Nguyen ly cat , gia công kim loại

Thực chất của phương pháp gia công cắt gọt kim loại là cắt bỏ đi trên bề mặt của phôi một lớp kim loại dư thừa (gọi là lượng dư gia công) để tạo cho chi tiết có hình dáng, kích thước, độ chính xác và độ bóng bề mặt theo yêu cầu, trên các máy cắt gọt kim loại (máy tiện, phay, bào, khoan, doa, mài vv…) nhờ các dụng cụ cắt (dao tiện, phay, mũi khoan, đá mài vv..)

PHẦN THỨ HAI : GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG CẮT GỌT

• Thực chất của phương pháp gia công cắt gọt

kim loại là cắt bỏ đi trên bề mặt của phôi một lớp kim loại dư thừa (gọi là lượng dư gia công)

để tạo cho chi tiết có hình dáng, kích thước,

độ chính xác và độ bóng bề mặt theo yêu cầu, trên các máy cắt gọt kim loại (máy tiện, phay, bào, khoan, doa, mài vv…) nhờ các

dụng cụ cắt (dao tiện, phay, mũi khoan, đá mài vv )

• Gia công bằng cắt gọt thường là gia công lần

cuối để tạo cho chi tiết máy chính xác về hình dạng và kích thước Khả năng chế tạo chi tiết máy chính xác hay không chính xác, tốt hay xấu là tùy thuộc vào trình độ kỹ thuật và khả năng của thiết bị gia công.

• Tỷ trọng gia công bằng cắt gọt kim loại ở

các xí nghiệp cơ khí chiếm tới 60% tổng số các hao phí để sản xuất và máy móc Trong các nhà máy cơ khí, phân xưởng gia công

cơ khí thường là phân xưởng lớn có nhiều máy công cụ Trong các thiết bị của ngành

cơ khí, máy cắt kim loại chiếm một số lượng rất lớn và giữ một vị trí vô cùng quan trọng.

• Máy cắt kim loại (máy công cụ) là thiết bị

bao gồm các chuyển động theo những nguyên lý phù hợp với quá trình cắt Các dụng cụ cắt, gá kẹp trên máy sẽ hoạt động theo những nguyên lý đó.

Nội dung của phần thứ ba bao gồm :

• Nguyên lý cắt gọt kim loại: trình bày các khái

niệm về động học khi cắt, các dạng gia công bề mặt trên máy, những vấn đề về dụng cụ cắt, những hiện tượng cơ học và vật lý quan trọng xảy ra khi cắt.

• Máy công cụ : trình bày một số cơ cấu thông

thường dùng trong máy, sơ đồ động nguyên lý của xích động học đơn giản, phương pháp điều chỉnh xích động học và tính toán, lựa chọn bánh răng thay thế trong máy công cụ.

• Nguyên lý gia công cơ bản trên các máy cắt gọt

như tiện, phay, khoan, bào, mài Và các phương pháp gia công cắt gọt đặc biệt, đó là các phương pháp gia công tiên tiến.

CHƯƠNG VI : NGUYÊN LÝ CẮT GỌT KIM LOẠI

NỘI DUNG BÀI GIẢNG

• Khái niệm cơ bản về quá trình cắt gọt kim loại

(chuyển động cơ bản, các thông số cơ bản của chế

độ cắt )

• Hình dáng hình học và các thông số của dụng cụ

cắt, vật liệu chế tạo dụng cụ cắt (cấu tạo dụng cụ cắt, các mặt trên phôi, các thông số hình học của đầu dao )

• Các hiện tương vật lý và cơ học xảy ra trong quá

trình cắt gọt (quá trình tạo thành phoi, nhiệt cắt và ảnh hưởng của nhiệt trong quá trình cắt, sự mài

mòn của dụng cụ cắt, lực cắt )

• Vật liệu chế tạo dụng cụ cắt (yêu cầu của vật liệu

làm dao, các loại vật liệu làm dao )

trình gia công cắt gọt

• Gia công kim loại bằng cắt gọt là quá trình lấy đi

một lớp vật liệu trên phôi (được gọi là lượng dư gia công) để nhận được chi tiết có hình dạng, kích

thước và chất lượng bề mặt theo yêu cầu.

• Quá trình cắt gọt thực hiện được nhờ các máy

công cụ và các dụng cụ cắt.

• Gia công cắt gọt có thể dùng để gia công thô, gia

công tinh, gia công lần cuối để đạt được độ bóng,

độ chính xác cao Gia công cắt gọt kim loại dễ tự động hoá, cơ khí hoá cho năng suất cao dùng

trong sản xuất đơn chiếc, hàng loạt và hàng khối.

1 Thực chất – đặc điểm

D phôi D chi tiết

L chi tiết L tớ i Lượng dư gia công

Quá trình tiện

1 Chuyển đợng quay tròn của phơi (chuyển đợng cắt)

2 Chuyển đợng tiến dao dọc

3 Chuyển đợng lùi dao hướng kính.

4 Chuyển đợng lùi dao về vị trí ban đầu.

2 Chuyển động cơ bản khi cắt gọt

• Chuyển động chính (chuyển động cắt) là chuyển động tạo ra tốc độ cắt Vc Hướng của vectơ tốc độ cắt gọi là hướng cắt

• Khi tiện chuyển động chính là chuyển động quay tròn của phôi, hướng cắt là hướng tiếp tuyến với phôi

• Khi phay, khoan, khoét, doa chuyển động chính là chuyển động quay tròn của dao, hướng cắt tùy thuộc vào đường kính của dao

• Khi bào chuyển động chính là chuyển động tịnh tiến của dao bào, hướng cắt trùng với hướng tiến của dao.

• Chuyển động tiến dao (chạy dao) là chuyển động duy trì cho quá trình cắt diễn ra liên tục nhằm cắt hết bề mặt cần gia công

• Chuyển động chạy dao có thể liên tục như khi tiện, khoan, doa hay gián đoạn như bào, xọc Chuyển động tiến dao có tốc độ nhỏ hơn chuyển động cắt Ký hiệu Vs

• Khi tiện chuyển động tiến dao dọc hoặc ngang do bàn xe dao (hoặc bàn dao dọc trên) hoặc bàn dao dao ngang thực hiện

• Khi phay, bào, mài chuyển động tiến dao do bàn máy thực hiện

2.1 Chuyển động tác động

• Tổng hợp chuyển động cắt Vc và chuyển động tiến dao Vs được gọi là chuyển động tác động Ve Hướng của vectơ Ve gọi là

hướng tác động Các chuyển động trên đây tham gia trực tiếp vào quá trình tạo phoi

• Để thuận tiện cho việc nghiên cứu quá trình tạo phoi người ta đưa ra một số khái niệm sau :

• Mặt phẳng làm việc Plv là mặt phẳng chứa vectơ tốc độ cắt Vc và vectơ tốc độ tiến dao Vs

• Mặt phẳng đáy Pđ là mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng làm việc Plv

• Góc hướng cắt θ là góc tạo thành giữa vectơ tốc độ cắt Vc và vectơ tiến dao Vs

• Căn cứ vào góc hướng cắt θ người ta chia tất các các phương pháp gia công cắt gọt bằng dụng cụ cắt có lưỡi cắt thành hai nhóm :

– Nhóm có θ = 900 bằng hằng số gồm các phương pháp tiện, bào, xọc, khoan, khoét, doa, chuốt

– Nhóm có θ khác hằng số bao gồm phay, cưa vòng, mài

Vs

Ve

VsVc

Ve

Hướng tác động Hướng cắt

Hướng tiến dao

Hướng tác động Hướng cắt

Hướng tiến dao

Mặt phẳng làm việc

θ=90 o

θ≠90 o Mặt phẳng làm việc

về vị trí ban đầu 4 Các chuyển động này nhằm chuẩn bị cho lần cắt tiếp theo

do người công nhân thực hiện bằng tay hoặc cho máy chạy tự động.

II Cấu tạo dao cắt

• Mặt đang gia công là bề mặt nối

tiếp giữa mặt đã gia công và mặt chưa gia công Đó chính là

bề mặt của phôi đang tiếp xúc với lưỡi cắt chính để thực hiện quá trình cắt gọt

• Các loại dao tiện, phay , bào, khoan, khoét, doa

đều có phần cắt tương tự nhau Do vậy chỉ cần khảo sát dao tiện

Mặt chưa gia công

Mặt đã gia công

Các bề mặt trên phôi khi tiện

Mặt đang gia công

II Cấu tạo dao cắt

Mặt chưa gia công

Mặt đã gia công

Các bề mặt trên phôi khi tiện

Mặt đang gia công

1 Thân dao :

• Được chế tạo bằng thép

tốt (thép 45 hoặc thép hợp kim), dùng để gá dao trên đài gá dao của máy.

• Tuỳ thuộc kết cấu của bộ

phận gá dao mà thân dao

có thể có các tiết diện lăng trụụ̣, tròn, chữ nhật

2 Phần cắt

• Trực tiếp tham gia vào quá

trình cắt (quá trình tạo phoi), do đó có các yêu cầu riêng về mặt kết cấu và vật liệu

• Phần cắt có thể chế tạo liền

với thân dao hoặc chế tạo rời rồi hàn vào thân dao

• Hiện nay, để sử dụng được

phần cắt có kết cấu tối ưu , người ta chế tạo các phần cắt dưới dạng các mảnh cắt quay tiêu chuẩn, từ các vật liệu làm dao Các mảnh cắt được kẹp chặt bằng vít trên thân dao

Thân daoPhần cắt

Dao tiện có mảnh HKC

hàn vào thân dao

Dao tiện có mảnh HKC quay được kẹp chặt bằng vít

2.1 Các bề mặt của phần cắt

• Mặt trước là bề mặt tiếp xúc với phoi Còn gọi

là mặt thoát phoi.

– Trong quá trình cắt phoi trượt trên mặt trước để

thoát ra ngoài, do đó gây ra hiện tượng mòn mặt trước.

• Mặụ̣t sau chính là bề mặt đối diện với bề mặt

đang gia công của chi tiết

– Một phần của mặt sau chính luôn luôn tiếp xúc với

bề mặt đang gia công của phôi, do đó gây ra hiện tượng mòn mặt sau của dao.

• Mặt sau phụ là bề mặt đối diện với bề mặt đã

gia công

– Phần cắt của dao có thể có một mặt sau phụ (dao

tiện ngoài) hoặc hai mặt sau phụ.

Thân daoPhần cắt

Mặt trước (mặt thoát phoi)

Lưỡi cắt chínhLưỡi cắt phụ

2.2 Các lưỡi cắt

Phần cắt gồm có các lưỡi cắt sau :

• Lưỡi cắt chính : là giao tuyến giữa mặt trước và mặt sau chính

Có vai trò chính trong quá trình cắt

• Lưỡi cắt phụ : là giao tuyến giữa mặt trước và mặt sau phụ

Một phần của lưỡi cắt phụ (nối tiếp với lưỡi cắt chính) tham gia vào quá trình cắt)

• Mũi dao : là phần nối tiếp giữa lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ.

• Tuỳ theo vị trí của lưỡi cắt chính mà người ta chia ra dao tiện

phải và dao tiện trái

Dao tiện phải : có chiều tiến dao s từ phải sang trái s

Dao tiện trái :

có chiều tiến dao s từ trái sang phảis

2.3 Các góc của dao

• Tiết diện chính là tiết diện tạo bởi mặt phẳng đi qua một điểm của

lưỡi cắt chính và vuông góc với hình chiếu của lưỡi cắt chính trên mặt đáy.

• Các góc đo trong tiết diện chính được gọi là góc chính.

• Góc trước chính γ tại một điểm của lưỡi cắt chính là góc nhọn tạo

bởi mặt trước chính và mặt đáy Góc trước γ càng lớn thì phoi thoát càng dễ Tuy nhiên khi gặp vật liệu gia công cứng thì góc trước lớn sẽ làm lưỡi cắt chính dễ bị mẻ γ = 10 o – 15 o

• Góc sau chính α tại một điểm của lưỡi cắt chính là góc nhọn tạo

bởi mặt sau chính và mặt phẳng cắt Góc sau α càng nhỏ thì ma sát giữa mặt sau chính với mặt đang gia công càng lớn α = 6 o –

12 o

• Góc sắc β tại một điểm của lưỡi cắt chính là góc nhọn tạo bởi mặt

trước chính và mặt sau Góc sắc β càng nhỏ thì quá trình tạo phoi càng dễ nhưng dao chóng mòn.

– Khi cắt vật liệu mềm (nhôm) β = 400 - 50 0

– Khi cắt vật liệu dẻo (như thép C45) : β = 550 - 75 0

– Khi cắt vật liệu giòn (gang) : β = 750 - 85 0

• Góc cắt δ tại một điểm của lưỡi cắt chính là góc giữa mặt trước

chính và mặt cắt.

• Ta có quan hệ : α +β + γ =900

b Các loại vật liệu làm dao

• Thép gió : thép gió là thép hợp kim có hàm lượng vonfram rất cao (từ 0,9% đến 19%), ngoài ra còn chứa các nguyên tố hợp kim khác như crôm (3,8% - 4,6%), vanadium (1% - 5,1%), coban (0% - 10,5%), molipden (0% - 8,6%) Thép gió làm việc được ở nhiệt độ 3500C – 6000C , độ cứng 62 – 65 HRC, thường được dùng để làm các dụng cụ cắt như tarô , mũi khoan, dao tiện cắt đứt

• Hợp kim cứng : hợp kim cứng được chế tạo bằng phương pháp luyện kim bột, là quy trình luyện kim không nấu chảy

Thành phần chủ yếu của hợp kim cứng là các các bit rất khó nóng chảy như cácbit wolfram (WC), cácbit Titan (TiC), cácbit Tantan (TaC) và các chất kết dính côban tạo thành Các cácbit khó nóng chảy ở trên được tạo ra dưới dạng bột mịn, các bột này được trộn với chất kết dính chủ yếu là côban theo tỷ lệ xác định Hỗn hợp sau khi trộn được cho vào khuôn ép định hình để

ép ra các mảnh hợp kim cứng có kích thước và hình dạng khác nhau Các mảnh hợp kim cứng sau khi ép được thêu kết lần cuối

ở nhiệt độ 14000C – 16000C trong môi trường hydro, lúc này các chất dính kết côban chảy và liên kết các hạt cácbit lại với nhau

– Tùy theo thành phần cácbit mà mỗi loại hợp kim cứng có các

công dụng cụ thể khác nhau Hợp kim cứng thường được dùng để làm dao tiện để gia công các loại thép, thép hợp kim, gang

• Vật liệu gốm: là loại vật liệu phi kim loại, thành phần chủ yếu là oxit nhôm (Al2O3) gồm có : các loại gốm thuần túy ( > 99,7% Al2O3 ) ; gốm + oxit (Al2O3 + ZnO2) , gốm + cácbit (Al2O3 + TiC hoặc Al2O3 + WC ) Gốm có độ cứng và

độ bền nhiệt rất cao (>12000C) nhưng độ bền uốn thấp Vật liệu gốm thường được dùng chế tạo các mảnh dao tiên tiêu chuẩn để gia công các loại gang, thép

• Nitribo (BN): có độ cứng, độ bền nhiệt, thường dùng làm dụng cụ gia công các loại vật liệu có độ cứng cao như thép hợp kim, thép đã tôi Hiện nay người ta thường dùng nitritbo dưới dạng lập phương thể tâm (CBN)

• Kim cương (diamond) : có độ cứng rất cao nhưng độ bền nhiệt vad độ bền uốn thấp Hiện nay chủ yếu người ta dùng kim cương nhân tạo được tổng hợp từ graphit ở áp suất

và nhiệt độ cao ( ≈ 10000at ; ≈ 25000C), thường ở dạng bột

để chế tạo đá mài

• Xem thêm bảng 6.1.trong SGK

2 Các loại phoi tiện

WWW.YOUR-COMPANY-URL.COM

IV Các thông số chế độ cắt khi tiện

cắt t

• Tốc độ cắt khi tiện

động được xác định :

Vc là tốc độ cắt theo phương vuông góc với bán kính quay của phôi

Vs là tốc độ tiến dao dọc

phương tác dộng Ve như sau :

n là số vòng quay của phôi trong một phút (vg/phút)

• Chiều sâu cắt t là khoảng cách giữa bề

mặt đã gia công và bề mặt chưa gia công (mm).

• Bước tiến S là khoảng cách liên tiếp

giữa hai điểm của lưỡi cắt sau khi dao dịch chuyển đoạn đường ứng với 1 vòng quay của phôi (mm/vòng)

• Chiều dày của phoi: a = S sin φ

• Chiều rộng phoi: b = t /sin φ

• Tiết diện lớp cắt F: F = a.b (mm2)

Vc Vs

Lưỡi cắt phụLưỡi cắt chính

Tiết diện ngang

t

V Nhiệt cắt

• Ma sát:

– Giữa phoi với mặt trước của dao.

– Giữa mặt đang gia công với mặt sau của

2 Sự phân bố của nhiệt cắt

• Nhiệt cắt Q sinh ra được phân bố như sau :

Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 (Kcalo/phút) Trong đó :

• Q1 : lượng nhiệt truyền vào chi tiết gia công :

– Làm thay đổi kích thước gia công – Gây sai số khi đo Gây hiện tượng cháy bề mặt

gia công.

• Q2 : lượng nhiệt truyền vào phoi, chiếm tỉ lệ lớn nhất.

• Q3 : lượng nhiệt truyền vào dao :

– Tăng khả năng mòn ở nhiệt độ cao, – Giảm tuổi bền của dao.

• Q4 : lượng nhiệt truyền vào môi trường

VI Mòn dụng cụ cắt

a) Mòn mặt sau b) Mòn mặt trước và sau c) Mòn mặt trước

d) Mòn mũi dao

VII Bôi trơn và làm nguội khi cắt

• Để giảm ma sát và nhiệt độ cắt trong khu

vực cắt người ta tưới dung dịch trơn nguội, với mục đích:

• Giảm quá trình mòn của dụng cụ cắt và tăng

chất lượng bề mặt gia công

Dung dịch trơn nguội phải đảm bảo các yêu cầu:

Không làm gỉ máy, dụng cụ và chi tiết gia công.

Không tác hại đến con người.

Người ta thường sử dụng dung dịch trơn nguội

là Êmunxi

Tưới dung dịch trơn nguội bằng dòng chảy tự do

Tưới dung dịch trơn nguội bằng dòng chảy có áp suất cao

Trọng tâm chương VI

• Gia công cắt gọt là gì ? Các chuyển

động cơ bản khi gia công cắt gọt.

• Định nghĩa các mặt phẳng , các lưỡi cắt

và các góc của dao tiện.

• Các yêu cầu đối với vật liệu làm dao

Nêu một vài loại vật liệu làm dao thường dùng.

• Nêu các thông số của chế độ cắt.

• Nguồn nhiệt và sự phân bố của nhiệt khi

cắt.

• Các dạng mòn của dao tiện