lực cắt và công tiêu hao giảm, năng suất tăng
Góc sau chính α là góc tạo thành giữa mặt sau và mặt phẳng cắt gọt đo trong tiết diện chính; góc sau thường có giá trị dương, và khi góc sau càng lớn, mặt sau ít bị ma sát với bề mặt gia công nên chất lượng bề mặt gia công càng tốt.
- Góc cắt : là góc tạo bởi giữa mặt trước và mặt cắt đo trong tiết diện chính
- Góc sắc : là góc được tạo bởi mặt trước và mặt sau chính đo trong tiết diện chính ta có quan hệ : + + o ; = +
- Góc trước phụ 1 : tương tự như góc trước, nhưng đo trong tiết diện phụ N –
- Góc sau phụ 1 : tương tự như góc sau , nhưng đo trong tiết diện phụ N - N
- Góc mũi dao : là góc hợp bởi hình chiếu lƣỡi cắt chính và hình chiếu của lƣỡi cắt phụ trên mặt phẳng đáy
- Góc nghiêng chính : là góc của hình chiếu lưỡi cắt chính với phương chạy dao đo trong mặt đáy
- Góc nghiêng phụ 1 : là góc của hình chiếu lưỡi cắt phụ với phương chạy dao đo trong mặt đáy
- Góc nâng của lƣỡi cắt chính : là góc tạo bởi lƣỡi cắt chính và hình chiếu của nó trên mặt đáy
Có giá trị dương, khi mũi dao là điểm thấp nhất của lưỡi cắt
Có giá trị âm, khi mũi dao là điểm cao nhất của lƣỡi cắt
= 0 Khi lƣỡi cắt nằm ngang ( song song với mặt đáy)
Các định nghĩa trên cũng đúng cho các loại dao khác
4.5 Thông số hình học của dao trong quá trình cắt a Sự thay đổi giá trị các góc và 1 khi gá trục dụng cụ cắt không thẳng góc với đường tâm chi tiết:
Dụng cụ sau khi mài sắc có các góc nghiêng chính và góc nghiêng phụ Nếu khi gá dao, trục dao không vuông góc với đường tâm thì:
- Nếu gá dao nghiêng về bên trái:
* Góc nghiêng chính khi làm việc c = - (90 0 -)
* Góc nghiêng phụ khi làm việc 1c = 1 + (90 0 -)
- Nếu gá dao nghiêng về bên phải:
* Góc nghiêng chính khi làm việc c = + (90 0 -)
* Góc nghiêng phụ khi làm việc 1c = 1 - (90 0 -)
Hình 1.6 Sự thay đổi giá trị các góc và 1 b Sự thay đổi giá trị các góc khi mũi dao gá không ngang tâm máy: Cao hơn tâm (tiện ngoài)
Thấp hơn tâm (tiện ngoài)
Hình 1.7 gá dao cao hơn tâm
Gá cao hơn tâm (tiện trong)
Gá thấp hơn tâm (tiện trong)
Hình 1.8 gá dao thấp hơn tâm
Hình 1.9 gá dao cao hơn tâm
Trong tiện ngoài, nếu mũi dao gá cao hơn đường tâm của máy thì góc trước của dụng cụ khi làm việc γtt tăng lên, còn góc sau αtt giảm đi; ngược lại, khi gá dao thấp hơn đường tâm của máy thì góc trước γtt giảm đi và góc sau αtt tăng lên.
Sự hình thành phoi và các loại phoi
5.1 Sự hình thành phoi và các loại phoi
Khi lưỡi cắt của dao tác dụng lên kim loại với một lực gọi là lực cắt, nó gây ra sự biến đổi cơ học tại vùng cắt của vật liệu Lực cắt tác động gây biến dạng và tái cấu trúc ở khu vực tiếp xúc giữa lưỡi dao và kim loại, làm thay đổi tính chất cơ lý của vật liệu tại điểm cắt Quá trình này ảnh hưởng đến hiệu suất gia công, sinh nhiệt và có thể gây biến dạng kích thước cũng như ảnh hưởng đến độ bóng và độ bền của chi tiết gia công Hiểu rõ cơ chế của lực cắt và vùng cắt giúp tối ưu hóa quy trình gia công và chọn thông số gia công phù hợp.
- Đầu tiên dưới tác dụng của lực P kim loại bị nén và biến dạng đàn hồi
Dao tiến sâu vào kim loại làm tăng lực tác dụng P, sinh ra nội ứng suất vượt quá giới hạn đàn hồi và dẫn đến biến dạng dẻo; các phần tử bên trong kim loại bắt đầu trượt theo mặt trượt và hướng trượt, làm thay đổi cấu trúc và tính chất cơ học của vật liệu.
- Do biến dạng các tinh thể trên phương này bị kéo dài thành hình elíp (góc của mặt trượt so với phương của lực cắt là 1)
Khi dao tiếp tục tiến thêm, áp lực gia tăng đẩy ứng suất vượt quá giới hạn bền của kim loại, khiến vật liệu bị biến dạng nghiêm trọng và bắt đầu phá hủy.
Hình 1.13 Sự hình thành phoi và các loại phoi
Trên phần kim loại của phôi ở mặt trước daop xuất hiện các vết nứt theo góc phá huỷ 2 (2 1)
- Khi dao tiếp tục tiến, phoi bị cắt sẽ trượt trên mặt trước của dao, còn dao tiếp tục ép lên càc phần tử kim loại tiếp theo
Các nhà công nghệ có thể dựa vào sự hình thành của phoi cắt để đánh giá các thông số của dụng cụ cắt và mức độ hợp lý của chế độ cắt hiện tại Việc phân tích phoi cắt cho phép xác định xem các yếu tố điều chỉnh chế độ cắt có được thiết lập đúng đắn hay chưa, từ đó ước lượng mức tiêu hao năng lượng và đánh giá chất lượng bề mặt gia công có đáp ứng yêu cầu hay không Nhờ đó, người thiết kế có thể điều chỉnh thông số gia công và chế độ cắt để tối ưu hiệu suất và tuổi thọ dụng cụ Hình thành phoi cắt là thước đo quan trọng để đánh giá hiệu quả quá trình gia công, giúp cải thiện chất lượng bề mặt và tiết kiệm năng lượng.
Có các dạng phoi cắt sau đây:
Phôi vụn là những hạt nhỏ rời rạc được sinh ra trong quá trình gia công, có hình dáng và kích thước khác nhau Phôi vụn thường gặp khi gia công vật liệu giòn hoặc cắt với vận tốc thấp.
Việc hình thành phoi không liên tục (phoi vụn) gây biến động lực cắt, dẫn tới va đập và rung động trong quá trình gia công Các hiện tượng này làm chất lượng bề mặt xấu đi và làm tăng nhiệt, đồng thời tập trung lực cắt chủ yếu tại mũi dao Do đó, kiểm soát sự hình thành phoi và ổn định lực cắt là yếu tố then chốt để cải thiện hiệu suất gia công, giảm rung động và nâng cao độ chính xác cũng như tuổi thọ dụng cụ.
Mặt phoi tiếp xúc với mặt trước của dao gây ra nếp gợn (nứt nẻ) trên mặt đối diện, khiến phoi bị đứt thành từng mảnh hoặc thành các đoạn ngắn Hiện tượng này cho thấy sự tương tác giữa bề mặt dao và phôi trong quá trình gia công, làm giảm chất lượng bề mặt và hiệu suất cắt Để tối ưu quá trình gia công, cần điều chỉnh các tham số như tốc độ cắt, sâu cắt và vật liệu phôi, nhằm giảm hình thành nếp gợn trên phoi và ngăn phoi đứt thành nhiều mảnh.
Dạng phôi này trhường xuất hiện khi cắt các vật liệu dẻo vừa, (vận tốc cắt, lượng chạy dao trung bình và dao có góc trước lớn)
Khi cắt ra phoi xếp thì bề mặt ra công nh n bóng hơn
Phoi dây xuất hiện phổ biến khi gia công vật liệu dẻo hoặc khi cắt với vận tốc cao và góc độ cắt phù hợp Phoi có dạng dây dài – xoắn, mặt phoi tiếp xúc với mặt trước của dao nhẵn bóng và mặt còn lại gợn nứt Phoi dây vốn có khả năng biến dạng dẻo.
Do có phoi dây mà lực cắt thay đổi rất ít, tiêu hao năng lƣợng giảm, chất lƣợng bề mặt gia công càng tốt
Cần lưu ý rằng cùng một loại vật liệu gia công nhưng tùy thuộc vào điều kiện cắt gọt, thông số hình học của dao và chế độ cắt có thể sinh ra phoi vụn, phoi xếp hoặc phoi dây Vì vậy, dựa trên quan sát phoi khi gia công, người thợ có thể nhận diện nguyên nhân gây ra phoi và điều chỉnh quá trình gia công kịp thời để tối ưu hiệu suất làm việc và chất lượng bề mặt.
Hình 1.14 Sự hình thành phoi và các loại phoi
5.2 Biến dạng kim loại trong quá trình cắt
5.1 Khái niệm về biến dạng bình quân và tổng quát
5.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến biến dạng
5.3 Các biểu hiện của biến dạng
Sự co rút phoi là đặc tính tiêu biểu phản ánh mức độ biến dạng về lượng của kim loại gia công Từ nghiên cứu ở góc độ thể tích, sự co rút phoi cho phép nhận biết quá trình cắt diễn ra khó hay dễ và xác định mức độ tiêu hao năng lượng trong gia công Việc phân tích sự co rút phoi giúp đánh giá hiệu quả cắt và tối ưu hóa thông số gia công nhằm giảm tiêu thụ năng lượng và tăng năng suất Nói cách khác, đây là chỉ số quan trọng giúp hiểu rõ biến dạng và hiệu quả của quá trình cắt kim loại.
Gọi a, b, L, là kích thước cần cắt; a p , bp, c là kích thước phoi, thì:
Hình 1.15 Sự co rút phoi
Hệ số co rút phoi theo:
Theo định luật bảo toàn thể tích: a.b.L = a p b p L p
Ta có :L/ L p = ap /a hay: KL=Ka
Khi cắt kim loại ở một tốc độ nhất định, mặt trước của dao xuất hiện một khối kim loại có độ cứng cao, có cấu trúc và tính chất khác biệt so với vật liệu chi tiết gia công và vật liệu làm dao Khối kim loại này có kích thước dao động từ nhỏ tới lớn, xuất hiện rồi biến mất liên tục và có thể xảy ra hàng chục lần mỗi giây Đây là hiện tượng tích tụ kim loại trên dao, được gọi là hiện tượng lò dao.
Tại vùng vật liệu phoi tiếp xúc với mặt trước của dao đồng thời chịu tác dụng của ba lực:
⃗ - Lực ma sát giữa phoi và mặt trước của dao
- Lực liên kết giữa các lớp kim loại thuộc phoi
Ở nhiệt độ thấp, lực liên kết và nội lực ma sát còn lớn; khi nhiệt độ tăng lên, lực S giảm dần Vì vậy, khi T > S + W, kim loại ở lớp tiếp xúc tách khỏi phoi và nằm lại trên mặt trước của dao, tạo thành khối trên dao.
Khi nhiệt độ tăng cao hơn nữa, lớp kim loại ở gần trạng thái nóng chảy làm giảm cả nội ma sát (S) và ngoại ma sát (T) Tuy nhiên, sự giảm của ngoại ma sát (T) diễn ra nhanh hơn sự giảm của nội ma sát (S), khiến lưỡi dao không được hình thành; lưỡi dao trước đó bị nung chảy và bị lực của dòng phoi cuốn đi.
Hình 1.16a hiện tượng lẹo dao
Việc mài lưỡi dao có tác dụng tích cực là bảo vệ lưỡi cắt khỏi bị mòn nhanh và làm tăng góc trước (γ_ld > γ), từ đó giảm lực cắt Tuy nhiên, khi lưỡi dao cùn hoặc bị biến dạng và gặp sự cố lặp lại trong quá trình gia công sẽ gây rung động, làm giảm độ bóng và độ chính xác của bề mặt gia công Do đó cần tránh hiện tượng lò dao trong quá trình gia công để duy trì chất lượng và hiệu suất gia công.
* Những nhân tố ảnh hưởng đến l o dao:
Hình 1.16b hiện tượng lẹo dao
+ Tốc độ cắt: Từ thực nghiệm với một số điều kiện nhất định cho thấy l o dao chỉ hình thành trong phạm vi tốc độ cắt từ V1 đến V2
+ Vật liệu gia công: Khi gia công vật liệu giòn phoi dễ phá huỷ và đứt ra sớm nên khó hình thành l o dao
Lò dao thường hình thành khi gia công vật liệu dẻo Tính dẻo của vật liệu khác nhau khiến khoảng tốc độ để hiện tượng lò dao xuất hiện (V1, V2) và chiều cao lò dao (H1) cũng khác nhau.
+ óc trước của dao (): Góc trước của dao nhỏ, phoi biến động nhiều hơn nên tần số hình thành và biến mất của l o dao thấp, chiều cao l o dao lớn
+ nh hưởng của chiều dày cắt (a): Khi chiều dày cắt lớn, tần số hình thành và biến mất của l o dao lớn
Các hiện tƣợng xảy ra trong quá trình cắt
- Trình bày được phương pháp tổng hợp và phân tích lực cắt khi tiện
- Giải thích đƣợc tác dụng của các lực lên dao cắt, phôi, máy
- Giải thích được các nhân tố ảnh hưởng đến lực cắt
- Tính đƣợc lực cắt khi tiện
- Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cực sáng tạo trong học tập
1 Phân tích và tổng hợp lực
Lực cắt là lực tác dụng từ dao vào phôi để tách phoi và tạo nên bề mặt chi tiết gia công Quá trình hình thành phoi là một hiện tượng cơ - nhiệt phức tạp, nên việc nghiên cứu lực cắt giúp làm rõ nguyên nhân sâu xa của sự hình thành phoi Giá trị của lực cắt là thông số quan trọng để xác định lượng tiêu hao công suất máy và tính sức bền của thân dao, đồ gá trong quá trình gia công.
* Tổng hợp và phân tích lực cắt:
Trong quá trình cắt gọt, mặt trước của dao chịu lực pháp tuyến N_T và lực tiếp tuyến F_T (lực ma sát giữa dao và phoi), còn mặt sau của dao chịu lực pháp tuyến N_S và lực tiếp tuyến F_S (lực ma sát giữa dao và phôi) Khi hợp các lực này lại, ta được lực cắt P, là thành phần chủ đạo quyết định hiệu suất cắt và tiêu hao năng lượng của quá trình gia công.
Lực cắt phụ thuộc vào nhiều yếu tố và có sự biến động trong phạm vi rộng, phản ánh khả năng cắt của máy và điều kiện vận hành Để thuận tiện cho nghiên cứu và phân tích, ta thiết lập hệ tọa độ Descartes và phân lực P thành ba thành phần lực theo ba phương x, y, z, từ đó có thể đánh giá tác động của từng thành phần lên quá trình cắt và tối ưu hóa các thông số vận hành.
LỰC CẮT KHI TIỆN
Công thức tính lực và thực hành tính lực
- Trình bày đƣợc đặc trƣng gia công cắt gọt bằng phay
- Trình bày đƣợc công dụng, đặc điểm kết cấu các loại dao phay
- Tra đƣợc chế độ cắt bằng bảng số
- Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cực sáng tạo trong học tập
1 Các loại dao phay và công dụng
Khác với dao tiện, dao phay có nhiều lưỡi cắt, các lưỡi cắt này có thể được chế tạo liền với thân dao hoặc được chế tạo riêng gọi là răng chắp Lưỡi cắt được bố trí trên mặt trụ, mặt đầu hoặc cả mặt trụ và mặt đầu Tuỳ theo hình dạng, vị trí lưỡi cắt và cấu tạo, dao phay được chia thành các loại khác nhau.
Hình 3.1a các loại dao phay
- Dao phay mặt trụ là loại dao mà lƣỡi cắt đƣợc bố trí trên mặt trụ của dao
Có hai loại dao phay mặt trụ phổ biến: dao phay răng thẳng và dao phay răng nghiêng Dao phay răng thẳng có phương của lưỡi cắt chính song song với trục dao, trong khi dao phay răng nghiêng có lưỡi cắt chính tạo với trục dao một góc nhất định, qua đó ảnh hưởng đến hiệu suất cắt và chất lượng bề mặt gia công.
PHAY
Các loại dao phay và công dụng
Khác với dao tiện, dao phay có rất nhiều lưỡi cắt; các lưỡi cắt này có thể được gia công liền với thân dao hoặc được chế tạo riêng gọi là răng chắp Lưỡi cắt được bố trí trên mặt trụ, mặt đầu hoặc cả mặt trụ và mặt đầu Tùy theo hình dạng, vị trí của lưỡi cắt và cấu tạo, dao phay được chia thành nhiều loại khác nhau.
Hình 3.1a các loại dao phay
- Dao phay mặt trụ là loại dao mà lƣỡi cắt đƣợc bố trí trên mặt trụ của dao
Có hai loại dao phay mặt trụ phổ biến là dao phay răng thẳng và dao phay răng nghiêng Dao phay răng thẳng có phương của lưỡi cắt chính song song với trục dao, còn dao phay răng nghiêng có lưỡi cắt chính tạo với trục dao một góc cố định.
Dao phay mặt đầu là loại dao phay có lưỡi cắt được bố trí trên mặt đầu của dao, giúp gia công bề mặt hiệu quả và chính xác Dao phay mặt đầu có thể là răng liền hoặc răng chắp, tùy thuộc vào thiết kế và mục đích gia công.
- Dao phay ngón có thể có từ 2 đến 8 lƣỡi cắt
Ngoài ra còn có các loại dao phay định hình, dao phay rãnh then, dao phay lăn răng môđun dùng để gia công bánh răng
Các loại dao phay nên có góc sau α từ 10 đến 20 độ và góc cắt δ từ 60 đến 90 độ; khi phay vật liệu mềm, nên chọn góc α lớn hơn và góc δ nhỏ hơn để tối ưu hóa hiệu suất cắt, giảm mài mòn và nâng cao chất lượng bề mặt.
Phay có thể gia công được nhiều dạng bề mặt khác nhau, tuy nhiên trong bài viết này ta chỉ nghiên cứu kỹ hai loại bề mặt phổ biến là mặt phẳng và mặt then hoa; riêng phay bánh răng sẽ được nghiên cứu ở chương sau (chương gia công bánh răng).
Các mặt phẳng gia công đƣợc trên máy phay là các mặt phẳng nằm ngang, mặt phẳng thẳng đứng và mặt phẳng nghiêng Khi gia công các loại mặt phẳng này có thể sử dụng dao phay hình trụ , dao phay mặt đầu, dao phay ngón hoặc dao phay đĩa Trong sản xuất loạt lớn,dao phay mặt đầu đƣợc sử dụng nhiều hơn dao phay hình trụ vì các nguyên nhân sau đây:
Hình 3.1b các loại dao phay
- Cho phép sử dụng dao có đường kính lớn, cắt được mặt phẳng có chiều rộng lớn nên năng suất cao
- Trục gá dao không cần dài nên độ cứng vững của trục dao tốt hơn, cho phép nâng cao chế độ cắt
- Nhiều lƣỡi cắt cùng tiếp xúc với phôi nên quá trình cắt đƣợc êm hơn n
- Cho phép sử dụng nhiều dao để gia công nhiều bề mặt cùng một lúc
- Dễ chế tạo các loại dao răng chắp
- Mài dao dễ dàng hơn
Các bề mặt rãnh hoặc bậc nhỏ thường dùng dao phay đĩa hoặc dao phay ngón để gia công Rãnh then và trục then hoa thường đòi hỏi độ chính xác gia công khá cao nhằm đảm bảo đƣợc tính chất lắp ghép của mói ghép then hoặc then hoa Tuỳ theo dạng then mà rãnh then có thể đƣợc gia công bằng dao phay đĩa ba mặt hoặc sử dụng dao phay ngón
Khi phay trục then hoa, có thể dùng dao phay đĩa ba mặt bằng cách phay hai mặt bên bằng hai dao phay đĩa, sau đó dùng một dao phay phần mặt trụ để gia công then hoa Trục then hoa thường được gia công bằng dao phay định hình để đảm bảo độ chính xác và chất lượng bề mặt.
Cấu tạo dao phay mặt trụ và dao phay mặt đầu
2.1 Cấu tạo dao phay mặt trụ
Trong dao phay trụ góc trước, cấu tạo được xác định bởi đường tiếp tuyến với mặt trước và mặt chiều trục, tức đường kính đi qua điểm khảo sát trên lưỡi cắt Góc trước được đo trong tiết diện chính N–N; góc sau α có tác dụng giảm ma sát giữa mặt sau và chi tiết gia công Góc sau là góc giữa tiếp tuyến của quỹ đạo chuyển động của điểm khảo sát trên lưỡi cắt quanh trục dao phay và mặt sau Đối với dao phay răng xoắn, góc sau được đo trong các tiết diện N–N và M–M và có dạng như sau:
Trong đó góc nghiêng của rãnh xoắn
Chú ý : Phay bằng dao ophay răng trụ là phay tự do, vì chỉ có một lƣỡi chính tham gia cắt gọt
*Bước vòng của dao là khoảng cách giữa hai răng kề nhau đo theo cung tròn
Z là số răng cảu dao
D là đường kính dao phay (mm)
* Bước chiều trục là khoảng cách giữa hai răng kề nhau đo theo đường sinh của hình trụ
* Bước pháp tuyến đo theo phương vuông góc với lư i cắt TN = Tv cos
2.2 Cấu tạo dao phay mặt đầu dao phay mặt đ u các lư i cắt hình thành như các daop tiện ngoài có lư i chuy n tiếp óc trước được đo trong tiết diện chính, góc sau được đo trong mặt phẳng qu đạo chuy n động, t c mặt vuông góc với trục dao
Quan hệ gƣãi góc sau 1 ở tiết diện mặt đầu và góc n ở tiết diện pháp tuyến với lƣỡi cắt nhƣ sau :
Trong đó: là góc nâng của lƣỡi cắt chính
Góc trước còn được xét trong tiết diện dọc trục 2, trong tiết diện mặt đầu
Quan hệ nhƣ sau : tgN = tg 1 sin + tg 2 cos
Chọn thông số hình học dao phay cũng xuất phát từ tính chất vật liệu gia công thông số kết cấu của dao…
Ví dụ: Đối với dao phay mặt đầu hợp kim cứng khi phay thép chọn góc trước khoảng -10° đến +10° Khi phay gang góc trước từ 5° đến 10° Góc nghiêng chính của dao phay mặt đầu thường lấy từ 45° đến 60°, được chọn tùy theo độ cứng và sự ổn định của hệ thống máy – dao – đồ gá – chi tiết Góc nghiêng phụ được chọn tùy theo cấp độ tải cắt cần thiết, thường là 5°–10°.
3 Yếu tố cắt khi phay
3.1 Các yếu tố về chế độ cắt
Tốc độ xác định theo công thức:
Trong đó: D: là đường kính dao phay (mm)
N: số vòng quay của dao trong 1 phút Đối với dao phay có mặt làm việc nằm trên đường kính khác nhau
Ví dụ: đối với dao phay định hình, dao phay góc xác định tốc độ theo đường kính lớn nhất của dao
Trong quá trình phay, ngoài chiều sâu cắt t còn xét đến chiều rộng phay b Chiều rộng phay và chiều sâu phay là kích thước của lớp kim loại được cắt, được đo theo trục dao phay và theo phương vuông góc với trục dao Chiều sâu phay là kích thước của lớp kim loại bị cắt, đo theo phương vuông góc với trục dao Trong quá trình phay người ta quy định ba loại lượng chạy dao.
* Lƣợng chạy dao răng Sz là lƣợng dịch chuyển của bàn máy sau khi dao quay đƣợc 1 răng (mm/răng)
* Lƣợng chạy dao vòng Sv là lƣợng dịch chuyển của bàn máy khi dao quay đƣợc 1 vòng (mm/vòng)
* Lƣợng chạy dao phút Sph là lƣợng dịch chuyển của bàn máy trong thời gian 1 phút (mm/phút)
Có mối quan hệ nhƣ sau:
3.2 Các yếu tố về lớp cắt
Trước khi xác định chiều dày cắt và diện tích lớp cắt, ta cần xác định giá trị của góc tiếp xúc ψ Góc ψ là góc tâm ứng với cung tiếp xúc giữa dao và phôi, đại diện cho phạm vi tiếp xúc và ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình gia công Việc xác định góc ψ là bước cơ bản để tính toán chiều dày cắt và diện tích lớp cắt một cách chính xác, từ đó tối ưu hóa lực cắt, nhiệt sinh ra và chất lượng bề mặt.
* Đối với dao phay hình trụ:
Hình 3.3 Các yếu tố về lớp cắt
* Đối với dao phay mặt đ u đối ng :
* Thành phần lớp cắt đối vối dao phay trụ răng thẳng:
Khoảng cách giữa hai vị trí kế tiếp trên quỹ đạo của hai răng liền nhau được đo theo phương tuyến (hướng kính) vì lượng chạy dao quá nhỏ so với đường kính dao phay, nên đường xicloit có thể xem như gần tròn Trong hình minh họa, điểm B ứng với thời điểm răng thứ nhất rời khỏi vùng tiếp xúc với phôi, điểm E ứng với răng thứ hai, và Ψ là góc tiếp xúc Giả sử cung EC được cho bằng đoạn EC.
Từ tam giác BEC ta có :
Trong trường hợp chung có thể viết : ao = Sz sin t BB C
Trong đó : góc tiếp xúc tức thời
Hoặc tính tương ứng với góc /2 atb = Sz.Sin/2
Theo lƣợng giác ta có :
+ Chiều rộng cắt b: Đối với dao phay trụ răng thẳng, chiều rộng cắt b bằng chiều rộng phay B + Diện tích cắt:
Để xác định diện tích cắt lớn nhất của một răng dao, ta cần phân tích các yếu tố hình học và điều kiện vận hành liên quan Diện tích cắt tổng cộng được xác định dựa trên số răng đồng thời tham gia cắt và độ sâu cắt của từng răng; do đó, để tính diện tích cắt, ta xác định diện tích cắt của mỗi răng và nhân với số răng hoạt động đồng thời tham gia cắt Các yếu tố như góc cạnh, đường kính và dạng bề mặt của răng dao cũng ảnh hưởng đến diện tích cắt, nên việc tối ưu hóa số răng tham gia và thông số cắt là cần thiết để tìm ra diện tích cắt lớn nhất Kết luận là diện tích cắt lớn nhất phụ thuộc vào sự phối hợp giữa số răng tham gia và các tham số vận hành, và nên được xác định dựa trên mô hình cắt cụ thể và điều kiện làm việc thực tế.
là góc tâm giữa 2 răng dao
Z là số răng dao phay
Trong đó : i góc tiếp xúc tức thời của răng thứ i
Vậy diện tích cắt tổng cộng là:
F = fi = B.Sz.(Sin 1 + Sin2 + … + Sinn) Ở vị trí có diện tích cắt tổng cộng lớn nhất trị số các góc tiếp xúc nhƣ sau:
Thành phần lớp cắt đối với dao phay răng trụ nghiêng cho thấy chiều dài cắt được tính tương tự như dao phay răng thẳng, nhưng chiều dày cắt lại không ổn định và phụ thuộc vào vị trí của cung tiếp xúc tại mỗi điểm Xét một phần vô cùng nhỏ dọc theo chiều dài lưỡi cắt, diện tích cắt được xác định bởi sự tương tác giữa chiều dài lưỡi và vùng tiếp xúc ở từng điểm trên bề mặt gia công Như vậy quá trình gia công bằng dao phay răng trụ nghiêng đòi hỏi phân tích liên tục sự biến thiên của diện tích cắt và chiều dày cắt để ước lượng khối lượng vật liệu bị loại bỏ tại mỗi vị trí của lưỡi cắt.
Từ đó suy ra diện tích cắt của cả lƣỡi cắt:
Và diện tích cắt của m răng đồng thời tham gia cắt:
4 Lực cắt khi phay Đối với dao phay trụ răng thẳng có thể phân lực cản R1 ra làm hai thành phần:
Lực vòng P (Tương ứng với trục Pz trong tiện) tác dụng theo phương tiếp tuyến với quỹ đạo chuyển động của lưỡi cắt và lực hướng kính Py
Trong phân tích lực tác động của dao phay, lực R1 được phân thành hai thành phần cơ bản là lực ngang Pn và lực đứng Pđ Đối với dao phay trụ răng nghiêng, ngoài lực R1 được xác định trong mặt phẳng vuông góc với trục dao, còn có lực chiều trục Po.
Trong các thành phần lực nói trên, thành phần lực vòng P là yếu tố quan trọng nhất Thành phần lực vòng này sinh ra công cắt chủ yếu cho quá trình gia công Dựa trên giá trị P để tính công suất của hệ thống và đồng thời để thiết kế, tính toán các chi tiết máy của cơ cấu truyền chuyển động chính.
Trong phân tích lực của dao phay trụ răng thẳng, các thành phần lực được xem là: lực hướng kính Py tác dụng lên các ổ trục chính làm lệch trục gá dao; lực ngang Pn được dùng để tính toán cơ cấu chạy dao và gá lắp phôi; lực ngang có thể gây rung động giữa vít me và đai ốc của bàn máy khi có khe hở; lực Pd có tác dụng làm bật phôi ra khỏi bàn máy Xác định công thức tính lực vòng của dao phay trụ răng thẳng cho trường hợp lực P tác dụng lên một răng.
P = p.f Trong đó: p là lực cắt đơn vị f là diện tích cắt trên một răng dao ở một thời điểm nào đó
Lực cắt đơn vị đƣợc tính theo công thức :
Trong mô hình này, hệ số A phụ thuộc điều kiện gia công vật liệu và thông số hình học của răng dao phay Số mũ n, với n < 1, thể hiện mức độ ảnh hưởng của chiều dày cắt tức thời đối với lực p Biết các tham số p và f, ta có thể xác định được giá trị của P’ dựa trên mối quan hệ lũy thừa giữa các biến n và x, từ đó dự báo lực cắt và tối ưu hóa điều kiện gia công.
Trường hợp tính lực cắt trung bình
Xét lực cắt của m răng đồng thời tham gia cắt: P = P’.m
Nếu chỉ lấy hai số hạng đầu ta có
Công thức trên được xác định dựa trên nền tảng lý thuyết của các công thức đúng cho quá trình phay, áp dụng cho các trường hợp phay bằng dao phay trụ, dao phay mặt đầu và dao phay đĩa Việc nắm bắt các công thức này giúp tối ưu hóa tham số cắt, dự báo lực cắt và nâng cao độ chính xác, chất lượng bề mặt và hiệu suất gia công Đây là cơ sở để chọn cấu hình phay phù hợp với từng loại dao và điều kiện gia công thực tế.
Biết lực cắt P, tốc độ cắt V có thể tính công suất tiêu hao khi phay:
Công suất cho chạy dao thường không quá 15% công suất cắt NC
Phân tích công thức lý thuyết và công thức thực nghiệm cho thấy lực cắt P tỷ lệ thuận với chiều rộng dao phay B và số răng dao phay z, tức P tăng khi B hoặc z tăng Mối quan hệ này giúp dự báo lực cắt trong gia công, từ đó hỗ trợ tối ưu thiết kế dao phay và nâng cao hiệu suất gia công dựa trên dữ liệu lý thuyết lẫn dữ liệu thực nghiệm.
+ Ảnh hưởng của lực chạy dao đến lực cắt giống như khi tiện, số mũ gần bằng 0,75
Trong cơ học gia công, số mũ t nhỏ hơn 1 khi tiện với P = 1 có thể được giải thích từ hai quan điểm về bản chất vật lý của hai trường hợp tiện và phay, ở đó hai tham số chiều sâu cắt thể hiện khác nhau Với tiện, chiều sâu cắt t đặc trưng cho chiều rộng vùng cắt; trong khi với phay, chiều sâu cắt xác định đồng thời chiều dài cung tiếp xúc hoặc góc tiếp xúc Ψ và cả độ dày lớp cắt trung bình Vì vậy, khi chiều sâu cắt tăng lên, lực cắt trên một đơn vị sẽ giảm.
+ Tăng đường kính dao phay, lực cắ sẽ giảm là vì số răng đồng thời tham gia cắt giảm va chiều dày cắt cũng giảm
Các thành phần lực cắt khác thường được xác định theo 1 tỷ lệ với lực vòng
- Đối với dao phay mặt đầu:
- Đối với dao phay trụ răng nghiêng cần tính lực chiều trục Po Tuỳ theo góc nghiêng
Po= (0,35 – 0,55)P có thể khắc phục lực chiều trục bằng cách dùng hai
4.1 Phay thuận và phay nghịch
H3.4 Phay thuận và phay nghịch
4.1.1 Phay thuận a Định nghĩa: Phay thuận khi dao quay cùng với phương chuyển động của máy nâng chi tiết gia công b Đặc điểm Ƣu điểm:
- Chiều sâu cắt thay đổi từ a max amin do đó không xảy ra sự trƣợt, dao đỡ mòn, tuổi bền dao tăng
- Có thành phần Pđ đè chi tiết xuống tăng khả năng k p chặt, giảm rung động
- Bắt đầu cắt gọt a = amax nên xảy ra va chạm đột ngột, dao dễ mẻ, rung động tăng mạnh
Lực cắt khi phay
Đối với dao phay trụ răng thẳng có thể phân lực cản R1 ra làm hai thành phần:
Lực vòng P (Tương ứng với trục Pz trong tiện) tác dụng theo phương tiếp tuyến với quỹ đạo chuyển động của lưỡi cắt và lực hướng kính Py
Ngoài ra, lực R1 có thể phân tích thành hai thành phần: lực ngang Pn và lực đứng Pđ Đối với dao phay trụ răng nghiêng, bên cạnh lực R1 tác động trong mặt vuông với trục dao, còn có lực chiều trục Po.
Trong các thành phần lực được đề cập ở trên, thành phần lực vòng P là đáng chú ý nhất vì nó sinh ra công cắt chủ yếu Dựa vào P có thể tính công suất và từ đó hỗ trợ tính toán các chi tiết máy của cơ cấu truyền động chính.
Trong hệ thống gia công, lực hướng kính Py tác dụng lên các ổ trục chính, làm lệch trục gá dao và ảnh hưởng đến độ ổn định của quá trình gia công Lực ngang Pn được dùng để tính cơ cấu chạy dao và gá lắp phôi, và nó có thể sinh ra rung động giữa vít me và đai ốc của bàn máy do khe hở Lực Pd có tác dụng làm bật phôi ra khỏi bàn máy Xác định công thức tính lực vòng của dao phay trụ răng thẳng như sau, cho lực P tác dụng lên một răng:
P = p.f Trong đó: p là lực cắt đơn vị f là diện tích cắt trên một răng dao ở một thời điểm nào đó
Lực cắt đơn vị đƣợc tính theo công thức :
Trong mô hình này, A là hệ số phụ thuộc vào điều kiện gia công và thông số hình học của răng dao phay N < 1 cho thấy số mũ phản ánh mức độ ảnh hưởng của chiều dày cắt đến lực ax và từ đó ảnh hưởng lên lực p Biết p và f, có thể xác định được P’ = n a_x.
Trường hợp tính lực cắt trung bình
Xét lực cắt của m răng đồng thời tham gia cắt: P = P’.m
Nếu chỉ lấy hai số hạng đầu ta có
Công thức này được xác định dựa trên cơ sở lý thuyết của dạng công thức đúng cho các trường hợp phay bằng dao phay trụ, dao phay mặt đầu và dao phay đĩa Việc áp dụng đúng công thức giúp tối ưu hóa tham số phay, tăng độ chính xác và chất lượng bề mặt trong quá trình gia công bằng các loại dao phổ biến Bài viết trình bày cách triển khai công thức cho các loại dao phay trụ, dao phay mặt đầu và dao phay đĩa để người đọc có thể vận dụng hiệu quả vào sản xuất thực tế.
Biết lực cắt P, tốc độ cắt V có thể tính công suất tiêu hao khi phay:
Công suất cho chạy dao thường không quá 15% công suất cắt NC
Phân tích công thức lý thuyết và công thức thực nghiệm cho thấy lực cắt P tỷ lệ thuận với hai tham số chính là chiều rộng dao phay B và số răng dao phay z Điều này có nghĩa là khi B hoặc z tăng lên, lực cắt P cũng tăng theo Mối quan hệ này cho phép xây dựng mô hình dự báo lực cắt dựa trên B và z, đồng thời cho phép so sánh kết quả giữa công thức lý thuyết và công thức thực nghiệm để điều chỉnh hệ số tỷ lệ và cải thiện độ chính xác dự báo Việc nắm bắt mối liên hệ này giúp tối ưu hóa quá trình gia công bằng cách lựa chọn B và z phù hợp để kiểm soát lực cắt và tăng hiệu quả quá trình gia công.
+ Ảnh hưởng của lực chạy dao đến lực cắt giống như khi tiện, số mũ gần bằng 0,75
Trong tiện gia công, số mũ của t nhỏ hơn 1 cho thấy lực cắt phụ thuộc vào độ sâu cắt theo một quan hệ phi tuyến và t được xem như đại diện cho chiều rộng cắt Ngược lại, ở phay, độ sâu cắt không chỉ xác định chiều dài tiếp xúc hoặc góc tiếp xúc ψ mà còn ảnh hưởng đến độ dày lớp cắt trung bình Vì vậy khi độ sâu cắt tăng lên, lực cắt đơn vị sẽ giảm do sự thay đổi của diện tiếp xúc và của các thông số vật liệu cắt ở mỗi lần cắt.
+ Tăng đường kính dao phay, lực cắ sẽ giảm là vì số răng đồng thời tham gia cắt giảm va chiều dày cắt cũng giảm
Các thành phần lực cắt khác thường được xác định theo 1 tỷ lệ với lực vòng
- Đối với dao phay mặt đầu:
- Đối với dao phay trụ răng nghiêng cần tính lực chiều trục Po Tuỳ theo góc nghiêng
Po= (0,35 – 0,55)P có thể khắc phục lực chiều trục bằng cách dùng hai
4.1 Phay thuận và phay nghịch
H3.4 Phay thuận và phay nghịch
4.1.1 Phay thuận a Định nghĩa: Phay thuận khi dao quay cùng với phương chuyển động của máy nâng chi tiết gia công b Đặc điểm Ƣu điểm:
- Chiều sâu cắt thay đổi từ a max amin do đó không xảy ra sự trƣợt, dao đỡ mòn, tuổi bền dao tăng
- Có thành phần Pđ đè chi tiết xuống tăng khả năng k p chặt, giảm rung động
- Bắt đầu cắt gọt a = amax nên xảy ra va chạm đột ngột, dao dễ mẻ, rung động tăng mạnh
Trong gia công phay, lực Pn đẩy chi tiết theo phương chạy dao S khiến tiếp xúc giữa bề mặt ren của vít me và đai ốc có thể không liên tục, dẫn đến máy bị giật cục và rung động Công dụng của phương pháp phay này là gia công tinh: khi chiều dày cắt a nhỏ và lực Pn nhỏ nên rung động ít, đồng thời nhờ không bị trượt dao nên bề mặt gia công bóng cao và dao có tuổi thọ lâu.
4.1.2 Phay nghịch a Định nghĩa: Phay nghịch là phương pháp phay trong đó dao và chi tiết có chuyển động ngƣợc chiều nhau b Đặc điểm Ƣu điểm:
- Chiều dày cắt tăng từ amin = 0 amax do đó lực cắt tăng dần nên tránh đƣợc rung động n O
Thành phần Pn có xu hướng tăng cường sự ăn khớp giữa bề mặt ren vít me và đai ốc, từ đó liên kết được siết chặt hơn và ít bị lỏng Nhờ khả năng ăn khớp ổn định này, hệ thống không gây ra độ dơ và hạn chế rung động, giúp tăng độ bền và ổn định cho cơ cấu Việc tối ưu hóa liên kết ren giữa vít me và đai ốc bằng thành phần Pn mang lại hiệu suất làm việc cao và cải thiện tuổi thọ của thiết bị.
- Vì bắt đầu cắt a = 0 nên xảy ra sự trƣợt giữa lƣỡi cắt và bề mặt gia công nên giảm độ bóng bề mặt gia công, dao chóng mòn
Thành phần Pđ có xu hướng nâng chi tiết lên, gây rung động, do đó đòi hỏi lực k_p lớn để đảm bảo độ ổn định và chất lượng gia công Công dụng của phương pháp phay nghịch là dùng để gia công thô Trong tài liệu, mục 4.2 trình bày phay đối ứng và không đối ứng.
4.2.1 Phương pháp phay không đối ứng
Phay tâm dao lệch trục là phương pháp phay mà tâm dao và trục đối xứng của chi tiết gia công bị lệch nhau Đặc điểm của phương pháp này là chịu tác động của hình thức phay thuận và phay nghịch ở mỗi nửa bên của dao phay, dẫn tới sự thay đổi về lực cắt, hướng ăn dao và chất lượng bề mặt gia công.
4.2.2 Phương pháp phay đối ứng
Khái niệm: tâm dao và trục đối xứng của chi tiết gia công trùng nhau, đảm bảo định vị và dẫn hướng phay chính xác Để đạt hiệu quả và chất lượng gia công tối ưu, nên chọn dao có đường kính bằng khoảng 1,4 lần bề rộng chi tiết và bố trí đường phay nghịch lớn hơn đường phay thuận, nhằm cân bằng lực và tăng độ ổn định của quá trình phay.
Đường lối chọn chế độ cắt khi phay bằng bảng số
Trình tự chọn chế độ cắt khi phay
1) Chọn chế độ cắt khi phay:
Chọn loại dao, đường kính dao, số răng, vật liệu…
Việc chọn chiều sâu cắt phụ thuộc vào lƣợng dƣ nhƣ khi tiện Nên cần lƣợng chiều sâu cắt lấy bằng lƣợng dƣ để giảm thời gian máy
Các yếu tố quyết định lƣợng chạy dao là: độ nh n, độ chính xác gia công,
Trong gia công, tính chất cơ lý của vật liệu gia công và vật liệu làm dao ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi bền của dao phay Độ bền và độ cứng của trục gá ảnh hưởng tới độ ổn định và độ tin cậy của hệ thống gia công Độ cứng và độ ổn định của hệ thống máy – chi tiết – dao, công suất của máy, độ bền của cơ cấu chạy dao và độ đảo của răng dao quyết định độ chính xác, hiệu suất gia công và chất lượng bề mặt sản phẩm.
Lượng chạy dao phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nên không có một công thức chung nào có thể xác định lượng chạy dao cho mọi trường hợp Trong thực tế, Sz thường căn cứ vào các số liệu thực nghiệm để lựa chọn giá trị phù hợp, rồi điều chỉnh dựa trên điều kiện gia công và vật liệu cụ thể nhằm tối ưu hóa hiệu suất và độ chính xác.
Khi phay ta chọn lượng chạy dao vòng S vòng và Sv có ảnh hưởng quyết định đến độ nhấp nhô bề mặt phay
Khi phay thép (độ bền trung bình) bằng dao phay mặt đầu hợp kim cứng với =5 0 độ nh n gia công 2 có thể chọn S = 0.5 0.8 mm/vg, độ nh n 3 chọn
S = 0.2 0.3mm/vg Khi gia công băng dao phay trụ thép gió, độ nh n gia công 5 đạt đƣợc khi trọn S =1.5 2 mm/vg và độ nh n khi chọn S =1 2mm/vg
4- Xác định tuổi bền dao phay theo các sổ tay về chế độ cắt Trong đó cần chú ý rằng dao phay làdụng cụ cắt tương đối đắt tiền hơn dao tiện hay mũi khoan, số lần mài sác cho phép lại hạn chế nên tuổi bền của dao phay nên chọn lớn Ví dụ tuổi bền trụng bình của dao phay trụ và mặt đầu 3 4, dao phay đĩa là 2.5 3, dao phay rãnh then 1 1.5 giờ
5- Theo các số liệu đã chọn trên mà xác định tốc độn cắt
6- Tính lực cắt P Z , lực chạy dao P N , momen xoắn và công suất Kiểm tra khả năng máy theo các số liệu tính toán về lực và công suất
Trong quá trình gia công phay, các tham số chính được định nghĩa như sau: L là chiều dài trung bình của hành trình dao phay theo lượng chạy dao (đơn vị mm); l là chiều dài bề mặt gia công của chi tiết; l2 là lượng ăn tới của dao (mm); l1 là lượng vượt quá của dao (mm); và i là số lần chuyển dao Những tham số này xác định độ sâu cắt, phạm vi gia công và thời gian gia công, từ đó ảnh hưởng tới năng suất và chất lượng bề mặt chi tiết.
Lƣợng ăn tới của dao đƣợc tính theo công thức sau:
+ Khi gia công bằng dao phay trụ:
+ Khi phay đối xứng bằng dao phay mặt đầu: l2=0.5(D-d)D 2 -B 2 mm + Khi phay không đối xứng bằng dao phay mặt đầu: l 2 =t(D-d) mm mm d D t l 2 ( )