giáo trình công nghệ chế tạo máy

Ví dụ như các nhà máy chuyên sản xuất động cơ, hộp tốc độ, đinh vít… ở hình thức này dể dàng ứng dụng các phương pháp công nghệ tiên tiến, tự động hóa quá trình sản xuất tạo thành một dâ

Chương 1

NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT

1.1 Khái niệm về quá trình hình thành sản phẩm cơ khí

1.1.1.Khái niệm về sản phẩm cơ khí

Sản phẩm cơ khí có thể là một chi tiết độc lập được chế tạo bằng kim loại hay một cụm chi tiết kim loại và phi kim loại được lắp ghép với nhau tạo thành một sản phẩm hoàn chỉnh phục vụ cho nhu cầu sử dụng cụ thể

Ví dụ: nhà máy cơ khí thực phẩm chuyên chế tạo các máy móc, dây chuyền sản xuất và các phụ tùng thay thế cho ngành chế biến thực phẩm như là các băng tải, gầu tải…các chi tiết khung sàn, bộ truyền động được làm bằng sắt thép còn băng tải, gầu tải được làm bằng cao nhựa Nhà máy cơ khí ôtô xe máy chuyên sản xuất phụ tùng như: pittông, xylanh, lốc máy… Nhà máy sản xuất bạc đạn chuyên sản xuất tất cả các loại bạc đạn trong đó bao gồm bi trượt, bạc trươt, ổ đỡ làm bằng kim loại còn các bộ phận như là roong, phớt cao su là các chi tiết phi kim loại

- Kích thích nhu cầu chính đáng mới, qua đó tạo ra thị trường mới

- Dự báo về nhu cầu phát triển về số lượng, chất lượng và những yêu cầu khác

Bộ phận nghiên cứu và phát triển:

- Nghiên cứu để cải tiến sản phẩm đang sản xuất

- Nghiên cứu sản xuất những sản phẩm mới do thị trường yêu cầu

Chuẩn bị sản xuất và tổ chức sản xuất: bao gồm chuẩn bị về thiết kế và chuẩn bị về

công nghệ

- Chuẩn bị về thiết kế: do bộ phận kỹ thuật (nghiên cứu – phát triển) thực hiện có

nhiệm vụ thiết kế hoàn chỉnh trước khi đưa qua bộ phận sản xuất

- Chuẩn bị về công nghệ: nhà công nghệ có nhiệm vụ đọc các bản vẽ thiết kế và các

yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm từ đó lập ra qui trình công nghệ sao cho sản xuất đạt hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao nhất trong điều kiện sản xuất cho phép

Công nghệ chế tạo máy là một lĩnh vực khoa học kỹ thuật có nhiệm vụ nghiên cứu thiết kế và tổ chức thực hiện quá trình chế tạo sản phẩm cơ khí sao cho đạt chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật nhất định trong điều kiện qui mô sản xuất cụ thể.

Công nghệ chế tạo máy là lý thuết phục vụ cho công việc chuẩn bị sản xuất và tổ chức sản xuất có hiệu quả nhất Mặt khác nó là môn học nghiên cứu quá trình hình thành bề mặt chi tiết và lắp ráp chúng thành sản phẩm

1.2 Quá trình sản xuất và quá trình công nghệ

Theo nghĩa hẹp, quá trình sản xuất trong một nhà máy cơ khí là tổng hợp các hoạt động có ích biến nguyên vật liệu và bán thành phẩm thành sản phẩm hoàn chỉnh

Quá trình sản xuất chia ra:

- Quá trình chính: là quá trình liên quan trực tiếp đến việc chế tạo chi tiết, lắp ráp và

hoàn chỉnh sản phẩm:

+ Quá trình tạo phôi

+ Quá trình gia công cắt gọt

+ Quá trình nhiệt luyện

+ Quá trình lắp ráp

+ Quá trình bao gói, sơn.v.v…

- Quá trình phụ gồm cung cấp năng lượng, cung cấp nước, khí nén, vận chuyển, bảo

quản, sữa chữa, v.v…

1.2.2 Quá trình công nghệ

Quá trình công nghệ là một phần của quá trình sản xuất trực tiếp làm thay đổi về hình dáng kích thước, tính chất lý hóa của bản thân chi tiết và vị trí tương quan giữa các chi tiết trong sản phẩm

1.2.3 Các thành phần của qui trình công nghệ

a Nguyên công

là một phần của quá trình công nghệ được hoàn thành liên tục, tại một chỗ làm việc

và do một hay nhóm công nhân cùng thực hiện

Nếu thay đổi một trong các điều kiện: tính liên tục hay chỗ làm việc thì ta đã chuyển sang một nguyên công khác

Ví dụ: tiện trục bậc như hình vẽ có thể có 3 phương án gia công như sau:

Phương án 1: Tiện đầu A xong trở đầu tiện đầu C ngay, đó là một nguyên công.

Phương án 2: Tiện đầu A cho hàng loạt chi tiết sau đó chuyển sang tiện đầu C cũng

cho cả loạt chi tiết trên cùng một máy đó Như vậy ta đã chia thành hai nguyên công vì không đảm bảo tính liên tục

Phương án 3: Tiện đầu A trên máy số 1, tiện đầu C trên máy số 2 như vậy cũng đã

chia thành 2 nguyên công vì chỗ làm việc đã thay đổi từ máy số 1 sang máy số 2

Thực hiện nguyên công tiện xong tiến hành phay rãnh then ở một máy khác ( máy phay đứng ) cũng là 2 nguyên công

Nguyên công là đơn vị cơ bản của quá trình công nghệ để hoạch toán và tổ chức sản xuất Việc phân chia quá trình công nghệ thành các bước nguyên công có ý nghĩa kinh

Ý nghĩa kinh tế: việc phân chia các nguyên công ít hay nhiều còn tùy thuộc vào chủng

loại, đặc tính kỹ thuật của thiết bị và số lượng sản phẩm Đối với máy gia chính xác thì không nên dùng để gia công thô mà chỉ nên dùng để gia công tinh Máy lớn thì nên sử dụng để gia công chi tiết lớn còn máy nhỏ thì gia công chi tiết nhỏ vì máy gia công chính xác, máy có kích thướt gia công lớn thì đắt tiền hơn, chi phí cho 1 ca máy cao hơn làm cho giá thành sản phẩm cũng cao theo

b Gá

là một phần của nguyên công được hoàn thành trong một lần gá đặt chi tiết Ví dụ như chi tiết trên hình 1.1 là: gá lần 1 tiện một đầu, rồi quay đầu gá lần 2 tiện tiếp đầu kia Một nguyên công có thể có một hay nhiều lần gá

Hình 1.1

c Vị trí

là một phần của nguyên công, được xác định bởi vị trí tương quan giữa chi tiết với máy hoặc giữa chi tiết với dao cắt Ví dụ trên hình 1.1 ta gá chi tiết trên đầu phân độ phay rãnh then thứ nhất sau đó quay 1800 phay tiếp rãnh then thứ 2 được gọi là một lần

gá nhưng có 2 vị trí Như vậy một lần gá có thể có một hay nhiều vị trí

e Đường chuyển dao

là một phần của bước để hớt đi một lớp vật liệu có cùng chế độ cắt và sử dụng cùng một dao Như vậy một bước có thể có nhiều đường chuyển dao

f Động tác

là một hành động của công nhân đề điều khiển máy thực hiện việc gia công hay lắp ráp Ví dụ: nhấn nút khởi động máy, kẹp êtô…Động tác là đơn vị nhỏ nhất của nguyên công

.1

βα

m N N

Trong đó: N1-Số sản phẩm được sản xuất trong một năm

m-Số chi tiết trong một sản phẩm

α -Số chi tiết phế phẩm (α =3÷6)

β-Số chi tiết được chế tạo dự trữ (β=5÷7)

Sản xuất đơn chiếc: sản lượng ít ( khoảng vài chục chiếc ), sản phẩm không ổn

định gồm nhiều chủng loại Thường sử dụng các máy vạn năng Qui trình công nghệ

có phần đơn giản dưới dạng các bảng hay phiếu công nghệ đòi hỏi trình độ tay nghề thợ giỏi Ví dụ như các , cơ sở, xí nghiệp cơ khí nhỏ sản xuất theo đơn đặt hàng

Sản xuất hàng loạt: có sản phẩm hàng năm không quá ít, chế tạo từng loạt theo

chu kỳ xác định, sản phẩm tương đối ổn định

Sản xuất hàng khối: có sản lượng rất lớn, sản phẩm ổn định, trình độ chuyên môn

hóa cao, máy móc chuyên dùng, qui trình công nghệ được thiết kế và tính toán chính xác và được lặp thành tài liệu công nghệ có nội dung cụ thể và tỷ mỉ Ví dụ như các nhà máy chuyên sản xuất động cơ, hộp tốc độ, đinh vít… ở hình thức này dể dàng ứng dụng các phương pháp công nghệ tiên tiến, tự động hóa quá trình sản xuất tạo thành một dây chuyền sản xuất đạt hiệu quả kinh tế ỹ thuật cao

1.3.2 Các hình thức tổ chức sản xuất

a Tổ chức sản xuất theo dây chuyền

Mỗi nguyên công được thực hiện và hoàn tất tại một địa điểm làm việc nhất định nhưng chúng có mối quan hệ với nhau về mặt thời gian và không gian Ơ phương pháp này các máy móc được bố trí theo trình tự các nguyên công đồng thời phải tuân thủ theo nhịp sản xuất T ( phút ) và bước vận chuyển L ( mét ) Phương pháp này luôn mang lại hiệu quả kinh tế cao Ap dụng cho các dạng sản xuất hàng loạt, hàng khối

b Tổ chức sản xuất không theo dây chuyền

Mỗi nguyên công được thực hiện độc lập với nhau không có mối liên hệ về mặt không gian và thời gian với các nguyên công khác Hiệu quả kinh tế của phương pháp này thấp Việc bố trí các máy móc thiết bị thường theo nhóm chức năng của máy như

là nhóm máy tiện, nhóm máy phay, nhóm máy bào…thường được áp dụng cho dạng sản xuất đơn chiếc, hàng loạt nhỏ, sửa chữa thay thế

1.3.3 Quan hệ giữa đường lối, biện pháp công nghệ, và qui mô sản xuất trong

việc chuẩn bị sản xuất.

Chuẩn bị công nghệ trong việc chuẩn bị sản xuất đóng một vai trò hết sức quan trọng làm cho sản xuất mang tính ổn định và đem lại hiệu quả cao, đảm bảo được các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cho sản phẩm đồng thời hoàn thành kế hoạch và tiến độ sản xuất đề ra Nội dung thực hiện của quá trình công nghệ được ghi thành văn bản được

gọi là qui trình công nghệ

Số lượng các nguyên công trong một quá trình công nghệ phụ thuộc vào phương pháp thiết kế nguyên công, phụ thuộc vào trang thiết bị sẵn có và trình độ tay nghề của công nhân vận hành máy

Có 2 phương pháp thiết kế nguyên công như sau:

Phân tán nguyên công: số bước trong một nguyên công ít, số lượng nguyên công

nhiều Trong một số trường hợp phương pháp này có lợi nếu như ra sử dụng các loại máy chuyên dùng, đơn giãn, giá thành thấp, dụng cụ cắt chuyên dùng

Tập trung nguyên công: tập trung nhiều bước công nghệ trong một nguyên công

Như vậy số lượng nguyên công trong quá trình công nghệ sẽ ít

Phương pháp này áp dụng trong trường hợp có mấy tổ hợp, máy CNC, gia công các chi tiết phức tạp, yêu cầu độ chính xác cao vì khi tập trung thì một lần gá đặt chi tiết ta có thể gia công nhiều bước sẽ giảm được sai lệch do gá đặt

Xu hướng hiện nay trong ngành cơ khí chế tạo máy người ta áp dụng phương pháp tập trung nguyên công nhằm rút ngắn thời gian phụ, tiết kiệm chi phí sản xuất và do đó

hạ giá thành sản phẩm

Chương 2

PHƯƠNG PHÁP TẠO PHÔI VÀ GIA CÔNG CHUẨN BỊ PHÔI

2.1 Các phương pháp chế tạo phôi

Chi phí chôi chiếm từ 20-50% giá thành sản phẩm Vì vậy việc lựa chọn vật liệu, lựa chọn phương pháp tạo phôi và gia công chuẩn bị phôi hợp lý sẽ góp phần vào việc đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của chi tiết mà còn giảm chi phí sản xuất nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật cho quá trình sản xuất

Nhiệm vụ của nhà thiết kế công nghệ là phải lựa chọn vật liệu và phương pháp chế tạo phôi mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất

Các phương pháp chế tạo phôi: phôi đúc, phôi tạo bằng phương pháp gia công áp lực như là phôi rèn, phôi dập, phôi cán, phôi kéo ép và phôi hàn là phôi được lắp ghép

từ các loại phôi khác Việc lựa chọn phương pháp chế tạo phôi sẽ căn cứ vào hình dạng, kích thước chi tiết, dạng sản xuất và hình thức tổ chức sản xuất cũng như là cơ

sở vật chất sẳn có của cơ sở

Nếu chi tiết làm việc với chế độ chịu tải phức tạp như tải trọng thay đổi, chịu kéo nén, chịu uốn, chịu xoắn đồng thời, ta nên lựa chọn phôi đã qua gia công áp lực Nếu tiết diện ngang ít thay đổi, chi tiết có dạng tròn xoay ta nên chọn phôi thép cán theo tiêu chuẩn của nhà sản xuất và có sẳn trên thị trường Các chi tiết có khối lượng lớn, hình dáng phức tạp chịu tải trọng không phức tạp ta nên lựa chọn phôi đúc Các chi tiết

có dạng khung, hộp ta nên lựa chọn phôi hàn

Tùy thuộc vào dạng sản xuất và hình thức tổ chức sản xuất mà ta lựa chọn phôi cho phù hợp Ơ dạng sản xuất đơn chiếc nên chọn phôi đúc trong khuôn cát hay phôi rèn tự

do vì chí phí chế tạo phôi thấp Dạng sản xuất hàng loạt, hàng khối nên chọn phương pháp đúc trong khuôn kim loại, đúc trong khuôn mẫu chảy hay dùng phương pháp dập nóng ( rèn khuôn ) cho năng suất rất cao

2.1.1 Phôi chế tạo bằng phương pháp đúc

Phôi đúc được chế tạo bằng cách rót kim loại lỏng vào khuôn có hình dáng và kích thước định sẵn Sau khi kim loại kết tinh ta thu được chi tiết có hình dạng và kích thước tương ứng với lòng khuôn gọi là vật đúc, sau đó đem vật đúc gia công cơ để tăng độ bóng và đạt được kích thước chính xác gọi là phôi đúc Thông thường các chi tiết làm bằng gang ta sử dụng phôi đúc vì gang có tính dẻo thấp

Ưu điểm: có thể đúc được tất cả các kim loại và hợp kim có thành phần khác nhau

Có thể chế tạo các chi tiết có kích thước và hình dạng đơn giản đến phức tạp mà các phương pháp tạo phôi khác không thực hiện được Khối lượng vật đúc từ nhỏ vài chục gam cho đến những chi tiết có kích thước to vài chục tấn Chi phí sản xuất thấp, giá thành chi tiết thấp

Nhược điểm: hệ số sử dụng kim loại thấp do đậu rót, đậu ngót Chi phí kiểm tra

thành phần các nguyên tố cao do phải dùng đến máy kiểm tra hiện đại ( máy phân tích thành phần kim loại )

a Đúc trong khuôn cát

Là dạng đúc phổ biến Khuôn cát là loại khuôn đúc một lần (chỉ rót một lần rồi phá khuôn), được chế tạo bằng một hỗn hợp mà cát là thành phần chính

Là phương pháp tạo phôi được áp dụng cho sản xuất đơn chiếc, hàng loạt nhỏ

Vật đúc trong khuôn nguội dần từ ngoài vào trong, kim loại ở mặt ngoài bị nguội khá nhanh và tạo nên cơ cấu tinh thể có các hạt nhỏ, cón kim loại phía trong nguội chậm hơn và cho cơ cấu tinh thể có hạt to, vì vậy vật đúc có mặt ngoài cứng hơn bên trong

Ở giữa khuôn trên và khuôn dưới có lớp cát nguyên chất để tạo vách ngăn tránh hiện tượng dính lại khuôn

Mẫu thường làm bằng gỗ có hình dáng giống nguyên vẹn với vật cần đúc nhưng kích thước phải lớn hơn tuỳ theo kim loại đúc và hình dáng hình học vật đúc mà có tỷ

lệ tương ứng để tránh hiện tượng co rút phôi

Có thể đúc được những chi tiết có kích thước lớn, phức tạp nhưng độ bóng bề mặt kém, độ chính xác thấp và lượng dư gia công lớn

 Quy trình sản xuất vật đúc trong khuôn cát

Quy trình sản xuất vật đúc trong khuôn cát có thể tóm tắt như sau:

Bộ phận kỹ thuật căn cứ vào bản vẽ cơ khí, lập ra bản vẽ đúc, trong đó có mặt phân khuôn, lõi, độ dốc đúc, lượng dư gia công cơ khí, dung sai, độ co ngót của kim loại sau khi đông đặc,

Bộ mẫu là một loạt các mẫu khác nhau như: tấm mẫu, mẫu hệ thống rót, đậu ngót Trong đó mẫu đúc và hộp lõi là bộ phận chủ yếu Mẫu đúc dùng để chế tạo lòng khuôn

đúc trong hỗn hợp làm khuôn, hộp lõi dùng để làm lõi (nếu có) Mẫu, hộp lõi thường

do xưởng mộc sản xuất

Khuôn, mẫu hộp lõi thường làm thành hai nửa và lắp với nhau bằng các chốt định vị

Khuôn đúc và lõi thường phải sấy khô để tăng cơ tính và khả năng thông khí

Bộ phận nấu chảy kim loại lỏng phải phối hợp nhịp nhàng với quá trình làm khuôn, lắp ráp khuôn để tiến hành rót kim loại lỏng vào khuôn kịp thời

Sau khi kim loại đông đặc, vật đúc được hình thành trong khuôn, tiến hành dỡ khuôn, phá lõi, kiểm tra vật đúc bằng thủ công hoặc máy

Kiểm tra là khâu cuối cùng gồm kiểm tra hình dáng, kích thước, chất lượng bên trong,

 Những bộ phận chính để đúc vật đúc trong khuôn cát:

Lõi là bộ phận bên trong khuôn đúc nhằm tạo ra khoảng không gian rỗng bên trong

vật đúc hoặc tạo phần lồi, phần lõm của vật đúc Thông thường hình dạng bên ngoài của lõi (trừ tai lõi) giống hình dạng bên trong của vật đúc Cấu tạo chung của lõi như hình 2.2

Hình 2.1 – Các bộ phận của khuôn đúc.

Chi tiết; b) Mẫu đúc; c) Hộp lõi; d) Khuôn đúc; e) Vật đúc.

1 Tai mẫu; 2 Lõi; 3 Chốt định vị; 4 Hòm khuôn; 5 Hệ thống rót;

6 Vật đúc; 7 Lòng khuôn; 8 Đậu ngót và đậu hơi; 9 Hỗn hợp khuôn; 10 Xăm hơi; 11 Lỗ thoát hơi của lõi; 12 Mặt phân khuôn.

Hình 2.2 - Cấu tạo của lõi

Hệ thống rót là hệ thống dẫn kim loại lỏng từ thùng rót vào khuôn Hệ thống rót vào

khuôn được bố trí chính xác sẽ giảm được lượng kim loại hao phí (vào hệ thống rót, đảm bảo chất lượng vật đúc) Hệ thống rót gồm: cốc rót, ống rót, rãnh lọc xỉ, rãnh dẫn

Đậu hơi có công dụng dẫn khí vào lòng khuôn thoát ra, làm giảm áp lực động của

kim loại trong khuôn, bào hiệu mức kim loại lỏng vào trong khuôn

Đậu ngót dùng để bổ sung kim loại cho vật đúc khi động đặc, đặc biệt khi đúc gang

trắng, gang rèn, gang có độ bền cao, thép và hợp kim màu và khi vật đúc có thành dày Đậu ngót phải được đặc vào chỗ thành vật đúc tập trung nhiều kim loại, động đặc chậm, co ngót nhiều

Hỗn hợp làm khuôn, làm lõi: hỗn hợp này phải có tính dẻo, độ bền, tính lún, tính

thông khí, tính bền nhiệt, độ ẩm và tính bền lâu Để đáp ứng các yêu cầu đó, hỗn hợp làm khuôn gồm: cát, đật sét, chất kết dính và chất phụ

- Cát: là thành phần chủ yếu của hỗn hợp làm khuôn, lõi Thành phần chủ yếu của cát là thạch anh (SiO2), ngoài ra còn có ít đất sét và tạp chất khác

- Đất sét: thành phần chủ yếu là cao lanh Đất sét có tác dụng tăng độ dẻo và độ bền của hỗn hợp

- Chất kết dính: là những chất được đưa vào hỗn hợp để tăng độ dẻo, độ bền Chất kết dính thường là dầu thực vật (dầu lanh, dầu bông, dầu trầu), các chất hòa tan trong nước (đường, mật mía, bột hồ, ), các chất dính kết hóa cứng (nhựa thông, ximăng, hắc ín, ) và nước thuỷ tinh

- Chất phụ: thường là mùn cưa, rơm rạ, bột than và chất sơn khuôn như bột graphít, bột than, nước thuỷ tinh hoặc dung dịch của chúng với đất sét Chất phụ đưa vào nhằm tăng tính lún, tính thông khí, độ bóng bề mặt khuôn và tăng khả năng chịu nhiệt của hỗn hợp

Đem trộn các hỗn hợp trên với tỷ lệ nhất định, ta được hỗn hợp làm khuôn Hỗn hợp làm khuôn chia làm hai loại:

+ Cát áo: dùng để phủ sát mẫu khi làm khuôn nên phải có độ bền, độ dẻo cao và bền nhiệt vì lớp cát này tiếp xúc trực tiếp với kim loại lỏng Cát áo phải có độ hạt nhỏ, mịn

để tăng độ bóng bề mặt của vật đúc; chiế, 10 – 15% lượng cát làm khuôn

+ Cát đệm: dùng để đệm cho phần khuôn còn lại nhằm tăng độ bền của khuôn, nên không cần yêu cầu cao như cát áo; chiếm khoảng 85 – 90% tổng lượng cát khuôn

b Đúc trong khuôn kim loại: khuôn sử dụng được nhiều lần Thường dùng với

những kim loại có độ nóng chảy thấp như kẽm, nhôm, magiê, hoàng đồng và gang, chi tiết có độ chính xác cao, trọng lượng nhỏ dưới 12kg

Độ chính xác và chất lượng bề mặt cao, dễ dàng cơ khí hóa và tự động hóa Tuy nhiên khối lượng vật đúc hạn chế, khó thực hiện đối với các chi tiết có hình dạng phức tạp, có thành mỏng Thích hợp cho sản xuất hàng loạt và hàng khối với vật đúc đơn giản, nhỏ hoặc trung bình vì chi phí đầu tư ban đầu cao

c Đúc áp lực: là phương pháp dùng áp lực ép kim loại lỏng điền đầy vào khuôn sau

khi đông đặc, ta thu được vật đúc Trên hình 2.3 giới thiệu sơ đồ nguyên lí máy đúc áp lực kiểu pittông có buồng ép nguội

Hợp kim lỏng đã được định lượng được rót vào buồng ép 2 Khi pittông ép 1 thực hiện hành trình ép, hợp kim lỏng ép lên pittông 3 đi xuống Cửa 4 sẽ dẫn hợp kim lỏng qua rãnh dẫn vào khuôn 5 Khuôn đúc gồm 2 phần tĩnh và động có cơ cấu đóng mở Vật đúc sau khi đông đặc được lấy ra theo phần động của khuôn Lúc này pittông 3 thực hiện sự dịch chuyển ngược để đẩy phần hợp kim thừa ra khỏi miệng xilanh chuẩn

- Năng suất cao nhờ mật độ vật đúc lớn

Nhưng khuôn chóng bị mài mòn do dòng áp lực của hợp kim ở nhiệt độ cao và không dùng được lõi cát vì dòng chảy có áp lực

d Đúc ly tâm: là rót kim loại lỏng vào khuôn quay Nhờ lực ly tâm sinh ra trong khi

quay, kim loại lỏng bị ép vào thành khuôn và động đặc tại đó

Hình 2.4 giới thiệu hai phương pháp đúc ly tâm: đúc ly tâm có trục quay thẳng đứng (a) và đúc ly tâm có trục quay nằm ngang (b)

Hình 2.3 – Sơ đồ đúc áp lực kiểu pittông

Hình 2.4 – Sơ đồ đúc ly tâm a) Đúc ly tâm trục đứng; b) Đúc ly tâm trục ngang.

Phương pháp này có đặc điểm: tổ chức kim loại mịn chặt, không tồn tại các khuyết tật rỗ khí, rỗ co; tạo được các vật đúc tròn xoay rỗng mà không cần lõi; không dùng hệ thống rót phức tạp nên ít hao phí kim loại; có thể tạo được các vật đúc gồm nhiều lớp kim loại khác nhau Tuy nhiên, phương pháp này chỉ thích hợp với vật có dạng tròn xoay, chất lượng bề mặt trong kém

Ngoài ra còn có phương pháp đúc liên tục và đúc trong khuôn mẫu chảy

2.1.2 Phôi chế tạo bằng phương pháp gia công áp lực

Gia công áp lực là dùng ngoại lực tác dụng thông qua các dụng cụ làm cho kim loại

bị biến dạng ở trạng thái mạng tinh thể theo các định hướng trước để thu được chi tiết

có hình dạng kích thước theo yêu cầu

Khi gia công áp lực khối lượng và thành phần hóa học của kim loại không thay đổi

a Phương pháp rèn tự do

Rèn tự do là phương pháp gia công kim loại ở trạng thái nóng mà kim loại được biến dạng tự do trừ mặt tiếp xúc của phôi với dụng cụ gia công và đe Phôi rèn có cơ lý tính tốt hơn hẳn so với phôi đúc Đơn giản sử dụng đe và búa nếu rèn tay hoặc sử dụng máy búa hơi, máy ép thủy lực để tác động lên vật rèn

Rèn tự do có đặc điểm:

+ Cho phép rèn được những chi tiết lớn

+ Độ chính xác và năng suất thấp

+ Chỉ gia công được những chi tiết đơn giản

+ Chất lượng sản phẩm phụ thuộc vào tay nghề công nhân

Rèn tự do sử dụng rộng rãi trong sản xuất đơn chiếc, trong công nghiệp sửa chữa tàu thủy, tàu hỏa…các chi tiết chịu tải trọng phức tạp

b Phương pháp dập nóng ( rèn khuôn )

Phôi dập nóng có độ chính xác về hình dạng, kích thước và chất lượng bề mặt cũng như là cơ tính cao Hệ số sử dụng vật liệu có hơn so với phương pháp rèn tự do Tuy nhiên cần phải có máy dập, máy ép có công suất cao, chi phí đầu tư ban đầu lớn Do vậy chỉ thích hợp cho sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối

là phương pháp gia công áp lực trong đó kim

loại được biến dạng qua khe hở giữa hai trục cán

quay ngược chiều nhau Hình dạng và khe hở giữa

hai trục cán quyết định hình dạng, kích thước tiết

diện ngang của sản phẩm (hình 2.5)

Phôi chế tạo từ phương pháp cán có tiết diện

ngang và chiều dài theo tiêu chuẩn, độ chính xác,

chất lượng bề mặt và thành phần hóa học ổn định

hơn so với phôi đúc Thường dùng để gia công các

chi tiết dạng trục, bánh răng, …

2.2 Gia công chuẩn bị phôi

Gia công chuẩn bị phôi là những nguyên công mở đầu cho quá trình công nghệ gia công cơ Cần phải có nguyên công gia công chuẩn bị phôi vì những lý do sau:

- Phôi được chế tạo ra có chất lượng bề mặt còn quá xấu so với yêu cầu: xù xì, nứt, chai cứng, đó là nguyên nhân làm dao bị hỏng, mòn nhanh, chế độ cắt khi cắt bị hạn chế Quá trình cắt dễ sinh ra va đập và rung động làm máy nhanh chóng hỏng, giảm độ chính xác ban đầu

- Phôi có nhiều sai lệch so với yêu cầu của chi tiết: méo, ôvan, độ côn, cong,

- Đối với các loại phôi thanh, dễ bị cong vênh khi vận chuyển, phải nắn thẳng trước khi đưa lên máy để gia công

- Vì phôi còn xù xì, cong vênh nên quá trình gá đặt (định vị và kẹp chặt) gặp nhiều khó khăn

Việc gia công chuẩn bị bao gồm:

áp lực cao Tuy nhiên bắn cát và bắn bi có chi phí đầu tư ban đầu cao

là phương pháp gia công áp lực, trong đó kim

loại được biến dạng qua lỗ hình của khuôn kéo;

Hình dạng, kích thước, tiết diện của sản phẩm phụ

thuộc vào hình dạng, kích thước của lỗ khuôn (hình

2.6)

Hình 2.6 – Sơ đồ kéo sợi

1 Phôi; 2 Khuôn kéo;

3 Sản phẩm

f Ép kim loại

là quá trình gia công kim loại bằng áp lực, trong

đó kim loại được nung nóng và được ép qua lỗ khuôn

để có được hình dạng và kích thước theo yêu cầu cần

thiết

2.2.2 Cắt phôi

Khi sử dụng thép cán dạng thanh có tiết diện tròn, vuông hay thép hình có thể cắt phôi trên máy cưa tay, cưa cần, cưa dĩa, cưa đai

Cắt đứt bằng máy tiện kết hợp với vạt mặt khoan tâm

Cắt phôi trên máy chuyên dùng cho năng suất rất cao nhưng tiết diện không chính xác Sử dụng trong để cắt các loại théo tròn, vuông, thép hình, thép dạng tấm ví dụ như máy cắt tole có thể cắt chiều dài 12m, chiều dày 30mm

Cắt bằng hỗn hợp khí oxy và axetylen C2H2 ( cắt gió đá ) thông thường cắt phôi dạng tấm theo hình dạng phức tạp Chất lượng mặt cắt kém thường phải gia công lại ( mài, dập… )

Cắt bằng tia lửa điện ( máy cắt dây đồng, máy cắt molip đen ) cho độ chính xác chất lượng bề mặt chi tiết cao nhưng năng xuất thấp Dùng để cắt thép hợp kim đã qua gia công áp lực trong ngành chế tạo khuôn mẫu

Phôi tiết diện tròn có thể cắt trên máy tiện đồng thời vạt mặt khoan tâm nên gia công trục trên máy tiện đồng thời Phôi có dạng tấm dùng hồ quang để cắt đức Với các chi tiết có độ cứng cao, yêu cầu độ chính xác và chất lượng bề mặt cắt cao ta có thể sử dụng cắt phôi trên máy cắt dây ( dùng trong ngành khuôn mẫu)

+ Nắn trên máy ép chuyên dùng

+ Nắn trên máy cán ren thẳng

2.2.4 Gia công phá

Mục đích của việc gia công phá là bóc lớp vỏ ngoài của các loại phôi có bề mặt xấu,

có sai lệch quá lớn

2.2.5 Gia công lỗ tâm làm chuẩn phụ

Mũi tâm là loại chuẩn được dùng lâu dai nên yêu cầu kỹ thuật khi gia công khá cao, gồm các yêu cầu sau:

- Lỗ tâm phải là mặt tựa vững chắc của chi tiết, diện tích tiếp xúc phải đủ, góc côn phải chính xác, độ sâu lỗ tâm phải đảm bảo

- Lỗ tâm phải nhẵn bóng để chống mòn và giảm bớt biến dạng tiếp xúc, tăng cường

độ cứng vững

- Hai lỗ tâm phải nằm trên một đường tâm để tránh tình trạng mũi dao tiếp xúc không đều, chống mòn làm mất độ chính xác ban đầu

Các phương pháp gia công lỗ tâm:

Trong sản xuất hàng loạt nhỏ, người ta có thể gia công các lỗ tâm trên máy tiện, máy khoan Nhược điểm của phương pháp này là không bảo đảm độ đồng tâm giữa hai lỗ tâm do khoan tâm được thực hiện ở hai lần gá khác nhau và sai số hình dạng do mai mũi khoan không chính xác

Trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối, ta dùng những máy chuyên dùng để khoan tâm

2.2.6 Ủ phôi

Do quá trình làm nguội nhanh vì vậy lớp bề mặt của phôi đúc thường có độ cứng

450 – 600 HB, các loại phôi gia công áp lực do xuất hiện hiện tượng biến cứng đồng thời với quá trình biến dạng dẻo, làm cho tính dẻo của vật liệu giảm, độ cứng bề mặt tăng Các loại phôi này cần được ủ để phục hồi tính dẻo và giảm độ cứng trước khi gia công

Chế độ ủ phụ thuộc vào vật liệu, hình dạng kích thước của phôi

Nhiệt độ

(00 C)

thời gian (giờ)

Chương 3

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CẮT GỌT KIM LOẠI

7.1.1 Khái niệm phương pháp gia công cắt gọt kim lọai

Quá trình cắt gọt kim lọai là quá trình con người sử dụng dụng cụ cắt để hớt bỏ lớp vật liệu thừa ra khỏi chi tiết, nhằm đạt được những yêu cầu cho trước về hình dáng, kích thước, vị trí tương quan giữa các bề mặt và chất lượng bề mặt của chi tiết gia công.Lớp kim lọai thừa cần được hớt bỏ ra khỏi chi tiết được gọi là lượng dư gia công cơ Khi lượng kim lọai này đã bị cắt bỏ ra khỏi chi tiết được gọi là phoi cắt

7.1.2 Các phương pháp gia công kim lọai

Xuất phát từ mục đích nghiên cứu và sử dụng khác nhau, các phương pháp gia công kim lọai thường được phân lọai như sau:

− Phân lọai theo nguyên lý tạo hình bề mặt: phương pháp gia công chép hình, phương pháp gia công định hình, phương pháp gia công bao hình

− Phân lọai theo yêu cầu của chi tiết gia công: gia công thô, gia công bán tinh, gia công tinh, gia công bóng

− Phân lọai theo máy gia công: gia công tiện, phay, bào, mài, khoan, khóet, doa, xọc, chuốt…

− Phân lại theo bế mặt gia công: gia công mặt phẳng, gia công mặt trụ, gia công rãnh, gia công lỗ, gia công bánh răng…

7.1.3 Hệ thống công nghệ: MÁY – DAO – ĐỒ GÁ – CHI TIẾT

Để tiến hành gia công sản phẩm cơ khí, con người phải sử dụng những máy móc thiết

bị thỏa mãn yêu cầu kinh tế - kỹ thuật hệ thống thiết bị này còn được gọi là hệ thống công nghệ Bao gồm bốn thành phần: máy công cụ – dụng cụ cắt – đồ gá – chi tiết

− Máy: thực hiện nhiệm vụ cung cấp năng lượng cho quá trình gia công

− Dụng cụ cắt: trực tiếp cắt bỏ lượng dư gia công ra khỏi chi tiết nhờ năng lượng của máy cung cấp thông qua các chuyển động tạo hình

− Đồ gá: có nhiệm vụ xác định vị trí của chi tiết trong hệ thống công nghệ đồng thời

cố định chính xác vị trí của chi tiết trong quá trình gia công

− Chi tiết gia công: là đối tượng của quá trình cắt gọt

7.1.4 Sự hình thành bề mặt chi tiết trong quá trình cắt gọt.

Các bề mặt được hình thành trong quá trình cắt ( hình 7.1 )

Hình 7.1

− Mặt sẽ gia công: bề mặt dao sẽ cắt đến

− Mặt đang gia công: bề mặt trên chi tiết mà dao đang thực hiện nhiệm vụ tách phoi

− Mặt đã gia công: bề mặt trên chi tiết mà dao đã đi qua Tính chất của bề mặt này phản ảnh những kết quả của các hiện tượng cơ lý trong quá trình cắt

− Vùng cắt: là vùnng kim lọai của chi tiết vừa tách ra sát mũi dao và lưỡi cắt nhưng chưa thóat ra ngòai Đây là vùng xảy ra các hiện tượng cơ lý hết sức phức tạp

7.1.5 Các chuyển động cắt gọt.

Tùy thuộc vào phương pháp gia công, tùy thuộc vào yêu cầu tạo hình bề mặt mà hệ thống công nghệ cần tạo ra những chuyển động tương đối nhằm hình thành nên bề mặt gia công và được gọi là các chuyển động cắt gọt, gồm có:

như: tiện, phay, mài,

n: số vòng quay của trục chính trong một đơn vị thới

V: vận tốc cắt là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao

và chi tiết theo phương vận tốc cắt ứng với một đơn vị thời gian Đơn vị là m/ phút ( trong trường hợp mài là m/ giây )

Mối quan hệ giữa vận tốc cắt và số vòng quay n của trục

chính:

) /

( 1000

.

phút m

n D

V = π

( 7.1)

2 Chuyển động chính là

chuyển động tịnh tiến

như: bào, xọc, chuốt

n: số hành trình kép của chuyển động chính trong một

đơn vị thời gian ( htk/ phút )

V: vận tốc cắt là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao

và chi tiết theo phương vận tốc cắt ứng với một đơn vị thời gian Đơn vị là m/ phút

Mối quan hệ giữa vận tốc cắt và số hành trình kép n của

trục chính:

) /

( 1000

2

phút m

n L

b Chuyển động chạy dao và lượng chạy dao s.

Chuyển động chạy dao là chuyển động nhằm cắt hết lượt trên bề mặt chi tiết nhằm cắt hết lượt trên bề mặt chi tiết gia công Phương chuyển động chạy dao ký hiệu là →s Để

đặt trưng cho chuyển động chạy dao, thông thường ký hiệu là s Trên máy điều khiển theo chương trình số ký hiện là F ( Feed rate )

− Lượng chạy dao s: là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo phương

chạy dao ứng với một vòng quay hay một hành trình kép của chuyển động chính Đơn vị là s( mm/ vòng) hay s( mm/htk)

− Lượng chạy dao răng S z : Khi sử dụng dao nhiều lưỡi cắt, người ta còn đề cập đến

lượng chạy dao răng để biểu thị chuyển động chạy dao Lượng chạy dao răng là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo phương chạy dao ứng với một lưỡi cắt

− Tốc độ chạy dao V s : là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo

phương chạy dao ứng với một đơn vị thời gian Đơn vị Vs ( mm/phút )

Mối quan hệ giữa s, Sz, Vs theo công thức:

Sph Vs= s n = Sz z n ( mm / phút ) ( 7.3)Với z là số lưỡi cắt tham gia cắt gọt của dao

Ví dụ: khi phay mặt phẳng sử dụng dao phay mặt đầu có 4 lưỡi cắt, lượng chạy dao răng Sz = 0.3 mm/ răng, Vậy s = Sz z = 0.3 4 = 1.2 mm/vòng

c Chuyển động theo phương chiều sâu cắt t

Chuyển động chiều sâu cắt t ( mm ) là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết ứng với một lần chạy dao.

Ba thông số gia công ( V, s, t ) được gọi là chế độ cắt khi gia công cơ.

7.1.6 Lớp cắt và tiết diện lớp cắt

Lớp cắt là lớp kim lọai cần hớt bỏ ứng với một lần chạy dao Nếu cắt lớp cắt bằng một mặt phẳng chứa lưỡi cắt và vuông góc với vector vận tốc cắt V→ ta sẽ nhận được những tiết diện lớp cắt tương ứng ( hình 7.2 )

7.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP CẮT GỌT KIM LOẠI

Có nhiều cách phân loại các phương pháp cắt gọt, xuất phát từ mục đích nghiên cứu

Bề mặt tạo hình sẽ là đường bao của profil dao cắt khi chúng chuyển động bao hình với nhau như phay lăn răng Ví dụ hình 7.2c

Phương pháp quỹ tích (phương pháp gia công theo vết):

Bề mặt tạo hình của chi tiết gia công là vết chuyển động tương đối của lưỡi cắt với

bề mặt chi tiết gia công

- Xuất phát từ máy cắt kim loại, ta có: phương pháp tiện, phay, bào, xọc, khoan, khoét, doa, mài, chuốt,

- Xuất phát từ yêu cầu chất lượng chi tiết gia công, ta có: gia công thô, gia công bán tinh, gia công tinh, gia công siêu tinh

- Xuất phát từ bề mặt chi tiết gia công, ta có: phương pháp gia công mặt phẳng, gia công mặt tròn xoay

7.3 DAO CẮT KIM LOẠI

7.3.1 Cấu tạo dao cắt kim loại

Hình 7.2 – Các phương pháp cắt gọt kim loại

Muốn cắt được kim loại, ngoài yêu cầu

về độ cứng, độ bền, độ chịu nhiệt, dao

Trên phần cắt của dao có các mặt sau đây:

- Mặt trước (1) là mặt mà phoi sẽ tiếp xúc và theo đó thoát ra trong quá trình cắt

- Mặt sau chính (2) là mặt dao đối diện với mặt chi tiết đang gia công

- Mặt sau phụ (3) là mặt dao đối diện với mặt chi tiết đã gia công

- Lưỡi cắt chính (5) là giao tuyến của mặt trước và mặt sau chính, giữ nhiệm vụ trực tiếp cắt gọt ra phoi trong quá trình cắt

- Lưỡi cắt phụ (6) là giao tuyến của mặt trước và mặt sau phụ, trong quá trình cắt một phần lưỡi cắt phụ cũng tham gia cắt

- Mũi dao (4) là phần nối tiếp giữa các lưỡi cắt Mũi dao có thể nhọn hoặc có bán kính (r ≈0,1÷2mm).

Một dao có thể có nhiều đầu dao nên có rất nhiều lưỡi cắt Tùy theo số lượng của lưỡi cắt chính, người ta chia ra:

- Dao một lưỡi cắt: dao tiện, dao bào,

- Dao hai lưỡi cắt: mũi khoan;

- Dao nhiều lưỡi cắt: dao phay, dao doa, dao chuốt,

- Dao có vô số lưỡi cắt: đá mài

7.3.2 Khái niệm về các mặt toạ độ:

Gồm ba mặt cơ bản sau:

- Mặt cơ bản 1 (x-x) được tạo bởi vectơ tốc độ cắt v và vectơ chạy dao s

- Mặt cơ bản 2 (y-y) được tạo bởi vectơ tốc độ cắt v và vectơ chiều sâu cắt t

- Mặt cơ bản 3 (mặt đáy Đ) được tạo bởi vectơ chạy dao s và vectơ chiều sâu cắt t

- Mặt cắt (kí hiệu C) đi qua một điểm nào đó trên lưỡi cắt chính: là một mặt phẳng qua điểm đó, tiếp tuyến với mặt đang gia công và chứa vectơ vận tốc cắt v

- Tiết diện chính (N-N) là mặt phẳng thẳng góc với hình chiếu của lưỡi cắt chính trên mặt đáy

- Tiết diện phụ (N1-N1) là mặt phẳng thẳng góc với hình chiếu của lưỡi cắt phụ trên mặt đáy

7.3.3 Thông số hình học của dụng cụ cắt khi thiết kế (ở trạng thái tĩnh):

21

• Góc trước chính γ : là góc tạo bởi mặt trước và mặt đáy đo trong tiết diện chính

N-N Độ lớn của góc trước quyết định đến khả năng thoát phoi nên được gọi là góc thoát

• Góc sau chính α : là góc tạo bởi mặt sau chính và mặt cắt đo trong tiết diện chính

N-N Góc α luôn dương và có ảnh hưởng đến vấn đề ma sát khi cắt nên được gọi là

góc sát

• Góc sắc chính β: là góc tạo bởi mặt trước và mặt sau chính đo trong tiết diện

chính Độ lớn của góc β quyết định độ bền của lưỡi cắt chính nên được gọi là góc

nhị diện

• Góc cắt chính δ : là góc tạo bởi mặt trước và mặt cắt đo trong tiết diện chính Độ

lớn của góc cắt xác định mặt trước trong hệ trục toạ độ

090

=+

=++β α δ γ

γ

• Góc nghiêng chính ϕ: là góc tạo bởi hình chiếu của lưỡi cắt chính trên mặt đáy

và phương chạy dao Độ lớn của góc nghiêng chính xác định vị trí của lưỡi cắt chính trong hệ trục toạ độ xác định

• Góc nghiêng phụ ϕ1: là góc tạo bởi hình chiếu của lưỡi cắt phụ trên mặt đáy và

phương chạy dao Độ lớn của góc nghiêng phụ xác định vị trí của lưỡi cắt phụ trong

hệ trục toạ độ xác định

• Góc trước phụ γ1: là góc tạo bởi mặt trước và mặt đáy đo trong tiết diện phụ Độ

lớn của góc trước phụ xác định vị trí của mặt trước phụ trong hệ trục toạ độ xác định

• Góc sau phụ α1: là góc tạo bởi mặt sau phụ và lưỡi cắt phụ đo trong tiết diện phụ.

Độ lớn của góc sau phụ xác định vị trí của mặt sau phụ trong hệ trục toạ độ xác định

• Góc mũi daoε: là góc tạo bởi hình chiếu của lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ trên

ϕ

• Góc nângλ: là góc tạo bởi lưỡi cắt chính và mặt đáy đo trên mặt cắt Độ lớn của

góc nâng xác định vị trí của lưỡi cắt chính

7.3.4 Vật liệu chế tạo dao cắt

Là thép cacbon dụng cụ có hàm lượng hợp kim vào khoảng 0,5÷5% Để tăng tính

chịu nóng phải dùng thêm Crôm, Vonfram; tăng độ thấm tôi: Vanadi; tăng độ cứng: Crôm; tăng độ chịu nhiệt và mài mòn: Vonfram

- Độ cứng ở trạng thái tôi: đến 62 HRC

- Độ bền nhiệt vào khoảng: 3500C÷4000C tốc độ cắt tăng 20%

- Mác thép hợp kim thông dụng: 70CrV, 80CrV, 110Cr,

c Thép gió

Cũng là thép hợp kim dụng cụ nhưng hàm lượng hợp kim Vonfram cao từ 5÷20%,

nên tính năng của nó đặc biệt và tính chịu mòn và tính chịu nhiệt tăng cao

- Độ cứng ≥ 70HRC

- Độ chịu nhiệt : 800÷10000C với tốc độ cắt lên đến 400m/phút

- Khuyết điểm chính của hợp kim cứng là sức bền uốn kém nên khi làm việc có va đập dễ bị mẽ

Người ta chia hợp kim cứng ra làm 3 nhóm:

Nhóm TK có độ cứng và tính chịu nhiệt tốt hơn, đồng thời ở nhiệt độ cao thì hệ số

ma sát giảm, thường dùng gia công thép

e Hợp kim coban đúc

Hợp kim coban đúc có thành phần gồm: 38 -53% coban, 30 -33% crom và 10 -20% vonfram Do hợp kim coban có độ cứng cao (từ 58 – 64 HRC, nên có tính chống mài mòn cao và có khả năng duy trì được độ cứng khi nhiệt độ tăng Hợp kim coban không bền như thép gió và rất nhạy cảm đối với lực tác động Hậu quả, trong các nguyên công cắt gián đoạn, hợp kim coban ít được sử dụng hơn so với thép gió

Được biến đến với tên dao stelit (hợp kim gồm coban, crom, vonfram và molipden), những hợp kim này được đúc và được mài thành hình các dao đơn giản Những dao như vậy, hiện nay chỉ sử dụng cho các ứng dụng đặc biệt liên quan đến gia công thô liên tục ở tốc độ cắt và bước tiến cao

Carbide (được biết như carbide rắn/nung kết) Carbide có độ cứng cao trong dãy nhiệt

độ rộng, môđun đàn hồi, độ dẫn nhiệt thấp và có độ dãn nở nhiệt thấp

Có hai nhóm carbide được sử dụng cho các nguyên công là carbide vonfram (tundsten carbide) và carbide titan Để phân biệt chúng từ các dao cụ được phủ ngày nay, dao carbide phẳng được xem là loại carbide không được phủ

- Carbide vonfram (Tungsten carbide).

Carbide vonfram (WC) là vật liệu phức hợp gồm các hạt carbide vonfram liên kết với chất nền coban; tên thay thế cho WC là carbide thêu kết (cemented carbide) Những dao này được chế tạo bằng kỹ thuật luyện kim bột, trong đó các hạt WC được tổ hợp với coban tạo ra thể mẹ bao quanh các hạt WC

Các hạt này, kích cở 1-5 m, được ép và được nung kết thành các hình lưỡi dao insert

có hình dạng định trước carbide vonfram thường được pha trộn với carbide titan và niobi để có đặc tính phổ biển của carbide

Số lượng coban hiện diện có tác động nghiêm trọng đến thành phần của dao carbide Khi lượng coban tăng, cường độ, độ cứng và tính chống mài mòn của WC giảm trong khi tính bền của nó tăng vì độ bền cao hơn của coban Dao carbide vonfram thường dùng để cắt thép, gang đúc và các vật liệu ăn mòn kim loại màu và thay thế cho dao thép gió HSS vì có đặc tính tốt hơn

- Carbide titan

Carbide titan (TiC) có tính chống mài mòn cao hơn carbide vonfram nhưng không bền Với hợp kim niken – molibden như chất nền, TiC sử dụng phù hợp để gia công các vật liệu cứng chủ yếu là thép, gang và gia công ở tốc độ cao hơn loại dành cho carbide vonfram

g Vật liệu sứ

Là loại vật liệu rẻ tiền, có tính năng cắt gọt tốt, chịu nóng, chịu mài mòn cao Thành phần hoá học chủ yếu là Al2O3 vật liệu sứ chính là đất sét kỹ thuật được nung nóng ở nhiệt độ cao khoảng 1400÷16000C sản phẩm thu được đem nghiền nhỏ đạt kích thước

khoảng 1µm, sau đó đem ép thành các mảnh dao có kích thước thích hợp và mang đi

thêu kết

- Sứ có độ cứng 92÷92 HRC.

- Độ chịu nhiệt từ 11000C÷12000C

- Tuổi bền dao sứ gấp 2÷3 lần dao hợp kim cứng Tốc độ cắt lên đến 600 m/phút.

- Khuyết điểm chính là giòn, giới hạn bền uốn thấp, không chịu được va đập, rung động và rất khó mài sắc

h Kim cương

Gồm hai loại: tự nhiên và nhân tạo

Kim cương nhân tạo được tổng hợp từ graphít trong điều kiện áp suất và nhiệt độ đặc biệt, được sử dụng để chế tạo đá mài, dùng mài sắc dụng cụ và gia công các loại vật liệu khó gia công Ngoài ra còn dùng làm dao tiện để gia công hợp kim cứng, hợp kim màu và vật liệu phi kim loại ở tốc độ cắt cao

- Độ cứng cao hơn hợp kim cứng từ 5÷6 lần.

- Tính dẫn nhiệt cao hơn từ 1,5÷2,5 lần.

- Độ chịu nhiệt thấp từ 800÷10000C

- Tốc độ cắt lên tới hàng ngàn m/phút

- Nhược điểm: dễ giòn, dễ vỡ

i Nitrít Bo lập phương (còn gọi là el-bo)

Là loại vật liệu tổng hợp có nhiều tính năng ưu việt như kim cương Đặc biệt el-bo có tính chịu nhiệt lên tới 20000C Nitrua bo lập phương (cBN) là vật liệu cứng nhất sau kim cương, cBN được chế tạo bằng cách liên kết một lớp nitrua bo lập phương từ 0,5 –

1 mm trên nền carbide bằng kết tủa dưới áp suất Trong khi carbide có tính chống thay đổi đột ngột, lớp cBN có tính chống mài mòn và độ bền cạnh cắt rất cao Nitrua bo lập phương cũng được chế tạo ở kích cở nhỏ không có chất nền

Ở nhiệt độ cao, cBN có tính trơ về hóa đối với sắt và nikel và có tính chống ôxy hóa cao Do vậy chúng phù hợp để gia công các hợp kim chứa sắt và nhiệt độ cao

Do các dao cBN dễ vỡ, độ cứng của máy công cụ và trạng thái cố định rất quan trọng

để tránh rung động Hơn nữa để tránh sự vỡ vì sự thay đổi nhiệt độ đột ngột, nên thường áp dụng gia công khô

Hiện nay el-bo chủ yếu dùng làm hạt mài trong các dụng cụ mài

j Vật liệu mài

Dùng để chế tạo các loại đá mài, thanh mài, thỏi mài cho các nguyên công mài tròn, mài phẳng và làm giấy nhám Ngoài ra nó còn dùng làm bột nhão cho các nguyên công mài nghiền

Vật liệu dùng làm hạt mài gồm loại thiên nhiên và nhân tạo

- Vật liệu thiên nhiên: kim cương, oxuýt nhôm (Al2O3), thạch anh giá thành cao,

Các loại hợp kim mới và các vật liệu kỹ thuật đã và đang phát triển mạnh không ngừng

từ thập niên 1960 Các loại vật liệu này có cường độ và độ bền cao nhưng nói chung làm mài mòn và phản ứng hóa học đối với vật liệu dao Rất khó để gia công các vật liệu này có hiệu quả và cần phải cải thiện nhiều hơn đặc tính trong gia công các vật liệu cơ khí thông thường Do vậy, đã dẫn đến sự phát triển loại dao cụ được phủ

Do các đặc tính độc nhất của chúng như có tính ma sát thấp hơn, tính chống mài mòn

và chống nứt cao hơn, dao phủ được sử dụng để gia công ở tốc độ cắt cao, giảm thời gian gia công và giảm chi phí sản xuất Dao được phủ có tuổi thọ cao hơn gấp 10 lần

so với dao không được phủ

- Vật liệu phủ.

Các vật liệu phủ thông thường được sử dụng là titanium nitride (TiN), titanium carbide (TiC), titanium carbonitride (TiCN) và aluminium oxide (Al2O3) Nói chung, lớp phủ được phủ trên dao và các insert có độ dày từ 2 – 15 m, được phủ bằng các kỹ thuật sau:

− Kết tủa hóa học – hơi (CVD) bao gồm VCD được trợ giúp bằng plasma

− Độ cứng cao khi nhiệt độ cao

− Ổn định hóa học và trơ với các vật liệu gia công

- Titanium Nitride Phủ bằng Titanium Nitride có hệ số ma sát thấp; độ cứng, tính

chịu nhiệt cao và dính vào lớp nền tốt Kết quả là chúng cải thiện được tuổi thọ của dao thép gió cũng như tuổi thọ của dao carbide, mũi khoan, me cắt Dao được phủ titanium nitride (có màu vàng) được dùng cho gia công ở tốc độ cắt và bước tiến cao.Mức độ mài mòn mặt trước của dao có lớp phủ thấp hơn so với dao không phủ và mặt trước có thể được mài lại sau sử dụng vì dao mài lại không làm mất đi lớp phủ trên mặt trước của dao Tuy nhiên dao phủ sử dụng không tốt khi tốc độ cắt thấp vì lớp phủ

có thể bị mòn do dính phoi, do vậy sử dụng chúng phù hợp để ngăn cản sự dính phoi là quan trọng

- Titanium carbide Titanium carbide phủ trên me dao insert carbide vonfram có tính

chống mài mòn cạnh trước (flank wear) cao trong gia công vật liệu có tính ăn mòn

- Ceramics Vì tính trơ hóa học, tính dẫn nhiệt thấp, tính chịu nhiệt cao và tính chống

mài mòn mặt trước và mài mòn lưỡi liềm cao Ceramic sử dụng để phủ các loại vật liệu dao Lớp phủ ceramic thường được sử dụng nhất là aluminium oxide (Al2O3) vì chúng rất ổn định (không phản ứng hóa học), tuy nhiên lớp phủ nhôm oxide có độ dính kém với lớp nền

- Lớp phủ đa pha Các tính chất cần có của lớp phủ được kết hợp và tối ưu hóa bằng

việc sử dụng lớp phủ đa pha Hiện nay, có sẳn dao carbide có hai hoặc ba lớp phủ như vậy và rất có hiệu quả trong việc gia công gang và thép

Ví dụ: dao có lớp đầu tiên bằng TiC trên lớp nền, kế tiếp là lớp Al2O3 va sau đó là lớp TiN Lớp đầu tiên gắn kết rất tốt vào chất nền, lớp ngoài cùng có tính chống mài mòn

và tính dẫn nhiệt thấp Lớp trung gian có tính kết dính tốt và tích hợp với cả hai lớp còn lại

Hình 7.12Ứng dụng tiêu biểu đối với dao phủ đa lớp là:

− Tốc độ cao, cắt liên tục: TiC/Al2O3

− Chế độ cắt nặng, cắt liên tục: TiC/Al2O3/TiN

− Cắt mỏng, cắt gián đoạn: TiC/Tic+TiN/TiN

Các lớp phủ cũng có sẳn các lớp đa pha thay đổi Độ dày của các lớp này trong phạm

vi 2 – 10 µm, mỏng hơn lớp phủ đa pha thông thường Lý do sử dụng lớp phủ mỏng hơn vì lớp phủ làm tăng độ cứng, giảm kích cở hạt Do vậy lớp phủ mỏng có độ cứng cao hơn lớp phủ dày

Ví dụ: phủ đa cấp trên dao carbide

Bắt đầu từ lớp trên cùng:

Al2O3 : bền ở nhiệt độ cao

TiCN : tăng cứng bằng xơ: có tính chống mài mòn mặt trước và mài mòn lưỡi

liềm tốt đặc biệt là cắt gián đoạn

Chất nền carbide đặc biệt (mỏng): độ bền chống gãy cao

Chất nền carbide (rời): Cứng, có tính chống biến dạng dẻo

l Dao phủ kim cương

Những phát triển gần đây liên quan đến việc sử dụng kim cương đa tinh thể như một lớp phủ dao đặc biệt là carbide vonfram và dao insert silicon-nitride Điều khó khăn tồn tại là sự kết dính của lớp màng kim cương với chất nền và độ giãn nở nhiệt khác nhau giửa kim cương và vật liệu nền.

Các lưỡi dao insert phủ màng mỏng kim cương hiện nay có sẳn trên thị trường như các dao có đầu hàn lớp kim cương dày Màng kim cương mỏng kết tủa trên chất nền bằng

kỹ thuật PVC và CVD Lớp dày có thể đạt được bằng cách nuôi kim cương tinh khiết trên tấm lớn, sau đó cắt thành hình dạng bằng lazer và hàn vào cán dao carbide

Dao phủ kim cương có hiệu quả cụ thể trong gia công các vật liệu ăn mòn và vật liệu màu như hợp kim nhôm chứa silicon, sơ tăng cứng và vật liệu hợp thể mạng kim loại (metal matrix composite material) và grafit Tuổi thọ dao được cải thiện đến 10 lần so với dao phủ các loại khác

m Vật liệu phủ mới

Trong khi lớp phủ titanium-nitride được thực hiện bằng kỹ thuật kết tủy hóa –hơi vẫn thông dụng, các phát triển và thử nghiệm các vật liệu phủ mới đã và đang được thực hiện Titanium carbonnitride (TiCN) và titanium nitride (TiAIN) đã tìm thấy có hiệu quả trong gia công thép không rỉ, TiCN (được chế tạo bằng kỹ thuật kết tủy vật lý – hơi) cứng hơn và bền hơn TiN và có thể sử dụng trên dao carbide và thép gió TiAIN

sử dụng có hiệu quả để gia công hợp kim trong ngành hàng không

Lớp phủ trên nền crôm như cromium carbide (CrC) đã được tìm thấy có hiệu quả trong gia công các kim loại mềm, có khuynh hướng kết dính vào dụng cụ cắt như nhôm, đồng và titan Các vật liệu khác bao gồm zirconium nitride (ZrN) và hafnium nitride (HfN)

n Dao Ceramic trên nền Alumina

Vật liệu dao ceramic gồm chủ yếu aluminum oxide hạt nhuyễn, độ tinh khiết cao Chúng được ép nguội thành hình insert dưới áp suất cao và thiêu kết ở nhiệt độ cao Thêm vào đó titanium carbide và zirconium oxide giúp cải thiện các tính chất như độ bền và tính chống sự thay đổi nhiệt độ đột ngột

Dao ceramic gốc alumina có tính chống ăn mòn và độ cứng nóng cao Về mặt hóa học chúng ổn định hơn thép gió và carbide, do chúng có ít khuynh hướng dính vào kim loại trong khi gia công và ít có khuynh hướng hình thành các mô trên cạnh cắt Kết quả, khi gia công gang và thép, chất lượng bề mặt tốt khi gia công bằng dao ceramic Tuy nhiên, dao ceramic thiếu tính bền và dễ bị hư hỏng trước tuổi

Các lưỡi dao insert ceramic có các hình dạng giống như insert carbide, chúng sử dụng

có hiệu quả trong gia công ở tốc độ cao, các nguyên công cắt gián đoạn như tiện tinh hoặc bán tinh Để giảm sự thay đổi nhiệt độ đột ngột, gia công phải được thực hiện hoặc khô hoặc thừa lượng dịch trơn nguội Sử dụng không đúng hay gián đoạn dung dịch trơn nguội sẽ dẫn đến sự thay đổi nhiệt đột ngột sẽ làm nứt dao ceramic

Hình dạng dao ceramic và lắp đặt rất quan trọng, góc trước âm thường được chọn để tránh mẻ dao do độ bền kéo của ceramic kém

7.4 BIẾN DẠNG VÀ MA SÁT KHI CẮT KIM LỌAI

7.4.1 Quá trình hình thành phoi cắt

Khi quan sát thực tế quá trình cắt kim loại, người ta nhận thấy rằng:

− Phoi được tách ra khỏi chi tiết khi cắt không theo phương vận tốc cắt v (phương lực tác dụng),

− Phoi khi cắt ra bị uốn cong về phía mặt tự do, kích thước phoi bị thay đổi so với lớp cắt khi còn nằm trên chi tiết, hình 7.7b

Để hiểu rõ thực chất của quá trình hình thành phoi cắt, các nhà nghiên cứu đã tiến hành hàng lọat thí nghiệm Để đơn giản, các thí nghiệm được tiến hành trên mẫu bào

và mẫu tiện Các thí nghiệm tiến hành lần lượt như sau:

Từ hai thí nghiệm trên người ta đưa ra kết luận quan trọng là: thực chất quá trình tách

phoi ra khỏi chi tiết là quá trình biến dạng của các phần tử kim loại dưới sức ép của đầu dao.

b) Thí nghiệm quan sát sự dịch chuyển của các phần tử kim loại khi cắt.

Để tiếp tục hiểu rõ bản chất của quá trình cắt gọt kim loại, người ta tiến hành làm thí nghiệm cắt kim loại bằng dao có góa trước γ # 0 và quan sát sự dịch chuyển của các

phần tử kim loại được đánh dấu, hình 7.7a

Hình 7.7: Mô hình cắt trực giao

Trên hình 7.7, mô tả sự dịch chuyển của phần tử kim loại được đánh dấu P khi cắt

Đoạn dịch chuyển từ P đến điểm 1 có phương gần như song song với phương vận tốc cắt V Qua dịch chuyển qua khỏi điểm 1 đến điểm 2 thay vì điểm 2’ Đoạn 22’ gọi là

lượng trượt của phần tử kim loại P khi cắt Tương tự phần tử kim loại P tiếp tục trượt đến điểm 3, điểm 4 Thí nghiệm cho thấy đoạn 3-4 song song với mặt trước của dao Điều này được giải thích là khi phần tử kim loại P trượt đến điểm 3 thì quá trình trượt kết thúc và đã chuyển thành phoi cắt Điểm 3 được gọi là điểm kết thúc trượt của phần

tử kim loại P khi cắt

Bằng cách đánh dấu như vậy người ta xây dựng đường dịch chuyển của phần tử P khi cắt là P1234P’ Trong đó đoạn 4P’ là một cung cong về phía mặt tự do của phoi có bán kính Rp Điểm 4 được xác định bằng cách: từ điểm tách rời sự tiếp xúc giữa phoi và mặt trước của dao, dựng đường vuông góc với mặt trước dao (EF┴OE) Đường Ef sẽ cắt đường P1234P’ tại điểm 4

Nếu quan sát vô số điểm trên mặt bên của mẫu cắt, ta sẽ nhận được vô số đường dịch chuyển của các phần tử kim loại tương ứng, đồng thời xác lập được mặt bắt đầu trượt

OA và mặt kết thúc trượt OC Vùng giới hạn bởi mặt trượt OA và OC được gọi là vùng trượt hay vùng biến dạng

Thí nghiệm trên được tiến hành với vận tốc cắt V = 0.002 m/phút Trong thực tế vận tốc cắt lớn hơn nhiều do vậy tốc độ biến dạng trượt cũng rất lớn, hai mặt trượt OA và

OC gần như trùng nhau, chỉ cách nhau khoảng 0.03 - 0.2 mm Để đơn giản người ta xem như hai mặt trượt này trùng nhau được gọi là mặt trượt τ-τ nằm nghiêng so với phương vận tốc cắt V một góc β1 = 300 - 400 Bên trong mỗi phần tử cũng có sự xê dịch giữa các tinh thể dưới một góc β2 = 600 - 650 , hình 7.4b

Qua những thí nghiệm trên người ta khẳng định rằng dòn không phải là bản chất của vật liệu mà chỉ là trạng thái của chúng, vật liệu dòn và vật liệu dẻo không thể xác định

rõ giới hạn mà chúng còn phụ thuộc vào tải trọng tác dụng lên chúng Đồng thời khi tốc độ biến dạng tăng lên thì nhiệt trong vật thể biến dạng cũng tăng lên, tính dẻo của vật liệu cũng thay đổi theo nhiệt độ

Việc giải thích cơ chế cắt gọt kim loại cũng gây nhiều mâu thuẫn, trong đó nhiều giải

thích cho rằng: quá trình hình thành phoi cắt là quá trình trượt dần hay trượt liên tục của các phần tử kim loại theo các mặt trượt của chúng.

Hiện tượng phoi bị uốn cong về phía mặt tự do sau khi ra khỏi mặt EF được giải thích như sau: các phần tử kim loại sau khi ra khỏi vùng trượt thì quá trình trượt cơ bản đã kết thúc Trong khi đó các phần tử kim loại nằm sát và tiếp xúc với mặt trước của dao vẫn bị chèn ép, ma sát do đó vẫn tiếp tục biến dạng Kết quả của sự chèn ép này là các hạt kim loại ở vùng tiếp xúc bị ép dài ra khi hình thành phoi Mặt khác vùng OE bị mặt trước dao ma sát nên sau khi ra khỏi điểm E, các phần tử kim loại được giải phóng

tự do một cách đột ngột Tập hợp các nguyên nhân trên, sau khi ra khỏi mặt EF phoi bị uốn cong về phía mặt tự do của chúng

b Phoi xếp:

Thường gặp khi gia công vật liệu dẻo như thép, đồng thau mềm ở tốc độ cắt thấp, chiều dày cắt lớn và góc cắt của dao có giá trị tương đối lớn Ta thu được phoi có dạng từng đoạn hoặc từng mảnh xếp lớp lên nhau gọi là phoi xếp Lực thay đổi ít hơn, rung động ít hơn, bề mặt gia công bóng hơn

c Phoi dây:

Thường gặp khi gia công vật liệu dẻo ở tốc độ cắt cao, chiều dày cắt bé Ta thu được phoi dài liên tục gọi là phoi dây Lực cắt đơn vị bé, ít biến đổi, độ bóng bề mặt cao hơn

7.4.3 Hiện tượng co rút phoi:

Kích thước của phoi tách ra không giống với lớp cắt tương ứng khi nó còn nằm trong chi tiết (hình 7.8): L >Lf, af >a, bf =b

Hiện tượng đó gọi là hiện tượng co rút phoi và được đặc trưng bởi hệ số co rút phoi:

a

a L

L, Lf – chiều dài lớp cắt và chiều của phoi

af, a – chiều dày phoi và chiều dày lớp cắt

bf, b – chiều rộng phoi và chiều rộng lớp cắt

7.4.4 Hiện tượng lẹo dao (phoi bám):

Khi cắt kim loại, trên mặt trước của dao kề ngay lưỡi cắt, thường xuất hiện lớp kim loại có cấu trúc kim tương khác hẳn với vật liệu gia công và vật liệu làm dao Nếu lớp kim loại này bám chắc vào lưỡi cắt của dao thì được gọi là lẹo dao hay phoi bám

Lẹo dao không tồn tại lâu trên dao, nó định kỳ bị bẻ gãy rồi rơi vào giữa lưỡi cắt và phôi, gọi là phoi lẹo dao Khí đó sẽ gây nên các vết lõm trên bề mặt gia công, làm cho

bề mặt không trơn nhẵn

- Tác dụng của lẹo dao:

+ Tác dụng tốt:

* Độ cứng của các khối lẹo dao cao hơn nhiều so với bản thân vật liệu chi tiết nên

có thể thay thế lưỡi cắt, bảo vệ lưỡi cắt

Hình 7.8 – Quá trình tạo phoi

Người ta tiến hành làm thí nghiệm quan sát sự dịch chuyển của 3 phần tử kim loại

O 1, O 2 , O 3 trong quá trình cắt và đưa ra các nhận xét như sau:

Hình 7.5: Sơ đồ quá trình hình thành bề mặt gia công

− Phương trượt của hạt kim loại tạo với phương áp lực pháp tuyến lên phần tử kim loại đó một góc là ψ

− Tại O (phân tử kim loại O) có phương trượt vc // v

− Tại O1 (phần tử kim loại O1) có phương trượt hướng về phía phoi, do đó có khả năng trượt để thành phoi

− Tại O2 (phần tử kim loại O2) có phương trượt hướng về phía chi tiết gia công Do

đó sự trượt bị chặn lại – không thể thành phoi cắt

Từ những nhận xét trên các nhà nghiên cứu đã rút ra kết luận rất quan trọng như sau:

− Khi cắt, những phần tử kim loại trên trên lớp cắt có chiều dày a nằm trên mặt OF sẽ

bị trượt và tạo thành phoi; những phần tử kim loại nằm trước mặt OF sẽ bị đầu dao nén

ép để tạo thành bề mặt đã gia công của chi tiết Lớp kim loại bị nén ép đó có chiều dày

∆a Lớp kim loại ∆a bị biến dạng dưới sức ép của đầu dao và mặt sau dao

− Sự biến dạng của lớp kim loại ∆a xảy ra cả biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi Do biến dạng đàn hồi nên khi ra khỏi mặt sau dao một phần của lớp kim loại được phục hồi một lượng ∆h < ∆a

− Phân tích trạng thái ứng lực của các phần tử kim loại trong khu vực bị chèn ép trên hình 7.6 ta thấy: các phần tử kim loại nằm trong vùng từ O đến O3 vừa chịu ứng suất nén σ do đầu dao ép, vừa chịu ứng suất kéo τ do ma sát giữa mặt dao và các phần tử kim loại trên chi tiết sát đó

− Cũng tương tự như vậy, đối với

các phần tử kim loại trong khu vực

O3A Riêng trong vùng AB thì các

phần tử kim loại trên chi tiết do sự

giãn nở đột ngột từ vùng chèn ép ra

trạng thái tự do bị các phần tử kim

loại trước nó và sau nó kéo ra Do

hiện tượng kéo giãn đột ngột đó nên

bề mặt đã gia công dễ phát sinh các

vết nứt tế vi

Hình 7.6: Trạng thái ứng lực của các phần tử kim loại trong khu vực bị chèn épBên cạnh tải trọng lực phức tạp như vậy, bề mặt đã gia công còn nhận tác dụng nhiệt cũng hết sức phức tạp, hình thành nên bề mặt chi tiết gia công có những đặt tính:

- Ứng suất dư sinh ra trong lớp bề mặt sát bề mặt đã gia công

- Trên bề mặt đã gia công xuất hiện các vết nứt tế vi

- Một lớp mỏng của lớp bề mặt đã gia công bị hóa bền (hay bị biến cứng)

Độ hóa bền được biểu thị bằng hệ số D, công thức tính như sau:

% 100

− HVs : độ cứng tế vi sau khi gia công

− HVt : độ cứng tế vi trước khi gia công

D = 120 – 200%, chiều sâu biến cứng khỏang 20 – 300 m Mài chiều sâu biến cứng khỏang 60m Trong gia công cao tốc chiều sâu biền cứng đạt nhỏ hơn 90m

Tổng hợp những kết quả nghiên cứu quá trình hình thành phoi và quá trình hình thành

bề mặt đã gia công, được đúc kết thành lý thuyết 5 vùng biến dạng khi cắt (hình 7.7).

Hình 7.7: Các vùng biến dạng khi cắt

Vùng I là vùng bắt đầu phát sinh biến dạng khi cắt Hình thành biến dạng chủ yếu

trong vùng này là biến dạng đàn hồi Những phần tử kim loại càng gần mặt OA thì mức độ biến dạng càng tăng OA là giới hạn chuyển biến từ biến dạng đàn hồi sang trạng thái biến dạng dẻo (trượt)

Vùng II là vùng biến dạng dẻo của vật liệu gia công Các phần tử kim loại càng gần

mặt OC được coi như dần hoàn thành biến dạng dẻo sắp sửa tách ra trở thành các phần

tử phoi Đây là vùng biến dạng mảnh liệt nhất

Vùng III là vùng ma sát giữa mặt trước của dao với các phần tử kim loại phoi cắt sau

khi ra khỏi vùng biến dạng dẻo II Do ma sát nên bề mặtb này của phoi sau khi ra khỏi mặt trước của dao rất nhẵn bóng

Vùng IV là vùng biến dạng và ma sát giũa mặt sau dao với các phần tử kim loại trên

bề mặt đã gia công nằm sát mặt sau dao Về biến dạng thì đây là vùng vừa có biến dạng đàn hồi, vừa có biến dạng dẻo

Vùng V là vùng của các phần tử kim loại đã hoàn thành biến dạng và trở thành phoi

cắt

7.5 Các hiện tượng cơ lý sinh ra trong quá trình cắt kim lọai.

7.5.1 Hiện tượng nhiệt cắt.

Hầu hết năng lượng tiêu hao trong quá trình cắt được chuyển hóa thành nhiệt năng Một phần nhỏ năng lượng tiêu hao làm thay đổi thế năng của mạng tinh thể kim lọai, trong quá trình tính tóan có thể bỏ qua

Năng lượng này chính là để thực hiện quá trình biến dạng và ma sát khi cắt Điều này

có nghĩa là: nguồn gốc của nhiệt là biến dạng và ma sát khi cắt Ta có:

) /

( 427

.

phút Kcal

V P E

V P E

− V : vận tốc cắt – m/phút

Qua các thí nghiệm nghiên cứu, người ta

nhận thấy phần lớn nhiệt sinh ra trong quá

trình cắt phần lớn đi vào phoi, dao, kế đến

đi vào chi tiết và một phần nhỏ phân tán

ra môi trường xung quanh

Vận tốc càng lớn, biến dạng và ma sát chủ yếu nằm trong phoi do thới gian tiếp xúc giữa phoi và dao, phoi và chi tiết ít, vì vậy nhiệt độ truyền vào chi tiết và dao càng giảm

• Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt cắt:

- Chế độ cắt: t, s, v tăng thì nhiệt độ tăng nhưng không tỷ lệ thuận

- Thông số hình học của dao:

+ Góc trước γ tăng, biến dạng giảm nên nhiệt độ cắt giảm Song góc trước tăng, khả năng truyền nhiệt kém đi, kết quả nhiệt độ cắt giảm ít.+ Góc nghiêng chính ϕ tăng, a tăng (a = S sinϕ) đưa đến K giảm, điều kiện truyền nhiệt xấu, kết quả nhiệt độ cắt tăng

- Vật liệu gia công dòn, biến dạng ít, nhiệt độ cắt thấp so với vật liệu dẻo

- Vật liệu làm dao nào có hệ số ma sát càng lớn và tính truyền nhiệt càng

bé thì nhiệt độ trên dao càng cao

- Khi cắt có tưới nhiệt độ trơn nguội thì ma sát và nhiệt độ trên dao giảm

Nguồn gốc của lực cắt trên mô hình tiện

lực không gian Để tiện cho việc nghiên

cứu, tính tóan và kiểm tra, người ta

nghiên cứu lực cắt thông qua các thành

phần theo ba phương V ,→,→s →t

Hình 7.8

2 Phân tích các thành phần của lực cắt.

Khi nghiên cứu tải trọng tác dụng lên hệ

thống công nghệ, người ta phân tích lực

cắt thành các thành phần có phương trùng

với phương chuyển động cắt gọt, hình 7.9

2 2 2

t s

P

Hình 7.9Từ lực cản căt gọt R này, người ta thường phân thành 3 hướng cần thiết khác nhau (Hình 4.15)

z y

Lực hướng kính Py: tác dụng trong mặt phẳng nằm ngang và vuông góc với đường tâm chi tiết Thành phần lực này có tác dụng đẩy chi tiết gia công ra xa đường tâm của máy, làm cho chi tiết dễ bị cong, ảnh hưởng đến độ chính xác hình học của chi tiết gia công

Lực hướng trục Px: hay còn gọi là lực chạy dao, tác dụng ngược hướng chuyển động chạy dao s Lực hướng trục cần thiết để tính độ bền của các chi tiết trong chuyển động chạy dao, mà khâu yếu nhất trong xích chạy dao là cơ cấu bánh răng-thanh răng hoặc

cơ cấu vítme – đai ốc

- Chiều sâu cắt t và lượng chạy dao s tăng, lực cắt tăng, nhưng ảnh hưởng của t lớn hơn s Vận tốc cắt v ảnh hưởng đến lực cắt cũng tương tự như

ảnh hưởng của nó đến biến dạng của phoi Khi tăng v đến v2 (15-20 m/phút) lực gai3m; tiếp tục tăng đến v3 (40-50 m/phút) lực tăng; tiếp tục tăng nữa lực giảm, cho đến khi v ≥200 m/phút thì lực hầu như không

thay đổi Hiện nay xu hướng cắt với vận tốc cắt cao (v>50 m/phút) nên coi quan hệ giữa t và lực cắt như sau: v tăng lực cắt giảm.

p

Pv =Trong đó:

− q ( mm2 ) là diện tích tiết diện phoi cắt ( q = a.b = s.t )

− p ( Kg ) là lực cắt đơn vị Lực cắt đơn vị là lực cần thiết để tách được một đơn vị diện tích phoi cắt, N/mm2 Lực cắt đơn vị đặt trưng cho một lọai vật liệu xác định được gọi là hằng số lực cắt, thương ký hiệu là C’p

Theo các nhà nghiên cứu thì lực cắt đơn vị p xác định một cách gần đúng có thể biểu diễn trong mối quan hệ với độ bền của vật liệu nếu là vật liệu dẻo hoặc trong mối quan

hệ với độ cứng nếu là vật liệu dòn

p = ( 2.5 – 4.5 ) σb ( vật liệu dẻo )

p = ( 0.5 – 1.0 ) HB ( vật liệu dòn )

Giá trị nhỏ sử dụng khi chiều dày cắt lớn và ngược lại

b) Xác định lực cắt trên cơ sở khảo sát thực nghiệm mức độ ảnh hưởng của các yếu

tố cắt gọt đến lực cắt : chế độ cắt, thông số hình học của dao, điều kiện bôi trơn…,

các nhà nghiên cứu đã tiến hành thực nghiệm, xử lý số liệu thực nghiệm và đưa ra công thức tính lực cắt như sau:

px npx ypx xpx px x

py npy ypy xpy py y

pz npz ypz xpz pz z

K v s t C P

K v s t C P

K v s t C P

.10

.10

.10

py npy ypy xpy py y

pz npz ypz xpz pz z

K v s t C P

K v s t C P

K v s t C P

p D s K C

- CP : hệ số đối với lực chiều trục xét đến điều kiện cắt nhất định

- Zp, yp : số mũ xét đến mức độ ảnh hưởng của dao và lượng chạy dao đến lực cắt theo các phương

- D : đường kính dao khoan (mm)

- Kmp=Kp : hệ số điều chỉnh khi xét đến các yếu tố còn lại

Thực nghiệm cho thấy giữa các thành phần lực cắt có mối quan hệ với nhau Ví dụ khi tiện bằng dao một lưỡi cắt ta có:

4 Xác định công suất cắt.

Công suất cắt tổng cộng:

)

(KW N

N N

Nc = v+ s+ tThực tế khi cắt gọt thường không có chuyển động theo phương chiều sâu cắt t nên Nt =

0 Mặt khác vận tốc chuyển động theo phương chạy dao nhỏ hơn nhiều so với vận tốc cắt Để đơn giản cho quá trình tính tóan, khi tính công suất cắt người ta thường bỏ qua công suất chạy dao

)(102.60

.102

.60

KW V P V

P N

v