bài tập chế tạo 2 chương 21 cutting –tool materials and cutting fluids

Quá trình sản xuất phải dừng lại để dọn sạch phoi, quá trình náy có thể được thay thế ở dụng cụ bẻ phoi, hoặc thay thế một số thông số khác như là tốc độ cắt, độ sâu cắt..  Độ cứng thấp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯƠNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

………… o0o…………

KỸ THUẬT CHẾ TẠO 2

CUTTING –TOOL MATERIALS AND CUTTING FLUIDS

GI ẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TRƯƠNG QUỐC THANH

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 12/2015

Chương 21:

PHẦN A

21.1 Giải thích vì sao phôi liên tục là một đặc tính không cần thiết

Mặc dù phoi liên tục có thể tạo ra bề mặt đẹp, nhưng mà nó không thật sự cần thiết, đặc biệt là với máy CNC, chúng gây ra sự xáo trộn xung quanh chỗ gá nhau, má kẹp, phôi, cũng như xung quanh các hệ thống loại bỏ phoi Quá trình sản xuất phải dừng lại để dọn sạch phoi, quá trình náy có thể được thay thế ở dụng cụ bẻ phoi, hoặc thay thế một số thông số khác như là tốc độ cắt, độ sâu cắt

21.2 Những yếu tố góp phần vào sự hình thành của phoi không liên tục

 Vật liệu phoi giòn

 Vật liệu phoi có chứa chất, hoặc có cấu trúc cứng chẳng hạn như các lớp graphite trong gang xám

 Tốc độ cắt rất thấp hoặc rất cao

 Độ sâu lớp cắt

 Góc cắt thấp

 Thiếu một chất lỏng cắt hiệu quả

 Độ cứng thấp của dụng cụ gá kẹp hay máy công cụ, do đó cho phép rung động

+Giúp trong việc hình thành các phoi liên tục trong các vật liệu dễ uốn

+Có thể giúp tránh lẹo dao

21.4 Nêu vai trò và tầm quan trọng của góc thoát của phôi

Giá trị của góc thoát ảnh hưởng đến việc cắt vật liệu của dao và kích thướt của phoi sinh ra Xác định độ sâu (lượng ăn dao) của quá trình cắt vật liệu

21.5 Giải thích sự khác nhau giữa việc cắt phoi không liên tục và việc cắt có phoi răng cưa

Phoi không liên tục thu được khi gia công vật liệu giòn (đồng thau ,gang ) các phần tử của phoi rời nhau, nếu gia công thép với lượng chạy dao lớn và tốc độ cắt nhỏ ta cũng thu được phoi vụn

Phoi răng cưa được khi gia công thép với tốc độ cắt trung bình Mặt phoi tiếp xúc với mặt trước của dao nên rất bóng còn mặt kia có nhiều gợn nẻ, nhìn chung phoi có dạng nhiều nếp xếp lại với nhau

21.6 Tại sao chúng ta nên quan tâm đến độ lớn của lực đẩy trong việc cắt

+Nếu lực đẩy là quá cao hoặc nếu các công cụ của máy là không đủ cứng, công cụ sẽ

bị đẩy ra khỏi bề mặt được gia công

+ tố này sẽ lần lượt làm giảm độ sâu của vết cắt, dẫn đến thiếu chính xác trong phần gia công

+Ngoài ra, chúng ta có thể thấy tác động của góc thoát và góc trước vào lực đẩy

21.7 Điềm khác biệt giữa việc khi cắt thẳng góc và khi cắt xiên

 Cắt thẳng góc: Khi điều kiện cắt dự kiến phoi cắt sẽ chạy dọc theo mặt phẳng vuông góc với bề mặt cắt Trên nguyên tắc góc tạo giữa phoi và mặt phẳng cắt

Nguyên nhân cơ bản gây ra chủ yếu là do hình dạng và chức năng của mũi dao

21.8 Việc tạo lẹo dao trên công cụ có lợi hay không? Giải thích?

- Giảm mài mòn

- Thay đổi hình học và góc cắt

- Giảm vùng tiếp xúc giữa phoi và các công cụ cắt

-Lẹo dao là yếu tố chính ảnh hưởng xấu đến bề phôi Tuy nhiên, một lớp lẹo dao nhất định là cần thiết vì nó làm giảm mài mòn của dao cắt, giảm tiêu thụ năng lượng của hoạt động cắt, tăng tuổi thọ công cụ

=> Tùy theo từng trường hợp thì lẹo dao có lợi hoặc không

21.9 Chức năng của bộ phận bẻ phoi là gì? Chúng hoạt động như thế nào?

Máy bẻ phoi theo truyền thống miếng kim loại kẹp để nghiêng một góc so với công cụ nó uốn cong và phá vỡ các phoi Tuy nhiên, hầu hết các công cụ cắt và thiết

bị hiện đại hiện nay đã tích hợp tính năng bẻ ngay trên máy Kinh nghiệm cho thấy rằng kích thước phoi lý tưởng để ngắt là có hình dạng của một trong hai chữ C hoặc số

9 và tương ứng đoạn dài 25mm

21.10 Xác định các lực tham gia vào quá trình cắt? Những lực nào góp phần tạo nên công suất yêu cầu của thiết bị?

Những lực cắt tham gia vào quá trình cắt:

Những lực góp phần xác định công suất cần cung cấp là Fc, Fs, F

21.11 Đặc điểm khác nhau của các dạng mài mòn dụng cụ cắt?

Mòn là một quá trình dần dần, giống như mòn của các đỉnh của một cây bút chì thông thường.Tỷ lệ mòn của công cụ phụ thuộc vào công cụ và vật liệu phôi, đặc điểm hình học của công cụ, thông số quy trình, chất lỏng cắt, và các đặc tính của máy công

cụ Mòn dụng cụ cắt và những thay đổi hình học của dụng cụ trong quá trình cắt theo nhiều cách khác nhau, thường được phân loại như mòn cạnh, mòn vị trí lõm dao, mòn mũi dao, khia hình chữ V, biến dạng dẻo của các phoi công cụ, sứt mẻ, gãy thô

21.12 Liệt kê những yếu tố góp phần ảnh hưởng xấu đến bề mặt gia công sau khi cắt

 Góc lẹo dao

 Dao bị cùn

 Bán kính R của phoi mà công cụ cắt tạo ra

21.13 Giải thích ý nghĩa giới hạn cắt và những gì liên quan? Vì sao Titan làm giảm giới hạn cắt?

Khả năng cắt của một loại vật liệu thường được xác định theo bốn yếu tố:

o Bề mặt kết thúc và toàn bề mặt của phần gia công

o Tuổi thọ

o Lực và công suất cần thiết

o Mức độ khó khăn trong việc kiểm soát phoi

Như vậy, khả năng cắt tốt thể hiện trên bề mặt kết thúc và toàn thể bề mặt của phần gia công tốt, tuổi thọ dài, và có lực cắt và yêu cầu công suất thấp Do tính chất phức tạp của hoạt động cắt, thật là khó khăn để thiết lập mối quan hệ định lượng để xác định khả năng cắt của một loại vật liệu.Trong thực tế tuổi thọ công cụ,độ thô bề mặt thường được coi là những yếu tố quan trọng nhất trong năng cắt Mặc dù không được

sử dụng nhiều nữa do tính chất định tính và gây hiểu lầm của chúng, nhưng nhiều năm nay người ta đã sắp xếp chỉ số khả năng cắt riêng cho từng loại vật liệu

-Titan và các hợp kim của nó có độ dẫn nhiệt rất kém (thấp nhất trong tất cả các kim loại), gây ra một sự gia tăng nhiệt độ đáng kể và được tạo lên lẹo dao Họ titan có độ cứng cao và khó khăn để làm dụng cụ

PHẦN C

21.40: Cho n = 0.5 và C = 90 trong công thức Taylor Tuổi thọ của dụng cụ sẽ tăng

bao nhiêu nếu tốc độ cắt giảm đi (a) 50% và (b) 75%?

Giải

Công thức Taylor áp dụng tính tuổi thọ của dao là:

n

C  VT (*) Với C= 90, n= 0,5, ta có: 90= V√𝑇

(a) Xác định phần trăm tăng tuổi thọ của dao nếu tốc độ cắt giảm xuống 50%, với

V2= 0,5V1 Chúng ta có thể viết lại:

0,5V T  V T

Thay vào công thức (*) ta có: T2/T1= 4, nên tuổi thọ dao tăng lên 300%

(b) Nếu tốc độ cắt giảm xuống 75% thì ta có V2= 0,25V1, nên:

0,25V T  V T

Thay vào công thức thì: T2/T1= 16, do đó tuổi thọ dao tăng lên 1500%

21.41 Giả sử rằng, khi cắt vuông góc, góc trước là 25° và hệ số ma sát là 0,2 Sử dụng phương trình (21.3), xác định tỷ lệ tăng độ dày phoi khi ma sát được tăng gấp đôi

∅ = 45° +𝛼

2−

𝛽2Chúng ta có: 𝛼 = 25°

2 = 51.85°

𝑡𝑐1 =

cos(∅2− 𝛼) 𝑠𝑖𝑛∅1cos(∅1− 𝛼) 𝑠𝑖𝑛∅2 =

0.93 × 0.7860.892 × 0.727= 1.13

 Khi hệ số ma sát tăng gấp đôi thì độ dày phoi tăng 13%

21.42 Chứng minh phương trình (21.11)

𝛍 = 𝐅

𝐍 =

(𝐅𝐭+ 𝐅𝐜𝐭𝐚𝐧𝛂)𝐜𝐨𝐬𝛂(𝐅𝐜− 𝐅𝐭𝐭𝐚𝐧𝛂)𝐜𝐨𝐬𝛂

Từ sơ đồ lực trong hình 21.11 trang 569, ta có:

F = (F t + F c tan α) cosα N = (Fc — F t tan α) cosα

Vì vậy theo định nghĩa ta có

21.43: Xác định có bao nhiêu lượng ăn dao nên giảm để giữ không đổi khi nhiệt

độ trung bình tốc độ cắt được tăng gấp đôi

Giải

Chúng ta bắt đầu với phương trình (21.19b) trên trang 572 đó, đối với trường

hợp này, có thể được viết lại như sau

Sắp xếp lại và đơn giản hóa phương trình này, chúng ta có được

Đối với các công cụ carbide, giá trị gần đúng được đưa ra p 572 là a = 0,2 và b = 0,125 Thay thế này, chúng ta có được

Vì vậy, nên giảm lượng ăn dao (1-0,33) = 0,67, hoặc 67%

21.44: Sử dụng mối quan hệ lượng giác, hãy trình bày công thức xác định tỉ lệ năng lượng ứng suất cắt với năng lượng ma sát qua các đại lượng α, β, và φ

𝐹 = 𝑅𝑠𝑖𝑛𝛽, 𝐹𝑐 = 𝑅𝑐𝑜𝑠(𝛽 − 𝛼)

Ta có 𝑅 = √𝐹𝑡2+ 𝐹𝑐2 = √2002+ 5002 = 539 𝑁

Suy ra 500 = 539 cos(𝛽 − 10) ⇔ 𝛽 = 320

𝐹 = 539𝑠𝑖𝑛320 = 286 𝑁 Phần trăm = (286)(0.5) 0.286 28.6%

Từ hình 21.16 trên trang 576 và bằng cách ngoại suy các đường cong tuổi bền công

cụ trên 1 phút chúng ta ước tính giá trị C xấp xỉ (từ gốm để HSS) 11000, 3000, 400, và

200, tương ứng Tương tự như vậy, các giá trị n được ước tính là: 0,73 (36 ◦), 0,47 (25

◦), 0,14 (8 ◦) và 0,11 (6 ◦), tương ứng

21.47: Chứng mình phương trình (21.1b)

𝑟 = 𝑡𝑜

𝑡𝑐 =

𝑠𝑖𝑛(𝜑) 𝑐𝑜𝑠(𝜑 − 𝛼) Với chiều dài mặt cắt của mặt phăng l như hình 21.3a , ta thấy độ sau của vết cắt được tính bới công thức:

21.48 Giả sử rằng, trong cắt thẳng góc, góc trước của dao, α là 20° và góc ma sát,

β là 35° tại bề mặt giữa phoi và dao Xác định phần trăm thay đổi chiều dày phoi khi góc ma sát là 50° (Lưu ý:Không sử dụng phương trình (21.3) hoặcEq (21.4))

Sử dụng phép đo thực nghiệm của các góc phẳng viết bởiS.Kobayashi và in

bởi Kalpakjian, S.Manufacturing Processes for Engineering Materials,3rd ed.,

𝑡𝑜

𝑡𝑐 =

cos(𝜙2 − 𝛼) 𝑠𝑖𝑛𝜙1cos(𝜙1 − 𝛼) 𝑠𝑖𝑛𝜙2 =

cos (150 − 250)𝑠𝑖𝑛250

cos (250 − 250)𝑠𝑖𝑛150 = 1.60

=> Độ dày phoi tăng 60%

21.49: Ta thấy rằng, đối với cùng một góc cắt cho ta tỷ lệ cắt là như nhau

Theo công thức 21.1b, mẫu số trong phương trình cung cấp các giá trị tương

ứng với các góc (φ − α), có thể là tích cực hoặc tiêu cưc Vậy điều khẳng định trên hoàn toàn đúng

21.50: Dung dịch làm nguội có ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ cắt của dao cắt, quan sát hình 21.11

Theo như hình 21.11 trang 569 cho ta thấy rằng việc sử dụng dung dịch làm nguội

sẽ làm giảm lực ma sát trong quá trình gia công, ngay tại vị trí tiếp xúc giữa dao và phoi Hình bên có sử dụng chất lỏng trong quá trình cắt, do đó lực mà sát được giảm xuống Hình bên phải không dùng dung dịch làm nguội nên nhiệt độ sinh ra trong quá trình cắt lớn, làm giảm tốc độ cắt và làm dao nhanh mòn Lực đẩy có tác dungh lớn, đáng kể đến lực cắt, điều này hiệu quả hơn khi thay đổi góc cắt

21.51 Trong quá trình gia công sử dụng dụng cụ cắt, mếu tăng tốc độ 50%, thì tỉ

lệ lượng ăn dao được sửa đổi để dụng cụ cắt được hoạt động một cách liên tục Sử dụng n = 0.5 và y =0.6

Để làm bài này, ta sử dụng phương trình 21.22 trang 575 Phương trình được viết

lại như sau:

𝐶1/𝑛𝑉1−1/𝑛𝑑1−𝑥/𝑛𝑓1−𝑦/𝑛 = 𝐶1/𝑛𝑉2−1/𝑛𝑑2−𝑥/𝑛𝑓2−𝑦/𝑛Lưu ý rằng độ sâu cắt là không đổi, do đó d1=d2 và V2=1.5V1

Thay thế các giá trị trên vào phương trình ta được:

𝑉1−2𝑓1−0.6/0.5 = (1.5𝑉1−2𝑓2−0.6/0.5

1 2

Lưu ý dùng đơn vị thích hợp, ta sẽ dùng độ F thay cho độ R, vì tốc độ cắt gần bằng 0 nên nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ phòng Tức, 𝑇𝑡𝑡 = 6500𝐶 Và V= 90m/ph

o Với học sinh Có rất nhiều yếu tố có thể được lựa chọn để nghiên cứu; một số

sẽ cho không mối quan hệ rõ ràng nhưng những người khác sẽ cung cấp cho một

số tương quan Ví dụ, dưới đây là một âm mưu của độ cứng so với cường độ chịu nén và mô đun đàn hồi Lưu ý rằng độ cứng của cubic boron nitride và kim cương

đã được ngoại suy từ hình 2.15 trên p 73 và là chỉ ước tính cho mục đích minh họa Cần lưu ý rằng cốt truyện được giới hạn vật liệu trong Bảng 22.1 Nói chung, không có xu hướng giữa độ cứng và mô đun đàn hồi, nhưng Bảng 22.1 có một lựa chọn nhỏ của vật liệu phù hợp cho các công cụ cắt

22.37 Cho đặc điểm về tính chất nhiệt của các dịch cắt thông dụng.Xác định những tính chất hiệu quả cơ bản của chất làm mát(như chất lỏng dựa trên nước)

và nhữnghiệu quả cơ bản của chất bôi trơn (như dầu)

o Hầu hết chất lỏng cắt là nhũ tương (chất lỏng dựa trên nước), nhưng ta có thể cho một chất như là dầu nền, và các nhà cung cấp chỉ sẽ đưa số liệu về các dầu gốc Các nhũ tương thực tế được sản xuất từ dầu gốc này sẽ có nhiệt dung riêng cao hơn và tính chất nhiệt vượt trội Các đặc tính như độ dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng có thể được nội suy tuyến tính từ nồng độ nước theo quy định của hỗn hợp Đây là một vấn đề khó khăn do tính chất nhiệt thường không có sẵn Những thứ thực tế phổ biến nhất cho việc áp dụng các chất bôi trơn theo dòng chảy rối,

do đó hầu hết nhiệt được lấy ra bởi sự đối lưu Dự đoán được đặc trưng hệ số của đối lưu sử dụng chất lỏng là vô cùng khó khăn

22.38 Cột đầu tiên trong Bảng 22.2 cho thấy mười đặc tính rất quan trọng để cắt công cụ Đối với mỗi vật liệu công cụ được liệt kê trong bảng, bổ sung dữ liệu

số cho từng đặc tính Mô tả các quan sát của bạn, bao gồm bất kỳ thông tin trùng lặp

o Có rất nhiều câu trả lời chấp nhận được vì tất cả các nguyên vật liệu của dụng

cụ cắt trong bảng có một phạm vi rộng các giá trị Ngoài ra, một số các biện pháp này là chất lượng, chẳng hạn như sứt mẻ và lực cản kháng sốc nhiệt Tốc

độ cắt phụ thuộc vào nguyên liệu phôi và điều kiện của nó, cũng như chất lượng của bề mặt mong muốn Tuy nhiên, các ví dụ về các câu trả lời có thể chấp nhận được:

Từ Bảng 21.2 trên p 622 chúng ta hãy điện cho các đơn vị hợp kim titan như 5

Ws / mm3, hoặc 2 hp-min / IN3 Lưu ý rằng chúng tôi sử dụng các giới hạn trên của quyền lực bởi vì các vấn đề nói rằng titan là độ bền cao Như vậy, quyền lực

23.35 Ước tính thời gian cần thiết để gia công lần lượt thô bằng đồng hợp kim thanh tròn 0.50-m-dài ủ từ một đường kính 60 mm với đường kính 58 mm, sử dụng một công cụ thép tốc độ cao

(Xem Bảng 23.4) Ước tính thời gian cần thiết cho một công cụ carbide tráng

Đề cập đến Bảng 23.4 bắt đầu vào p 622, hợp kim đồng ủ có thể được gia công với tốc độ tối đa 535 m cắt / min = 8,9 m / s sử dụng cacbua tráng Các chú thích vào bảng biểu rằng tốc độ cho thép tốc độ cao là khoảng một nửa giá trị cho cacbua không tráng, vì thế tốc độ sẽ được thực hiện như là 268 m / min = 4,46

m / s cho HSS Đối với bước ngoặt thô, độ sâu của vết cắt khác nhau, nhưng một giá trị trung bình được lấy từ bảng 4.5 mm, hoặc 0,0045 m Tốc độ cắt tối đa là đường kính ngoài và được cho bởi (xem bảng 23.3 trên p 621)

V = πDoN → 535 m / min = (N) (π) (0,06 m)

và do đó N = 2840 rpm cho HSS và 1420 rpm cho carbide Bởi vì nó là bước ngoặt thô, các loại thức ăn có thể được thực hiện như là những giá trị cao trong Bảng 23.4 trên p 622 Sử dụng các giá trị là 0,75 mm / rev, hoặc 0,00075 m / rev, vật liệu có độ cứng thấp như nhôm, thời gian để cắt thu được từ biểu thức (23.2) trên p 679 như

t = l Fn = 0,5 m (0,00075 m / rev) (2840 rpm) = 0,235 min = 14,1 s

Thời gian carbide được lại tìm thấy vào khoảng 7,5 s

23.36 Một thanh gang cường độ cao có đường kính 200 mm, đang được tiện trên máy, cắt ở độ sâu cắt d = 1,25 mm Máy tiện được trang bị một động cơ điện 12

kW và có hiệu quả cơ khí 80% Tốc độ trục chính là 500 rpm Ước tính các

nguồn cấp dữ liệu tối đa có thể được sử dụng trước khi máy tiện bắt đầu chững lại?

Lưu ý rằng D ave= 198,75 mm Kể từ khi các máy tiện có động cơ 12 mã lực và hiệu suất cơ học của 80%, chúng ta có (12) (0,8) = 9,6 kW sẵn sàng cho các hoạt động cắt Đối với sắt đúc sức mạnh cụ thể yêu cầu được lấy từ Bảng 21.2 trên trang 571 là giữa 1,1 và 5,4 Ws Chúng tôi sẽ sử dụng các giá trị trung bình

để có được một số điển hình để các điện cụ thể sẽ được thực hiện như là 3.3 Ws Vì vậy, tỷ lệ loại bỏ kim loại tối đa là tỷ lệ loại bỏ kim loại cũng được cho bởi phương trình (23.1a) trên trang 620 như:

23.37 A 7,5 mm đường kính khoan được sử dụng trên báo chí khoan hoạt động ở

300 rpm Nếu thức ăn là 0,125 mm / rev, các MRR là gì? Các MRR là gì nếu đường kính khoan là tăng gấp đôi?

Tỷ lệ loại bỏ kim loại trong khoan được cho bởi phương trình (23.3) trên trang

647 Như vậy, đối với một đường kính khoan 7,5-mm, với các trục quay ở 300 rpm và một nguồn cấp dữ liệu của 0.125 mm / rev, các MRR là:

Nếu các trục chính được chạy ở 500 rpm, tốc độ loại bỏ kim loại là

( ) 131mm / s8

MRR 2

0

1

00

52.3

 

N-m

23.39 A 150-mm-đường kính xi lanh nhôm 250 mm chiều dài là đường kính của

nó đã giảm xuống còn 115 mm Sử dụng các điều kiện gia công điển hình được đưa ra trong Bảng 23.4, ước tính thời gian gia công nếu một công cụ carbide TiN bọc được sử dụng

Như chúng ta sẽ thấy dưới đây, đây là một vấn đề phức tạp và tinh tế mở, và một giải pháp cụ thể đi chệch đáng kể từ này Từ Bảng 23.4 trên trang 622, phạm vi của tham số cho gia công nhôm với một công cụ carbide là:

đó là, f = 0,62 mm / rev và V = 915 m / phút Đối với các vết cắt hoàn thiện,