GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

Ví dụ như các nhà máy chuyên sản xuất động cơ, hộp tốc độ, dinh vít… ở hình thức này dể dàng ứng dụng các phương pháp công nghệ tiêntiến, tự động hóa quá trình sản xuất tạo thành một dây

CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA CƠ BẢN VỀ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT 1.1 Khái niệm về quá trình hình thành sản phẩm cơ khí:

Công nghệ được hiểu là kỹ thuật hay kỹ nghệ chế tạo ra sản phẩm vật chất hay tinh thần phục vụ cho con người và xã hội Công nghệ cơ khí hay công nghệ chế tạo máy (Technology of Mechenical Engineering) được hiểu là kỹ thuật tạo ra các sản phẩm cơ khí đạt các chỉ tiêu về kinh tế kỹ thuật như: chất lượng cao, giá thành rẻ

đủ sức cạnh tranh trên thị trường

1.1.1 Khái niệm về sản phẩm cơ khí.

Sản phẩm cơ khí có thể là một chi tiết độc lập được chế tạo bằng kim loại hay mộtcụm chi tiết kim loại và phi kim loại được lắp ghép với nhau tạo thành một sảnphẩm hoàn chỉnh phục vụ cho nhu cầu sử dụng cụ thể

Ví dụ: nhà máy cơ khí thực phẩm chuyên chế tạo các máy móc, dây chuyền sảnxuất và các phụ tùng thay thế cho ngành chế biến thực phẩm như là các băng tải,gầu tải…các chi tiết khung sàn, bộ truyền động được làm bằng sắt thép còn băngtải, gầu tải được làm bằng cao nhựa Nhà máy cơ khí ôtô xe máy chuyên sản xuấtphụ tùng như: pittông, xylanh, lốc máy… Nhà máy sản xuất bạc đạn chuyên sảnxuất tất cả các loại bạc đạn trong đó bao gồm bi trượt, bạc trươt, ổ đỡ làm bằngkim loại còn các bộ phận như là roong, phớt cao su là các chi tiết phi kim loại

Nghiên cứu

&

Phát triểnChế tạo –

Tiêu thụ

Tiếp thị: là đầu mối giao tiếp giữa cung và cầu

Nghiên cứu – phát triển: là một khâu rất quan trọng, sản phẩm luôn luôn đòi hỏi

phải có sự cải tiến, có sự đổi mới liên tục phục vụ cho nhu cầu xã hội ngày càngcao

Chế tạo thử: mục đích kiểm nghiệm về nguyên lý kết cấu và chất lượng sản phẩm

sao cho thỏa mãn điều kiện tối ưu đồng thời thăm dò thị trường trước khi tiến hànhsản xuất qui mô

Chuẩn bị sản xuất và tổ chức sản xuất: bao gồm chuẩn bị về thiết kế và chuẩn bị

về công nghệ

Chuẩn bị về thiết kế: do bộ phận kỹ thuật (nghiên cứu – phát triển) thực hiện có

nhiệm vụ thiết kế hoàn chỉnh trước khi đưa qua bộ phận sản xuất

Chuẩn bị về công nghệ: nhà công nghệ chế tạo có nhiệm vụ đọc các bản vẽ thiết kế

và các yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm từ đó lặp ra qui trình công nghệ sao cho sảnxuất đạt hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao nhất trong điều kiện sản xuất cho phép

Công nghệ chế tạo máy là một lĩnh vực khoa học kỹ thuật có nhiệm vụ nghiên cứu thiết kế và tổ chức thực hiện quá trình chế tạo sản phẩm cơ khí sao cho đạt chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật nhất định trong điều kiện qui mô sản xuất cụ thể.

Công nghệ chế tạo máy là lý thuyết phục vụ cho công việc chuẩn bị sản xuất và tổchức sản xuất có hiệu quả nhất Mặt khác nó là môn học nghiên cứu quá trình hìnhthành bề mặt chi tiết và lắp ráp chúng thành sản phẩm

1.1.3 Quá trình sản xuất và quá trình công nghệ.

1.1.3.2 Quá trình công nghệ.

Quá trình công nghệ là một phần của quá trình sản xuất trực tiếp làm thay đổi vếhình dáng kích thướt, tính chất lý hóa của bản thân chi tiết và vị trí tương quan giữacác chi tiết trong sản phẩm

1.1.3.3 Các thành phần của qui trình công nghệ.

Nguyên công: là một phần của quá trình công nghệ được hoàn thành liên tục, tại

một chỗ làm việc và do một hay nhóm công nhân cùng thực hiện Nếu thay đổi mộttrong các điều kiện: tính liên tục hay chỗ làm việc thì ta đãchuyển sang một nguyêncông khác

Ví dụ: tiện trục bậc như hình H1.2 có thể có các phương án gia công như sau:

Hình 1.2

Phương án 1: tiện mặt A, mặt B xong trở đầu tiện mặc C ngay, đó là một nguyên

công vì mang tính liên tục và tại một vị trí làm việc

Phương án 2: tiện mặt A và mặt B cho hàng loạt chi tiết sau đó chuyển sang tiện

mặt C cũng cho cả loạt chi tiết trên cùng một máy đó Như vậy là ta đã chia thành 2nguyên công vì không đảm bảo tính liên tục mà đã làm gián đọan khi gia công sảnphẩm

Phương án 3: tiện mặt A, mặt B trên máy số 1, tiện mặt C trên máy số 2 Như vậy

cũng đã chia thành 2 nguyên công vì chỗ làm việc đã thay đổi từ máy số 1 sang máy

Ý nghĩa kinh tế: việc phân chia các nguyên công ít hay nhiều còn tùy thuộc vào

chủng loại, đặc tính kỹ thuật của thiết bị và số lượng sản phẩm Đối với máy chínhxác thì không nên dùng để gia công thô mà chỉ nên dùng để gia công tinh Máy lớnthì nên gia công chi tiết lớn còn máy nhỏ thì gia công chi tiết nhỏ vì máy gia côngchính xác, máy có kích thướt gia công lớn thì đắt tiền hơn, chi phí cho 1 ca máy (chiphí đầu tư, điện, nước, dầu mỡ, bảo trì bảo dưỡng…) cao hơn làm cho giá thành sảnphẩm cũng cao theo

Gá: là một phần của nguyên công được hoàn thành trong một lần gá đặt chi tiết Ví

dụ như chi tiết trên hình H1.1 là: gá lần 1 tiện một đầu, rồi quay đầu gá lần 2 tiệntiếp đầu kia Một nguyên công có thể có một hay nhiều lần gá

Vị trí: là một phần của nguyên công, được xác định bởi vị trí tương quan giữa chi

tiết với máy hoặc giữa chi tiết với dao cắt Ví dụ trên hình H1.2 ta gá chi tiết trênđầu phân độ phay rãnh then thứ nhất sau đó quay 1800 phay tiếp rãnh then thứ 2được gọi là một lần gá nhưng có 2 vị trí Như vậy một lần gá có thể có một haynhiều vị trí

Bước: cũng là một phần của nguyên công gia công một bề mặt (hoặc tập hợp bề

mặt) sử dụng một hoặc một bộ dao mà trong quá trình làm việc không thay đổi chế

độ cắt (n, s, t)

Ví dụ: tiện mặt trụ C sau đó thay đổi tốc độ vòng quay n, bước tiến dao s, thay dao

để tiện ren là hai bước khác nhau

Đường chuyển dao: là một phần của bước để hớt đi một lớp vật liệu có cùng chế độ

cắt và sử dụng cùng một dao Như vậy một bước có thể có nhiều đường chuyển dao

Động tác: là một hành động của công nhân đề điều khiển máy thực hiện việc gia

công hay lắp ráp Ví dụ: nhấn nút khởi động máy, kẹp êtô…Động tác là đơn vị nhỏnhất của nguyên công

1.1.4 Các dạng sản xuất và hình thức tổ chức sản xuất.

1.1.4.1 Các dạng sản xuất.

Tùy theo sản lượng hàng năm và mức độ ổn định của sản phẩm mà người ta chia ra

3 dạng sản xuất:

Sản xuất đơn chiếc: sản lượng ít (khoảng vài chục chiếc đến trăm chiếc), sản phẩm

không ổn định gồm nhiều chủng loại Thường sử dụng các máy vạn năng Qui trìnhcông nghệ có phần đơn giản dưới dạng các bảng hay phiếu công nghệ và đòi hỏitrình độ tay nghề thợ giỏi Ví dụ như các cơ sở, xí nghiệp cơ khí nhỏ sản xuất theođơn đặt hàng

Sản xuất hàng loạt có sản phẩm hàng năm không quá ít, chế tạo từng loạt theo chu

kỳ xác định, sản phẩm tương đối ổn định Người ta còn phân chia ra: sản xuất hànglọat nhỏ, hàng lọat vừa, hàng lọat lớn

Sản xuất hàng khối có sản lượng rất lớn ( hang ngàn sản phẩm mỗi năm ), sản

phẩm ổn định, trình độ chuyên môn hóa cao, máy móc chuyên dùng, qui trình côngnghệ được thiết kế và tính toán chính xác và được lặp thành tài liệu công nghệ cónội dung cụ thể và tỷ mỉ Ví dụ như các nhà máy chuyên sản xuất động cơ, hộp tốc

độ, dinh vít… ở hình thức này dể dàng ứng dụng các phương pháp công nghệ tiêntiến, tự động hóa quá trình sản xuất tạo thành một dây chuyền sản xuất tự động đạthiệu quả kinh tế kỹ thuật cao

Sản lượng: số lượng sản phẩm sản xuất trong một đơn vị thời gian

Sản lượng hàng năm: số lượng sản phẩm sản xuất trong một năm.

Căn cứ vào sản lượng hàng năm người ta phân chia dạng sản xuất theo phương pháp gần đúng

m N

Trong đó:

N : Sản lượng chi tiết tổng cộng cần chế tạo trong một năm

N1 : Số lượng sản phẩm sản xuất theo kế họach

m : Số lượng chi tiết trong một sản phẩm

α : lượng phế phẩm dự phòng cho quá trình tạo phôi ( 3-6 %)

β : lượng phế phẩm dự trù trong quá trình gia công cơ ( 5-7 % )

Đối với các chi tiết phức tạp dễ sinh phế phẩm được tính theo công thức

1

1

βα

m N

1.1.4.2 Các hình thức tổ chức sản xuất.

Tổ chức sản xuất theo dây chuyền.

Mỗi nguyên công được thực hiện và hoàn tất tại một địa điểm làm việc nhất địnhnhưng chúng có mối quan hệ với nhau về mặt thời gian và không gian Ơ phươngpháp này các máy móc được bố trí theo trình tự các nguyên công đồng thời phảituân thủ theo nhịp sản xuất T ( phút ) và bước vận chuyển L (mét ) Phương phápnày luôn mang lại hiệu quả kinh tế cao, áp dụng cho các dạng sản xuất hàng loạt,hàng khối

Nhịp sản xuất:

N

T

- T : khoảng thời gian làm việc (phút)

- N : số lượng sản phẩm hoặc chi tiết sản xuất ra trong khoảng thời gian T

Tổ chức sản xuất không theo dây chuyền.

Mỗi nguyên công được thực hiện độc lập với nhau không có mối liên hệ về mặtkhông gian và thời gian với các nguyên công khác Hiệu quả kinh tế của phươngpháp này thấp Việc bố trí các máy móc thiết bị thường theo nhóm chức năng của

máy như là nhóm máy tiện, nhóm máy phay, nhóm máy bào…thường được áp dụngcho dạng sản xuất đơn chiết, hàng loạt nhỏ, sửa chữa thay thế.

1.1.4.3 Quan hệ giữa đường lối, biện pháp công nghệ, và qui mô sản xuất trong

việc chuẩn bị sản xuất.

Chuẩn bị công nghệ trong việc chuẩn bị sản xuất đóng một vai trò hết sức quantrọng làm cho sản xuất mang tính ổn định và đem lại hiệu quả cao, đảm bảo đượccác chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cho sản phẩm đồng thời hoàn thành kế hoạch và tiến

Có hai phương pháp thiết kế nguyên công như sau:

Phân tán nguyên công: số bước trong một nguyên công ít, số lượng nguyên công

nhiều Trong một số trường hợp phương pháp này có lợi nếu như ra sử dụng các loạimáy chuyên dùng, đơn giãn, giá thành thấp, dụng cụ cắt chuyên dùng

Tập trung nguyên công: tập trung nhiều bước công nghệ trong một nguyên công.

Như vậy số lượng nguyên công trong quá trình công nghệ sẽ ít

Phương pháp này áp dụng trong trường hợp có mấy tổ hợp, trung tâm gia côngCNC để gia công các chi tiết phức tạp, yêu cầu độ chính xác cao vì khi tập trung thìmột lần gá đặt chi tiết ta có thể gia công nhiều bước sẽ giảm được sai lệch do gá đặt

Xu hướng hiện nay trong ngành cơ khí chế tạo máy người ta áp dụng phương pháptập trung nguyên công nhằm rút ngắn thời gian phụ, tiết kiệm chi phí sản xuất và do

5 Các thành phần của quá trình công nghệ (sáu thành phần: nguyên công; gá;

vị trí; bước; đường chuyển dao; động tác)

Lưu ý:

◊ Thay đổi một trong hai yếu tố: tính lien tục và vị trí làm việc là thay đổi nguyên công

6 Gá là một lần gá đặt (định vị và kẹp chặt) Khi tháo chi tiết ra gá đặt lại theo một sơ đồ định vị và kẹp chặt khác có nghĩa là chuyển sang một lần gá khác.

7 Bước là một đơn vị của QTCN hay nói cách khác bước nó là đơn vị của nguyên công

8 Ví dụ: Trong nguyên công tiện trụ phôi có đường kính từ 30 thành chi tiết

có đường kính 22 ta chia thành các bước như sau: bước tiện thô 6mm; bước tiện bán tinh 1.5mm; bước tiện tinh 0.5mm

9 Ở ví dụ trên ta thấy rằng ở bước tiện thô lượng dư gia công là 6mm, với điều kiện hệ thống công nghệ đang thức hiện không đáp ứng ta có thể chia 6mm thành hai đường chuyển dao 3mm

10 Đường chuyển dao là một đơn vị của bước

11 Có bao nhiêu dạng sản xuất được sử dụng trong ngành chế tạo máy?

12 Có ba dạng sản xuất chủ yếu:

13 Sản xuất đơn chiếc\

14 Sản xuất hàng lọat Người ta còn phân sản xuất hàng lọat ra là ba hình thức: hàng lọat nhỏ; hàng lọat vừa và hàng lọat lớn Hàng lọat nhỏ hình thức gần giống với hình thức sản xuất đơn chiếc, hàng lọat lớn gần giống với hình thức sản xuất hàng khối

15 Sản xuất hàng khối

16

17 Đặc điểm của các hình thức sản xuất: đơn chiếc, hang lọat, hang khối (số lượng sản phẩm; độ phức tạp, chu kỳ sản xuất và máy móc thiết bị sử dụng chủ yếu là lọai nào?)

18 Sản lượng là gì?

19 Sản lượng hàng năm là gì? Công thức tính sản lượng hang năm cho sản phẩm?

20 Các phương pháp thiết kế nguyên công?

21 Tập trung nguyên công

22 Phân tán nguyên công

23 Xu hướng phát triển của ngành chế tạo máy hiện đại?

BÀI TẬP CHƯƠNG 1

1 Tính sản lượng tổng cộng chi tiết cần sản xuất trong một năm cho các chi tiết đơn giản, phức tạp

2 Tính nhiệp sản xuất

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP TẠO PHÔI VÀ GIA CÔNG CHUẨN BỊ PHÔI

2.1 Các phương pháp chế tạo phôi.

Chi phí chôi chiếm từ 20-50% giá thành sản phẩm Vì vậy việc lựa chọn vật liệu,lựa chọn phương pháp tạo phôi và gia công chuẩn bị phôi hợp lý sẽ góp phần vàoviệc đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của chi tiết mà còn giảm chi phí sản xuất nâng caohiệu quả kinh tế kỹ thuật cho quá trình sản xuất

Nhiệm vụ của nhà thiết kế công nghệ là phải lựa chọn vật liệu và phương pháp chếtạo phôi mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất

Các phương pháp chế tạo phôi: phôi đúc, phôi tạo bằng phương pháp gia công áplực như là phôi rèn, phôi dập, phôi cán, phôi kéo ép và phôi hàn là phôi được lắpghép từ các loại phôi khác

Việc lựa chọn phương pháp chế tạo phôi sẽ căn cứ vào hình dạng, kích thước chitiết, dạng sản xuất và hình thức tổ chức sản xuất cũng như là cơ sở vật chất sẳn cócủa cơ sở

- Nếu chi tiết làm việc với chế độ chịu tải phức tạp như tải trọng thay đổi, chịukéo nén, chịu uốn, chịu xoắn đồng thời, ta nên lựa chọn phôi đã qua gia công

áp lực như phôi rèn, phôi dập

- Nếu tiết diện ngang ít thay đổi, chi tiết có dạng tròn xoay ta nên chọn phôithép cán theo tiêu chuẩn của nhà sản xuất và có sẳn trên thị trường

- Các chi tiết có khối lượng lớn, hình dáng phức tạp chịu tải trọng không phứctạp ta nên lựa chọn phôi đúc

- Các chi tiết có dạng khung, hộp ta nên lựa chọn phôi đúc hay phôi hàn

- Ơ dạng sản xuất đơn chiếc nên chọn phôi đúc trong không cát hay phôi rèn

tự do vì chí phí chế tạo phôi thấp

- Dạng sản xuất hàng loạt, hàng khối nên chọn phương pháp đúc trong khuônkim loại, đúc mẫu chảy hay dùng phương pháp dập nguội, dập nóng ( rènkhuôn ) cho năng suất rất cao

2.1.1 Phôi chế tạo bằng phương pháp đúc.

Phôi đúc được chế tạo bằng cách rót kim loại lỏng vào khuôn Sau khi kim loại kếttinh ta thu được chi tiết có hình dạng và kích thướt theo yêu cầu Thông thường cácchi tiết làm bằng gang ta sử dụng phôi đúc vì gang có tính dẻo thấp

Ưu điểm: có thể đúc được tất cả các kim loại và hợp kim có thành phần khác nhau.

Có thể chế tạo các chi tiết có kích thước và hình dạng đơn giản đến phức tạp mà cácphương pháp tạo phôi khác không thực hiện được Khối lượng vật đúc từ nhỏ vàichục gam cho đến những chi tiết có kích thước to vài chục tấn Chi phí sản xuấtthấp, giá thành chi tiết thấp

Nhược điểm: hệ số sử dụng kim loại thấp do tiêu phí kim lọai cho hệ thống đậu rót,

đậu ngót Chi phí kiểm tra thành phần các nguyên tố cao do phải dùng đến máykiểm tra hiện đại (ví dụ như máy phân tích thành phần kim loại)

2.1.2 Cấu tạo tinh thể của thỏi đúc

Vùng 1 là lớp ngòai cùng cấu trúc hạt

nhỏ mịn do tốc độ nguội lớn, mầm

ngọai lai nhiều

Vùng 2 tiếp theo là lớp hạt tương đối

lớn hình trụ vuông góc với thành

khuôn Do thành khuôn bắt đầu nóng

lên, tốc độ nguội giảm xuống, hạt lớn

hơn và phát triển mạnh theo phương

pháp tuyến với thành khuôn là phương

truyền nhiệt nên hạt có hình trụ

Vùng 3 trong cùng là vùng hạt lớn

đẳng trục Kim lọai lỏng ở giữa kết

tinh sau cùng, lúc này thành khuôn đã

nóng lên nhiều nên tốc độ nguội giảm

xuống cho cấu trúc hạt lớn

Hình 2.1: cấu trúc 3 vùng của thỏi đúc 2.1.3 Các khuyết tật của vật đúc

- Rỗ co và lõm co: Do kim lọai khi kết tinh bị co lại và không được bù tạo nên

những rỗ co nằm rãi rác trên khắp vật đúc Co tập trung tạo nên lõm cothường nằm ở nơi kết tinh sau cùng phía trên vật đúc Khi thiết kế khuôn đúcsao cho phần lõm co này nằm ở đậu ngót và sẽ cắt bỏ đi sau khi đúc

- Rỗ khí: khí hòa tan thóat ra không kịp tạo nên những rỗ khí hay bọt khí gây

ra hiện tượng tróc vỏ trong khi sử dụng Người ta thường tiến hành khử khítrước khi đúc bằng cách sáy khuôn trước khi đúc hay đúc trong môi trườngchân không

- Thiên tích: là sự không đồng nhất về thành phần và cấu trúc của vật đúc cả

với hợp kim và kim lọai do tích tự tạp chất

2.1.4 Các phương pháp đúc:

2.1.4.1 Đúc trong khuôn cát:

Kkhuôn đúc được làm từ hỗn hợp cát, khuôn chỉ sử dụng một lần Khuôn có thể làmbằng tay hay bằng máy, mẫu có thể làm bằng gỗ hay bằng kim lọai và có thể tiếnhành làm khuôn trong hòm khuôn hay làm trực tiếp từ nền xưởng

Ưu điểm:

Khả năng đúc được chi tiết có hình dáng đơn giản đến phức tạp, kích thướt nhỏ lớn.Chi phí đầu tư thấp do đó giá thành sản phẩm thấp Tuy nhiên độ chính xác và chấtlượng bề mặt chi tiết không cao do có nhiều rỗ xỉ, rỗ khí, hệ số sử dụng kim loạithấp Thích hợp cho các dạng sản xuất đơn chiếc và hàng lọat nhỏ Áp dụng làmkhuôn bằng máy cho dạng sản xuất lọat vừa và lọat lớn

Các bộ phận chính để đúc vật đúc trong khuôn cát:

Hình 2.2: a) chi tiết; b) mẫu; c) hộp lõi; d) khuôn đúc cát; e) vật đúc

1 tai mẫu; 2 lõi; 3 chốt định vị; 4 hòm khuôn; 5 đậu rót; 6 vật đúc; 7 lòngkhuôn; 8 đậu ngót và đậu hơi; 9 hỗn hợp làm khuôn; 10 xiên hơi; 11 lỗthóat khí cho lõi; 12 mặt phân khuôn

Lõi bao gồm:

+ Tai lõi (1) : dùng để định vị lõi trong

khuôn theo vị trí xác định

+ Xương lõi (2) : Để tăng độ bền của lõi

(thường được làm bằng thép hoặc gang)

+ Rãnh thông khí (3) : Để tăng khả

năng thông khí của lõi

Hệ thống rót là hệ thống dẫn kim loại lỏng từ thùng rót vào khuôn Hệ thống rót

vào khuôn được bố trí chính xác sẽ giảm được lượng kim loại hao phí (vào hệ thốngrót, đảm bảo chất lượng vật đúc) Hệ thống rót gồm: cốc rót, ống rót, rãnh lọc xỉ,rãnh dẫn

Đậu hơi có công dụng dẫn khí từ lòng khuôn thoát ra, làm giảm áp lực động của

kim loại trong khuôn, báo hiệu mức kim loại lỏng vào trong khuôn

Đậu ngót dùng để bổ sung kim loại cho vật đúc khi động đặc, đặc biệt khi đúc

gang trắng, gang rèn, gang có độ bền cao, thép và hợp kim màu và khi vật đúc cóthành dày Đậu ngót phải được đặc vào chỗ thành vật đúc tập trung nhiều kim loại,động đặc chậm, co ngót nhiều

Hình 2.3 - Cấu tạo của lõi

Hỗn hợp làm khuôn, làm lõi: hỗn hợp này phải có tính dẻo, độ bền, tính lún, tính

thông khí, tính bền nhiệt, độ ẩm và tính bền lâu Để đáp ứng các yêu cầu đó, hỗnhợp làm khuôn gồm: cát, đật sét, chất kết dính và chất phụ

- Cát: là thành phần chủ yếu của hỗn hợp làm khuôn, lõi Thành phần chủ yếu củacát là thạch anh (SiO2), ngoài ra còn có ít đất sét và tạp chất khác

- Đất sét: thành phần chủ yếu là cao lanh Đất sét có tác dụng tăng độ dẻo và độbền của hỗn hợp

- Chất kết dính: là những chất được đưa vào hỗn hợp để tăng độ dẻo, độ bền Chấtkết dính thường là dầu thực vật (dầu lanh, dầu bông, dầu trầu), các chất hòa tantrong nước (đường, mật mía, bột hồ, ), các chất dính kết hóa cứng (nhựa thông,ximăng, hắc ín, ) và nước thuỷ tinh

- Chất phụ: thường là mùn cưa, rơm rạ, bột than và chất sơn khuôn như bộtgraphít, bột than, nước thuỷ tinh hoặc dung dịch của chúng với đất sét Chất phụđưa vào nhằm tăng tính lún, tính thông khí, độ bóng bề mặt khuôn và tăng khả năngchịu nhiệt của hỗn hợp

Đem trộn các hỗn hợp trên với tỷ lệ nhất định, ta được hỗn hợp làm khuôn Hỗnhợp làm khuôn chia làm hai loại:

+ Cát áo: dùng để phủ sát mẫu khi làm khuôn nên phải có độ bền, độ dẻo cao vàbền nhiệt vì lớp cát này tiếp xúc trực tiếp với kim loại lỏng Cát áo phải có độ hạtnhỏ, mịn để tăng độ bóng bề mặt của vật đúc; chiế, 10 – 15% lượng cát làm khuôn.+ Cát đệm: dùng để đệm cho phần khuôn còn lại nhằm tăng độ bền của khuôn,nên không cần yêu cầu cao như cát áo; chiếm khoảng 85 – 90% tổng lượng cátkhuôn

2.1.4.2 Đúc trong khuôn kim loại:

Đặc điểm của phương pháp đúc khuôn kim lọai:

Ưu điểm:

- Khuôn được tái sử dụng được nhiều lần (vài chục đến hàng vạn lần)

- Độ sạch, độ chính xác và chất lượng bề mặt cao (Rz: 20÷40 µm ) Điều nàylàm giảm khối lượng gia công cơ khí đáng kể

- Tổ chức hạt kim lọai mịn (do tốc độ nguội nhanh) đặc biệt là lớp bề mặt tiếpgiáp với khuôn nên độ bền cơ học nâng cao

- Nâng cao sản lượng hàng năm do giảm được kích thước đậu rót, đậu ngót vàphế phẩm đúc Nâng cao năng suất lao động vì dễ cơ khí hóa và tự động hóa.Điều kiện vệ sinh lao động được cải thiện

- Tiết kiệm được nhà xưởng do không cần pha trộn hỗn hợp làm khuôn và quátrình làm khuôn

Ưu điểm:

- Tính dẫn nhiệt của khuôn kim lọai cao nên khả năng điền đầy kém do đó khóđúc các vật đúc phức tạp, thành mỏng

- Dùng rộng rãi trong đúc thép, gang, đồng, nhôm…, chế tạo các chi tiết nhưsecmăng, xylanh, pittông, van…

- Đúc khuôn kim lọai thích hợp cho sản xuất hàng loạt và hàng khối vì chi phíđầu tư ban đầu cho hệ thống khuôn cao

Tuy có những nhược điểm trên nhưng công nghệ đúc trong khuôn kim loại vẫnđược sử dụng rộng rãi để đúc gang, hợp kim và kim loại màu trong sản xuất hàngloạt và loạt lớn bởi vì có những chi tiết không thể chế tạo được nếu không sử dụngkhuôn kim loại, ví dụ các tấm lớn thân máy bay, các chi tiết nhỏ nhưng đòi hỏi độbền cao trong động cơ

Khuôn đúc

Khuôn đúc là thiết bị tạo hình cho nước thép đông đặc khi rót nước thép vào tạothành thỏi thép Trong sản xuất, khuôn đúc là phần hao tổn có tính thay đổi, có ảnhhưởng trực tiếp đến chất lượng thép và là một chỉ tiêu hạch toán kinh tế Cho nênthiết kế cần chính xác, sử dụng và duy tu bảo dưỡng chuẩn xác có ý nghĩa rất quantrọng

1,2 hai nữa khuôn

8 lõi cát

9 gối lõi

10 rãnh thóat khí

11 chốt đẩyHình 2.4: khuôn kim lọai

Vật liệu làm khuôn:

Vật liệu làm khuôn thường sử dụng gang có tính dẫn nhiệt tốt, chắc chắn và rẻ Do tính chất của việc đúc thép rất khắc nghiệt, đều kiện làm việc của khuôn thép mang tính chu kỳ: gia nhiệt, làm nguội, tức là giãn nở, co ngót nên khuôn đúc dễ bị hỏng bởi nứt hoặc chóc

Tuổi thọ khuôn đúc phần lớn được quyết định bởi thành phần hoá học Để nâng caotính đúc cần duy trì một hàm lượng các bon tương đối cao: Thường khoảng 3,2-4,0%, Si líc (Si) chọn theo yêu cầu của tổ chức: thường khoảng 1,2 - 2,2 % Hiệntượng tróc khuôn tăng theo hàm lượng Si tăng, nhưng nứt thì ngược lại

Thiết bị đúc khuôn

Thiết bị đúc khuôn thường được chia thành đúc trên và đúc dưới,

o Đúc trên: Rót vào từ đầu thỏi

o Đúc dưới:

 Ưu điểm: Rót vào ống từ các cống rót dâng lên từng thỏi từ phía dưới.Như vậy với đúc dưới, một lầm rót có thể rót được nhiều thỏi, năng suất và chất lượng bề mặt thỏi tốt hơn nhiều do mặt nước thép dâng lên bình ổn không bắn toé như rót từ trên, khí, tạp chất và xỉ đều có điều kiện nổi lên trên tốt hơn, che chắn chống tái ô xy hoá cũng thuận tiện

 Nhược điểm: Thiết bị trên đĩa đúc, ống rót trung tâm phức tạp hơn, tiên tốn thêm vật liệu chịu lửa và lượng thép ở ống rót và cống rót, giảm suất thu hồi kim loại

2.1.4.3 Đúc ly tâm:

2.1.4.4 Phương pháp đúc này có đặc điểm:

- Phương pháp này có đặc điểm: tổ chức kim loại mịn chặt, không tồn tại cáckhuyết tật rỗ khí, rỗ co

- Có thể tạo được các vật đúc gồm nhiều lớp kim loại khác nhau Tuy nhiên,phương pháp này chỉ thích hợp với vật có dạng tròn xoay, chất lượng bề mặttrong kém

- Đúc các chi tiết tròn xoay rỗng mà không cần dùng lõi như đúc các lọai ốnghợp kim, secmăng, bạc lót…

- Không cần dùng hệ thống đậu rót, đậu ngót nên tiết kiệm kim lọai

-Hình 2.5: nguyên lý đúc ly tâm Hình 2.6: vật đúc ly tâm

Ngòai ra còn có các phương pháp đúc như: đúc áp lực, đúc liên tục, đúc trongkhuông vỏ mỏng, đúc trong khuôn mẫu chảy

2.1.4.5 Đúc áp lực:

Là phương pháp dùng áp lực ép kim loại lỏng điền đầy vào khuôn sau khi đông đặc,

ta thu được vật đúc Trên hình 2.3 giới thiệu sơ đồ nguyên lí máy đúc áp lực kiểupittông có buồng ép nguội

Hợp kim lỏng đã được định lượng được rót vào buồng ép 2 Khi pittông ép 1 thựchiện hành trình ép, hợp kim lỏng ép lên pittông 3 đi xuống Cửa 4 sẽ dẫn hợp kimlỏng qua rãnh dẫn vào khuôn 5 Khuôn đúc gồm 2 phần tĩnh và động có cơ cấuđóng mở Vật đúc sau khi đông đặc được lấy ra theo phần động của khuôn Lúc nàypittông 3 thực hiện sự dịch chuyển ngược để đẩy phần hợp kim thừa ra khỏi miệngxilanh chuẩn bị cho hành trình ép tiếp tục.

Đúc áp lực có các đặc điểm sau:

- Đúc được vật đúc phức tạp, thành mỏng (1÷5mm), đúc được các loại lỗ cókích thước nhỏ

- Độ bóng và độ chính xác cao, có thể đạt đến Rz= 20 µm, cấp chính xác11÷12

- Cơ tính vật đúc cao

- Năng suất cao nhờ mật độ vật đúc lớn

Nhưng khuôn chóng bị mài mòn do dòng áp lực của hợp kim ở nhiệt độ cao vàkhông dùng được lõi cát vì dòng chảy có áp lực

Thường áp dụng đúc phôi cho các chi tiết nhôm, thiếc, manhê và hợp kim của kẽm.Ngoài ra còn có phương pháp đúc liên tục và đúc trong khuôn mẫu chảy đúc chânkhông, đúc trong khuôn vỏ mỏng

2.1.5 Phôi chế tạo bằng phương pháp gia công áp lực

Gia công áp lực là dùng ngoại lực tác dụng thông qua các dụng cụ làm cho kim loại bị biến dạng ở trạng thái mạng tinh thể theo các định hướng trước để thu được chi tiết có hình dạng kích thước theo yêu cầu.

Khi gia công áp lực khối lượng và thành phần hóa học của kim loại không thay đổi

2.1.5.1 Phôi chế tạo bằng phương pháp rèn tự do.

Rèn là phương pháp làm biến dạng kim loại ở trạng thái nóng Đơn giản sử dụng đe

và búa nếu rèn tay hoặc sử dụng máy búa hơi, máy ép thủa lực để tác động lên vậtrèn

Hình 2.7 – Sơ đồ đúc áp lực kiểu pittông

Phôi rèn có cơ lý tính tốt hơn hẳn so với phôi đúc

Rèn tự do sử dụng rộng rãi trong sản xuất đơn chiếc, trong công nghiệp sửa chữatàu thủy, tàu hỏa…các chi tiết chịu tải trọng phức tạp

Rèn tự do sử dụng rộng rãi trong sản xuất đơn chiếc, trong công nghiệp sửa chữatàu thủy, tàu hỏa…các chi tiết chịu tải trọng phức tạp

Phôi từ thép cán.

Cán là phương pháp làm biến dạng kim lọai qua khe hở của các trục cán quayngược chiều nhau tạo nên quá trình cán bằng lực ma sát Thông thường quá trìnhcán thép của các nhà máy bao gồm 3 khâu chủ yếu: luyện thép – đúc thỏi – cán Phôi cán có tiết diện ngang và chiều dài theo tiêu chuẩn ( sổ tay tiêu chuẩn thépcán) Độ chính xác, chất lượng bề mặt và thành phần hóa học phôi cán ổn định hơn

so với phôi đúc Thường dùng để gia công các chi tiết dạng trục, bánh răng…

Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý của quá trình cán

2.1.5.2 Phương pháp kéo sợi

Là phương pháp gia công áp lực, trong

đó kim loại được biến dạng qua lỗ hình

của khuôn kéo; Hình dạng, kích thước,

tiết diện của sản phẩm phụ thuộc vào

hình dạng, kích thước của lỗ khuôn

2.1.5.3 Ép kim loại

15 Hình 2.9 – Sơ đồ kéo sợi

1 Phôi; 2 Khuôn kéo;

Là quá trình gia công kim loại bằng áp

lực, trong đó kim loại được nung nóng

và được ép qua lỗ khuôn để có được

hình dạng và kích thước theo yêu cầu

cần thiết

2.1.5.4 Phôi hàn.

Phôi hàn được chế tạo từ thép cán dạng tấm hay dạng thép hình liên kết lại với nhaubằng mối hàn Sử dụng cho các chi tiết dạng hộp như khung sàn, bệ máy… giáthành rẻ so với phôi đúc tuy nhiên chất lượng phôi phụ thuộc vào chất lượng mốihàn, khả năng chịu tải trọng thấp hơn so với phôi đúc

2.1.5.5 Phôi dập nóng ( rèn khuôn ).

Phôi dập nóng có độ chính xác về hình dạng, kích thước và chất lượng bề mặt cũngnhư là cơ tính cao Hệ số sử dụng vật liệu cao hơn so với phương pháp rèn tự do.Tuy nhiên cần phải có máy dập, máy ép có công suất cao, chi phí đầu tư ban đầulớn Do vậy chỉ thích hợp cho sản xuất hàng loạt và hàng khối

2.2 Gia công chuẩn bị phôi.

Lựa chọn hình thức gia công chuẩn bị phôi phụ thuộc vào tính chất công việc, dạngsản xuất và cơ sở vật chất trang thiết bị hiện có của từng cơ sở

Trong sản xuất hàng lọat, hàng khối việc gia công chuẩn bị phôi được thực hiện ởnhững phân xưởng riêng biệt với các thiết bị chuyên dùng Trong sản xuất đơn chiếcviệc gia công chuẩn bị phôi tiến hành linh họat Ví dụ như làm sạch vật đúc có thểtiến hành tại xưởng đúc, gia công phá tại phân xưởng cắt gọt…

2.2.1 Làm sạch bavia, đậu rót, đậu ngót.

Các phôi đúc nhất là đúc trong khuôn cát có đậu rót đậu ngót cần phải cắt bỏ bằngcách cưa, cắt gió đá hay gõ búa Các bavia của phôi dập thường được cắt trên khuôncắt sau công đọan dập tạo hình.

2.2.2 Làm sạch phôi

Khâu làm sạch phôi loại bỏ các xỉ, rổ của phôi đúc hay oxít trên bề mặt phôi rèn sẽgiúp cho quá trình gia công cắt gọt thuận lợi hơn, ít mòn dao hơn Phương pháp làmsạch thủ công như cạo bằng bàn chải sắt, máy mài cầm tay cho năng suất thấp, chấtlượng và năng suất kém hơn là phương pháp làm sạch bằng cách phun cát, bắn bivới áp lực cao Tuy nhiên bắn cát và bắn bi có chi phí đầu tư ban đầu cao

2.2.3 Cắt phôi.

Khi sử dụng thép cán dạng thanh có tiết diện tròn, vuông hay thép hình có thể cắtphôi trên máy cưa tay, cưa cần, cưa dĩa, cưa đai

Cắt đứt bằng máy tiện kết hợp với vạt mặt khoan tâm

Cắt phôi trên máy chuyên dùng cho năng suất rất cao nhưng tiết diện không chínhxác Thường sử dụng trong sản xuất hàng lọat, hàng khối khi cắt các loại thép tròn,vuông, thép hình, thép dạng tấm Ví dụ như máy cắt tole có thể cắt chiều dài 12m,chiều dày 30mm

Cắt bằng hỗn hợp khí oxy và axetylen C2H2 ( cắt gió đá ) thông thường cắt phôidạng tấm theo hình dạng phức tạp Chất lượng bề mặt cắt kém thường phải gia cônglại ( mài, dập… )

Cắt bằng tia lửa điện ( máy cắt dây đồng, máy cắt dây molip đen ) cho độ chính xác

và chất lượng bề mặt chi tiết cao ( Ra=0,2 µm ) nhưng năng xuất thấp Dùng để cắtvật liệu cứng như thép hợp kim đã qua gia công áp lực trong ngành chế tạo khuônmẫu

2.2.4 Ủ phôi.

Do quá trình làm nguội nhanh vì vậy lớp bề mặt của phôi đúc thường có độ cứng

450 – 600 HB, các loại phôi gia công áp lực do xuất hiện hiện tượng biến cứngđồng thời với quá trình biến dạng dẻo, làm cho tính dẻo của vật liệu giảm, độ cứng

bề mặt tăng Các loại phôi này cần được ủ để phục hồi tính dẻo và giảm độ cứngtrước khi gia công cắt gọt

Chế độ ủ phụ thuộc vào vật liệu, hình dạng kích thước của phôi

Nhiệt độ

(00 C)

thời gian (giờ)

2.2.5 Nắn phôi.

Các phôi có lượng dư phân bố không đồng đều, phôi thanh bị cong, hay bị cong saukhi gia công nhiệt cần được nắn thẳng

Các biện pháp nắn thẳng:

- Nắn trên máy tiện

- Nắm trên máy chuyên dùng

- Nắn trên máy ép

- Nắn thủ công bằng búa và đe

+ Nắn thẳng trên 2 khối V:

+ Nắn thẳng trên 2 mũi tâm, một mũi cố định, một mũi điều chỉnh được

+ Nắn trên máy ép chuyên dùng

+ Nắn trên máy cán ren thẳng

2.2.6 Gia công phá ( gia công bóc vỏ).

Gia công phá nhằm bóc đi lớp vật liệu chất lượng kém bên ngòai hay làm giảm sailệch của phôi nhằm làm giảm sai số in dập, tăng độ chính xác cho các nguyên côngcắt gọt tiếp theo

Lớp vật liệu bên ngòai thường có lượng dư, độ cứng không đồng đều nên dễ xảy rahiện tượng va đập Do đó nên chọn máy dùng để gia công phá có công suất lớn màkhông cần độ chính xác ca

2.2.7 Gia công lỗ tâm.

Lỗ tâm là chuẩn tinh phụ được dùng cho nguyên công cắt gọt, kiểm tra và sửa chữaphục hồi sau này Một số hình dạng lỗ tâm:

Lỗ tâm côn 600: là bề mặt định vị tiếp xúc với mũi tâm Đối với chi tiết lớn, dùng lỗtâm côn 750, 900 Ngòai ra còn có phần côn lã 1200 để bảo vệ bề mặt định vị không

bị sứt đồng thời khi cần gia công mặt đầu khi tiện chống tâm Ngòai ra các trục nhưtrục cán người ta còn làm thêm phần ren bên trong để lắp vít, mặt bích để bảo vệ lỗtâm cần khi sửa chữa phục hồi

Có thể gia công lỗ tâm trên máy tiện, máy khoan bằng mũi khoan tâm Trong sảnxuất hàng lọat có thể kết hợp vạt mặt đầu và khoan tâm trên máy chuyên dùng

2.3 Vật liệu phôi.

Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1659-75 qui định nguyên tắc ký hiệu cho từnglọai vật liệu kim lọai ( thép, gang, hợp kim màu ) theo các thành phần hóa học chủyếu

- Đối với thép: lượng cácbon trung bình tính theo phần vạn, các nguyên tố hợpkim ký hiệu theo tên nguyên tố hóa học và hàm lượng trung bình tính theophần trăm ( nếu ≈ 1% thì không cần ghi ) Phía cuối có ký hiệu chữ A là thép

có chất lượng cao: ít tạp chất phốt pho và lưu hùynh

- Đối với hợp kim màu: ký hiệu của nguyên tố gốc kế đến là các nguyên tốhợp kim và hàm lượng phần trăm của chúng Ví dụ: AlCu4Mg: hợp kimnhôm có 4% cu và 1%Mg

2.3.1 Thép.

2.3.1.1 Thép cacbon

Thép cacbon ( không hợp kim hóa ) là hợp kim giữa sắt và cacbon với hàm lượng C

≤ 2,14 % Thép cacbon có những ưu điểm: đễ đúc, dễ hàn, dễ gia công, giá thànhthấp Tuy nhiên do hàm lượng các nguyên tố hợp kim thấp nên độ bền, độ dẻo, độdai va đập kém, độ thấm tôi thấp Độ bền nhiệt thấp (<3000C)

Thép cacbon thường dùng làm các chi tiết máy chịu tải trọng khơng lớn, khôngphức tạp

Theo công dụng thép cacbon chia ra các lọai như sau:

Thép cacbon thông dụng ( thép cacbon chất lượng thường – thép xây dựng).

Theo TCVN 1765-75 qui định ký hiệu cho nhóm thép này: Chữ C – cacbon; T –thép và kế là chỉ số giới hạn bền kéo tối thiểu tính theo kG/mm2 và cuối cùng nếu cóchữ “s” là thép sôi; “n” thép nữa lặng, nếu là thép lặng thì không ghi gì cả.

Ví dụ: CT31 là thép cacbon chất lượng thường có giới hạn bền kéo tối thiểu Rm>

310 kG/mm2

Thông thường ngòai thị trường người ta kêu theo ký hiệu của Nga ( JOCT ) Bảng

so sánh tương đương giữa các mác thép:

2.3.1.2 Thép cacbon kết cấu.

Là nhóm thép cacbon có chất lượng tốt, hàm lượng tạp chất thấp ( S≤0,04%;P≤0,035%) ký hiệu C: cacbon và chỉ số theo sau chỉ hàm lượng cacbon tính theophần vạn Ví dụ C20: 0,20% cacbon Theo tiêu chuẩn TCVN 1766-75 qui định thépcacbon kết cấu cán nòng và rèn có đường kính hay chiều dày < 250mm chia làm hainhóm:

Nhóm 1: với hàm lượng Mangan thường ( Mn< 0,8%) Ví dụ: C8, C10, C15, C20,

Thép cacbon dụng cụ sau khi nhiệt luyện có độ cứng cao (max 62HRC) tuy nhiênkhả năng chịu nhiệt thấp nên thường dùng làm đục, dũa, tarô…

2.3.1.4 Thép hợp kim.

Thép hợp kim là hợp kim Fe-C có chứa các nguyên tố hợp kim như Mn, Si, Cr, Ni,

Ti, W, Mo… đồng thời lượng tạp chất S, P, O thấp

Thép hợp kim ở trạng thái chưa nhiệt luyện cơ tính không khác gì nhiều so với thépcacbon Sau nhiệt luyện thép hợp kim có độ bền, độ cứng cao nhưng độ dẻo daigiảm Thép hợp kim giữ được độ cứng ở t0 8000C, có khả năng chống mài mòn và

ăn mòn hóa học cao

Tính công nghệ thép hợp kim kém hơn so với thép cacbon, nhất là đối với các théphợp kim có hàm lượng các nguyên tố hợp kim cao

Thép hợp kim thường dùng làm các chi tiết máy chịu tải trọng cao, phức tạp, yêucầu mức độ chống mài mòn cao như bánh răng, trục truyền, bulông đai ốc chịulực…

Theo công dụng người ta chia thép hợp kim thành các nhóm sau:

- Thép không gỉ: có hàm lượng Cr>12% nên có khả năng chống ôxy hóa cao.

Thông thường được gọi là Inox có các mác theo tiêu chuẩn Nhật (JIS):SUS301, SUS304, SUS311, SUS314…

- Thép hợp kim chịu nhiệt

2.3.2 Gang.

Gang là hợp kim Fe-C trong đó C: (2,14 - 6,67)% và luôn chứa các nguyên tố khácnhư: P, S, Si, Mn Thông thường gang chứa 2-4% Mn, 0,04-0,65% P, 02-0,15%S Theo thành phần hóa học người ta chia gang ra làm các lọai:

- Gang thường: không chứa các nguyên tố hơp kim hóa

- Gang hợp kim thấp: các nguyên tố hợp kim < 3%

- Gang hợp kim trung bình: lượng chứa nguyên tố hợp kim 3-10%

- Gang hợp kim cao: lượng chứa nguyên tố hợp kim >10%

Theo tổ chức và điều kiện tạo thành graphit, gang chia ra làm các lọai:

- Gang trắng: cacbon trong gang ở dạng liên kết hóa học xementit tự do vì vậygang này rất giòn và cứng

- Gang xám: tổ chức graphit nên có tính đúc tốt, dễ gia công cơ khí

- Gang cầu: graphit trong gang có dạng cầu nhờ đưa vào chất biến tính đặcbiệt ( Mg, Ce hoặc một số nguyên tố đất kiếm khác) vào gang lỏng khi đúc.

- Gang biến trắng: mặt ngòai là gang trắng nhưng bên trong là gang xám

- Gang dẻo: graphit dạng bông nên gang có tính dẻo cao

2.3.3 Kim lọai màu và hợp kim màu.

2.3.3.1 Đồng và hợp kim đồng.

a) Đồng đỏ: là đồng nguyên chất có khối lượng riêng γ = 8,96g/cm3, nhiệt độ nóngchảy 10830C Tính đúc của đồng đỏ kém, độ chảy lõang kém do đó trong ngành cơthường dùng hợp kim của đồng

b) Latông – đồng thau: là hợp kim đồng với kẽm (Zn<45%): được dùng nhiều

trong công nghiệp vì cơ tính khá, tính chống ăn mòn tốt, dễ đúc và dễ gia công áplực

Theo TCVN có các mác như: LcuZn30: latông có 30%Zn

b) Brông – đồng thanh: là hợp kim đồng với các nguyên tố hợp kim khác Được

chia làm 2 lọai:

Brông thiếc ( đồng thanh thiết): là hợp kim đồng và thiết Brông có Sz > 8% có tính

chống mài mòn tốt nên thường được dùng làm ổ trượt, bạc lót… Brông có Sz < 8%

có tính truyền âm xa thường được dùng để chế tạo các nhạc cụ như kèn, chiêng,cồng, trống đồng… Ví dụ: BcuSn5Zn5Pb5

Brông không thiếc: là hợp kim đồng với các nguyên tố khác không gồm Zn, Sz Ví

dụ: Brông nhôm: BcuAl5 cán thành tấm dùng để dập huy hiệu, huân chương Brôngchì: BcuPb30: làm ổ trượt trong động cơ đốt trong

2.3.3.2 Nhôm và hợp kim nhôm.

Nhôm nguyên chất có màu trắng, nhiệt độ nóng chảy 6600C, khối lượng riêng2,7g/cm3, có độ bền và độ cứng thấp nên thường được sử dụng dạng hợp kim nhôm

vì có độ bền, độ cứng, khả năng chống mài mòn và chịu nhiệt cao đồng thời có ưuđiểm là nhẹ nên được sử dụng làm các chi tiết trong ngành hàng không, ngành ôtô.Thường có các nhóm hợp kim nhôm như:

- Al-Si

- Al-Cu

- Al-Mg

- Al-Zn

- Hợp kim nhôm biến dạng

- Hợp kim nhôm bền nhiệt

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 2

1 Chi phí phôi thong thường chiếm bao nhiêu phần trăm?

2 Các phương pháp tạo phôi?

3 Tiêu chí lựa chọn phương pháp chế tạo phôi?

4 Phôi chế tạo theo phương pháp đúc có ưu và nhược điểm gì?

5 Các hương pháp đúc, đặc điểm, khả năng áp dụng? ( đúc trong khuôn cát, khuôn kim lọai, đúc mẫu chảy, đúc li tâm, đúc lien tục )

6 Cấu tạo tinh thể của vật đúc?

7 Các khuyết tật của vật đúc?

8 Các thành phần của khuôn đúc?

9 Các phương pháp gia công áp lực: rèn tự do; rèn khuôn; dập nóng; dập nguội, cán, kéo?

10 Phạm vi sử dụng phôi đã qua gia công áp lực?

11 Ý nghĩa của việc gia công chuẩn bị phôi?

12 Các phương pháp gia công chuẩn bị phôi bao gồm: cắt phôi, nắn phôi, làm sạch phôi, gia công bóc vỏ, vạt mặt khoan tâm Cách thực hiện và phạm vi ứng dụng cho từng trường hợp Máy móc thiết bị sử dụng?

13 Một số tiêu chuẩn thong dụng (DIN, JOCT, GB, ASTM, ISO, JIS, TCVN)

14 Các mác thép thông dụng (thép cacbon, thép kết cấu, thép cacbon dụng cụ,thép hợp kim, thép không rĩ )

CHƯƠNG 3

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CẮT GỌT KIM LỌAI 3.1 Những khái niệm cơ bản.

3.1.1 Khái niệm phương pháp gia công cắt gọt kim loại.

Quá trình cắt gọt kim lọai là quá trình con người sử dụng dụng cụ cắt để hớt bỏ lớpvật liệu thừa ra khỏi chi tiết, nhằm đạt được những yêu cầu cho trước về hình dáng,kích thước, vị trí tương quan giữa các bề mặt và chất lượng bề mặt của chi tiết giacông

Lớp kim lọai thừa cần được hớt bỏ ra khỏi chi tiết được gọi là lượng dư gia công cơ.Khi lượng kim lọai này đã bị cắt bỏ ra khỏi chi tiết được gọi là phoi cắt

3.1.2 Các phương pháp gia công kim loại.

Xuất phát từ mục đích nghiên cứu và sử dụng khác nhau, các phương pháp gia côngkim lọai thường được phân lọai như sau:

− Phân lọai theo nguyên lý tạo hình bề mặt: phương pháp gia công chép hình,phương pháp gia công định hình, phương pháp gia công bao hình

− Phân lọai theo yêu cầu của chi tiết gia công: gia công thô, gia công bán tinh, giacông tinh, gia công bóng

− Phân lọai theo máy gia công: gia công tiện, phay, bào, mài, khoan, khóet, doa,xọc, chuốt…

− Phân lại theo bế mặt gia công: gia công mặt phẳng, gia công mặt trụ, gia côngrãnh, gia công lỗ, gia công bánh răng…

3.1.3 Hệ thống công nghệ: MÁY – DAO – ĐỒ GÁ – CHI TIẾT

Để tiến hành gia công sản phẩm cơ khí, con người phải sử dụng những máy mócthiết bị thỏa mãn yêu cầu kinh tế - kỹ thuật hệ thống thiết bị này còn được gọi là hệthống công nghệ Bao gồm bốn thành phần: máy công cụ – dụng cụ cắt – đồ gá –chi tiết

− Máy: thực hiện nhiệm vụ cung cấp năng lượng cho quá trình gia công

− Dụng cụ cắt: trực tiếp cắt bỏ lượng dư gia công ra khỏi chi tiết nhờ năng lượngcủa máy cung cấp thông qua các chuyển động tạo hình

− Đồ gá: có nhiệm vụ xác định vị trí của chi tiết trong hệ thống công nghệ đồngthời cố định chính xác vị trí của chi tiết trong quá trình gia công

− Chi tiết gia công: là đối tượng của quá trình cắt gọt

3.1.4 Sự hình thành bề mặt chi tiết trong quá trình cắt gọt.

Các bề mặt được hình thành trong quá trình cắt ( hình 3.1 )

− Mặt sẽ gia công: bề mặt dao sẽ cắt đến

− Mặt đang gia công: bề mặt trên chi tiết mà dao đang thực hiện nhiệm vụ táchphoi

− Mặt đã gia công: bề mặt trên chi tiết mà dao đã đi qua Tính chất của bề mặt nàyphản ảnh những kết quả của các hiện tượng cơ lý trong quá trình cắt.

− Vùng cắt: là vùnng kim lọai của chi tiết vừa tách ra sát mũi dao và lưỡi cắt nhưngchưa thóat ra ngòai Đây là vùng xảy ra các hiện tượng cơ lý hết sức phức tạp

Hình 3.1

3.1.5 Các chuyển động cắt gọt.

Tùy thuộc vào phương pháp gia công, tùy thuộc vào yêu cầu tạo hình bề mặt mà hệthống công nghệ cần tạo ra những chuyển động tương đối nhằm hình thành nên bềmặt gia công và được gọi là các chuyển động cắt gọt, gồm có:

như: tiện, phay, mài,

khoan, khóet, doa…

n: số vòng quay của trục chính trong một đơn vị thới

gian ( vòng/ phút )

V: vận tốc cắt là lượng dịch chuyển tương đối giữa

dao và chi tiết theo phương vận tốc cắt ứng với mộtđơn vị thời gian Đơn vị là m/ phút ( trong trường hợpmài là m/ giây )

Mối quan hệ giữa vận tốc cắt và số vòng quay n của

trục chính:

) /

( 1000

.

phút m

n D

2 Chuyển động chính là

chuyển động tịnh tiến

như: bào, xọc, chuốt

n: số hành trình kép của chuyển động chính trong

một đơn vị thời gian ( htk/ phút )

V: vận tốc cắt là lượng dịch chuyển tương đối giữa

dao và chi tiết theo phương vận tốc cắt ứng với mộtđơn vị thời gian Đơn vị là m/ phút

Mối quan hệ giữa vận tốc cắt và số hành trình kép n

của trục chính:

) /

( 1000

2

phút m

n L

V = (3.2)

3.1.5.2 Chuyển động chạy dao và lượng chạy dao s.

Chuyển động chạy dao là chuyển động nhằm cắt hết lượt trên bề mặt chi tiết nhằmcắt hết lượt trên bề mặt chi tiết gia công Phương chuyển động chạy dao ký hiệu là

s

→

Để đặt trưng cho chuyển động chạy dao, thông thường ký hiệu là s Trên máyđiều khiển theo chương trình số ký hiện là F ( Feed rate )

− Lượng chạy dao s: là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo

phương chạy dao ứng với một vòng quay hay một hành trình kép của chuyểnđộng chính Đơn vị là s( mm/ vòng) hay s( mm/htk)

− Lượng chạy dao răng S z : Khi sử dụng dao nhiều lưỡi cắt, người ta còn đề cập

đến lượng chạy dao răng để biểu thị chuyển động chạy dao Lượng chạy dao răng

là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo phương chạy dao ứngvới một lưỡi cắt

− Tốc độ chạy dao V s : là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo

phương chạy dao ứng với một đơn vị thời gian Đơn vị Vs ( mm/phút )

Mối quan hệ giữa s, Sz, Vs theo công thức:

) /

( n S z n mm phút s

Với z là số lưỡi cắt tham gia cắt gọt của dao

Ví dụ: khi phay mặt phẳng sử dụng dao phay mặt đầu có 4 lưỡi cắt, lượng chạy daorăng Sz = 0.3 mm/ răng, Vậy s = Sz z = 0.3 4 = 1.2 mm/vòng

3.1.5.3 Chuyển động theo phương chiều sâu cắt t

Chuyển động chiều sâu cắt t ( mm ) là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chitiết ứng với một lần chạy dao

Ba thông số gia công ( V, s, t ) được gọi là chế độ cắt khi gia công cơ.

3.1.6 Lớp cắt và tiết diện lớp cắt

Lớp cắt là lớp kim lọai cần hớt bỏ ứng với một lần chạy dao Nếu cắt lớp cắt bằngmột mặt phẳng chứa lưỡi cắt và vuông góc với vector vận tốc cắt V→ ta sẽ nhận đượcnhững tiết diện lớp cắt tương ứng ( hình 7.2 )

Khi quan sát thực tế quá trình cắt kim loại, người ta nhận thấy rằng:

− Phoi được tách ra khỏi chi tiết khi cắt không theo phương vận tốc cắt v (phươnglực tác dụng),

− Phoi khi cắt ra bị uốn cong về phía mặt tự do, kích thước phoi bị thay đổi so vớilớp cắt khi còn nằm trên chi tiết, hình 3.4b

Để hiểu rõ thực chất của quá trình hình thành phoi cắt, các nhà nghiên cứu đã tiếnhành hàng lọat thí nghiệm Để đơn giản, các thí nghiệm được tiến hành trên mẫubào và mẫu tiện Các thí nghiệm tiến hành lần lượt như sau:

3.2.1.1 Thí nghiệm so sánh mẫu nén và mẫu cắt:

Từ hai thí nghiệm trên người ta đưa ra kết luận quan trọng là: thực chất quá trình tách phoi ra khỏi chi tiết là quá trình biến dạng của các phần tử kim loại dưới sức

ép của đầu dao.

3.2.1.2 Thí nghiệm quan sát sự dịch chuyển của các phần tử kim loại khi cắt.

Để tiếp tục hiểu rõ bản chất của quá trình cắt gọt kim loại, người ta tiến hành làmthí nghiệm cắt kim loại bằng dao có góa trước γ # 0 và quan sát sự dịch chuyển của

các phần tử kim loại được đánh dấu, hình 3.4a

Hình 3.4: Mô hình cắt trực giao

Trên hình 3.4, mô tả sự dịch chuyển của phần tử kim loại được đánh dấu P khi cắt.

Đoạn dịch chuyển từ P đến điểm 1 có phương gần như song song với phương vậntốc cắt V Qua dịch chuyển qua khỏi điểm 1 đến điểm 2 thay vì điểm 2’ Đoạn 22’gọi là lượng trượt của phần tử kim loại P khi cắt Tương tự phần tử kim loại P tiếp

tục trượt đến điểm 3, điểm 4 Thí nghiệm cho thấy đoạn 3-4 song song với mặttrước của dao Điều này được giải thích là khi phần tử kim loại P trượt đến điểm 3thì quá trình trượt kết thúc và đã chuyển thành phoi cắt Điểm 3 được gọi là điểmkết thúc trượt của phần tử kim loại P khi cắt.

Bằng cách đánh dấu như vậy người ta xây dựng đường dịch chuyển của phần tử Pkhi cắt là P1234P’ Trong đó đoạn 4P’ là một cung cong về phía mặt tự do của phoi

có bán kính Rp Điểm 4 được xác định bằng cách: từ điểm tách rời sự tiếp xúc giữaphoi và mặt trước của dao, dựng đường vuông góc với mặt trước dao (EF┴OE).Đường Ef sẽ cắt đường P1234P’ tại điểm 4

Nếu quan sát vô số điểm trên mặt bên của mẫu cắt, ta sẽ nhận được vô số đườngdịch chuyển của các phần tử kim loại tương ứng, đồng thời xác lập được mặt bắtđầu trượt OA và mặt kết thúc trượt OC Vùng giới hạn bởi mặt trượt OA và OCđược gọi là vùng trượt hay vùng biến dạng

Thí nghiệm trên được tiến hành với vận tốc cắt V = 0.002 m/phút Trong thực tế vậntốc cắt lớn hơn nhiều do vậy tốc độ biến dạng trượt cũng rất lớn, hai mặt trượt OA

và OC gần như trùng nhau, chỉ cách nhau khoảng 0.03 - 0.2 mm Để đơn giản người

ta xem như hai mặt trượt này trùng nhau được gọi là mặt trượt τ-τ nằm nghiêng sovới phương vận tốc cắt V một góc β1 = 300 - 400 Bên trong mỗi phần tử cũng có sự

xê dịch giữa các tinh thể dưới một góc β2 = 600 - 650 , hình 7.4b

Qua những thí nghiệm trên người ta khẳng định rằng dòn không phải là bản chấtcủa vật liệu mà chỉ là trạng thái của chúng, vật liệu dòn và vật liệu dẻo không thểxác định rõ giới hạn mà chúng còn phụ thuộc vào tải trọng tác dụng lên chúng.Đồng thời khi tốc độ biến dạng tăng lên thì nhiệt trong vật thể biến dạng cũng tănglên, tính dẻo của vật liệu cũng thay đổi theo nhiệt độ

Việc giải thích cơ chế cắt gọt kim loại cũng gây nhiều mâu thuẫn, trong đó nhiều

giải thích cho rằng: quá trình hình thành phoi cắt là quá trình trượt dần hay trượt liên tục của các phần tử kim loại theo các mặt trượt của chúng.

Hiện tượng phoi bị uốn cong về phía mặt tự do sau khi ra khỏi mặt EF được giảithích như sau: các phần tử kim loại sau khi ra khỏi vùng trượt thì quá trình trượt cơbản đã kết thúc Trong khi đó các phần tử kim loại nằm sát và tiếp xúc với mặttrước của dao vẫn bị chèn ép, ma sát do đó vẫn tiếp tục biến dạng Kết quả của sựchèn ép này là các hạt kim loại ở vùng tiếp xúc bị ép dài ra khi hình thành phoi Mặtkhác vùng OE bị mặt trước dao ma sát nên sau khi ra khỏi điểm E, các phần tử kimloại được giải phóng tự do một cách đột ngột Tập hợp các nguyên nhân trên, saukhi ra khỏi mặt EF phoi bị uốn cong về phía mặt tự do của chúng

3.2.2 Quá trình hình thành bề mặt chi tiết gia công và hiện tượng biến cứng

Người ta tiến hành làm thí nghiệm quan sát sự dịch chuyển của 3 phần tử kim loại O 1, O 2 , O 3 trong quá trình cắt và đưa ra các nhận xét như sau:

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

− Phương trượt của hạt kim loại tạo với phương áp lực pháp tuyến lên phần tử kimloại đó một góc là ψ

− Tại O (phân tử kim loại O) có phương trượt vc // v

− Tại O1 (phần tử kim loại O1) có phương trượt hướng về phía phoi, do đó có khảnăng trượt để thành phoi

− Tại O2 (phần tử kim loại O2) có phương trượt hướng về phía chi tiết gia công

Do đó sự trượt bị chặn lại – không thể thành phoi cắt

Từ những nhận xét trên các nhà nghiên cứu đã rút ra kết luận rất quan trọng như sau:

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

sẽ bị trượt và tạo thành phoi; những phần tử kim loại nằm trước mặt OF sẽ bị đầudao nén ép để tạo thành bề mặt đã gia công của chi tiết Lớp kim loại bị nén ép đó

có chiều dày ∆a Lớp kim loại ∆a bị biến dạng dưới sức ép của đầu dao và mặt saudao

− Sự biến dạng của lớp kim loại ∆a xảy ra cả biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi

Do biến dạng đàn hồi nên khi ra khỏi mặt sau dao một phần của lớp kim loại đượcphục hồi một lượng ∆h < ∆a

− Phân tích trạng thái ứng lực của các phần tử kim loại trong khu vực bị chèn éptrên hình 7.6 ta thấy: các phần tử kim loại nằm trong vùng từ O đến O3 vừa chịu ứngsuất nén σ do đầu dao ép, vừa chịu ứng suất kéo τ do ma sát giữa mặt dao và cácphần tử kim loại trên chi tiết sát đó

− Cũng tương tự như vậy, đối với

các phần tử kim loại trong khu

vực O3A Riêng trong vùng AB

thì các phần tử kim loại trên chi

tiết do sự giãn nở đột ngột từ

vùng chèn ép ra trạng thái tự do bị

các phần tử kim loại trước nó và

sau nó kéo ra Do hiện tượng kéo

giãn đột ngột đó nên bề mặt đã

gia công dễ phát sinh các vết nứt

tế vi Hình 3.6: Trạng thái ứng lực của các phần tử

kim loại trong khu vực bị chèn épBên cạnh tải trọng lực phức tạp như vậy, bề mặt đã gia công còn nhận tác dụngnhiệt cũng hết sức phức tạp, hình thành nên bề mặt chi tiết gia công có những đặttính:

- Ứng suất dư sinh ra trong lớp bề mặt sát bề mặt đã gia công

- Trên bề mặt đã gia công xuất hiện các vết nứt tế vi

- Một lớp mỏng của lớp bề mặt đã gia công bị hóa bền (hay bị biến cứng)

Độ hóa bền được biểu thị bằng hệ số D, công thức tính như sau:

% 100

t

sHV

HV

− HVs : độ cứng tế vi sau khi gia công

− HVt : độ cứng tế vi trước khi gia công

D = 120 – 200%, chiều sâu biến cứng khỏang 20 – 300 µm Mài chiều sâu biếncứng khỏang 60µm Trong gia công cao tốc chiều sâu biền cứng đạt nhỏ hơn 90µm.Tổng hợp những kết quả nghiên cứu quá trình hình thành phoi và quá trình hìnhthành bề mặt đã gia công, được đúc kết thành lý thuyết 5 vùng biến dạng khi cắt

(hình 7.7).

Hình 3.7: Các vùng biến dạng khi cắt

Vùng I là vùng bắt đầu phát sinh biến dạng khi cắt Hình thành biến dạng chủ yếu

trong vùng này là biến dạng đàn hồi Những phần tử kim loại càng gần mặt OA thìmức độ biến dạng càng tăng OA là giới hạn chuyển biến từ biến dạng đàn hồi sangtrạng thái biến dạng dẻo (trượt)

Vùng II là vùng biến dạng dẻo của vật liệu gia công Các phần tử kim loại càng gần

mặt OC được coi như dần hoàn thành biến dạng dẻo sắp sửa tách ra trở thành cácphần tử phoi Đây là vùng biến dạng mảnh liệt nhất

Vùng III là vùng ma sát giữa mặt trước của dao với các phần tử kim loại phoi cắt

sau khi ra khỏi vùng biến dạng dẻo II Do ma sát nên bề mặtb này của phoi sau khi

ra khỏi mặt trước của dao rất nhẵn bóng

Vùng IV là vùng biến dạng và ma sát giũa mặt sau dao với các phần tử kim loại

trên bề mặt đã gia công nằm sát mặt sau dao Về biến dạng thì đây là vùng vừa cóbiến dạng đàn hồi, vừa có biến dạng dẻo

Vùng V là vùng của các phần tử kim loại đã hoàn thành biến dạng và trở thành phoi

lực không gian Để tiện cho việc nghiên

cứu, tính tóan và kiểm tra, người ta

nghiên cứu lực cắt thông qua các thành

phần theo ba phương V ,→,→s →t

Hình 3.8

3.2.3.1.2 Phân tích các thành phần của lực cắt.

Khi nghiên cứu tải trọng tác dụng lên

hệ thống công nghệ, người ta phân tích

lực cắt thành các thành phần có phương

trùng với phương chuyển động cắt gọt,

hình 7.9

2 2 2

t s

p

Trong đó:

− q ( mm2 ) là diện tích tiết diện phoi cắt ( q = a.b = s.t )

− p ( Kg ) là lực cắt đơn vị Lực cắt đơn vị là lực cần thiết để tách được một đơn vịdiện tích phoi cắt, N/mm2 Lực cắt đơn vị đặt trưng cho một lọai vật liệu xác địnhđược gọi là hằng số lực cắt, thương ký hiệu là C’p

Theo các nhà nghiên cứu thì lực cắt đơn vị p xác định một cách gần đúng có thểbiểu diễn trong mối quan hệ với độ bền của vật liệu nếu là vật liệu dẻo hoặc trongmối quan hệ với độ cứng nếu là vật liệu dòn

p = ( 2.5 – 4.5 ) σb ( vật liệu dẻo )

p = ( 0.5 – 1.0 ) HB ( vật liệu dòn )

Giá trị nhỏ sử dụng khi chiều dày cắt lớn và ngược lại

b) Xác định lực cắt trên cơ sở khảo sát thực nghiệm mức độ ảnh hưởng của các yếu tố cắt gọt đến lực cắt : chế độ cắt, thông số hình học của dao, điều kiện bôi

trơn…, các nhà nghiên cứu đã tiến hành thực nghiệm, xử lý số liệu thực nghiệm vàđưa ra công thức tính lực cắt như sau:

px npx ypx xpx px x

py npy ypy xpy py y

pz npz ypz xpz pz z

K v s t C P

K v s t C P

K v s t C P

Các chỉ số tra trong sổ tay cắt gọt hay trong sổ tay chế độ cắt gia công cơ

Thực nghiệm cho thấy giữa các thành phần lực cắt có mối quan hệ với nhau Ví dụkhi tiện bằng dao một lưỡi cắt ta có:

Thực tế khi cắt gọt thường không có chuyển động theo phương chiều sâu cắt t nên

Nt = 0 Mặt khác vận tốc chuyển động theo phương chạy dao nhỏ hơn nhiều so vớivận tốc cắt để đơn giản cho quá trình tính tóan, khi tính công suất cắt người tathường bỏ qua công suất chạy dao

) ( 102 60

.

KW V

P N

η: hiệu suất của máy Thường lấy η = ( 0.60 – 0.80 )

3.2.3.3 Hiện tượng nhiệt cắt.

Hầu hết năng lượng tiêu hao trong quá trình cắt được chuyển hóa thành nhiệt năng.Một phần nhỏ năng lượng tiêu hao làm thay đổi thế năng của mạng tinh thể kimlọai, trong quá trình tính tóan có thể bỏ qua

Năng lượng này chính là để thực hiện quá trình biến dạng và ma sát khi cắt Điềunày có nghĩa là: nguồn gốc của nhiệt là biến dạng và ma sát khi cắt Ta có:

) /

( 427

.

phút Kcal

V P E

V P E

Qua các thí nghiệm nghiên cứu, người ta

nhận thấy phần lớn nhiệt sinh ra trong

quá trình cắt phần lớn đi vào phoi, dao,

kế đến đi vào chi tiết và một phần nhỏ

phân tán ra môi trường xung quanh

Vận tốc càng lớn, biến dạng và ma sát chủ yếu nằm trong phoi do thới gian tiếp xúcgiữa phoi và dao, phoi và chi tiết ít, vì vậy nhiệt độ truyền vào chi tiết và dao cànggiảm

3.2.3.4 Mài mòn và tuổi thọ của dụng cụ cắt trong gia công cao tốc.

Cách tốt nhất để tăng năng suất là tăng vận tốc cắt, nhưng lựa chọn này bị giới hạn

do làm giảm tuổi thọ dao Vận tốc cắt cao hơn làm tăng độ mài mòn dao, tăng chiphí sản xuất và làm gián đoạn quá trình sản xuất Sự thay đổi hình dạng dao so vớihình dạng nguyên bản của nó trong quá trình gia công, do vật liệu dao bị mất dầnđược gọi là sự mài mòn dao

Dao chịu sự ma sát rất lớn trong quá trình làm việc, chịu sự tiếp xúc giữa các phần

tử kim loại trên dao với phoi và với chi tiết gia công dưới áp lực lớn, nhiệt độ cao.Trong quá trình gia công, dao loại bỏ lượng dư gia công cơ khỏi chi tiết để nhậnđược chi tiết có hình dạng, kích thước và chất lượng bề mặt theo yêu cầu Tuynhiên, sự mài mòn dao trong các bước gia công luôn xảy ra và làm hư hỏng dao

Khi độ mài mòn của dao đạt tới giới hạn xác định, dao hoặc luỡi dao chắp của daophải được thay thế để đảm bảo dao làm việc bình thường của dao Có rất nhiều loạimài mòn dao xảy ra trong quá trình gia công Các loại mài mòn quan trọng là mài

mòn lưỡi liềm, mài mòn mặt sau và mài mòn lưỡi cắt (chữ V) (hình 3.11)

Hình 3.11: Các dạng mài mònPhoi được tách ra khỏi chi tiết ở mặt trước của dao, sự dịch chuyển của phoi tạo ra

sự ma sát mãnh liệt giữa phoi và mặt trước của dao Sự tiếp xúc này để lại các vếtxước trên mặt trước song song với cạnh cắt chính Sự mài mòn như vậy trên mặttrước của dao được gọi là mài mòn lưỡi liềm

Mài mòn mặt sau chủ yếu là do sự ma sát giữa cạnh cắt và bề mặt chi tiết đã đượcgia công Mài mòn mặt sau được đo bằng chiều rộng trung bình và chiều rộng lớnnhất của vùng mài mòn và được ký hiệu tương ứng là VB, Vbmax

Mài mòn lưỡi cắt là sự kết hợp giữa mài mòn mặt trước và mài mòn mặt sau Loạimài mòn này thường mòn nhanh hơn mài mòn mặt sau

Độ mài mòn mặt sau thường là tiêu chuẩn để xác định tuổi thọ dao Sự phát triểncủa mài mòn mặt sau được chia làm 03 vùng trong đường đặc tuyến tuổi thọ dao.Phần mài mòn nhanh ở vùng bắt đầu nguyên công cắt, vùng mài mòn ở mức ổnđịnh tỷ lệ với thời gian gia công và độ mài mòn tăng nhanh khi độ mài mòn mặt sauđạt đến mức giới hạn Thời gian cắt tương ứng với giới hạn mài mòn được gọi làtuổi thọ của dao

Bằng thực nghiệm người ta khảo sát mối quan hệ giữa mài mòn dao và các yếu tốcông nghệ khác như; thời gian cắt T, vận tốc cắt V, chiều dày cắt a, chiều rộng cắtb…

Phương trình thực nghiệm tuổi bền dao được biểu diễn dưới dạng:

)/(m ph K

s t T

C

V

V y x m

V

ϕ

=Trong đó:

− T : tuổi bền dao – phút

− t : chiều sâu cắt – mm

− s : lượng chạy dao – mm/vòng

− Cv, m, Xv, Yv : các hệ số phụ thuộc vào chế độ gia công,

− Kv : hệ số điều chỉnh

Các hệ số có thể tra cứu trong các sổ tay gia công cơ

3.2.3.5 Hiện tượng rung động.

Trong gia công thường xuất hiện hiện tượng rung động trong hệ thông công nghệlàm ảnh hưởng đến chất lượng chi tiết gia công Rung động được chia làm hai lọai:rung động cưỡng bức và rung động tự rung

Rung động cưỡng bức thường do những nguyên nhân: sự mất cân bằng của hệthống công nghệ hay do lượng dư và độ cứng của lớp vật liệu cắt không đồng đều.Rung động tự rung thông thường do các nguyên nhân như: sự sinh ra và mất đi liêntục của khối lẹo dao, biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ, hay do sự thay đổicủa lực ma sát trong quá trình cắt

Khi vận tốc cắt tăng, chiều sâu cắt tăng, lực cắt tăng, rung động trong hệ thống côngnghệ tăng

Thông số của dụng cụ cắt ảnh hưởng nhiều nhất đến rung động là góc nghiêng ϕ Ta

có Py = PN cos ϕ do vậy khi tăng góc nghiêng ϕ lực cắt giảm và rung động giảm

3.2.3.6 Hiện tượng lẹo dao.

3.3 Vật liệu sử dụng làm cụng cụ cắt

3.3.1 Hợp kim coban đúc.

Hợp kim coban đúc có thành phần gồm: 38 -53% coban, 30 -33% crom và 10 -20%vonfram Do hợp kim coban có độ cứng cao (từ 58 – 64 HRC, nên có tính chốngmài mòn cao và có khả năng duy trì được độ cứng khi nhiệt độ tăng Hợp kim cobankhông bền như thép gió và rất nhạy cảm đối với lực tác động Hậu quả, trong cácnguyên công cắt gián đoạn, hợp kim coban ít được sử dụng hơn so với thép gió.Được biến đến với tên dao stelit (hợp kim gồm coban, crom, vonfram và molipden),những hợp kim này được đúc và được mài thành hình các dao đơn giản Những daonhư vậy, hiện nay chỉ sử dụng cho các ứng dụng đặc biệt liên quan đến gia công thôliên tục ở tốc độ cắt và bước tiến cao

3.3.2 Carbide.

Thép hợp kim, thép gió và hợp kim đúc có đặc tính bền, cường độ và tính chốngnhiệt cần thiết nhưng cũng có những hạn chế quan trọng đặc biệt về cường độ, độcứng và độ cứng nhiệt Do vậy các vật liệu dao trên được sử dụng không hiệu quảtrong gia công cao tốc và gia công ở nhiệt độ cao

Carbide (được biết như carbide rắn/nung kết) Carbide có độ cứng cao trong dãynhiệt độ rộng, môđun đàn hồi, độ dẫn nhiệt thấp và có độ dãn nở nhiệt thấp

Có hai nhóm carbide được sử dụng cho các nguyên công là carbide vonfram(tundsten carbide) và carbide titan Để phân biệt chúng từ các dao cụ được phủ ngàynay, dao carbide phẳng được xem là loại carbide không được phủ

- Carbide vonfram (Tungsten carbide).

Carbide vonfram (WC) là vật liệu phức hợp gồm các hạt carbide vonfram liên kếtvới chất nền coban; tên thay thế cho WC là carbide thêu kết (cemented carbide).Những dao này được chế tạo bằng kỹ thuật luyện kim bột, trong đó các hạt WCđược tổ hợp với coban tạo ra thể mẹ bao quanh các hạt WC.

Các hạt này, kích cở 1-5 µm, được ép và được nung kết thành các hình lưỡi daoinsert có hình dạng định trước carbide vonfram thường được pha trộn với carbidetitan và niobi để có đặc tính phổ biển của carbide

Số lượng coban hiện diện có tác động nghiêm trọng đến thành phần của daocarbide Khi lượng coban tăng, cường độ, độ cứng và tính chống mài mòn của WCgiảm trong khi tính bền của nó tăng vì độ bền cao hơn của coban Dao carbidevonfram thường dùng để cắt thép, gang đúc và các vật liệu ăn mòn kim loại màu vàthay thế cho dao thép gió HSS vì có đặc tính tốt hơn

- Carbide titan.

Carbide titan (TiC) có tính chống mài mòn cao hơn carbide vonfram nhưng khôngbền Với hợp kim niken – molibden như chất nền, TiC sử dụng phù hợp để gia côngcác vật liệu cứng chủ yếu là thép, gang và gia công ở tốc độ cao hơn loại dành chocarbide vonfram

3.3.3 Dao cụ được phủ (coated tools).

Các loại hợp kim mới và các vật liệu kỹ thuật đã và đang phát triển mạnh khôngngừng từ thập niên 1960 Các loại vật liệu này có cường độ và độ bền cao nhưngnói chung làm mài mòn và phản ứng hóa học đối với vật liệu dao Rất khó để giacông các vật liệu này có hiệu quả và cần phải cải thiện nhiều hơn đặc tính trong giacông các vật liệu cơ khí thông thường Do vậy, đã dẫn đến sự phát triển loại dao cụđược phủ

Do các đặc tính độc nhất của chúng như có tính ma sát thấp hơn, tính chống màimòn và chống nứt cao hơn, dao phủ được sử dụng để gia công ở tốc độ cắt cao,giảm thời gian gia công và giảm chi phí sản xuất Dao được phủ có tuổi thọ cao hơngấp 10 lần so với dao không được phủ

- Vật liệu phủ.

Các vật liệu phủ thông thường được sử dụng là titanium nitride (TiN), titaniumcarbide (TiC), titanium carbonitride (TiCN) và aluminium oxide (Al2O3) Nóichung, lớp phủ được phủ trên dao và các insert có độ dày từ 2 – 15 µm, được phủbằng các kỹ thuật sau:

− Kết tủa hóa học – hơi (CVD) bao gồm VCD được trợ giúp bằng plasma

− Kết tủa vật lý – hơi (PVD)

Quy trình CVD thường sử dụng cho dao carbide nhiều pha và phủ ceramic Carbidephủ bằng kỹ thuật PVD với lớp phủ TiN có độ bền cạnh cắt cao hơn, ma sát ít hơn,

có ít khuynh hướng tạo các nhấp nhô trên cạnh cắt (built-up edge), phẳng hơn và có

độ dày đồng đều hơn (thông thường trong phạm vi từ 2 – 4µm)

Kỹ thuật phủ emerging được sử dụng cho các phủ nhiều pha là phương pháp kết tủahóa học – hơi ở nhiệt độ trung bình (MTCVD) Kỹ thuật này được phát triển để gia

công gang cầu và thép không rỉ và tạo ra tính chống nứt cao hơn so với dao phủCVD.

Phủ cho các dụng cụ cắt, cũng như cho khuôn, phải có các đặc tính chung sau:

− Độ cứng cao khi nhiệt độ cao

− Ổn định hóa học và trơ với các vật liệu gia công

- Titanium Nitride Phủ bằng Titanium Nitride có hệ số ma sát thấp; độ cứng, tính

chịu nhiệt cao và dính vào lớp nền tốt Kết quả là chúng cải thiện được tuổi thọ củadao thép gió cũng như tuổi thọ của dao carbide, mũi khoan, me cắt Dao được phủtitanium nitride (có màu vàng) được dùng cho gia công ở tốc độ cắt và bước tiếncao

Mức độ mài mòn mặt trước của dao có lớp phủ thấp hơn so với dao không phủ vàmặt trước có thể được mài lại sau sử dụng vì dao mài lại không làm mất đi lớp phủtrên mặt trước của dao Tuy nhiên dao phủ sử dụng không tốt khi tốc độ cắt thấp vìlớp phủ có thể bị mòn do dính phoi, do vậy sử dụng chúng phù hợp để ngăn cản sựdính phoi là quan trọng

- Titanium carbide Titanium carbide phủ trên me dao insert carbide vonfram có

tính chống mài mòn cạnh trước (flank wear) cao trong gia công vật liệu có tính ănmòn

- Ceramics Vì tính trơ hóa học, tính dẫn nhiệt thấp, tính chịu nhiệt cao và tính

chống mài mòn mặt trước và mài mòn lưỡi liềm cao Ceramic sử dụng để phủ cácloại vật liệu dao Lớp phủ ceramic thường được sử dụng nhất là aluminium oxide(Al2O3) vì chúng rất ổn định (không phản ứng hóa học), tuy nhiên lớp phủ nhômoxide có độ dính kém với lớp nền

- Lớp phủ đa pha Các tính chất cần có của lớp phủ được kết hợp và tối ưu hóa

bằng việc sử dụng lớp phủ đa pha Hiện nay, có sẳn dao carbide có hai hoặc ba lớpphủ như vậy và rất có hiệu quả trong việc gia công gang và thép

Ví dụ: dao có lớp đầu tiên bằng TiC trên lớp nền, kế tiếp là lớp Al2O3 va sau đó làlớp TiN Lớp đầu tiên gắn kết rất tốt vào chất nền, lớp ngoài cùng có tính chống màimòn và tính dẫn nhiệt thấp Lớp trung gian có tính kết dính tốt và tích hợp với cảhai lớp còn lại