Gia công trên máy khoan, doa

Gia công trên máy khoan, doa Công dụng, khả năng, đặc điểm + Công dụng + Khả năng + Đặc điểm Dụng cụ cắt + Mũi khoan + mũi khoét + mũi doa Đặc điểm quá trình khi khoan khoét doa Các yếu tố cắt khi khoan khoét, doa

Chơng 5: gia công trên máy khoan - doa

5.1 Công dụng, khả năng

5.1.1 Công dụng:

Khoan đợc dùng để tạo lỗ đặc, mở rộng lỗ có sẵn (thông; khôngthông); cắt ren

Khoét đợc dùng để gia công lỗ đã có sẵn với mục đích mởrộng kích thớc, nâng cao cấp chính xác, cấp độ nhám bề mặt giacông Ngoài ra, khoét còn đợc dùng để khỏa mặt đầu, vát mép Doa đợc dùng để gia công lỗ trụ, lỗ côn từ lỗ đã có sẵn với mục

đích nâng cao cấp chính xác, cấp độ nhám bề mặt gia công

5.1.2 Khả năng:

• Khoan có thể đạt cấp chính xác IT14 IT12, độ nhám cấp

3 5 Khoan thờng đợc dùng để gia công thô các lỗ có

 = (0,25  80)mm

• Khoét có thể đạt cấp chính xác IT11 IT10, độ nhám cấp

5 7 Khoét thờng là bớc gia công trung gian hoặc bớc cuối Lợng d

chống xoay cho cán hình trụ

H.5.1 Cấu tạo của MK xoắn

khi gá vào bầu cặp.

- Có hai cạnh viền để định hớng cho MK không bị lệch khi

khoan Chiều rộng cạnh viền trong khoảng f = (0,6 2,6)mm

- Đờng kính phần định hớng giảm dần về phía cán tạo thànhgóc nghiêng phụ 1 để giảm ma sát giữa mặt sau của dao với mặt

đã gia công

- Có hai rãnh thoát phoi dạng xoắn vít

- Nối liền giữa hai mặt xoắn là lõi khoan (có đờng kính dlõi lớndần về phía cán) Với MK có D = (1,8 80)mm, thì

dlõi= (0,19 0,125)D

• Phần cắt l4 là phần trực tiếp cắt của MK, có các

đặc điểm:

- Có 5 lỡi cắt (hình H.5.2), gồm: 2 lỡi cắt chính

(ab, cd), 2 lỡi cắt phụ (be, df) và lỡi ngang (ac).

- Hai mặt trớc là mặt xoắn Hai mặt sau chính có

thể là mặt xoắn, mặt côn hoặc mặt phẳng Hai

mặt sau phụ là 2 cạnh viền

c Thông số hình học MK xoắn ở trạng thái tĩnh:

1 Góc trớc  của răng dao đợc đo trong mặt cắt

chính N-N (hình H.5.3) là góc giữa đờng tiếp tuyến

với mặt trớc của răng dao tại điểm khảo sát và đờng

pháp tuyến với bề mặt tròn xoay do lỡi cắt quay quanh

trong đó: X- góc trớc tại điểm x, DX- đờng kính vòng

tròn đi qua điểm x, D - đờng kính MK,  - góc xoắn,

 - góc nghiêng chính

H.5.2

Kết cấu phần cắt

2 Góc sau chính X của răng

dao MK đợc đo trong mặt cắt dọc

trục A - A (hình H.5.3) là góc hợp bởi

mặt phẳng tiếp tuyến với mặt sau

tại điểm khảo sát và mặt phẳng

tiếp tuyến với đờng tròn quỹ đạo

của điểm đó quanh tâm MK

Tơng quan giữa góc sau chính ở

ý sao cho trị số góc sau động ở những điểm gần tâm đảm bảo

điều kiện cắt đợc (đ> 0) Thờng chọn góc sau ở chu vi

D= (8o 5o), ở gần tâm (khi DX 0) X= (20o 25o)

 Góc sau phụ của MK 1= 0o (hình H.5.3).

3 Góc nghiêng lỡi cắt chính  là góc giữa hình chiếu lỡi cắt

chính và phơng chạy dao trên mặt đáy (hình H.5.2) Đối với MK,

dùng khái niệm góc đỉnh dao 2 Trị số 2 đợc chọn tuỳ theo vậtliệu gia công Vật liệu dòn chọn 2 nhỏ, vật liệu dẻo chọn 2 lớn(cắt đá hoa: 2 = 80o; cắt thép có độ cứng trung bình:

2 = (116o 120o); cắt thép có độ cứng cao: 2 = 125o; cắt nhômchọn 2 = 140o)

 Góc nghiêng lỡi cắt phụ 1 đợc tạo nên do độ côn ngợc củaphần dẫn hớng Đối với MK làm bằng thép dụng cụ, thờng chọn

5 Góc xoắn rãnh thoát phoi  là góc giữa đờng trục MK và

tiếp tuyến với đờng xoắn tại chu vi (hình H.5.2) Trị số  giảmdần từ ngoài vào tâm MK Góc  ảnh hởng đến lực cắt, quá trìnhtạo phoi, độ bền và tuổi thọ của MK Khi  tăng, biến dạng dẻo củaphoi, masát giữa phoi với mặt trớc dao giảm, phoi thoát dễ Nhng

nếu tăng  quá trị số hợp lý thì điều kiện cắt lại xấu đi, vì khi

đó chiều dài đoạn đờng di chuyển của phoi tăng, masát và nhiệt

ở MK tăng, do đó độ bền và tuổi thọ MK giảm Chọn trị số  của

MK thép gió tuỳ theo vật liệu gia công

Khi cắt đồng thanh, đồng thau, bakêlít, xenlulô:  = (8o 12o);cắt nhôm, đồng đỏ chọn:  = (35o 40o); cắt thép, gang:

 = (25o 30o);

6 Góc nâng lỡi cắt chính  là góc giữa lỡi cắt chính và pháp

tuyến với véctơ tốc độ cắt đo trong mặt phẳng cắt Thờng

 = (7o20’ 12o20’)

d Thông số hình học của MK ở trạng thái làm việc

Khi làm việc, MK đồng thời đảm nhiệm chuyển động chính(quay) và chuyển động chạy dao dọc theo đờng tâm của nó.Vectơ tốc độ cắt là tổng hợp của 2 thành phần (V Vur uur uur n V s), do đómặt phẳng cắt thực tế sẽ xoay đi một góc so với mặt phẳng cắt

ở trạng thái tĩnh Vì thế, góc trớc và góc sau của MK cũng thay

đổi theo:

đ=  X ; đ=  X và X .

X

S artg





b)

- Mũi khoét không có lỡi ngang

- Mũi khoét có D 32mm đợc làm liền khối Mũi khoét có

D > 32mm đợc làm răng chắp mảnh HKC

b Thông số hình học của mũi khoét

1 Góc trớc  của mũi khoét đợc đo trong mặt cắt chính N-N (hình H.5.4) Chọn  theo vật liệu làm dao và vật liệu gia công Mũikhoét thép gió, khi cắt thép:  = (8o 15o), khi cắt gang:  = (6o 8o)

và khi cắt kim loại màu:  = (25o 30o)

2 Góc sau  của mũi khoét đợc đo trong mặt cắt chính N-N.

Chọn  tuỳ theo vật liệu gia công Thờng  = (8o 10o)

3 Góc nghiêng lỡi cắt chính  đợc chọn tuỳ theo vật liệulàm dao Mũi khoét thép gió chọn  = (45o 60o), mũi khoét HKCchọn  = (60o 75o) Góc nghiêng lỡi cắt chuyển tiếp

- Theo phơng pháp gia công có: MD tay, MD máy

- Theo kết cấu có: MD đuôi côn, MD đuôi trụ

- Theo bề mặt gia công có: MD lỗ trụ, MD lỗ côn

- Theo cách kẹp chặt răng dao có: MD răng liền, MD răng chắp

- Theo khả năng điều chỉnh đờng kính gia công có: MD điềuchỉnh đợc và MD không điều chỉnh đợc

b Cấu tạo mũi doa lỗ

Số răng của MD đợc tính theo công thức: Z 1,5 D K(5.4)

trong đó: D - đờng kính lỗ cần doa (đờng kính phần sửa đúng)

[mm]; K - phụ thuộc vật liệu phôi K = 2 khi cắt vật liệu dẻo, K = 4

khi cắt vật liệu dòn

- MD không có lỡi ngang

- Nói chung, răng MD đợc làm thẳng Để thoát phoi tốt, đặcbiệt là khi gia công vật liệu dẻo, ngời ta chế tạo MD răng nghiêng.Góc xoắn của răng MD đợc chọn trong khoảng =(10o 45o) Vậtliệu gia công càng dẻo chọn trị số góc xoắn càng lớn Khi doa lỗthông nên chế tạo răng nghiêng tránh để phoi thoát về phía mặt

đã gia công Răng dao phần cắt đợc mài nhọn, răng dao phần sửa

đúng đợc mài có cạnh viền (f=(0,080,5)mm tuỳ thuộc vào đờngkính) để tạo nên phần trụ dẫn hớng

c Thông số hình học của MD lỗ trụ

1 Góc nghiêng chính  của MD đợc xác định theo loại MD vàtính chất gia công:

- Khi doa lỗ thông chọn:  = (30’  1o30’) đối với MD tay;

 = (12o 15o) đối với MD máy, khi gia công vật liệu dẻo;  = (3o5o)

đối với MD máy, khi gia công vật liệu cứng, dòn và vật liệu khó giacông;  = (30o 45o) đối với MD gắn mảnh HKC.

- Khi doa lỗ không thông chọn:  = 45o đối với MD tay;  = 60o

đối với MD máy;  = 75o đối với MD có răng bằng HKC

2 Góc trớc  và góc sau  của răng dao MD đợc đo trong mặt

cắt chính N-N Trị số của ,  đợc xác định tuỳ theo vật liệu gia

công và vật liệu làm dao

MD thép gió dùng để gia công tinh:  = 0o; MD thép gió dùng

để gia công thô:  = (5o 10o); MD có răng bằng HKC:  = (0o 5o).Góc sau của răng phần cắt lấy trong phạm vi  = (5o 10o)

5.3 Đặc điểm của quá trình cắt khi khoan (khoét, doa)

Khi khoan, khoét, doa trên máy khoan doa, phôi đợc gá cố địnhtrên bàn máy, còn dụng cụ cắt đảm nhiệm cả hai chuyển động:

- Chuyển động chính là chuyển động quay quanh trục dao,

- Chuyển động chạy dao là chuyển động tịnh tiến dọc trụcdao

Dụng cụ cắt khi khoan, khoét, doa là dao định kích thớc, chịumô men xoắn và lực dọc trục trong quá trình cắt Khi mài các lỡicắt khó đạt đợc yêu cầu về tính đối xứng, do đó khi cắt dễ gây

ra rung động MK dài có độ cứng vững kém, độ đồng tâm giữaphần đuôi MK và phần làm việc của nó không cao, hai lỡi cắt mònkhông đối xứng, nên khi khoan dễ bị lệch, độ chính xác và cấp

độ nhám bề mặt không cao Lỗ sau khi khoan có đờng kính lớnhơn đờng kính MK (hiện tợng lay rộng lỗ)

Điều kiện cắt rất xấu (do dao cắt có nhiều răng cắt, MK lại cólỡi ngang với góc trứơc âm), lực hớng trục lớn, lỡi cắt phụ có độ bềnkém, góc sau phụ 1= 0o, tốc độ cắt tơng đối cao, chiều sâu cắtlớn, nhiệt cắt lớn nên dao bị mòn nhanh Ngoài ra, góc sau, điềukiện masát và tốc độ cắt thay đổi dọc theo lỡi cắt chính, do đó

hệ số co rút phoi tăng dần từ ngoài vào tâm So với tiện, khả năngthoát phoi khi khoan, khoét, doa khó hơn nhiều, không gian chứaphoi nửa kín nên thời gian tiếp xúc giữa phoi và chi tiết gia côngdài; việc tới dung dịch trơn nguội vào vùng cắt khó và khi đếnvùng cắt dung dịch đã bị nung nóng do phải qua phoi nên hiệuquả làm nguội không cao; mặt khác, do tản nhiệt khó khăn nên khảnăng nâng cao năng suất cắt bị hạn chế

Quá trình cắt khi khoan, khoét, doa cũng kèm theo các hiện ợng vật lý nh tiện

t-5.4 Các yếu tố cắt khi khoan - khoét - doa

trong đó: D- đờng kính lỗ gia công, mm; d- là đờng kính lỗ trớc khi gia công, mm (lỗ đặc d = 0).

b Lợng chạy dao

Khi khoan, khoét (gia công thô, bán tinh) để đảm bảo điều

kiện bền răng dao, cần tính (hoặc chọn) theo lợng chạy dao răng SZ[mm/răng]

Khi doa (gia công tinh) để đảm bảo yêu cầu chất lợng bề mặt

gia công, cần tính (hoặc chọn) theo lợng chạy dao vòng S

trong đó: D- đờng kính lỗ gia công, mm; n- tốc độ vòng quay của

dao, vòng/phút

d Thời gian máy: 1 2

.

O ph

l l l L

F Z a b. S t.

Z

  [mm2](5.13)

5.5 Lực cắt

H.5.6 Thông số hình học của lớp

cắt a- Khoan lỗ đặc b- Khoan mở rộng,

khoét, doa

5.5.1 Lực cắt khi khoan

a Các thành phần lực tác dụng lên MK (hình H.5.7) gồm:

PZ - lực tiếp tuyến, PY- lực hớng kính, PX- lực dọc trục, PZ1- lực

tiếp tuyến tại điểm ngoài cùng của lỡi cắt, Png- lực dọc trục tác dụng

trên lỡi ngang, Pms- lực masat tác dụng trên cạnh viền

Giả sử hai lỡi cắt MK đối xứng tuyệt đối và các điều kiện khác

là lý tởng, thì các lực tơng ứng tác dụng lên 2 lỡi cắt có trị số nhnhau, các thành phần lực hớng kính từng đôi một triệt tiêu nhau,

nghĩa là PY= 0 Khi đó, tổng hợp các thành phần lực tác dụng lên

mũi MK chỉ có PO là tổng của các lực chiều trục (Png 57%PO,

ảnh hởng của chế độ cắt, tính chất vật liệu

gia công, chất trơn nguội và các điều kiện khác

đến mô men xoắn MX và lực dọc trục PO tơng tự

nh tiện Dới đây phân tích thêm một số yếu tố

riêng của quá trình khoan

1 ảnh hởng của góc xoắn  : Tăng  sẽ làm

tăng  (xem 5.1), giảm công và lực làm biến dạng

kim loại, do đó PO và MX giảm Tuy nhiên, không nên

lấy   30o (thực nghiệm khoan thép cho thấy khi

  30o thì PO và MX giảm không đáng kể)

2 ảnh hởng của góc nghiêng chính  : Khi giảm

 làm chiều dày cắt giảm, chiều rộng cắt tăng

nên PO, PZ tăng; nhng

H.5.7 Các

thành phần lực tác dụng lên MK

mặt khác,  giảm làm MK nhọn hơn, dễ đi sâu vào phôi, do đó

giảm đợc PO và lợng giảm lại nhiều hơn lợng tăng nói ở trên Vì vậy,khi giảm  làm MX tăng còn PO giảm

3 ảnh hởng của lỡi ngang: Góc trớc của lỡi ngang âm nên điều

kiện cắt khi khoan rất xấu và chiều dài lỡi ngang càng lớn thì PO và

MX càng tăng, trong đó PO tăng rất nhiều còn MX tăng ít Mặt khác,

khi chiều dài lỡi ngang tăng làm giảm góc  nên PO lại tăng Do đó,

mài ngắn lỡi ngang là một trong những biện pháp giảm PO

4 ảnh hởng của đờng kính MK: Đờng kính D ảnh hởng lớn đến

PO và MX Mặc dù khi tăng D thì diện tích tiết diện ngang của rãnh

xoắn tăng nên phoi thoát dễ, nhng khi đó chiều sâu cắt t cũng

tăng và diện tích tiết diện ngang lớp cắt tăng nên PO và MX tăng

c Công thức tổng quát tính PO và MX khi khoan:

Khoan lỗ đặc: P O C D P. x P.S y p.K P [N](5.9)

. xM. yM.

M C D S K [N.mm](5.10)

. xM. yM.uM

M C D S t K [N.mm](5.12)

Các hệ số CP, CM kể tới tính chất của vật liệu gia công và điềukiện cắt

 Chú ý: Khi tra CP, CM ở các tài liệu dùng đơn vị lực là KG và

mômen xoắn là KGm cần nhân giá trị CP, CM tra đợc với 9,81 đểphù hợp với các công thức (5.10), (5.11), (5.12), (5.13)

5.5.2 Lực cắt khi khoét và doa

Đối với khoét và doa, do không có lỡi ngang nên Png= 0 và Pzng= 0.Các thành phần lực khác so với khoan nhỏ hơn rất nhiều (do chế

độ cắt nhẹ) nên thờng không tính đến Riêng khoét và doa bằngdao hợp kim cứng, lực dọc trục và mômen xoắn đợc xác định theocông thức nh khoan mở rộng lỗ (5.11) và (5.12)

5.5.3 Công suất cắt khi khoan, khoét, doa đợc tính theo:

.

9554

X C

M n

N  [kW](5.14)

ở đây: MX tính theo N.mm; n tính theo vòng/phút

việc trong điều kiện thoát phoi và thoát nhiệt rất khó khăn, trị sốtốc độ cắt, góc trớc và góc sau thay đổi trên từng điểm dọc theolỡi cắt chính, nên MK bị mài mòn rất nhanh

Thờng MK, mũi khoét có các khu vực mài mòn nh sau (hình

- Mòn ở lỡi cắt phụ Dạng mòn này

xuất hiện khi cắt vật liệu dẻo

- Mòn ở góc nối tiếp lỡi cắt chính

trong đó: hs- lợng mòn mặt sau, Ch- hệ số phụ thuộc vật liệu gia

công và điều kiện cắt, V- vận tốc cắt, m/ph; S- lợng chạy dao vòng, mm/vòng; T- tuổi bền dao, ph.

Từ (5.15) có nhận xét: Tốc độ cắt có ảnh hởng lớn nhất đến

độ mòn của MK, sau đó là lợng chạy dao và tuổi bền dụng cụ cắt.Vì vậy, để có lợi cho độ bền mòn nên chọn tốc độ cắt nhỏ, còn l-ợng chạy dao lớn

Đối với MD, do chiều dày cắt nhỏ và tốc độ cắt thấp nên mònchủ yếu ở mặt sau và vùng nối tiếp giữa phần cắt và phần địnhhớng

Chỉ tiêu đánh giá mòn là lợng mòn mặt sau hs Trị số lợng mòn

cho phép với: MK là [hs] = (1 3)mm, mũi khoét là

[hs] = (0,2 1,5)mm, MD là [hs] = (0,6 0,8)mm

b Các phơng pháp mài MK để tăng tuổi bền:

- Mài ngắn hoặc mất hẳn lỡi ngang (hình H.5.9a, b và 5-9c).

- Mài MK có lỡi nối tiếp với 2 = 120o và 2O= 75o (hình H.5.9d)

có thể tăng tuổi bền MK lên 8 lần, có thể tăng tốc độ cắt lên 30%.

- Mài MK có góc sau phụ 1

d ảnh hởng của chiều sâu cắt và lợng chạy dao

Chiều sâu cắt t và lợng chạy dao S càng lớn thì tốc độ cắt V

càng giảm, vì khi đó lực cắt, nhiệt cắt đều tăng làm cho dụng

cụ cắt mòn nhanh

e ảnh hởng của đờng kính MK

Khi tăng đờng kính D làm chiều sâu cắt tăng nên nhiệt cắt tăng, do đó tuổi bền dao giảm Nhng, do tăng D nên khả năng

thoát nhiệt tốt, hơn nữa thể tích rãnh thoát phoi tăng, phoi thoát

dễ, việc đa dung dịch trơn nguội vào vùng cắt thuận lợi hơn, độcứng vững của dao tăng nên tuổi bền dao tăng nhanh hơn so với

độ giảm do tăng chiều sâu cắt nói trên Nh vậy, đờng kính MKcàng lớn có thể tăng tốc độ cắt

g ảnh hởng của vật liệu phôi và vật liệu dao

Vật liệu gia công ảnh hởng lớn đến tốc độ cắt và đợc xác

định nh sau:

Khi cắt thép: 750

n vl

b

V K

V K

HB

 �� ��(5.17)

e)

h)

B B

g) d)

trong đó: b, HB - giới hạn bền, độ cứng Brinen của vật liệu gia công, MPa; chỉ số mũ nV phụ thuộc trị số cụ thể của b, HB và đợc

cho trong các sổ tay công nghệ

Vật liệu làm dao có ảnh hởng lớn đến tốc độ cắt và đợc xác

định nh sau:

MK làm từ thép gió có Kvld= 1; MK làm từ thép cacbon dụng cụ

có Kvld= 0,5; MK làm từ thép dụng cụ hợp kim có Kvld= 0,65; MK có lỡi

cắt là HKC có Kvld= 2 3

h ảnh hởng của điều kiện gia công

- Dung dịch trơn nguội đợc sử dụng đúng có thể tăng tốc độcắt lên (1,4 1,5)lần

- Lỗ gia công càng sâu tốc độ cắt càng thấp Bởi vì, lỗ giacông càng sâu khả năng thoát phoi, thoát nhiệt càng khó Mặtkhác, ma sát giữa phoi và thành rãnh xoắn tăng làm giảm hiệu quảbôi trơn làm nguội nên tuổi bền dao giảm

5.6.2 Công thức tổng quát xác định tốc độ cắt

Khi khoan lỗ đặc: . .

.

q V

V y m

V V

C D

T S

 [m/ph](5.18)

Khi khoan mở rộng, khoét, doa: 1

.

q

V x y m

trong các công thức trên: CV- hệ số ảnh hởng của nhóm vật liệu gia

công; KVl- hệ số phụ thuộc tính chất vật liệu gia công;

KV =kd.kvld.kmm.kdd là hệ số ảnh hởng tổng hợp của thông số hìnhhọc, vật liệu dao, độ mòn của dao và dung dịch trơn nguội

5.7.2 Chọn chiều sâu cắt t theo công suất của máy gia công

Đối với lỗ gia công có D 35mm có thể khoan một lần: t  D2 [mm](máy K135)

Những lỗ có D 35mm thì khoan 2 lần: t1  (0, 25 0,35) � D ; t2= t - t1[mm]