Bài giảng Dụng cụ cắt và nguyên lý cắt gọt kim loại

BÀI GIẢNG Dụng cụ cắt & NL cắt gọt kim loại Khoa Cơ khí – Đại học Thủy Lợi Bộ môn Công nghệ Cơ khí Th S Đoàn Khắc Hiệp 1 Mục tiêu môn học ☺ Hiểu rõ cấu tạo và thông số cơ bản của dụng cụ cắt ☺ Hiểu đư[.]

BÀI GIẢNG

Dụng cụ cắt & NL cắt gọt kim loại

Khoa Cơ khí – Đại học Thủy Lợi

Bộ môn Công nghệ Cơ khí

Mục tiêu môn học

☺ Hiểu rõ cấu tạo và thông số cơ bản của dụng cụ cắt

☺ Hiểu được các quá trình cơ bản trong cắt gọt kim loại

☺ Vận dụng được kiến thức vào trong lĩnh vực gia công cắt gọt

Đánh giá kết quả học tập

☻ Điểm quá trình : 30%

 Chuyên cần : 15%

 Kiểm tra : 15%

☻ Bài thi cuối kỳ : 70% (Thời gian làm bài 60 phút)

Dụng cụ cắt & NL cắt gọt kim loại

2

NXB KH&KT

Tài liệu tham khảo

NXB ĐHQG TPHCM

3

4

Máy gia công cắt gọt

Máy gia công áp lực

Máy dập

Máy cán tôn

Máy uốn

Máy đúc

Máy đúc nhôm

Máy đúc áp lực 7

Máy hàn

Máy hàn MIG

Máy hàn xỉ điện

8

Phương pháp tiện

9

Phương pháp phay

10

Phương pháp mài

11

Phương pháp Khôn

12

Phương pháp chuốt

13

Có bao nhiêu cách chế tạo?

14

Bulong

Có bao nhiêu cách chế tạo?

15

Tạo phôi

Dập nóng (Foging)

Có bao nhiêu cách chế tạo?

16

Tạo ren

Có bao nhiêu cách chế tạo?

17

Tạo ren

Yếu tố nào quyết định độ chính xác?

18

Dụng cụ cắt?

Máy công cụ?

Phôi gia công?

Phương pháp gia công?

Đối tượng, nhiệm vụ môn học

Thông số và cấu tạo của dụng cụ cắt

Nghiên cứu quá trình gia công chi tiết bằng phương pháp cắt gọt (hớt đi lớp vật liệu không cần thiết) sử dụng các dụng cụ cắt

Đối tượng, nhiệm vụ môn học

Nâng cao hiệu quả, độ chính xác quá trình gia công

Nội dung môn học

6 Mài mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt

7 Các phương pháp gia công mới

BÀI GIẢNG

Dụng cụ cắt & NL cắt gọt kim loại

Khoa Cơ khí – Đại học Thủy Lợi

Bộ môn Công nghệ Cơ khí

1.1 Yêu cầu vật liệu dụng cụ cắt

3

Độ cứng tốt

Đảm bảo cao hơn vật liệu gia công

VD: vật liệu gia công 200~220HB => Cần dụng cụ có độ cứng >60HRC

1.1 Yêu cầu vật liệu dụng cụ cắt

4

Độ bền cơ học

Quá trình cắt gọt dụng cụ cắt phải cịu rung động và tải trọng cơ học lớn

=> dụng cụ sẽ vỡ, hỏng nếu không đảm bảo độ bền

1.1 Yêu cầu vật liệu dụng cụ cắt

5

Chịu nhiệt tốt

Đảm bảo cho khả năng giữ được đặc tính của dụng cụ (độ cứng, độ bền

cơ học, độ chính xác hình học…) => giảm thiểu sai số

1.1 Yêu cầu vật liệu dụng cụ cắt

6

Chịu mài mòn

+ Đảm bảo các lưỡi, mặt cắt giữ được hình dạng và thông số yêu cầu + Dạng hỏng chủ yếu của các dụng cụ cắt

1.1 Yêu cầu vật liệu dụng cụ cắt

1.2 Các vật liệu dụng cụ cắt

8

• Thép Cacbon dụng cụ – Cacbon steel

• Thép hợp kim dụng cụ - Medium alloy steel

• Hợp kim coban – Cast-cobalt alloys

• Nhóm các bít – Carbides

• Dụng cụ có phủ - Coated tools

• Gốm oxyt nhôm - Alumina-base ceramics

• Nitrit bo lập phương – Cubic boron nitride CBN

• Gốm silicon-nitride – Silicon-base ceramics

• Kim cương – Diamond

• Vật liệu sợi có cốt – Whisker-reinforced materials

- Ưu điểm: Rẻ tiền, dễ mài sắc

- Nhược điểm: độ bền nhiệt thấp 200

1.2 Các vật liệu dụng cụ cắt

10

• Thép hợp kim dụng cụ - Medium alloy steel

- Thành phần là C và một số nguyên tố

hợp kim: Cr, Mn, W, V nhằm cải thiện

khả năng gia công so với thép cacbon

gốc

- Độ cứng sau tôi, ram: HRC 58 ÷ 64,

độ dẻo, độ thấm tôi tốt hơn

- Tốc độ cắt cao hơn khoảng 20%

- Ký hiệu: XC, XBT, XB4…

- Ứng dụng: dùng để làm dụng cụ cắt,

hoặc dùng làm khuôn (9XC)

- Độ cứng cao, tính chịu mài mòn tốt

- Độ bền dai kém hơn thép gió, nhạy

+ Ép bột trong khuôn dưới áp suất đủ lớn

+ Nung sơ bộ ở nhiệt độ 900 – 1000 0 C khoảng 1h để đạt độ cứng gia công cơ + Gia công tạo hình lần cuối

+ Thiêu kết ở nhiệt độ 1400 – 1500 0 C từ 1 đến 3h để Co nóng chảy

1.2 Các vật liệu dụng cụ cắt

13

•Nhóm vật liệu gốm – Ceramics

- Thành phần: “đất sét kỹ thuật” hỗn hợp của oxyt nhôm -Al2O3 và -Al2O3

có khối lượng riêng lần lượt là  = 3,65 và 3,96 g/cm 3

+ Nung ở nhiệt độ 1400 – 1600 0 C để chuyển hoàn toàn -Al2O3 sang -Al2O3 + Nghiền mịn với độ hạt  1mm rồi ép và thiêu kết

1.2 Các vật liệu dụng cụ cắt

14

•Kim cương – Diamond

- Có 2 loại chính: Kim cương tổng hợp và Nitrit bo lập phương

- Kim cương nhân tạo:

+ Độ cứng tế vi cao hơn kim cương tự nhiên từ 5-6 lần

+ Dẫn nhiệt cao gấp 2 lần kim cương thường

+ Chịu nhiệt kém đến 800 0 C

+ Giòn, chịu va đập kém

+ Dẫn nhiệt tốt nên vẫn gia công được ở tốc độ cao, chống mòn tốt

1.2 Các vật liệu dụng cụ cắt

15

•Nitrit bo lập phương – Cubic boron nitride CBN

- Nitrit bo lập phương: là hợp chất của Nito và

Boron Cubic Boron Nitride (CBN)

+ Độ cứng tế vi: từ 60.000 – 80.000 MPa

+ Chịu nhiệt đến 2000 0 C

+ Hệ số ma sát với kim loại nhỏ

+ Dùng để gia công thép tôi có HRC 39 – 66 và gang,

gia công hợp kim cứng

1.2 Các vật liệu dụng cụ cắt

16

1.3 Biện pháp nâng cao chất lượng vật liệu

1.3 Biện pháp nâng cao chất lượng vật liệu

18

Phủ bề mặt

- Phủ lên bề mặt của dụng cụ một lớp mỏng các chất cần thiết

- Công nghệ phủ: CVD (Chemical Vapour Deposition) – bốc bay hoá học và PVD (Physical Vapour Deposition) – bốc bay vật lý

+ Chất liệu phủ: Nitrit Titan (TiN), Cacbit Titan (TiC), Nitrit Molipden (MoN) hay oxyt nhôm (Al2O3)

- Kết quả:

+ Tăng sức bền tĩnh và va đập

+ Giảm quá trình oxy hoá ở nhiệt độ cao hơn 800 0 C

+ Giảm ma sát với bề mặt tiếp xúc nên lực giảm 15-25 % và nhiệt giảm 65 0 C

- Ứng dụng phủ cho các vật liệu: Thép gió, vật liệu hợp kim

1.3 Biện pháp nâng cao chất lượng vật liệu

19

Phủ bề mặt

1.3 Biện pháp nâng cao chất lượng vật liệu

20

1.3 Biện pháp nâng cao chất lượng vật liệu

21

Phủ nhiều lớp vật liệu (tổng chiều dày 2~10 µm

1.3 Biện pháp nâng cao chất lượng vật liệu

22

1.3 Biện pháp nâng cao chất lượng vật liệu

23

1.3 Biện pháp nâng cao chất lượng vật liệu

24

1.3 Biện pháp nâng cao chất lượng vật liệu

25

1.3 Biện pháp nâng cao chất lượng vật liệu

26

BÀI GIẢNG

Dụng cụ cắt & NL cắt gọt kim loại

Khoa Cơ khí – Đại học Thủy Lợi

Bộ môn Công nghệ Cơ khí

Chương 2 TSHH phần cắt của dụng cụ

2

• 2.1 Những bộ phận chính của dụng cụ cắt

• 2.2 Thông số hình học phần làm việc của dụng cụ cắt

• 2.3 Thông số hình học của DCC ở trạng thái tĩnh

• 2.4 Thông số hình học của DCC khi gia công

Dụng cụ cắt bao gồm hai phần chính

+ Phần cắt

+ Phần thân dao

2.2 Thông số hình học phần làm việc của dụng cụ cắt

7

Phần cắt bao gồm:

+ Các lưới cắt + Các mặt phẳng

Dao tiện

2.2 Thông số hình học phần làm việc của dụng cụ cắt

8

Dao tiện

Thân dao

Mặt sau chính Mặt sau phụ

Mặt trước

Lưỡi cắt chính

Lưỡi cắt phụ

Mũi dao

9

Xét chi tiết đan gia công và dụng cụ cắt

- Bề mặt chi tiết đã gia công (mặt E)

- Bề mặt đang gia công (mặt C)

- Bề mặt chưa gia công (đợi gia công) (mặt F)

Mặt đang gia công C

Mặt đã gia công E Vùng cắt

Mặt chưa gia công F

2.2 Thông số hình học phần làm việc của dụng cụ cắt

10

Dụng cụ cắt, hệ tọa độ và các mặt phẳng

2.2 Thông số hình học phần làm việc của dụng cụ cắt

11 Mặt cắt P và mặt đáy Q

2.2 Thông số hình học phần làm việc của dụng cụ cắt

12

- Mặt phẳng cắt chính (principal cutting plane) C ( P ): là mặt phẳng đi qua điểm khảo sát và tiếp tuyến với mặt đang gia công có chứa vecto vận tốc cắt Vc

- Mặt đáy hay mặt phẳng quy chiếu (reference plane) R

( Q ): là mặt phẳng vuông góc với vecto vận tốc cắt Vc, hay vuông góc với mặt phẳng cắt

- Mặt phẳng pháp tuyến (normal plane) N: là mặt phẳng vuông góc với hình chiếu của lưỡi cắt chính trên mặt đáy – tiết diện chính

2.2 Thông số hình học phần làm việc của dụng cụ cắt

13

Mặt phẳng pháp tuyến – Tiết diện chính

2.2 Thông số hình học phần làm việc của dụng cụ cắt

14

Vết mặt cắt

Vết mặt đáy

Vết tiết diện chính Vết tiết diện phụ

m

λ Inclination angle

γ 0 Orthogonal rake angle

α 0 Orthogonal clearance angle

γ y Back rake angle

γ x Side rake angle

α y Back or end clearance angle

α x Side clearance angle

φ e Auxiliary or End cutting edge angle

φ s Side cutting edge angle (90 o -φ)

r Nose radius (inch)

2.2 Thông số hình học phần làm việc của dụng cụ cắt

2.1 Những bộ phận chính của DCC

Góc của lưỡi cắt

2.2 Thông số hình học phần làm việc của dụng cụ cắt

2.1 Những bộ phận chính của DCC

Góc của lưỡi cắt

2.2 Thông số hình học phần làm việc của dụng cụ cắt

Góc trước (Back Rake Angle) là góc tạo bởi vết mặt

trước với vết của mặt đáy đo trong tiết diện khảo sát Giá trị của nó từ 0 – 150

Góc trước g

2.1 Những bộ phận chính của DCC

Góc của lưỡi cắt

2.2 Thông số hình học phần làm việc của dụng cụ cắt

Góc sau chính (Side Clearance Angle - SCA) và góc sau phụ (End

Clearance Angle – ECA) là góc tạo bởi vết mặt sau (chính và phụ)

với mặt cắt đo trong tiết diện khảo sát Giá trị của nó từ 5 – 100

Giá trị góc sau luôn > 0 và không bao giờ được = 0 hoặc < 0

Góc sau a

2.1 Những bộ phận chính của DCC

Góc của lưỡi cắt

2.2 Thông số hình học phần làm việc của dụng cụ cắt

Là góc tạo bởi vết mặt trước với

vết của mặt sau đo trong tiết diện

khảo sát a+b+g = 900

Góc sắc b

Góc cắt d

Là góc tạo bởi vết mặt trước với

vết của mặt cắt đo trong tiết diện

khảo sát d+g = 900

2.1 Những bộ phận chính của DCC

Góc của lưỡi cắt

2.2 Thông số hình học phần làm việc của dụng cụ cắt

Được tạo bởi hình chiếu của lưỡi cắt chính (phụ) trên mặt

đáy và phương chạy dao

Góc nghiêng của lưỡi cắt chính (φ), phụ (φ1)

Tạo bởi giữa hình chiếu

của LCC và LCP trên

mặt đáy.

Góc mũi dao (ɛ)

Mặt đáy

2.1 Những bộ phận chính của DCC

Góc của lưỡi cắt

2.2 Thông số hình học phần làm việc của dụng cụ cắt

Là góc tạo bởi lưỡi cắt chính và mặt đáy

Góc nâng của lưỡi cắt chính (l)

2.1 Những bộ phận chính của DCC

Góc của lưỡi cắt

2.2 Thông số hình học phần làm việc của dụng cụ cắt

Là bán kính chuyển tiếp giữa lưỡi cắt

2.1 Những bộ phận chính của DCC

Quan hệ giữa các góc trong các tiết diện của dao tiện

2.2 Thông số hình học phần làm việc của dụng cụ cắt

Bằng phương pháp đường kẻ chính, xác định được

quan hệ của các góc trong ba tiết diện: chính, dọc

và ngang như sau:

2.1 Những bộ phận chính của DCC

2.2 Thông số hình học phần làm việc của dụng cụ cắt

Master line for rake surface

2.1 Những bộ phận chính của DCC

2.2 Thông số hình học phần làm việc của dụng cụ cắt

2.1 Những bộ phận chính của DCC

2.2 Thông số hình học phần làm việc của dụng cụ cắt

Thông số hình học phần cắt trong trạng thái động

Do gá dao bị nghiêng

) 90



g    

) 90



g    

) 90

(

1

 g    

2.1 Những bộ phận chính của DCC

2.2 Thông số hình học phần làm việc của dụng cụ cắt

Thông số hình học phần cắt trong trạng thái động

Dao gá cao hoặc thấp hơn tâm chi tiết

2.1 Những bộ phận chính của DCC

2.2 Thông số hình học phần làm việc của dụng cụ cắt

Thông số hình học phần cắt trong trạng thái động

- Khi có chạy dao ngang Sn

2.1 Những bộ phận chính của DCC

2.2 Thông số hình học phần làm việc của dụng cụ cắt

Thông số hình học phần cắt trong trạng thái động

- Khi có chạy dao dọc Sd

31

2.1 Những bộ phận chính của DCC

2.2 Thông số hình học phần làm việc của dụng cụ cắt

Mũi khoan

2.1 Những bộ phận chính của DCC

2.2 Thông số hình học phần làm việc của dụng cụ cắt

Mũi khoan

2.1 Những bộ phận chính của DCC

2.2 Thông số hình học phần làm việc của dụng cụ cắt

Mũi khoan

Vết mặt cắt Vết mặt đáy

g

2.1 Những bộ phận chính của DCC

2.2 Thông số hình học phần làm việc của dụng cụ cắt

Mũi khoan

Trong trạng thái động

2.1 Những bộ phận chính của DCC

2.2 Thông số hình học phần làm việc của dụng cụ cắt

Mũi khoét

2.1 Những bộ phận chính của DCC

2.2 Thông số hình học phần làm việc của dụng cụ cắt

Mũi doa

2.1 Những bộ phận chính của DCC

2.2 Thông số hình học phần làm việc của dụng cụ cắt

Dao phay

2.1 Những bộ phận chính của DCC

2.2 Thông số hình học phần làm việc của dụng cụ cắt

Dao phay

2.1 Những bộ phận chính của DCC

2.2 Thông số hình học phần làm việc của dụng cụ cắt

Dao phay

2.1 Những bộ phận chính của DCC

2.2 Thông số hình học phần làm việc của dụng cụ cắt

Dao chuốt

2.1 Những bộ phận chính của DCC

2.2 Thông số hình học phần làm việc của dụng cụ cắt

Dao chuốt

BÀI GIẢNG

Dụng cụ cắt & NL cắt gọt kim loại

Khoa Cơ khí – Đại học Thủy Lợi

Bộ môn Công nghệ Cơ khí

Chương 3 Động học của quá trình cắt

2

3.1 Thông số công nghệ điều khiển quá trình cắt 3.2 Thông số hình học lớp vật liệu bị cắt

3.3 Các yếu tố cắt khi phay

3.4 Các yếu tố cắt khi khoan khoét doa

3.1 Thông số điều khiển quá trình cắt

htk

mm S

z

mm Sz

p

mm S

Khi Tiện

3.1 Thông số điều khiển quá trình cắt

3.1 Thông số điều khiển quá trình cắt

Khi Bào – Xọc

3.1 Thông số điều khiển quá trình cắt

Khi khoan lỗ đặc Khi khoan lỗ thông

) /

( 1000

.

.

p m

3.1 Thông số điều khiển quá trình cắt

Khi phay

3.1 Thông số điều khiển quá trình cắt

1 Chiều sâu phay t

Là kích thước lớp vật liệu được cắt đo theo phương vuông góc với trục dao phay

2 Chiều rộng phay B

Là kích thước lớp kim loại

được đo theo phương trục

dao

Khi phay

Chiều rộng Chiều dày

3.1 Thông số điều khiển quá trình cắt

3 Lượng chạy dao S

Chạy dao được phân thành 3 loại:

• Lượng chạy dao răng Sz: là lượng

chạy dao xác định sau khi dao quay

được một góc răng q Khí hiệu: Sz,

mm/răng

• Lượng chạy dao vòng SV: là lượng

chạy dao xác định sau khi dao quay

được một vòng Ký hiệu: SV

(mm/vg)

• Lượng chạy dao phút Sph : là lượng

chạy dao xác định sau một phút Ký

hiệu: Sph, mm/ph

SV = Z Sz

Sph = n Sv = n Z Sz

Khi phay

3.1 Thông số điều khiển quá trình cắt

4 Vận tốc cắt

VC = .D.n/1000

Khi phay

3.1 Thông số điều khiển quá trình cắt

3.1 Thông số điều khiển quá trình cắt

3.1 Thông số điều khiển quá trình cắt

3.1 Thông số điều khiển quá trình cắt

3.1 Thông số điều khiển quá trình cắt

3.1 Thông số điều khiển quá trình cắt

Khi phay

6 Chiều dày cắt a

Khi phay bằng dao phay mặt đầu

min max

sin cos sin

Z Z

3.1 Thông số điều khiển quá trình cắt

Khi phay bằng dao phay mặt đầu:

Khi phay bằng dao phay răng thẳng:

b

3.1 Thông số điều khiển quá trình cắt

 

cos cos

3.1 Thông số điều khiển quá trình cắt

3.1 Thông số điều khiển quá trình cắt

c c

3.1 Thông số điều khiển quá trình cắt

(cos cos )2sin

Diện tích cắt dư và chiều cao nhấp nhô hình học H

3.1 Thông số điều khiển quá trình cắt

Diện tích cắt dư và chiều cao nhấp nhô hình học H

3.1 Thông số điều khiển quá trình cắt

Diện tích cắt dư và chiều cao nhấp nhô hình học H

3.1 Thông số điều khiển quá trình cắt

Diện tích cắt dư và chiều cao nhấp nhô hình học H

3.1 Thông số điều khiển quá trình cắt

Diện tích cắt dư và chiều cao nhấp nhô hình học H

3.1 Thông số điều khiển quá trình cắt

Trạng thái cơ lý của lớp bề mặt gia công

3.1 Thông số điều khiển quá trình cắt

 Ứng suất dư: Chủ yếu là do lực cắt

Vật liệu dẻo: Ứng suất dư kéo

Vật liệu giòn: Ứng suất dư nén

Mài: Ứng suất dư luôn là kéo

 Độ cứng nguội:

Do ngoại lực tác động làm các pha ferit bị biến

dạng hoá và hoá bền gây ra hiện tượng cứng nguội

Trạng thái cơ lý của lớp bề mặt gia công

3.1 Thông số điều khiển quá trình cắt

BÀI GIẢNG

Dụng cụ cắt & NL cắt gọt kim loại

Khoa Cơ khí – Đại học Thủy Lợi

Bộ môn Công nghệ Cơ khí

Chương 4 Cơ sở vật lý QT cắt kim loại

3.1 Biến dạng dẻo khi cắt kim loại

Vật liệu biến dạng trong quá trình cắt (bị phá hủy)

3.1 Biến dạng dẻo khi cắt kim loại

Cơ chế cắt kim loại

Chip

Tool

Chip forms by shear in this region

Chip

Tool

Chip forms by shear in this region

Old model: crack propagation

Phá huỷ lan truyền

Current model: shear Phá huỷ do lực cắt

3.2 Cơ chế tạo phoi

Cơ chế cắt kim loại

Lớp cắt có chiều dầy t0 bị biến dạng qua vùng thứ nhất thành phoi có chiều dầy

tC

Phoi thoát ra trượt trên mặt trước của dụng cụ với áp lực và ma sát lớn gây ra