tính gia công của vật liệu chế tạo máy doc

pháp gia công cụ thể nào, ngời ta luôn yêu cầu các dụng cụ có chất lợng cao,vì điều kiện làm việc của chúng thờng khắc nghiệt.Có thể nói với thép dụng cụ, đòi hỏi về mặt chất lợng là chỉ

đang chiếm giữ vị trí hàng đầu.

Thép các bon

Thép các bon là hợp kim của sắt và các bon với hàm lợng C< 2,14% sovới thép hợp kim thì thép các bon có chất lợng thấp hơn Tuy nhiên nó vẫn đápứng đợc nhiều yêu cầu trong kỹ thuật, mặt khác thép các bon lại đợc sử dụngrất nhiều, giá thành thấp

Thành phần hoá học của thép các bon thông thờng ngoài Fe ra còn có C

<2%, Mn<0,5-0,8%, Si <0,3-0,6%, P<0,05-0,06%, S < 0,05-0,06%

Thép các bon có những đặc tính sau:

- Độ cứng của thép các bon sau khi tôi và ram đạt khoảng 60 - 62 HRC,

độ cứng của nó tăng lên theo hàm lợng % các bon trong thép

- Tính thấm tôi thấp nên phải làm nguội nhanh trong nớc hoặc muối

- Độ bền nhiệt kém vì không đợc hợp kim hoá nên mactenxít của thép

dễ phân tích khi nung nóng sẽ làm cho độ cứng bị giảm nhanh

Thép các bon còn chia thành nhiều nhóm, trong mỗi nhóm lại có nhiều

số hiệu, ứng với những thành phần cụ thể hơn Từng nguyên tố sẽ ảnh hởng

khác nhau đến cơ tính của thép, nh hai nguyên tố Mn, Si có khả năng hoà tanvào ferit vì vậy làm tăng độ bền của thép Các nguyên tố khác nh P, S, O2… là lànhững tạp chất có hại, làm giảm cơ tính của thép (gây ra tính giòn nguội, giònnóng và mất tính liên tục của kim loại).

Thép các bon đợc phân loại theo nhiều cách khác nhau:

- Theo chất lợng:

+ Thép có chất lợng thờng , có thể chứa tới 0,06%S và 0,07%P;

+ Thép có chất lợng tốt, chứa không quá 0,04%S và 0,035%P;

+ Thép có chất lợng cao, chứa không quá 0,025% mỗi nguyên tố;

+ Thép có chất lợng đặc biệt cao, chứa không quá 0,015% S và 0,025%P;

- Theo phơng pháp khử oxy: Theo mức độ khử oxy, phân ra: thép sôi,thép lặng và nửa lặng

Thép dụng cụ

Thép dụng cụ là loại thép dùng để chế tạo các loại dụng cụ gia côngkim loại và các loại vật liệu khác (gỗ, chất dẻo ) không phụ thuộc vào phơng

pháp gia công cụ thể nào, ngời ta luôn yêu cầu các dụng cụ có chất lợng cao,vì điều kiện làm việc của chúng thờng khắc nghiệt.

Có thể nói với thép dụng cụ, đòi hỏi về mặt chất lợng là chỉ tiêu số một.Mặc dù thép dụng cụ chỉ chiếm khoảng 0,1% lợng thép dùng của thế giới, nh-

ng số lợng các loại thép dụng cụ lại rất nhiều, bởi vì mỗi loại chỉ thích hợp vớinhững ứng dụng riêng biệt (cụ thể) nào đó

Thép dụng cụ đợc phân chia làm ba loại:

- Thép dụng cụ cắt gọt: Yêu cầu đối với thép làm dao cắt:

+ Độ cứng cao: đây là yêu cầu tối thiểu đầu tiên, vì để có thể cắt gọt

đ-ợc thì độ cứng của dao phải cao hơn độ cứng của phôi

+ Tính chống mài mòn cao: khi làm việc, dao cắt luôn bị mài sát vàophôi và phoi, để đảm bảo tuổi thọ của dao và tính chính xác gia công, dao phải

có tính chống mài mòn cao Tính chống mài mòn của dao trớc hết phụ thuộcvào độ cứng của nó, độ cứng càng cao tính chống mài mòn càng cao

+ Tính cứng nóng: Là khả năng duy trì đợc độ cứng cao ở nhiệt độ cao

Đây là chỉ tiêu rất quan trọng, nó quyết định tốc độ cắt của dao

- Thép khuôn dập nguội:

Để biến dạng dẻo đợc phôi kim loại ở trạng thái nguội, các khuôn dậpnguội chịu áp lực rất lớn, chịu uốn, chịu ma sát và va đập, do vậy thép làmkhuôn dập nguội phải đạt đợc các yêu cầu về cơ tính nh độ cứng và tính chốngmài mòn cao, độ bền và độ dai đảm bảo để chịu đợc tải trọng va đập ở mứcvừa phải

Để đạt đợc các yêu cầu về cơ tính trên, thép làm khuôn dập nguội phải

có thành phần các bon cao (xấp xỉ 1%), nếu khuôn chịu va đập nhiều thì dùngloại có lợng các bon thấp hơn(0,4- 0,6%C)

- Thép khuôn dập nóng:

Khi làm việc, khuôn dập nóng chịu tải trọng lớn và va đập, luôn tiếpxúc với phôi có nhiệt độ cao hơn 1000 C Để đảm bảo điều kiện làm việc nh°C Để đảm bảo điều kiện làm việc nhvậy, thép dùng để chế tạo khuôn phải đáp ứng đợc các yêu cầu về cơ tính nhtính chống mài mòn cao, tính chịu nhiệt độ cao, độ bền và độ dai cao Ngoài

ra, khuôn dập nóng thờng có kích thớc lớn nên để đảm bảo cơ tính đồng nhất,thép còn phải có độ thấm tôi lớn Do độ cứng không cần cao nên thành phầncác bon chỉ cần trung bình, khoảng 0,4- 0,6%; đôi khi chỉ 0,3%C Các nguyên

tố hợp kim đảm bảo tính thấm tôi, tính bền nóng, tính chống ram tốt nh: Cr,

Ni, Mo, W

- Thép làm dụng cụ đo lờng: Dụng cụ đo trong cơ khí thờng xuyên cọxát với chi tiết cần đo, do đó dễ bị mòn, làm sai kết quả đo Vì vậy, để đảmbảo độ chính xác thép làm dụng cụ đo phải đạt đợc các yêu cầu nh có độ cứng

và tính chống mài mòn cao, kích thớc không thay đổi trong suốt thời gian làmviêc lâu dài Ngoài ra, thép còn phải có khả năng mài bóng cao và ít biến dạngkhi nhiệt luyện

Thép hợp kim

Trong kỹ thuật nhiều trờng hợp thép các bon không đáp ứng đợc yêucầu về độ bền và khả năng chịu đựng trong những môi trờng đặc biệt hoặc cầnphải có những tính chất lý hoá đặc biệt Ngời ta sáng tạo ra thép hợp kimnhằm khắc phục những nhợc điểm ấy Trên cơ sở hợp kim sắt các bon ngời tatinh luyện cẩn thận để loại bỏ tối đa những tạp chất có hại nh P, S, O2, N2, H2,

đồng tời bổ xung vào một hay nhiều nguyên tố có ích với hàm lợng xác định

để nâng cao cơ tính và các tính chất khác theo mong muốn, sản phẩm ta thu

đ-ợc gọi là thép hợp kim Các nguyên tố hợp kim thờng gặp là: Cr, Ni, Mn, Si,

W, V, Mo, Ti, Nb, Zr, Cu, B, N và gianh giới về lợng để phân biệt tạp chất

và nguyên tố hợp kim là nh sau: Mn: 0,8-1,0%; Si: 0,5-0,8%; Cr: 0,2-0,8%;Ni: 0,2-0,6%; W: 0,1-0,6%; Mo: 0,05-0,2%; Ti, V, Nb, Zr, Cu > 0,1%; B >0,002%

Do việc khử tạp chất và phải cho vào các nguyên tố hợp kim khác nênthép hợp kim đắt tiền hơn thép các bon, nhng thép hợp kim lại có những đặc

điểm nổi trội hơn hẳn so với thép các bon

- Về cơ tính: Độ bền thép hợp kim cao hơn hẳn thép các bon, thể hiện

đặc biệt rõ ràng sau khi nhiệt luyện (tôi và ram)

- Về tính chịu nhiệt (tính cứng nóng và tính bền nóng): Các nguyên tốhợp kim cản trở khả năng khuếch tán của các bon, làm mactenxit phân hoá vàcácbít kết tụ ở nhiệt độ cao hơn, vì thế nó giữ đợc độ cứng cao của trạng tháitôi và tính chống dão tới 600˚C, tính chống ô xy hoá tới 1000˚C Tuy nhiênmuốn đạt đợc tính chất này, thép cần đợc hợp kim hoá bởi một số nguyên tốvới lợng tơng đối cao (u việt này của thép hợp kim đợc ứng dụng trong thépdụng cụ và thép bền nóng)

- Về tính chất vật lý và hoá học đặc biệt: Nh đã biết thép các bon bị gỉtrong không khí, bị ăn mòn trong môi trờng axit, bazơ, muối Nhờ hợp kimhoá mà có thể tạo ra thép không gỉ, thép có tính giãn nở và đàn hồi đặc biệt,thép có từ tính cao Trong những trờng hợp nh vậy, phải dùng những loạithép hợp kim đặc biệt, với thành phần đợc khống chế.

Thép hợp kim có các phơng pháp phân loại sau:

+ Phân loại theo tổ chức tế vi: Thờng phân loại thép hợp kim theo tổchức ở trạng thái cân bằng và sau khi thờng hoá

+ Phân loại theo nguyên tố hợp kim: Cách phân loại này dựa vào têncác nguyên tố hợp kim chính của thép Ví dụ, thép có chứa Cr đợc gọi là thépCrôm

+ Phân loại theo tổng lợng các nguyên tố hợp kim:

- Thép hợp kim thấp (tổng lợng các nguyên tố hợp kim <2,5%);

- Thép hợp kim trung bình (tổng lợng các nguyên tố hợp kim từ 10%);

2,5 Thép hợp kim cao (tổng lợng các nguyên tố hợp kim >10%);

+ Phân loại theo công dụng: Đây là cách phân loại thờng dùng nhất,theo công dụng, thép hợp kim đợc phân ra các nhóm chính sau :

a, Thép kết cấu: Là loại thép trên cơ sở thép kết cấu các bon cho thêm

các nguyên tố hợp kim Nh vậy thép hợp kim kết cấu có hàm lợng các bonkhoảng 0,1- 0,85% và lợng phần trăm nguyên tố hợp kim thấp (thép hợp kimkết cấu phải qua thấm cacbon rồi mới nhiệt luyện thì cơ tính sẽ cao)

- Thép thấm các bon: Là loại thép có lợng cacbon thấp (0,10-0,25%C),dùng để chế tạo các chi tiết truyền lực (bánh răng, cam, đĩa ma sát ), đòi hỏitrong lõi dẻo dai chịu va đập, sau khi thấm cacbon, tôi và ram thấp, cơ tínhcủa các thép thấm các bon có thể đạt đợc: độ cứng bề mặt : 59-63HRC; lõi :30-42HRC; độ dai va đập : ak = 700-1200kj/m ; độ bền kéo : 600-1200 MPa.²; độ bền kéo : 600-1200 MPa

Ví dụ: C10, C20, 15Cr, 20CrNi, 12CrNi3A, 12CrNi4A

- Thép hoá tốt: Là loại thép có lợng cacbon trung bình (0,30- 0,50%C),

để chế tạo các chi tiết chịu tải trọng tĩnh và va đập cao, yêu cầu độ bền và độdai cao Cơ tính tổng hợp cao nhất của thép đạt đợc bằng cách nhiệt luyện hoátốt (tôi và ram cao)

Ví dụ: 40Cr, 40CrMn, 35CrMnSi

- Thép đàn hồi: Là loại thép có lợng cacbon tơng đối cao (0,5-0,7%C),sau tôi và ram trung bình nhận đợc tổ chức trustit ram, có giới hạn đàn hồicao, đợc dùng để chế tạo các chi tiết đàn hồi nh lò xo, nhíp các loại Ví dụ:C70, 65Mn, 60SiMn, 50Si2

Ngày nay trên thế giới hầu hết các nớc đều có nhóm thép hợp kim thấpvới độ bền cao (so với thép cacbon) Thép này đợc hợp kim hoá với lợng hợpkim thấp, nó đợc dùng nhiều trong các nghành công nghiệp Đặc điểm chung

của loại thép này là có độ bền cao (đặc biệt giới hạn bền chảy σ0,2> 350 MPa)

có tính chống ăn mòn tốt, tính hàn tốt và giá thành rẻ

b, Thép hợp kim dụng cụ: Là loại thép có độ cứng cao sau khi nhiệt

luyện, độ chịu nhiệt và độ chịu mài mòn cao Hàm lợng cacbon trong hợp kimdụng cụ từ 0,7-14%; các nguyên tố hợp kim cho vào là Cr, W, Si và Mn Théphợp kim dụng cụ có tính nhiệt luyện tốt Sau nhiệt luyện có độ cứng đạt 60-62HRC

- Thép dao cắt năng suất thấp: Là những loại dao cắt mà tốc độ cắt chỉkhoảng 5-10m/ph Để chế tạo những loại dao này có thể dùng thép dụng cụcacbon loại CD7, CD8, CD13 Hay thép hợp kim thấp nh 130Cr05, 100Cr2,90CrSi, 100CrW5

- Thép dao cắt năng suất cao (thép gió): Là một dạng thép hợp kim đặcbiệt để làm dụng cụ cắt gọt và các chi tiết máy có yêu cầu cao Trong tổ chứccủa thép gió gồm các nguyên tố C, Cr, W, Co, Vvà Fe

Thép gió có độ cứng cao và chịu nhiệt đến 650ºc Trong thép gió cóhàm lợng các nguyên tố hợp kim nh sau : 8,5-19%W, 0,7-14%C, 3,8-4,4%Cr,1-2,6%V và một lợng nhỏ Mo hay Co Những mác thép gió thờng dùng nh90W9V2, 75W18V, 140W9V5, 90W18V2

c, Thép không gỉ: Là loại thép có hàm lợng Cr khá cao (>12%), có khả

năng chống lại môi trờng ăn mòn (ăn mòn hoá học và ăn mòn điện hoá).Trong thép thờng có nhiều pha, mỗi pha có điện thế, điện cực khác nhau.Trong môi trờng điện ly chúng tạo ra các pin điện tế vi, kết quả là tạo ra sự ănmòn điện hoá Do đó ngời ta đã tạo ra đợc các mác thép không gỉ khác nhau

có khả năng chống đợc hiện tợng trên

- Thép không gỉ mactenxit: Lợng crôm trong loại thép này từ 12-17%, nếu vợtqua sẽ trở thành thép austenit Nếu lợng crôm ở mức giới hạn dới (12,5-13%)

thì lợng cacbon phải hạn chế không vợt quá 0,4% để tránh tạo thành quá nhiềupha cacbit crôm dẫn tới làm nghèo crôm ở phần kim loại nền và giảm khảnăng chống gỉ của thép.

Ví dụ nh 12X13, 20X13, 30X13, 40X13, tơng đơng với các mác thépcủa ta là 12Cr13, 20Cr13, 30Cr13, 40Cr13 Nếu tăng lợng crôm lên tới 17%thì lợng cacbon có thể cao tới 0,9-1,1% (nh số hiệu 440 hay 440B của Mỹ) đểtăng cơ tính (chủ yếu là độ cứng) mà vẫn đảm bảo tính chống gỉ

Nói chung thép không gỉ mactenxit có tính chống ăn mòn cao trongkhông khí, nớc sông Nên đợc sử dụng để làm đồ trang sức, cánh tuốcbin hơi,

bộ phận crăcking dầu mỏ, lò xo không gỉ, dụng cụ đo

- Thép không gỉ ferit: Tuỳ theo lợng crôm, thép không gỉ ferit đợc chia thành

ba nhóm:

- Nhóm thép chứa khoảng 13%Cr, nh số hiệu 403 của Mỹ

- Nhóm thép chứa 17%Cr nh số hiệu 12Cr17 (tơng đơng với số hiệu 430của Mỹ)

- Nhóm thép chứa từ 20-30%Cr nh số hiệu 15Cr25Ti (tơng đơng với sốhiệu 446 của Mỹ)

Nói chung thép không gỉ ferit có giới hạn đàn hồi cao hơn thép austenit,nhng mức độ hoá bền do biến dạng dẻo lại thấp hơn, nên chúng thích hợp choviệc gia công bằng biến dạng dẻo nguội (cán, kéo, gò, dập ) Chúng đợc sửdụng trong công nghiệp dầu mỏ, công nghiệp sản xuất ni tơ, hoá thực phẩm,kiến trúc

- Thép không gỉ austenit: Các thép kể trên, pha  không tồn tại hoặc chỉ tồntại ở nhiệt độ cao Nếu cho thêm Ni, nguyên tố mở rộng vùng  với lợng thíchhợp, sẽ làm cho thép có tổ chức  ngay cả ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ thờng,

đó là thép không gỉ austenit Nó có u điểm là tính chống ăn mòn cao, tính dẻocao (δ = 45-60%), dễ cán, gò ở trạng thái nguội, cơ tính đảm bảo nhất là khi

đợc biến cứng bằng biến dạng nguội có thể đạt độ bền rất cao: σ = 750MPa,

σ0,2 = 750MPa Tuy nhiên nhợc điểm là khó gia công cắt gọt do dẻo quánh,phoi khó gẫy

Ví dụ một số mác nh: 10Cr14Mn14Ni4Ti, 4Cr18Ni10 và đợc ứngdụng để làm các thiết bị hoá học, làm đồ gia dụng

- Thép không gỉ austenit - ferit: Nếu tăng lợng crôm và giảm lợng niken 28%Cr và 5-9%Ni) thép sẽ có tổ chức là hỗn hợp α và , đó là thép không gỉaustenit - ferit, ví dụ nh mác 12Cr21Ni5Ti.

(18-Đặc điểm quan trọng của loại thép này là cơ tính của chúng rất tốt, hầu

nh không có hiện tợng giòn của thép ferit, còn giới hạn đàn hồi lại cao gấp 3lần so với thép austenit Ngoài ra độ bền chống ăn mòn đảm bảo, đặc biệttrong điều kiện chịu áp lực (ăn mòn ứng suất) hoặc chịu ăn mòn tập trung (ănmòn điểm) và ăn mòn dạng hang hốc trong khí quyển có tính xâm thực mạnh(ống xả, lỗ van xả, ống dẫn hơi hoá chất )

- Thép không gỉ hoá cứng tiết pha (thép austenit - mactenxit): Thép không gỉhoá cứng tiết pha u điểm của nó là có thể tiến hành gia công bằng biến dạngnguội và cắt gọt ở trạng thái tơng đối mềm, nó cũng có thể hoá bền bằng hoágià ở vùng nhiệt độ tơng đối thấp dể tránh sự biến dạng hoặc là sự oxy hoá

Loại thép này dùng để chế tạo một số chi tiết máy làm việc trong điềukiện chịu ăn mòn lại cần có độ cứng, độ bền tơng đối cao (nhng không ở nhiệt

độ cao hơn nhiệt độ hoá già)

d, Thép bền nóng: Là loại thép làm việc đợc ở nhiệt độ cao mà độ bền

không giảm, không bị oxy hoá bề mặt Ngời ta thờng sử dụng các loại thép vớimức chịu nhiệt khác nhau Ví dụ loại thép peclit gồm 12CrMo, 04Cr9Si2 chịunhiệt độ 300-500ºc

Thép hợp kim có khả năng chịu nhiệt độ cao hơn 800ºC dùng để chế tạocác loại dây dẫn, điện trở, hợp kim đó gọi là NiCr

Nh vậy, có thể nói rằng nguyên tố hợp kim có tác dụng rất tốt, thép hợpkim là vật liệu không thể thiếu đợc trong chế tạo máy, thiết bị nhiệt điện, côngnghiệp hoá học Nó thờng đợc làm các chi tiết quan trọng nhất trong điềukiện làm việc nặng nhọc

4, Các loại gang

Gang là hợp kim sắt các bon, trong đó hàm lợng C >2,14% Nguyênliệu để luyện gang trong lò cao là quặng sắt, than và các chất nh đá vôi, huỳnhthạch Dođó, không thể loại trừ hết các tạp chất lẫn vào gang, cho nên thànhphần hoá học của gang ngoài sắt và cacbon còn có các tạp chất khác nh Si,

Mn, P, S, Tuỳ từng loại gang cụ thể mà thành phần hoá học của nó khácnhau về hàm lợng các nguyên tố cũng nh về tổ chức tế vi Trong nghành chế

tạo cơ khí, đặc biệt là cơ khí nặng nh máy xây dựng, máy nông nghiệp, máy

mỏ, tỷ trọng gang trong cỗ máy lên tới 70-90%

So với thép các bon, gang kém bền nhng lại có nhiều tính tốt nh dễ cắtgọt, dễ đúc, dễ bôi trơn và đặc biệt là rẻ hơn nhiều

a, Gang trắng.

Gang trắng là gang mặt gẫy của nó có mầu trắng Các bon hoà tan vàosắt và liên kết với sắt thành xêmentit, không tồn tại graphit, tổ chức hoàn toànphù hợp với trạng thái giả ổn định Fe-Xe

Gang trắng có đặc điểm sau:

- Gang trắng thông thờng chứa C, Si thấp Gang trắng cùng tinh và saucùng tinh chỉ đợc tạo ra khi làm nguội chúng rất nhanh

- Gang trắng có độ cứng rất cao và đạt tới 450-650 HB Độ cứng caonhất của gang ứng với tổ chức mactenxit- cacbit Để tăng tính chịu nhiệt, chịumài mòn có va đập, gang trắng còn đợc hợp kim hoá bằng Cr, Mo và Ni Docứng, gang trắng không thể gia công cơ đợc

- Gang trắng ít đợc sử dụng mà hầu hết dùng làm nguyên liệu luyệnthép, chỉ làm chi tiết máy trong mức độ hạn chế nh bi nghiền, trục cán, xegòng

b, Gang xám.

Gang xám là gang mà mặt gẫy của nó có mầu xám Tổ chức gang xám

có hai phần rõ rệt Phần kim loại gọi là nền cơ bản (giống nh thép các bon),phần còn lại gọi là graphit Graphit tồn tại trong gang xám ở dạng tấm hoặcphiến Kích thớc những tấm hoặc phiến có liên quan đến độ bền của gang Vì

độ bền của graphit rất nhỏ, cho nên ngời ta xem graphit nh những vết nứttrong gang làm cho nền cơ bản của gang không liên tục (tấm graphit càng nhỏcàng mỏng thì gang càng bền hơn) Có thể nhiệt luyện gang để thay đổi nềncơ bản cũng nh thay đổi hình dạng kích thớc tấm graphit để nâng cao độ bềncủa gang

Gang xám có đặc điểm chịu nén tốt, dập tắt dao động và bôi trơn tốt,nhng ít chịu kéo và ít chịu va đập

Những mác có độ bền thấp thờng dùng làm bệ máy, vỏ hộp, nắp đậy

Gang có độ bền trung bình cỡ σk=20-30KG/mm² có thể làm các chi tiết chịutải trọng nh bánh răng cỡ lớn, tốc độ quay chậm làm việc ngoài trời hay trong

phân xởng Những số hiệu có độ bền cao hơn σσk>30KG/mm² có thể làm cácchi tiết quan trọng nh mố kê cầu, sơ mi séc măng trong ôtô, xe máy

đạt 100-550MPa (gang cầu biến trắng cho độ bền cao nhất)

Gang biến trắng thờng đợc dùng để đúc trục cán, các chi tiết cam, mánghiền, đầu phun bi, phun cát

d, Gang cầu.

Gang cầu còn đợc gọi là gang bền cao có graphit dạng hình cầu (nógiống gang xám ở nền cơ bản) Cũng tuỳ theo nền cơ bản mà ta có loại gangcầu ferit, ferit-peclic, peclic và peclic-xementit Dạng graphit có dạng hìnhcầu nên trong gang ít chịu ứng suất tập trung, các "lỗ" làm gián đoạn nền kimloại nhỏ hơn các "vết nứt" trong gang xám Vì vậy, gang cầu có độ bền và độdẻo cao hơn gang xám, độ bền gần bằng thép cácbon thờng, ngoài ra gang cầucòn chịu đợc va đập, gang cầu hoàn toàn có thể gia công bằng biến dạng đợc

và có thể áp dụng các phơng pháp nhiệt luyện thép cho gang cầu để có thể đạt

đợc tổ chức nền kim loại khác nhau nh: xocbit, bainit, mactenxit và cho cáctính chất mong muốn

Thành phần hoá học của gang cầu dao động nh sau : 3,0-3,6%C; 3,0%Si; 0,2-1,0%Mn; ít hơn 0,15%P; ít hơn 0,03%S; 0,04-0,08%Mg Gangcầu có độ bền và độ dẻo dai cao, đặc biệt sau khi nhiệt luyện thích hợp

2,0-Gang cầu có cơ tính tốt nhất trong các loại gang, có tính đúc tốt hơnthép vì thế nó đợc dùng thay thế thép để chế tạo các chi tiết có hình dạng phứctạp Công dụng điển hình của gang cầu là đúc trục khuỷu trong động cơ

điêzen, vừa đảm bảo kỹ thuật, vừa rẻ, tuổi thọ lại không kém thép cácbon

e, Gang dẻo.

Gang dẻo là gang có graphit ở dạng cụm (còn gọi là quả bông) đợc hìnhthành do ủ từ gang trắng trớc cùng tinh (ứng với tổ chức peclit-lêđêbu rit)

Gang dẻo là gang có tíng dẻo hơn gang xám, có thể dùng làm các chitiết chịu va đập nhẹ

Tổ chức tế vi của gang dẻo cũng giống nh gang xám ở nền cơ bản, chỉkhác ở dạng tồn tại graphit Graphit trong gang dẻo có dạng cụm hay dạngbông

Graphit trong gang dẻo nh các sợi bông cuốn lấy nhau thành cụm Sovới tấm graphit của gang xám thì các sợi nhỏ hơn rất nhiều nhng vẫn khôngthu gọn đợc nh trong gang cầu, vì thế cơ tính của gang dẻo cao hơn gang xámnhng thấp hơn gang cầu

1.1.2 Kim loại và hợp kim mầu

Các hợp kim trên cơ sở sắt có nhiều u điểm nh tính công nghệ tốt, giáthành rẻ, có thể thay đổi cơ tính trong một khoảng khá rộng bằng cách thay

đổi phơng pháp chế tạo, áp dụng công nghệ nhiệt luyện và hợp kim hoá Nhờvậy chúng đợc ứng dụng khá rộng rãi, tuy nhiên trong một số lĩnh vực côngnghiệp sử dụng gang thép tỏ ra kém hiệu quả vai trò của kim loại mầu trở nênquan trọng, thậm chí không thể thay thế

Do cơ tính của đồng nguyên chất thấp nên trong kỹ thuật ngời ta dùngnhiều hợp kim đồng.

- Latông (đồng thau): Latông là hợp kim của đồng với kẽm là chủ yếu.Latông đơn giản là hợp kim chỉ có Cu và Zn Latông phức tạp là hợp kim có

Cu, Zn và các nguyên tố hợp kim khác nữa : Al, Sn, Si, Mn,

Loại latông có chứa Cu> 61% thì tổ chức chỉ gồm một pha là α, đó làdung dịch rắn thay thế Zn trong đồng, tính chất của loại này dẻo, thờng dùng

- Brông (đồng thanh): Brông là hợp kim của đồng với nguyên tố hợpkim khác, kẽm là chủ yếu Nguyên tố hợp kim chủ yếu đợc gọi cho tên củabrông đó

Brông thiếc có độ bền khá cao, chống ăn mòn tốt, hệ số ma sát nhỏ, dễhàn, không có từ tính, không phát tia lửa điện khi va đập, tính đúc tốt Đợcdùng nhiều làm ổ trục, lót trục Brông nhôm có tính năng chống ăn mòn tốt,

độ bền cao, có thể nhiệt luyện đợc Loại này dùng làm chi tiết chống ăn mòntrong nớc biển, bạc lót, bệ trợt, mặt bích

1.1.2.2 Nhôm và hợp kim nhôm.

Về phơng diện sản xuất và ứng dụng, nhôm và hợp kim nhôm chiếm vịtrí thứ hai sau thép, vật liệu này có các loại tính chất phù hợp với nhiều côngdụng khác nhau, trong một số trờng hợp không thể thay thế đợc

1, Nhôm nguyên chất.

Nhôm nguyên chất có những đặc trng sau:

- Cấu trúc mạng tinh thể là lập phơng diện tâm, thông số mạng a =4,04A˚ Chỉ có dạng thù hình

- Đờng kính nguyên tử d = 2,86 A˚

- Khối lợng riêng Υ = 2,70g/cm³

- Nhiệt độ nóng chảy : 657˚c

- Có áp lực mạnh với o xy, ô xít nhôm Al2O3 có độ xít chặt cao nên bảo

vệ đợc nhôm không bị ăn mòn hoặc hạn chế tối đa sự ăn mòn

a, Hợp kim nhôm đúc: Là những hợp kim nhôm có tính đúc tốt, chỉ

dùng để đúc các chi tiết máy hoặc vật dụng Thông thờng những hợp kimnhôm có hàm lợng nguyên tố hợp kim gần với thành phần cùng tinh là nhữnghợp kim nhôm dễ đúc hơn

b, Hợp kim nhôm biến dạng: Loại này có tính dẻo cao, dễ gia công bằng

áp lực Thờng hàm lợng nguyên tố hợp kim thấp, khi ở nhiệt độ cao nó tồn tạidạng dung dịch rắn, ở nhiệt độ thấp do sự hoà tan quá bão hoà nên có thể tiết

ra pha mới dới dạng hợp chất hoá học Nếu ta làm nguội nhanh, các pha nàykhông kịp tạo thành thì làm xô lệch mạng tinh thể của dung dịch rắn, kết quảhợp kim nhôm đợc hoá bền

1.1.2.3 Magiê và hợp kim của magiê.

Magiê là một kim loại rất nhẹ, trữ lợng của nó trong vỏ trái đất rất lớnchỉ sau nhôm và sắt, nguyên tố này ái lực với oxy khá mạnh

1, Đặc điểm của magiê và hợp kim magiê.

- Khối lợng riêng của magiê nguyên chất bằng1,74g/cm (khoảng 2/3³của nhôm)

- Nhiệt độ nóng chảy ở 651˚C, nhng lại dễ bốc cháy ở nhiệt độ thờng, vìvậy tổn hao khi nấu luyện và gia công khá lớn

- Độ dẻo magie nhỏ do cấu trúc mạng của nó thuộc kiểu sáu phơng xếpchặt Tuy vậy quá trình biến dạng tạo hình bằng cán, rèn, ép, chuốt vẫn tiếnhành dễ dàng nhờ cơ chế đối tinh và sự hoạt động của các hệ tr ợt phụ ở nhiệt

độ 200˚C

- Magiê đợc ứng dụng để làm vật liệu kết cấu chủ yếu ở dạng hợp kim.Các nguyên tố hợp kim thông dụng trong hợp kim magiê gồm Al, Zn, Mn

- Các nguyên tố hiếm nh La, Nd, Ce, vì tạo ra những pha trung gian ổn

định, nên gây ảnh hởng tốt tới độ bền nóng, cho phép nâng cao nhiệt độ làmviệc của hợp kim magiê tới 350˚c

- Khả năng chống ăn mòn của hợp kim magiê khá tốt

2, Lĩnh vực sử dụng magiê và hợp kim magiê.

- Đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hoá học, và nghành luyện kim

- Do nhẹ và khả năng thấm tốt, các hợp kim magiê đang đợc khai thác và

sử dụng trong công nghiệp hàng không và vũ trụ Chúng cũng đợc ứng dụng

để chế tạo các phơng tiện vận chuyển hàng hoá, dụng cụ cầm tay, các trangthiết bị ô tô Về nguyên tắc phân loại và ký hiệu trạng thái gia công, hợp kimmagiê cũng tơng tự nh đối với các hợp kim nhôm

1.1.2.4 Titan và hợp kim titan.

Titan đợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là nghành hàng không

và công nghệ hoá chất

- Titan có khối lợng riêng 4,5g/cm (nặng hơn nhôm nh³ ng chỉ bằng 3/4của sắt) Do vậy, độ bền riêng của hợp kim titan cao hơn thép và nhiều hợpkim khác

- Tính u việt của hợp kim titan đợc thể hiện rõ trong vùng nhiệt độ 500˚C (ở đó độ bền hợp kim nhôm quá thấp, còn nếu sử dụng thép thì trọng l-ợng thiết bị lại sẽ lớn)

200-Độ bền của hợp kim Titan cao nên chúng thờng khó gia công

1.1.3.1 Gốm và vật liệu chịu lửa.

Khái niệm gốm liên quan đến hai nội dung là phơng pháp công nghệ và

đặc điểm tổ chức

- Phơng pháp công nghệ gốm điển hình là phơng pháp thêu kết bột, khitạo hình nguyên liệu dạng bột có liên kết tạm thời sau đó đợc nung ở nhiệt độcao để kết khối

- Tổ chức điển hình của gốm là đa pha và đa tinh thể Hai loại pha chínhtạo nên tổ chức của gốm là pha tinh thể và pha vô định hình

+ Các loại gốm : Gốm đợc sắp xếp theo nhóm thành phần hoá học :

- Gốm silicat

- Gốm o xít:

 Gốm oxít trên cơ sở các oxít có nhiệt độ nóng chảy cao

 Gốm trên cơ sở TiO2.

 Gốm trên cơ sở FeO3 và các oxit kim loại nặng.

+ Vật liệu chịu lửa: Theo quy ớc chung thì vật liệu chịu lửa khi nó có độchịu lửa lớn hơn 1520˚C Ngoài ra nó còn phải đảm bảo độ bền cơ và hoá, ổn

địng kích thớc để làm việc ổn định lâu dài trong từng điều kiện cụ thể củanhiệt độ và ăn mòn hoá học Các vật liệu chịu lửa quan trọng đều là vật liệugốm Dới đây là các loại vật liệu chịu lửa chính :

- Đinát (silicat): Thành phần hoá học chủ yếu là SiO2 (> 93%)

- Samôt

- Vật liệu chịu lửa cao alumin

- Vật liệu chịu lửa kiềm tính

- Vật liệu chịu lửa sản xuất theo phơng pháp nấu chảy

- Vật liệu chịu lửa trên cơ sở graphit và silic cacbit

- Vật liệu chịu lửa cách nhiệt

1.1.3.2 Thuỷ tinh và gốm thuỷ tinh.

+ Thuỷ tinh vô cơ là vật liệu nhận đợc bằng cách làm nguội một hợpchất vô cơ từ trạng thái nóng chảy hoàn toàn ở nhiệt độ cao đến trạng thái rắnkhông kết tinh

- Thuỷ tinh có thể chỉ chung các loại vật liệu có cấu trúc vô định hình:Thuỷ tinh hữu cơ, thuỷ tinh vô cơ, thuỷ tinh kim loại

- Vật liệu thuỷ tinh có những tính chất quang học đặc biệt, độ bền hoácao, khả năng chịu nhiệt tơng đối cao, cách điện tốt Nên đợc sử dụng trongnhiều lĩnh vực kỹ thuật khác nhau

Có một số loại thuỷ tinh chính sau:

 Thuỷ tinh silicat - kiềm - kiềm thổ

 Thuỷ tinh borosilicat vàalumosilicat

 Thuỷ tinh chì silicat

 Thuỷ tinh thạch anh

 Thuỷ tinh không phải silicat

+ Gốm thuỷ tinh: Là nhóm vật liệu tơng đối mới, có tổ chức kết hợpgiữa vô định hình và tinh thể, bao gồm một hoặc vài pha tinh thể phân bố trênnền pha vô định hình

Về nguyên tắc gốm thuỷ tinh có tổ chức giống vật liệu gốm tinh, nhng

đợc chế tạo khác hẳn Giai đoạn đầu thì giống thuỷ tinh, sau đó đợc sử lý nhiệttheo chế độ xác định để thực hiện quá trình tạo mầm và kết tinh

Tính chất của vật liệu gốm thuỷ tinh do pha tinh thể (bản chất, hìnhdáng, kích thớc, số lợng), pha vô định hình và tơng tác giữa chúng xác định.Bằng cách điều khiển quá trình hình thành các vi tinh thể, ngời ta có thể tạo racác loại gốm thuỷ tinh với các tính chất mong muốn.

- Gốm thuỷ tinh không giãn nở nhiệt

- Gốm thuỷ tinh có độ bền cơ học cao và chịu mài mòn

- Gốm thuỷ tinh dễ gia công tạo hình bằng phơng pháp cơ khí

- Gốm thuỷ tinh có tính chất điện, từ đặc biệt

- Gốm thuỷ tinh sinh học

1.1.3.3 Xi măng và bê tông

+ Xi măng: Là chất dính kết thuỷ lực, nó tác dụng với nớc để tạo ra các

hợp chất có tính chất kết dính, các hợp chất này đóng rắn trong nớc và các sảnphẩm đóng rắn bền trong nớc

Trong các loại chất dính kết làm vật liệu xây dựng thì xi măng poclan làquan trọng nhất, đợc sử dụng nhiều nhất trong thực tế

+ Bê tông: Bao gồm các vật liệu nh sỏi, cát, ximăng poclan và nớc với tỉ

lệ xác định ở nhiệt độ thờng Sau khi xi măng đã đóng rắn, khối vật liệu trởnên liền khối và vững chắc

Tính chất cơ học của bê tông có đặc điểm chung của vật liệu vô cơ là độbền nén cao và độ bền kéo thấp Để tăng cờng độ bền kéo và bền uốn cho bêtông, ngời ta chế tạo bê tông cốt thép và cao hơn nữa là bê tông ứng lực d tức

là tạo ứng suất nén d dọc theo chiều cột thép chịu lực chính của bê tông

1.1.4 Vật liệu hữu cơ.

Hơn một thế kỷ nay, vật liệu hữu cơ mới (bao gồm chất dẻo, cao su, sợi,keo ) đã đợc đa vào sử dụng không những để cạnh tranh với các vật liệutruyền thống trong những ứng dụng quen thuộc mà còn để sản xuất các sảnphẩm mở rộng hoạt động của con ngời Không có những vật liệu này (thờng làpolyme hữu cơ) không thể có những vật dụng của đời sống hiện đại nh ô tô,

điện thoại, máy truyền hình

Polyme ít khi dùng riêng mà phối hợp với một số chất gọi là phụ gia.Hỗn hợp này phải qua quá trình gia công để có hình dáng và tính chất thíchhợp Các phụ gia cho vào có mục đích khác nhau, hoàn thiện các tính chất củapolyme, làm chúng trở nên hữu ích hơn Có những loại chất phụ gia nh chất

độn, chất hoá dẻo, chất ổn định, chất tạo mầu, chất chống cháy

Ngoài ra, ngời ta còn sử dụng một số chất mà khi phối hợp với polyme

sẽ có khả năng cải thiện một hoặc nhiều tính chất cơ lý của vật liệu Các chấtnày đợc dùng dới nhiều dạng : hạt, bột, sợi ngắn hoặc dài, vải dệt hoặc rối.Phụ thuộc vào phơng pháp gia công và vào hiệu quả của sự tăng cờng sẽ nhận

đợc vật liệu compozit hoặc chất dẻo tăng cờng Các chất tăng cờng thông dụng

nh : thuỷ tinh, các bon, mica, amian,

1.2 các phơng pháp gia công vật liệu chế tạo máy

1.2.1 Các phơng pháp gia công truyền thống

Gia công truyền thống đợc chia ra làm hai phần:

- Gia công bằng dụng cụ cắt có lỡi (tiện, phay, bào, khoan, doa, khoét,chuốt )

- Gia công bằng mài

1.2.1.1 Gia công bằng dụng cụ cắt có lỡi

a, Tiện: Là một phơng pháp gia công cắt gọt thông dụng nhất, nó tạo

nên bề mặt gia công bằng hai chuyển động gọi là chuyển động tạo hình(chuyển động quay tròn của chi tiết và di chuyển thẳng của dao)

Tiện gia công đợc các bề mặt nh mặt trụ, mặt côn, các mặt đầu, mặt

định hình, ren trong, ren ngoài Độ chính xác của tiện phụ thuộc vào các yếu

tố nh: độ chính xác của máy, độ cứng vững của hệ thống công nghệ, tình trạngdao cụ, trình độ tay nghề công nhân Nói chung tiện có thể đạt độ chính xáctới cấp 10-7 và độ nhám bề mặt Ra=10-100μm

Để đạt đợc năng suất và chất lợng khi tiện thì việc lựa chọn dụng cụ cắt(thông số hình học của dao, vật liệu làm dao) và chế độ cắt hợp lý là rất quantrọng Khi tiện thô, lực cắt lớn cần chọn phần cắt đủ cứng vững, có khả năngchịu lực lớn (chọn t và S lớn để giảm số lần cắt, giảm chiều dài đờng cắt vànâng cao năng suất) Khi tiện tinh phải chọn t vừa đủ, vì nếu quá lớn thì nhiệtcắt tăng, còn lợng S phù hợp với độ nhám cần đạt

b, Bào: Phơng pháp bào có thể gia công đạt độ chính xác từ cấp 10-8 và

Ra=10-100μm Là phơng pháp gia công có tính vạn năng cao đợc dùng nhiềutrong sản xuất loạt nhỏ và đơn chiếc, chuyển động cắt của bào đơn giản(chuyển động tịnh tiến theo phơng ngang) Năng suất của bào nói chung làthấp, vì thờng vận tốc cắt của máy bào chỉ khoảng 12-22m/ph

c, Phay: Là một phơng pháp gia công rất phổ biến, có khả năng công nghệ

khá rộng rãi Trong sản xuất loạt lớn và hàng khối, phay hầu nh hoàn toànthay thế cho bào và xọc

Phay có thể đạt cấp chính xác từ 10-8 và độ nhám Ra=1,6-100 μm Phay đợc thực hiện trên các kiểu máy phay nh máy phay nằm ngang hay

đứng, máy phay nhiều trục, máy phay giờng Dao phay cũng có nhiều loại

nh dao phay mặt đầu, dao phay trụ, dao phay ngón

d, Khoan: Là một phơng pháp phổ thông để gia công lỗ trên vật liệu đặc,

khoan đợc thực hiện trên nhóm máy khoan và trên các loại máy tiện vạn năng,

tự động và bán tự động Độ chính xác gia công khi khoan chỉ đạt cấp 12-11 vàRa=10-80 μm

Khoan có thể gia công đợc lỗ có đờng kính từ 0,1-80mm, nhng phổ biếnnhất là gia công những lỗ

Φ < 35 mm

đ, Khoét: Là một phơng pháp gia công lỗ nhằm các mục đích nh nâng cao

độ chính xác của lỗ sau khi khoan hay dùng làm nguyên công (hay bớc) trunggian để chuẩn bị cho nguyên công doa

Dao khoét có nhiều lỡi cắt hơn mũi khoan, nên độ cứng vững của nócao hơn, do đó sửa đợc các sai lệch về vị trí tơng quan do khoan để lại, mà còn

đảm bảo đợc độ chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt (khoét có thể đạt độ chínhxác từ cấp 10-9 và Rz = 2,5-10 μm) Ngoài lỗ trụ, khoét còn có thể gia công

đợc các loại lỗ bậc, khoét côn và khoét mặt phẳng thẳng góc với lỗ

e, Doa: Là một phơng pháp gia công tinh lỗ đã đợc khoan hoặc khoan

và khoét Doa đợc thực hiện trên máy doa, máy khoan hoặc máy tiện

Dao doa có độ cứng vững cao, lỡi cắt đợc bố trí không đối xứng nênkhắc phục đợc hiện tợng rung động Với dao doa có chất lợng tốt, chọn chế độcắt và để lợng d hợp lý thì doa có thể đạt độ chính xác cấp 9-7 và Ra= 6,3-1,25 μm (trờng hợp đặc biệt có thể đạt cấp chính xác cấp 6 và Ra = 0,63 μm)

f,Chuốt: Là phơng pháp gia công cắt gọt bằng nhiều lỡi cắt cùng một

lúc Nó có thể gia công lỗ tròn, lỗ có rãnh thẳng hoặc xoắn, lỗ then hoa, mặtphẳng, rãnh Với chuyển động cắt đơn giản (thông thờng chỉ có chuyển độngthẳng hoặc chuyển động quay tròn), vận tốc cắt thấp nhng năng suất vẫn cao

Độ chính xác của chuốt có thể đạt tới cấp 7 và Ra= 0,8-0,6 μm (chất ợng bề mặt gia công tốt vì vận tốc cắt thấp nên biến dạng dẻo không nhiều),cho tới nay chuốt có thể gia công đợc lỗ có đờng kính đến 320mm, then hoa

l-có đờng kính đến 420mm, rãnh rộng đến 100mm và chiều dài lỗ lớn nhất tới10m

g, Gia công ren: Ren vít đợc sử dụng rộng rãi trong ngành chế tạo máy

cũng nh trong các ngành công nghệ khác Tuỳ theo dạng, kích thớc, độ chínhxác của ren và loại hình sản xuất có thể sử dụng các phơng pháp gia công renkhác nhau nh:

- Gia công bằng dao có lỡi nh: dao tiện ren, dao tiện ren răng lợc, ta rô.bàn ren dao phay ren, dao tiện ren bao hình

- Gia công bằng đá mài dạng tròn có hình dạng trên đờng sinh một đầumối hay nhiều đầu mối

- Gia công bằng biến dạng dẻo (cán ren) nh con lăn ren, bàn cán renphẳng, đầu cán ren

h, Gia công răng: Hiện nay đang sử dụng hai phơng pháp để cắt răng

của bánh răng là:

- Phơng pháp định hình (hay phân độ) Bằng phơng pháp này có thể cắttừng rãnh răng, sau đó phân độ một góc 360/z cho đến rãnh răng cuối cùngbằng dụng cụ cắt có lỡi dạng rãnh răng Dụng cụ làm việc theo phơng phápnày là dao phay đĩa mô đun, dao chuốt

- Phơng pháp bao hình (hay phơng pháp lăn) Với phơng pháp này dụng

cụ đợc lăn tơng đối trên vành của bánh răng gia công khi đó các lỡi cắt củadụng cụ dần dần chiếm các vị trí trên bánh răng mà đờng bao của chúng làprôfin thân khai của bánh răng gia công Dụng cụ làm việc theo phơng phápbao hình gồm : dao bào, dao xọc, dao phay, dao cà và bánh mài

b,Mài có tâm tiến daodọc

mài thô đạt độ chính xác cấp 7-6 và độ bóng cấp 6-8; mài tinh đạt độ chínhxác cấp 5-4, độ bóng cấp 8-13; mài tinh mỏng có thể đạt độ chính xác cấp 1-3

và độ bóng cấp 10-14

So với một số dạng gia công khác, mài có một số đặc điểm sau:

- Tốc độ cắt khi mài lớn, tiết diện phoi cắt ra bé

- Đá mài là loại dụng cụ cắt có nhiều lỡi, gồm các hạt mài liên kết vớinhau bằng chất dính kết Khi cắt, một số lớn hạt mài có hình dạng, vị trí hoàntoàn khác nhau cùng đồng thời tham gia cắt Các góc cắt khi mài không hợplý: góc trớc thờng âm và góc β thờng lớn hơn 90 º

- Do tốc độ cắt cao và góc cắt lớn nên khi mài nhiệt độ rất cao

(1000-1500 c).º

- Dụng cụ mài có lỡi cắt không liên tục, các hạt mài nằm tách biệt trên

bề mặt của dụng cụ và cắt mỗi phoi riêng, do đó có thể xem quá trình mài nhmột quá trình cào xớc liên tục

- Trong quá trình mài, đá mài có khả năng tự mài sắc

1.2.2 Các phơng pháp gia công không truyền thống.

Các loại vật liệu mới thờng có khả năng chống và chịu mài mòn cao, độcứng và độ bền cao, làm việc ổn định trong các môi trờng hoá chất nh: théphợp kim titan, thép không gỉ, HKC, vật liệu gốm, kính, compozit

Vì vậy, việc gia công bằng công nghệ truyền thống thờng gặp khó khăn.Một loạt các phơng pháp gia công mới đợc nghiên cứu và đã, đang đợc sửdụng rộng rãi nh: gia công siêu âm, gia công điện hoá, gia công bằng chùm tialade, tia nớc, tia nớc có hạt mài, tia hạt mài và nhất là gia công bằng tia lửa

điện

Đặc điểm chung của các phơng pháp này là:

- Không đòi hỏi dụng cụ phải có độ cứng cao hơn độ cứng của vật liệugia công

- Khả năng gia công không phụ thuôc vào tính chất cơ lý của vật liệugia công mà chủ yếu phụ thuộc vào các thông số về hoá, nhiệt, điện

- Đạt đợc độ chính xác kích thớc và độ nhẵn bề mặt cao so với các

ph-ơng pháp gia công truyền thống

- Có khả năng gia công đợc các vật liệu có độ cứng cao, thậm chí rấtcao (sau nhiệt luyện)

- Hiệu quả kinh tế đạt đợc cao, nhất là khi gia công những sản phẩm cóhình dạng phức tạp, kích thớc bé

1.2.2.1 Gia công bằng xung điện (cắt dây)

Cắt dây hành trình EDM là một phơng pháp EDM đặc biệt, ở đó điệncực là dây dẫn điện đợc cuốn liên tục Dây dịch chuyển tơng ứng với phôibằng bàn điều khiển số, các máy có ít nhất hai trục điều khiển (x và y) Phầnlớn các máy có thể đánh nghiêng dây để gia công công bằng hai trục nằm

ngang phụ (gọi là trục u và v) Hiện đã có loại trục quay và trục đứng đợc điều

khiển

Dây (thờng là đồng thau) đợc dùng một lần Độ dầy phôi trung bình là

150 mm, ở vài máy lên tới 420 mm, chất điện môi thờng là nớc khử ion đợccấp bằng đầu phun ở phía trên và dới đờng dẫn dây Đầu phun đồng trục vớidây, mạt gia công đợc lấy đi bằng lọc và lắng

Độ chính xác thông thờng khoảng 0,013 mm Các biện pháp đặc biệt± 0,013 mm Các biện pháp đặc biệt

nh chạy dây nhiều lần và điều khiển nhiệt chính xác cho độ chính xác cao hơn 0,005mm

± 0,013 mm Các biện pháp đặc biệt

Gia công bằng điện cực dây đợc dùng để gia công các chi tiết có độcứng cao

- Ưu điểm chính của phơng pháp này là độ chính xác gia công cao

- Kết cấu máy đơn giản và có khả năng tự động hoá nguyên công

Hình 1-8 Sơ đồ điển hình của máy cắt dây EDM

Phơng pháp này đợc dùng để gia công các rãnh có độ chính xác cao, giacông các cam đĩa HKC, gia công các dỡng chép hình.

1.2.2.2 Gia công bằng tia năng lợng cao.

+ Gia công bằng tia nớc áp lực cao:

Gia công bằng tia nớc (WJM), còn đợc gọi là gia công bằng động lực

n-ớc, sử dụng dòng nớc tốc độ cao

nh một dụng cụ cắt Phơng pháp

này chỉ giới hạn trong việc cắt các

vật liệu phi kim khi tia gia công

chỉ là nớc thuần tuý Tuy nhiên

khi các hạt mài đợc đa vào dòng

nớc, phơng pháp này có thể dùng

để gia công các vật liệu cứng hơn

và có cấu trúc chặt hơn

Tia nớc áp lực cao có thể đợc sử dụng trong các lĩnh vực sau:

- Cắt đứt hoặc cắt định hình các bề mặt kim loại hoặc phi kim loại

- Khoan lỗ bằng tia nớc áp lực cao

- ứng dụng tia nớc trong công nghiệp làm sạch bề mặt

- ứng dụng tia nớc trong công nghiệp khai thác mỏ

- ứng dụng tia nớc trong kỹ thuật đào đờng hầm

Công nghệ cắt bằng tia nớc có những u điểm so với cắt bằng dao kim loại,nhng đây là một phơng pháp gia công tiên tiến và còn rất mới ở nớc ta nên vẫncòn cha đợc ứng dụng rộng rãi

+ Gia công bằng chùm tia laze:

Gia công laze (LBM), cắt vật liệu, nung chảy hay thay đổi cấu trúc mộtvật liệu bằng nhiệt, bằng cách tập trung một tia sáng đơn sắc đồng hớng đếnphôi Phơng pháp này không cắt vật liệu với khối lợng lớn, nhng cho tốc độcắt vật liệu nhanh bằng công cụ dễ

điều khiển, không tiếp xúc và không mòn

Hình 1-9.Sơ đồ gia công bằng tia hạt mài

a Tia va đập; b Tia trợt; c Tia chéo

1 Bề mặt gia công; 2 Tia; 3 ống phun

Phơng pháp LBM có yêu cầu về đồ

gá tối thiểu và có thể thực hiện nhiều loại

hình gia công kim loại khác nhau nh

khoan, hàn, đánh dấu và xử lý nhiệt Hiệu

quả của LBM trong một ứng dụng cụ thể

tuỳ thuộc vào xung và độ tập trung của tia

và độ phản xạ, hệ số hấp thụ, độ dẫn

nhiệt

Quá trình gia công bằng chùm tia laze xảy ra tơng tự nh quá trình giacông bằng chùm tia điện tử và cũng đợc sử dụng với cùng mục đích mặc dùcác nguồn năng lợng của hai quá trình này hoàn toàn khác nhau Khi gia côngbằng chùm tia laze nguồn năng lợng sinh ra do máy phát điện tử quang họchay còn goị là máy phát laze

Gia công bằng chùm tia laze rất có hiệu quá đối với lỗ nhỏ (đờng kính

lỗ nhỏ nhất có thể đạt 0,4 mm) Sử dụng chùm tia laze có thể gia công đợc cácvật liệu khác nhau nh kim loại, thạch anh, kim cơng, rubi, Chiều sâu lỗ gia

công có thể đạt 12,7mm

1.2.2.3 Gia công bằng điện hoá

Gia công điện hoá (ECM) là sự loại bỏ kim loại có điều khiển bằng sựhoà tan anôt trong hệ thống điện phân, ở đó phôi là anôt và dụng cụ là katôt.Chất điện phân đợc bơm qua khe giữa dụng cụ và phôi, trong khi dòng điệnmột chiều đi qua hệ thống với điện áp thấp để hoà tan kim loại của phôi

Hình 1-10.Sơ đồ nguyên lý máy laser

H.1-11.Sơ đồ nguyên lý gia công điện hoá

1 Chi tiết gia công; 2 Điện cực dụng cụ;

3 Chất điện phân

Bản chất của phơng pháp gia công này là không có sự tác động cơ khícủa dụng cụ tới bề mặt gia công Gia công bằng điện hoá còn đợc dùng để

đánh bóng bề mặt

Trong quá trình gia công điện hoá, dụng cụ đợc cho chạy dao tự động(nhờ thiết bị tự

cảm) hớng tới chi tiết, nhng luôn giữ một

khe hở nhất định tuỳ thuộc yêu cầu công nghệ (năng suất, chất lợng bề mặt).Còn chất điện giải thì đợc bơm vào khe hở giữa dụng cụ và chi tiết dới một áplực cao (đủ để phá vỡ lớp "màng thụ động" do phản ứng hoá học tạo ra trênmặt chi tiết và cuốn nó đi)

Có hai phơng pháp thực hiện quá trình điện hoá:

- Thuỷ điện hoá

- Cơ điện hoá

Trong gia công điện hoá, bất luận là phơng pháp nào, cơ chế "bóc" lợng

d kim loại vẫn dựa trên cơ sở phản ứng "hoà tan dơng cực" dới tác dụng củachất điện phân và dòng một chiều

1.3 tính gia công.

1.3.1 Khái niệm về tính gia công.

Tính gia công là một trong tính chất công nghệ quan trọng của vật liệu.Xác định những tính chất của vật liệu ảnh hởng trực tiếp đến năng suất, chất l-ợng khi gia công bằng cắt gọt là rất cần thiết

Nghiên cứu tính gia công của vật liệu khi sử dụng nhiều phơng pháp giacông, bằng nhiều loại dụng cụ cắt khác nhau để xác định tính gia công củatừng loại vật liệu, tìm cách cải thiện, nâng cao tính gia công, để xác định điềukiện gia công tối u

Tính gia công của vật liệu liên quan trực tiếp với thành phần hoá học vàcấu trúc của vật liệu, nó còn chịu ảnh hởng rất lớn, rất phức tạp, đa dạng củatính chất cơ học, tính nhiệt vật lý Những vấn đề trên lại phụ thuộc vào mạngtinh thể của vật liệu

Tính gia công của vật liệu lại còn phụ thuộc vào vật liệu dụng cụ cắt,kết cấu dụng cụ cắt và điều kiện làm lạnh bôi trơn Tính gia công phụ thuộcvào tính chất của phơng pháp gia công cụ thể

Do vậy tính gia công của vật liệu ché tạo máy là một khái niệm mangtính tơng đối

Các khái niệm về tính gia công của vật liệu đợc xây dựng trên nhữngquan điểm khác nhau nhng mục đích cuối cùng thì vẫn là việc xác định theomột chỉ số cụ thể nào đó để đánh giá việc gia công vật liệu đó bằng một phơngpháp gia công là khó hay dễ

Một trong những khái niêm về tính gia công thờng hay sử dụng là tínhgia công động học và động lực học

- Tính gia công động học là tính gia công đợc xác định theo quan điểm

về vận tốc tách bóc vật liệu

- Tính gia công động lực học là tính gia công đợc xét theo quan điểmlực cắt khi cắt (ngoài ra còn rất nhiều khái niệm tính gia công khác nhau nhtính gia công theo quan điểm chất lợng bề mặt gia công, tính gia công theoquan điểm độ mòn và tuổi bền của dao, do lực cắt, nhiệt cắt )

1.3.2 Nghiên cứu về tính gia công trong chế tạo máy:

Từ khi các phơng pháp gia công cắt gọt hình thành thi việc nghiên cứutính gia công của các loại vật liệu đợc bắt đầu đợc nghiên cứu, cùng với sựphát triển của vật liệu chế tạo máy và ngành chế tạo máy vấn đề tính gia côngcủa vật liệu chế tạo máy luôn đợc quan tâm đúng mức, vì các lợi ích từ việcnghiên cứu nó cho ngành chế tạo máy và nền kinh tế rất to lớn

Tính gia công của vật liệu chế tạo máy là một khái niệm khá phức tạp dovậy việc nghiên cứu nó từ trớc đến nay cũng khá phức tạp có rất nhiều quan

điểm và phơng pháp xác định tính gia công khác nhau Với một loại vật liệu

và một phơng pháp gia công khác nhau, một điều kiện gia công khác nhau… là thì có một các xác định tính gia công khác

Chơng 2:

Xây dựng phơng pháp nghiên cứu tính gia công cho các loại

vật liệu chế tạo máy - ứng dụng

2.1 Sơ đồ hoá nghiên cứu tính gia công vật liệu

MÁY CẮT DỤNG CỤ CẮT

Độ cứng vững Dung dịch trơn nguội

Máy gia cụng Dụng cụ kẹp phụiCụng suất

Độ chớnh xỏc kớcthướcc

phoi

Chất lượng phụi

PHƯƠNG PHÁP ĐO

ĐỘ CHÍNH XÁC DỤNG CỤ

VÀ ĐỘ PHÂN GIẢI KHI XỬ Lí DỮ LIỆU

CÁC ĐIỀU KIỆN GIA CễNG ĐƯỢC

TỐI ƯU HểA TÍNH GIA CễNG

Xác định tính gia công của vật liệu

ứng dụng

(xđcđ

cắt)

2.2 Các quan điểm đánh giá tính gia công

Do tính gia công là một khái niệm tơng đối và phức tạp, nó phụ thuộc vàonhiều yếu tố của quá trình gia công, do vậy để nghiên cứu và đánh giá tính giacông của vật liệu chế tạo máy một cách đầy đủ và chính xác ngời ta đa ranhiều quan điểm để đánh giá tính gia công :

2.2.1 Đánh giá TGCVL từ quan điểm tính chất cơ học của vật liệu:

+ Tính chất cơ lý của vật liệu gia công: đợc đặc trng bởi:

- Độ bền (nhiệt, cơ học, hoá )

- Độ cứng

Vật liệu có độ bền, độ cứng càng cao thì sự ảnh hởng không tốt của nótới quá trình gia công là rất lớn Vì vậy ta thấy rằng tính gia công sẽ tỷ lệnghịch với tính chất cơ lý của vật liệu gia công

Vật liệu chế tạo máy đều có tính chất cơ lý nhất định nó đợc xác địnhtheo các chỉ số nh бb (kéo, nén, uốn, xoắn ) Độ cứng HB, HRC, HV

Dựa trên cơ sở độ bền và độ cứng của vật liệu chuẩn (thép C45, gangxám CЧ15-32), dựa theo cơ sở ban đầu ngời ta so sánh các vật liệu gia côngbằng các hệ số từ đó đánh giá tính gia công thông qua các hệ số đó

Ví dụ: ảnh hởng của tính gia công tới vật liệu thông qua cơ lý tính vật

liệu Tính tốc độ cắt khi tiện: (m/ph)

S t T

Kv Cv

Vc m xv yv

Trong đó: Cv, m, Xv, Yv phụ thuộc vào điều kiện gia công;

Kv hệ số điều chỉnh kể đến ảnh hởng của tất cả các nhân tố;

Vật liệu gia công Dạng gia công Hệ số mũ

công thấp hơn là dự đoán (việc thêm một lợng nhỏ lu huỳnh hay phôt pho cóthể cải thiện đáng kể tính gia công Do đó thành phần hoá học có tính quantrọng tơng đơng trong ớc tính gia công của thép) Ta thấy rằng, ảnh hởng củacơ lý tính của vật liệu gia công đến tính gia công của vật liệu chế tạo máy rấtlớn, đôi khi nó quyết định đến tính gia công của vật liệu.

2.2.2 Đánh giá TGCVL từ quan điểm biến dạng và hình thành phoi:

Khi cắt để có thể tạo phoi, lực tác dụng vào dao cần phải đủ lớn để tạo

ra trong lớp kim loại bị cắt một ứng suất lớn hơn sức bền của vật liệu bị giacông

Hình dạng, độ cứng, mức độ biến dạng và cấu tạo phoi chứng tỏ rằnglớp kim loại bị cắt thành phoi đã chịu một ứng suất nh vậy

Việc nghiên cứu quá trình tạo phoi có một ý nghĩa rất quan trọng vì trị

số của công cắt, độ mòn của dao và chất lợng bề mặt gia công phụ thuộc rõ rệtvào quá trình tạo phoi

Dới tác dụng của tải trọng, trong phần lớn kim loại và hợp kim xẩy ra

ba quá trình nối tiếp nhau là biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá huỷ(hình 2-1)

- ở giai đoạn biến dạng đàn hồi, độ dãn dài Δl tỷ lệ thuận với lực tác động

P (nhánh 1 trên đồ thị) Khi bỏ qua lực P kim loại trở về hình dạng ban đầu

- ở giai đoạn biến dạng dẻo khi bỏ lực tác dụng kim loại không trở lạihình dạng ban đầu

- Giai đoạn phá huỷ là quá trình

đứt các liên kết trong nội bộ cấu

trúc vật liệu Các vết nứt xuất hiện

Và các phần vật liệu tách rời nhau

Vật liệu bị phá huỷ

Trong quá trình cắt kim loại,

Vật liệu gia công (dới tác động

Của lực cắt) cũng bị biến dạng

đàn hồi, biến dạng dẻo rồi bị phá

huỷ và phoi đợc hình thành Hình 2-1 Quan hệ giữa biến dạng và lực

Dựa trên cơ sở biến dạng tác động khi kéo kim loại

vật liệu (đàn hồi, dẻo, phá huỷ) khi có tác động của lực cắt cùng với sự xemxét hình thành phoi, ngời ta đánh giá tính gia công cho vật liệu khác nhau

0 a’ a’’ L

P

a

b c

Đánh giá biến dạng phoi dùng hệ số co giãn phoi:

- Hệ số co giãn phoi theo chiều dọc

KL= L0/Lf

L0 - chiều dài lớp kim loại bị cắt đo trên phôi (mm)

Lf - chiều dài thực tế của phoi (mm)

KL - hệ số co giãn phoi theo chiều dọc Thờng Kl≥1

- Hệ số co giãn phoi theo chiều dầy

Ka =af /a

af - chiều dày của phoi (mm)

a - chiều dày lớp kim loại đợc cắt đo tren phôi (mm)

Tóm lại: Quá trình biến dạng của vật liệu trong vùng tạo phoi ảnh hởng

đến toàn bộ quá trình cắt Nó còn chịu ảnh hởng của nhiều yếu tố song chủyếu là lực, góc tác động, góc trớc, tốc độ cắt và cơ lý tính của vật liệu giacông Nghiên cứu bản chất quá trình biến dạng vật liệu gia công trong vùngtạo phoi cho phép tìm các phơng pháp hữu hiệu để thực hiện quá trình cắt saocho khi cắt vật liệu ít bị biến dạng Điều này cho phép cắt với lực cắt, nhiệt cắtnhỏ và nâng cao đợc tính gia công

2.2.3 Đánh giá TGCVL từ quan điểm lực cắt:

Việc nghiên cứu lực cắt trong quá trình gia công vật liệu có ý nghĩa cả

lý thuyết lẫn thực tiễn, vì dới tác dụng của lực và nhiệt, dụng cụ sẽ bị mòn, bịphá huỷ Muốn hiểu đợc quy luật mài mòn và phá huỷ thì phải hiểu đợc quyluật tác động của lực cắt

Trong quá trình cắt, dới tác dụng của dao, kim loại gia công bị biếndạng đàn hồi và biến dạng dẻo Cùng một lúc khi biến dạng lớp cắt, dao chịutác dụng lên mặt trớc và mặt sau các lực tơng ứng Đây là một trong những chỉtiêu để đánh giá tính gia công từ quan điểm lực cắt

Lực cắt chịu ảnh hởng của rất nhiều yếu tố nh tốc độ cắt, vật liệu giacông, vật liệu làm dao, độ mòn dao và dung dịch trơn nguội Chẳng hạn khi taxem xét sự ảnh hởng của tốc độ cắt lên quá trình cắt, đây là nguyên nhân củamối quan hệ chức năng không thuần nhất của lực cắt đơn vị đối với vận tốc cắttại những vùng tốc độ cắt nhỏ và trung bình Khi vận tốc cắt nhỏ thì ảnh hởngcủa sự hình thành lẹo dao là chủ yếu Khi vận tốc cắt lớn hơn thì vận tốc cắt

ảnh hởng đến sự giảm nhỏ thể tích vật liệu biến dạng, đến cờng độ biến dạng,

đến sự gia tăng nhiệt cắt và điều đó liên quan đến việc giảm giá trị hệ số masát

Hoặc ảnh hởng của vật liệu gia công đến lực cắt nh khi tiện gang thì lựccắt nhỏ hơn khi tiện thép từ 1,5-2 lần Đó là vì độ bền của gang thấp hơn thép,các lớp cắt của gang ít biến dạng hơn thép Hay khi ta xét sự ảnh hởng củadung dịch trơn nguội đến lực cắt, chẳng hạn nếu sử dụng dung dịch dầu mỏ thìlực Pz giảm trung bình 20%, lực Py giảm 30%

Tính gia công phụ thuộc rất nhiều vào lực cắt, lực cắt lớn thì tính giacông sẽ thấp Ngợc lại, lực cắt yêu cầu càng nhỏ, vật liệu càng dễ gia công

Đánh giá theo quan điểm lực cắt là vật liệu cắt với lực cắt nhỏ thì cótính gia công tốt (khảo sát tính gia công vật liệu để xác định lực cắt) Khi cắtvới các loại vật liệu khác nhau sẽ cho lực cắt khác nhau

Khi cùng - Phơng pháp gia công

- Dao

- Chế độ cắt

- Điều kiện cắt

2.2.4 Đánh giá TGCVL từ quan điểm nhiệt cắt :

Nguồn nhiệt phát sinh trong quá trình cắt là do công tiêu hao để lại nh:Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo lớp bị cắt và các lớp tiếp xúc giữa bề mặt

đã gia công và bề mặt cắt với dao, hay là để khắc phục ma sát trên mặt trớccủa dao với phoi và mặt sau của dao với phôi Hay nói cách khác, khi gia côngbằng cắt gọt nhiệt đợc sinh ra từ 4 nguồn sau:

- Trong miền tạo phoi Nhiệt sinh ra do công ma sát giữa các phần tửcủa vật liệu gia công trong quá trình biến dạng Sự chuyển đổi công của vùngbiến dạng đàn hồi bậc nhất

- Trên bề mặt tiếp xúc của phoi và mặt trớc của dao Nhiệt sinh ra do sựtruyền công của biến dạng đàn hồi bậc hai và ma sát ngoài

- Trên bề mặt sau tiếp xúc với mặt cắt (mặt chi tiết gia công) Nhiệt sinh

ra do sự chuyển đổi công ma sát

- Nhiệt sinh ra do công đứt phoi

Đánh giá tính gia công theo quan điểm nhiệt cắt là cắt vật liệu gia côngvới nhiệt cắt càng nhỏ thì tính gia công của vật liệu đó càng tốt, nhiệt cắt là hệquả của lực cắt Khảo sát ảnh hởng của tính gia công vật liệu với nhiệt cắtcũng nh với lực cắt

Các yếu tố ảnh hởng đến nhiệt cắt bao gồm :

- Chế độ cắt (S,V t,), khi tăng một hay tất cả các thông số của chế độcắt nh tốc độ cắt, lợng chạy dao, chiều sâu cắt thì nhiệt cắt sẽ tăng và ngợc lại,

đây là những yếu tố chính làm giảm tính gia công của vật liệu.Tuy nhiên đốivới thông số v khi tăng đến một tốc độ nào đó (theo tính toán) thì lại có lợicho tính gia công Ví dụ, khi cắt vật liệu 40X, dao tiện HKC:

 ở tốc độ cắt thấp < 50m/ph thì nhiệt vào phoi→45%; vào chitiết→50%; nhiệt vào dao→2,5%; vào môi trờng→1,5%

 ở tốc độ cắt cao >50m/ph thì nhiệt vào phoi→75%; vào chitiết→22%; nhiệt vào dao→1,5%; vào môi trờng→1,5%

- Các thông số hình học phần cắt nh góc trớc γ (góc cắt δ ), gócnghiêng φ, bán kính mũi dao, ảnh hởng của vật liệu làm dao, vật liệu giacông, của dung dịch trơn nguội đều ảnh hởng mạnh đến nhiệt cắt

Kết quả nghiên cứu cho thấy khi cắt thép có độ cứng trung bình bằngdao thép gió nhiệt độ cắt là 833 K Trong lúc đó cắt gang xám, dao thép gió°C Để đảm bảo điều kiện làm việc nhnhiệt độ cắt là 673 K Vậy, vật liệu gia công ảnh h°C Để đảm bảo điều kiện làm việc nh ởng nhiều đến nhiệt cắt.

Hay ảnh hởng của dung dịch trơn nguội nó làm giảm ma sát, kích thíchcác vết nứt tế vi phát triển làm công cần cho quá trình cắt giảm Dung dịchtrơn nguội dẫn nhiệt ra khỏi vùng cắt (nếu sử dụng dung dịch trơn nguội hợp

lý có thể giảm 10% - 15% nhiệt độ cắt)

Khi nghiên cứu còn phát hiện : lẹo dao có tác dụng bảo vệ mũi dao, độdẫn nhiệt, nhiệt dung của vật liệu gia công ảnh hởng đến độ dẫn nhiệt và cuốicùng ảnh hởng đến độ lớn cuả nhiệt cắt

2.2.5 Đánh giá TGCVL từ quan điểm mòn và tuổi bền của dụng cụ:

Trong quá trình cắt, phoi trợt trên mặt trớc và chi tiết chuyển động tiếpxúc với mặt sau của dao gây nên hiện tợng mòn ở phần cắt dụng cụ Mài mòndụng cụ là một quá trình phức tạp, xẩy ra theo các hiện tợng lý hoá ở các bềmặt tiếp xúc phoi và chi tiết với dụng cụ gia công Khi bị mài mòn, dạng vàthông số hình học phần cắt dụng cụ thay đổi, gây nên các hiện tợng vật lý sinh

ra trong quá trình cắt (nhiệt cắt, lực cắt ) và ảnh hởng xấu đến chất lợng bềmặt chi tiết gia công Trong quá trình cắt, áp lực trên các bề mặt tiếp xúc lớnhơn rất nhiều so với áp lực làm việc trên các chi tiết máy (15-20 lần) và dụng

cụ bị mài mòn theo nhiều dạng khác nhau

Phần cắt dụng cụ trong quá trình gia công thờng bị mài mòn theo cácdạng sau:

 Mài mòn theo mặt sau

Tuổi bền dụng cụ nói chung thờng đợc coi là lợng thời gian dụng cụ giacông chi tiết với chất lợng bề mặt hoặc dung sai chấp nhận đợc trong khikhông biểu hiện lợng mòn đáng kể để gây h hỏng nghiêm trọng

Để đánh giá tính gia công ngời ta đã thử nghiệm tuổi bền và mòn dụng

cụ Trong việc xác định tính gia công dựa trên mòn, các thử nghiệm đợc thựchiện ở một tốc độ trên các vật liệu phôi khác nhau, với một loại vật liệu vàthông số hình học dụng cụ cắt Thời gian hay lao động cần để tạo ra một lợngmòn nhất định đợc tìm ra và các cấp độ về tính gia công đợc cho dựa trên tuổibền tơng đối của dao với vật liệu tơng ứng

Hình 2-2 Quan hệ giữamòn mặt sau và tốc độ cắt cùng kết quả đánh giá tính gia công của 3

loại vật liệu

Ví dụ, các vật liệu A, B và C đợc đánh giá tính gia công bằng dao hợpkim cứng Mòn đợc tạo ra là hàm của thời gian cho tất cả các vật liệu, các tuổibền của dụng cụ tơng ứng với các vật liệu A, B và C ứng với mòn mặt sau0,38mm là 50, 32 và 14 đợc cho trong hình 2-2

Vật liệu cắt cho tuổi bền thấp thì tính gia công thấp Ngời ta xem xét và

so sánh tính gia công của các loại vật liệu với cùng: Chế độ cắt, vật liệu làmdao và điều kiện cắt sau đó dựa vào tuổi bền dụng cụ T = 60 ph để đánh giá

2.2.6 Đánh giá TGCVL từ quan điểm vận tốc cắt vật liệu:

Đánh giá tính gia công của vật liệu dựa trên quan điểm vận tốc cắt làmột trong những quan điểm đợc sử dụng rộng rãi, vật liệu gia công đợc cắt vớivận tốc cắt cao thì đợc gọi là có tính gia công tốt

Vận tốc cắt là một trong những yếu tố cơ bản của lực cắt, ta đã biết nếulực cắt càng lớn thì tính gia công càng thấp (vì rung động tăng, nhiệt phát sinhlớn, mòn tăng ) Vì vậy để đánh giá tính gia công vật liệu trên quan điểm vậntốc cắt có nghĩa là đi xem xét ảnh hởng của vận tốc cắt tới lực cắt nó đợc thểhiện qua bốn điểm sau:

- ảnh hởng đến độ lớn của

miền tạo phoi và cờng độ

biên dạng bậc nhất (biến dạng

trong miền tạo phoi)

và sự xuất hiện cũng nh độ lớn của lẹo dao

Ta thấy (2-3): Khi bắt đầu cắt với tốc độ Vc > 3-5 m/ph, lực cắt giảm.Khi cắt với Vc = 20-25 m/ph, lực cắt giảm đến trị số cực tiểu, sau đó lại tiếptục tăng và đạt trị số cực đại Khi Vc > 50 m/ph, lực cắt lại tiếp tục giảm.Khi Vc = 400-500 m/ph, quá trình cắt ổn định, giá trị các thành phần lựccắt không thay đổi nhiều

Tất cả các điều trên có nghĩa là: Lực cắt ( khi cắt với Vc > 3-5 m/ph)

đ-ợc giảm đi bởi vì quá trình tạo phoi đđ-ợc bắt đầu với góc cắt thực tế δ1 (do lẹodao) nhỏ hơn góc cắt δ (do mài sắc và gá đặt)

Tóm lại, ta thấy trị số nhỏ nhất của lực cắt ứng với vùng tốc độ cắt hìnhthành lẹo dao lớn nhất, còn khi cắt với vận tốc lớn hệ số ma sát μ ít thay đổi,không có lẹo dao nên hệ số co giãn phoi hầu nh không thay đổi

Từ những kết quả trên, nên cắt ở vận tốc cao để phoi ít bị biến dạng, lựccắt, nhiệt cắt sẽ không quá lớn, tạo điều kiện nâng cao tính gia công vật liệu

2.2.7 Đánh giá TGCVL từ quan điểm chất lợng bề mặt gia công :

Chất lợng bề mặt gia công nh là một tiêu chí để đánh giá tính giá côngcủa vật liệu Chất lợng bề mặt càng tốt vật liệu càng dễ gia công Trong thực

50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300

tế chất lợng bề mặt của chi tiết máy có một ý nghĩa đặc biệt quan trọng để

đảm bảo tuổi thọ của chúng, chất lợng bề mặt chi tiết gia công (chủ yếu là độnhấp nhô và tính chất cơ lý) quyết định tính chất sử dụng của chi tiết bởi vìcác chi tiết thờng bị h hỏng từ lớp bề mặt và do đó phụ thuộc vào các nguyêncông cuối

Chỉ tiêu chất lợng bề mặt bao gồm:

- Độ nhám bề mặt hay còn gọi là độ nhấp nhô tế vi đợc biểu thị bằngmột trong hai chỉ tiêu Ra và RZ Đây cũng là sai số của bề mặt thực quan sáttrong một miền rất nhỏ khoảng 1mm ²; độ bền kéo : 600-1200 MPa

- Độ sóng bề mặt là chu kỳ không phẳng của bề mặt chi tiết máy, đợcquan sát trong một phạm vi nhỏ (từ 1 - 10mm)

- Độ cứng tế vi, cấu trúc tế vi lớp bề mặt Trong quá trình gia công, tácdụng của lực cắt làm xô lệch mạng tinh thể lớp kim loại bề mặt và gây biếndạng dẻo ở vùng trớc và vùng sau lỡi cắt Phoi kim loại đợc tạo ra do biếndạng dẻo của các hạt kim loại trong vùng trợt, giữa các hạt tinh thể kim loạixuất hiện ứng suất Thể tích riêng tăng và mật độ kim loại giảm ở vùng cắt.Giới hạn bền, độ cứng, độ dòn của lớp bề mặt đợc nâng cao, ngợc lại tính dẻodai lại giảm, đồng thời tính dẫn từ của lớp bề mặt thay đổi Nhiều tính chấtkhác của lớp bề mặt cũng thay đổi Kết quả tổng hợp là lớp bề mặt kim loại bịbiến cứng nguội, chắc lại và có độ cứng tế vi cao

- ứng suất d lớp bề mặt, khi gia công cơ lớp bề mặt chi tiết có ứng suất

d Trị số, dấu và chiều sâu phân bố của ứng suất d trong lớp bề mặt phụ thuộcvào điều kiện gia công cụ thể

Đánh giá tính gia công theo chất lợng bề mặt thờng đợc sử dụng khi giacông tinh (lần cuối) các vật liệu Xem xét chất lợng bề mặt chi tiết gia công

nh là tiêu chí để đánh giá tính gia công của vật liệu (để đạt chất lợng cao ờng sử dụng các phơng pháp gia công nh: mài thô - mài tinh - mài siêu tinh -

th-đánh bóng) Và ngời ta dựa vào các chỉ tiêu trên để th-đánh giá

Ví dụ, phơng pháp mài siêu tinh tạo ra ứng suất d nén lớp bề mặt cóchiều sâu khoảng 6 -7 μkm và sau lớp ứng suất d nén là lớp ứng suất d kéo ổn

định Nó cho phép nhận đợc độ chính xác hình dáng và kích thớc cao (0,1μkm) Nó cho độ nhám bề mặt từ cấp 11 đến cấp tột đỉnh 14

2.2.8 Đánh giá TGCVL từ quan điểm độ chính xác gia công:

Độ chính xác gia công của chi tiết là một đặc tính cơ bản của công nghệchế tạo cơ khí, nhằm đáp ứng các yêu cầu đòi hỏi của máy móc là cần độchính xác để chịu đợc tải trọng lớn, tốc độ cao, áp lực và nhiệt độ lớn

Độ chính xác gia công là mức độ đạt đợc khi gia công các chi tiết thực

so với độ chính xác thiết kế đề ra Trong thực tế độ chính xác gia công đợcbiểu thị bằng sai lệch về kính thớc và sai lệch về hình dáng Sai lệch gia côngcàng lớn tức là độ chính xác gia công càng kém Độ chính xác gia công đợcbiểu thị bởi ba yếu tố :

- Sai lệch về kích thớc (kích thớc thẳng, kích thớc góc ) đợc biểu thịbằng dung sai

- Sai lệch về hình dáng hình học (độ tròn, độ trụ, độ côn )

- Sai lệch về vị trí tơng quan giữa các yếu tố hình học của chi tiết, ví dụ

nh độ song song giữa bề mặt của hai đờng tâm, độ thẳng góc giữa mặt đầu và

đờng tâm

Các loại sai lệch trên không hoàn toàn tách rời nhau mà có liên quan

đến nhau Có lúc đạt đợc độ chính xác về mặt này, nhng lại có sai lệch về mặtkia

Trong quá trình gia công bằng bất kỳ phơng pháp nào đều phải dựa vàohình dạng và kích thớc đã thiết kế Trong thực tế khó có thể đạt đợc yêu cầu lýtởng Hình dáng kích thớc thực so với yêu cầu thiết kế có những sai lệch nhất

định, do vậy ngời ta đánh giá tính gia công trên quan điểm độ chính xác giacông thông qua sai số của quá trình gia công

KL: Tính gia công của vật liệu là một khái niệm hết sức phức tạp, có rấtnhiều khái niệm trình bầy theo các góc độ khác nhau dựa trên các quan điểmkhác nhau nhng tuỳ từng quá trình nghiên cứu mà ta lựa chọn quan điểm đánhgiá cho phù hợp từ đó ta có phơng pháp đánh giá

2.3 Quan hệ giữa tính gia công vật liệu và các nhân tố ảnh hởng

Sự phát triển của vật liệu dụng cụ cắt mới và vật liệu phôi mới, cùng vớicác loại kết cấu bẻ phoi khác nhau, đã đợc hoàn thiện ở một mức độ nào đó.Trong việc đo tính gia công của một vật liệu, cần phải xem xét các nhân tố

ảnh hởng nh: Thành phần hoá học của vật liệu, điều kiện cắt, vật liệu làm dao,phơng pháp tạo phôi

Tính gia công cũng phụ thuộc vào nhiều biến của quá trình gia công.

Do đó, vì sự khác nhau của các tiêu chí đánh giá tính gia công và nhiều biến

ảnh hởng trong quá trình gia công, cấp độ đánh giá tính gia công hoặc quátrình ngoại suy cần đợc xem xét cẩn thận

2.3.1 ảnh hởng của thành phần hoá học vật liệu đến tính gia công:

Khi xem xét ảnh hởng của thành phần hoá học vật liệu gia công cónghĩa là đi xem xét ảnh hởng của thành phần hoá học tới độ bền và độ cứngcủa vật liệu gia công Nhận thấy rằng nếu vật liệu gia công mà có độ cứng, độbền càng cao thì tính gia công lại càng giảm, vì vậy việc ảnh hởng của thànhphần hoá học của vật liệu gia công đến tính gia công là rất lớn, ví dụ: ta đixem xét thành phần hoá học của thép cacbon và thép hợp kim

+ Thép cacbon: thành phần hoá học thông thờng ngoài Fe ra còn có các thànhphần đợc giới hạn nh sau:

C<2%, Mn<0,5-0,8% , Si<0,3-0,6%, P<0,05-0,06%, S<0,05-0,06%

- Cacbon là nguyên tố quan trọng nhất, nó quyết định chủ yếu đến tổchức và tính chất của thép cacbon (và cả thép hợp kim, gang)

Hình 2-4 ảnh hởng của cacbon đến cơ tính của thép cacbon ở trạng thái ủ

Cơ tính của thép cacbon phụ thuộc vào lợng chứa C trong nó (h.2-4) Tathấy khi thành phần C tăng lên thì độ bền và độ cứng tăng, còn độ dẻo và độdai lại giảm (riêng độ bền chỉ tăng và đạt cực đại khi thành phần C khoảng0,8-1,0%, vợt quá giới hạn này độ bền lại giảm)

Về mặt định lợng, nếu tăng 0,1%C làm cho độ cứng tăng thêm khoảng20-25HB, giới hạn bền (σb) tăng thêm khoảng 60-80MPa, độ giãn dài (δ)giảm đi khoảng 2-4%, độ thắt tỷ đối (Ψ) giảm đi khoảng 1-5%, độ dai va đập(ak) giảm khoảng Kj/m ²; độ bền kéo : 600-1200 MPa

200 400 600 800 1000 1200

100 200 300

400 800

1600 2000 2400

- Mn, Si ta đã biết đó là những tạp chất có lợi đợc cho vào thép để khử o

xy và lu huỳnh nhằm nâng cao độ bền và độ cứng, làm tăng cơ tính của thép.Lợng Mn trong thép cacbon thờng ≤ 0,8% và Si ≤ 0,6%

- P, S có mặt trong thép từ quặng hay than, nói chung chúng là các tạpchất có hại thờng làm cho thép bị giòn, vì vậy cần phải hạn chế chúng dới mứccho phép, đối với thép cacbon thông thờng lợng P < 0,06%, S < 0,06% Tuynhiên đối với thép dễ cắt, để nâng cao khả năng gẫy phoi thì lợng P có thể cao

từ 0,08-0,15%; lợng S có thể tới 0,08-0,3%

+ Thép hợp kim: là loại thép mà ngoài Fe, C và các tạp chất ngời ta còn đa vàocác nguyên tố đặc biệt với một lợng nhất định để thay đổi tổ chức và tính chấtcủa thép: Mn: 0,8-1,0%; Si: 0,5-0,8%; Cr: 0,2-0,8%; Ni: 0,2-0,6%; W: 0,1-0,6%; Mo: 0,05-0,2%; Ti, V, Nb, Zr, Cu > 0,1%; B > 0,002%

Rõ ràng việc đa các nguyên tố này vào sẽ làm cho cơ tính, tính chịunhiệt (tính cứng nóng và tính bền nóng), các tính chất vật lý và hoá học (thépkhông gỉ, thép có tính giãn nở và đàn hồi ) cao hơn hẳn thép các bon

Ví dụ, đa nguyên tố Ni thì tác dụng chủ yếu là tăng độ bền và độ dai va

đập Thép chứa trên 5%Ni giữ đợc độ dai thấp ngay cả ở nhiệt độ rất thấp,thép có 9%Ni đợc dùng để chế tạo các bình chứa trong các hệ thống làm lạnh

Ni còn có tác dụng giữ hạt nhỏ cho thép thấm cac bon

Nói chung, vật liệu càng cứng càng khó gia công Tuy nhiên tính giacông bị ảnh hởng trực tiếp nhiều hơn bởi cấu trúc tế vi hơn là độ cứng Tínhgia công của nhiều loại hợp kim có thể đợc cải thiện nếu cấu trúc tế vi có dạnghai pha, trong đó có một pha giòn hoặc dễ cắt phân bố đều trên toàn bộ matrận dẻo thứ hai

2.3.2 ảnh hởng của phơng pháp tạo phôi đến tính gia công :

Trong nghành chế tạo máy có rất nhiều phơng pháp tạo phôi khác nhau

nh công nghệ chế tạo phôi đúc, công nghệ chế tạo phôi bằng gia công áp lực(rèn, dập, cán, kéo) mỗi một phơng pháp đều có những đặc điểm riêng, nhìnchung những phơng pháp tạo phôi đều làm thay đổi cơ lý tính của vật liệunguyên thuỷ thông thờng, độ cứng vật liệu tăng, nói chung nó làm giảm tínhgia công

+ Đúc: là phơng pháp chế tạo phôi bằng cách nấu chảy kim loại, rótkim loại lỏng vào lòng khuôn đúc có hình dáng kích thớc của vật đúc (vật đúc

có thể dùng ngay hay phải qua gia công cơ khí) Mỗi loại hợp kim có khả

năng tạo ra chất lợng vật đúc khác nhau, tính đúc của hợp kim quyết định đếnchất lợng của nó, để đánh giá ngời ta dùng các tiêu chuẩn sau:

- Tính chảy loãng: là khả năng điền đầy kim loại lỏng vào khuôn vớimức độ dễ hay khó

- Độ co ngót: là sự giảm kích thớc, giảm thể tích vật đúc khi đông đặc

- Tính thiên tích: là sự không đồng đều thành phần hoá học trong vật

đúc khi hợp kim đúc kết tinh Thiên tích về thành phần hoá học dẫn đến sựphân bố không đều về tổ chức, về trọng lợng, nó sẽ ảnh hởng đến cơ tính vật

đúc trong khuôn cát, vì phơng pháp đúc áp lực tạo ra các hạt silic rất mịn,trong khi phơng pháp đúc trong khuôn cát có các hạt loại này lớn hơn và phân

bố kém đều hơn

+ Gia công kim loại bằng áp lực nh cán, kéo, ép, rèn, dập là dựa vàotính dẻo của kim loại, dùng ngoại lực của thiết bị làm cho kim loại bị biếndạng theo yêu cầu Tuy nhiên gia công kim loại bằng áp lực không những chỉthay đổi hình dạng của phôi mà còn ảnh hởng ngay cả đến tính chất và tổ chứccủa kim loại đợc gia công

Ví dụ nh gia công nguội thờng làm kim loại bị biến cứng bề mặt, mặtkhác sau khi gia công nguội thì kim loại sẽ giảm tính dẻo, còn độ bền và độcứng tăng lên

Để tăng tính gia công, biện pháp thông thờng là ủ các phôi (ủ làm mấtbiến cứng khi gia công nguội) sau khi đã qua các phơng pháp chế tạo phôi

2.3.3 ảnh hởng của phơng pháp gia công nhiệt đến tính gia công :

Ta có bảng 2-1 Chế độ gia công nhiệt thép kết cấu trớc gia công cắt gọt:

18XHBA Thờng hóa 1120 0 K Ram 920 0 K 1970  2090

12XH3 Thờng hóa 1170 0 K Ram 920 0 K 1560  2290

20XHM Thờng hóa 1170 0 K Ram 920 0 K 1560  2070

18X M Thờng hóa 1170 0 K Ram 850 0 K 1560  2070

10XHM Thờng hóa 1130 0 K Ram 920 0 K 1970  2690

Các phơng pháp gia công nhiệt gồm: ủ, tôi, ram, các phơng pháp giacông nhiệt đều làm thay đổi cơ lý tính của vật liệu gia công ảnh hởng của ph-

ơng pháp gia công nhiệt đợc xét qua hai khía cạnh:

- Khi cắt bằng dụng cụ có lỡi: tiện, phay, bào ngời ta sử dụng phơngpháp ủ để giảm độ cứng của vật liệu làm cho tính gia công tăng

- Khi mài: tôi và ram làm tăng độ cứng của vật liệu dẫn đến tính giacông của mài đợc tốt hơn

Dùng tác động nhiệt làm giảm giới hạn bền, độ cứng và làm thay đổi tổchức vật liệu thuận lợi cho gia công bằng cắt gọt (ủ, ram, thờng hoá) Các ph-

ơng pháp này đợc áp dụng rộng rãi mang lại hiệu quả to lớn

2.3.4 ảnh hởng của vật liệu làm dao đến tính gia công :

Dụng cụ cắt gồm hai phần: phần cắt và phần thân dao Phần cắt cónhiệm vụ ăn sâu vào vật liệu đợc cắt (thờng kim loại có độ cứng, sức bền cao)

có tác dụng nh một lỡi dao, do đó phải đợc làm từ một loại vật liệu riêng biệt

có những tính năng cần thiết để đảm bảo cắt đợc và giữ đợc khả năng trongmột thời gian dài (độ cứng, độ chịu mòn ) Ngời ta gọi đó là vật liệu làm