Khái niệm gia công kim loại bằng cắt gọt

Khái niệm gia công kim loại bằng cắt gọt Định nghĩa Công cụ dùng trong gia công kim loại bằng cắt gọt + Máy cắt kim loại + Dụng cụ cắt + Đồ gá + Dụng cụ đo kiểm + Các mặt trên phôi đang gia công cắt gọt kim loại

Chơng 1: Khái niệm gia công kim loại bằng cắt gọt

1.1 Định nghĩa:

Gia công kim loại bằng cắt gọt (GCCG) là phơng pháp tạo hìnhcho chi tiết gia công bằng cách cắt bỏ lớp kim loại d trên bề mặtcủa vật gia công (phôi) để nhận đợc chi tiết có kích thớc, hìnhdáng và các yêu cầu kỹ thuật phù hợp với bản vẽ thiết kế Lớp kim loại

1.2.1 Máy cắt kim loại (MCKL) là thiết bị tạo ra các chuyển

động tạo hình và cung cấp động lực cần thiết cho quá trình cắt

1.2.2 Dụng cụ cắt (dao cắt - DC) là công cụ trực tiếp cắt bỏ lớp

kim loại d trên bề mặt vật đang gia công để tạo thành phoi

1.2.3 Đồ gá là trang bị công nghệ để định vị nhanh và chính

xác vị trí tơng đối của DC và phôi

1.2.4 Dụng cụ đo kiểm là trang bị công nghệ dùng để đo

l-ờng và kiểm tra các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết gia công cho trênbản vẽ thiết kế của nó

1.3 Các mặt trên phôi đang gia công

- Mặt đã gia công là bề mặt của chi tiết đợc

tạo thành sau khi dao đã cắt bỏ lớp kim loại d

(hình H.1.1, mặt 1).

- Mặt cha gia công là bề mặt của phôi, từ

đó lớp kim loại d sẽ đợc cắt bỏ và tạo thành phoi

(mặt 3).

- Mặt đang gia công là bề mặt của phôi tiếp

xúc với lỡi cắt chính của dao, nối mặt đã gia công

và mặt cha gia công (mặt 2)

H.1.1 Các mặt

trên phôi đang gia công

1.4 Các chuyển động cần thiết trong quá trình cắt

1.4.1 Nguyên lý tạo hình bề

mặt gia công:

Bề mặt đợc tạo nên trong quá

trình cắt dựa vào nguyên lý: “Cho

một đờng sinh S chuyển động theo

thẳng, bề mặt đợc tạo là mặt trụ.

1.4.2 Chuyển động tạo hình khi cắt

Đờng sinh và đờng dẫn hớng trên máy đợc tạo nên do chuyển

động tạo hình của các cơ cấu công tác (mang dao và mang phôi).Các thành phần của chuyển động tạo hình gồm có:

a Chuyển động chính là chuyển động tạo tốc độ cắt lớn

nhất cần thiết để tách phoi ra khỏi phôi, có thể là chuyển động

quay n do phôi (tiện, hình H.1.3a) hoặc dao (khoan, hình H.1.3b; mài, hình H.1.3c) thực hiện; có thể là chuyển động tịnh tiến đi -

về V do phôi (bào giờng) hoặc dao (bào ngang, hình H.1.3c; xọc;

chuốt) thực hiện

b Chuyển động chạy dao là chuyển động đa lỡi cắt từ vị

trí này đến vị trí khác để tiếp tục tách phoi ra khỏi phôi trêntoàn bề mặt gia công, đợc ký hiệu bởi chữ S

Chuyển động chạy dao có thể là

chuyển động tịnh tiến, liên tục do dao

(tiện, khoan) hoặc do phôi (phay) thực

hiện Chuyển động chạy dao có thể

không liên tục, đợc thực hiện sau mỗi

hành trình đi-về của chuyển động

chính (bào)

Chuyển động chạy dao là chuyển

động quay, do phôi thực hiện trong sơ

đồ mài tròn, sơ đồ phay mặt trụ ngoài

(chi tiết gá trên bàn quay của máy)

Mỗi phơng pháp GCCG có thể có một

(tiện, phay ) hoặc nhiều (mài) chuyển

động chạy dao, riêng chuốt không có

chuyển động chạy dao

H.1.3 Chuyển động tạo

hình

c Chuyển động phụ là chuyển động của các cơ cấu máy

không trực tiếp tham gia vào quá trình tách phoi khỏi phôi, songkhông thể thiếu khi gia công, gồm có:

- Chuyển động phân độ là chuyển động để chia bề mặtphôi thành những phần theo một quy luật đã định (phân độ để

gia công rãnh răng trên máy phay vạn năng) Chuyển động phân

độ đợc thực hiện sau mỗi lần chạy dao)

- Một số chuyển động phụ khác: chuyển động điều chỉnh

vị trí ban đầu của dao và phôi, chuyển động đa dao vào vị trígia công …

1.5 Dụng cụ cắt kim loại (DC)

1.5.1 Phân loại:

a Theo phơng pháp cắt, DC đợc phân thành: dao tiện, mũikhoan, mũi khoét, mũi doa, dao phay, dao bào, dao xọc, dao chuốt,dao cắt răng, dao cắt ren, đá mài, …

b Theo tính chất gia công, DC đợc phân thành: dao cắt thô,dao cắt tinh

c Theo hình dáng đầu dao, DC đợc phân thành:

- Dao thờng (biên dạng lỡi cắt, kích thớc của dao không phụ thuộc bềmặt gia công)

- Dao định kích thớc (kích thớc dao quyết định kích thớc bềmặt gia công)

- Dao định hình (biên dạng lỡi cắt của dao quyết định biêndạng bề mặt gia công)

1.5.2 Kết cấu dao tiện ngoài đầu thẳng

Kết cấu dao tiện gồm hai phần: đầu dao và thân dao (hình

- Mặt sau chính là mặt đối diện với mặt đang gia công củaphôi

H.1.4 Kết cấu dao tiện H.1.5 Các dạng mặt trớc của dao

tiện

- Mặt sau phụ đối diện với mặt đã gia công

- Lỡi cắt chính là giao tuyến giữa mặt trớc và mặt sau chính,giữ nhiệm vụ cắt chủ yếu trong quá trình gia công Lỡi cắt chính

có thể thẳng hoặc cong

- Lỡi cắt phụ là giao tuyến giữa mặt trớc và mặt sau phụ Khicắt, một phần lỡi cắt phụ tham gia cắt Lỡi cắt phụ có thể thẳnghoặc cong

- Mũi dao là đoạn nối tiếp giữa lỡi cắt chính và lỡi cắt phụ Mũidao có thể là đoạn cong có bán kính r xác định hoặc đỉnh

nhọn (r = 0).

b Thân dao dùng để đỡ đầu dao và gá dao lên máy Mặt

cắt ngang của thân dao có thể tròn, vuông hoặc chữ nhật vớikích thớc đợc tiêu chuẩn hoá

1.4.3 Vật liệu làm DC

a Vật liệu phần cắt:

 Yêu cầu đối với vật liệu phần cắt:

- Độ cứng cao hơn hẳn độ cứng của vật liệu gia công(HRC 60)

 Thép hợp kim dụng cụ: hàm lợng cacbon cao và một sốnguyên tố hợp kim (0,5 3)%, độ cứng sau nhiệt luyện HRC 62 68,

độ bền nhiệt (300 350)oC, đợc dùng để chế tạo DC cắt ở tốc độtrung bình thấp Thờng dùng: 9CrS, CrW5, CrWMn, 13Cr

 Thép gió là thép hợp kim dụng cụ có hàm lợng Cr, W, V cao,

độ cứng sau nhiệt luyện HRC 62 65, độ bền nhiệt (600 650)oC.Thép gió là vật liệu làm dao có tính cắt tốt và đợc sử dụng rộngrãi

Thép gió đợc phân thành hai nhóm (ký hiệu theo LB Nga): ♪ Nhóm có độ bền nhiệt trung bình: P18, P12, P9…

♪♪ Nhóm có độ bền nhiệt cao: P9Ф5, P14Ф4, P18Ф2, P9К5

…

 Hợp kim cứng (HKC) có độ cứng HRC 71 75, bền nhiệt(900 1000)oC, có thể cắt với tốc độ rất cao HKC đợc chế tạo bằngphơng pháp luyện kim bột (ngời ta trộn cacbit vonfram WC, cacbit

titan TiC, cacbit tantan TaC ở dạng hạt mịn với chất dính kết coban

Co trong 24 giờ Sau đó, đem hỗn hợp ép theo hình dạng xác

định dới áp lực (100 140).106MPa và thiêu kết ở nhiệt độ(1400 1500)oC) Các cacbit quyết định tính chịu nhiệt của HKC;hàm lợng Co càng tăng thì độ bền, tính dẻo của HKC càng tăng,nhng tính chịu nhiệt lại giảm HKC đợc phân thành ba nhóm:

♪♪♪ Nhóm 3 cacbit ký hiệu là T T K, gồm WC + TiC + TaC + Co(T T 7K12, T T 7K15… Chữ số đứng sau hai chữ T T chỉ hàm lợng %của TiC + TaC, chữ số kề sau chữ K chỉ hàm lợng %Co, còn lại là lợngWC), đợc dùng làm DC để cắt vật liệu cứng và có độ bền rất cao  Vật liệu gốm có tính cắt tốt, độ bền nhiệt 1200oC, độ cứngcao HRC 75 80 Song, vì giới hạn bền uốn thấp, độ dẫn nhiệt kémnên ít đợc sử dụng

 Các vật liệu tổng hợp gồm kim cơng nhân tạo, elbo Kim

c-ơng có độ cứng tế vi cao hơn HKC khoảng (5 6)lần, tính dẫnnhiệt cao hơn (1,5 2,5)lần, nhng có nhợc điểm là dòn, bền nhiệt

ở (8001000)oC và giá thành chế tạo còn cao Kim cơng đợc dùngchủ yếu để làm DC sửa đá mài, gia công HKC, kim loại màu, vậtliệu phi kim loại ở tốc độ cắt cao Ngoài những u điểm nh kim c-

ơng, elbo còn có độ bền nhiệt cao (2000oC) Hiện tại, elbo đợc sửdụng để làm đá mài

b Vật liệu làm thân dao phải có cơ tính tốt, độ dẫn nhiệt

tốt, giá thành rẻ Để làm thân dao, thờng dùng các loại thép: 40, 45,40Cr, CD70, CD80

c Phơng pháp gắn vật liệu phần cắt lên thân dao: hàn

đồng, kẹp cơ khí…

1.5 Thông số hình học đầu dao

1.5.1 Các mặt phẳng tọa độ

Để định nghĩa các góc dao, ngời ta lập

hệ tọa độ Đề các có gốc tọa độ là điểm

với lỡi cắt chính tại điểm khảo sát và véctơ

1.5.2 Góc độ dao ở trạng thái tĩnh (hình H.1.7):

Trạng thái tĩnh đợc quy ớc khi gá mũi dao ngang tâm máy, trụcdao vuông góc với đờng tâm máy, chỉ có chuyển động chính,không có chuyển động chạy dao

 Các góc trong mặt cắt chính:

a Góc trớc  là góc giữa mặt phẳng tiếp tuyến với mặt trớc

và mặt phẳng đáy Trị số  có thể dơng, âm hoặc bằng 0 trongkhoảng(-10o) (30o)

 càng lớn quá trình cắt càng

thuận lợi Tuy nhiên,  tăng sẽ làm

yếu đầu dao

tuổi bền dao tăng Tuy nhiên, 

giảm sẽ làm yếu đầu dao, chọn

trong khoảng  = (5o 12o)

H.1.8 Góc độ dao ở trạng thái

tĩnh

c Góc sắc  là góc giữa mặt phẳng tiếp tuyến với mặt trớc

và mặt phẳng tiếp tuyến với mặt sau (đo tại điểm khảo sát) Góc

 đợc hình thành sau khi mài tạo  và .

 càng nhỏ dao cắt vào kim loại càng dễ, song độ bền daogiảm.

d Góc cắt  là góc giữa mặt phẳng tiếp tuyến với mặt trớccủa dao và mặt phẳng cắt (đo tại điểm khảo sát) Góc  đợchình thành sau khi mài tạo góc 

Quan hệ giữa các góc trong mặt cắt chính:      =  

 = 90o

 Các góc trong mặt phẳng đáy:

e Góc nghiêng chính  là góc giữa hình chiếu của tiếptuyến với lỡi cắt chính và phơng chạy dao trên mặt phẳng đáy Khi giảm , độ nhám bề mặt gia công tăng, tuổi bền dao tăng.Song giảm , độ chính xác gia công giảm Giá trị của  trong khoảng(30o 90o), thờng chọn  = 45o 60o

f Góc nghiêng phụ 1 là góc giữa hình chiếu của tiếp tuyến

với lỡi cắt phụ và phơng chạy dao trên mặt phẳng đáy

1 càng nhỏ, cấp độ nhám bề mặt càng cao Thờng chọn

1= 5o 30o

g Góc mũi dao  là góc giữa hình chiếu của hai tiếp tuyến với

lỡi cắt chính và lỡi cắt phụ trên mặt đáy  ảnh hởng đến độchính xác biên dạng bề mặt khi gia công định hình Khi tiện ren(cắt lần cuối),  phải bằng góc profin ren cần gia công

Quan hệ giữa các góc trên mặt phẳng đáy:   1   = 180o

h Góc nâng lỡi cắt chính  (góc nâng) là góc giữa tiếptuyến với lỡi cắt chính tại mũi dao và mặt phẳng vuông góc vớivéctơ tốc độ cắt tại điểm đó

H.1.9 Góc nâng  của lỡi cắt chính H.1.10 Góc nâng >0 (a) và

<0 (b)

 > 0 khi mũi dao ở vị trí thấp nhất của lỡi cắt chính (hình

H.1.9a);  < 0 khi mũi dao ở vị trí cao nhất của lỡi cắt chính (hình

H.1.9c) hoặc  = 0 (hình H.1.9b) Góc  ảnh hởng đến phơng

thoát phoi, sức bền của phần cắt và điều kiện cắt vào của từng

điểm trên lỡi cắt chính Khi  > 0, phoi thoát về phía mặt đã giacông, điểm tiếp xúc đầu tiên của dao với mặt gia công nằm phía

trong đỉnh dao nên mũi dao ít bị vỡ, đồng thời các điểm khácnhau của lỡi cắt tuần tự từng điểm một làm cho quá trình cắt ổn

định (hình H.1.10a) và ngợc lại, nếu  < 0 (hình H.1.10b)

Khi gia công thô chọn   0; khi gia công tinh chọn  < 0 Thờng

1.5.3 Góc độ của dao trong quá trình cắt (trạng thái động)

Góc độ dao khi cắt có sự thay đổi so với trạng thái tĩnh là docác nguyên nhân: gá dao không đúng, ảnh hởng của chuyển độngchạy dao Dới đây xét ảnh hởng của từng yếu tố trên đến sự thay

đổi góc độ của dao

a Góc độ của dao thay đổi khi gá dao không đúng

Hình H.1.12a thể

hiện sự gá mũi dao cao hơn

tâm máy Nét đứt thể hiện

dao ở vị trí gá đúng, nét

liền thể hiện dao ở vị trí

gá sai Trong trờng hợp này,

H.1.12 Góc độ dao khi gá dao không

đúng

trong đó:  - bán kính vòng tròn đi qua điểm khảo sát, mm;

h - độ lệch của mũi dao so với tâm máy theo phơng

đứng, mm

Giá trị của góc trớc và góc sau ở trạng thái làm việc:

đ =   h; đ =   h(1.2)

trong đó: ,  - góc trớc, góc sau trong trờng hợp gá đúng;

đ, đ - góc trớc, góc sau khi gá mũi dao không ngangtâm máy.

Dấu phía trên trong công thức ứng với trờng hợp tiện mặt trụngoài gá cao hơn tâm hoặc tiện lỗ gá thấp hơn tâm; dấu phía dớiứng với trờng hợp ngợc lại

 Gá trục thân dao không vuông góc với đờng tâm của

máy

Hình H.1.12b cho thấy, nếu gá trục dao xoay một góc  so với

vị trí vuông góc với đờng tâm máy thì  và  1 sẽ biến đổi mộtlợng tơng ứng là 

Tơng quan tăng giảm giữa các góc nh sau:    1 =  đ 

 1đ = 180 o

Khi tiện ren, nếu gá trục dao không vuông góc với trục chi tiếtgia công thì ren bị nghiêng (đổ) gây sai số về nửa góc profinren

b Góc độ của dao thay đổi khi có chuyển động chạy

dao), làm cho  và  thay đổi

Xét trờng hợp tiện ngoài:

Khi có chuyển động chạy

dao dọc, quỹ đạo của một

điểm bất kỳ trên lỡi cắt là

đ-ờng xoắn ốc (hình H.1.13a),

do đó vectơ tốc độ cắt thực

tạo với vectơ tốc

H.1.13 Góc dao thay đổi

khi có chuyển động chạy dao

độ cắt ở trạng thái tĩnh một góc S bằng góc của đờng xoắn Khi có chuyển động chạy dao ngang, quỹ đạo của một điểmbất kỳ trên lỡi cắt là đờng xoắn Acsimet (hình 1-13b), do đóvectơ tốc độ cắt thực tạo với vectơ tốc độ cắt ở trạng thái tĩnhmột góc là S và thay đổi liên tục trong quá trình cắt

Giá trị của góc trớc, góc sau ở trạng thái làm việc đ, đ đợctính nh sau:

đ =   S ; đ =   S với sin

2

S

S arctg

gia công và bề mặt cha gia

công, đo theo phơng vuông

1.6.2 Lợng chạy dao là lợng dịch chuyển tơng đối giữa lỡi cắt

và phôi gia công theo phơng chuyển động chạy dao sau một đơn

vị tính

Ngời ta phân loại các lợng chạy dao nh sau:

a Theo phơng chuyển động của dao có:

- Lợng chạy dao dọc Sd khi phơng chạy dao dọc trục phôi.

- Lợng chạy dao ngang Sn khi phơng chạy dao vuông góc với trục

động chính Lợng chạy dao vòng ảnh hởng trực tiếp đến độ nhám

bề mặt gia công

- Lợng chạy dao răng SZ [mm/răng] là lợng dịch chuyển tơng đối

giữa DC với phôi theo phơng chuyển động chạy dao sau khi DCdịch chuyển đợc một cung răng Lợng chạy dao răng ảnh hởng trựctiếp đến độ bền răng dao

- Lợng chạy dao phút Sph [mm/ph] là lợng dịch chuyển tơng đối

giữa DC với phôi theo phơng chuyển động chạy dao sau khoảngthời gian một phút Lợng chạy dao phút ảnh hởng đến năng suất giacông của quá trình cắt

Quan hệ giữa S, SZ và Sph nh sau: Sph = S n = SZ Z n

[mm/ph] (1.6)

trong đó: Z- số răng dao; n- tốc độ vòng quay của chuyển động

chính, vg/ph

1.6.3 Tốc độ cắt V là lợng dịch chuyển tơng đối giữa lỡi cắt

của dao với bề mặt gia công trong một đơn vị thời gian

Tốc độ cắt V đợc xác định nh sau: V Vur uur uur n V s

Trong thực tế giá trị của Vuurs

rất nhỏ so với Vuurn

nên khi tính toánthờng bỏ qua Vuurs

và tốc độ cắt đợc tính theo Vuurn

, khi tiện: .

1.6.4 Thời gian máy TO là thời gian cần

thiết để dao trực tiếp cắt hết lớp kim loại d

trong một nguyên công

Khi tiện dọc: 1 2

.

O ph

trong đó: l- chiều dài gia công, mm;

l1= t.cotg - lợng chạy tới, mm; l2= (05)mm -

l-ợng chạy quá; n- tốc độ vòng quay của phôi,

vòng/ph; h- lợng d gia công, mm; t- chiều sâu

cắt, mm ; i - số lần ăn dao

H.1.15 Sơ đồ tính

T O khi tiện mặt trụ

ngoài

1.7 Thông số hình học mặt cắt ngang lớp cắt (hình 1-14)

1.7.1 Chiều rộng cắt b là khoảng cách giữa mặt đã gia công và

mặt cha gia công đo dọc theo lỡi cắt chính Chiều rộng cắt chính

là phần lỡi cắt trực tiếp tham gia cắt

Khi dao có lỡi cắt thẳng,  = 0o, gá mũi dao ngang tâm máy:sin

t

b



 (1.9)

1.7.2 Chiều dày cắt a là khoảng cách giữa hai vị trí liên tiếp

của lỡi cắt sau một vòng quay của phôi đo theo phơng vuông gócvới lỡi cắt chính

Khi dao có lỡi cắt thẳng,  = 0o, gá mũi dao ngang tâm máy:.sin

a Diện tích cắt danh nghĩa Fdn:

Khi gá mũi dao ngang tâm máy, dao có  = 0o;  = 0o:

Fdn= a.b = S.t [mm 2] (1.11)

b Diện tích cắt còn d Fd là diện tích lớp kim loại còn lại trên

bề mặt gia công do dao không cắt hết đợc (diện tích tam giác

ABC trên hình H.1.14a là phần diện tích cắt còn d trong trờng hợp tiện ngoài chạy dao dọc, bán kính mũi dao r = 0 )

trong đó: S- lợng chạy dao dọc, mm; H- chiều cao lớp kim loại d trên

mặt gia công

 Khi bán kính mũi dao r = 0:

1

S H

cotg cotg



 [mm](1.13a)

 Khi bán kính mũi dao r 0: 2

8

S H r

 [mm](1.13b)

Công thức tính chiều cao H trên đây dựa trên quan hệ hình

học, cha kể đến biến dạng dẻo, biến dạng đàn hồi, rung động Trong thực tế gia công, độ nhấp nhô của bề mặt lớn hơn nhiều sovới các trị số tính theo (1.13a), (1.13b)