Khảo sát sự mài mòn của mũi khoan thép gió do nhà máy dụng cụ cắt việt nam chế tạo khi gia công thép 45 trong các điều kiện sau gia công khô gia công có dung dịch trơn nguồn theo

Khảo sát sự mài mòn của mũi khoan thép gió do nhà máy dụng cụ cắt việt nam chế tạo khi gia công thép 45 trong các điều kiện sau gia công khô gia công có dung dịch trơn nguồn theo Khảo sát sự mài mòn của mũi khoan thép gió do nhà máy dụng cụ cắt việt nam chế tạo khi gia công thép 45 trong các điều kiện sau gia công khô gia công có dung dịch trơn nguồn theo luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

Trường đại học bách khoa hà nội -

Lêi cam ®oan

T«i xin cam ®oan nh÷ng kÕt qu¶ nghiªn cøu b»ng thùc nghiÖm ®­îc tr×nh bÇy trong luËn v¨n lµ do chÝnh b¶n th©n t«i thùc hiÖn

Hµ néi, ngµy 19 th¸ng 9 n¨m 2006

NguyÔn NhËt T©n

Chương I: Tổng quan về quá trình cắt khi khoan 13

1.1 Cấu tạo của mũi khoan 13

1.2 Quá trình tạo phoi khi khoan. 26

1.2.1 Quá trình tạo phoi khi gia công bằng dụng cụ cắt có lưỡi xác định 26

1.2.2.Các dạng phoi 31

1.2.3 Đặc điểm quá trình tạo phoi khi khoan 35

1.3 Quá trình mòn của mũi khoan 39

1.3.1 Quá trình mòn của dụng cụ cắt có lưỡi 39

1.4 Các phương pháp xác định lượng mài mòn của dụng cụ cắt và chỉ

Trang

1.4.2 Chỉ tiêu đánh giá sự mài mòn dụng cụ cắt 48

1.5 Cơ chế mài mòn và tiêu chuẩn mòn của dụng cụ cắt. 50

2.1.Tác dụng của quá trình bôi trơn làm nguội trong quá trình gia công 63

2.2 Thành phần của dung dich trơn nguội 64

Trang

2.3 Các phương pháp bôi trơn - làm nguội 66 2.3.1 Phương pháp bôi trơn làm nguội -tưới tràn: 66 2.3.2 Phương pháp bôi trơn - làm nguội tối thiểu 67 2.3.2.1 Khái niệm về bôi trơn - làm nguội tối thiểu 67 2.3.2.2 ưu nhược điểm của Phương pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu : 68 2.3.2.3 Thiết bị bôi trơn làm nguội tối thiểu 68

2.4 Đặc điểm của quá trình bôi trơn làm nguội khi khoan 70

Chương III: Khảo sát quá trình mòn của mũi khoan do Công

3.1 Khảo sát quá trình mòn của mũi khoan khi gia công khô 72

3.1.3.Tiến hành thí nghiệm và xử lý số liệu 78

3.2 Khảo sát quá trình mòn của mũi khoan khi gia công sủ dụng dung

dịch trơn nguội theo kiểu tưới tràn 81

3.2.3 Tiến hành thí nghiệm và sử lý số liệu 84

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

AR n R – Giá thành hoàn thành một nguyên công

S – Hao phí chế tạo và sử dụng dụng cụ cắt trong một chu kỳ tuổi bền T

E – Giá thành một phút sử dụng máy (tiền công, hao phí sử dụng máy)

Q – Số lượng chi tiết gia công trong khoảng tuổi bền T của dụng cụ

T – Tuổi bền dụng cụ cắt

C – Hằng số

VR c R – Tốc độ cắt

tR k R – Các thời gian phụ khác

t R m R – Thời gian gia công cơ bản

Q – Số lượng chi tiết sản xuất ra trong một đơn vị thời gian

tR ct R – Thời gian gia công một chi tiết

0

S – Lượng chạy dao

n – Số mũ tốc độ cắt

x – Số mũ lượng chạy dao

K R t R – Hệ số điều chỉnh do chiều sâu cắt t

KR ϕ R- Hệ số điều chỉnh cho góc nghiêng chính R Rϕ

Hc - Độ cứng tiếp xúc của vật liệu gia công

Hd - Độ cứng tiếp xúc của vật liệu dụng cụ

Qd – Lượng nhiệt truyền vào dao

Qf – Lượng nhiệt truyền vào phoi

Qct – Lượng nhiệt truyền vào chi tiết gia công

Qmt – Lượng nhiệt truyền ra môi trường

ωA - Góc nghiêng của rãnh xoắn

γp – Góc trước của mũi khoan ở trạng thái tĩnh

α, αp – Góc sau tĩnh và góc sau trong quá trình cắt

NN – Vết của mặtphẳng thẳng góc với mặt cắt

Nđc - Công suất động cơ chính

Nđc1 - Công suất động cơ chạy dao

danh mục các bảng

Trang

Bảng 1-1: Độ mòn cho phép Hs theo mặt sau của mũi khoan 53 Bảng 1-2: Lượng mòn cho phép theo tiêu chuẩn AISI/SAE 53 Bảng 3-1: Các thông số đo được khi thí nghiệm khi gia công không

danh mục các hình vẽ đồ thị

Trang

Hình 1-7: Máy mài mũi khoan type dg50b sản xuất tại nhật bản 24

Hình 1-10: Miền tạo phoi ứng với tốc độ cắt khác nhau 28

Trang

Hình 1-20: Các dạng mòn mặt trước và mặt sau của dụng cụ cắt 42 Hình 1-21: Các thông số mòn phần cắt của dao 43 Hình 1-22: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lượng mòn dao và thời

gian cắt

44

Hình 1-23: Các hiện tượng mòn xuất hiện ở dụng cụ cắt 45 Hình 1-24: Sơ đồ lưỡi cắt và góc độ của mũi khoan 46 Hình 1-25: Sơ đồ sác định lượng mòn khối lượng bằng đồng vị phóng xạ 47 Hình 1-26: Các chỉ tiêu đánh giá lượng mài mòn mặt sau và mặt trước 49 Hình 1-27: Quan hệ giữa thời gian, tốc độ và độ mòn của dao 55 Hình 1-28: Quan hệ giữa tốc độ cắt v và độ mòn của dao 56 Hình 1-29: Quan hệ giữa v và t (đồ thị logarit) 57 Hình 2-1: Đầu phun tạo sương mù do cộng hoà liên bang đức sản xuất

69

Hình 3-3: Máy phay đứng Seiki Sản xuất tại Nhật năm 2000 75

Hình 3-6: Quan hệ giữa độ nhám Ra và lượng mòn Hs khi khoan không

sử dụng dung dịch trơn nguội (gia công khô)

79

Hình 3-7: Quan hệ giữa độ nhám Ra và thời gian cắt khi khoan không sử dụng dung dịch trơn nguội (gia công khô)

79

Trang

Hình 3.8- Quan hệ giữa độ mòn Hs và thời gian cắt khi khoan không sử

dụng dung dịch trơn nguội (gia công khô)

80

Hình 3-9: Cụm điều khiển đầu đo Máy đo quang học pj-300 84

Hình 3-11: Quan hệ giữa độ nhám Ra và lượng mòn Hs khi khoan sử

dụng dung dịch trơn nguội theo phương pháp tưới tràn

87

Hình 3-12: Quan hệ giữa độ nhám Ra và thời gian cắt khi khoan sử

dụng dung dịch trơn nguội theo phương pháp tưới tràn

87

Hình 3-13: Quan hệ giữa độ mòn Hs và thời gian cắt t khi khoan sử dụng dung dịch trơn nguội theo phương pháp tưới tràn

88

được các dữ liệu làm cơ sở để so sánh với trường hợp gia công có sử dụng bôi trơn - làm nguội tối thiểu nhằm phục vụ sản xuất.

chương I tổng quan về quá trình cắt khi khoan

1.1 cấu tạo của mũi khoan

Khoan là một phương pháp gia công lỗ dùng lâu đời nhất và cũng phổ biến nhất, tuy mũi khoan xoắn mới chỉ xuất hiện từ đầu thế kỷ thứ 19 đến nay Trong các nhà máy sản xuất với sản lượng lớn, các máy khoan chiếm khoảng 20% tổng số máy cắt Khoan có thể gia công lỗ thông và không thông với

đường kính từ 0,25 ữ 80mm Trong ngành máy chính xác thường phải gia công những lỗ nhỏ hơn

Lỗ gia công bằng khoan đạt độ chính xác cấp 4 đến cấp 5, độ bóng bề mặt Rz = 6,3 ữ 1,6 ; do đó khoan chỉ là phương pháp gia công thô

Mũi khoan tiêu chuẩn là một dụng cụ nhiều lưỡi: 2 lưỡi cắt chính, 2 lưỡi cắt phụ và một lưỡi ngang

Lưỡi ngang làm việc trong khu tốc độ cắt thấp, lại có góc trước âm nên gây lực hướng trục lớn Khi cắt lưỡi cắt ngang tỳ lên mặt gia công làm cho lưỡi cắt mòn rất nhanh

Lưỡi cắt phụ có góc α1 = 0, góc sắc β lại nhỏ, mũi dao chịu nhiệt kém nên chóng mòn Còn ở lưỡi cắt chính thì các góc cắt thay đổi theo chiều dài lưỡi cắt Từ ngoài vào tâm, góc trước giảm rất nhanh, làm tăng công biến dạng

và ma sát khi tạo phoi, đồng thời tăng nhiệt lượng và nhiệt độ ở vùng cắt

Dụng cụ dùng để khoan lỗ gọi chung là mũi khoan Nó có nhiều loại công dụng: mũi khoan dẹt (còn gọi là mũi khoan kiểu ngòi bút), mũi khoan lỗ sâu, mũi khoan lỗ tâm, mũi khoan ruột gà

1.1.1.Mũi khoan lỗ sâu:

Dùng để khoan các lỗ có tỷ số giữa chiều sâu lỗ và đường kính lỗ lớn hơn 5mm Ta thường gặp loại này là mũi khoan nòng súng

1.1.3 Mũi khoan dẹt:

Có thể là tiền thân của mũi khoan xoắn dùng phổ biến hiện nay Nó có kết cấu đơn giản nhất Hiện nay người ta còn dùng nó trong công nghiệp chế tạo đồng hồ và máy chính xác để khoan lỗ nhỏ trên vật liệu có sức bền thấp, vì mũi khoan này chế tạo đơn giản và rẻ tiền Hình 1.3 cho thấy kết cấu bộ phận làm việc của mũi dao dẹt ở đây ab, a’b’ là các lưỡi cắt chính của mũi khoan;

b, b’ là lưỡi nằm ngang (là giao tuyến của hai mặt sau) Khi mài đúng thì lưỡi ngang làm với lưỡi cắt chính một góc ϕ = 60P

0

P

; 2ϕ - góc ở đỉnh giữa 2 lưỡi cắt chính Góc ϕ cũng tương đương với góc nghiêng chính của dao tiện, S-S là mặt đấy ở mặt cắt A-A (tiết diện vuông góc với hình chiếu của lưỡi cắt chính trên mặt đáy) ta có: W - Đường thẳng vuông góc với mặt đáy S-S ;

T - Vết của mặt cắt - đường thẳng tiếp tuyến với mặt gia công ở điểm C

NN – Vết của mặtphẳng thẳng góc với mặt cắt

γp – Góc trước của mũi khoan ở trạng thái tĩnh

α, αp – Góc sau tĩnh và góc sau trong quá trình cắt

ϕ

γ γ

α α ϕ

Tuy rằng mũi khoan dẹt dễ chế tạo và rẻ nhưng nó có nhiều nhược điểm như mòn nhanh, khó thoát phoi, tuổi thọ của mũi khoan ngắn, năng suất thấp,

độ chính xác gia công không cao Do đó hiện nay trong ngành chế tạo cơ khí, mũi khoan xoắn đã hoàn toàn thay thế cho mũi khoan dẹt vì mũi khoan xoắn

có các ưu điểm sau:

- Tuổi thọ của dao lớn, mũi khoan có thể mài lại nhiều lần

- Độ chính xác gia công cao hơn do có phần định hướng trong kết cấu mũi khoan

- Năng suất gia công cao vì có hình dạng hợp lý hơn

1.1.4.Cấu tạo của mũi khoan xoắn:

Các thông số hình học của mũi khoan Hình 1-4 biểu diễn các yếu tố kết cấu của mũi khoan xoắn Về mặt kết cấu chung thì mũi khoan xoắn chia làm 3

Chiều dài tổng thể

Phần sửa đúng Cổ

Luỡi cắt ngang

Luỡi cắt chính Mép cắt

Đuờng kính khoảng hở Góc xoắn

0

P

thay đổi tuỳ theo đường kính và điều kiện gia công Dọc theo rãnh xoắn ứng với đường kính ngoài có 2 dải cạnh viền chiều rộng f Chính hai cạnh viền này có tác dụng định hướng mũi khoan khi làm việc Mặt khác chúng có tác dụng làm giảm ma sát giữa mặt trụ mũi khoan và mặt đã

- Phần kim loại giữa hai rãnh xoắn là lõi mũi khoan Thường đường kính lõilàm lớn dần về phía chuôi để tăng sức bền của mũi khoan Lượng tăng thường từ 1,4 ữ 1,8mm trên 100mm chiều dài tuỳ theo vật liệu làm dụng cụ

- Phần cắt là phần chủ yếu của mũi khoan dùng để cắt vật liệu tạo ra phôi Hình 1- 4 cho các thông số hình học phần cắt của mũi khoan Mũi khoan

có thể coi như là hai dao tiện ghép với nhau bằng lõi hình trụ

Mũi khoan gồm có 5 lưỡi cắt: hai lưỡi cắt chính , hai lưỡi cắt phụ, và mỗt lưỡi cắt ngang Lưỡi cắt phụ là đường xoắn, chạy dọc cạnh viền của mũi khoan Nó chỉ tham gia cắt trên một đoạn ngắn chừng một nửa lượng chạy dao Mặt trước của mũi khoan là mặt xoắn Mặt sau của nó có thể là mặt côn, mặt xoăn, mặt phẳng hay mặt trụ tuỳ theo cách mài mặt sau

Cách xác định góc độ của phần cắt mũi khoan tiến hành cũng như đối với dao tiện, nghĩa là vẫn dùng các mặt toạ độ và các góc độ cảu dao thường biểu diễn trên các tiết diện chính

Nếu không kể đến chuyển động chạy dao thì mặt đáy tịa mỗi điểm của lưỡi cắt là mặt phẳng tạo thành bởi điểm đó và trục mũi khoan; còn mặt cắt là mặt phẳng chứa lưỡi cắt chính (khi lưỡi cắt chính thẳng) và tiếp xúc với bề mặt gia công

Góc trước: Góc trước ở mũi khoan được đo trong tiết diện chính NN’ Chúng ta hãy xem góc trước phụ thuộc vào những thông số nào

ϕ

ω góc sau α

Hình 1-5: Cấu tạo mũi khoan xoắn

Nếu lấy điểm A trên lưỡi cắt của mũi khoan (hình 1-5) bố trí trên hình trụ có đường kính DA thì đối chiếu với điểm này, góc nghiêng của rãnh xoắn

α

α



Hình 1-6: Cấu tạo mũi khoan xoắn

Góc trước γA ở tiết diện N-N có thể biểu thị qua góc ωA hay góc trước trong tiết diện O-O Muốn vậy trên tiết diện N-N và O-O, ta chú ý tam giác ANO ( hình 1-6 ) Chiếu cạnh AN xuống tiết diện N-N ta có:

A

NB AN

Do đó góc trước ở mọi điểm bất kỳ cảu lưỡi cắt mũi khoan phụ thuộc vào góc nghiêng của rãnh xoắn ứng với đường kính D, góc nghiêng ϕ và đường kính DA ( đường kính DA là đường kính ứng với điểm khảo sát A) Từ công thức trên ta thấy rằng góc trước của mũi khoan là một đại lượng thay đổi phụ thuộc vaod đường kính DA, càng gần tâm mũi khoan, nghĩa là DA cũng giảm thì góc γ càng nhỏ

Nếu trên đường kính ngoài cùng, góc trước của mũi khoan trị số khoảng

Góc sau α

Góc sau của mũi khoan được đo trên bề mặt của quỹ đạo chuyển động các điểm trên lưỡi cắt, tức là trên bề mặt hình trụ có trục tung trùng với trục mũi khoan Để cụ thể hơn ta xét hình sau

Có một mũi khoan, điểm A bất kỳ nằm trên lưỡi cắt chính của nó Khi mũi khoan quay tròn quanh trục O-O thì điểm A vẽ nên một vòng tròn Dựng một hình trụ với bán kính đó, đồng trục với mũi khoan Giao tuyến của mặt trụ này với mặt sau mũi khoan sẽ là một đường cong

Nếu qua điểm A ta vẽ 2 đường tiếp tuyến, một đường với giao tuyến C còn đường kia với vòng tròn do điểm A vẽ ra ở trong mặt phẳng chứa vòng tròn đó thì giữa hai đường tiếp tuyến này là góc α

Vậy góc sau tại một điểm bất kỳ cảu lưỡi cắt mũi khoan là góc nằm giữa

đường tiếp tuyến ( tại điểm đang khảo sát ) với giao tuyến của mặt trụ ( đồng trục với mũi khoan ) và mặt sau của mũi khoan, và đường tiếp tuyến với vòng tròn qũ đạo của điểm khảo sát khi nó quay quanh trục của mũi khoan Góc sau

α của mũi khoan đo ở tiết diện pháp tuyến được xác định gần đúng bằng công thức:

tgα = taα.sinϕ

Cũng góc sau tại những điểm khác nhau của lưỡi cắt cũng là một lượng thay đổi, nhưng góc sau lớn dần về phía tâm mũi khoan ở đường kính ngoài cùng thường = 8 ữ14P

Góc nghiêng chính ϕ: Góc này cũng được xác định như ở dao tiện Góc ở

đỉnh mũi khoan là 2ϕ Tuỳ theo vật liệu gia công mà góc 2ϕ có các giá trị dao

Góc nghiêng phụ ϕ1 ở mũi khoan do độ côn ngược mà có, thông thường

Lưỡi cắt ngang và góc nghiêng φ của lưỡi cắt ngang

Góc nghiêng φ của lưỡi cắt ngang là góc giữa hình chiếu cảu lưỡi cắt ngang và lưỡi cắt chính trên mặt phẳng vuông góc với trục của mũi khoan Qua trị số cảu góc φ mà ta biết được chiều dài của lưỡi cắt ngang Mũi khoan tiêu chuẩn có φ = 55P

0

P

Như đã nói ở trên, góc trước của lưỡi ngang có trị số âm rất lớn Thông thường lưỡi ngang không cắt mà tỳ lên bề mặt gia công làm cho lực chiều trục sinh ra rất lớn Các cải tiến của khoan hiện tại là nhằm làm sao để lưỡi cắt ngang càng ngắn càng tốt

Lượng chạy dao S là lượng dịch chuyển của mũi khoan theo chiều trục sau khi mũi khoan quay quanh một vòng (mm/vg) Vì mũi khoan có hai lưỡi

cắt chính nên lượng chạy dao do mỗi lưỡi thực hiện là S’ =

Phần cắt và phần cán của mũi khoan được chế tạo ở hai nguyên công khác nhau do đó giữa chúng có độ lệch tâm, khi khoan lỗ sẽ bị lay rộng

Do đồ gá chuyên dùng để mài lại mũi khoan ít nên khi mài lại hai lưỡi cắt chính thường không đều nhau, từ đó lực cắt tác dụng trên hai lưỡi cắt theo phương dọc trục không đều nên lỗ khoan dễ bị cong hoặc bị lệch khi vật đứng yên

Thông thường người sử dụng chỉ mài lại mũi khoan bằng tay nên hai lưỡi cắt không đối xứng làm cho đường kính lỗ bị lớn nên hoặc lỗ bị cộn

Để khắc phục những nhược điểm trên người ta chế tạo ra mái mài mũi khoan chuyên dùng nhỏ gọn phù hợp ở mỗi phân xưởng cắt gọt kim loại những nhà máy sản xuất vừa và nhỏ

Hình 1-7: Máy mài mũi khoan type dg50b sản xuất tại Nhật bản năm 2000

1- Đầu phun dung dịch tưới nguội ; 2- Đầu đá mài ; 3- Tay gạt thực hiện chiều sâu cắt của đá ; 4- Tủ điện ; 5- Công tắc bật mở đá mài ; 6- Thân máy

Hình 1- 8: Đầu gá mũi khoan

1- Mũi tâm ; 2- Mũi khoan ; 3- Đế phõn độ điều chỉnh góc mũi khoan ; 4- Mỏ kẹp hai me mũi khoan

1

Hình1-9: Máy mài mũi khoan type dg50b

1- Tay lắc mài mũi khoan ; 2- Trục dẫn điều chỉnh chiều dài mũi khoan ;

3- Đối trọng ; 4- Vô lăng quay đầu đá ra vào

1.2 quá trình tạo phoi khi khoan

1.2.1 quá trình tạo phoi khi gia công bằng dụng cụ cắt có lưỡi xác định

Khi gia cụng, để cú thể cắt ra phoi thỡ lực tỏc dụng của dao lờn phụi cần phải đủ để tạo ra trong lớp kim loại bị cắt một ứng suất lớn hơn giới hạn bền của vật liệu bị gia cụng Nghiờn cứu quỏ trỡnh này cú ý nghĩa quan trọng

vỡ tạo phoi quyết định lực cắt, cụng suất, độ mài mũn của dao cũng như chất lượng bề mặt gia cụng

1

2

3

4

Khi gia cụng, để cú thể cắt ra phoi thỡ lực tỏc dụng của dao lờn phụi cần phải đủ để tạo ra trong lớp kim loại bị cắt một ứng suất lớn hơn giới hạn bền của vật liệu bị gia cụng Nghiờn cứu quỏ trỡnh này cú ý nghĩa quan trọng vỡ tạo phoi quyết định lực cắt, cụng suất, độ mài mũn của dao cũng như chất lượng bề mặt gia cụng

Dưới tỏc dụng của lực P (hỡnh 1-10), dao bắt đầu tiếp xỳc và nộn vào phụi theo mặt trước Dao tiếp tục chuyển động, trong lớp kim loại bị nộn phỏt sinh biến dạng đàn hồi

Khi dao tiếp tục tiến, ứng suất trong lớp kim loại bị cắt tăng dần lờn, ượt quỏ giới hạn đàn hồi, chuyển sang giai đoạn biến dạng dẻo Nếu ứng suất khụng ngừng tăng lờn và khi vượt quỏ giới hạn bền sẽ bắt đầu xuất hiện

v-những vết nứt Sau đú một lớp phoi cú(chiều dày a f ) được hỡnh thành từ lớp

kim loại bị cắt cú (chiều dày a), di chuyển dọc theo mặt trước của dao

Việc nghiờn cứu hiện tượng đó chứng tỏ rằng trước khi biến thành phoi,

giữa lớp kim loại bị cắt và phoi cú một giao diện gọi là miền tạo phoi Trong

miền này- như đó sơ đồ húa trờn (hỡnh 1-10)- cú những mặt trượt OA, OB,

OC, OD, OE Vật liệu gia cụng trượt trờn những mặt đú, nơi ứng suất tiếp cú giỏ trị cực đại

Miền tạo phoi được giới hạn bởi đường OA - dọc theo đú phỏt sinh những biến dạng dẻo đầu tiờn, đường OE - kết thỳc biến dạng dẻo và đường AE- chuyển tiếp giữa khu vực chưa biến dạng với phoi Trong quỏ trỡnh cắt, miền tạo phoi OAE di chuyển cựng với dao

Ngoài ra lớp kim loại bị cắt, sau khi bị biến dạng trong miền tạo phoi, khi chuyển thành phoi cũn chịu thờm biến dạng phụ do ma sỏt với mặt trước của dao Những lớp kim loại tại vựng giao diện phoi- dao chịu biến dạng phụ nhiều hơn cỏc lớp trờn Mức độ biến dạng tại giao diện phoi- dao lớn đến mức

các hạt tinh thể trong chúng bị kéo dài ra theo một hướng nhất định, tạo thành texture

Phoi cắt chịu biến dạng không đều và là tổng của mức độ biến dạng trong miền tạo phoi với biến dạng do ma sát tại mặt trước

Vì biến dạng dẻo của phoi có tính lan truyền, do đó lớp kim loại nằm phía dưới đường cắt (hình 1.10) cũng sẽ chịu biến dạng dẻo

Chiều rộng của miền tạo phoi phụ thuộc vào tính chất vật liệu gia công

và điều kiện cắt ( thông số hình học của dao, chế độ cắt )

Tốc độ cắt có ảnh hưởng lớn nhất đến chiều rộng miền tạo phoi Tăng tốc độ cắt miền tạo phoi sẽ co hẹp lại Có thể giải thích như sau (h×nh 1.11)

OA mà chậm đi một thời gian- theo đường OA’ Tương tự, nơi kết thúc quá trình biến dạng trong miền tạo phoi sẽ là đường OE’ chậm hơn so với OE

Như vậy với tốc độ cắt cao miền tạo phoi sẽ là A’OE’ quay đi một góc

theo chiều kim đồng hồ, khi đó chiều dày cắt giảm đi so với trước (a1’ < a1) vì

biến dạng dẻo giảm đi

Khi tốc độ cắt rất lớn miền tạo phoi co hẹp đến mức mà chiều rộng của

nó chỉ còn và chục micrômet Trong trường hợp đó sự biến dạng của vật liệu

gia công có thể xem như là nằm lân cận mặt OF Để đơn giản, có thể xem một

cách gần đúng quá trình biến dạng dẻo khi cắt xảy ra ngay trên mặt phẳng OF

đi qua lưỡi cắt và làm với phương chuyển động của dao một góc bằng θ

Mặt OF được gọi là mặt trượt cơ bản còn góc θ là góc trượt Góc trượt

là một thông số đặc trưng cho hướng và giá trị của biến dạng dẻo trong miền

tạo phoi Nếu chiều dày lớp kim loại bị cắt là a, chiều dày phoi là af ta có hệ

số cắt r:

1

cos( ) cos( ) cos cos sin sin

γ

=

Biến dạng dẻo của lớp kim loại bị cắt thể hiện ở chỗ: chiều dài lớp

phoi cắt ra Lf ngắn hơn quãng đường mà dao phải đi L, chiều rộng của phoi bf

khi góc λ < 30P

o P

thay đổi không đáng kể so với chiều rộng cắt b Thể tích của khối kim loại trước và sau khi biến dạng dẻo coi như không đổi, ta có :

1

f f

a L k

Trong đó k là hệ số co rút phoi đặc trưng cho sự biến đổi kích thước

của lớp kim loại bị cắt do biến dạng dẻo Trị số của k phụ thuộc vào các yếu

tố ảnh hưởng đến sự biến dạng của phoi và có giá trị thay đổi trong phạm vi

rộng k = 1÷8 Trừ trường hợp khi cắt các hợp kim titan có k <1

Trong một mức độ nào đó, hệ số co rút phoi có thể đặc trưng cho mức

độ biến dạng dẻo Tuy nhiên hệ số co rút phoi không thể dùng làm tiêu chuẩn

định lượng chính xác cho biến dạng dẻo, vì khi hệ số co rút phoi k =1 thì vẫn

xảy ra biến dạng dẻo Để định lượng biến dạng dẻo có thể dùng độ trượt tương đối (khi xem quá trình trượt lần lượt của các lớp kim loại)

Lí thuyết bền cho ta độ trượt tương đối kt bằng tỉ số giữa độ trượt ∆s

và chiều dày lớp trượt ∆x

Lấy một đoạn phoi có chiều dày ∆x diện tích mặt bên của nó là hình bình hành ABCD Trước khi thành phoi hình bình hành đó chiếm vị trí ABDE (h.1-12) Khi chuyển thành phoi, điểm E chuyển đến D, còn điểm D chiếm vị trí C

Trong tam giác EFA ta có :

EF = ∆x ctgθ Trong tam giác AFD ta có :

FD = ∆x tg(θ - γ)

⇒ kt = ctgθ + tg(θ - γ) (1.5)

Từ công thức (1.5) thấy rằng khi góc trượt nhỏ hoặc khi góc trước nhỏ hoặc âm thì hệ số trượt sẽ lớn Trong các nguyên công cắt thực, hệ số trượt quan sát được lớn gấp hơn 5 lần; do đó so với các quá trình biến dạng và tạo hình, khi cắt kim loại chịu biến dạng lớn hơn

Từ công thức (1.1), (1.3) và từ hình vẽ ta thấy tốc độ trượt của phoi v f

nhỏ hơn tốc độ cắt v, mặt khác khối kim loại duy trì liên tục :

v.a = v f a f

DÔ dàng suy ra :

f

v r v

Hình 1-13: Phoi vụn

- Khi gia công lớp kim loại bị cắt không qua giai đoạn biến dạng dẻo, do tác dụng của dao trong vật liệu gia công phát sinh biến dạng đàn hồi, và ứng suất nén theo phương chuyển động của dao, mặt khác theo phương thẳng góc với chuyển động xuất hiện ứng suất kéo Các yếu tố của phoi bị tách ra chủ yếu do ứng suất kéo Bởi vì vật liệu giòn, là loại vật liệu có ứng suất kéo kém hơn ứng suất nén rất nhiều

- Khi tiện ra phoi vụn lực cắt không ổn định gây nên hiện tượng rung

động bề mặt gia công không đạt độ bóng nên chi tiết gia công không đạt được

độ chính xác cao

- Phoi xếp chịu biến dạng rất lớn, do đó vật liệu gia công bị mất tính dẻo

và được hoá bền phoi xếp thu được khi gia công thép có độ cứng cao hơn độ cứng vật liệu gia công từ 2 đến 3 lần, điều đó chứng tỏ vật liệu đã được hoá bền ở mức độ cao

c.Phoi dây

- Phoi thu được khi gia công vật liệu dẻo ở tốc độ cao, chiều dầy cắt bé, phoi kéo dày liên tục, mặt kề với mặt trước của dao rất bóng, còn mặt đối diện thì hơi bị gợn ở phoi dây khó quan sát mặt trượt như phoi xếp, điều đó chứng

tỏ mức độ biến dạng dẻo khi hình thành phoi dây ít hơn phoi xếp, nói cách khác khi cắt phoi dây dễ dàng hơn phoi xếp

Hình 1-15: Phoi dây

- Như vậy phoi thu được khi gia công kim loại dẻo, có thể làm tiêu chuẩn để đánh giá điều kiện cắt, khi tạo thành phoi dây, lực cắt bé và ít biến

đổi, độ bóng bề mặt đạt được cao hơn khi gia công phoi xếp

- Điều kiện hình thành phoi dây

+Vật liệu dẻo: Đồng thanh hoặc thép mềm có [δb] < 60 KG/mmP

2.

P

+Dao có góc γ >0 S giảm, V tăng, t giảm

- Hình dạng phoi phụ thuộc vào mặt thoát là chủ yếu

- Nếu mặt thoát phẳng ra phoi dây thẳng Nếu mặt thoát cong dạng lòng

mo ra phoi xoắn lò xo hướng xoắn phụ thuộc vào góc λ

+ Nếu λ > 0 phoi xoắn sang phải (phần đã gia công)

+ Nếu λ < 0 phoi xoắn sang trái (phần chưa gia công)

- Quá trình cắt gọt ra phoi dây lực cắt ổn định không gây nên rung động

bề mặt gia công đảm bảo trơn nhẵn tăng độ chính xác cho chi tiết gia công Song không đảm bảo an toàn trong quá trình gia công cho công nhân Để đảm bảo an toàn ta chế tạo thêm bộ phận bẻ phoi

1.2.3 đặc điểm quá trình tạo phoi khi khoan

Quá trình tạo phoi khi khoan giống với quá trình tiện.Mũi khoan có thể coi như là hai dao tiện ghép với nhau bằng lõi hình trụ

Khi khoan vật liệu dẻo nói chung ta có phoi dây, phoi xếp Khi khoan vật liệu giòn ta có phoi mảnh, phoi vụn

Cần phải chú ý rằng không gian thoát phoi khi khoan là nửa kín Phoi thoát ra khó và chậm, thời gian tiếp xúc và ma sát giữa phoi, dao với mặt gia công lâu, hơn nữa dung dịch trơn nguội khó vào khu vực trực tiếp gia công và khi tới vùng cắt thì đã bị phoi làm nóng Do đó nhiệt cắt khi khoan lớn, truyền nhiệt khó khăn, tốc độ khoan không chọn cao được Ngoài ra tốc độ cắt khi khoan khác nhau trên chiều dài lưỡi cắt, ảnh hưởng xấu đến quá trình tạo phoi Mũi khoan khó mài đối xứng hai lưỡi cắt, do đó khi khoan, lỗ khoan thường bị lay rộng

Trong quá trình cắt gọt các phần từ kim loại bị trượt dưới tác dụng của ngoại lực (lực cắt) hướng từ mặt thoát của dao và lớp cắt Kim loại bị biến dạng sự chén ép dẫn tới phá vỡ sự liên kết của các tinh thể kim loại và tách nhau ra khỏi bề mặt gia công tạo thành phoi

β1

Hình 1-16: Sơ đồ quá trình tạo phoi

Quá trình hình thành phoi qua 3 giai đoạn

* Giai đoạn 1: Biến dạng đàn hồi

Khi vật làm quay dao tiếp xúc tạo nên (nếu thôi tác dụng phoi tiếp tục trở lại trạng thái ban đầu), biến dạng này chỉ xảy ra khi lực tác dụng ≤ giới hạn

đàn hồi cho phép)

* Giai đoạn 2: Biến dạng dẻo

Giai đoạn biến dạng dẻo phoi vẫn tiếp tục quay dao vẫn tiếp tục tiến cắt P tăng làm cho lớp kim loại bị lệch trượt lên nhau theo góc β2

* Giai đoạn 3: Biến dạng phá huỷ

Giai đoạn phá huỷ: Chèn đứt tách phoi Khi dao vẫn tiến lực P vẫn tiếp tục tăng làm lớp kim loại lệch trượt lên nhau theo góc β2 và tách khỏi vật gia công gọi là phoi Do ảnh hưởng của sự tiến dao phoi bị bẻ gãy ,đứt và tách ra khỏi vật gia công

1.2.4 nhiÖt c¾t

Năng lượng tiêu hao (công) trong các nguyên công cắt gọt biến thành nhiệt Nhiệt ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất cơ lý của vật liệu gia công, tuổi bền của dao, thay đổi kích thước, giảm chất lượng bề mặt của chi tiết gia công, giảm năng suất cắt v.v

Vì vậy tìm hiểu và nắm vững những vấn đề nhiệt có ý nghĩa rất lớn, vì qua đó giúp chúng ta có thể tìm được những biện pháp hạn chế ảnh hưởng của

nó trong quá trình cắt gọt kim loại

Nguyên nhân sinh ra nhiệt khi cắt

Nhiều kết quả thực nghiệm chứng tỏ rằng, phần lớn công tiêu hao trong quá trình cắt ( > 95%) biến thành nhiệt Nhiệt được sinh ra từ các nguồn :

- Trong miền tạo phoi- Nhiệt sinh ra do công ma sát giữa các phần tử của vật liệu gia công trong quá trình biến dạng

- Trên giao diện giữa phoi với mặt trước của dao- Nhiệt sinh ra do sự truyền công của biến dạng đàn hồi và ma sát ngoài khi phoi trượt trên mặt trước

- Trên mặt sau tiếp xúc với bề mặt gia công- Do sự chuyển đổi công ma sát

- Nhiệt sinh ra do công đứt phoi Nhiệt độ ở vùng cắt phụ thuộc vào nhiệt lượng sinh ra, nhiệt dung, tính chất truyền nhiệt và diện tích tiếp xúc giữa các phần vật thể (phoi-dao-chi tiết gia công) với nhau Ảnh hưởng nhiều hay ít của hai thành phần công nói trên đối với nhiệt lượng sinh ra tuỳ vào điều kiện gia công khác nhau Ví dụ: khi cắt vật liệu dẻo với tốc độ cắt không

lớn lắm ( v < 50 m/ph), nhiệt sinh ra chủ yếu do công tiêu hao làm biến dạng

dẻo Nếu cắt với tốc độ cắt tương đối lớn thì nhiệt sinh ra do cả công tiêu thụ cho biến dạng dẻo và thắng ma sát Còn khi cắt với tốc độ rất lớn thì nhiệt

Khi cắt vật liệu giũn, vỡ biến dạng dẻo rất ớt, nờn lực sinh ra chủ yếu do cụng của lực ma sỏt ở mặt sau của dao và chi tiết gia cụng

Nhiệt độ trung bỡnh khi tiện tỉ lệ với tốc độ cắt và chiều sõu cắt

o P

=kvP a P

sP b

khu vực tiếp xúc

của phoi với mặt

khu vực quanh mặt trượt

Nhiệt sinh ra khi cắt tập trung chủ yếu ở ba khu vực :

- Khu vực tiếp xỳc của phoi với mặt trước của dao (lớn nhất) là do hai nguồn: lực tiếp tuyến trờn mặt trước phụ thuộc hệ số ma sỏt trung bỡnh (ma sỏt ngoài) giữa chi tiết với dao và ma sỏt trong (khỏng lực chống biến dạng đàn hồi) của cỏc lớp biến dạng trong vựng tiếp giỏp giữa phoi với mặt trước của dao

- Khu vực tiếp xỳc của bề mặt gia cụng với mặt sau của dao do lực ma sỏt trờn mặt sau gõy nờn

- Khu vực quanh mặt trượt

Nhiệt ở vựng cắt được truyền vào phoi, dao, chi tiết gia cụng và mụi trường xung quanh (hỡnh 6.1 NL), cú thể biểu thị bằng phương trỡnh sau :

Q = Qf + Qd + Qct + Qmt (6.1)

Trong đú: Q - Tổng nhiệt lượng sinh ra trong quỏ trỡnh cắt

Qf – Lượng nhiệt truyền vào phoi (70 – 86%)

Qd - Lượng nhiệt truyền vào dao (15 – 20%)

Qct - Lượng nhiệt truyền vào chi tiết gia cụng (4%)

Qmt - Lượng nhiệt truyền ra mụi trường (khoảng 1%)

1.3 quá trình mòn của mũi khoan

1.3.1 Quá trình mòn của dụng cụ cắt có lưỡi

Trong quá trình cắt, phoi trượt trên mặt trước và chi tiết chuyển động tiếp xúc với mặt sau của dao gây nên hiện tượng mòn ở phần cắt dụng cụ Mài mòn dụng cụ là một quá trình phức tạp, xảy ra theo các hiện tượng lý hoá ở các bề mặt tiếp xúc phoi và chi tiết với dụng cụ gia công Khi bị mài mòn, dạng và thông số hình học phần cắt dụng cụ thay đổi, gây nên các hiện tượng vật lý sinh ra trong quá trình cắt ( nhiệt cắt, lực cắt….) và ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công Trong quá trình cắt, áp lực trên các bề

mặt tiếp xúc đến lớn hơn rất nhiều so với áp lực làm việc trên các chi tiết máy ( 15 ữ 20 lần ) và dụng cụ bị mài mòn theo nhiều dạng khác nhau đó là

Hình 1-18: Các dạng mài mòn phần cắt dụng cụ

- Mài mòn theo mặt sau ( hình 1-18a )

- Mài mòn mặt trước ( hình 1-18b )

- Mài mòn đồng thời cả hai mặt trước và mặt sau ( hình 1-18c )

- Mòn tù lưỡi cắt ( hình 1-18d )

a Mài mòn theo mặt sau

Dạng mài mòn này được đặc trưng bởi một lớp vật liệu dụng cụ bị tách khỏi mặt sau trong quá trình gia công và được đánh giá bởi chiều cao mòn h ( hình 1-18a ) Trị số mòn h được đo trong mặt cắt theo phương vuông góc với lưỡi cắt từ lưỡi cắt thực tế đến điểm mòn tương ứng ( hình 1-19 )

Mài mòn theo mặt sau thường xảy ra khi gia công với chiều dày cắt nhỏ (a < 0,1 mm ), đối với các loại vật liệu giòn ( gang… )