Cơ Sở Công Nghệ Gia Công Cắt Gọt Trên Máy CNC

Cắt kim loại là gì?Là quá trình bóc ra khỏi mặt gia công một lớp kim loại bởi một dụng cụ cắt có độ cứng cao hơn vật liệu gia công.. Vật liệu cắt thường làm từ thép gió, hợp kim cứng, v

CƠ SỞ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CẮT GỌT

TRÊN MÁY CNC

Lê Trung Thực

1 Căn bản về cắt kim loại

Cắt kim loại là gì?

Là quá trình bóc ra khỏi mặt gia công một lớp kim loại bởi một dụng cụ cắt có độ cứng cao hơn vật liệu gia công.

Vật liệu cắt thường làm từ thép gió, hợp kim

cứng, vật liệu gốm, Nitride bor lập phương, Kim cương

Vật liệu gia công thường là: Thép, thép không gỉ, gang, đồng, nhôm,…

VẬT LIỆU KIM LOẠI

Nhóm vật liệu là thép

Nhóm vật liệu là thép inox

Nhóm vật liệu là gang

Nhóm vật liệu khác kim

loại đen

Ký hiệu thép theo tiêu chuẩn các nước

công nghiệp phát triển

Ký hiệu thép theo tiêu chuẩn các nước

công nghiệp phát triển

Ký hiệu thép theo tiêu chuẩn các nước

công nghiệp phát triển

Ký hiệu thép inox theo tiêu chuẩn các nước công nghiệp phát triển

Ký hiệu thép inox theo tiêu chuẩn các nước công nghiệp phát triển

Ký hiệu gang theo tiêu chuẩn các nước công nghiệp phát triển

Thông số hình học của lưỡi cắt

Góc trước

Góc sau

Các thông số hình học của lưỡi cắt

Góc sau : Góc sau làm giảm ma sát và sự nóng

lên giữa chi tiết và dụng cụ cắt.

Góc sắc : Kich thước của góc sắc phụ thuộc vào

độ cứng và độ dẻo của chi tiết gia công Góc sắc nhỏ khi lực cắt nhỏ và góc cắt lớn khi lực cắt lớn, tuy nhiên góc sắc lớn làm tăng sự mài mòn lưỡi

cắt và tuổi thọ của lưỡi cắt thấp.

Góc trước : Góc trước có ảnh hưởng đến quá

trình tạo phôi và lực cắt Góc trước càng lớn thì lực cắt càng nhỏ, tuy nhiên lưỡi cắt dễ bị vỡ và bị mài mòn nhanh Những vật liệu rắn, tương đối cứng thường sử dụng góc trước khoảng 10o Những vật liệu cứng và giòn đòi hỏi góc trước nhỏ thậm chí là góc âm

Các thông số hình học của lưỡi cắt

Góc lệch chính : Góc lệch chính có ảnh hưởng

đến lực cắt và lực kẹp chi tiết cũng như chiều sâu và bề rộng cắt Thường chọn góc lệch chính từ 30o

đến 60o chỉ khi tiện vai hay cắt đứt chọn góc lệch chính  = 90o

Góc nghiêng : Thường chọn góc nghiêng âm khi

tiện thô và góc nghiêng dương khi tiện tinh Góc nghiêng âm được sử dụng để giảm ứng suất của lưỡi cắt và góc nghiêng dương được sử dụng để

bẻ phoi trực tiếp từ chi tiết gia công.

Góc mũi dao : Góc mũi dao càng lớn càng làm

tăng độ cứng vững của lưỡi cắt và tản nhiệt tốt hơn

Vật liệu lưỡi cắt

- Lưỡi cắt thép gió

- Lưỡi cắt hợp kim cứng

- Lưỡi cắt vật liệu gốm

- Nitrid Bore lập phương

- Lưỡi cắt kim cương

Thép gió (HSS)

Thép gió là một loại thép hợp kim dụng cụ Độ

thế nó có thể chịu tác động của tải trọng lớn Tốc độ cắt nhỏ hơn so với hợp kim cứng và vật liệu gốm

Thép gió thường dùng để chế tạo dụng cụ cắt định hình ví dụ như lưỡi khoan và dao doa, không cho phép dùng làm các mảnh lưỡi cắt hay gia công chất dẻo và hợp kim nhẹ Các dụng cụ cắt thép gió thường được mạ một lớp titan-nitríc (TiN) Lớp phủ có màu vàng này làm tăng độ cứng tối đa, chống lại sự mài mòn và cho phép tốc độ cắt cao hơn

Hợp kim cứng.

Hợp kim cứng là những vật liệu được chế tạo bằng phương pháp luyện kim bột như là những mảnh lưỡi cắt sử dụng vật liệu tôi và một tác nhân liên kết Trong hầu hết các trường hợp vật liệu tôi là cácbit vônfam, titan hay tantal Coban được sử dụng như là tác nhân liên kết

Hợp kim cứng có độ cứng lớn hơn nhiều so với

thép gió (70HRCHRC) ù Hợp kim cứng có khả năng

chống lại sự mài mòn tối đa và chịu đựng được nhiệt độ gia công cao Tuy nhiên độ chịu dao động nhiệt và độ bền thì kém hơn so với thép gió

Quá trình sản xuất hợp kim cứng

Trộn WC với Co

Thiêu kết WC với Co ở 1600 o C

Mài đúng kích thước Phủ lớp Ti(CN)

hay Al2O3

Hợp kim cứng

nhĩm vật liệu gia cơng

Nhĩm P: gia cơng chủ yếu là

Cấp độ cứng của mảnh hợp kim

Gia công thô Gia công bán tinh Gia công tinh

P40 Gang dẻo Độ cứng cao

P50 Gia công thô Lượng tiến dao

Tốc độ cắt cao

M M20 Thép không rỉ Tốc độ cắt trung

bình

Vàng M30

M40 Kim loại màu Gia công thô Độ cứng cao

Lượng tiến dao nhanh

K01 Gang cứng Gia công tinh

Chống lại sự mài mòn cao

Tốc độ cắt cao

K K10 Gang

Đỏ K20 Gang dẻo

K30 Nhựa K40 Gỗ Gia công thô Độ cứng cao

Lượng tiến dao nhanh

Vật liệu gốm (s ) ứ)

 Vật liệu gốm cứng hơn hợp kim cứng (độ cứng 92-93HRC) và cho phép nhiệt độ làm việc lên đến 1200 oC

 Chúng rất giòn, dễ vỡ và nhạy cảm với sự dao động của lực cắt

 Vật liệu gốm được chế tạo dưới dạng mảnh hợp kim và được kẹp trên cán dao giống như mảnh hợp kim cứng.

 Tuổi bền dao sứ gấp hai lần hợp kim cứng

 Tốc độ cắt gấp hai lần so với hợp kim cứng

Vật liệu gốm.

 Vật liệu gốm được sử dụng trong các quá trình cắt gọt ổn định, không cần tưới nguội Vật liệu gốm lý tưởng để cắt các vật liệu sắt vì chúng không tạo ra hiện tượng phôi bám Vật liệu gốm có thể được phân loại theo 3 nhóm sau:

- Vật liệu gốm oxit

- Vật liệu gốm hỗn hợp

- Vật liệu gốm nitrid

Vật liệu gốm oxit

 Vật liệu gốm chứa oxit nhôm (Al2O3 ) nguyên chất được gọi là vật liệu gốm oxit,

 Chúng không dùng kim loại làm tác nhân liên kết Vật liệu gốm oxit đặt biệt lý tưởng để cắt các hợp kim sắt vì có khả năng chống lại mài mòn cao.

Vật liệu gốm

Hợp kim cứng được cho thêm vào oxit nhôm (Al2O3 ) ví dụ như cácbit titan, gọi là vật liệu gốm

hỗn hợp Vật liệu gốm hỗn hợp được dùng để gia

công tinh gang xám hoặc thép cũng như dùng để cắt các vật liệu sắt đã tôi

Vật liệu gốm nitrid có thành phần chính là silic

nitrid (Si3N4 ) Vật liệu cắt không có oxit này rất giòn và nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ cắt Nhược điểm là không có khả năng chịu mài mòn cao khi cắt thép Vật liệu gốm nitrid được ứng dụng để gia công gang xám

Kim cương

Kim cương cứng hơn tất cả các vật liệu cắt khác

(7000-8000 HK = 70000-80000 HB) Chúng rất nhạy cảm với va chạm, tuy nhiên không tạo ra hiện tượng phôi bám trong quá trình gia công

Kim cương được sừ dụng để cắt kim loại màu và hợp kim của kim loại màu cũng như dùng để cắt vật liệu composit, hợp kim cứng và vật liệu gốm

Kim cương không được dùng để gia công thép Bởi vì kim cương sẽ bị mòn rất nhanh do nguyên tử cacbon của kim cương phát ra và nhập vào nguyên tử sắt (sự mài mòn ngược)

Khi nhiệt độ tăng thì độ cứng của vật

liệu cắt giảm

Độ dai và độ cứng của các loại vật liệu cắt

Độ

cứng

Độ dai

Mảnh lưỡi cắt bằng

Mảnh lưỡi cắt được phân lọai theo các đặc điểm cơ bản của chúng như hình dáng, góc, lưỡi cắt, mức độ chịu đựng cũng như thiết bị dùng để kẹp và các kích thước chính Dựa trên tiêu chuẩn ISO 1832 / DIN- 4987 ví dụ sau minh họa tên tiêu chuẩn của một mảnh lưỡi cắt

Mảnh lưỡi cắt ISO 1832 - ECMT 09 T3 08 FR - P10

Số tiêu chuẩn DIN 4987

1) Hình dạng cơ bản E = hình thoi 75o

4) Bề mặt và đặc điểm kẹp T góc vát của bề mặt lỗ

kẹp = 60o5) Kích thước mảnh lưỡi cắt Chiều dài cạnh = 9,52 mm

6) Chiều dày mảnh lưỡi cắt s = 3,97mm

7) Bán kính lưỡi cắt r = 0,8mm

8) Đặc điểm lưỡi cắt F = lưỡi cắt sắc

9) Hướng cắt R = bên phải

10) Vật liệu lưỡi cắt Hợp kim cứng P10

Ảnh hưởng của vật liệu tới lực cắt

Mảnh hợp kim âm và dương

Negative vs Positive Inserts

Góc trước âm và dương

Ảnh hưởng

của góc trước tới lực cắt

Phân bố nhiệt cắt

Các dạng phoi

Nhận biết góc nghiêng chính

Kr theo hướng chạy dao (fn)

Các dạng profil của lưỡi cắt

Bán kính đầu dao và sự hình thành độ

nhám bề mặt gia công

Bán kính đầu dao và sức chịu đựng

Độ nhám bề mặt gia công phụ thuộc vào bán

kính đầu dao và lượng chạy dao

Turning Wipers

Wiper insert Twice the feed, same R a

Cải thiện độ nhám bằng cách tăng độ rộng mũi dao

2 TIỆN

Các dạng chi tiết có thể gia công trên máy

tiện

Máy tiện ngang

Máy tiệân đứng và tiệân cụt

Các thành phần của máy tiệân

Máy tiện vạn năng và máy tiện CNC

Máy tiện CNC

Máy tiện: Mô phỏng quá trình gia công trên

máy tính

Máy tiện: Mô phỏng quá trình gia công trên

máy tính

Các loại dao tiện

Ví dụ ký hiêu một cán dao tiện

Ví dụ ký hiêu một cán dao tiện

Ví dụ ký hiêu một cán dao tiện

Cặp tốc truyền mômen xoắn cho trục gia công

Dùng luynét khi l/d > 5

Mũi chống tâm xoay

Duøng muõi taâm khuyeát

Dùng Luynét động và tĩnh (khi l/d >12)

Các sơ đồ gia công: tiện ngoài

Các sơ đồ gia công: tiện trong

Các sơ đồ gia công: tiện rãnh

Các sơ đồ gia công: tiện ren

Chọn chế độ công nghệ

Chế độ công nghệ Gồm các yếu tố

Chiều sâu cắtLượng ăn daoVận tốc cắt

Chiều sâu cắt

Chọn tuỳ thuộc vào nhiều

yếu tố công nghệ: Công

Lượng ăn dao

Vận tốc cắt

Vận tốc cắt và số vòng quay

Công suất cắt

Cấp chính xác kích thước, độ nhám

Cấp chính xác Độ nhám bề mặt, (m) Chiều sâu lớp

biến cứng, m Ghi chú Phương pháp gia công

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)

Phá 15 - 17 - 25 - 100 100 - 400 350 Nửa tinh 12 - 14 - 6,3 - 12,5 25 - 50 50 Tinh 7 - 9 6 1,6 - 3,2 6,3 - 12,5 10 Tiện dọc

Mỏng 6 5 0,4 - 0,8 1,25 - 3,2 5 Phá 16 - 17 25 - 100 100 - 400 350 Nửa tinh 14 - 15 6,3 - 12,5 25 - 50 50 Tinh 11 - 13 8 - 9 3,2 - 6,3 12,5 - 25 25 Tiện ngang

Mỏng 8 - 11 7 0,8 - 1,6 3,2 - 6,3 10

d  15mm 12 - 14 10 - 11 6,3 - 12,5 25 - 50 25 - 50 Khoan

d > 15mm 12 - 14 10 - 11 12,5 - 25 50 - 100 50 - 100 Thô 12 - 15 - 12,5 - 25 50 - 100 50 - 100 Xoáy

Tinh 10 - 11 8 - 9 3,2 - 6,3 12,5 - 25 20 Nửa tinh 9 - 10 8 6,3 - 12,5 25 - 50 50 Tinh 7 - 8 - 1,6 - 3,2 6,3 - 12,5 10 Doa

Mỏng 7 6 0,4 - 0,8 1,25 - 3,2 5

Công thức tính chính xác, chế độ gia công trung bình

và công thức tính gần đúng thời gian máy

Phương pháp gia công Công thức lý thuyết

tính T M, (phút)

Chế độ gia công trung bình thường gặp

Công thức gần đúng tính T M ,

(phút) Thô V = 105 m/ph; S = 0,4 mm/vg 0,000075Dl Tiện ăn

dao dọc Tinh 1000 VS

Dl



V = 120 m/ph; S = 0,15 mm/vg 0,0000175Dl Thô V = 70 m/ph; S = 0,5 mm/vg 0,0000224(D 2 –d 2 ) Tiện ăn

dao

ngang Tinh 4000 VS

) d D ( 2 2



V = 174,6 m/ph; S = 0,41 mm/vg 0,000011(D 2 –d 2 ) Thô V = 63,4 m/ph; S = 0,36 mm/vg 0,000134 Dl Tiên lỗ

Tinh V = 50 m/ph; S = 0,15 mm/vg 0,00042 Dl

3 PHƯƠNG PHÁP PHAY

–Các dạng mặt có thể gia công bằng phương pháp phay

Máy phay

Máy phay giường

ĐỒ GÁ DÙNG TRÊN MÁY PHAY

ĐỒ GÁ DÙNG TRÊN MÁY PHAY

ĐỒ GÁ DÙNG TRÊN MÁY PHAY

Êto kẹp băng khí nén

Bàn gá nghiêng

Bàn gá dịch chuyển theo hai phương

ĐỒ GÁ DÙNG TRÊN MÁY PHAY

ĐỒ GÁ DÙNG TRÊN MÁY PHAY

CÁC LỌAI DAO PHAY

Dao phay mặt đầu

Dao phay đĩa Dao phay mặt bậc

Dao phay ngón

Các dạng chuyển động cắt khi phay

Chiều dày cắt dọc ap và ngang ae

Lượng ăn dao răng fz

Chọn dao, mảnh hợp kim và chế độ cắt

Xác định công suất khi phay mặt đầu

Vf = fz x n x zn

Cấp chính xác kích thước, độ nhám

Cấp chính xác Độ nhám bề mặt, (m) Chiều sâu lớp

biến cứng, m Ghi chú Phương pháp gia công

Thô 12 - 14 - 25 - 50 100 - 200 100 - 200 Tinh 11 - 3,2 - 6,3 12,5 - 25 12,5 - 25 Phay trụ

Thô 12 - 14 6,3 - 12,5 25 - 50 25 - 50 Tinh 11 10 3,2 - 6,3 12,5 - 25 15 - 30

Phay mặt

đầu

Mỏng 8 - 9 6 - 7 0,8 - 1,6 3,2 - 6,3 5 - 10

Công thức tính chính xác, chế độ gia công trung bình

và công thức tính gần đúng thời gian máy

Phương pháp gia công Công thức lý thuyết

tính T M, (phút)

Chế độ gia công trung bình thường gặp

Công thức gần đúng tính T M ,

4 PHƯƠNG PHÁP KHOAN, KHÓET, DOA VÀ TA RÔ

PHƯƠNG PHÁP KHOAN, KHOÉT

–Các dạng mặt có thể gia công bằng

phương pháp KHOAN, KHOÉT

• Mặt trụ trong

• Mặt lỗ trư c khi làm ren ớc khi làm ren

Crow)loc

Mũi khoét

Chọn lưỡi khoan

Lực và công suất cắt khi khoan bằng

mũi khoan liền khối (solid drill)

Lực khoan, mômen xoắn, công suất và lưu lượng dung dịch trơn nguội khi khoan

Doa

Taro hay phay ren

Tính lực khoan hay phay đâm dao thẳng đứng

Cấp chính xác kích thước, độ nhám

Cấp chính xác Độ nhám bề mặt, (m) Chiều sâu lớp

biến cứng, m Ghi chú Phương pháp gia công

Kinh tế Đạt được Ra Rz T

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)

d  15mm 12 - 14 10 - 11 6,3 - 12,5 25 - 50 25 - 50 Khoan

d > 15mm 12 - 14 10 - 11 12,5 - 25 50 - 100 50 - 100 Thô 12 - 15 - 12,5 - 25 50 - 100 50 - 100 Xoáy

Tinh 10 - 11 8 - 9 3,2 - 6,3 12,5 - 25 20 Nửa tinh 9 - 10 8 6,3 - 12,5 25 - 50 50 Tinh 7 - 8 - 1,6 - 3,2 6,3 - 12,5 10 Doa

Mỏng 7 6 0,4 - 0,8 1,25 - 3,2 5

Công thức tính chính xác, chế độ gia công trung

bình và công thức tính gần đúng thời gian máy

Phương pháp gia công Công thức lý thuyết

tính T M, (phút)

Chế độ gia công trung bình thường gặp

Công thức gần đúng tính T M ,

(phút)

D  20 V = 22,4 m /ph; S = 0,25 m m /vg 0,00056 Dl Khoan lỗ

D = 20 70 V = 29,7 m/ph

S = 0,25 m m /vg 0,000423 DlKhoét (xoáy) lỗ V = 15m /ph; S = 1 m m /vg 0,00021 Dl

Thô V = 12 m /ph; S = 0,6 m m /vg 0,000436 Dl Doa lỗ

tinh V = 6 m /ph; S = 0,6 m m /vg 0,000376 Dl Thô V = 63,4 m /ph; S = 0,36 m m /vg 0,000134 Dl Tiên lỗ

Tinh

VS 1000

Dl



V = 50 m /ph; S = 0,15 m m /vg 0,00042 Dl

TÓM LƯỢC

Cắt kim loại là gì? Có những vật liệu gia công nào? vật liệu cắt gì?

Các yếu tố ảnh hưởng tới lực cắt và độ nhám?

Tiện là gì? Tiện có khả năng gì?

Có những loại máy tiện gì?

Đồ gá trên máy tiện ?

Dụng dụ cắt trên máy tiện?

Chế độ cắt trên máy tiện?

TÓM LƯỢC

Phay là gì? Phay có khả năng gì?

Có những loại máy phay nào?

Đồ gá trên máy phay ?

Dụng dụ cắt trên máy phay?

Chế độ cắt trên máy phay?

Khoan, khoét, doa, ta ro là gì?

Dụng cụ cắt cho khoan, khoét, doa, ta ro

Chế độ cắt khi khoan, khoét, doa, ta ro