Nguyên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị chuyên dùng gia công lỗ ứng dụng trong dây chuyền sản xuất tự động con lăn băng tải

- Khi chế tạo được dụng cụ chuyên dùng dao doa chuyên dùng và nguyên lý của máy chuyên dùng thì để cho người làm công nghệ có thể kiểm soát được chất lượng sản phẩm khi gia công thì tôi

1

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 3

LỜI CẢM ƠN 4

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ CÁC VIẾT TẮT 5

DANH MỤC CÁC BẢNG 5

DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ 6

MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG I - GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI 13

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI 13

1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA VIỆC CHẾ TẠO CON LĂN BĂNG TẢI 16

1.2.1 Cấu tạo con lăn băng tải và nguyên lý làm việc 16

1.2.2 Phân tích công nghệ gia công con lăn hiện nay 17

1.3 GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CHẾ TẠO CON LĂN BĂNG TẢI 20

1.4 KẾT LUẬN 20

CHƯƠNG 2- LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CẮT TRONG GIA CÔNG LỖ 22

2.1 LỰC CẮT 23

2.1.1 Khái niệm 23

2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt 24

2.2 HIỆN TƯỢNG NHIỆT TRONG QUÁ TRÌNH CẮT 27

2.2.1 Nhiệt phát sinh khi cắt 27

2.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến quá trình cắt 27

2.3 MÀI MÒN VÀ TUỔI BỀN DAO 29

2.3.1 Hiện tượng mài mòn dao 29

2.3.2 Tuổi bền dao T 34

2.4 CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT 37

2.4.1 Chất lượng bề mặt Từ yêu cầu thực tế về chức năng và điều kiện làm việc của máy móc mà thiết bị ngày càng đòi hỏi rất cao về chất lượng bề mặt của chi tiết máy Những yêu cầu đó là: 37

2

2.4.2 Các thông số đánh giá chất lượng bề mặt 38

2.4.3 Các nguyên nhân ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt 41

2.5 KẾT LUẬN 47

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO DỤNG CỤ CHUYÊN DÙNG - THIẾT KẾ NGHUYÊN LÝ MÁY CHUYÊN DÙNG 48

3.1 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO DỤNG CỤ CHUYÊN DÙNG 49

3.1.1 Thiết kế dao 49

3.1.2 Lâp quy trình công nghệ gia công 61

3.1.3 Kết Luận 65

3.2 THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ MÁY CHUYÊN DÙNG 66

3.2.1.Chi tiết quay ; Dao chuyển động tịnh tiến 67

3.2.2 Chi tiết đứng yên ; dao quay 68

3.2.3 Kết luận nguyên lý máy 70

3.3 KẾT LUẬN 70

CHƯƠNG IV - THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN NHÁM BỀ MẶT KHI DOA 72

4.1 MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 74

4.2 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM 76

4.3 XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ GIỮA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN NHÁM BỀ MẶT 80

4.3.1 Xác định ảnh hưởng của V đến độ bóng bề mặt Ra 80

4.3.2 Xác định ảnh hưởng của S đến độ bóng bề mặt Ra 85

4.3.3 Xác định ảnh hưởng của t đến độ bóng bề mặt Ra 90

4.3.4 Xác định ảnh hưởng của V, S, t đến độ bóng bề mặt Ra 91

4.4 KẾT LUẬN 99

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO 101

3

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Đây là luận văn của riêng tôi Các thí nghiệm trong luận văn được thực hiện nghiêm túc trên máy đạt tiêu chuẩn, các số liệu trong luận văn được

đo đạc trung thực, chính xác tại phòng thí nghiệm có uy tín, các kết quả của luận văn chưa từng được công bố trong bất kỳ một tài liệu nào

Hà Nội, ngày 18 tháng 09 năm 2013

Người cam đoan

Nguyễn Thọ Sơn

4

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện luận văn Thạc sỹ tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ của nhiều tập thể và cá nhân Nhân dịp hoàn thành luận văn, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất

Tôi xin trân trọng cảm ơn TS Lê Thanh Sơn đã trực tiếp tận tình hướng dẫn

tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp của mình

Trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Bách Khoa Hà Nội; các thầy cô, công nhân viên chức viện Sau đại học, Viện Cơ khí và các thầy cô trong bộ môn Gia công vật liệu & Dụng cụ công nghiệp đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành nhiệm vụ

Chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Kinh tế kỹ thuật Công nghiệp – nơi tôi đang công tác đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình theo học và hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình cùng bạn bè, đồng nghiệp đã thường xuyên quan tâm, động viên, tạo mọi điều kiện tốt nhất về tinh thần cũng như vật chất cho tôi trong suốt thời gian vừa qua

Do thời gian thực hiện có hạn và kiến thức của bản thân còn nhiều hạn chế, cho nên luận văn này không thể tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý và phê bình của các Thầy, Cô và bạn bè

Xin trân trọng cảm ơn!

5

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ CÁC VIẾT TẮT

Ra Sai lệch profin trung bình số học

Rz chiều cao nhấp nhô profin đo theo 10 điểm

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Các thông số cơ bản băng tải hiện nay đang sử dụng ở Việt Nam 15

Bảng 1.2 Thứ tự các nguyên công 19

Bảng 2.3 Hằng số lực cắt Cp khi cắt vật liệu dẻo 24

Bảng 2 4 Hằng số lực cắt Cp khi cắt vật liệu dòn 24

Bảng 3 5 Bảng thông số phay rãnh 60

Bảng 3.6 Bảng thông số dao 60

Bảng 3.7 Bảng các nguyên công gia công dao doa 64

Bảng 4 8 Các thông số kỹ thuật chính của máy 1K62 76

Bảng 4.9 Thành phần hóa học thép C35 78

Bảng 4.10 Kết quả thí nghiệm 4 mẫu 1, 2, 3, 4 81

Bảng 4.11 Bảng tính sai số của đường cong lý thuyết với giá trị thực nghiệm 82

Bảng 4 12 Kết quả thí nghiệm 4 mẫu 5, 6, 7, 8 85

Bảng 4.13 Bảng tính sai số của đường cong lý thuyết với giá trị thực nghiệm 87

Bảng 4.14 Kết quả thí nghiệm 4 mẫu 9, 10, 11, 12 90

Bảng 4.15 Ảnh hưởng tổng hợp của V,S và t đối với Ra 91

Bảng 4.16 Bảng logarit hóa các thông số ảnh hưởng tới Ra 94

Bảng 4.17 Bảng ma trận quy hoạch thực nghiệm cho Ra 94

Bảng 4 18 Đánh giá sai số của đồ thị lý thuyết và giá trị thực nghiệm 96

6

DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Hệ thống băng tải 13

Hình 1.2 Bảng vẽ lắp con lăn băng tải 16

Hình 1.3 Cốc đỡ vòng bi D = 47 ; 52 L = 41 ;42 17

Hình 2 4 Con lăn băng tải 22

Hình 2 5 Cốc lắp ổ bi 22

Hình 2.6 Sơ đồ nguồn gốc của lực cắt 23

Hình 2.7 Quan hệ giữa lực cắt và chiều rộng cắt 25

Hình 2.8 Đồ thị dạng logarit 25

Hình 2.9 Các dạng mài mòn của dụng cụ cắt 30

Hình 2 10 Mài mòn mặt sau 30

Hình 2.11 Mài mòn crater 31

Hình 2.12 Các dạng mài mòn chính khi tiện 31

Hình 2 13 -Quan hệ giữa lượng mòn và thời gian 32

Hình 2.14 Các cơ chế mài mòn dao 32

Hình 2.15 Tuổi bền dao T ứng với [hs] 34

Hình 2.16 Quan hệ giữa tốc độ cắt v và tuổi bền dao T 36

Hình 2.17 Quan hệ giữa độ mòn dao, tốc độ và thời gian cắt 36

Hình 2.18 Độ sóng bề mặt 39

Hình 2.19 Prophin bề mặt chi tiết gia công 39

Hình 2 20 Ảnh hưởng của thông số hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt đến Rz 42

Hình 2.21 Mối quan hệ giữa tốc độ cắt v và Rz 43

Hình 2 22 Nhấp nhô hình thành do bán kính mũi dao 44

Hình 2 23 Ảnh hưởng của tốc độ cắt v và chiều sâu cắt Tmin đến Rz 44

7

Hình 2.24 Quan hệ giữa lượng chạy dao s với Rz 45

Hình 3.25 Phân bố không dều răng theo vòng tròn 55

Hình 2 26 Rãnh dao Doa 56

Hình 3.27 Dao doa chuyên dùng 61

Hình 3.28 Profin răng 61

Hình 3.29 Dao doa chuyên dùng sau khi chế tạo 66

Hình 3 30 Chi tiết quay ; Dao chuyển động tịnh tiến 67

Hình 3.31 Gia công có trục quay phôi 67

Hình 3 32 Gia công đồng thời 68

Hình 3.33 Chi tiết đứng yên ; dao quay 68

Hình 3.34 Có trục quay phôi 69

Hình 3 35 Gia công đồng thời 69

Hình 4.36 Dao doa chuyên dùng 77

Hình 4 37 Dao đƣợc lắp lên máy tiện 77

Hình 4 38 Mẫu thí nghiệm sau khi Doa trên máy tiện 78

Hình 4.39 Máy đo độ nhám bề mặt Mitutoyo SJ-400 78

Hình 4 40 Chi tiết đang đƣợc đo độ nhám 79

Hình 4.41 Nối ụ động và bàn xe dao 79

Hình 4 42 Kết quả đo từ máy đo độ nhám của mẫu thí nghiệm 4 mẫu 1, 2, 3, 4 80

Hình 4.43 Đồ thị thực nghiệm biểu diễn mối quan hệ giữa vận tốc cắt V và độ nhám bề mặt Ra 81

Hình 4.44 Đồ thị lý thuyết mối quan hệ giữa vận tốc cắt và độ nhám bề mặt 84

Hình 4.45 Kết quả đo từ máy đo độ nhám của mẫu thí nghiệm 4 mẫu 5, 6, 7, 8 86

Hình 4.46 Đồ thị thực nghiệm biểu diễn mối quan hệ giữa lƣợng chạy dao S và độ nhám bề mặt Ra 86

8

Hình 4.47 Đồ thị lý thuyết biểu diễn mối quan hệ giữa Lƣợng chạy dao S và độ

nhám bề mặt Ra 89

Hình 4.48 Kết quả đo từ máy đo độ nhám của mẫu thí nghiệm 4 mẫu 9, 10, 11, 12 91

Hình 4 49 Kết quả đo từ máy đo độ nhám của mẫu thí nghiệm 8 mẫu từ 13 đến 20 93

Hình 4.50 Quan hệ giữa Ra với V, t 97

Hình 4.51 Quan hệ giữa Ra với S, t 98

Hình 4.52 Quan hệ giữa Ra với V, S 98

và là hệ thống cần thiết để tiến hành tự động hóa trong sản suất Có rất nhiều hệ thống vận chuyển liên tục: Băng tải ,gầu tải ,xích tải mà phổ biến nhất là hệ thống băng tải Hệ thống băng tải là thiết bị được sử dụng để vận chuyển nguyên vật liệu, bán thành phẩm ,sản phẩm, hàng hóa với mọi khoảng cách theo chiều ngang hoặc với góc nghiêng không quá lớn (0 – 220) tùy theo yêu cầu của người sử dụng

Trong hệ thống băng tải con lăn băng tải là thành phần không thể thiếu, nó có tác dụng đỡ băng và giảm ma sát, nó chiếm một tỉ trọng đáng kể trong giá thành của

hệ thống băng tải Chính vì thế việc chế tạo con lăn băng tải cho hệ thống băng tải

là một trong những vấn đề hết sức quan trọng

Trong hệ thống băng tải có các bộ phận như: khung băng ,con lăn, hộp giảm tốc đã được các công ty trong và ngoài nước chế tạo Mặc dù vậy giá thành của con lăn băng tải đang còn khá cao Với mục đích giảm giá thành chế tạo con lăn băng

tải, Nên em chọn luận văn tốt nghiệp này với nhiệm vụ của em là “ Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị chuyên dùng gia công lỗ ứng dụng trong dây chuyền sản xuất tự động con lăn băng tải „

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị và dụng cụ chuyên dùng gia công lỗ ứng dụng trong dây chuyền sản xuất tự động con lăn băng tải để giảm giá thành sản xuất con lăn băng tải Trên cơ sở đó tiến hành nghiên cứu công nghệ chế tạo và lập quy trình gia công cho dụng cụ chuyên dùng, thiết kế nguyên lý máy chuyên dùng

10

và xây dựng mối quan hệ giữa chế độ cắt với chất lượng bề mặt khi gia công trên các thiết bị chuyên dùng

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết quá trình cắt gọt trong gia công lỗ, Nguyên cứu

cơ sở thiết kế dụng cụ, cơ sở thiết kế máy và nghiên cứu phương pháp quy hoạch

thực nghiệm, phần mềm matlab 2013b

Phần mềm MATLAB : Phần mềm MATLAB được sử dụng trong đề tài là

bản V2013b được phổ biến rộng rãi trên thị trường hiện nay

Đối tượng: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị chuyên dùng gia công lỗ

ứng dụng trong dây chuyền sản xuất tự động con lăn băng tải

Địa điểm nghiên cứu: Đại học Bách Khoa Hà Nội và một số cơ sở sản xuất

4 Nội dung, nhiệm vụ nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu của đề tài, luận văn tập trung giải quyết những nội dung sau:

- Nghiên cứu tổng quan về hệ thống băng tải – từ đó nêu ra các cụm chi tiết và chi tiết làm ảnh hưởng đến chất lượng và giá thành của hệ thống băng tải và rút ra vấn đề cần giải quyết để có thể hạ giá thành và nâng cao chất lượng của hệ thống băng tải

- Nghiên cứu tổng quan về cơ sở lý thuyết về quá trình gia công lỗ - từ đó rút

ra những nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng của lỗ khi gia công

- Nghiên cứu và thiết kế, chế tạo thiêt bị chuyên dùng để gia công lỗ ứng dụng trong con lăn băng tải Cụ thể là chế tạo dao doa chuyên dùng và thiết kế nguyên lý máy chuyên dùng

- Khi chế tạo được dụng cụ chuyên dùng ( dao doa chuyên dùng) và nguyên lý của máy chuyên dùng thì để cho người làm công nghệ có thể kiểm soát được chất lượng sản phẩm khi gia công thì tôi đi nghiên cứu ảnh hưởng của bộ thông số chế

độ cắt đến chất lượng bề mặt khi doa lỗ trên nguyên lý máy chuyên dùng

11

Với nội dung nghiên cứu đã trình bày ở trên, tác giả chia Luận văn thành 4 chương được tóm tắt như sau:

Chương I-Giới thiệu về hệ thống băng tải: Giới thiệu chung về hệ thống

băng tải hiện nay, nguyên lý làm việc và nêu ra một số nguyên công có thể cải thiện đến chất lượng và giá thành của hệ thống băng tải

Chương II-Cơ sở lý thuyết quá trình cắt trong gia công lỗ: Nghiên cứu

tổng quan về quá trình cắt gọt và từ đó đưa ra các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng

lỗ sau gia công

Chương III-Nguyên cứu, thiết kế và chế tạo dụng cụ chuyên dùng-Thiết

kế nguyên lý máy chuyên dùng: Thiết kế và chế tạo dụng cụ chuyên duang để gia công lỗ lắp ổ bi của con lăn băng tải và thiết kế nguyên lý máy chuyên dùng

Chương IV-Thực nghiệm ảnh hưởng của chế độ cắt khi doa: Nghiên cứu

ảnh hưởng của chế độ cắt đến nhám bề mặt khi doa lỗ trụ trên máy tiện để phục vụ cho người làm công nghệ có thể tính toán chế độ cắt hợp lý khi doa lỗ

Kết luận và kiến nghị: Đóng góp mới và các kiến nghị của tác giả về sử

dụng kết quả nghiên cứu của luận văn

Đóng góp mới của tác giả khi hoàn thành luận văn:

- Thiết kế và chế tạo dụng cụ chuyên dùng ( dao doa chuyên dùng ) và nguyên lý máy chuyên dùng là cơ sở để tự động hóa quá trình sản xuất con lăn băng tải

- Xây dựng phương trình và đồ thị quan hệ giữa chế độ cắt đến nhám bề mặt khi doa trên dụng cụ và nguyên lý máy chuyên dùng để giúp cho người làm công nghệ có thể chọn được chế độ cắt hợp lý khi doa

5 Nội dung, nhiệm vụ nghiên cứu

Các phương pháp chủ đạo được sử dụng để giải quyết các nội dung nghiên cứu của đề tài là phương pháp nghiên cứu lý thuyết, phương pháp kế thừa và phương pháp chuyên gia

12

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Được sử dụng trong nghiên cứu các

công trình khoa học, tổng hợp cơ sở lý luận để giải quyết các nội dung: tổng quan

về vấn đề nghiên cứu; tạo lập cơ sở lý luận của đề tài

Phương pháp kế thừa: Được sử dụng trong việc nghiên cứu phần mềm và

đặc điểm của hệ thống băng tải Các kết quả đã được nghiên cứu trên thế giới và trong nước có liên quan phục vụ giải quyết nội dung của đề tài

Phương pháp chuyên gia: Được sử dụng để giải quyết các vấn đề về công

nghệ và bài toán tối ưu hóa trong thiết kế cũng như gia công

13

CHƯƠNG I - GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI

1.1 Giới thiệu chung về hệ thống băng tải

Chủng loại của băng tải rất đa dạng Vì vậy tuỳ theo yêu cầu của công việc mà

ta có thể lựa chọn các băng tải phẳng, lõm, tấm cho phù hợp với yêu cầu của người

sử dụng nhưng về nguyên lý của băng tải thì cơ bản không khác xa nhau

Băng tải được cấu tạo như hình vẽ 1.1.Nó bao gồm có các bộ phận chính sau :

9: thiết bị căng băng

L: chiều dài làm việc của băng tải

H :chiều cao làm việc của băng

α :góc nghiêng của băng tải (α

<25)

B :chiều rộng băng

5 6

7 4

1 2

Nguyên lý làm việc của hệ thống băng tải: Khi động cơ điện (1) hoạt động sẽ

truyền chuyển động quay qua hộp giảm tốc (2) tới tang trống chủ động(3), tang

14

trống chủ động quay Nhờ có ma sát giữa tang trống chủ động và băng cao su (4)

mà băng chuyển động theo và kéo theo tang bị động (5) quay theo Vật liệu được đổ vào băng qua phễu cấp liệu (6) cùng chuyển động trên băng và được đổ ra ở phễu rót liệu (8) Các con lăn (7) được gắn cùng với giá đỡ con lăn lắp trên khung băng tải vừa có tác dụng đỡ cho băng khỏi trùng vừa có tác dụng giảm ma sát của băng

trong quá trình chuyển động

Để băng không bị quá trùng trong quá trình vận hành thiết bị căng băng (9) luôn đảm bảo đủ lực ma sát cần thiết giữa tang chủ động và băng trong quá trình chuyển động

Theo yêu cầu công nghệ và dạng sản phẩm cần vận chuyển trong quá trình sử dụng như: vật liệu dạng dời, dạng cục, dạng đóng kiện, dạng bao gói, vật liệu dạng ướt, vật liệu có nhiệt độ cao … mà chọn loại băng tải hợp lý

Thông thường băng tải chia ra làm các loại chính sau theo phương lắp đặt như sau: + Băng tải ngang + Băng tải nghiêng

Hoặc có thể phân loại theo theo chất liệu băng

+ Băng tải đai cao su + Băng tải xích

Các loại băng tải như đã kể trên được sử dụng rộng rải vì nó sử dụng rất có hiệu quả, có thể vận chuyển được đa dạng sản phẩm , kể cả sản phẩm có kích thước lớn, năng suất lại rất cao ( chiều rộng băng có thể đạt tới 3000mm) Hệ thống băng tải có thể vận chuyển được hàng hoá với một khoảng cách lớn, hoạt động ổn định, kết cấu đơn giản, ít sự cố, điều khiển dễ dàng

Khi vận chuyển vật liệu, hàng hoá với khoảng cách lớn có thể sử dụng hai hoặc nhiều băng tải nối tiếp nhau, có thể kết hợp băng tải ngang, băng tải nghiêng khi vận chuyển hàng hoá có độ cao khác nhau

số các loại hệ thống băng tải đang đƣợc sử dụng ở Việt Nam

Bảng 1.1 Các thông số cơ bản băng tải hiện nay đang sử dụng ở Việt Nam

Loại Chiều

rộng

băng(mm)

Số lớp băng

Vận tốc băng(m/s)

Công suất động cơ(Kw)

Năng suất(m 3

/h)

đường kính tang(mm)

BT_800 800 5

1.0 11.4 100200 700 1.25 14.3 125250 750

16

1.2 Tính cấp thiết của việc chế tạo con lăn băng tải

Qua phân tích sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống băng tải.Ta thấy con lăn trong hệ thống băng tải được sử dụng rất nhiều Trên thực tế một hệ thống băng tải

có chiều dài làm việc khoảng L =50 m thì ước lượng có khoảng 300 con lăn băng tải cần dùng trong hệ thống Con lăn băng tải chiếm một tỉ trọng đáng kể trong giá thành của hệ thống băng tải (khoảng 20 25 của giá thành một hệ thống băng tải) Hiện nay hàng năm nước ta cần sử dụng lên tới hàng nghìn băng tải,vậy ước lượng cần dùng tới hàng trăm nghìn con lăn băng tải Mặt khác trong thời gian sử dụng hệ thống băng tải thì các con lăn rất hay bị hư hỏng Nên con lăn rất cần được thay thế mới Với nhu cầu sử dụng con lăn băng tải lớn như vậy,thì đã có một số cơ sở trong nước đã đi vào sản xuất các chi tiết cấu thành nên con lăn băng tải Tuy nhiên năng suất và chất lượng chưa cao

Qua đó việc chế tạo con lăn là một vấn đề rất cấp thiết hiện nay.Một con lăn băng tải thì có rất nhiều kiểu khác nhau.Nhưng trong đồ án này chúng em chỉ xét cấu tạo của một chủng loại con lăn điển hình như hình vẽ 1.2

1.2.1 Cấu tạo con lăn băng tải và nguyên lý làm việc

Con lăn băng tải bao gồm các chi tiết sau: 1:trục; 2 :Vòng phanh ngoài ; 3: vòng chặn; 5 :Cốc đỡ ổ bi; 6 :võ con lăn; 7 :Vòng chắn mỡ; 8: ổ bi

Hình 1.2 Bảng vẽ lắp con lăn băng tải

17

Nguyên lý làm việc của con lăn: Khi băng chuyển động thì làm cho võ con lăn

quay , kéo theo cốc đỡ ổ lăn của con lăn quay theo , Do trục và cốc đỡ được liên kết

bằng ổ lăn nên trục không quay theo Còn vòng chắn mỡ có tác dụng không cho mỡ

ra ngoài

Chức năng làm việc

Từ nguyên lý làm việc của con lăn ta thấy con lăn có 2 tác dụng chính là:

+ Đỡ hệ thống băng + Giảm ma sát trong hệ thống băng tải

Những hỏng hóc của con lăn sau một thời gian sử dụng

+ Ma sát con lăn lớn gây ra thủng võ con lăn

+ Do băng tải đặt ngoài trời không được che chắn nên nước qua khe hở chắn bụi

vào ổ lăn gây rĩ ổ lăn làm con lăn không làm việc được

+ Kẹt vòng bi làm phá hỏng con lăn

Nguyên nhân: Nguyên nhân chủ yếu của những hỏng hóc trên là do độ không đồng

tâm của 2 cốc đỡ ổ lăn của con lăn quá lớn

1.2.2 Phân tích công nghệ gia công con lăn hiện nay

Tôi chỉ phân tích quy trình công nghệ gia công một số nguyên công mà nó là

nguyên nhân chính gây ra độ

không đồng tâm của 2 cốc đỡ ổ

lăn

Phân tích đặc tính kĩ thuật

*Cốc đỡ ổ bi : như hình 1.3

Hình 1.3 cốc đỡ vòng bi D = 47 ; 52 L = 41 ;42

18

Cốc đỡ ổ bi được chế tạo bằng phương pháp dập, vật liệu chế tạo C35

Đạt năng suất cao, bề mặt lắp ghép với ổ bi phải có độ chính xác cao đạt độ bóng Ra=0.63m

Quy trình chế tạo con lăn tải

Đặc điểm của chi tiết: Con lăn băn tải có Tác dụng là đỡ , dẫn băng tải và giảm

ma sát

Phân tích các bề mặt của chi tiết: Bề mặt làm việc chủ yếu của chi tiết là mặt trụ

ngoài vỏ con lăn

Các kích thước quan trọng trong chi tiết

Kích thước 124 (86 , 70) lắp bích với vỏ ngoài con lăn

Kích thước 52(47) lắp ổ bi đỡ

Kích thước chiều dài con lăn

Các yêu cầu kỹ thuật

Độ không // của các lỗ cơ bản : 0.05 mm

Độ không  của tâm lỗ võ con lăn với mặt đầu là 0.1

Độ không // của mặt đầu lỗ gối đỡ là 0.15

Độ không // của lỗ cần gia công của gối đỡ với đường kính cần gia công của võ con lăn la 0.1

Bề mặt lỗ cần gia công gối đỡ đạt cấp chính xác 7 Ra = 1.25

Lập thứ tự các nguyên công

Chọn phương pháp gia công

19

- Chọn phương pháp gia công thích hợp để gia công các bề mặt đạt độ chính xác và độ bóng theo yêu cầu

- Dựa vào những yêu cầu trên bản vẽ chi tiết

+)Tiện lỗ của võ con lăn- hai đầu gia công đạt Ra1,25 tra bảng quy độ cấp độ nhẵn bóng ta được cấp độ nhẵn bóng tương đương cấp 7 dung sai kích thước hình học là 0.02 Tương đương cấp chính xác 4 tra bảng 4 và bảng 7 sách HĐTKDACNCTM ta được độ chính xác 4 và độ bóng bề mặt được gia công bằng phương pháp tiện bán tinh

-Tương tự tiện bích cốc đỡ phương pháp gia công và độ bóng như tiện

-Tiện bích và doa lỗ lỗ cốc đỡ để lắp vòng bi:ta gia công đạt cấp chính xác 2

và cấp độ bóng 9 Ta chọn phương pháp doa tinh

Lập tiến trình công nghệ gia công

Bảng 1.2 Thứ tự các nguyên công

20

Quy trình công nghệ gia công con lăn hiện nay có những vấn đề không hợp lý

Từ bảng1.5 thứ tự nguyên công ta thấy có vấn đề không hợp lý là :

Thứ nhất: Gia công các bề mặt của cốc đỡ trước khi vê đầu vỏ con lăn.Khi đó

độ đồng tâm của 2 cốc đỡ con lăn sau khi lắp hoàn chỉnh không thể khống chế được

vì nguyên công vê đầu là nguyên công ép vỏ con lăn vào cốc đỡ Nguyên công này

có lực cần thiết để vê đầu là rất lớn Do đó mà ở nguyên công vê đầu nó sẽ gây ra cong vênh vỏ con lăn Mặt khác sau nguyên công vê đầu lại không có nguyên công nắn thẳng ống để sửa độ không đồng tâm của 2 cốc đỡ con lăn,mà dù cho có nguyên công nắn thẳng ống thì độ không đồng tâm của 2 cốc đỡ vẫn lớn

Thứ hai : Gia công vỏ con lăn là gia công 1 đầu sau đó lại quay đầu gia công lỗ

tiếp theo nên độ đồng tâm của 2 lỗ này là lớn

Thứ ba : Gia công cốc đỡ con lăn thì các cốc đỡ con lăn không thể có chung được

1 miền dung sai Nó cũng là 1 nguyên nhân chính gây ra độ không đồng tâm của 2 cốc đỡ con lăn sau khi lắp hoàn chỉnh

1.3 Giải pháp nâng cao chất lượng chế tạo con lăn băng tải

Như ở phần trên đã nêu ra những vấn đề không hợp lý của quy trình công nghệ gia công con lăn hiện nay Thì cần phải thay đổi như sau:

+ Đổi thứ tự nguyên công : Nguyên công vê đầu phải trước nguyên công gia công các bề mặt của cốc đỡ con lăn

+ Sau khi đã thực hiện bước đổi nguyên công trên thì cần gia công đồng thời 2

lỗ đó

1.4 Kết luận

Từ phân tích ở trên Ta thấy việc cấp thiết phải làm: Nâng cao chất lượng và năng

suất chế tạo con lăn băng tải

6 Lắp ráp hoàn chỉnh

21

Để thực hiện đƣợc việc cấp thiết trên trong luận văn này tôi sẽ: Nghiên cứu, thiết

kế, chế tạo thiết bị chuyên dùng gia công lỗ ứng dụng trong dây chuyền sản xuất tự động con lăn băng tải

Vậy nhiệm vụ đặt ra của các phần tiếp theo là :” Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị chuyên dùng gia công lỗ ứng dụng trong dây chuyền sản xuất tự động con lăn băng tải”

22

CHƯƠNG 2- LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CẮT TRONG GIA CÔNG LỖ

Đặt vấn đề

Để thực hiện nhiệm vụ chương I đặt ra là: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết

bị chuyên dùng gia công lỗ ứng dụng trong dây chuyền sản xuất tự động con lăn băng tải Trong con lăn băng tải thì có rất nhiều chi tiết khác nhau Tuy nhiên trong

luận văn này tôi đi nghiên cứu về phương pháp chế tạo cốc con lăn băng tải Thì trước tiên tôi sẽ đi nghiên cứu cơ sở lý thuyết của quá trình gia công lỗ Vậy nhiệm

vụ đặt ra cho chương II là: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết quá trình cắt trong gia công

lỗ

Với bề mặt cần gia công như hình vẽ 2.1 và 2.2

Hình 2 4 Con lăn băng tải

Hình 2 5 Cốc lắp ổ bi

Theo cơ học, nghiên cứu về lực nói chung là xác định 3 yếu tố:

 Điểm đặt của lực

 Hướng (phương và chiều) tác dụng của lực

 Giá trị (độ lớn) của lực

Trong cắt gọt kim loại, người ta gọi lực sinh ra trong quá trình cắt tác dụng lên dao

là lực cắt, ký hiệu là P; còn lực có cùng độ lớn, cùng phương nhưng ngược chiều với lực cắt gọi là phản lực cắt, ký hiệu là '

24

2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt

+ Ảnh hưởng của chi tiết gia công đến ực cắt

Bản chất biến dạng và ma sát của quá trình cắt kim loại cho ta thấy rằng: chi tiết gia công có ảnh hưởng lớn đến quá trính cắt, đặc biệt đến lực cắt

Thực nghiệm ghi nhận chi tiết gia công ảnh hưởng đến lực cắt bởi các yếu tố sau:

* Độ bền, độ cứng của vật liệu,

* Thành phần hoá học,

* Cấu trúc kim loại của vật liệu,

Bảng 2.3 Hằng số lực cắt Cp khi cắt vật liệu dẻo

+ Ảnh hưởng của điều kiện cắt đến lực cắt

Điều kiện cắt gọt bao gồm nhiều yếu tố như chế độ cắt v, s, t; độ cứng vững của hệ thống công nghệ; có hay không tưới dung dịch trơn nguội vào vùng cắt…Ở đây ta chỉ khảo sát ảnh hưởng của chế độ cắt đến lực cắt

Khảo sát ảnh hưởng của các thông số v, s, t đến lực cắt trong quá trình cắt

Sử dụng nguyên lý cọng tác dụng, khi nghiên cứu ảnh hưởng của một thông số nào

25

đó, trong thí nghiệm ta cho tất cả các yếu tố khác không thay đổi và chỉ cho yếu tố đang xét thay đổi, sau đó tổng hợp lại ta nhận được ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố xét đến lực cắt

+ Ảnh hưởng của chiều sâu cắt t đến lực cắt

Vì chiều rộng cắt b = t/sin có ý nghĩa vật lý trong quá trình cắt nên ta sẽ khảo sát ảnh hưởng của b đến lực cắt Pv Thực hiện cắt thử nghiệm với các yếu tố khác không đổi, cho b thay đổi các giá trị khác nhau, ta đo được các giá trị lực cắt

Pv tương ứng như trên đồ thị

Từ đồ thị ta nhận thấy rằng khi tăng b

thì lực cắt cũng tăng Nếu như cắt với chiều

x 

+ Ảnh hưởng của lượng chạy dao s đến lực cắt

Vì chiều dày cắt a = s.sin có ý nghĩa vật lý trong quá trình cắt nên ta sẽ khảo sát ảnh hưởng của a (qua atb) đến lực cắt Pv

Thực hiện cắt thử nghiệm với các yếu tố khác không đổi với b=1mm, cho a thay đổi các giá trị khác nhau, ta đo được các giá

Từ đồ thị ta nhận thấy rằng khi tăng chiều

dày cắt a thì lực cắt cũng tăng, nhưng không tăng

nhiều như đối với b, vì rằng khi tăng a thì sẽ tăng độ lớn của góc tách phoi dẫn đến

Hình 2.7 Quan hệ giữa lực cắt và chiều

rộng cắt

Hình 2.8 Đồ thị dạng logarit

26

giảm lực cắt đơn vị, mặt khác khi tăng a thì không làm tăng chiều dài làm việc thực

tế của lưỡi cắt một cách tuyến tính như khi tăng chiều rộng cắt b

Từ đồ thị (logPv-loga) có dạng tuyến tính, ta có thể xác định được số mũ:

v p

y tg

Theo thực tế: 1

v p

y 

Khi cắt thép thì 0, 75

v p

y 

Kết hợp cho thay đổi đồng thời chiều rộng cắt b và chiều dày cắt a, mối quan hệ giữa lực cắt Pv và b, a được viết như sau:

. p v. p v v

Qua thực nghiệm ta thấy rằng: ở tốc độ cắt thấp mối quan hệ giữa tốc độ cắt

v với lực cắt P rất phức tạp và khó xác định qui luật Tuy nhiên khi cắt với tốc độ phổ biến ở phạm vi tốc độ cao như ngày nay đang sử dụng thì nhận thấy rằng khi tăng tốc độ cắt v , lực cắt hầu như không thay đổi hoặc thay đổi không đáng kể Do vậy để đơn gian trong công thức tính lực cắt ta thường bỏ qua yếu tố v

KPv= Kγ.K.KR.KΔ.Kl với Kγ, K, KR, KΔ, Kl là các hệ số điều chỉnh liên quan đến góc trước, góc nghiêng chính lưỡi cắt, bán kính mũi dao, độ lớn mài mòn mặt sau dao và việc tưới dung dịch trơn nguội vào khu vực cắt

2.2 Hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt

2.2.1 Nhiệt phát sinh khi cắt

Quá trình tạo phoi và thoát phoi khỏi vùng cắt trong quá trình cắt làm xuất hiện một lượng nhiệt nhất định Lương nhiệt này sinh ra do sự chuyển đổi từ công cắt gọt Thực nghiệm chứng tỏ rằng gần như tất cả công cần thiết trong quá trình cắt đều chuyển biến thành nhiệt trừ công biến dạng đàn hồi và công kín (công để biến dạng mạng tinh thể và các bề mặt lớn) Khoảng gần 98% công này chuyển hoá thành nhiệt tổng cọng phát sinh sau một phút gia công và có thể tính theo công thức

427

z cg

số của nhiệt độ các điểm khối lượng của phoi gọi là nhiệt độ trung bình của phoi Tương tự ta có nhiệt độ trung bình của dụng cụ và chi tiết gia công Nhiệt độ trung bình trên các bề mặt tiếp xúc của vật liệu gia côngvà vật liệu cắt gọi là nhiệt độ cắt, qui ước gọi tắt là nhiệt cắt

2.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến quá trình cắt

Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến quá trình cắt thường được nghiên cứu theo 3 quan điểm:

28

 Theo độ chính xác gia công

 Theo chất lượng bề mặt đã gia công

 Theo khả năng cắt của dao

a Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến độ chính xác gia công

Độ chính xác gia công khi cắt gọt được quyết định bởi vị trí tương quan giữa dao và chi tiết gia công trong quá trình cắt Do vậy sự biến dạng về nhiệt của dao và chi tiết gia công do ảnh hưởng của nhiệt khi cắt được quan tâm khảo sát

Về quá trình trao đổi nhiệt, ta biết rằng nếu cung cấp một lượng nhiệt Q cho một vật có thể tích V (cm3), tỷ nhiệt c (J/kg.0K), khối lượng riêng  (kg/cm3), thì độ tăng của nhiệt độ của vật thể được xác định: Q 0



Độ thay đổi chiều dài L theo phương nào đó của vật thể là: ΔL = α.Δθ.L (mm)

Như vậy nếu ta xét trường hợp khi tiện một chi tiết có được đường kính là D theo thiết kế trên bản vẽ , nếu nhiệt lượng truyền vào cho chi tiết là Qct thì nhiệt độ trên chi tiết sẽ tăng lên một lượng  xác định và đường kính của chi tiết sẽ thay đổi một lượng là D: ΔD = α.Δθ.D (mm)

Mặt khác, nhiệt lượng Qd truyền vào dụng cụ cũng sẽ làm cho dụng cụ tăng chiều dài về phía tâm chi tiết Khác với chi tiết, vật liệu trên dao là không đồng nhất giữa phần cắt và phần cán dao, do vậy sự biến dạng của dao theo chiều dài dưới tác dụng của nhiệt cắt phức tạp hơn rất nhiều Ỏ đây ta phải khảo sát biến dạng dài của dao trong mối quan hệ phức hợp:  L = f(L,F,σ ,v,s,t ) d

trong đó: F - là tiết diện thân dao

29

Chất lượng bề mặt đã gia công của chi tiết được đặc trưng bởi độ nhấp nhô bề mặt và tính chất cơ - lý lớp sát bề mặt Nhiệt cắt có ảnh hưởng chủ yếu đến

sự thay đổi tính chất cơ - lý lớp bề mặt chi tiết gia công

c Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến khả năng làm việc của dao

Những kết quả nghiên cứu về cắt gọt cho thấy rằng khi cắt kim loại, đặc biệt khi cắt ở tốc độ cao thì yếu tố quyết định lớn nhất đến khả năng cắt của dao

đó là nhiệt cắt, tiếp đến mới là ma sát

Khả năng cắt gọt của dao được đánh gía bởi tuổi bền dao thông qua việc xác định độ lớn của các dạng mài mòn dao cụ thể

Dưới tác dụng của nhiệt khi cắt vật liệu của dao sẽ có sự thay đổi về tính chất cơ - lý - hoá, đặc biệt độ cứng, độ bền giảm, tính chống mòn cũng giảm dẫn đến mài mòn dao nhanh chóng, hậu quả là thời gian sử dụng dao vào cắt gọt cũng bị rút ngắn đi, dao nhanh chóng mất khả năng cắt gọt

Tóm lại, nhiệt cắt ngoài ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công, chất lượng lớp bề mặt gia công và khả năng cắt gọt của dao, còn ảnh hưởng đáng kể đến máy và đồ gá trong hệ thống công nghệ

2.3 Mài mòn và tuổi bền dao

2.3.1 Hiện tượng mài mòn dao

Trong quá trình cắt, phoi cắt chuyển động trượt và ma sát trên mặt trước dao, mặt đang gia công của chi tiết chuyển động tiếp xúc với mặt sau của dao trong điều kiện áp lực lớn, nhiệt độ cao, ma sát khốc liệt và liên tục gây nên hiện tượng mài mòn dao

Mài mòn dao là một quá trình phức tạp, xảy ra theo các hiện tượng cơ lý hoá

ở các bề mặt tiếp xúc giữa phoi, chi tiết với dụng cụ gia công Khi bị mài mòn, hình dạng và thông số hình học phần cắt dao thay đổi gây nên những hiện tượng vất lý có ảnh hưởng xấu đến quá trình cắt và chất lượng bề mặt gia công Do đặc điểm của quá trình cắt phức tạp nên khác với mài mòn trên các chi tiết máy bình thường, mài mòn dao có nhiều dạng khác nhau

30

a Các dạng mài mòn dao

Phần cắt dao trong quá trình cắt thường bị mài mòn theo các dạng sau:

Hình 2.9 Các dạng mài mòn của dụng cụ cắt

+ Mài mòn theo mặt sau: Được đặc trưng bởi một lớp vật liệu dao bị tách

khỏi mặt sau trong quá trình cắt và được đánh giá bởi chiều cao mòn hs Mài mòn mặt sau thường xảy ra khi gia công với chiều dày cắt nhỏ, đối với các loại vật liệu gia công giòn Kết quả giảm góc sau , tăng sự tiếp xúc giữa mặt sau dao và bề mặt

đang gia công, tăng mức độ ma sát

Hình 2 10 Mài mòn mặt sau Một lớp vật liệu trên mặt trước dao bị tách đi dẫn đến góc trước dao  âm, tăng biến dạng và tăng tải trọng

+ Mài mòn Crater Trong quá trình cắt, phoi trượt liên tục trên mặt trước

hình thành một trung tâm áp lực cách lưỡi cắt một khoảng nào đó nên mặt trước bị mòn theo dạng lưỡi liềm (Crater) Vết lõm lưỡi liềm thường xảy ra dọc theo lưỡi cắt

và được đánh giá bởi chiều rộng B, chiều sâu ht và khoảng cách từ lưỡi dao đến vết lõm KT theo mặt trước Dạng mài mòn này thường xảy ra khi cắt vật liệu dẻo với

hs

31

chiều dày cắt a lớn (a>0,6mm) dẫn đến góc  tăng lên, phoi dễ thoá ra nhưng sẽ làm

yếu dần lưỡi dao

+ Mài cùn lưỡi cắt Dao bị mòn dọc theo lưỡi cắt tạo thành dạng cung hình

trụ có bán kính  đo theo mặt vuông góc lưỡi cắt Dạng mòn này thường gặp khi gia công các loại vật liệu có tính dẫn nhiệt kém, nhiệt cắt tập trung tại lưỡi cắt nên bị tù

nhanh dẫn đến dao không tách được phoi mà bị trượt

+ Mài mòn mũi dao Phân kim loại ở mũi dao bị mất dần đi hình thành nên bán

kính mũi dao R Dạng mài mòn này sẽ làm biến đổi vị trí tiếp xúc giữa dao và chi tiết dẫn đến thay đổi kích thước gia công Trong các dạng mài mòn trên thì mài mòn theo mặt sau là quan trọng và dễ xác định nhất Chiều cao mài mòn hs và diện tích lõm mài mòn Crater Ak được dùng làm tiêu chuẩn để đánh giá lượng mài mòn

Hình 2.11 Mài mòn crater

Hình 2.12 Các dạng mài mòn chính khi tiện

32

b Quá trình mài mòn dao Quá trình mài mòn dao theo thời gian cũng giống

như quá trình mài mòn của các chi tiết máy khi làm việc, diễn ra theo 3 giai đoạn:

Giai đoạn bắt đầu mài mòn: OA diễn ra trong

thời gian rất ngắn a với tốc độ mài mòn cao,

thực hiện san bằng cơ học các nhấp nhô trên bề

mặt sau gia công cơ

Giai đoạn mài mòn bình thường: AB diễn ra

trong thời gian dài b với tốc độ mài mòn nhỏ,

đây là giai đoạn làm việc bình thường

Giai đoạn mài mòn khốc liệt: BC dụng cụ

không thể tiếp tục cắt vì sẽ dẫn đến bị cháy

hoặc bị gãy vỡ

Hình 2 13 -Quan hệ giữa lượng

mòn và thời gian

c Cơ chế mài mòn dao Để có thể xác định được quan hệ thay đổi có tính

qui luật của sự mài mòn dao, trước hết cần phải nghiên cứu cơ chế quá trình mài

mòn dao khi cắt

Những nghiên cứu về mài mòn dao xác định rằng dụng cụ cắt có thể bị mài mòn do các cơ chế sau đây:

+ Mài mòn do cào xước hay hạt mài Bản chất của mài mòn hạt mài là các

hạt cứng của vật liệu gia công và phoi cào xước vào bề mặt tiếp xúc của dao như tác

Hình 2.14 Các cơ chế mài mòn dao

33

dụng của các hạt mài nhỏ cắt vào bề mặt dụng cụ trong quá trình cắt Khi cắt ở tốc

độ thấp, nhiệt cắt thấp cơ chế mài mòn cào xước cơ học là chính Các hạt tạp chất

có độ cứng cao trong vật liệu gia công khi chuyển động cào xước vào bề mặt tiếp

xúc của dao tạo thành các vết xước song song với phương thoát phoi

+ Mài mòn do khuếch tán Ở nhiệt độ cao, mòn khốc liệt HKC thường xảy

ra do hiện tượng khuếch tán vật liệu dụng cụ vào vật liệu gia công và phoi Về mặt vật lý, tại vùng tiếp xúc của 2 kim loại được ép vào nhau và đốt nóng sẽ xuất hiện hiệu điện thế Dưới hiệu điện thế đó, các phần tử kim loại của 2 vật tiếp xúc sẽ khuếch tán vào nhau, kết quả một phần vật liệu dao sẽ mất đi dẫn đến dao bị mài

mòn Khi cắt dùng dao HKC ở tốc độ cắt cao, nhiệt cắt khoảng gần 10000C thì dao

thường bị mòn do khuếch tán

+ Mài mòn do oxy hoá Trong môi trường nhiệt độ cao, các phần tử kim loại

trên bề mặt dao bị oxy hoá Lớp Oxy hoá này có độ bền yếu nên dễ bị vỡ và lôi đi

trong quá trình tạo phoi kéo theo một số vật liệu của dao nên dẫn đến bị mài mòn

+ Mài mòn do chảy dính Dụng cụ mòn là do các phần tử nhỏ của dao trong

quá trình chuyển động bị dính vào chi tiết gia công và phoi Do áp lực và nhiệt độ cao, bề mặt tiếp xúc chuyển động liên tục trong khi cắt tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chảy dính, đó là tạo ra mối liên kết kim loại như sự hàn ở pha rắn tại những vùng tiếp xúc, trong quá trình chuyển động chúng bị bứt ra và lôi đi Khi cắt

ở tốc độ thấp ứng với nhiệt cắt thấp (300-4000C) ta thấy rằng kích thước và khối lượng các phần tử chảy dính trên bề mặt dao HKC cao hơn nhiều so với thép gió, chứng tỏ rằng sức bền tế vi của các lớp bề mặt thép gió cao hơn HKC Ngược lại, ở

tốc độ cắt cao, nhiệt cắt lớn thép gió bị mài mòn nhiều hơn so với HKC

+ Mài mòn do mõi Mãnh cắt khi cắt nằm trong điều kiện thay đổi liên tục và

theo chu kỳ về nhiệt độ và lực tác động do vậy dễ gây ra hiện tượng gãy vỡ do mõi

+ Ngoài ra quá trình cắt có lẹo dao cũng gây nên mài mòn đáng kể Trong

quá trình cắt, tuỳ theo điều kiện cắt cụ thể mà cơ chế mài mòn nào sẽ là chủ yếu làm dao bị mài mòn, nhưng thực tế rất khó phân biệt chính xác các giai đoạn mài mòn

do các cơ chế trên

34

2.3.2 Tuổi bền dao T

a Khái niệm tuổi bền dao Tuổi bền dao T (ph) là thời gian làm việc liên

tục của dao giữa 2 lần mài sắc Tuổi bền dao là nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến năng suất và giá thành sản phẩm

Theo quan điểm tuổi bền dao, tuổi bền dao T được xác định trên cơ sở các yêu cầu

về chất lượng chi tiết gia công, năng suất và giá thành chế tạo sản phẩm với giá trị mài mòn cho phép [hs] hay [Ak] Thời gian làm việc của dụng cụ cắt giữa hai lần mài sắc là thời gian làm việc liên tục của dụng cụ đến khi dụng cụ bị mòn đến giới hạn cho phép, khi dụng cụ bị mòn đến giới hạn cho phép tương ứng thi không thể tiếp tục cho cắt gọt nữa mà phải được mài sắc lại hặc phải thay dao mới Vì vậy xác định tuổi bền T của dụng cụ là xác định thời gian làm việc liên tục của dụng cụ cho đến khi bị mòn đến độ mòn giới hạn cho phép

Một con dao có

thể được mài lại để sử

dụng nhiều lần (N lần),

tổng thời gain sử dụng

của dao gọi là tuổi thọ

dao, ký hiệu là T∑ đơn

  Hình 2.15 Tuổi bền dao T ứng với [hs

b Phương pháp xác định tuổi bền dụng cụ Nghiên cứu ảnh hưởng của

các nhân tố của quá trình cắt đến tuổi bền T bằng phương pháp thực nghiệm (đo độ mòn cho phép mặt sau [hs] hay diện tích tiết diện lõm mòn Crater [Ak]) Với các kết quả thực nghiệm, các đồ thị quan hệ giữa độ mòn, tuổi bền và các nhân tố ảnh hưởng được xác lập Trên cơ sở đó xác định được quan hệ giữa tuổi bền dao và các nhân tố ảnh hưởng

35

Giả sử bằng thực nghiệm khảo sát mối quan hệ giữa độ lớn mài mòn mặt sau dao hs với các yếu tố cắt gọt như thời gian cắt τ, tốc độ cắt v, chiều dày cắt a, chiều rộng cắt b… khi cắt một vật liệu nào đó ta thu được các số liệu và sau khi xử lý ta nhận được phương trình có dạng hàm mũ sau: h s C hs.p .v a b q u r (mm)

Nếu sau một thời gian độ lớn mài mòn hs đạt đến giới hạn mài mòn cho phép [hs], thì thời gian cắt τ ứng với độ lớn mài mòn đó chính là tuổi bền dao T Do vậy

q p u p r p

h C T

v a b

Trong thực tế sử dụng, thường trong những điều kiện cắt cụ thể người ta xác định trước tuổi bền hợp lý của dao dựa trên một số mục tiêu cụ thể, nhiệm vụ cắt gọt phải điều chỉnh máy để có tốc độ cắt nhằm đảm bảo mức độ mòn của dao sao cho ứng với tuổi bền dao đã chọn Vì vậy công thức trên thường biểu diễn dưới dạng:

v v

v

x y m

C v

T a b

v v

v v

x y m

Phương trình trên được gọi là phương trình tuổi bền dao Taylor

Ngoài ra, với các thồng số s và t điều chỉnh trên máy khi cắt, ta cũng có thể

viết phương trình tuổi bền dao dưới dạng: 0 '

v v

v v

x y m

C

T s t

c Ảnh hưởng của các yếu tố đến tuổi bền dao Các hằng số, số mũ và hệ

số điều chỉnh trong phương trình tuổi bền dao trên đây được xác định bằng thực

36

nghiệm thông qua việc khảo sát ảnh hưởng các yếu tố cắt gọt đến tuổi bền dao Thực tế cho thấy rằng tất cả các yếu tố có liên quan đến quá trình cắt gọt đều có ảnh hưởng đến tuổi bền dao

+ Các yếu tố của chế độ cắt

+ Các yếu tố của chi tiết gia công

* Tính chất cơ – lý – hoá của vật liệu chi tiết gia công ảnh hưởng lớn đến biến dạng và ma sát, dẫn đến sự thay đổi tải trọng lực và nhiệt trên dao làm cho tốc độ mài mòn dao thay đổi nên tuổi bền dao cũng thay đổi Rõ ràng vật liệu có độ bền, độ cứng càng cao thì tốc độ mài mòn dao càng lớn, muốn đảm bảo tuổi bền dao không đổi ta phải cắt với tốc độ cắt thấp hơn

+ Các yếu tố của dao

* Vật liệu phần cắt của dao có ảnh hưởng đáng kể đến tuổi bền dao

được thể hiện thông qua hệ số điều chỉnh Kdl trong công thức điều chỉnh tốc độ cắt

* Các yếu tố hình học của dao

- Ảnh hưởng của góc trước γ: Khi γ < γtn nếu tăng γ sẽ làm giảm biến dạng phoi làm giảm tải trọng dẫn đến tuổi bền dao tăng lên Khi γ > γtn nếu tăng γ thì bên cạnh hiệu quả làm giảm tuổi bền dao như trên còn có tác dụng ngược lại nhưng lớn hơn đó là làm cho góc sắc β giảm dẫn đến đầu dao yếu, độ bền giảm, tiết diện truyền nhiệt giảm nên mài mòn dao tăng, do vậy tuổi bền dao giảm Tổng hợp

Hình 2.17 Quan hệ giữa độ mòn

dao, tốc độ và thời gian cắt

Hình 2.16 Quan hệ giữa tốc độ

cắt v và tuổi bền dao T

để có tuổi bền dao lớn nhất được tiêu chuẩn hoá trong các sổ tay cắt gọt

- Ảnh hưởng của góc nghiêng chính φ được xét thông qua sự thay đổi của chiều dày cắt a và chiều rộng cắt b Ảnh hưởng này được biểu thị bằng hệ số đièu chỉnh Kφv (sử dụng khi trong công thức có s và t)

- Ảnh hưởng của bán kính mũi dao R: Tương tự như trường hợp của

Tổng hợp tất cả các ảnh hưởng nêu trên, bằng thực nghiệm ta xác lập

được công thức điều chỉnh tốc độ cắt như đã biết: 0

v v

v v

x y m

2.4.1 Chất lượng bề mặt Từ yêu cầu thực tế về chức năng và điều kiện làm

việc của máy móc mà thiết bị ngày càng đòi hỏi rất cao về chất lượng bề mặt của chi tiết máy Những yêu cầu đó là:

 Tốc độ làm việc cao

 Tải lớn

 Áp suất và nhiệt độ cao

 Tuổi thọ và độ tin cậy cao

 Độ chính xác làm việc cao

 Trọng lượng tương đối bé

Khác với bề mặt lý thuyết của chi tiết trên bản vẽ, bề mặt thực bao giờ cũng

có độ nhấp nhô với hình dáng và chiều cao rất khác nhau Chiều cao, hình dáng, đặc điểm phân bố và hướng nhấp nhô bề mặt phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như:

 Chế độ cắt

 Chế độ bôi trơn, làm nguội

 Vật liệu gia công

 Vật liệu làm dao

 Kết cấu, hình học của dao

 Loại máy, độ cứng vững của hệ thống công nghệ

 Dụng cụ phụ và đồ gá

2.4.2 Các thông số đánh giá chất lượng bề mặt

a Tính chất hình học của bề mặt gia công:

Tính chất hình học của bề mặt gia công được đánh giá bằng độ nhấp nhô tế

vi và độ sóng bề mặt

Trong quá trình cắt, lưỡi cắt của dụng cụ cắt và sự hình thành phoi tạo ra những vết xước cực nhỏ trên bề mặt gia công được đặc trưng bằng khái niệm độ nhám hay độ nhấp nhô tế vi của bề mặt

Nhám bề mặt là tập hợp các nhấp nhô của profil bề mặt, với bước tương đối nhỏ được xét trong một chiều dài giới hạn gọi là chiều dài chuẩn hay cơ sở

Độ nhấp nhô tế vi được đánh giá bằng nhiều thông số:

39

Hình 2.18 Độ sóng bề mặt Wz: Là giá trị trung bình số học của 5 giá trị chiều cao nhấp nhô, đo trong phạm vi chiều dài chuẩn

Wmax: Là khoảng cách của điểm cao nhất và thấp nhất của prophin sóng, đo trên một bước sóng đầy đủ trong giới hạn chiều dài chuẩn Ln

Sw: là giá trị trung bình số học của các khoảng cách Swi giữa các sóng kế tiếp nhau cùng đo theo đường trung bình trong giới hạn chiều dài chuẩn





i Wi

n

S

1 1

Độ sóng có thể là dọc (vuông góc với chiều chuyển động dao) có độ lớn nhỏ Sóng ngang (trùng với chuyển động của dụng cụ cắt) có độ lớn hơn

Hình 2.19 Prophin bề mặt chi tiết gia công

40

Sai lệch trung bình số học Ra Là trị số trung bình số học tuyệt đối của

prôphin trong giới hạn chiều dài chuẩn

Chiều cao nhấp nhô trung bình theo 10 điểm Rz Là tổng sai lệch trung

bình số học tuyệt đối khoảng cách từ 5 đỉnh cao nhất và 5 đáy thấp nhất trong giới hạn chiều dài chuẩn

b Thông số vật lý của bề mặt gia công Tính chất cơ lý của bề mặt gia công bao gồm sự biến cứng bề mặt và ứng suất dư:

Sự biến cứng bề mặt

Trong quá trình gia công dưới tác dụng của lực cắt, trên bề mặt của kim loại sinh ra biến dạng dẻo Các hạt tinh thể bị kéo lệch mạng gây nên ứng suất giữa các tinh thể Tác dụng này làm giảm mật độ kim loại, nâng cao giới hạn bền, nâng cao độ cứng

và độ giòn, làm giảm tính dẻo và tính dai hiện tượng này gọi là sự biến cứng và chiều sâu biến cứng của bề mặt kim loại

Ứng suất dư

Ứng suất dư là ứng suất được tạo thành sau khi ngừng tác động lực cắt Có rất nhiều nguyên nhân gây ra ứng suất dư, nhưng nguyên nhân sâu xa nhất vẫn là biến dạng dẻo Biến dạng dẻo ở đây có thể do lực cắt hoặc nhiệt cắt sinh ra Vậy ứng suất dư được tạo thành:

 Khi cắt kim loại do biến dạng dẻo cho nên lớp bề mặt ngoài được làm chắc, thể tích tăng lên Lớp bề mặt ngoài có khuynh hướng lấn chiếm thể tích, nhưng vì có liên hệ lớp bên trong nên ở lớp ngoài sinh ra ứng suất dư nén còn ở lớp bên trong lại có ứng suất dư kéo

 Khi gia công nhiệt cắt nung nóng bề mặtngoài, làm mođun đàn hồi của nó giảm đến tối thiểu sau đó lại nguội nhanh nên nó co lại nhưng vì có liên hệ với lớp bên trong nên lớp bên ngoài gây ra ứng suất kéo còn bên trong sinh ra ứng suất dư nén

Có nhiều nguyên nhân gây ra ứng suất dư cho nên sự phân bố giá trị, dấu đặc tính cũng như chiều sâu ứng suất dư trên bề mặt kim loại rất phức tạp