Tính gia công của vật liệu chế tạo máy và ứng dụng của nó

Phần I: Xây dựng phương pháp luận xác định chế độ cắtcho vật liệu đã biết mác của một nước bất kỳ khi sử dụng hệ số tính gia công K.. Khái niệm: Tính gia công của vật liệu là tập hợp nhữ

Phần I: Xây dựng phương pháp luận xác định chế độ cắt

cho vật liệu đã biết mác của một nước bất kỳ khi sử dụng

hệ số tính gia công K.

1, Tính gia công:

Chế độ cắt của vật liệu phụ thuộc vào tính gia công của vật liệu Do đó

trước tiên ta tìm hiểu thế nào là tính gia công của vật liệu cắt

Khái niệm: Tính gia công của vật liệu là tập hợp những tính chất của vật

liệu được gia công từ quan điểm sự tích hợp của nó đối với gia công các chi tiết

máy bằng một phương pháp gia công cụ thể Mức độ tính gia công của vật liệu

đã cho là kết quả kinh tế và chất lượng của quá trình gia công

Một vật liệu có tính gia công tốt hơn vật liệu khác khi thời gian tiêu tốn

cho cho cắt gọt nó càng ngắn, sự tiêu tốn dụng cụ, năng lượng về thiết bị sản

xuất càng nhỏ với việc cùng đảm bảo yêu cầu kỹ thuật về độ chính xác kích

thước hình dáng sản phẩm và độ nhám bề mặt

Tính gia công của vật liệu không phải chỉ đặc trưng bằng một số tính chất

như độ bền, độ cứng mà còn là những tính công nghệ khác nhau của vật liệu mà

với tính chất đó có ảnh hưởng đến độ mòn của dao cụ, lực cắt, độ nhám bề mặt,

hình dạng của phoi…

Tính gia công của vật liệu phụ thuộc một số nhân tố như: thành phần hóa

học của vật liệu, phương pháp sản xuất và gia công nhiệt, cấu trúc tế vi, độ lớn

hạt và mạng lưới tinh thể Các nhân tố nêu trên nhiều khi ảnh hưởng một cách

tương hỗ nhau đến tính gia công và không thể đánh giá độc lập riêng lẻ nhau

Tính gia công là một hàm số không chỉ của riêng vật liệu gia công mà còn của

phương pháp gia công, vật liệu làm dao,…Tính gia công của vật liệu có thể đánh

giá theo chỉ tiêu như hình dạng của phoi, độ ổn định của kích thước sau khi gia

công, lực cắt, độ nhám bề mặt, độ mòn của dụng cụ cắt…

2 Những quan điểm đánh giá tính gia công của vật liệu:

- Đánh giá tính gia công từ quan điểm độ lớn của tốc độ cắt

- Đánh gia tính gia công từ quan điểm lực cắt

- Đánh giá tính gia công từ quan điểm chất lượng bề mặt sau khi gia

công

- Đánh giá tính gia công từ quan điểm sự hình thành phoi

- Đánh giá tính gia công từ quan điểm nhiệt ước của vật liệu sau gia

công

- Phương pháp đánh giá không trực tiếp tính gia công

- Đánh giá tổng hợp tính gia công

Trong thực tế để gia công một số lượng lớn vật liệu mà mỗi vật liệu có

tính gia công riêng nên quan hệ giữa tốc độ cắt, chiều sâu cắt và lượng chạy dao

đối với những vật liệu khác nhau là rất khác nhau Do đó việc tính toán hay lập

chế độ cắt cho một số lượng khổng lồ các loại vật liệu là rất tốn kém và không

dễ dàng Chính vì vậy, người ta đưa ra khái niệm và các phương pháp đánh giá

tính gia công của vật liệu với mục đích cơ bản nhất đó là phân chia vật liệu

thành các nhóm gia công riêng rẽ và thiết lập cho mỗi nhóm gia công đó một

chế độ cắt đặc trưng

Theo tài liệu của Tiệp thì tất cả các vật liệu chế tạo máy được phân chia

thành bốn họ tính gia công cơ bản Từng họ riêng được ký hiệu bằng những chữ

cái a, b, c, d và xếp chúng theo thứ tự như sau:

a: gang xám và gang ủ

b: Thép và thép đúc

c: Hợp kim không chứa sắt (đồng, đồng thau, đồng thanh)

d: Hợp kim nhẹ (nhôm, magie và hợp kim của nó)

Ngoài bốn loại cơ bản trên còn có:

e: Chất dẻo

f: chất khoáng tự nhiên

g: chất tạo lớp

h: cao su

Tính gia công của vật liệu là giống nhau nhưng đôi khi sẽ thay đổi khi

phương pháp gia công là khác nhau Do đó, phương pháp gia công được chia

làm bốn loại cơ bản:

- Tiện: thuộc vào tiện còn có bốn phương pháp bào, xọc, bào răng, cắt

ren bằng dao định hình

- Phay: gồm cả phay răng, phay ren

- Khoan: bao gồm cả khoét, doa, cắt ren bằng taro và đầu cắt ren

- Mài: bao gồm tất cả các phương pháp gia công bằng hạt mài và đá

mài

Các vật liệu thép, gang cũng như các kim loại nặng, nhẹ, kim loại không

chứa sắt sau khi được chia thành các họ cơ bản lại được chia thành 20 nhóm tính

gia công cụ thể:

- Đối với gang (ký hiệu là a): có 1a, 2a, 3a,…., 20a

- Đối với thép (ký hiệu là b): có 1b, 2b, 3b, … , 20b

- Kim loại không sắt (ký hiệu c): có 1c, 2c, 3c, …, 20c

- Kim loại nhẹ (ký hiệu d): có 1d, 2d, 3d, …, 20d

Với cách phân nhóm này thì vật liệu thuộc nhóm 1 là khó gia công nhất

và ở nhóm 20 là dễ gia công nhất Trong ngành chế tạo máy thì vật liệu thông

dụng nhất thuộc từ nhóm 7 đến 18

Nguyên tắc được xếp vào cùng một nhóm tính gia công là điều kiện tính

gia công như nhau, tuổi bền dao như nhau và giá trị theo chỉ tiêu đánh giá nào

đó phải nằm trong một giới hạn nhất định Phải có cùng điều kiện như sau:

- Chiều sâu cắt và độ lớn chạy dao

- Hình học lưỡi cắt của dao.

- Kích thước và dạng dao

- Loại vật liệu dao

- Độ lớn mòn của lưỡi cắt

- Kích thước và hình dạng vật

- Phương pháp gá vật mẫu

- Độ cứng vững của hệ thống công nghệ

Khi xếp nhóm ta cần đánh giá theo một chỉ tiêu nào đó (ví dụ theo độ mòn

dao, lực cắt, công suất cắt) và lấy một vật liệu làm chuẩn và coi như vật liệu này

có hệ số tính gia công bằng 1 Đo giá trị chỉ tiêu ở tất cả các vật liệu Sau đó

thực hiện so sánh với vật liệu chuẩn, ta có hệ số:

Giá trị chỉ tiêu vật liệu nghiên cứu

K =

Giá trị chỉ tiêu vật liệu chuẩn

Từ giá trị K này ta lấy giá trị khoảng cách giữa các nhó Theo tiêu chuẩn

này thì giá trị khoảng cách là q 10 10 1.26 

Hệ số này phù hợp với cấp số vòng quay và lượng chạy dao của máy cắt

kim loại Hệ số tính gia công của vật liệu chuẩn K0 = 1 Vật liệu chuẩn này có

hai vật liệu ngay liền kề

Nhóm thấp hơn sẽ có hệ số:

1

0.79

1, 26

K q

Nhóm cao hơn sẽ có hệ số:

2 1 1.1, 26 1, 26

K  q  Vật liệu chuẩn cho các loại vật liệu theo bảng sau:

Loại Nhóm Hệ số tính gia

công Gang

20a Gang xám

Thép

Thép kết cấu thường hoá (116001)

Kim loại

Đồng thau 90HB

Kim loại

Hợp kim nhôm

Bảng 1.1: Vật liệu chuẩn cho các loại vật liệu

Căn cứ vào lý luận trên và căn cứ vào các công thức (1.2), (1.3) và bảng 1.1 ta thiết

lập được giá trị hệ số tính gia công và giới hạn của nó để phân chia vật liệu theo các nhóm

cho việc gia công bằng dao có lưỡi, thể hiện ở bảng 1.2 như sau:

bình

Gang xám

0,045 – 0,056

0,057 – 0,071

0,072 – 0,089

0,09 – 0,112

0,113 – 0,14

0,15 – 0,18

0,19 – 0,22

0,23 – 0,28

0,29 – 0,35

0,05 0,063 0,08 0,1 0,126 0,16 0,2 0,25 0,31

-1a 2a 3a 4a 5a 6a

1b 2b 3b 4b 5b 6b 7b 8b 9b

-1a 2a 3a 4a 5a

-1c 2c 3c 4c 5c 6c 7c

-1d 2d 3d 4d 5d 6d 7d

0,36 – 0,44

0,45 – 0,56

0,57 – 0,71

0,72 – 0,89

0,4 0,5 0,63 0,8

7a 8a 9a 10a

10b 11b 12b 13b

6a 7a 8a 9a

8c 9c 10c 11c

8d 9d 10d 11d

1,13 – 1,41

1,42 – 1,78

1,79 – 2,24

2,25 – 2,82

2,83 – 3,55

3,56 – 4,47

4,48 – 5,62

5,63 – 7,08

7,09 – 8,92

1,26 1,6 2,0 2,5 3,15 4,0 5,0 6,3 7,9

12a 13a 14a 15a 16a 17a 18a 19a 20a

15b 16b 17b 18b 19b 20b

-11a 12a 13a 14a 15a 16a 17a 18a 19a

13c 14c 15c 16c 17c 18c 19c 20c

-13d 14d 15d 16d 17d 18d 19d 20d

-Bảng 1.2: Phân nhóm vật liệu theo tính gia công đối với gia công bằng dao có lưỡi

Việc phân nhóm vật liệu đối với phương pháp gia công mài (bao gồm cả

việc gia công với hạt mài) chỉ chia thành 10 nhóm Vật liệu có tính mài tốt nhất

được xếp vào nhóm 1 và khó nhất vào nhóm 10 Vì khi mài có một số ảnh

hưởng lẫn nhau tác động lên quá trình mài nên không thể lấy hệ số tính gia công

như ở cắt gọt bằng dao có lưỡi Đối với mài, vật liệu gia công cũng được chia

thành 4 nhóm chính như gang (a), thép (b), đồng (c), nhôm (d) và việc xếp nhóm

tính gia công sẽ theo hệ số thời gian mài (cũng tương đương hệ số tính gia

công) Thể hiện ở các bảng sau:

- Vật liệu thép: vật liệu chuẩn 141094 (nhóm 5b)

Độ chênh lệch giữa các nhóm cho bằng hệ số:

15 10 1.16

q  

Hệ số

thời

gian

mài K

Nhóm gia công

Bảng 1.3: Phân nhóm thép đối với phương pháp gia công mài

- Vật liệu gang: vật liệu chuẩn gang xám 422420 (nhóm 8a)

Độ chênh lệch giữa các nhóm cho bằng hệ số: q 20 10 1.12 

Hệ số

thời

gian

mài K

Nhóm gia công

Bảng 1.4: Phân nhóm gang đối với phương pháp gia công mài

- Vật liệu đồng: vật liệu chuẩn 423213 (nhóm 10c)

Độ chênh lệch giữa các nhóm bằng hệ số: q 25 10 1.10 

Hệ số

thời

gian

mài K

Nhóm gia công

Bảng 1.5: Phân nhóm gang đối với phương pháp gia công mài

Dựa vào cơ sở của các lý luận trên, khi cho vật liệu đã biết mác của một

nước bất kỳ ta xem vật liệu đó tương đương với vật liệu nào của Tiệp Khắc bằng

cách sử dụng bảng sau:

STT Liên Xô Trung Quốc Triều Tiên Tiệp Khắc Ba Lan Nhật

1 CT0 A0 0 10001 STO

Bảng 1.6: Bảng ký hiệu vật liệu của các nước

Từ mác tương đương của Tiệp Khắc ta xác định xem vật liệu đó thuộc họ

gang (a), thép (b), hợp kim không chứa sắt (c) hay hợp kim nhẹ (d) theo quy tắc

sau:

- Thép:

Thép gia công áp lực: số thứ nhất luôn luôn là 1 Thể hiện bằng sơ đồ sau:

1X XXX.XX

Thép đúc: ký hiệu bằng 6 chữ số trong đó cặp với ba chữ số đầu là 422 và

có 2 số bổ sung sau dấu chấm Sơ đồ là: 422 XXX.XX

- Gang:

Gang xám: được ký hiệu bằng 6 chữ số với 4 số đầu tiên là 4224XX, 2

chữ số cuối cùng thể hiện chế độ bền kéo nhỏ nhất

Gang ủ: được ký hiệu bằng 6 chữ số với sơ đồ 4225 XX

Gang dẻo: được ký hiệu bằng 6 chữ số với sơ đồ 4223XX

- Vật liệu không chứa sắt:

Đồng thau: được ký hiệu bằng 6 chữ số với 4232XX

Đồng thanh: được ký hiệu bằng 6 chữ số với 4230XX

Đồng thanh nhôm: được ký hiệu bằng 6 chữ số với 4231XX

- Hợp kim nhẹ:

Hợp kim nhôm với áp lực làm chắc: 4242XX

Hợp kim nhôm với áp lực không làm chắc: 4244XX

Hợp kim nhôm đúc: 4243XX

Sau khi xác định vật liệu thuộc họ nào, dựa vào hệ số tính gia công K và

phương pháp gia công tra một trong các bảng 1.2, 1.3, 1.4, 1.5 để phân nhóm và

xác định vật liệu chuẩn trong nhóm đó Từ vật liệu chuẩn ta có chế độ cắt của

vật liệu chuẩn và khi đó chế độ cắt của vật liệu đã cho bất kỳ sẽ bằng chế độ cắt

của vật liệu chuẩn nhân với hệ số tính gia công K

Đó chính là phương pháp xác định chế độ cắt cho vật liệu đã biết mác của

một nước bất kỳ khi sử dụng hệ số tính gia công K

Phần II: Xây dựng phương pháp tính gia công của vật liệu

khi chưa biết mác hoặc vừa sản xuất ra Bằng kiến thức về

tính gia công của vật liệu hãy thực hiện việc phân loại, xếp

nhóm vật liệu theo tính gia công của chúng đối với phương

pháp Tiện.

Bằng phương pháp đo mặt sáng bóng trên vật liệu gia công d ei : Căn cứ

vào số liệu đề bài đã cho ta thực hiện như sau:

Khi gia công mài có đặc thù là sau khi điều chỉnh chiều sâu cắt cho đá

mài chạy qua vật liệu mài thì với một lần chạy dao không bao giờ cắt hết được

lượng dư cắt Cứ tiếp tục cho chạy dao thì hoa lửa còn phát ra Tuỳ theo tính gia

công của vật liệu và tính cắt gọt của đá mài mà số lần chạy dao khi không thêm

chiều sâu cắt nhiều hay ít Còn hoa lửa phát ra chứng tỏ còn lực cắt và còn lượng

dư cắt Đường cong được xây dựng giữa lực cắt (Fy, Fz) với thời gian t

Dạng đường cong phát tia lửa được xác định:

. 1t

T y

F C e (2.1) Trong đó: C – Hằng số của đường cong phát tia lửa

T – Hằng số thời gian

Dạng của đường cong phát tia lửa thể hiện rất rõ tính gia công của vật liệu

khi mài và tính cắt gọt của đá mài Cường độ ăn vật liệu càng lớn thì đường

cong càng dốc và như vậy góc α càng lớn

Với sự phân tích từng tính chất riêng của đường cong phát tia lửa Fy = f(t)

ta có tiêu chuẩn để đánh gia tính gia công như sau:

Tiêu chuẩn độ dốc của công:

5 5

2

10

10

( 1)

U

S T C



  (2.2)

Trong đó:

S là diện tích đường cong

T là hằng số thời gian và được tính theo công thức:

2 2

ln( ) ( ln )

T

  





(2.3)

C là hằng số đường cong phát ra tia lửa điện và được tính theo công thức:

Với i là thời điểm đo và:

Sau khi tính toán được độ dốc U của từng loại vật liệu trong các lần đo

khác nhau, ta có hệ số thời gian mài K được xác đinh:

chuan

U K U

Theo đề bài ta chọn vật liệu 2 làm chuẩn

Để phân nhóm vật liệu thép cho việc gia công bằng mài ta dựa vào hệ số

K và tra bảng sau:

Hệ số

thời

gian

mài K

Nhóm gia công

Bảng 2.1: Nhóm tính gia công của vật liệu thép khi gia công mài

Độ chênh lệch giữa các nhóm cho bằng hệ số:

1510 1,16

Để đơn giản cho quá trình tra bảng để phân nhóm gia công, ta chia

khoảng của bảng 2.1 thành như sau:

Hệ số

thời

gian

mài K

Nhóm gia công

1,709-1,96

1,44-1,70

1,3-1,43

1,05-1,29

0,93-1,04

0,79-0,92

0,72-0,78

0,59-0,71

0,54-0,58

0,45-0,53

Bảng 2.2: Nhóm tính gia công của vật liệu thép chia khoảng khi gia công mài

Bằng việc sử dụng ngôn ngữ lập trình C++ cho bài toán (mã code chương

trình ở phần phụ lục), ta được kết quả tính hệ số K:

Bảng 2.3: Hệ số thời gian mài K của 5 vật liệu

Và từ đó, dựa vào bảng 2.2 ta phân nhóm vật liệu như sau:

Bảng 2.4: Phân nhóm vật liệu trong 4 lần đo

(Chú ý: 0b là không nằm trong giá trị khoảng trong bảng 2.2, tức là không phân

được nhóm cho vật liệu)

Như vậy, với việc phân chia vật liệu như trên ta có thể kết luận:

 Vật liệu 1 thuộc nhóm 1b

 Vật liệu 2 và vật liệu 5 thuộc nhóm 5b

 Vật liệu 3 và vật liệu 4 thuộc nhóm 3b

LẬP TRÌNH

Mã code chương trình lập trình trên C++: Phương pháp Mài

#include<conio.h>

#include<iostream.h>

#include<math.h>

// HAM TINH TONG Ti BINH PHUONG

int t1()

{

int i,T;

T=0;

for(i=1;i<=10;i++)

T = T + pow((i-1)*5,2);

return T;

}

// HAM TINH TONG CAC Ti

int t2()

{

int i,T;

T = 0;

for(i=1;i<=10;i++)

T = T + (i-1)*5;

return T;

}

// HAM TINH TONG CAC LOGA NEPE Fy

float t3 (float a[][4], int j)

{

int i;

float t3;

t3=0;

for(i=1;i<=10;i++)

t3 = t3 + log(a[i][j]);

return t3;

}

// HAM TINH TONG Ti.ln(Fy)

float t4(float a[][4], int j)

{

float t4;

int i;

t4 = 0;

for(i=1;i<=10;i++)

t4 = t4 + (i-1)*5*log(a[i][j]);

return t4;

}

// HAM TINH T

float T(float a[][4],int j)

{

float T;

T = (10*t1() + t2()*t2())/(10*t2()*t3(a,j) + t4(a,j));

return T;

}

// HAM TINH C

float C(float a[][4], int j)

{

float C;

C = 2.71*(T(a,j)* t3(a,j) + t2());

return C;

}

// HAM TINH U

float Ub(float a[][4], int j)

{

float U;

U = (pow(10,5)*C(a,j))/(T(a,j)*T(a,j)*(C(a,j)-1));

return U;

}

// HAM PHAN NHOM

int nhom( float K)

{

float a[11]={0,0.45,0.54,0.59,0.72,0.79,0.93,1.05,1.3,1.44,1.709};

float b[11]={0,0.53,0.58,0.71,0.78,0.92,1.04,1.27,

1.43,1.70,1.96};

int i,nhom;

nhom=0;

for(i=1;i<=10;i++)

if((a[i]<=K)&&(K<=b[i])) nhom=11-i;

return nhom;

}

// CHUONG TRINH CHINH

void main()

{

clrscr();

float U[5][4];

float a1[10][4] = { { 200,221,219,219},

{ 163,179,180,175.5}, { 132.1 , 147 , 149.2 , 139}, { 111.5 , 123, 124.1, 115}, { 99 , 104 , 103.6 , 99}, { 91.2 , 91.2 , 91.1, 89.3}, { 83.1 , 79.7 , 79.7 , 79.7}, { 76.3 , 70.5 , 71.8 , 73.3}, { 69.5 , 63.8 , 65 , 67.2}, { 65 , 59.3 , 60.4 , 61.5} };

float a2[10][4] = { { 171 , 190 , 187, 189},

{ 143.5 , 132 , 131 , 132},

{ 72.2 , 75.2 , 67.2 , 79.5}, { 54.7 , 59.7 , 61.5 , 63.8}, { 44.3 , 50 , 50.1 , 52.4}, { 37.6 , 42.1 , 40 , 43.3}, { 32 , 35.3 , 34.2 , 36.5}, { 27.4 , 30.8 , 27.3 , 31.8 }, { 25 , 26.2 , 22.8 , 27.3}};

float a3[10][4] = { { 216 , 228 , 230 , 228},

{ 175.5 , 189, 191 , 195}, { 149.2 , 159.5 , 163 , 166 }, { 130 , 141.2 , 143 , 147}, { 11.5 , 123 , 127.5 , 131 }, { 98 , 108 , 114 , 117 }, { 89 , 97, 102.5 , 107 }, { 79.7 , 87.7 , 93.4 , 98}, { 73, 79.7 , 85.4 , 90}, { 68.3, 75.2 , 78.5 , 84.3}};

float a4[10][4] = { { 177, 223, 223, 205},

{ 155, 196, 193.5 , 180 }, { 137.5 , 175.4 , 173 , 164 }, { 123 , 158.3 , 153.7 , 148}, { 109.3 , 139 , 135.5 , 132}, { 100.2 , 125.3, 120.7 , 117.3}, { 91.1 , 113 , 107 , 103.6}, { 83.2 , 103.6 , 95.7 , 92.3}, { 76.3 , 95.7 , 84.3, 82}, { 70.5 , 88.8 , 77.5, 76.3}};

float a5[10][4] = { { 166.5 , 171 , 172 ,169},

{ 115, 122, 119.5 , 118.5}, { 84.3 , 90 , 87 , 84.3 }, { 66 , 71 , 79.7 , 65}, { 53.8 , 57 , 56.3 , 51.3 },