Bài Giảng Cắt Kim Loại

Yêu cầu: Nắm được đặc điểm của quá trình cắt khi gia công lỗ, kết cấu của mũi khoan xoắn, mũi doa trụ và chế độ cắt của chúng... Lưỡi cắt ngang có tốc độ cắt nhỏ, lại có góc trước âm n

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

BÀI GIẢNG

C¾t kim lo¹i

Yêu cầu:

Nắm được đặc điểm của quá trình cắt khi gia công lỗ,

kết cấu của mũi khoan xoắn, mũi doa trụ và chế độ cắt của chúng

 6.1 Khoan

 6.1.1 Đặc điểm của quá trình cắt khi khoan:

 - Khoan có thể gia công các lỗ thông và không thông với đường kính từ 0,25 đến 80 mm hoặc những lỗ nhỏ hơn nữa

 - Dụng cụ thông dụng nhất là mũi khoan xoắn(mũi khoan ruột gà) Ngoài ra tuỳ theo mục đích sử dụng ta còn có mũi khoan tâm, mũi khoan dẹt, mũi khoan lỗ sâu

 - Chuyển động cắt chính là chuyển động quay tròn của mũi khoan, chuyển động chạy dao là chuyển động tịnh tiến của nó

 - Qúa trình tạo phoi khi khoan cũng giống tiện: vật liệu dẻo có phoi dây, phoi xếp, vật liệu dòn có phoi vụn

 - ở mũi khoan xoắn từ ngoài vào tâm góc trước giảm, tốc độ cắt giảm, không gian thoát phoi nửa kín, dung dịch trơn nguội vào vùng cắt khó khăn vì vậy nhiệt cắt lớn, tốc độ khoan khó nâng cao

được Khó mài hai lưỡi cắt chính đối xứng hoàn toàn nên khi khoan thường có hiện tượng loe rộng lỗ Lưỡi cắt ngang có tốc độ cắt nhỏ, lại có góc trước âm nên gây lực hướng trục lớn, làm lưỡi cắt mòn nhanh

 - Tóm lại khoan có độ chính xác và độ nhẵn bề mặt thấp, nên chỉ là phương pháp gia công thô

6.1.2.Đặc điểm của mũi khoan xoắn:

 a, Kết cấu chung:

 Mũi khoan xoắn chia làm ba bộ phận:

 - Phần cán l1: là bộ phận lắp vào trục chính máy khoan để truyền mô- men xoắn và truyền chuyển động khi cắt Mũi khoan có đướng kính phần cắt nhỏ hơn 10 mm làm cán hình trụ, lớn hơn 20 mm làm cán hình côn tiêu chuẩn.Trong khoảng ( 10 ữ 20 ) mm có thể chế tạo cán côn hoặc trụ

Hinh 6.3 Kết cấu chung của mũi khoan xoắn

 - Phần cổ dao l2: Là phần nối tiếp giữa cán dao và phần làm việc, nó có tác dụng thoát đá mài khi mài phần chuôi và phần làm việc và còn dùng để ghi ký hiệu mũi khoan

 + Phần cắt: là phần làm việc chủ yếu của mũi khoan Mũi khoan gồm có 5 lưỡi cắt : hai lưỡi cắt chính 1-2 và 3-4, hai lưỡi cắt phụ 2-5 và 4-6 và một lưỡi cắt ngang 1-3 Lưỡi cắt phụ là

đường xoắn chạy dọc cạnh viền mũi khoan dài chừng một nửa lượng chạy dao Mặt trước của mũi khoan là mặt xoắn, mặt sau

có thể là mặt xoắn, mặt phẳng, mặt trụ tuỳ theo cách mài mặt sau Góc trước tại một điểm A của lưỡi cắt chính được tính bằng công thức:

 tg γA =

ϕ

ω

sin

 Từ công thức ta thấy góc trước của mũi khoan là một lượng thay đổi, phụ thuộc vào đường kính DA Càng gần tâm, DA càng giảm thì góc trước càng nhỏ Nếu trên đường kính ngoài cùng góc trước có trị số từ (180 ữ 330) thì ở gần lưỡi cắt ngang góc trư

ớc giảm gần tới 0 và đạt trị số âm ở lưỡi cắt ngang

 Góc sau của lưỡi cắt chính là góc gồm giữa đường tiếp tuyến với giao tuyến của mặt trụ (đồng trục với mũi khoan tại

điểm khảo sát) với mặt sau mũi khoan và đường tiếp tuýến với vòng tròn quỹ đạo của điểm khảo sát khi nó quay quanh trục mũi khoan.Góc sau càng vào gần tâm càng lớn ở điểm ngoài cùng α = (80 ữ 140) còn ở gần tâm α = (250 ữ 350)

 Góc nghiêng chính: ở đỉnh mũi khoan là góc 2 ϕ, tuỳ theo vật liệu gia công mà 2ϕ = ( 800 ữ 1400 )

 Góc xoắn ϖ của rãnh thoát phoi: là một thông số quan trọng, trị số của nó ảnh hưởng đến quá trình cắt, sự thoát phoi, lực cắt, độ bền và tuổi thọ của mũi khoan thường: ω = ( 250 ữ 300 )

 6.1.3.Các yếu tố của chế độ cắt khi khoan:

 a, Tốc độ cắt : Đó là tốc độ ứng với đường kính lớn nhất của mũi khoan

 Trong đó d là đường kính lỗ trước khi khoan

 c, Lượng chạy dao S: là lượng dịch chuyển của mũi khoan theo chiều trục khi mũi khoan quay được một vòng.



 Khoan thép: S = (mm/ vòng)

1000

.D n

81 , 088

 Khoan gang: S = ( mm/ vòng)

 Trong đó:

 σb: là giới hạn bền của vật liệu gia công

 HB: là độ cứng của gang được gia công

 Vì mũi khoan có hai lưỡi cắt chính nên lượng chạy dao do một lưỡi thực hiện được là:

81 ,

034

,

7

HB D

2

S

ϕ

sin.2

D

2

S

Hinh 6.8.

Lùc c¾t khi khoan

 - Py là lực hướng kính: trên mỗi lưỡi cắt chính có một lực Py vuông góc với trục mũi khoan, ở mũi khoan tiêu chuẩn hai lực

Py bằng nhau, ngược chiều, triệt tiêu lẫn nhau Tương tự trên lư

ỡi cắt phụ hai lực Py’ cũng triệt tiêu nhau

 - Pz là lực tiếp tuyến, chúng gây ra mô-men cắt Thực nghiệm chứng tỏ 80% mô-men cắt do Pz trên hai lưỡi cắt chính gây ra, 12% do Pz trên hai lưỡi cắt phụ gây ra còn khoảng 8% do Pz trên lưỡi cắt ngang gây ra

 - Po là lực chiều trục do ta tổng hợp các lực theo phương ox, ta có:

 Có thể tính mô-men cắt và lực chiều trục bằng công thức thực nghiệm sau đây:

 b, Nhân tố ảnh hưởng đến lực cắt và mô-men khoan:

 Có nhiều nhân tố ảnh hưởng đến lực cắt và mô-men khoan

 - ảnh hưởng của góc xoắn ω :

 tg γA =



 Ta thấy rằng nếu ϕ không đổi góc trước đồng biến với ϖ Nghĩa là nếu tăng góc xoắn thì góc trước tăng khi đó lực chiều trục và mô-men xoắn giảm Nhưng khi ϖ vượt quá 350 thì Po

Và Mz tăng không đáng kể vì lúc đó phoi phải chuyển động dài hơn nên ma sát tăng hơn nữa ϖ tăng lại làm giảm sức bền mũi khoan

 Vì vậy ở mũi khoan thép gió thường chọn :

 ϖ = (250 ữ 300) để gia công thép và gang

 ϖ = (400 ữ 450) để gia công kim loại mầu

 ϖ = (180 ữ 280) - cho mũi khoan có đường kính nhỏ.

 Góc nghiêng chính ϕ tăng thì chiều dày lớp cắt tăng chiều rộng lớp cắt giảm, chiều dài lưỡi cắt chính giảm đi, đầu mũi khoan

tù hơn, khó cắt vào kim loại hơn do đó lực chiều trục Po tăng lên nhưng mô- men xoắn giảm

 - ảnh hưởng của lưỡi cắt ngang: Do kết cấu của nó mà mũi khoan xoắn bắt buộc phải có lưỡi cắt ngang Đó là một yếu tố bất lợi của mũi khoan vì ở lưỡi cắt ngang góc trước âm mặt khác ở lưỡi cắt ngang có góc nghiêng chính ϕ = 900 vì vậy lực chiều trục lớn Còn ảnh hưởng của lưỡi cắt ngang đến mô-men cắt không đáng kể

 Để hạn chế ảnh hưởng xấu của lưỡi cắt ngang đến quá trình cắt người ta tiến hành cải tiến đối với lưỡi cắt ngang

 - ảnh hưởng của lượng chạy dao và đường kính mũi khoan:

 Khi S và D tăng lên thì khối lượng kim loại bị cắt tăng lên nên lực chiều trục và mô- men khoan tăng

 - ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội:

 Ta biết rằng không gian thoát phoi là nửa kín việc thoát phoi,

 thoát nhiệt rất khó khăn nên nếu dùng dung dịch trơn nguội thích hợp làm giảm ma sát, giảm biến dạng thì lực chiều trục và mô-men khoan giảm được rất nhiều.

 - ảnh hưởng của vật liệu gia công:Rõ ràng vật liệu càng bền, càng cứng thì lực và mô-men khoan càng lớn hơn

v

P0

 c, C«ng suÊt c¾t:

 C«ng suÊt c¾t khi khoan ®­îc tÝnh : Nc = ( kW )

 C«ng suÊt m¸y: Nm =

 Víi η lµ hÖ sè hiÖu dông cña m¸y

 6.1.5 Sù mµi mßn vµ tuæi bÒn cña mòi khoan:

 a, Sù mµi mßn cña mòi khoan: Khi lµm viÖc mòi khoan bÞ mµi mßn ë c¸c bé phËn sau ®©y:

 Mũi khoan thường có dạng mòn này vì ở chỗ tiếp nối giữa lưỡi cắt chính và cạnh viền có sức bền thấp nhất chịu nhiệt kém nhất

mà tốc độ cắt lại cao nhất Có thể tính độ mòn của mũi khoan thép gió qua công thức sau:

- Khoan và khoan rỗng lỗ thép có làm nguội : hS = 1,0 ữ 1,2 mm

- Khoan và khoan rỗng lỗ gang không làm nguội: hS = 0,5 ữ 1,2

mm

- Khi khoan bằng mũi khoan hợp kim cứng: thì hS = 0,8 ữ1,1 mm Với D =10 ữ 15 mm thì hS = 0,8 ữ 1,1 mm

 Với D =16 ữ 40 mm thì hS = 1,2 ữ 2,5 mm

 b, Tuổi bền của mũi khoan

 Giữa tuổi bền và vận tốc mũi khoan có quan hệ sau:



 v =

 Trong đó :

 Cv: là hệ số tỷ lệ phụ thuộc vật liệu gia công, vật liệu mũi

khoan và điều kiện khoan

 m: là số mũ đặc trưng cho mức độ ảnh hưởng của tuổi bền đến tốc độ cắt Khi gia công thép bằng mũi khoan thép gió m = 0,2, khoan gang m ≈ 0,125 Khi gia công gang bằng mũi khoan gắn mảnh hợp kim cứng lấy m ≈ 0,4

 6.1.6 Chọn chế độ cắt hợp lý khi khoan:

 a, Chọn mũi khoan:

 Tuỳ theo điều kiện ban đầu mà chọn mũi khoan cho phù hợp Các mũi khoa thép gió có các thông số hình học đã được tiêu chuẩn hoá còn mũi khoan hợp kim cứng thì tuỳ theo vật liệu gia công mà hình dạng hình học có thể khác nhau

m

V

T C

 b, Chọn chiều sâu cắt t:

 Với lỗ có D < 35 mm khoan một lần ta có t = D/2 Với lỗ có

D > 35 mm khoan hai lần, lần đầu dùng mũi khoan có đường kính D1 = ( 0,5- 0,7 ) D

 c, Chọn lượng chạy dao tối đa cho phép:

 Lượng chạy dao phụ thuọc nhiều yếu tố như : điều kiện kỹ thuật, độ bền của mũi khoan, độ bền và độ cứng vững của cơ cấu chạy dao, các đặc trưng khi khoan, chiều sâu khoan Lượng chạy dao cho phép bởi độ bền của mũi khoan có thể tính bằng công thức bên trên

 d, Tính tốc độ cắt:

 Tốc độ cắt khi khoan phụ thuộc nhiều yếu tố: S, D, T, l, các

thông số hình học, vật liệu mũi khoan, vật liệu chi tiết gia

công, dung dịch trơn nguội Có thể tính tốc độ cắt qua công

thức sau:

 v = ( m / ph )

 Trong đó :

V x

Yv m

Zv V

K t

S T

D C

v .

 + Cv là hệ số tỉ lệ ứng với một loại vật liệu gia công nhất

với : l1 - là lượng ăn tới , thường lấy l1 =

 l là chiều dài lỗ khoan ( mm )

 l2 là lượng vượt quá, mũi khoan tiêu chuẩn có thể lấy :

 l1 +l2 = 0,3 D

S n

L

ϕ

ctg D

2

 6.2 Doa

 6.2.1.Đặc điểm của quá trình doa:

 Doa là phương pháp gia công tinh các lỗ khoan, khoét hoặc

tiện.Lượng dư cho gia công:

 Doa thô (0,25 ữ 0.5) mm, doa tinh ( 0,05 ữ 0,15) mm

 Độ chính xác của doa từ , với dao doa tốt độ bóng có thể đạt được Ra = 0,63

 Có hai phương pháp doa là doa cưỡng bức và doa tùy động:

- Doa cưỡng bức: Dao doa được lắp cứng với trục của máy, phư

ơng pháp này thường xảy ra hiện tượng lay rộng lỗ

- Doa tùy động: Trục dao nối với máy bằng khớp tùy động (giữa trục dao và trục máy có chuyển động lắc theo hai phương), dao doa được định hướng bằng bề mặt lỗ của chi tiết nên khắc phục

được ảnh hưởng của sai lệch trục chính và độ không đồng tâm giữa trục dao – trục chính

- Có thể doa trên máy doa, máy khoan, máy tiện, hoặc trên máy phay

 6.2.2.KÕt cÊu cña mòi doa :

 Mòi doa cã nhiÒu lo¹i: mòi doa trô, mòi doa nguyªn, mòi doa r¨ng ch¾p, mòi doa ®iÒu chØnh ®­îc ®­êng kÝnh, mòi doa c«n Th«ng dông nhÊt lµ mòi doa trô

- Phần làm việc là phần chính của mũi doa Đầu mút của mũi doa

có độ côn tương đối lớn (đến 450 ) để dễ đưa mũi doa vào lỗ Tiếp

đó là phần côn cắt nghiêng một góc ϕ Phần này dài là l1 có lưỡi cắt chính dùng để cắt hết lượng dư khi doa Tiếp theo là phần trụ

để định hướng khi doa đồng thời làm phần dự trữ mòn – dài l2 Trên phần này có cáclưỡi cắt phụ dọc theo răng của muĩ doa Lư

ỡi cắt phụ có tác dụng sửa đúng và làm tăng độ nhẵn bóng của bề mặt lỗ Do đó phần này còn gọi là phần sửa đúng Tiếp nữa là

phần côn ngược l3 có tác dụng giảm ma sát giữa mũi doa và bề mặt đã gia công, giảm lượng lay rộng lỗ Với mũi doa tay độ côn ngược là 0,005, mũi doa máy có độ côn ngược là (0,01 ữ 0,06)

mm / toàn bộ chiều dài phần côn ngược

- Phần cổ dao dùng để thoát phoi khi mài dao và để ghi ký hiệu mũi doa

- Phần cán hay phần chuôi dao dùng để kẹp chặt và truyền lực cho dao

Chú ý: Trên chu vi của mũi dao lưỡi cắt phân bố không đều để sửa hết các sai số lặp lại khi gia công.

Hình 6.14 Sự bố trí răng dao doa

b, Các thông số hình học của mũi doa:

H×nh 6.15 C¸c gãc cña mòi doa

 - Bước răng: để tránh hiện tượng lặp lại theo chu kỳ của lực

đẩy ngang gây méo lỗ khi lực có xu hướng đẩy về một phía thì bước răng sẽ làm không đều, người ta chế tạo:

 Nhưng để dễ kiểm tra đường kính người ta sẽ chế tạo các răng

đối xứng từng đôi một qua góc tâm.(Hình 6-14)

 - Cạnh viền f: được bố trí dọc theo các răng của mũi doa, có tác dụng định hướng mũi doa khi làm việc, làm nhẵn bề mặt gia công và sửa kích thước f = 0,05 – 0,3 ( mm )

 - Số răng Z: thường chẵn để đo được bằng pan me và các dụng

cụ khác, thông thường chọn số răng Z theo bảng sau:

 - Góc nghiêng chính ϕ:

 + Với mũi doa máy dùng gia công vật liệu dẻo: ϕ = 150

+ Khi doa thô và khi gia công lỗ không thông: ϕ = 450

+ Khi doa vật liệu ít dẻo: ϕ = 50

+ Với mũi doa hợp kim cứng: ϕ = (300 ữ 450)

 - Góc trước γ:

Được chọn theo vật liệu gia công và vật liệu dao Dao gia công

tinh chọn bằng 0, dao gia công thô chọn trong khoảng (50 ữ 100)

 - Góc sau α:

Được chọn trong giới hạn: (60 ữ 120) Gia công vật liệu dẻo và gia công thô lấy trị số lớn, khi gia công tinh lấy trị số nhỏ

 - Góc xoắn của răng dao ω:

 Để dễ thoát phoi và tăng chất lượng bề mặt gia công nhất là những

lỗ có rãnh ngưười ta làm răng nghiêng Khi gia công lỗ thông để phoi thoát về phía trên người ta làm hướng xoắn trái, gia công lỗ không thông ngưười ta làm hướng xoắn phải Gia công thép lấy ω

= ( 70 - 80), gang và thép ít cứng ω = (120 ữ 200) Khi gia công hợp kim mầu ω = ( 350 ữ 450 )

 6.2.3 Các yếu tố của quá trình cắt:

Tuổi bền của mũi doa liên quan đến việc giảm độ chính xác

do hụt kích thước vì mòn và sự lay rộng lỗ

 a, Lượng lay rộng lỗ:

Khi doa đường kính lỗ được gia công khác với đường kính mũi doa Hiệu số giữa chúng gọi là lượng lay rộng lỗ Góc nghiêng chính ϕ = (300 ữ 450) thì có lượng lay rộng dương, khi

ϕ giảm từ 200 xuống đến 50 thì lượng lay rộng lỗ chuyển sang trị số âm Hiện tượng đó được giải thích bằng sự tăng, giảm lực cắt dẫn đến sự tăng, giảm biến dạng đàn hồi bề mặt kim loại Khi răng dao mòn thì lượng lay rộng tăng lên Lượng lay rộng nhỏ nhất khoảng từ (5 ữ 10) à m

 b, Sự mài mòn của dao:

Răng dao doa thường bị mài mòn ở chỗ nối tiếp giữa răng cắt và răng sửa đúng Do a rất mỏng mà mũi doa thường bị mòn ở mặt sau Dao bằng thép dụng cụ độ mòn cho phép là h = (0,3 ữ 0,8) mm Với hợp kim cứng ta có : h = (0,2 ữ 0,7) mm

 c, Lùc c¾t vµ m«- men xo¾n khi doa:

 Khi doa lùc däc trôc bÐ nªn bá qua Cßn m« men xo¾n ®­îc tÝnh

2

C p x p y p p

V x

Yv m

Zv V

K t

S T

D C

v

 kiện gia công lỗ, đảm bảo độ nhẵn bóng, độ chính xác gia công và các nguyên công tiếp theo Có thể tính lượng chạy dao khi doa bằng mũi doa thép dụng cụ nhờ công thức:

.D

C s

S n

l l

l S

n

LO

.

2

=

=