Giáo trình nguyên lý cắt - dụng cụ cắt

Giáo trình Nguyên lý cắt và dụng cụ cắtMôn học Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt là một môn học cơ sở trong ngành cơ khí có rất nhiều lý thuyết nhưng có tính ứng dụng thực tiễn rất cao. Giáo trình bao gồm các nội dung: Vật liệu làm dao; Khái niệm về tiện và dao tiện

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO

GIÁO TRÌNH

NGUYÊN LÝ CẮT – DỤNG CỤ CẮT

Biên soạn: PHẠM THANH HOÀNG

TRƯỜNG CAO ðẲNG NGHỀ ðỒNG NAI

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO

GIÁO TRÌNH

NGUYÊN LÝ CẮT – DỤNG CỤ CẮT

Biên soạn: PHẠM THANH HOÀNG

2013

1

LỜI NÓI ðẦU

Dựa vào yêu cầu và ñiều kiện cụ thể của việc ñào tạo nghề Cắt gọt kim loại thuộc khoa cơ khí chế tạo của trường Cao ðẳng Nghề ðồng Nai, giáo trình Nguyên

lý cắt & dụng cụ cắt ñược xây dựng và biên soạn trên cơ sở chương trình khung ñào tạo nghề cắt gọt kim loại ñã ñược nhà nước phê duyệt và ban hành, giáo trình ñược thực hiện bởi tập thể giáo viên Nghề cắt gọt kim loại, thuộc khoa cơ khí chế tạo trường Cao ðẳng Nghề ðồng Nai

Trên cơ sở là chương trình khung, ñồng thời căn cứ vào tiêu chuẩn kiến thức của cấp ñộ ñược ñào, từ ñó tập thể giáo viên của nghề ñã nghiên cứu, hội ý và

ñi ñến thống nhất biên soạn giáo trình Nguyên lý cắt & dụng cụ cắt cho sát với khả năng và nhiệm vụ thực tế của nhà trường, ñồng thời vẫn ñịnh hướng ñúng theo chương trình chung, cấp quốc gia

Trong quá trình biên soạn không thể không có những thiếu sót nhất ñịnh, tập thể giáo viên chúng tôi xin nhận sự ñóng góp ý kiến cho giáo trình ngày càng hoàn thiện hơn

Xin chân thành cám ơn!

2

MỤC LỤC

3

Chương 1: VẬT LIỆU LÀM DAO

I VẬT LIỆU LÀM THÂN DAO

Quá trình cắt gọt than dao chịu tác dụng của các lực cơ học, sự biến dạng của than dao ảnh hưởng lớn ñến góc ñộ ñầu dao do ñó than dao cần có yêu cầu sau

− Thân dao phải có khả năng chịu uốn: do lực cắt gây ra uốn, xoắn…

− Than dao phải có ñộ cứng bề mặt cao: do chịu tác dụng của lực kẹp

Do yêu cầu trên nên chọn thân dao làm bắng các loại vật liệu tuỳ vào ñiều kiện sau:

− Khi bề mặt có yêu cầu kỹ thuật không cao, sử dụng các loại thép: CT51, CT61, C35 (CT5, CT6, 35)

− Khi bề mặt có yêu cầu kỹ thuật thong thường, sử dụng các loại thép: C40 (40), C45 (45)

− Bề mặt có yêu cầu chính xác, tính bền chi tiết cao, ử dụng các loại thép: 35Cr (35X), 40Cr (40X)

II VẬT LIỆU LÀM PHẦN CẮT GỌT

1 ðặc ñiểm:

Là phần vật liệu trực tiếp cắt gọt ra phoi nên ảnh hưởng trực tiếp ñến năng suất và chất lượng bề mặt gia công vì vậy vật liệu làm phần cắt gọt có các yêu cầu sai ñây:

a ðộ cứng: Thường vật liệu cần gia công trong chế tạo cơ khí là thép,

gang… có ñộ cứng cao, do ñó ñể có thể cắt ñược, vật liệu làm dao phần cắt dụng cụ

phải có ñộ cứng cao hơn ñộ cứng của vật liệu gia công (60 – 65HRC)

b ðộ bền cơ học: Dụng cụ cắt thường phải làm việc trong ñiều kiện rất khắc

nghiệt : tải trọng lớn không ổn ñịnh, nhiệt ñộ cao, ma sát lớn, rung ñộng….Dễ làm lưỡi cắt của dụng cụ sứt mẻ Do ñó vật liệu làm phần cắt dụng cụ cần có ñộ bền cơ

học (sức bền uốn, kéo, nén, va ñập…) càng cao càng tốt

c Tính chịu nóng: Ở vùng cắt, nơi tiếp xúc giữa dụng cụ và chi tiết gia công

dụng cụ và chi tiết gia công, do kim loại bị biến dạng, ma sát…nên nhiệt ñộ rất cao (700 – 800oC), có khi ñạt ñến hàng ngàn ñộ (khi mài) Ở nhiệt ñộ này vật liệu làm dụng cụ cắt có thể bị thay ñổi cấu trúc do chuyển biến pha làm cho các tính năng cắt giảm xuống Vì vậy vật liệu phần cắt dụng cụ cần có tính chịu nóng cao nghĩa là

vẫn giữ ñược tính cắt ở nhiệt ñộ cao trong một thời gian dài

d Tính chịu mài mòn: Làm việc trong ñiều kiện nhiệt ñộ cao, ma sát lớn

thì sự mòn dao là ñiều thường xảy ra Thông thường vật liệu càng cứng thì tính chống mài mòn càng cao Tuy nhiên ở ñiều kiện nhiệt ñộ cao khi cắt (700 – 8000C) thì hiện tuợng mài mòn cơ học không còn là chủ yếu nữa, mà ở ñây sự mài mòn chủ

4

yếu do hiện tượng chảy dính (bám dính giữa vật liệu gia công và vật liệu làm dụng

cụ cắt) là cơ bản Ngoài ra do việc giảm ñộ cứng ở phần cắt do nhiệt ñộ cao khiến cho lúc này hiện tượng mòn xảy ra càng khốc liệt.Vì vậy, vật liệu làm phần cắt

dụng cụ phải có tính chịu mòn cao

e Tính công nghệ: Vật liệu làm dụng cụ cắt phải dể chế tạo: dễ rèn, cán, dễ

tạo hình bằng cắt gọt, có tính thấm tôi cao, dễ nhiệt luyện…

Ngoài các yêu cầu chủ yếu nêu trên, vật liệu làm phần cắt dụng cụ phải có tính dẫn nhiệt tốt, ñộ dai chống va ñập cao và giá thành rẻ

* Một cách lí tưởng, vật liệu dụng cụ cắt cần phải ñảm bảo các yêu cầu sau ñây:

− ðộ cứng ñâm xuyên cao ở nhiệt ñộ cao ñể tăng tính chống mòn do cào sước;

− ðộ bền biến dạng cao ñể bảo toàn hình dáng lưỡi cắt khỏi sự biến dạng hoặc cong oằn dưới tác ñộng của ứng suất phát sinh khi tạo phoi;

− Tính dẻo dai và chịu va ñập ñể chống lại sự mẻ vỡ lưỡi cắt, ñặc biệt khi cắt không liên tục (có va ñập);

− Tính trơ hóa học (ái lực hóa học thấp) với vật liệu gia công ñể chống lại mòn oxy hóa, mòn hóa học và mòn khuyếch tán;

− Tính dẫn nhiệt cao ñể giảm nhiệt cắt gần lưỡi cắt;

− ðộ bền mỏi cao, ñặc biệt với các dụng cụ ñược sử dụng cắt không liên tục;

− ðộ bền mỏi nhiệt cao (thermal shock resistance) ñể bảo vệ dụng cụ không bị

vỡ khi cắt không liên tục;

− ðộ bền hình dạng cao (high stiffness) ñể ñảm bảo ñộ chính xác gia công; và

− Tính trơn trượt thỏa ñáng (adequate lubricity) – ma sát nhỏ với vật liệu gia công ñể hạn chế việc hình thành lẹo dao, ñặc biệt khi gia công vật liệu mềm dẻo

5

ðể ñạt ñược ñộ cứng, tính chịu nhiệt và chịu mài mòn, lượng C trong thép Cacbon dụng cụ không thể ñược dưới 0,7% (thường từ 0,7- 1,3%) và lượng P, S thấp (P< 0,035%, S < 0,025%)

− ðộ cứng sau khi tôi và ram ñạt HRC = 58-62

− Sau khi ủ ñộ cứng ñạt ñược khoảng HB = 107-217 nên dễ gia công cắt và gia công bằng áp lực

− ðộ thấm tôi nên thường tôi trong nước do ñó dễ gây ra nứt vỡ nhất là những dụng cụ có kích thước lớn

− Tính chịu nóng kém, ñộ cứng giảm nhanh khi nhiệt ñộ ñạt ñến 200o

– 250oC ứng với tốc ñộ cắt 4-5 m/ph

− Khó mài và dễ biến dạng khi nhiệt luyện do ñó ít dùng ñể chế tạo những dụng cụ ñịnh hình, cần phải mài theo prôphin khi chế tạo

− Dễ gia công bằng cắt và dễ mài sắc

− Rẻ tiền

− Có ñộ dẻo dai cao

+ Phạm vi sử dụng:

Dùng làm dụng cụ cắt có vận tốc cắt thấp; dụng cụ cầm tay; dụng cụ gia công hợp kim màu, dụng cụ cắt gỗ

Dưới ñây là bản nêu thành phần hóa học, cơ lý tính và phạm vi ứng dụng của một số mác thép Cácbon dụng cụ thường gặp

Giả sử ta có nhãn hiệuY10A

• Chữ Y: kí hiệu của Cácbon

• Chữ A: kí hiệu của chất lượng tốt(hàm lượng P,S <0,03%)

• Số10: giá trị trung bình của cácbon trong thép(0,95- 1,09%)

Ngoài ra còn có các nhãn hiệu khác như Y7, Y8…Y10, Y12 nhưng chất lượng kém hơn (không có chữ A) nên hiện nay ít dùng

b Thép hợp kim dụng cụ: (Alloy tool steels)

ðưa thêm một số nguyên tố HK như: W, Va, Si, Mn, Cr vào trong thép làm tăng ñộ dẻo ở trạng thái tôi, tăng chiều sâu lớp thấm tôi, giảm khuynh hướng biến dạng và nứt khi NL ðộ cứng sau NL ñạt HRC 63-67

+ Ưu ñiểm:

6

− Tăng ñộ dẻo ở trạng thái tôi

− Tăng chiều sâu lớp thấm tôi

− Giảm khuynh hướng biến dạng và nứt khi NL

− Tốc ñộ cắt cao hơn thép cacbon dụng cụ khoảng 20%

− Thép hợp kim dụng cụ nhóm I thường dùng chủ yếu ñể chế tạo các loại dụng cụ dùng ñể gia công gỗ

− Thép hợp kim dụng cụ nhóm II do có lượng Crôm lớn (1 – 1.5 %) nên

có tính thấm tôi và cắt gọt tốt hơn Loại này chịu nhiệt khoảng 220 –

300oC

− Thép hợp kim dụng cụ nhóm III có ñộ thám tôi cao, ít thay ñổi kích thước khi nhiệt luyện, nên thường chế tạo các loại dụng cụ cắt có ñộ chính xác cao và hình dáng phức tạp: mũi doa, ta rô, dao chuốt và các loại dụng cụ ño…

− Thép hợp kim dụng cụ nhóm IV có hàm lượng Vonfram lớn, hạt mịn nênñộ cứng cao, tuy nhiên ñộ ñộ thâm tôi thấp dùng ñể chế tạo các loại dụng cụ cắt cần có lưỡi cắt sắc bén Tuổi bền cao và ñể gia công các loại vật liệu cứng

c Thép gió: (HSS – High Speed Steel – thép cao tốc)

Thép gió là thép HK dụng cụ có chứa hàm lượng W từ 6-19% và Cr từ 4.6% ðược phát minh năm 1902 tại Vương Quốc Anh Ngày nay vẫn ñược sử dụng rất rộng rãi ñể chế tạo DCC

3-Khối lượng riêng thay ñổi trong phạm vi rộng: 7.9-8.75 kg/dm3

7

+ Nhược ñiểm:

− Khó gia công bằng biến dạng dẻo.Tính mài kém

− Dễ gây ra sự không ñồng ñều MeC trong thép làm giảm tính cắt

− ðắt tiền

− ðộ dẫn nhiệt thấp: λ = 16.75 – 25.12 W/m.0K

+ Thép gió ñược chia thành 3 nhóm chính:

− Thép gió năng xuất thường: gồm các ngtố HK chủ yếu W, Mo & Cr

− Thép gió năng xuất cao: thêm các ngtố Va, Co

− Thép gió phủ (sẽ giới thiệu kĩ hơn ở phần vật liệu phun phủ)

+ Phạm vi sử dụng:

− Thích hợp với rất nhiều loại DCC, ñặc biệt với DC gia công ñịnh hình hoặc dụng cụ có hình dáng phức tạp khi mà việc sử dụng HKC và các vật liệu siêu cứng tổng hợp khác gặp nhiều khó khăn

− Phải ram sau khi tôi nhiều lần (3 lần) mổi lần trong 1 giờ (nhiệt ñộ ram

560oC) Sau mỗi lần ram phải ñể nguội ñến nhiệt ñộ thường

So sánh giữa P18 và P9:

• Năng suất gia công khác nhau không ñáng kể

• P9 rẻ hơn P18 (vì hàm lượng W chỉ bằng một nửa)

• P18 chịu mòn tốt hơn, dể mài sắc, mài bóng hơn và có tính bền cao hơn P9

d Hợp kim cứng(HKC) Cemented/sintered carbide composition)

Từ năm 1915-1925 ở Mỹ và ðức ñã tiến hành thử nghiệm chế tạo hợp kim cứng

Ơ Liên Xô cũ, hợp kim cứng ra ñời vào những năm 1930-1935

Hợp kim cứng là loại vật liệu làm phần cắt dụng cụ ñược chế tạo theo phương pháp luyện kim bột

Thành phần chủ yếu của HKC là Cácbit của một số kim loại khó nóng chảy như Vonfran, Titan, Tantan và ñược liên kết bởi kim loại cơ bản

Tính cắt của HKC do các pha Cácbit kim loại quyết ñịnh ðộ bền cơ học do Coban tạo nên

Những tính năng cơ bản của HKC so với các loại vật liệu làm dao khác như sau:

− ðộ cứng cao HRA = 80 – 90 (HRC >70-71)

− ðộ chịu nhiệt cao: 800 - 10000C, do ñó tốc ñộ cắt cho phép của HKC có thể ñạt ñến V >100 m/ph

8

− ðộ chịu mòn gấp 1,5 lần so với thép gió

− Chịu nén tốt hơn chịu uốn (hàm lượng Coban càng lớn thì sức bền uốn càng cao)

Hợp kim cứng ñược chế tạo qua các giai ñoạn sau:

− Tạo bột Vonfram, Titan và Tantan nguyên chất

− Tạo ra các Cácbit tương ứng từ các bột nguyên chất W, Ti, Ta

− Trộn bột Cácbit vời bột Coban theo thành phần tương ứng với các loại hợp kim cứng

− Ép hỗn hợp dưới áp suất lớn (100-140MN/mm2) nung sơ bộ ñến 900oC trong khoảng 1 giờ

− Tạo hình theo các dạng yêu cầu

− Thêu kết lần cuối ở nhiệt ñộ cao1400- 15000C trong 1 ñến 3 giờ tạo thành HKC

Sau khi thêu kết, HKC có ñộ cứng cao nên chỉ có thể gia công bằng phương pháp mài hoặc bằng các phương pháp ñặc biệt (ñiện hoá, tia lửa ñiện…)

Hợp kim cứng là loại kim loại bột nên có ñộ xốp (khoảng 5%)

Hạt cácbit càng mịn, phân bố càng ñều thì tính năng thì tính năng của hợp kim cứng càng cao, chủ yếu là ñộ cứng và tính chịu mài mòn ðộ cứng của hợp kim cứng phụ thuộc vào lượng Cácbit Vonfram, Cácbit Titan và Cácbit Tantan Lượng Cácbit càng lớn thì ñộ cứng càng cao

Lượng coban càng nhiều thì ñộ cứng càng giãm, tuy nhiên ñộ bền và tính dẽo càng tăng Có ba nhóm hợp kim cứng thường gặp như sau:

1 Nhóm một Cácbit – kí hiệu K (ISO) hoặc BK (Nga) thành phần gồm:

Cácbitvonfram (WC) và Coban (Co) nhóm này chủ yếu ñể gia công vật liệu giòn: gang, kim loại màu…

2 Nhóm hai cácbit – kí hiệu là P (ISO) hoặc TK (Nga) thành phần gồm: Cácbit

Vonfram (WC), Cácbit Titan (TiC) và Coban (Co)

Nhóm hai Cácbit có tính chóng dính cao hơn nên ñược dùng ñể gia công kim loại dẽo như thép,…(thường hình thành phoi dây khi cắt và có nhiệt ñộ căt cao ở mặt trước)

3 Nhóm ba cácbit – kí hiệu M (ISO) hoặc TTK (Nga) thành phần gồm: Cácbit

Vonfram (WC), Cácbit Titan (TiC) và Coban (Co) và Cácbit Tantan (TaC)

Loại này thường ñược dùng ñể gia công các loại vật liệu khó gia công

9

Ở nước ta, cũng ñã từng sản xuất thử nghiệm hợp kim cứng Tuy nhiên do chất lượng chưa ổn ñịnh, mặt khác giá thành cao

ISO phân hợp kim cứng theo ba nhóm chính khi tạo phoi:

− Nhóm kí hiệu P cho các vật liệu cắt ra phoi dây

− Nhóm kí hiệu M là loại vạn năng dùng gia công các loại vật liệu cắt ra phoi dây và phoi xếp

− Nhóm loại K dùng gia công các loại vật liệu cho phoi hạt và phoi vụn

ðặt tính chung của hợp kim cứng khi tăng ñộ cứng và tính chịu mài mòn thì sẽ giảm tính dẻo Khi tăng tính dẻo (tăng lượng Coban) sẽ làm giảm tính mài mòn và tính chịu nhiệt

Sự phát triển của hợp kim cứng xuất phát từ các nhóm công cụ (ví dụ: loại P10, P20, P30) theo hai hướng Một hướng là tăng thành phần Cácbít Titan (ví dụ P03) làm tăng tính chịu mòn và cắt ñược ở tốc ñộ cao Hướng thứ hai là tạo ñược hợp kim cứng có ñộ dẻo cao dùng ñể cắt các loại vật liệu có ñộ cứng và va ñập mạnh (ví

dụ, bào và tiện thô) với tốc ñộ cắt thấp, diện tích và lực cắt lớn hơn Các loại hợp kim cứng P40, P50 ñể gia công thép có thành phần Coban (Co) tương ñối lớn Hợp kim cứng ñược chế tạo thành các dạng theo tiêu chuẩn (các mảnh hợp kim cứng) Các mảnh ñó ñược hàn, kẹp lên thân dụng cụ tiêu chuẩn Ngày nay, các mảnh hợp kim cứng ñược phủ lên một lớp mỏng vài mirômet bằng các loại cácbít cứng như TiC, TiC/ TiN (Cácbít Titan, Nitrít Titan) Các lớp phủ làm tăng ñộ cứng, tính chịu mài mòn và chịu nhiệt của hợp kim cứng (ñộ cứng > 91 HRA, chịu ñược nhiệt ñộ khoảng 10000C, ứng với tốc ñộ cắt V > 300m/ph

ðể sử dụng hợp lí và có hiệu quả hợp kim cứng cần chú ý các ñiều kiện sau:

− Không dùng dung dich trơn nguội (gia công khô) hoặc phải tưới mạnh và nhiều

*ðối với dụng cụ:

− Xác ñịnh thông số hình học theo ñiều kiện gia công

10

− ðảm bảo kích thước thân dụng cụ ñể khi gia công không có rung ñộng

− Mài sắc hợp lý và từ từ bằng ñá mài sẳn Cácbít Silíc hoặc ñá mài kim cương

*ðối với máy công cụ:

− Máy có ñộ cứng vững tốt không rung ñộng ở tốc ñộ cắt cao và lực cắt lớn ñảo bảo kẹp chặt tốt dụng cụ và chi tiết

− Kiểm tra công suất cắt và công suất máy ñể tránh quá tải

− Chịu mòn và chịu nhiệt cao nên thường dùng ñể cắt ở tốc ñộ cao

− Tính dẫn nhiệt kém nên khi cắt không dùng dung dịch trơn nguội

− Tính dẽo kém do sức bền uống kém, vì vậy không dùng ñể gia công khi có rung ñộng, va ñập và lực cắt lớn

− Mài sắc bằng ñá mài kim cương

*Phạm vi sử dụng của vật liệu gốm:

− Tốc ñộ cắt không nhỏ hơn 100m/ph

− Khi gia công thép, tốc ñộ cắt: V=1 – 2 lần so với khi cắt bằng HKC

− Khi gia công gang, tốc ñộ cắt V = 2 – 3 lần so với HKC

− Tốc ñộ cắt tinh lớn nhất khi gia công thép xây dựng có thể ñạt ñến 600m/ph, khi gia công gang, V = 800m/ph

− Vì chịu rung rộng và va ñập kém nên chủ yếu ñược dùng ñể gia công tinh chiều sâu cắt và lượng chạy dao bé

− Vì tính dẫn nhiệt kém nên không dùng dung dịch trơng nguội khi cắt Riêng ñối với Nitritsilic (Si3N4) có sức bền và tính dẫn nhiệt cao hơn Oxit nhôm khoảng bốn lần nên có thể dùng dung dịch trơn nguội

− Nhờ có tính mòn cao nên thường dùng ñể gia công lần cuối ñể ñạt ñộ chính xác kích thước và ñộ nhẵn bề mặt cao

11

− Các mảnh dao gốm thường ựược kẹp cơ khắ vào thân dao và không mài sắc lại

f Vật liệu tổng hợp (nhân tạo) siêu cứng:

Sau vật liệu gốm, người ta tiếp tục nghiên cứu và chế tạo một loại vật liệu làm dụng cụ mới đó là vật liệu tổng hợp siêu cứng Có hai loại thường gặp là: kim

cương tổng hợp và Nitrit Bo lập phương (còn gọi là El bo)

1>Kim cương nhân tạo:

+ Nhận ựược từ việc nén grafit ở nhiệt ựộ 27000C với áp suất ựến 100,000 at + Ưu ựiểm:

− độ cứng rất cao: HV = 100,000 MPa; ựộ bền mòn lớn

− Hoạt tắnh hóa học kém nên chịu ựược tác dụng của axit và bazơ

− Hệ số ma sát & khả năng hàn dắnh với kim loại kém (trừ kim loại & HKựen)

− Hệ số dẫn nhiệt cao: λ = (138.2 Ờ 146.5) W/m.0K

− độ bền nhiệt cao: 8000

C

− Dễ nhận ựược lưỡi cắt sắc (ρ<<) khi mài sắc

+ Nhược ựiểm: Giới hạn bền uốn thấp:σu = 300 MPa

2> Nitrit Bo lập phương (còn gọi là El bo):

Là hợp chất giữa Nitơ và nguyên tố Bo Tắnh cắt của nó tương tự như kim cương

− Hệ số ma sát với kim loại nhỏ

* Ứng dụng: Gia công tinh thép tôi có HRC ≈ 39 Ờ 66, và gang HKC, ựặc

biệt là thép gió

+ Phạm vi sử dụng:

Thường ñược chế tạo ở dạng bột mài, hạt mài có thể chế tạo dưới dạng mảnh ñể làm mảnh dao tiện khi gia công cao tốc trên các máy công cụ

có ñộ chính xác & ñộ cứng vững cao

13

Chương 2: KHÁI NIỆM VỀ TIỆN VÀ DAO TIỆN

I KHÁI NIỆM VỀ PHƯƠNG PHÁP TIỆN

1 Khái niệm về tiện

Phương pháp tiện dùng ñể gia công các mặt trụ tròn xoay (trong và ngoài), các mặt ñịnh hình tiết diện tròn, gia công ren các loại, với phương pháp tiện ñộ chính xác bề mặt chi tiết có thể ñạt tới cấp 2 khi tiện nhẵn, ñộ bóng có thể ñạt cấp nhám

bề mặt ∇6 ÷∇8 cũ, cấp chính xác IT8, IT6 mới

ðộ chính xác của gia công tiện phụ thuộc vào các yếu tố sau ñây:

− ðộ chính xác của máy tiện

− ðộ cứng vững của hệ thống công nghệ

− Dụng cụ cắt

− Trình ñộ tay nghề của công nhân

Chất lượng bề mặt chi tiết gia công phụ thuộc vào các yếu tố như vị trí bề mặt gia công (mặt ngoài, mặt trong, mặt ñầu) và phương pháp gia công (tiện thô, bán tinh, tiện tinh)

ðộ chính xác về vị trí tương quan như ñộ ñồng tâm giữa các bậc của trục, giữa mặt trong và mặt ngoài có thể ñạt tới 0.01mm tuỳ thuộc vào phương pháp gá ñặt phôi

Năng suất gia công tiện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như ñộ chính xác về hình dạng, kích thước và vị trí tương quan của các chi tiết, phương pháp gá ñặt, vật liệu làm dao, kết cấu dao, vật liệu gia công ,dung dịch trơn nguội.v.v Nhìn chung năng suất của tiện là thấp Muốn nâng cao năng suất khi tiện phải có những giải pháp công nghệ thích hợp cụ thể

ðể thống nhất các ký hiệu, chúng ta sẽ nghiên cứu tiêu chuẩn mới trên cơ sở so sánh với các ký hiệu tiêu chuẩn cũ

2 Chuyển ñộng trong quá trình cắt gọt:

- Mỗi một loại máy cắt kim loại có quỹ ñạo chuyển ñộng tương ñối giữa dao

và chi tiết khác nhau Người ta phân ra ba loại chuyển ñộng:

a> Chuyển ñộng chính: (chuyển ñộng cắt chính) là chuyển ñộng cơ bản của

máy cắt ñược thực hiên qua dụng cụ cắt hay chi tiết gia công Nó có thể là chuyển ñộng quay, tịnh tiến khứ hồi hoặc ở dạng kết hợp…

Ví dụ: Khi tiện chuyển ñộng chính là chuyển ñộng quay tròn của phôi gá trên

mâm cặp; khi phay, khoan, mài chuyển ñộng chính là chuyển ñộng quay tròn

14

của dao phay, khoan và ñá mài; còn khi bào và xọc là chuyển ñộng tịnh tiến khứ hồi qua lại và lên xuống của dao…

b> Chuyển ñộng chạy dao: là chuyển ñộng của dao hay chi tiết gia công nó kết

hợp với chuyển ñộng chính tạo nên quá trình cắt gọt

Chuyển ñộng chạy dao có thể liên tục hay gián ñoạn Chuyển ñộng này thường ñược thực hiện trong xu hướng vuông góc với chuyển ñộng chính, cụ thể:

- Khi tiện, chuyển ñộng chạy dao kà chuyển ñộng ngang – dọc của bàn dao khi cắt:

- Khi phay là chuyển ñộng ngang - dọc - ñứng của bàn máy mang phôi

- Khi bào là chuyển ñộng ngang (ñứng) của bàn máy và chuyển ñộng lên xuống của ñầu dao

- Khi mài là chuyển ñông tịnh tiến ngang (dọc) của bàn máy mang phôi hay trục của ñá mài

- Khi khoan là chuyển ñộng ăn xuống của mũi khoan

c> Chuyển ñộng phụ: là chuyển ñộng không trực tiếp tạo ra phoi như

chuyển ñộng tịnh tiến, lùi dao (không cắt vào phôi)

II HÌNH DÁNG KẾT CẤU CỦA DAO TIỆN

Hình 2.1: Kết cấu dao tiện

1 Các bộ phận của dao tiện:

Dao tiện cha làm hai phân: Phần làm việc và thân dao

a Phần thân

Dùng ñể gá vào bàn dao, nó phải ñủ ñộ bền và ñộ cứng vững,…Nhằm ñảm bảo vị trí tương quan giữa dao và chi tiết

15

b Phần làm việc

Là phần làm nhiệm vụ cắt gọt Phần cắt ñược hợp thành bởi các bề mặt sau:

- Mặt trước (1): là bề của dao tiếp xúc với phoi và phoi trực tiếp trượt trên trên ñó và thoát ra ngoài

- Mặt sau chính (2): là bề của dao ñối diện với mặt ñang gia công

- Mặt sau phụ (3): là bề của dao ñối diện với mặt ñã gia công

- Lưỡi cắt chính: là giao tuyến của mặt trước và và mặt sau chính, nó trực tiếp cắt vào kim loại ðộ dài lưỡi cắt chính có liên quan ñến chiều sâu cắt và bề rộng của phoi

- Lưỡi cắt phụ: là giao tuyến của mặt trước và và mặt sau phụ, một phần lưỡi cắt phụ gần mũi dao cũng tham gia cắt với lưỡi cắt chính

- Lưỡi cắt nối tiếp: (chỉ có một số loại dao tiện) là phần nối tiếp giữa lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ Khi không có lưỡi cắt nối tiếp dao tiện sẽ có mũi Mũi dao có thể nhọn hoặc lượng tròn (bán kính mũi dao R = 1 – 2mm) Các lưỡi cắt có thể thẳng hoặc cong và một ñầu dao nên có thể có một hoặc hai lưỡi cắt phụ

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

+Dao nhiều lưỡi

cắt: dao phay, dao

doa, dao cưa…

+Dao có vô số lưỡi

cắt là ñá mài, (mỗi

hạt mài có vai trò

như một lưỡi cắt)

- Mũi dao: Là ñường nối tiếp giữa lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ, thông thường

mũi dao là ñường cong có trị số bán kính r = 0,1 – 2 mm

Hình 2.2 Cấu tạo của dao tiện

16

Khái niệm về mặt chính – phụ hoàn toàn phụ thuộc vào quá trình cắt, có thể trong cùng của một quá trình cắt, vai trò của mặt sau chính và phụ (Do ñó cả lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ) ñổi lẫn cho nhau

Chẳng hạn như phay bánh răng trụ răng thẳng hoặc phay bánh vít bằng dao phay trục vít khi cho chạy dao tiếp tuyến

III THÔNG SỐ HÌNH HỌC PHẦN CẮT CỦA DỤNG CỤ

ðể xác ñịnh các góc ñộ của dao và khảo sát về lực cắt, vận tốc cắt, nhiệt cắt

… người ta qui ñịnh các mặt phẳng toạ ñộ của dao (dao tiện)

Hình 2.3: Các mặt làm việc của dao tiện

− Mặt phẳng cắt là mặt phẳng ñi qua một ñiểm của lưỡi cắt chính và tiếp xúc với mặt ñang gia công Mặt cắt chứa vectơ vận tốc cắt V Hay mặt phẳng chứa lưỡi cắt chính và vectơ vận tốc cắt Nếu lưỡi cắt chính cong mặt cắt tạo bởi ñường tiếp tuyến với lưỡi cắt chính tại ñiểm ñang xét

− Mặt phẳng ñáy: Là mặt phẳng ñi qua một ñiểm của lưỡi cắt chính và vuông góc với vectơ vận tốc cắt tại ñiểm ñó Do ñó mặt ñáy luôn luôn vuông góc với mặt phẳng cắt

− Tiết diện chính N – N: Là mặt phẳng ñi qua một ñiểm của lưỡi cắt chính và vuông góc với hình chiếu của lưỡi cắt chính trên mặt ñáy

17

− Tiết diện phụ N1 – N1: Là mặt phẳng ñi qua một ñiểm của lưỡi cắt phụ và vuông góc với hình chiếu của lưỡi cắt phụ trên mặt ñáy

1 Thông số hình học trạng thái tĩnh của phần cắt các loại dụng cụ

ðể ñảm bảo năng suất – chất lượng bề mặt gia công, dao cắt cần phải có hình dáng và góc ñộ hợp lý

Thông số hình học của dao

ñược xét ở trạng thái tĩnh (khi dao

chưa làm việc) Góc ñộ của dao

ñược xét trên cơ sở: dao tiện ñầu

thẳng ñặt vuông góc với phương

chạy dao, mũi dao ñược gá ngang

tâm phôi

Các thông số hình học của

dao nhằm xác ñịnh vị trí các góc

ñộ của dao nằm trên ñầu dao

Những thông số này ñược xác ñịnh

ở tiết diện chính N – N, ở mặt ñáy,

ở tiết diện phụ N1 – N1 và trên mặt

phẳng cắt gọt

+Góc trước γ: Là góc tạo thành giữa mặt trước và mặt ñáy ño trong tiết diện chính N – N Góc trước có giá trị dương khi mặt trước thấp hơn mặt ñáy tính từ mũi dao, có giá trị âm khi mặt trước cao hơn mặt ñáy và bằng không khi mặt trước song song với mặt ñáy (γ = 60 ÷ 200)

Khi góc trước lớn biến dạng phoi nhỏ, việc thoát phoi dễ dàng, lực cắt và công tiêu hao giảm, năng suất tăng

+Góc sau chính α: Là góc tạo thành giữa mặt sau và mặt phẳng cắt gọt ño trong tiết diện chính Góc sau thường có giá trị dương Góc sau càng lớn mặt sau ít bị ma sát vào bề mặt gia công nên chất lượng bề mặt gia công càng tốt

+Góc cắt δ: Là góc tạo bởi giữa mặt trước và mặt cắt ño trong tiết diện chính

+Góc sắc β: Là góc ñược tạo bởi mặt trước và mặt sau chính ño trong tiết diện chính

Ta có quan hệ : α + β + γ =90o ; δ = α + β +Góc trước phụ γ1: Tương tự như góc trước, nhưng ño trong tiết diện phụ N1 – N1

Hình 2.4 Các thông số phần cắt

19

+Góc nâng của lưỡi cắt chính λ: là góc tạo bởi lưỡi cắt chính và hình chiếu của nó trên mặt ñáy (λ = +150 ÷ -150)

λ >1, khi mũi dao là ñiểm thấp nhất của lưỡi cắt

λ <1, khi mũi dao là ñiểm cao nhất của lưỡi cắt

λ = 1 Khi lưỡi cắt nằm ngang ( song song với mặt ñáy)

Các ñịnh nghĩa trên cũng ñúng cho các loại dao khác

+Nếu gá dao nghiêng về bên trái:

*Góc nghiêng chính khi làm việc ϕc = ϕ - (900 -τ)

*Góc nghiêng phụ khi làm việc ϕ1c = ϕ1 + (900 -τ)

+Nếu gá dao nghiêng về bên phải:

*Góc nghiêng chính khi làm việc ϕc = ϕ + (900 -τ)

*Góc nghiêng phụ khi làm việc ϕ1c = ϕ1 - (900 -τ)

b Sự thay ñổi giá trị các góc khi mũi dao gá không ngang tâm máy:

* Trường hợp tiện ngoài

Hình 2.7 Sự thay ñổi góc ñộ dao khi gá nghiêng

20

- Khi tiện ngoài, nếu mũi dao gá cao

hơn ñường tâm của máy thì góc

trước của dụng cụ khi làm việc γtt sẽ

tăng lên, góc sau αtt sẽ giảm ñi; còn

khi gá dao thấp hơn ñường tâm của

máy thì góc trước khi làm việc γtt sẽ

gảm ñi, còn góc sau khi làm việc αtt

sẽ tăng lên

- Khi tiện trong kết quả sẽ ngược

lại

Ơ cả hai trường hợp trên, giá trị

của các góc sẽ thay ñổi một giá trị bằng

gócµ Góc ñó ñược tính theo công thức

µ = arcSinH/R

Trong ñó:

H : là ñộ cao (thấp) của mũi dao so với tâm máy

R : là bán kính của bề mặt ñược gia công ( hay bán kính chi

tiết )

* Trường hợp tiện trong Hình 2.8 Gá dao không ngang tâm máy

21

c Sự thay ñổi giá trị các góc của dao khi có thêm các chuyển ñộng phụ:

Chuyển ñộng chạy dao ngang và chuyển ñộng chay dao dọc

+ Chuyển ñộng chạy dao ngang (khi xén mặt ñầu, cắt ñứt )

Khi có chuyển ñộng chạy dao ngang thì quỹ ñạo của chuyển ñộng cắt tương ñối là ñường acsimét

Do có lượng chạy dao ngang nên hướng của vectơ tốc ñộ cắt tổng hợp luôn luôn thay ñổi, làm thay ñổi góc ñộ của dụng cụ cắt

Sn: lượng chay dao ngang sau một vòng quay của chi tiết (mm/vg)

D: là ñường kính của chi tiết ở ñiểm khảo sát (mm)

+ Chuyển ñộng chạy dao dọc

Khi có chuyển ñộng chạy dao dọc thì quỹ ñạo của chuyển ñộng cắt tương ñối

là ñường xoắn ốc, do ñó véctơ tốc ñộ cắt tổng hợp sẽ nghiêng với véctơ tốc ñộ cắt ở trạng thái tĩnh một góc µ2

Ta có:

αxc = αx - µx

D

Sn V

Vs tg

π

0 1

22

γxc = γx + µx

Giá trị của µ2 ñược tính từ biểu thức:

Trong ñó: Sd: là lượng chạy dao dọc sau một vòng quay chi tiết (mm/vg)

D : là ñường kính chi tiết tại ñiểm khảo sát Lượng chạy dao dọc càng lớn, ñường kính chi tiết gia công càng bé thì góc µ2càng lớn Do ñó khi cắt với lượng chạy dao lớn như khi cắt ren bước lớn như ren nhiều ñầu mối, thì khi mài dao cần phải chú ý ñến góc µ2 ñể ñảm bảo góc sau khi cắt không âm

IV CÁC THÔNG SỐ CỦA LỚP CẮT VÀ CÁC YẾU TỐ CỦA CHẾ ðỘ CẮT

Hình 2.10 : Các thông số của lớp cắt

a Tốc ñộ cắt

ðịnh nghĩa: Là ñoạn ñường ñi trong 1 ñơn vị thời gian của 1 ñiểm trên bề

mặt gia công hoặc 1 ñiểm trên lưỡi cắt của dụng cụ cắt

= , nhưng V S quá nhỏ nên ta xem V ≈ V b, ñối với máy

có phôi hoặc dụng cụ cắt quay tròn

Trong ñó: D ðường kính của phôi (mm)

n Số v˜ng quay của phôi hoặc dụng cụ cắt trong 1 phút

1000

= (m/ph)

Trong ñó: L Chiều dài hành trình (mm)

t Thời gian của 1 hành trình (ph)

b Lượng chạy dao (bước tiến):

ðịnh nghĩa: Là khoảng di ñộng của dụng cụ cắt theo chiều dọc khi phôi quay 1

v˜òng

Ký hiệu: S, ðơn vị: tuỳ phương pháp gia công cụ thể:

Lượng chạy dao của các phương pháp gia công cắ gọt:

+ Tiện: S = mm/v˜ng + Phay: Sz; Sv (chạy dao vòng) = Sz Z; Sph+ Bào: S = mm/htk

Trong ñó:

D ðường kính của mặt cần ñược gia công (mm)

d ðường kính của mặt ñă gia công (mm)

Tiện trong: ngược lại tiện ngoài

HÌnh 2.11 Chế ñộ cắt khi tiện

a =

e Thời gian ñể gia công chi tiết trên máy (T m )

Hình 2.13: Sơ ñồ tính thời gian chạy máy Hình 2.12 Các thông số lớp cắt khi tiện

s: lượng chạy dao (mm/v˜ng)

n: Số vũng quay của phụi trong 1 phỳt

L= + ∆+ Chiều dài hành trỡnh của dao theo hướng chạy dao (mm)

Chỳ ý : khi tiện ngang

2

0

D D

t ư

=

V TRèNH TỰ XÁC ðỊNH CHẾ ðỘ CẮT

1 Xác định chiều sâu khi cắt:

 Khi giá công thô sơ nên cho t = h(lượng dư gia công).Tuy nhiên khi h quá lớn hoặc khi gia côn g trên các máy có công suất nhỏ phai chia nhiều lần cắt, để cắt hết lượng dư

 Khi gia công bán kính (tính độ nhẵn từ 12 5 ư > 3 2 và cấp chính xác 8,9) thì

- Khi h > 2mm t

1= 2/3->3/4h ; t2 = 1/3->1/4h

- Khi h < 2mm chỉ cắt một lần hết lượng dư, thường lấy t = 0.5-2mm

 Khi gia công tinh : t = 0.1-0.4mm

2 Xác định lượng chạy dao:

Lượng chạy dao S phụ thuộc vào điều kiện gia công:

-Khi gia công thô: phụ thuộc độ bền thân dao, độ bền mảnh dao và cơ cấu chạy dao,độ cưngd vững cuả chi tiết gia công

-Khi gia công tinh:phụ thuộc vào độ nhẵn và cấp chính xác của bề mặt cần gia công,độ cứng vững của nó

L-Khoảng cách từ mũi dao đến mép của đài gá dao(mm)

Để đảm bảo độ uốn cho thân dao, phảI có:

u

L K t C

W

.

.

* Theo độ bền của cơ cấu chạy dao

Trong các máy công cụ,thường cho |Pm| - Lực | chiều trục | tác dụng lên cơ cấu bánh răng – thanh răng (cơ cấu yếu nhất của hộp dao chạy)

Nên có:

Px+à(Py+Pz) ≤ [Px m]

Với à-hệ số ma sát,thường lấy 0,1 = à

Gần đúng: Pz = 2Py; Pz = 3PxSuy ra: Px + 0,1(1,5 Px+3 Px) ≤ [Pm]

m

K t C

P

45 ,

1

27

* Theo độ cứng vững của chi tiết gia công

Khi gia công các chi tiết có tỷ số I/D lớn, nó thường bị cong

Sai số của chi tiết bị gây ra dưới tác dụng của hai thành phần Pz, Py của lực cắt.Nhưng chủ yếu thành phần Py gây uốn chi tiết theo phương tác dụng của nó, còn

pz ít ảnh hưởng đến sự thay đổi kích thước chi tiết gia công

Độ võng f do Py gây ra được tính:

Py.L3

f =

K.E.J Trong đó:

L: Chiều dài chi tiết gia công không kể đoạn nằm trong mâm cặp máy (mm)

E: Mô đuyn đàn hồi của vật liệu gia công N/mm2

J: Mô men quán tính của tiết diện ngang chi tiết gia công(mm4) J=

K = 48: Khi gá trên hai mũi tâm

K = 100: Khi gá có một dầu kẹp trên mâm cặp ,một đầu chống tâm Khi đó phải đảm bảo:

f ≤ [f] hay

J E K

L Py

.

3 ≤ [f]

C

J E K f

3

.

].

28

-Khi cắt thép:

S≤ 1 , 07

65 , 0

21 , 0

.r

R z

(mm/v) -Khi cắt gang:

S <1 , 1

89 , 0

.r

R z

(mm/v) Trong đó:

Khi tăng Vc lên nữa nhiệt cắt tăng làm mềm bề mặt phoi và phôi sự dinh giảm, sự trượt tương đối giảm do đó giảm cường độ mòn

Mặt khác Khi này độ dai va đập của HKC tăng (đặc biệt trong phạm vi 600-8000c) Nếu tiếp tụ tăng Vc, độ cứng và độ bền HKC giảm dẫn tới việc tăng cường độ mòn

và T giảm

Ở cùng tuổi bền của dao như nhau, nếu cho dao làm việc ở cùng tốc độ cắt nằm bên phải điểm cực đại của đường cong tuổi bền sẽ cho năng suất cao hơn Vì vậy vùng này là vùng sử dụng hợp lý mảnh HKC

v y x m v

S t T

C V

v

v .

= (m/ph) Sau khi tính được VT tiến hành tính nlt

6 Tính thời gian gia công cơ bản

Thời gian máy được tính phụ thuộc

vào dạng gia công.Ví dụ: Khi tiện

ngoài hoặc tiện lỗ thông, thời gian máy

đợc tính theo công thức:

Trong đó: l - Chiều dài chi tiết gia công, mm

l1 - Lượng ăn tới của dao, mm (l1 = t cotgϕ)

l2 - Lượng vợt quá của dao, mm Thường chọn: l2 = 1 ữ 3 mm

n - Số vòng quay của chi tiết gia công, rev./min

S - Lượng chạy dao, mm/rev

i - Số lần cắt

VI MỘT SỐ LOẠI DAO TIỆN

1 Dao tiện ngoài

2 Dao tiện trong

i S n

l l l

.

2 1 0

+ +

Hỡnh 2.14: Mụ hỡnh tớnh thời gian gia

30

3 Một số loại dao tiện khác

31

Chương 3: QUÁ TRÌNH CẮT GỌT KIM LOẠI

I QUÁ TRÌNH TẠO THÀNH PHOI:

-Do biến dạng các tinh thể trên phương này bị kéo dài thành hình elíp (góc của mặt trượt so với phương của lực cắt là β1)

-Khi dao tiếp tục tiến thêm => áp lực gia tăng làm ứng suất tăng vượt quá giới hạn bền kim loại bị biến dạng lớn và bắt ñầu bị phá huỷ

Trên phần kim loại của phôi ở mặt trước daop xuất hiệncác vết nứt theo góc phá huỷ β2 (β2 ≠ β1)

- Khi dao tiếp tục tiến, phoi bị cắt sẽ trượt trên mặt trước của dao, còn dao tiếp tục ép lên càc phần tử kim loại tiếp theo

2 Các dạng phoi

Tuỳ theo tính chất của vật liệu (dẻo hay dòn), chế ñộ cắt, các thông số hình học của dao mà phoi có các dạng khác nhau:

*Phoi vụn: phoi cắt ra là những hạt nhỏ rời rạt có hình dáng kích thước khác

nhau Phoi vụn thường gặp khi gia công vật liệu giòn hay cắt với vận tốc thấp Sự hình thành phoi không liên tục (phoi vụn) làm lực cắt thay ñổi gây ra va ñập, rung ñộng … chất lượng bề mặt xấu ñi, nhiệt và lực cắt chỉ tập trung ở mũi dao

Hình 3.1 Quá trình hình thành phoi

32

*Phoi xếp: Mặt phoi tiếp xúc với mặt trước của dao thì nhẵn bĩng mặt đối

diện với nĩ cĩ những nếp gợn (nức nẻ), phoi bị đứt ra thành từng mảnh hoặc từng đoạn ngắn Dạng phoi này trhường xuất hiện khi cắt các vật liệu dẻo vừa (vận tốc cắt, lượng chạy dao trung bình và dao cĩ gĩc trước γ lớn) Khi cắt ra phoi xếp thì bề mặt ra cơng nhẵn bĩng hơn

*Phoi dây: Thường gặp khi cắt

các vật liệu dẻo hoặc khi cắt với - vận

tốc cao, gĩc độ mài dao hợp lý Phoi

cĩ dạng dây dài – xoắn (mặt phoi tiếp

xúc với mặt trước của dao nhẵn bĩng,

mặt cịn lại gợn nứt) Phoi dây vẫn cịn

khả năng biến dạng dẻo

Do cĩ phoi dây mà lực cắt thay

đổi rất ít, tiêu hao năng lượng giảm,

chất lượng bề mặt gia cơng càng tốt

Cần chú ý rằng ngay cùng một loại vật liệu gia cơng nhưng tuỳ theo điều kiện cắt gọt, thống số hình học của dao, chế độ cắt,…cĩ thể cho ta phoi vụn, phoi xếp hoặc phoi dây Vì vậy từ chỗ quan sát phoi khi cắt người thợ cĩ thể phán đốn nguyên nhân để cĩ những điều chỉnh kịp thời

II SỰ CO RÚT PHOI

Sự co rút phoi là đặc tính tiêu biểu nĩi lên mức độ biến dạng về lượng của kim loại cắt gọt Từ nghiên cứu về sự co rút phoi trên phương diện thể tích cĩ thể nhận biết được việc cắt

diễn ra khĩ hay dễ, năng

lượng tiêu hao nhiều hay

33

Hệ số co rút phoi theo:

-Chiều dài: KL= L/ Lp >1

-Chiều dài: Ka= ap/a>1

Theo ñịnh luật bảo toàn thể tích: a.b.L = a p b p L p

Ta có: L/ L p = a p /a hay: K L =K a

III QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH BỀ MẶT GIA CÔNG VÀ HIỆN TƯỢNG CỨNG NGUỘI

Khảo sát quá trình hình thành bề mặt gia công (hình 3.4) ta nhận thấy ñể cắt

một lớp kim loại có chiều dày cắt là a và bề mặt hình thành sẽ là DE Khi bắt ñầu

cắt, do lưỡi cắt của dao không nhọn lý tưởng mà luôn luôn có một bán kính ñ, sự tiếp xúc của dao và chi

tiết bắt ñầu từ ñiểm A

Dao càng ñi sâu vào chi

tiết, ñiểm có ứng suất lớn

Sau khi mũi dao ñi qua, lớp bềmặt do sự ñàn hồi ñược nâng lên một chiều cao

h, do ñó gây nên một áp lực pháp tuyến và ma sát với mặt sau của dao Kết quả lớp mỏng bề mặt lại chịu biến dạng thêm Nếu bán kính cong ρ của dao càng lớn, ma sát càng lớn và mức ñộ biến dạng bề mặt càng tăng

ðể giải thích rõ hơn quá trình hình thành bề mặt gia công (hình 3.5) ta hãy khảo sát khả năng dịchchuyển của ba phần tử kim loại O1, O2, O3 trong quá trình cắt Ta nhận xét:

- Phương trượt của hạt kim loại tạo với áp lực pháp tuyến lên phần tử kim loại

ñó một góc Ψ

34

- Phần tử kim loại tại O1 có phương trượt hướng về phía phoi, do ñó có khả năng trượt ñể thành phoi

- Phần tử kim loại tại O2 có phương trượt song song với phương vận tốc cắt

- Phần tử kim loại tại O3 có phương trượt hướng về phía phôi, do ñó có khả năng trượt bị chặn lại, không thể thành phoi cắt

Từ nhận xét trên ta rút ra kết luận:

Khi cắt, những phần tử kim loại (trên lớp cắt có chiều dày a) nằm trên mặt

O2C sẽ bị trượt và tạo thành phoi; những phần tử nằm dưới có chiều dày H sẽ bị ñầu dao nén ép ñể tạo thành bề mặt gia công

Sự biến dạng của lớp kim loại H xảy ra cả biến dạng dẻo và biến dạng ñàn hồi

Do biến dạng ñàn hồi nên sau khi ra khỏi mặt sau dao, một phần của lớp kim loại ñược phục hồi một lượng h < H Sự phục hồi này xảy ra ñột ngột từ trạng thái bị chèn ép sang trạng thái tự do nên dễ phát sinh ra các vết nứt tế vi

Kết quả của biến dạng dẻo là sau khi gia công một lớp mỏng trên bề mặt chi tiết thay ñổi tính chất ban ñầu của nó và ñộ cứng tăng lên, tức là tinh thể kim loai bị nát vụn khiến cho lớp bề mặt trở nên bền và cứng hơn Hiện tượng ñó là hiện tượng cứng nguội Ngoài ra bề mặt gia công còn có những tính chất như ứng suất dư, các vết nứt tế vi và do sinh nhiệt (biến dạng và ma sát) làm suy yếu bề mặt

Hình 3.5: Sơ ñồ quá trình hình thành bề mặt gia công

Hs - ủộ cứng lớp bề mặt sau khi biến dạng dẻo

Ht - ủộ cứng lớp bề mặt trước khi biến dạng dẻo (vật liệu ban ủầu)

- Chiều sõu lớp cứng nguội: Vớ dụ khi gia cụng phụi ủỳc bằng khuụn kim loại, trong ủiều kiện bỡnh thường, chiều sõu lớp cứng nguội như sau:

Sau gia cụng thụ bằng dao tiện: 0,04 ữ 0,05 mm

Sau gia cụng tinh bằng dao tiện: 0,02 ữ 0,03 mm

Nhõn tố ảnh hưởng ủến cứng nguội cú cựng quy luật với nhõn tố ảnh hưởng ủến co rỳt phoi Vớ dụ vài nhõn tố ảnh hưởng chớnh:

- Những vật liệu gia cụng cú ủộ dẻo càng cao thỡ hiện tượng cứng nguội xảy ra với mức ủộ càng cao

- Gúc trước của dao càng nhỏ thỡ mức ủộ cứng nguội càng tăng

- Cắt gọt cú dung dịch trơn nguội thỡ mức ủộ cứng nguội giảm

+ Lớp cứng nguội sẽ gõy khú khăn cho cỏc nguyờn cụng gia cụng tinh

+ Khi gia cụng thụ, cứng nguội dễ gõy cong vờnh cho những chi tiết yếu cứng vững

IV HIỆN TƯỢNG LẸO DAO:

Trong quá trình cắt ra phoi dây, trên mặt trước của dao kề ngay lưỡi cắt

thường xuất hiện những lớp kim loại có cấu trúc kim tượng khác hẳn với vật liệu gia công và vật liệu làm dao Nếu lớp kim loại này bám chắc vào lưỡi cắt của dụng cụ

thì được gọi là lẹo dao

Cơ chế của quá trình hình thành lẹo dao có thể giải thích thêm như sau: do

chịu áp lực lơn và nhiệt độ cao, mặt khác vì mặt trước của dao không tuyệt đối nhẵn nên các lớp kim loại bị cắt nằm kề sát với mặt trước của dao có tốc độ di chuyển chậm và trong những điều kiện nhất định lực cản thắng được lực ma sát trong nội bộ

36

kim loại thì lớp kim loại sẽ nằm lại ở mặt trước tạo thành lẹo dao Vì biến dạng rất lớn nên độ cứng của lẹo dao lớn hơn độ cứng của vật liệu gia công từ 2,5-3,5 lần và

do đó có thể thay thế vật liệu làm dao đề thực hiện quá trình cắt

Nhiều công trình nghiên cứu đã chứng tỏ rằng có 2 loại lẹo dao:

 Lẹo dao ổn định nằm dọc theo lưỡi cắt trong suất quá trình cắt Loại này gồm một số lớp gần như song song với mặt trước và thường hình thành khi cắt thép

với chiều dày cắt nhỏ

 Lẹo dao chu kỳ: Loại này gồm 2 phần: phần nền nằm sát với mặt trước của dao, về cơ bản gọi là lẹo dao loại 1 Trên nền đó hình thành phần thứ 2, phần này sinh ra lớn lên và mất đi nhiều lần trong một đơn vị thời gian Sự xuất hiện

và mất đi của lẹo dao làm cho các góc cắt của dao trong quá trình cắt luôn luôn

biến đổi

Trong quá trình cắt trên mặt trước của dao xuất hiện một lớp kim loại, có dạng hùnh chêm và có cấu trúc dạng kim tượng, có thể thay thế lưới cắt Hiện tượng đó được gọi là hiện tượng lẹo dao

Thông số quan trọng đặc trưng cho kích thước của lẹo dao là chiều cao của lẹo dao.(H) Khi tiện thép 45 không có dung dịch trơn nguội chiều cao của lẹo dao có thể biểu diễn bằng công

thức thực nghiệm sau:

195 , 0 8

,

1

7.90

s

v

1 Nguyên nhân và điều

kiện hình thành lẹo dao

* Nguyên nhân của lẹo dao

là do hiện tượng “chảy chem.” của kim loại phoi trong quá trình tạo phoi

Do áp lực và nhiệt độ cao làm cho một phần của phân tố phoi tách khỏi dải

Hình 3.7 Hiện tượng lẹo dao

Hình 3.6 Dạng lẹo

37

phoi, di chuyển chậm lại và bám dính vào mặt trước của dao hình thành nên lẹo dao

* Điều kiện tạo lẹo dao là dưới một điều kiện nội ma sát yếu hơn ngoại ma sát

Trong quá trình tạo phoi (hình 2.10) dưới một điều kiện phù hợp về chế độ

cắt (v, s, t) và góc trước γ của dao, phoi được hình thành sau khi biến dạng khốc liệt

ở vùng biến dạng I rồi tiếp tục chuyển động theo mặt trước của dao dưới một áp lực lớn, ma sát lớn và nhiệt độ cao, làm lớp kim loại

sát mặt trước dao (2) bị biến dạng thêm ở vùng II

Lớp phoi bị biến dạng khốc liệt này bị chuyển

động chậm lại với Vf <V và hiện tượng này gọi là

hiện tượng chảy chậm của vật liệu Khuynh hướng

của nó là những phần tử vật liệu mà liên kết yếu

với cục phoi (do nhiệt độ cao) sẽ bám dính vòa mặt

trước và tích tụ dần thành một khối u kim loại ở

mũi dao được gọi là lẹo dao

Xét một phân tố phoi trên dải phoi, phân tố

phoi này chịu tác động của các lực sau:

 S: Lực thoát phoi

 Q: Lực liên kết trong nội bộ dải phoi

 T: Lực ma sát giữa phân tố phoi với bề mặt trước của dao

Lực Svà Q có xu hướng đẩy phân tố phoi ra ngoài theo bề mặt trước của dao T có xu hướng cản trở chuyển động này

 T <Q+S (1) – phân tố phoi vẫn được giữ lại trên dải phoi và cùng với nó thoát ra ngoài

 T ≥Q+S (2) thì phân tố phoi bị bứt ra khỏi dải phoi và do chịu áp lực lớn lên

bị hàn dính vào mũi dao, tạo thành lẹo dao

o Nếu điều kiện (2) được duy trì trong thời gian dài thì lẹo dao được hình thành

ổn định Gọi là lẹo dao ổn định

o Nếu điều kiện (1) xảy ra tại một thời điểm nào đó thì lập tức lẹo dao bị phoi cuốn đi một phần hay toàn bộ Như vậy gọi là lẹo dao không ổn định

2 Các nhân tố ảnh hưởng đến chiều cao lẹo dao

a) Tốc độ cắt

Hình 3.8: Điều kiện hình thành lẹo dao

38

Góc trước trong tiết diận chính của lẹo dao phụ thuộc vào tốc độ cắt và dao

động trong phạm vi 22-370 Tăng tốc độ góc cắt thì góc γgiảm Mặt lẹo dao đối diện với mặt cắt khiến cho góc sau của lẹo dao bằng 0

Bán kính cong của lẹo dao nằm ttrong giới hạn (8-15).10-3mm bằng bán kính congcủa lưỡi cắt được mài bóng cẩn thận Ngoài ra khi cắt ρn hầu như không đổi còn bán kính cong của lưỡi dao thì tăng lên vì bị mài mòn Vì lẽ đó khi cắt phoi mỏng, lẹo dao ổn định có ý nghĩa rất lớn Nó có tác dụng như một cái chêm cho phép dao cắt được một chiều dày cắt rất bé

Trị số, hình dạng tính ổn định của lẹo dao của cập vật liệu gia công và vật liệu làm dao phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, ở khu vực I khi tốc độ cắt thấp phoi cắt

ra là phoi vụn không có hiện tượng lẹo dao

Khu vực II khi cắt tạo thành phoi dây, lẹo dao bắt đầu xuất hiện Tăng tốc độ cắt thì chiều cao lẹo dao tăng Giới hạn trên của khu vực II là tốc độ cắt ứng với chiều cao lẹo dao lớn nhất Ở khu vực III khi tiếp tục tăng tốc độ thì lẹo dao giảm Giới hạn trên của khu vực này là tốc độ cắt ứng với thời điểm lẹo dao bắt đầu biến mất, ở khu vực IV khi tốc độ cắt đã khá cao, không có hiện tượng lẹo dao

Hỡnh 3.9: Ảnh hưởng của tốc ủộ cắt ủến chiều cao lẹo dao