Nghiên cứu phương pháp xác định độ cứng vững động của máy phay đứng

Mở đầu Cùng với sự lớn mạnh của của nền kinh tế đất nước, ngành cơ khí trong đó cơ khí chế tạo vẫn khảng định thế mạnh của mình với vai trò chủ đạo và không ngừng đáp ứng việc tạo ra nhữ

-

Luận văn thạc sỹ khoa học

Ngành: Công nghệ cơ khí Nghiên cứu phương pháp xác định

độ cứng vững động của máy phay đứng

-

Luận văn thạc sỹ khoa học Nghiên cứu phương pháp xác định

độ cứng vững động của máy phay đứng

Ngành: Công nghệ cơ khí Mã số:

Trần quang thanh Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Trần Văn Địch

Hà nội 2009

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và những kết quả thực nghiệm được nghiên cứu trong luận văn là hoàn toàn thực tế khách quan Những kết quả tương

tự chưa từng được sử dụng để bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ trong việc thực hiện luận văn này

đều đã chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả luận văn

Trần Quang Thanh

Lời cảm ơn

Tôi xin trân trọng cảm ơn thày GS-TS Trần Văn Địch đã tạo điều kiện, hướng dẫn và giúp đỡ rất tận tình trong suốt quá trình nghiên cứu và viết luận văn của mình

Tôi xin cảm ơn các thày cô trong Khoa Cơ Khí trường ĐHBK Hà Nội cung cấp cho tôi những kiến thức cần thiết trong suốt thời gian tôi được học và quá trình thực hiện luận văn

Tôi xin cảm ơn các thày cô trường Cao đẳng công nghiệp Sao Đỏ và các bạn đồng nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ, đóng góp ý kiến để hoàn thành phần thực nghiệm

Tác giả luận văn

Trần Quang Thanh

Mục lục

Trang

Lời cam đoan……….1

Lời cảm ơn……… 2

Mở đầu……… 5

Chương 1: Tổng quan về nguyên công phay……… 7

1.1 Khái niệm về qúa trình cắt kim loại……… 7

1.2 Một số vấn đề về gia công phay……….8

1.2.1 Khái niệm chung về cấu tạo dao phay……… 10

1.2.2 Các loại dao phay……… 12

I.2.3 Dao phay mặt đầu – Các đặc trưng cơ bản khi gia công…… 13

1.2.4 Lực cắt trong quá trình phay bằng dao phay mặt đầu…………20

1.2.5 Xác định công suất cắt ……….23

1.2.6 ảnh hưởng của các yếu tố khác đến lực cắt khi phay 24

1.2.7 Hiện tượng mài mòn của dao phay mặt đầu khi cắt ………….26

1.3 Những hiện tượng vật lý xảy ra trong quá trình phay………… 34

1.3.1 Nhiệt cắt……… 34

1.3.2 Hiện tượng rung động trong quá trình cắt……….35

1.3.3 Hiện tượng cứng nguội trong quá trình gia công……… 36

1.3.4 Tuổi bền và tốc độ cắt khi phay……… 36

Chương 2: Giới thiệu về máy phay………38

2.1 Các loại máy phay………38

2.2 Giói thiệu về máy phay đứng………39

2.2.1 Máy phay đứng vạn năng……… 39

2.2.2 Máy phay đứng điều khiển theo chương trình số……… 40

2.3 Thông số kỹ thuật của một số loại máy phay………41

2.4 Khả năng công nghệ của máy phay đứng……… 46

2.4.1 Phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu………46

2.4.2 Phay mặt phẳng nghiêng và góc nghiêng……… 47

2.4.3 Phay hốc, bậc, rãnh bằng dao phay ngón……….48

2.4.4 Phay rãnh then bằng dao phay ngón trên máy phay rãnh then tự động……… 49

2.4.5 Phay rãnh chữ T………50

Chương 3: Nghiên cứu độ cứng vững của hệ thông công nghệ……… 51

3.1 Lý thuyết độ cứng vững……… 51

3.2 ảnh hưởng của biến dạng hệ thống công nghệ đến sai số gia công trong một số trường hợp……… 56

3.2.1 ảnh hưởng của biến dạng hệ thống công nghệ khi tiện…… 56

3.2.2.ảnh hưởng của biến dạng hệ thống công nghệ khi phay……64

Chương 4: Thí nghiệm, xác định độ cứng vững của máy phay đứng…67 4.1 Mô hình xác định độ cứng vững bằng thực nghiệm………67

4.1.1 Xác định độ cứng vững tĩnh……… 67

4.1.2 Mô hình xác định độ cứng vững động……… 68

4.2 Thí nghiệm xác định độ cứng vững động của máy phay đứng…70 4.2.1 Hệ thống thí nghiệm……….70

4.2.2 Tiến hành thí nghiệm………70

Kết luận và kiến nghị……… 85

Tài liệu tham khảo 87

Phụ lục: Một số hình ảnh làm thực nghiệm tại Trường Cao đẳng công nghiệp Sao Đỏ……….88

Mở đầu

Cùng với sự lớn mạnh của của nền kinh tế đất nước, ngành cơ khí trong

đó cơ khí chế tạo vẫn khảng định thế mạnh của mình với vai trò chủ đạo và không ngừng đáp ứng việc tạo ra những sản phẩm chất lượng tốt, độ tin cậy cao

Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng tới độ chính xác gia công như: Độ chính xác của thiết bị công nghệ, kiến thức công nghệ, vật liệu gia công, vật liệu làm dụng cụ cắt, các thông số cắt, công nghệ bôi trơn v.v

Tất cả các yếu tố trên đều phản ánh vào những đặc trưng trong quá trình gia công đó là: rung động, chuyển vị tương đối giữa dao với chi tiết gia công và biến dạng mà được nâng thành lý thuyết về độ cứng vững

Đã có khá nhiều lý thuyết về độ cứng vững của hệ thống công nghệ trong gia công cắt gọt kim loại, song việc kiểm nghiệm, cách thức tiến hành thực nghiệm và đưa ra những số liệu cụ thể lại là một vấn đề thời sự nóng hổi và rất cần thiết

Trong các loại máy công cụ thì máy phay có vị trí rất cơ bản vì nó gia công những sản phẩm đặc trưng của ngành chế tạo máy, do đó em chọn đề tài của luận văn là “ Nghiên cứu độ cứng vững của máy phay đứng”

* Cơ sở khoa học của đề tài:

 Lý thuyết cắt gọt kim loại

 Lý thuyết về độ cứng vững

* Mục đích của đề tài:

Xác định độ cứng vững động của máy phay đứng bằng thực nghiệm

* Nội dụng của luận văn bao gồm:

Chương 1: Tổng quan về nguyên công phay

Chương 2: Giới thiệu về máy phay

Chương 3: Nghiên cứu độ cứng vững của hệ thống công nghệ

Chương 4: Thí nghiệm, xác định độ cứng vững của máy phay đứng

Kết luận và kiến nghị

Trong quá trình làm luận văn, em đã rất cố gắng tìm tòi nhiều tài liệu liên quan đến đề tài, nghiên cứu khá kỹ lý thuyết cắt gọt kim loại của quá trình phay, nghiên cứu lý thuyết độ cứng vững của các nguyên công khác như: Tiện, phay, Đặc biệt đã tiến hành gia công, thực nghiệm kiểm tra bằng những phương pháp khác nhau trên các thiết bị đo hiện đại để đưa ra các số liệu trung thực nhất Kết quả đã chứng minh và làm sáng tỏ lý thuyết về biến dạng của hệ thông công nghệ Em tin rằng đây cũng là tiền đề để tiếp tục nghiên cứu những

ảnh hưởng khác đến độ chính xác gia công

Do thời gian có hạn và kiến thức còn nhiều hạn chế nên chắc chắn còn những thiếu sót, em rất mong sự chỉ bảo của các thày, sự đóng góp ý kiến của các bạn đồng nghiệp, để bản luận văn được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn

Chí Linh, tháng 9 năm 2009

Tác giả

Trần Quang Thanh

Hình 1-1Mô hình tác động trong quá trình tạo phoi

Chương 1: Tổng quan về nguyên công phay 1.1 Khái niệm về qúa trình cắt kim loại

Quá trình này rất phong phú và cần thiết cho việc gắn liền giữa nghiên cứu với thực tiễn cũng như cho việc trao đổi giữa các nhà khoa học của các nước khác nhau

Việc nghiên cứu này được áp dụng cho tất cả các phương pháp gia công cắt gọt bằng những dụng cụ cắt khác nhau, còn gọi là dụng cụ có lưỡi

Quá trình tạo phoi liên quan trực tiếp đến lực cắt, nhiệt cắt, sự mòn dao, chất lượng bề mặt của chi tiết được gia công

Quá trình tạo phoi được phân tích kỹ trong vùng tác động (Hình 1-1) bao gồm:

1- Vùng biến dạng thứ

nhất: Là vùng vật liệu phôi nằm

trước mũi dao, được giới hạn giữa

vùng vật liệu phoi và vùng vật liệu

phôi Dưới tác dụng của lực tác

động, trước hết trong vùng này

xuất hiện biến dạng dẻo (còn gọi

là vùng biến dạng dẻo thứ nhất)

Khi ứng suất do lực tác

động gây ra vượt quá giới hạn cho

phép của kim loại thì xuất hiện sự

trượt và phoi được hình thành

Vùng tạo phoi luôn luôn di chuyển cùng với dao trong qúa trình cắt 2- Vùng ma sát trượt thứ nhất: Là vùng vật liệu phoi tiếp xúc với mặt trước của dao

3- Vùng ma sát thứ hai: Là vùng vật liệu phôi tiếp xúc với mặt sau của dao

4- Vùng tách: Quá trình cắt kim loại là qúa trình hớt đi một lớp phoi trên

bề mặt kim loại để có chi tiết đạt kích thước, hình dạng và độ nhẵn bóng theo yêu cầu

Các dạng gia công cơ chủ yếu là: Tiện, bào, khoan, phay, mài,v.v Tất cả các dạng gia công này đều được thực hiện trên các máy cắt kim loại bằng các dụng cụ cắt khác nhau như : dao tiện, dao phay, lưỡi khoan v.v

Để thực hiện một quá trình cắt nào đó cần thiết phải có hai chuyển động

là chuyển động chính và chuyển động chạy dao Chuyển động chính trong quá trình tiện là chuyển động quay tròn cuả phôi, còn khi phay chuyển động chính là chuyển động quay của dao

Chuyển động chính là chuyển động tạo ra tốc độ cắt

Chuyển động động chạy dao khi tiện là tịnh tiến của dao theo phương dọc hoặc ngang

Chuyển động chạy dao khi phay là chuyển động tịnh tiến của bàn máy mang vật gia công theo phương dọc, ngang hoặc thẳng đứng

Tốc độ của chuyển động chính luôn lớn hơn tốc độ của chuyển động chạy dao Trong quá trình cắt kim loại, các bề mặt mới được hình thành do các lớp bề mặt biến dạng và được hớt dần với sự tạo thành phoi Phôi và dao được kẹp chặt trên máy Khi cắt vật liệu dẻo, người ta phân biệt các giai đoạn hình thành phoi như sau: Khi mới bắt đầu cắt, dao và chi tiết tiếp xúc với nhau, sau đó lưỡi dao ăn sâu vào kim loại làm vật liệu bị dồn ép Sự lún sâu của lưỡi dao vào vật liệu sẽ thắng lực liên kết giữa lớp kim loại bị hớt đi và phần kim loại còn lại Hiện tượng này dẫn đến sự trượt phân tử phoi đầu tiên Sau đó dao tiếp tục chuyển động và tách những phân tử phoi tiếp theo khỏi kim loại chính Từ đó phoi được hình thành và thực hiện quá trình cắt gọt

1.2 Một số vấn đề về gia công phay:

Là phương pháp gia công cắt gọt, trong đó dụng cụ cắt quay tròn tạo ra chuyển động cắt Chuyển động tịnh tiến của dao thường do bàn máy đảm nhiệm, cũng có khi do cả dao và máy kết hợp Khác với tiện và khoan, các lưỡi cắt của dao phay không tham gia liên tục nên phoi ngắn hơn, gián đoạn nên xuất hiện lực va đập Tuy nhiên ở trường hợp này nhiệt có điều kiện phân tán nên khả năng chịu bền nhiệt tốt hơn

ở nguyên công phay có thể gia công được nhiều bề mặt khác nhau bằng các phương pháp và ứng với các loại dao phay khác nhau (Hình 1-2)

Hình 1-2 Các bề mặt gia công và

1 số loại dao trên máy phay

a, Phay mặt phẳng bậc

bằng dao phay trụ bằng dao phay mặt đầu b, Phay mặt phẳng bậc

c, Một vài loại dao phay ngón

đuôi trụ, đuôi côn d, Phay bậc bằng dao phay ngón trên máy phay đứng đ, Dùng dao phay đĩa khi phay bậc hẹp

e, Phay mặt phẳng bậc bằng dao phay mặt

đầu trên máy phay đứng g, Phay mặt phẳng bậc bằng dao phay mặt đầu trên máy phay ngang

B

Dao phay có cấu tạo bởi nhiều lưỡi cắt nên lực cắt dao động và lưỡi cắt chịu va đập gây ra rung động trong quá trình phay, vì thế máy phay phải có độ bền vững cao Dao phay có nhiều loại khác nhau tuỳ theo công nghệ và theo công dụng như: Dao phay trụ, dao phay mặt đầu, dao phay đĩa, dao phay ngón, dao phay lăn răng, dao phay định hình v.v

Dao phay có thể chế tạo liền hoặc rời phần thân với phần cắt Trong trường hợp này các mảnh dao còn gọi là các mảnh quay được chế tạo theo tiêu chuẩn và được kẹp vào đầu dao nhờ cơ cấu kẹp chặt bằng vít Mỗi mảnh quay có thể có nhiều lưỡi cắt

1.2.1 Khái niệm chung về cấu tạo dao phay

Quá trình phay được thực hiện bằng một loại dụng cụ cắt mà ta gọi là dao phay Các răng của dao phay có thể xếp đặt trên bề mặt hình trụ và cũng có thể nằm ở mặt đầu Mỗi một răng của dao phay là một lưỡi dao tiện đơn giản (Hình 1-3) Thông thường thì dao phay là dụng cụ cắt có nhiều răng, nhưng đôi khi người ta sử dụng dao phay có một răng duy nhất

Phần cắt của dao phay được chế tạo từ thép cácbon, thép gió, hợp kim cứng và vật liệu sứ

Bề mặt, lưỡi cắt và các yếu tố khác của răng dao phay có những tên gọi sau đây (tương tự như các dao tiện):

+ Mặt trước của răng 1, là bề mặt theo đó phoi thoát ra

- Mặt sau của răng 4, là bề mặt hướng vào mặt cắt trong quá trình gia công

Hình 1-3 So sánh dao tiện

và răng dao phay

- Lưng của răng 5, là bề mặt tiếp giáp với mặt trước của một răng và mặt sau của răng cạnh đó Nó có thể là mặt phẳng, gẫy khúc hoặc mặt cong

- Mặt phẳng đầu, là mặt phẳng vuông góc với trục của dao phay

- Mặt phẳng tâm, là mặt phẳng đi qua trục của dao và một điểm quan sát trên lưỡi cắt của nó

- Lưỡi cắt 2, là một đường tạo bởi giao tuyến của hai mặt trước và sau của răng

- Lưỡi cắt chính là lưỡi cắt thực hiện công việc chính trong quá trình gia công ở dao phay hình trụ, lưỡi cắt chính có thể là thẳng (theo đường sinh của hình trụ) nghiêng so với đường sinh hoặc có dạng đường xoắn ốc

ở dao phay mặt đầu cũng giống như dao tiện, người ta phân biệt:

- Lưỡi cắt chính - là lưỡi cắt nghiêng một góc so với trục của dao phay

- Lưỡi cắt phụ- là lưỡi cắt nằm ở mặt đầu của dao phay

- Lưỡi cắt chuyển tiếp - là lưỡi cắt nối các lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ với nhau

Dựa theo bề mặt được mài dao phay, người ta chia kết cấu của răng ra làm hai loại:

- Răng nhọn là răng được mài theo mặt sau

- Răng tù là răng chỉ được mài theo mặt trước

Người ta phân biệt các thành phần của dao như sau:

- Chiều cao (h) là khoảng cách giữa lưỡi cắt và đáy của rãnh, đo trong tiết diện hướng kính vuông góc với đường tâm của dao

- Bề rộng mặt sau của răng là khoảng cách giữa lưỡi cắt và đường giao nhau của mặt sau với lưng của răng, đo trong phương vuông góc với lưỡi cắt

- Bước vòng của răng là khoảng cách giữa các điểm tương ứng trên lưỡi cắt của hai răng liền nhau, được đo theo cung tròn với tâm nằm trên trục dao và trong mặt phẳng vuông góc với trục này Bước vòng của dao phay có thể bằng nhau và cũng có thể không bằng nhau

- Lượng hớt lưng (k) là khoảng cách hạ thấp của đường cong hớt lưng giữa hai lưỡi cắt của hai răng kề nhau

- Rãnh là đường lõm xuống dùng để thoát phoi, rãnh được tạo thành giữa mặt trước của một răng với mặt sau và lưng của răng bên cạnh Rãnh chia ra làm hai loại: rãnh thẳng và rãnh xoắn ốc

Hình 1-4 Dao phay kiểu mới

1.2.2 Các loại dao phay

* Theo tính năng công nghệ người ta chia ra các loại dao phay sau:

 Dao gia công mặt phẳng

 Dao gia công rãnh và rãnh then hoa

 Dao gia công các mặt định hình

 Dao gia công bánh răng và ren

 Dao gia công các mặt tròn xoay

 Dao dùng để cắt vật liệu

* Theo đặc điểm cấu tạo người ta chia ra:

 Theo phương của răng có: Răng thẳng, răng nghiêng, răng xoắn

và răng các phương khác nhau

 Theo kết cấu của răng: răng nhọn, răng hớt lưng (răng tù)

 Theo kết cấu bên trong: dao phay liền, dao phay ghép, dao phay răng chắp, dao phay lắp ráp

 Theo phương pháp kẹp chặt: dao có lỗ, dao phay ngón, dao phay

có đuôi hình trụ hoặc có đuôi hình côn

* Dao phay kiểu mới:

Kết cấu của dao phay ảnh

hưởng lớn tới khả năng làm việc của

dao và hiệu quả sử dụng chúng

Nhờ kẹp bằng cơ khí, cho phép xoay các mảnh hợp kim cứng, mà thay

đổi các lưỡi cắt và cho phép sử dụng dao phay không cần phải mài lại Sau khi các mảnh này bị mòn hết, ta chỉ việc thay nhanh các mảnh mới Thời gian để hồi phục dao phay giảm xuống rất nhiều Nhà máy chế tạo dao cung cấp cho mỗi dao 8-10 bộ mảnh thay thế

So với các mảnh hàn phải mài, việc sử dụng các mảnh cắt thay thế có những ưu điểm sau đây:

- Tuổi bền cao hơn (cao hơn 30%) do không phải hàn và mài lại (quá trình mài lại làm giảm tính chất cắt của hợp kim cứng)

- Thay đổi nhanh

- Có thể sử dụng hợp kim cứng, có khả năng chống mòn cao (loại hợp kim này dễ bị nứt khi hàn và khi mài)

- Có khả năng mạ một lớp hợp kim chống mòn (cácbit titan, Nitrit titan)

- Tăng nhanh phần trăm hoàn lại khi mài của lớp hợp kim (từ 15-20% đối với dụng cụ hàn, lên tới 90%) đối với dụng cụ dùng mảnh hợp kim thay thế

- Giảm thời gian phụ cần thiết để thay đổi và điều chỉnh dao mòn

- Giảm số loại dao, đơn giản trong việc trang bị dụng cụ

- Có khả năng tập trung sản xuất các bộ phận, thay thế cho các loại dụng

cụ khác nhau (dao tiện, dao phay, dao chuốt )

- Các kích thước và thông số hình học của dao được cố định, điều này

đặc biệt quan trọng đối với các máy điều khiển theo chương trình số

Hình 1-4 là dao phay mặt đầu có lỗ trong với các mảnh hợp kim thay thế Loại dao này dùng để gia công tinh và nửa tinh mặt phẳng chi tiết bằng thép và gang Dao cũng có thể để phay thô chi tiết với lượng dư không quá 5 mm Độ

đảo mặt đầu của các lưỡi dao là 0,02-0,03 mm

Các mảnh hợp kim cứng có lỗ tròn được lắp lỏng trên chốt và dùng đinh vít kẹp chặt xuống mặt tựa của dao (dạng lòng máng) Nhà máy “Dao phay” đã sản xuất các dao phay mặt đầu có đường kính 100mm;125mm và 160 mm với các mảnh hợp kim tròn không mài lại (hợp kim BK và TK) Kết cấu của dao phay cho phép sử dụng toàn chu vi phần cắt của các mảnh hợp kim Nếu sử dụng hợp lí và độ mòn mặt sau ≤ 1,7 mm thì được sử dụng mặt đầu thứ hai của mảnh hợp kim Số lần quay của mảnh hợp kim là 10 -12 khi phay tinh và nửa tinh là 6-

7 khi phay thô Sau khi mảnh hợp kim bị mòn hết, người ta thay thế các mảnh mới Mỗi dao phay có 8-10 bộ mảnh hợp kim cứng thay thế

1.2.3 Dao phay mặt đầu - Các đặc trưng cơ bản khi gia công

1 2.3.1 Khái niệm về dao phay mặt đầu

Dao phay mặt đầu được dùng để gia công các mặt phẳng trên máy phay

đứng và ngang Dao phay mặt đầu khác dao phay trụ ở chỗ là răng của dao phay mặt đầu nằm ở cả bề mặt trụ và mặt đầu Theo kết cấu, dao mặt đầu chia ra làm

2 loại: dao liền và dao chắp có răng lớn và răng bé Các thông số hình học cơ bản của dao phay mặt đầu bao gồm:

Cũng như dao phay trụ, dao

phay mặt đầu được chia ra làm 2 loại

theo chiều quay: dao phải và dao trái

(qui ước theo chiều quay của kim

nhiều răng cùng làm việc đồng thời

Dao phay mặt đầu có các lưỡi dao bằng hợp kim cứng được sử dụng rất rộng rãi Phay mặt phẳng bằng loại dao này có năng suất cao hơn so với dao phay trụ

Mặt khác dao phay mặt đầu thể hiện một cách tường minh nhất các bản chất công nghệ của quá trình phay Khi phay bằng dao phay mặt đầu người ta dễ dàng sử dụng được các dao cắt được chế tạo từ vật liệu có độ bền cao dưới dạng các dao phay răng chắp Chính vì thế khi gia công mặt phẳng người ta thường sử dụng dao phay mặt đầu Khác với dao tiện làm việc liên tục, lưỡi cắt của dao phay mặt đầu làm việc gián đoạn và chịu va đập với tần số va đập bằng tần số góc của trục chính (phay bề mặt liên tục) và chịu lực va đập lớn nhất khi phay thuận Do đó, trong suốt quá trình ở môi trường làm việc cao, lưỡi cắt của dao phay thường bị sứt, vỡ Sự phá hỏng lưỡi cắt này xảy ra không đều trên các răng Các vết nứt thường lớn nên mài rất khó Hơn nữa, dao phay là dụng cụ cắt nhiều lưỡi nên đòi hỏi khá cao về vị trí tương quan của các lưỡi cắt so với tâm dao Một

số dao phay mặt đầu như hình 1-5

Với dao phay mặt đầu có đường kính Ф80 và Ф150 có các yêu cầu sau:

Hình 1-5 Các loại dao phay mặt đầu

Độ đảo hướng kính của lưỡi cắt chính không quá: 0.05 với 2 răng không

kề nhau và 0.08 với 2 răng đối diện

Độ đảo mặt đầu của lưỡi cắt phụ không quá: 0.05

Việc mài sắc dao phay phải được thực hiện trên đồ gá chuyên dùng và máy mài sắc vạn năng Từ các nguyên nhân trên đây ta thấy việc sử dụng dao phay có kết cấu liền hoặc hàn là không hợp lý Hiện nay trên thế giới đã có nhiều những mảnh dao phay mặt đầu ghép vào thân bằng các kết cấu khác nhau (chủ yếu ghép bằng cơ khí)

So với dao phay liền hoặc dao phay hàn thì dao phay mặt đầu ghép mảnh

có các ưu điểm sau:

 Cơ tính cắt của lưỡi cắt cao hơn và cho phép sử dụng các mảnh dao có

độ bền cao

 Tiết kiệm được vật liệu quý hiếm

 Thay thế, phục hồi đơn giản, thuận tiện

 Hiệu quả kinh tế cao

Chọn đối tượng nghiên cứu dao phay mặt đầu răng chắp là trường hợp tổng quát, có khả năng đáp ứng và đón đầu sự phát triển của nguyên công phay

1.2.3.2 Thông số hình học của dao phay mặt đầu

Ngoài một số có kết cấu tương tự như những dụng cụ cắt khác, dao phay mặt đầu còn có một số các thông số và đặc điểm kết cấu khác:

Mỗi răng của dao phay mặt đầu

có 3 lưỡi cắt (Hình 1-6) Khi phay bằng

mặt đầu thì lưỡi 2-3 là lưỡi cắt chính, lưỡi

3-4 là lưỡi cắt phụ, còn lưỡi 2-1 không

làm việc Khi phay mặt phẳng thẳng đứng

bằng lưỡi trên mặt trụ thì chỉ có một lưỡi

1-2 tham gia cắt Lúc này dao phay mặt

đầu làm việc giống như dao phay trụ và

vai trò của góc giống như dao phay trụ

giống như dao tiện (Hình 1-6) Nó chỉ

có một lưỡi cắt chính và một lưỡi cắt

phụ

Ngoài ra để tăng sức bền của lưỡi cắt và tuổi bền của dao, người ta làm thêm một lưỡi cắt nối tiếp có chiều dài f0 bằng khoảng 1-1,5 mm với góc nghiêng hoặc thay bằng cung tròn bán kính r

Góc γ và α0 được đo trong tiết diện chính A-A

Góc γ tại một điểm của lưỡi cắt chính là góc giữa mặt phẳng tiếp xúc với mặt trước và mặt đáy đi qua điểm đó, đo trong tiết diện chính (mặt đáy là mặt phẳng chứa trục dao và điểm đang xét)

Góc α0 tại một điểm của lưỡi cắt chính là góc giữa mặt phẳng tiếp xúc với mặt sau và mặt tiếp xúc tại điểm đó, đo trong tiết diện chính

Góc trước hướng kính γ1 là góc gồm giữa tiếp tuyến với vết của mặt trước

và phương hướng kính tại một điểm của lưỡi cắt đo trong tiết diện mặt đầu

Góc trước hướng trục γ2 là góc gồm giữa tiếp tuyến với mặt trước và phương hướng kính tại một điểm của lưỡi cắt và phương hướng trục đo trong tiết diện chứa véc tơ tốc độ cắt và song song với trục dao phay đo trong tiết diện đó

Mối quan hệ được biểu diễn bằng các biểu thức sau:

Tg γ = tgγ2 cosφ + tgγ1 sinφ

Tg γ1 = tgγ sin φ + tgλ cos φ khi λ > 0

Tg γ1 = tgγ sin φ - tgλ cos φ khi λ < 0 (1.1)

Tg γ2 = tgγ cos φ - tgλ sin φ khi λ > 0

Tg γ2 = tgγ sin φ + tgλsin φ khi λ < 0

Tg λ = tgγ2 sin φ – tgγ1 cos φ khi λ > 0

Tg λ = tgγ2 sin φ + tgγ1 cos φ khi λ < 0

Góc sau trong quan hệ mặt đầu và tiết diện chính có quan hệ sau:

Tg αn = Tg α sinφ / cosλ (1.2)

ở đây: λ là góc nâng của lưỡi cắt chính

1.2.3.3 Các yếu tố của chế độ cắt khi phay và lớp kim loại bị cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu

1 Tốc độ cắt (v): Được tạo thành từ chuyển động chính – là chuyển động tương đối đơn giản của dụng cụ cắt và chi tiết gia công, thường được thực hiện với tốc độ lớn nhất và gây nên quá trình cắt gọt Tốc độ cắt v – là quãng đường

(đo bằng mét) mà một điểm trên lưỡi cắt chính ở cách trục quay xa nhất đi được trong một phút

Để xác định quãng đường mà điểm đó đi được trong một phút, cần phải nhân quãng đường đi được sau một vòng với số vòng quay của dao trong một phút, tức là πDn (mm/ph) Nếu tốc độ cắt biểu thị bằng m/ph, thì công thức tính tốc độ cắt có dạng sau:

π

1000

Lượng chạy dao một răng của dao phay sz (mm/vòng)- là lượng chuyển dịch của bàn máy mang chi tiết so với dao khi dao quay được một răng

Lượng chạy dao một vòng quay của dao phay sV (mm/vòng)- là lượng chuyển dịch của bàn máy mang chi tiết so với dao sau một vòng quay của dao phay Lượng chạy dao một vòng bằng lượng chay dao răng nhân với số răng của dao phay:

S0 = sz.z (1.5) Lượng chạy dao phút SM (mm/ phút)- là lượng dịch chuyển tương đối của bàn máy mang chi tiết so với dao phay trong một phút Lượng chạy dao phút bằng lượng chạy dao một vòng nhân với số vòng quay trong một phút

SM = S0.n = Sz.z.n (1.6)

3 Chiều sâu cắt (t): Là kích thước lớp kim loại bị cắt đo theo phương vuông góc với trục của dao phay ứng với góc tiếp xúc ψ Khi phay bằng dao phay mặt

đầu thì:

+ Phay không đối xứng t được đo ứng với cung chắn góc tiếp xúc ψ

+ Phay đối xứng thì t bằng chiều rộng chi tiết

4 Chiều rộng phay (B): Là lớp kích thước kim loại đo theo phương chiều trục của dao phay Khi phay bằng dao mặt đầu thì chiều rộng phay bằng chiều sâu cắt to ( B =to)

5 góc tiếp xúc: Là góc ở tâm của dao chắn cung tiếp xúc giữa dao và chi tiết

+ Khi phay đối xứng bằng dao phay mặt đầu thì:

6 Chiều dày cắt (a)

Sau khi bàn máy dịch chuyển một lượng SZ thì quỹ đạo của lưỡi cắt dịch chuyển một đoạn từ vị trí 1 đến vị trí 2 và lưỡi dao cắt một lớp kim loại có chiều dày aM Theo hình 1-7: aM = n sin φ = SZ sin φ cos θ

Với Φ là góc nghiêng chính

Hình 1-7 Thông số lớp cắt khi phay bằng dao mặt đầu

Mỗi răng lần lượt tham gia cắt ở tiết diện B- B ứng với θ =

2

Ψ , rồi theo sự chuyển động của lưỡi cắt góc θ giảm dần đến 0 tại tiết diện A-A, rồi lại tăng dần

đến θ =

2

Ψ , khi răng dao thoát khỏi vùng tiếp xúc

Tại tiết diện B-B với θ =

Vì chiều dày cắt biến động nên ta phải tính giá trị trung bình Gần đúng

ta coi chiều dày cắt trung bình tại vị trí ứng với θ =

1.2.3.4 Phay thuận và phay nghịch

Tuỳ theo chiều quay với hướng tiến của dao phay người ta phân biệt hai loại: phay nghịch và phay thuận

Phay nghịch là quá trình phay, khi chiều chuyển động của dao phay và của chi tiết ngược nhau

Phay thuận là quá trình phay khi chiều chuyển động của dao phay và chi tiết trùng nhau (Các dạng này không nghiên cứu sâu α là góc sau đo trong tiết diện vuông góc với trục dao

1.2.4 Lực cắt trong quá trình phay bằng dao phay mặt đầu

1.2.4.1 ý nghĩa của việc xác định lực cắt trong gia công cắt gọt

Việc tiến hành nghiên cứu lực cắt là rất quan trọng Từ lực cắt, ta có thể tính được công suất tiêu hao trong quá trình cắt

Thông qua lực cắt, ta có thể đánh giá được tính gia công của các vật liệu tạo cơ sở xác định chế độ cắt tối ưu cho các loại vật liệu gia công khác nhau ứng với các loại vật liệu dụng cụ khác nhau

Xác định được lực cắt chính xác, cho phép tối ưu hoá thiết kế hệ thống công nghệ, tính và đưa ra được giải pháp và giảm được rung động trong quá trình

cắt, qua đó nâng cao được độ chính xác gia công

Lực cắt khi phay đạt giá trị rất lớn nên đòi hỏi các máy phay có công suất lớn, đặc biệt là các máy phay nhiều trục chính

Lực cắt là nguyên nhân gây biến dạng mà đặc trưng là: "Độ cứng vững

hệ thống công nghệ"

1.2.4.2 Mô hình lực cắt khi phay mặt đầu

Đối với dao phay mặt đầu, vị trí tương đối giữa dao và chi tiết có ảnh hưởng lớn đến tỷ lệ giữa các lực thành phần Cũng như dao phay trụ ta có thể phân tích lực tổng hợp R nằm trong mặt phẳng vuông góc với đường tâm dao khi phay ra các lực như sau: PZ; Pr; Pn; Pđ; Po

Ta có thể phân tích mối quan hệ giữa các lực thành phần với lực vòng PZnhư sau:

Khi phay đối xứng:

Khi phay không đối xứng theo dạng phay thuận

Lực hướng kính PR hướng vuông góc với phương trục chính của máy phay Nó có xu hướng đẩy nghiêng trục gá dao trong quá trình gia công Đồng thời nó còn tao ra các áp lực lên các ổ trục chính của máy phay đứng, do đó gây

ra các mô men ma sát phụ lên ổ Giá trị của lực này dùng để tính sức bền trục gá dao và các ổ trục chính của máy

Lực vuông góc với phương chuyển động Pđ (Py) Đối với phay mặt đầu (không đối xứng) gây nên các biến đổi cơ tính lớp bề mặt đã gia công Khi phay mặt đầu, giá trị lực Pđ được xác định tính toán lực kẹp chi tiết khi gia công

Thành phần lực nằm song song với phương chạy dao PN(PX) còn được gọi

là lực chạy dao Tuỳ theo phay thuận hay phay nghịch mà nó có tác dụng tăng hay khử độ dơ của cơ cấu truyền động vít me đai ốc Khi tính toán đồ gá kẹp chi tiết và cơ cấu chạy dao người ta dựa theo lực này

Hình 1-8 Lực cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu

Trong trường hợp phay mặt đầu đối xứng: Dấu cộng ứng với trường hợp phay nghịch, dấu trừ ứng với trường hợp phay thuận

Khi biết giá trị của pz, pn và pd ta có thể tính được giá trị của pr

Trong quá trình cắt, lực cắt tác dụng lên từng răng luôn luôn thay đổi phụ thuộc vào sự thay đổi của diện tích cắt Ta có thể tính các lực cắt thành phần tức thời tác dụng lên từng răng dao tham gia cắt trong cung tiếp xúc ψ Tổng các thành phần lực cùng tên đó chính là lực tác dụng lên toàn thân dao trong những phương đã xác định

Trong trường hợp tổng quát khi phương của lưỡi cắt dao phay mặt đầu hợp với phương trục dao phay một góc là ω thì lúc này lực cắt tổng quát Q sinh

ra trong quá trình cắt được biểu diễn như sau:

Q = R + P0Trong đó P0 – lực theo phương dọc trục của dao phay Lực này có tác dụng đẩy dao phay lên khỏi bề mặt gia công, tác dụng nên ổ đỡ của đầu trục máy phay Trong thực tế thì thành phần này ảnh hưởng lớn đến qúa trình gia công nên trong quá trình nghiên cứu thường đề cập đến thành phần lực này

1.2.4.3 Xác định lực tiếp tuyến khi phay bằng dao phay mặt đầu

Cơ sở thành lập công thức tính đối với dao phay mặt đầu cũng giống như dao phay trụ:

Pi = q.fiQuan hệ giữa lực cắt đơn vị q và kích thước lát cắt khi phay cũng như các dạng gia công khác:

P = C.B(.Sinφ)m SZ(m+1) ∑cosθi (m+1) (1.23) Trong đó: C – Hệ số lực cắt đại lượng cố định phụ thuộc vật liệu gia công và trị số góc trước của dao

ai – Chiều dày lát cắt tức thời của răng thứ i (m-m)

B – Chiều rộng phay (mm)

Góc tiếp xúc tức thời tại thời điểm đang xét của răng thứ i trong cung tiếp xúc

m- Số mũ (m <0) nói lên mức độ ảnh hưởng của chiều dày cắt a đến lực cắt, phụ thuộc vào tính chất vật liệu gia công, lượng mòn dao và dung dịch trơn nguội

Các giá trị C và m có thể lấy gần đúng theo bảng

Lực cắt chính và giá trị là lực tiếp tuyến PZ – thay đổi về giá trị trong quá trình cắt và chỉ trong trường hợp phay ổn định tại điều kiện biết trước, các dao động của lực cắt sẽ rất nhỏ Giá trị của các lực này tiến gần đến giá trị trung bình của chúng PZTb

Các lực này xác định thông qua áp lực cắt riêng q (q- áp lực lên 1mm2diện tích cắt, có thể gọi là lực cắt đơn vị)

Lực cắt đơn vị là tỷ số của lực tiếp tuyến và diện tích cắt tương ứng

Cũng như tiện, khi phay, q là đại lượng thay đổi, phụ thuộc vào vật liệu gia công vào kích thước phoi cắt và các thông số khác riêng đối với nguyên công phay, tính toán sẽ phức tạp do bề dày phoi thay đổi liên tục trong quá trình cắt, gây nên tải trọng tác động lên dao phay luôn thay đổi

Khi tính toán thực tế thường đòi hỏi giá trị P Ztb thì nó tìm được theo công thức sau:

Trong đó:

atb – bề dày trung bình của lát cắt (mm)

Ftb – Diện tích trung bình của lát cắt (mm2)

Thay vào công thức giá trị Pztb từ (1.26) và v=π.D.n/1000 ta được:

1.2.6 ảnh hưởng của các yếu tố khác đến lực cắt khi phay

1.2.6.1 ảnh hưởng của vị trí tương quan giữa dụng cụ và chi tiết gia công:

Vị trí tương quan giữa dao và chi tiết gia công có ảnh hưởng đáng kể đến lực cắt khi phay Thể hiện rõ nhất là đối với lực chạy dao (lực bước tiến) Tại các

vị trí khác nhau của răng dao so với chi tiết gia công:

Ví dụ trên hình 1-8 dẫn ra ba trường hợp phay mặt đầu mà lực bước tiến

Px khác nhau rõ rệt (đường kính dao phay φ = 100mm; chiều sâu phay t = 60mm; số răng z = 9)

Trường hợp 1: Phay không đối xứng khi trục đối xứng của dao phay và

cung tiếp xúc Góc xác định vị trí tương đối giữa các răng với trục x lần lượt là ε1

= 530, ε2 = 370 và θ1 = 370; θ2 = 770 Tại thời điểm khi vào ăn dao, lực bước tiến

Pn được tính theo công thức (coi gần đúng Pn = 0,5.pz); vật gia công không trùng nhau, lúc này phay nghịch Góc tiếp xúc ψ = 770; khi đó có hai răng đang cắt trong

pn = q.f1 (cos370 + 0,5sin 370) + q.f2 (cos770 + 0,5.sin770)

Trong đó: q là lực cắt đơn vị (N/mm2);

f1 = B.sz.cos530

Pn = 1,35q.BSzVào thời điểm ra khỏi vùng tiếp xúc góc:

ε1 = -240, ε2 = 160

θ1 = 1140, θ2 = 740

Với các tính toán như trên ta có có được:

Đặc biệt khi làm việc một răng có dao động lực Pn và cung tiếp xúc lớn Lúc này lực bước tiến thay đổi không những về giá trị và còn về dấu, điều này còn ảnh hưởng đến tuổi thọ của dao và chất lượng bề mặt gia công

1.2.6.2 ảnh hưởng của thông số công nghệ đến lực cắt khi phay:

c Khi tăng chiều sâu phay t lực tiếp tuyến tăng mạnh hơn so với tăng lượng chạy dao Sz Bằng thực nghiệm ta có thể tìm ra giá trị xp ≈ 1,1 ữ 1,4

d ở tốc độ cắt v cố định, lực cắt Pz giảm khi tăng đường kính dao D, vì rằng lúc này giảm bề dày cắt và diện tích cắt ảnh hưởng của D đến Pz đối với từng dạng phay (phay đối xứng, phay không đối xứng) cũng như nhau Dao phay mặt đầu khi phay không đối xứng qp = 0,86; còn đối với phay mặt đầu phay đối xứng thì qp = 1

1.2.6.3 ảnh hưởng của thông số hình học của dao đến lực cắt khi phay:

Khi thay đổi các thông số hình học của dao thì lực cắt cũng thay đổi theo Lực cắt và công suất cắt giảm đáng kể khi tăng góc trước γ ở phay nghịch khi cạnh cắt của răng cắt vào kim loại gia công, bóc phoi bắt đầu từ a=0 thì độ sắc của cạnh cắt có ý nghĩa rất lớn Bằng thực nghiệm người ta thấy rằng, khi làm việc nếu dao bị mòn lực cắt và công suất cắt nâng lên 40% so với trạng thái làm việc khi dao được mài sắc

Khi tăng góc trước, không những làm phoi biến dạng ít mà còn làm cho phoi dễ trượt và dễ thoát trên mặt trước, do vậy làm lực cắt giảm xuống ảnh hưởng của thay đổi góc trước đối với lực pn lớn hơn so với lực cắt pz

Góc nghiêng chính ϕ tăng dẫn đến diện tích cắt sẽ giảm đi, do vậy lực cắt cũng giảm đi

Trong thực tế tính toán, người ta thường đưa vào các hệ số điều chỉnh kγ

và kϕ để kể đến ảnh hưởng của các thông số hình học của dao đến lực cắt khi phay

1.2.6.4 ảnh hướng của vật liệu dao và vật liệu gia công đến lực cắt khi phay

 ảnh hưởng của vật liệu gia công:

Tính chất cơ lý của vật liệu gia công có ảnh hưởng nhiều đến lực cắt Khi gia công vật liệu giòn thì lực cắt thấp hơn vật liệu dẻo

 ảnh hưởng của vật liệu dao:

ảnh hưởng của vật liệu làm dao đến lực cắt chủ yếu là do sự thay đổi của

hệ số ma sát Đối với dao làm bằng hợp kim cứng thì lực cắt sản sinh ra nhỏ hơn khi dùng dao làm bằng thép gió

1.2.6.5 ảnh hưởng của điều kiện cắt đến lực cắt trong quá trình phay:

 ảnh hưởng của dụng dịch trơn nguội:

Tưới dung dịch trơn nguội sẽ làm giảm lực cắt, hoạt tính của dung dịch càng cao thì lực cắt giảm càng nhiều Dung dịch trơn nguội có tác dụng giảm hệ

số ma sát, giảm nhiệt giữa phoi và vật liệu gia công

1.2.7 Hiện tượng mài mòn của dao phay mặt đầu khi cắt

1.2.7.1 Sự mài mòn của dao

Mài mòn của dụng cụ cắt là một quá trình phức tạp xảy ra kèm theo những hiện tượng lý hoá ở nơi tiếp xúc của dụng cụ cắt với phoi và vật liệu gia công

Khi mài mòn, hình dạng của dao, lực cắt, mức độ biến dạng dẻo của lớp

bề mặt bị thay đổi, do đó cơ tính lớp bề mặt, nhiệt cắt bị thay đổi

Sự mài mòn dụng cụ cắt xảy ra trong điều kiện khốc liệt hơn nhiều so với

sự mài mòn của chi tiết máy Do vậy, khi cắt các dao cắt phải chịu áp lực pháp tuyến lớn So với các chi tiết máy làm việc thì áp lực của dao tăng từ 300 ữ 400 lần và nhiệt độ tập trung vào một diện tích rất bé

Có nhiều hình thức mài mòn dụng cụ cắt, tuỳ theo điều kiện cắt, tính chất vật liệu gia công và vật liệu làm dao mà dụng cụ cắt có thể bị mài mòn theo những hình thức sau đây:

Mài mòn theo mặt sau (hình 1-9 a)

Hình 1-9 Các dạng mài mòn phần cắt dụng cụ

Tốc độ mài mòn của dao phụ thuộc và rất nhiều các thông số hình học của dao Do đó góc độ của dao phải được lựa chọn sao cho trong quá trình làm việc dao bị mài mòn ít nhất

1.2.7.2 Các cơ chế mài mòn lưỡi cắt của dụng cụ gia công

Tuỳ thuộc vào điều kiện cắt khác nhau mà dụng cụ cắt gọt bị mài mòn Theo những cơ chế sau đây: Mài mòn do dính, mài mòn do cào xước, mài mòn do khuyếch tán, mài mòn do ăn mòn hoá học

 Mài mòn do cào xước

Khi cắt với tốc độ cắt thấp, sự mài mòn chủ yếu xảy ra do kết quả ma sát giữa mặt trước của dụng cụ với phoi và giữa chi tiết với mặt sau của dao Một số trường hợp, độ cứng của một số tạp chất có trong vật liệu gia công còn cao hơn

độ cứng của vật liệu làm dao, nên trong quá trình cắt chúng cào xước bề mặt dụng cụ tạo thành những rãnh song song theo phương thoát phoi Phần lớn thép hợp kim dụng cụ bị mài mòn theo dạng này

Mòn do cào xước một quá trình rất phức tạp, do đó có rất nhiều biểu đồ mòn của dụng cụ Thí dụ, mòn có thể xảy ra như sau: Khi dịch chuyển tương đối phần rắn 1 của dụng cụ theo bề mặt kim loại bị mềm hoá sẽ tách ra một vảy mỏng dưới dạng phoi

Phoi bị tách ra tự biến dạng và làm hoá cứng rất nhiều phần tử cứng hơn phần tử 1 ở tiết diện 2-3 và cuối cùng bị bật ra Thép nhóm austenits có đặc tính rất dễ hoá cứng Như vậy, kết quả biến dạng ở phoi xuất hiện chuyển pha với sự tách ra các hạt nhỏ Cacbit làm mòn bề mặt ma sát Do ảnh hưởng của áp suất và nhiệt độ cao đạt trị số rất lớn ở các đoạn cục bộ trên các bề mặt ma sát tạo ra các lớp ôxit rất mỏng Các màng mỏng ôxit này có ảnh hưởng rất lớn đến mòn

ở mối ghép chặt chúng bảo vệ các mặt ma sát tốt làm giảm độ mòn của chúng

ở mối ghép lỏng, chúng sẽ bị tách ra ở dạng bụi cực nhỏ, bụi này làm tăng ma sát và mòn các bề mặt làm việc Vì thế các đặc tính của tính chất cơ lý của kim loại vẫn chưa thể xác định được hoàn toàn khả năng mài mòn của dụng

cụ Trong mối quan hệ này chỉ số quan trọng nhất là cấu trúc của vật liệu Khả năng chịu mài mòn của thép các bon lớn khi tăng hàm lượng Các bon ở thép hợp kim do tăng các phần tử cacbit: vonfram, moliden, mangan, vanani và crôm (mài mòn sẽ tăng)

 Mài mòn vì nhiệt:

ở tốc độ cắt tương đối cao, khi nhiệt độ đạt đến một giá trị nào đó, cấu trúc tế vi của các lớp bề mặt dao thay đổi có độ bền giảm đi dẫn tới dao chóng bị mòn

 Mài mòn vì ôxy hoá:

ở tốc độ cắt cao, những lớp trên của bề mặt làm việc của dao có thể bị

ôxy hoá Lớp này giòn nên dễ bị phá huỷ và quá trình phá huỷ cứ tiếp tục như vậy xảy ra Dạng mài mòn như vậy gọi là mòn do ôxy hoá

 Mài mòn vì dính:

Một trong những dạng mài mòn của dụng cụ thường gặp nhất là dạng mài mòn vì dính Khi cắt do áp suất và nhiệt độ cao, phoi cắt thoát ra dính vào mặt trước của dụng cụ Khi chuyển động phoi sẽ dứt đi từng mảng nhỏ ở mặt trước của dao Kết quả là trên mặt trước của dao xuất hiện những vết lồi lõm

Đây là dạng mài mòn vì dính

Cơ chế mòn do dính: Các bề mặt tiếp xúc của phoi và cạnh trước của dao không phải là phẳng lý tưởng mà khi tiếp xúc chúng chỉ chạm nhau ở các phần lồi Điều này gây nên tải cục bộ lớn, phá hỏng màng mỏng ô xít bảo vệ mà kết quả xảy ra hàn nguội kim loại của phoi với dụng cụ ở chỗ thực sự có tiếp xúc

Điều này rõ hơn ở nhiệt độ thực sự tương đối cao gây biến dạng cục bộ và phá huỷ mảng mỏng bảo vệ Khi phoi chuyển động liên tục trên dao ở các chỗ tiếp xúc xuất hiện ứng suất cắt và do vậy ở mặt trước của dụng cụ, bứt ra các vật kim loại rất mỏng Khả năng bứt ra do tính không đồng nhất của vật liệu dụng cụ có trên bề mặt của nó Một số các đoạn bị mềm và bởi sự thay đổi tương quan của các vật liệu gia công với vật liệu chế tạo dụng cụ trong quá trình cắt ở các nhiệt

độ cắt khác nhau

Mòn dính xảy ra khi gia công không những ở các vật liệu dẻo mà còn ở các vật liệu giòn, như thép tôi và gang Khi gia công các vật liệu cứng và giòn bằng các dao hợp kim cứng và gốm, do độ cứng của thép tôi và gang Xêmentít kém hơn so với Cacbit vonfram, Titan vốn là các cấu thành của hợp kim cứng, nên vẫn có hiện tượng mài mòn do dính xảy ra

Tại vùng tiếp xúc giữa 2 bề mặt kim loại có thể xảy ra quá trình cắt khác nhau Nếu độ bền hàn nhỏ hơn độ bền của bản thân kim loại thì quá trình cắt

được thực hiện theo bề mặt của bản thân chỗ ghép, lúc này lượng mòn sẽ không

đáng kể

Khi mối liên kết hàn bền hơn hai lớp kim loại thì quá trình cắt sẽ xảy ra

ở môi trường vật liệu mềm hơn Vật liệu dụng cụ thường cứng hơn vật liệu gia công và dĩ nhiên lát cắt sẽ ăn sâu hơn vào vật liệu gia công Song trường hợp này

có thể có các vết rạch vào phần tử của vật liệu dụng cụ cắt

Trong tính toán lý thuyết về mòn dính, có nghĩa là tính lượng kim loại bị bứt ra trên đoạn dài hành trình L được lấy định hướng (tương đối) vì rằng, độ dày của lớp các phần tử bị tróc ra tỷ lệ thuận với ứng suát tiếp xúc và tỷ lệ nghịch với

độ cứng của dụng cụ Khi đó quy luật có thể biểu thị bằng công thức gần đúng

Trong đó:

v.T= L- hành trình của dụng cụ có thể gia công

v- tốc độ cắt

T- thời gian làm việc của dao đến lúc bị cùn

H1: độ cứng của vật liệu dụng cụ

H2: Độ cứng của lớp tiếp xúc của phoi

Z: (số mũ) bậc thay đổi cường độ mòn với sự thay đổi độ cứng tiếp xúc

Có thể cho rằng khi thay đổi một số lần tỷ lệ của các độ cứng thì cường

độ mòn sẽ thay đổi gấp hàng trục lần

Công thức (1.32) là gần đúng, nhưng nó thể hiện ảnh hưởng của tỷ lệ của

độ cứng tiếp xúc của vật liệu gia công và dụng cụ đến độ bền của dao Khi tăng tốc độ cắt, hành trình đi được bị giảm nhiều, điều này được giải thích bởi sự dính tăng nhanh ở nhiệt độ cao và sự thay đổi tỷ lệ các độ cứng tiếp xúc

 Mài mòn vì khuếch tán:

Khi cắt bằng dao hợp kim cứng ở tốc độ cắt cao, lúc nhiệt cắt đạt 900 ữ

10000C thì dao thường bị mài mòn vì khuếch tán, một số trường hợp có thể xảy

ra ở nhiệt độ thấp hơn vào khoảng 500 ữ 6000C Điều đó có thể giải thích là do

sự tương tác hoá học giữa vật liệu gia công và vật liệu làm dao Thật vậy, Titan là một trong các thành phần của các vật liệu chịu nóng đồng thời cũng là thành phần của hợp kim cứng (nhóm TK và TTK) Do sự tương tác hoá học như vậy nên khi cắt các nguyên tử của vật liệu làm dao khuếch tán vào phoi và bề mặt chi tiết gia công, kết quả là dao bị mài mòn rất nhanh

Trong quá trình cắt ở nhiệt độ cao (đến 110 ữ 1150∝) tỷ lệ độ cứng tiếp xúc của thép gia công dẻo và dụng cụ hợp kim cứng giảm và mòn do mài mòn, mòn do dính sẽ giảm, do đó tuổi thọ của dụng cụ sẽ tăng Song thực tế ở các điều kiện này xảy ra mòn cưỡng bức ở dụng cụ cắt mặc dù giảm đáng kể lực cắt, (ví

dụ khi gia công vật liệu được nung nóng nhân tạo hay là cắt với tốc độ cắt cực cao)

Phù hợp với quy luật parabol về độ tăng của mòn khuếch tán, tốc độ hoà tan rất cao ở thời điểm khuếch tán Trong quá trình cắt, thời gian tiếp xúc của phoi, bề mặt cắt và dao được tính bằng thành phần phần trăm hay phần nghìn của giây nhưng sự tiếp xúc này luôn ngập vào các vật liệu gia công mới Điều này tạo điều kiện để bắt đầu giai đoạn khuếch tán mạnh, sẽ ảnh hưởng đến cường độ mòn dụng cụ cắt

Đối với dụng cụ gia công bằng gốm Al2O3, do có tính trơ nên dao cắt không bị mòn do khuếch tán nên có thể gia công ở tốc độ cắt rất cao ở nhiệt độ cao

1.2.7.3 Quá trình mòn dụng cụ cắt:

Mòn dụng cụ cắt diễn ra trong quá trình cắt rất đa dạng do điều kiện làm việc của nó cũng rất khác nhau Các điều kiện này có thể thay đổi đột biến phụ thuộc vào vật liệu gia công, vật liệu chế tạo dụng cụ, tốc độ cắt, phương pháp cắt, chất bôi trơn tưới nguội, độ cứng vững của hệ thống công nghệ

Đa phần mòn mặt trước xảy ra khi gia công thép dẻo với lẹo ở đầu bảo vệ cạnh cắt khỏi tác động trực tiếp từ phoi và mặt cắt

Mòn mặt sau nhiều hơn khi tăng góc trước dương cũng như ở các dao có góc sau bé Nó đặc biệt rõ khi gia công các vật liệu giòn, đặc biệt là gang cũng như thép austenit dẻo và các hợp kim có tính đàn hồi lớn Khi gia công thép có khả năng mài mòn lớn, đặc biệt thiêu kết hoá cứng, quá trình biến dạng phân huỷ tạo ra pha cacbit sẽ gây mòn rất nhanh cả mặt trước và mặt sau của dao

Quá trình mòn điển hình của các dao hợp kim cứng cũng như dao thép gió xảy ra theo trình tự như sau: Ban đầu cạnh cắt bị làm tròn, không thể nhìn bằng mắt thường được, nhưng nhìn rõ qua kính hiển vi, ở mặt trước xuất hiện các vết ở dạng dải sáng còn ở mặt sau các cạnh vát hẹp của mòn

Hiện tượng va đập trong quá trình cắt của dao phay mặt đầu đẩy nhanh quá trình phá hỏng dụng cụ cắt, đặc biệt khi bắt đầu vào gia công

Dao mòn nhanh khi làm việc có dao động, lúc này màng ôxit bảo vệ tróc làm mòn nhanh dao mặc dù khi cắt có dao động làm giảm nhiệt độ cắt, độ co ngót của phoi và công suất tiêu hao cho việc cắt gọt

Thông thường độ mòn dụng cụ cắt xảy ra không đồng đều dọc của cạnh cắt Thường mòn nhanh ở đỉnh và đoạn tiếp xúc giữa cạnh cắt và bề mặt gia công Mòn nhanh cạnh cắt ở đoạn tiếp xúc với bề mặt gia công do hoá cứng ở bề mặt này, do lần gia công trước hay do có lớp vỏ cứng; bề mặt vùng mòn nhanh

có thể biểu hiện ở bề dày của lớp bị hoá cứng

1.2.7.4 Tiêu chuẩn mòn dụng cụ:

Mài mòn do mặt sau là dạng mài mòn chủ yếu và dễ đo nhất Do đó thường dùng h3 - kích thước chiều cao của diện tích mài mòn theo mặt sau làm tiêu chuẩn đánh giá mài mòn

Trị số h3- được gọi là độ mòn cho phép hoặc tiêu chuẩn mài mòn

Trong thực tế việc xác định chuẩn hợp lý về độ mòn dao có ý nghĩa quan trọng Chuẩn này được xác lập có tính đến độ chính xác và độ bóng cần thiết của

bề mặt gia công, dạng dụng cụ, kích thước và vật liệu Sẽ là sai khi dùng dao bị cùn cho đến lúc cạnh cắt bị phá huỷ hoàn toàn, điều này không mang lại hiệu quả kinh tế cũng như khái niệm sử dụng Người ta xác định chuẩn quy ước cùn dao, khi đạt đến giới hạn thì nó được dùng để mài sắc lại Cùn dụng cụ cắt là sự mài mòn có liên quan đến các yếu tố công nghệ mang tính quy luật mà thực tế

có thể đo đạc được Các điều kiện này tương ứng với mòn dụng cụ ở bề mặt sau

Khi gia công thô có phoi lớn - tốc độ cắt nhỏ, mòn cho phép ở mặt sau có thể cao hơn, khi gia công thép dao mòn ít ở mặt sau và mòn nhiều ở mặt trước Khi gia công gang thì hiện tượng ngược lại dao mòn nhiều ở mặt sau

Đối với gia công tinh cần đảm bảo độ chính xác của sản phẩm trên cả chiều dài của nó, do đó độ mòn dao hợp lý không nên lấy theo thời gian làm việc của dao mà lấy theo đường đi của dao hoặc theo đơn vị chiều dài của chi tiết gia công Điều này cho phép đánh giá đúng hơn chất lượng sử dụng và khả năng của dụng cụ Khi gia công tinh các chi tiết lớn không nên chia công việc thành bước

mà nên xác lập chuẩn mòn cho một chi tiết hay loại chi tiết

Từ các điều kiện trình bày trên đây có thể rút ra kết luận rằng, tiêu chuẩn mòn hay mức độ mòn dụng cụ là đại lượng quy ước, phụ thuộc vào đặc tính gia công, chế độ cắt, vật liệu của dụng cụ và chi tiết gia công, khi ma sát giữa chi

tiết gia công và dụng cụ cắt chuẩn mòn của dụng cụ có thể tăng rõ rệt đến các kích thước được xác định bởi các trường hợp cụ thể, cách biệt bởi độ cứng vững của hệ thống công nghệ

Trong quá trình sản xuất, nên có các chỉ tiêu khách quan để đánh giá lượng mòn cho phép mà không cần sử dụng dụng cụ đo lượng mòn cho tới khi lưỡi cắt bị phá huỷ hoàn toàn Đã có ý đồ thử nghiệm lấy các chỉ tiêu làm tiêu chuẩn xác định lượng mòn, ví dụ như sự biến đổi của lực cắt trong khi gia công khi dao bị mòn Thực tiễn chứng minh rằng phương pháp này có các nhược điểm Công suất tiêu thụ trong quá trình cắt không hoàn toàn đặc trưng mức độ mòn của dụng cụ Cùng với sự tăng dần độ sâu của vết lõm trên mặt trước của dao, công suất cắt hầu như không thay đổi và nếu tiếp tục mòn trên mặt sau, hiện tượng tróc, lở các cạnh cắt xảy ra mới kéo theo tăng công suất

Trong thực tế sản xuất, để đánh giá mức độ mòn của dụng cụ cắt theo kinh nghiệm, người ta ta cần quan sát các hiện tượng như: mặt phẳng sáng trên mặt cắt, thay đổi dạng phoi và mầu của nó

1.2.7.5 Độ mòn của dao phay mặt đầu:

Dao phay mặt đầu thường cắt phoi có chiều dày lớn, cộng thêm chiều mặt cung tiếp xúc lớn nên thời gian phoi trượt trên mặt trước lâu hơn, vì vậy, dao thường bị mòn cả theo mặt trước và cả mặt sau Khi răng bị mòn, mặt trước có dạng lõm (hình 1-10), và tốc độ mòn càng lớn khi phay cao tốc bằng dao có góc trước âm

Giá trị của góc trước và góc

sau có ảnh hưởng đến độ mòn theo

mặt trước và theo mặt sau

Đối với dao phay mặt đầu có

góc nghiêng chính ϕ< 900 khi đo độ

mòn theo mặt ta dùng đoạn 1-2 làm

chuẩn để đo độ mòn h3

Hình 1-10 Sơ đồ mòn dao phay mặt đầu

Khi gia công các mặt phẳng có chiều dài lớn bằng dao phay mặt đầu, thực tế cho thấy mức độ mòn của dao phay có ảnh hưởng lớn đến độ chính xác của chi tiết gia công, Lúc này đứng trên quan điểm về độ chính xác gia công ta cần có tiêu chuẩn lượng mòn cho phép khác mà độ chính xác của kích thước gia công là tiêu chuẩn xác định lượng mòn này

Cụ thể là độ mòn của dao phay được đo theo phương vuông góc với mặt phẳng gia công, lượng mòn này là một trong những nguyên nhân gây ra sai số của kích thước gia công ∆h (hình 1-10)

Như vậy, ngoài việc đảm bảo độ mòn theo mặt trước và theo mặt sau khi phay để đảm bảo điều kiện cắt gọt bình thường thì độ mòn ảnh hưởng đến độ chính xác gia công cũng cần phải quan tâm tới

1.3 Những hiện tượng vật lý xảy ra trong quá trình phay

cụ gia công, chất lượng bề mặt gia công

Trong quá trình cắt nhiệt được sinh ra bởi các nguyên nhân sau:

 Hiện tượng nội ma sát xuất hiện trong quá trình biến dạng của vật liệu gia công

 Ma sát giữa phoi với mặt trước của dụng cụ gia công

 Ma sát giữa mặt sau của dao và bề mặt chi tiết gia công

Các yếu tố chính ảnh hưởng hiện tượng nhiệt cắt:

Khi tăng tốc độ cắt, nhiệt cắt sinh ra do biến dạng giảm, nhưng nhiệt cắt do ma sát tăng, dẫn tới nhiệt cắt tăng với mức độ chậm hơn tăng tốc độ cắt

Khi áp lực của phoi lên dao tăng Tuy nhiên tăng lượng chạy dao lên

hệ số có rút phoi giảm, tổng công biến dạng tính cho 1 đơn vị thể tích giảm Mặt khác do tăng lượng nhiệt chạy dao, chiều dày dao lớn lên nên điều kiện truyền

nhiệt tốt hơn đồng thời diện tích tiếp xúc giữa dao và phoi mở rộng, khiến cho tăng lượng chạy dao nhiệt cắt tăng lên nhưng không tăng theo tỉ lệ thuận

Chiều sâu cắt t0 ảnh hưởng đến nhiệt cắt ít hơn lượng chạy dao s Khi tăng chiều sâu cắt t0, một mặt tải trọng trên đơn vị chiều dài lưỡi cắt không đổi, mặt khác khi tăng t0, do góc không đổi nên phần chiều dài phần làm việc của lưỡi cắt tuy có tăng nhưng điều kiện truyền nhiệt lại tốt hơn, kết quả nhiệt chạy ít

Khi cắt vật liệu giòn, do công biến dạng bé và lực cắt đơn vị không

đáng kể nên nhiệt cắt thấp hơn vật liệu dẻo

Nhiệt cắt phụ thuộc vào nhiệt dung và đặc biệt phụ thuộc vào tính dẫn nhiệt của vật liệu làm dao và vật liệu gia công

Tăng góc cắt, lực cắt tăng dẫn đến nhiệt cắt tăng, nhưng khi đó góc tăng, điều kiện truyền nhiệt lại tốt hơn Do đó khi tăng góc cắt nhiệt cắt tăng nhưng không tăng tỉ lệ thuận

Tăng góc nghiêng chính, tải trọng có tăng dẫn đến nhiệt cắt tăng nhưng khi đó chiều dài lưỡi cắt tham gia cắt tăng tăng lên điều kiện thoát nhiệt tốt hơn với mức độ cao hơn khi tăng tải trọng do dó nhiệt cắt lại giảm

Dung dịch trơn nguội có tác dụng giảm nhiệt cắt rõ rệt Ngòai tác dụng làm nguội còn có tác dụng bôi trơn làm giảm ma sát trong quá trình cắt

1.3.2 Hiện tượng rung động trong quá trình cắt

Rung động trong suốt quá trình cắt ảnh hưởng nhiều đến độ chính xác và

độ bền của dao và năng suất gia công

Rung động được chia làm 2 loại: Rung động cưỡng bức và tự rung

Hiện tượng rung động cưỡng bức trong quá trình phay được gây ra bởi các nguyên nhân sau đây:

- Do sự không cân bằng của hệ thống đầu dao

- Khi phay xuất hiện sự va đập lúc bắt đầu cắt của răng dao và chiều dày cắt không đều

- Do phôi khi gia công có lượng dư không đều

- Do bộ phận truyền động máy có bộ phận nào đó không cân bằng

Hiện tượng tự rung động khi phay được gây ra bởi các nguyên nhân chủ yếu sau:

+ Do sự thay đổi lực ma sát ở mặt trước và mặt sau của dao trong quá trình cắt

+ Do sự thay đổi tính dẻo của vật liệu gia công trong suốt quá trình cắt + Do sự phát sinh và biến mất của lẹo dao

+ Do sự biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ

1.3.3 Hiện tượng cứng nguội trong quá trình gia công

Dưới tác dụng của lực cắt, cấu trúc mạng tinh thể ở lớp bề mặt vật liệu gia công bị thay đổi do đó dẫn tới tính chất cơ lí tính lớp bề mặt như độ cứng bề mặt ứng xuất dư hiện tượng trên đây gọi là hiện tượng cứng nguội sau quá trình cắt

Sau khi gia công do kết quả lan truyền của biến dạng dẻo nên cấu trúc mặt tinh thể thay đổi do đó lớp bề mặt của chi tiết bị biến cứng

Mức độ cứng nguội xảy ra sau quá trình cắt phụ thuộc vào mức độ biến dạng lớp bề mặt trong quá trình cắt Nói cụ thể hơn mức độ cứng nguội phụ thuộc vào các yếu tố sau:

 Bán kính góc lượn của mũi dao

 Góc trước và góc sau của dao

1.4 Tuổi bền và tốc độ cắt khi phay

Tuổi bền của dao phay là khoảng thời gian giữa hai lần mài lại sau khi mặt sau đã mòn đén giới hạn cho phép

Tuổi bền của dao phay thay đổi trong phạm vi tương đối rộng, nó phụ thuộc vào các yếu tố: tốc độ cắt, kiểu dao, đường kính dao và dạng gia công

Giữa tốc độ cắt và tuổi bền có quan hệ như sau:

V = A m

Đối với dao thép gió m = 0,15 đến 0,33

Đối với dao phay hợp kim cứng m = 0,2 đến 0,6

Tốc độ phụ thuộc vào tuổi bền được tính bằng công thức sau:

Tăng thông số cắt B, t, s sẽ tăng thể tích lớp cắt do đó tăng lực cắt và nhiệt cắt Trường hợp này phải giảm tốc độ cắt

Nếu tăng số răng dao, sẽ tăng đồng thời nhiều răng tham gia cắt tăng lực cắt và nhiệt cắt Trường hợp này cũng phải giảm tốc độ cắt

Khi dùng dung dịch trơn nguội, tốc độ cắt có thể tăng lên rất nhiều

Sử dụng vật liệu gia công khác nhau sẽ ảnh hưởng đến tốc độ cắt được

kể thông qua hệ số điều chỉnh KVL.

Chương 2: Giới thiệu về máy phay 2.1 Các loại máy phay

Tuỳ theo mỗi nước có sự thống nhất các ký hiệu quy ước cho các máy sản xuất ở nước mình (mỗi máy có một số hiệu riêng) ở Liên xô (cũ) số đầu tiên ký hiệu nhóm máy (máy tiện, máy khoan, máy phay, ) số máy thứ hai ký hiệu loại máy, số thứ ba (đôi khi cả số thứ 4) đặc trưng cho kích thước của máy Trong nhiều trường hợp giữa số thứ nhất và thứ hai có thêm chữ cái tiếng Nga Chữ cái đó cho biết là máy đã được cải tiến Đôi khi chữ cái được ghi ở cuối để cho biết phạm vi sử dụng của máy đã được cải tiến (Ví dụ ΓI – Có độ chính xác cao; ΓÊ - có độ chính xác cao và tốc độ lớn; φ - máy điều khiển theo chương trình v.v )

Tất cả các loại máy phay đều thuộc nhóm 6 vì vậy số đầu tiên của ký hiệu số là số 6 Nhóm máy phay được chia ra những loại như sau:

- Máy phay ngang công xôn

- Máy phay ngang công xôn vạn năng

- Máy phay đứng công xôn (Có bàn quay)

- Máy phay đứng công xôn

- Máy phay vạn năng có độ rộng chính xác cao

- Máy phay đứng có bản máy hình chữ thập

- Máy phay giường nguyên công

- Máy phay giừơng một trụ và hai trụ

- Máy phay chép hình có cơ cấu vẽ truyền

- Máy phay chép hình để gia công thể tích

- Máy phay ngang nửa tự động điều khiển theo chương trình để gia công thể tích

- Máy phay ren nửa tự động

- Máy phay rãnh then nửa tự động

- Máy phay nửa tự động có bàn quay trục đứng

- Máy phay chuyên dùng

- Máy phay kiểu trống

- Máy phay mặt đầu

- Máy phay chép hình chuyên dùng

- Máy phay chép hình gia công đinh vít