Bài giảng Kỹ thuật chế tạo máy - ĐH Phạm Văn Đồng

Bài giảng Kỹ thuật chế tạo máy cung cấp một lượng kiến thức có hệ thống, cụ thể, dễ áp dụng giúp cho người đọc nhanh chóng lựa chọn các nội dung về lý thuyết cơ bản nhất trong lĩnh vực công nghệ chế tạo máy, những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng khi gia công cơ khí, nguyên nhân gây sai số trong quá trình gia công, đồ gá gia công cơ. Đồng thời giới thiệu các phương pháp gia công thông dụng để chế tạo ra các dạng bề mặt đạt yêu cầu khác nhau về chất lượng gia công.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG

-  -

TRƯƠNG QUANG DŨNG

(Dùng cho b ậc Đại học – Ngành KT Cơ - Điện tử)

Hiện nay, trong sự nghiệp công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước, chế tạo máy là một ngành quan trọng của nền kinh tế quốc dân được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực công, nông nghiệp Các cán bộ kỹ thuật trong ngành chế tạo máy được đào tạo phải có kiến thức kỹ thuật cơ bản đồng thời phải biết vận dụng những kiến thức đó để giải quyết những vấn đề cụ thể trong thực tế sản xuất cũng như chế tạo, lắp ráp, sửa chữa …

Với mục đích đó, tài liệu này cung cấp một lượng kiến thức có hệ thống, cụ thể, dễ

áp dụng giúp cho người đọc nhanh chóng lựa chọn các nội dung về lý thuyết cơ bản nhất trong lĩnh vực công nghệ chế tạo máy, những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng khi gia công cơ khí, nguyên nhân gây sai số trong quá trình gia công, đồ gá gia công cơ Đồng thời giới thiệu các phương pháp gia công thông dụng để chế tạo ra các dạng bề mặt đạt yêu cầu khác nhau về chất lượng gia công Tài liệu dùng cho SV ngành kỹ thuật Cơ- Điện tử trong việc học tập học phần Kỹ thuật chế tạo máy và cũng là tài liệu tham khảo cho SV các ngành học liên quan

Trong quá trình biên soạn tuy đã cố gắng, nhưng cũng không tránh khỏi những thiếu sót Tác giả mong nhận được những ý kiến đóng góp của bạn đọc và đồng nghiệp Các ý kiến đóng góp xin gởi về tqdung@pdu.edu.vn ; Bộ môn Cơ khí – Khoa Kỹ thuật công nghệ, trường Đại học Phạm Văn Đồng

Nội dung Trang

1.1 Khái niệm về sản phẩm, chi tiết máy, bộ phận, cơ cấu máy và phôi 1

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CẮT GỌT KIM LOẠI 12

2.4 Lựa chọn hình dáng mặt trước và thông số hình học hợp lý của dao

3.3 Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt tới khả năng làm việc của chi tiết

máy

67

Chương 6 ĐẶC TRƯNG CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG 115

Chương 7 THIẾT KẾ QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CƠ 151

CHƯƠNG 1 CÁC KHÁ I NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA CƠ BẢN

1.1 Khái niệm về sản phẩm, chi tiết máy, bộ phận, cơ cấu máy và phôi

+ Nhà máy sản xuất xe đạp, xe máy, ô tô có sản phẩm là xe đạp, xe máy, ô tô

+ Nhà máy sản xuất ổ lăn thì sản phẩm lại là các ổ lăn

1.1.2 Chi tiết máy

Chi tiết máy là đơn vị nhỏ nhất và hoàn chỉnh về mặt kỹ thuật, không thể tháo rời được để cấu tạo nên máy

V í dụ 2: Bánh răng, trục, vít, lốp…

1.1.3 B ộ phận máy (cụm máy)

Bộ phận máy là hai hay nhiều chi tiết máy được liên kết với nhau theo những nguyên lý và quy luật nhất định Nhưng tự nó chưa thể hoạt động độc lập được mà phải lắp ghép hay liên kết vào thành một sản phẩm hoàn chỉnh để hoạt động

Ví dụ 3: Xích, líp, moay ơ…có quy luật làm việc riêng nhưng phải lắp vào xe

đạp mới hoạt động được

1.1.4 Cơ cấu máy

Cơ cấu máy là một tổ hợp gồm hai hay nhiều chi tiết máy để thực hiện một nhiệm vụ xác định

Ví dụ 4: cơ cấu bánh răng di trượt dùng để thay đổi tỉ số truyền giữa hai trục

Một cơ cấu máy có thể là một bộ phận máy, nhưng các chi tiết máy trong một cơ cấu có thể nằm trong các cụm khác nhau

1.1.5 Phôi

Phôi hoặc bán thành phẩm là danh từ kỹ thuật để chỉ vật phẩm được tạo ra từ một quá trình sản xuất này chuyển sang một quá trình sản

xuất khác

Ví dụ 5: Quá trình đúc, là quá trình rót kim loại lỏng vào khuôn, sau khi

kim loại đông đặc trong khuôn ta nhận được một vật đúc kim loại có hình dáng, kích thước theo yêu cầu Những vật đúc này có thể là:

- Sản phẩm của quá trình đúc

- Chi tiết đúc nếu không cần gia công cắt gọt nữa, có thể sử dụng được ngay

- Phôi đúc nếu vật đúc phải qua gia công cắt gọt như tiện, phay, bào

1.2 Quá trình sản xuất, quá trình công nghệ

1.2.1 Quá trình sản xuất

Nói một cách tổng quát, quá trình sản xuất là quá trình con người tác động vào tài nguyên thiên nhiên để biến nó thành sản phẩm phục vụ cho lợi ích của con người

Định nghĩa này rất rộng, có thể bao gồm nhiều giai đoạn Ví dụ, để có một sản phẩm cơ khí thì phải qua các giai đoạn: Khai thác quặng, luyện kim, gia công cơ khí, gia công nhiệt, lắp ráp v.v

Nếu nói hẹp hơn trong một nhà máy cơ khí, quá trình sản xuất là quá trình tổng hợp các hoạt động có ích để biến nguyên liệu và bán thành phẩm thành sản phẩm có giá trị sử dụng nhất định, bao gồm các quá trình chính như: Chế tạo phôi, gia công cắt gọt, gia công nhiệt, kiểm tra, lắp ráp và các quá trình phụ như: vận chuyển, chế tạo dụng cụ, sửa chữa máy, bảo quản trong kho, chạy thử, điều chỉnh, sơn lót, bao

bì, đóng gói v.v Tất cả các quá trình trên được tổ chức thực hiện một cách đồng bộ nhịp nhàng để cho quá trình sản xuất được liên tục

Sự ảnh hưởng của các quá trình nêu trên đến năng suất, chất lượng của quá trình sản xuất có mức độ khác nhau ảnh hưởng nhiều nhất đến chất lượng, năng suất của quá trình sản xuất là những quá trình có tác động làm thay đổi về trạng thái, tính chất của đối tượng sản xuất, đó chính là các quá trình công nghệ

1 2.2 Quá trình công nghệ

Quá trình công nghệ là một phần của quá trình sản xuất trực tiếp làm thay đổi trạng thái và tính chất của đối tượng sản xuất Thay đổi tính chất và trạng thái bao

hàm; Thay đổi hình dạng, thay đổi kích thước, thay đổi tính chất cơ lý hóa của vật liệu và thay đổi vị trí tương quan giữa các bộ phận của chi tiết

Quá trình công nghệ gia công cơ là quá trình cắt gọt phôi để làm thay đổi kích thước và hình dáng của nó

Quá trình công nghệ nhiệt luyện là quá trình thay đổi tính chất vật lý và hóa học của vật liệu chi tiết

Quá trình công nghệ lắp ráp là quá trình tạo thành những quan hệ tương quan giữa các chi tiết thông qua các loại liên kết mối lắp ghép

Ngoài ra còn có các quá trình công nghệ như chế tạo phôi, như qúa trình đúc, quá trình gia công áp lực, vv…

Quá trình công nghệ hợp lý là quá trình công nghệ thỏa mãn được các yêu cầu của chi tiết như độ chính xác gia công, độ nhám bề mặt, vị trí tương quan giữa các

bề mặt, độ chính xác về hình dáng hình học…

Quá trình công nghệ được thực hiện tại các chỗ làm việc

1.3 Các thành phần của quá trình công nghệ

1.3.1 Nguyên công

Nguyên công là một phần của quá trình công nghệ, được hoàn thành một cách liên tục tại một chỗ làm việc do một hay một nhóm công nhân thực hiện đối với một

đối tượng sản xuất không đổi

Ở đây, nguyên công được đặc trưng bởi 3 điều kiện cơ bản, đó là hoàn thành

và tính liên tục trên đối tượng sản xuất và vị trí làm việc Trong quá trình thực hiện quy trình công nghệ nếu chúng ta thay đổi 1 trong 3 điều kiện trên thì ta đã chuyển sang một nguyên công khác

Ví dụ 6: Tiện trục có hình như sau:

Hình 1.1 Chi tiết trục

Nếu ta tiện đầu A rồi trở đầu để tiện đầu B (hoặc ngược lại) thì vẫn thuộc một nguyên công vì vẫn đảm bảo tính chất liên tục và vị trí làm việc Nhưng nếu tiện đầu A cho cả loạt xong rồi mới trở lại tiện đầu B cũng cho cả loạt đó thì thành hai nguyên công vì đã không đảm bảo được tính liên tục, có sự gián đoạn khi tiện các

bề mặt khác nhau trên chi tiết Hoặc tiện đầu A ở máy này, đầu B tiện ở máy khác thì rõ ràng đã hai nguyên công vì vị trí làm việc đã thay đổi

Nguyên công là đơn vị cơ bản của quá trình công nghệ để hạch toán và tổ chức sản xuất Việc chọn số lượng nguyên công sẽ ảnh hưởng lớn đến chất lượng và giá thành sản phẩm, việc phân chia quá trình công nghệ ra thành các nguyên công có ý nghĩa kỹ thuật và kinh tế

Ý nghĩa kỹ thuật: Mỗi một phương pháp cắt gọt có một khả năng công nghệ

nhất định (khả năng về tạo hình bề mặt cũng như chất lượng đạt được) Vì vậy, xuất phát từ yêu cầu kỹ thuật và dạng bề mặt cần tạo hình mà ta phải chọn phương pháp gia công tương ứng hay nói cách khác chọn nguyên công phù hợp

Ta không thể thực hiện được việc tiện các cổ trục và phay rãnh then ở cùng một chỗ làm việc Tiện các cổ trục được thực hiện trên máy tiện, phay rãnh then

thực hiện trên máy phay (Đối với các máy gia công cơ truyền thống)

Ý nghĩa kinh tế: Khi thực hiện công việc, tùy thuộc mức độ phức tạp của hình

dạng bề mặt, tùy thuộc số lượng chi tiết cần gia công, độ chính xác, chất lượng bề mặt yêu cầu mà ta phân tán hoặc tập trung nguyên công nhằm mục đích đảm bảo sự cân bằng cho nhịp sản xuất, đạt hiệu qủa kinh tế nhất

Trên một máy, không nên gia công cả thô và tinh mà nên chia gia công thô và tinh trên hai máy Vì khi gia công thô cần máy có công suất lớn, năng suất cao, không cần chính xác cao để đạt hiệu quả kinh tế (lấy phần lớn lượng dư); khi gia công tinh thì cần máy có độ chính xác cao để đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật

1.3.2 Gá

Trước khi gia công, ta phải xác định vị trí tương quan giữa chi tiết so với máy, dụng cụ cắt và tác dụng lên chi tiết một lực để chống lại sự xê dịch do lực cắt và các yếu tố khác gây ra khi gia công nhằm đảm bảo chính xác vị trí tương quan đó Quá trình này ta gọi là quá trình gá đặt chi tiết

Gá là một phần của nguyên công, được hoàn thành trong một lần gá đặt chi

tiết.Trong một nguyên công có thể có một hoặc nhiều lần gá, tốt nhất nên dùng số

lần gá ít nhất trong một nguyên công

Ví dụ 8: Khi phay bánh răng bằng dao phay định hình, mỗi lần phay một răng,

hoặc khoan một lỗ trên chi tiết có nhiều lỗ được gọi là một vị trí (một lần gá có nhiều vị trí) Còn khi phay bánh răng bằng dao phay lăn răng, mỗi lần phay là một

vị trí (nhưng do tất cả các răng đều được gia công nên lần gá này có một vị trí)

Khi thiết kế qui trình công nghệ cần lưu ý là giảm số lần gá đặt (trong khi vẫn giữ được vị trí cần thiết) bởi vì mỗi một lần gá đặt sẽ gây ra sai số gia công

1.3.4 Bước

Bước cũng là một phần của nguyên công khi thực hiện gia công một bề mặt (hoặc một tập hợp bề mặt) sử dụng một dụng cụ cắt (hoặc một bộ dụng cụ) với chế

độ làm việc của máy duy trì không đổi (v, s, t, không đổi)

Nếu thay đổi một trong các điều kiện như: bề mặt gia công hoặc chế độ cắt (tốc độ, lượng chạy dao hoặc chiều sâu cắt) thì ta đã chuyển sang bước khác

Hình 1.2 Chi tiết trục

Bước có thể là bước đơn giản và bước phức tạp Ví dụ, khi tiên một trục bậc gồm ba đoạn với đường kính khác nhau (bằng một dao) thì ta phải thực hiện ba bước đơn giản Còn khi tiện trục bậc đó đồng thời bằng nhiều dao thì ta có một bước phức tạp

Khi lắp ráp bước được xem là một quá trình nối ghép các chi tiết lại với nhau

để đạt độ chính xác cần thiết hoặc các quá trình khác nhau như cạo sửa then để lắp

nó vào vị trí, lắp một vòng bi trên trục…

Một nguyên công có thể có một hoặc nhiều bước

Ví dụ 9: Cũng là gia công hai đoạn trục nhưng nếu gia công đồng thời bằng

hai dao là một bước; còn gia công bằng một dao trên từng đoạn trục là hai bước

Khi có sự trùng bước (như tiện bằng 3 dao cho 3 bề mặt cùng một lúc), thời

gian gia công chỉ cần tính cho một bề mặt gia công có chiều dài lớn nhất

1.3.5 Đường chuyển dao

Đường chuyển dao là một phần của một bước (hoặc một nguyên công) để hớt

đi một lớp vật liệu có cùng chế độ cắt và bằng cùng một dao

Mỗi bước có thể có một hoặc nhiều đường chuyển dao

Ví dụ 11: Bấm nút, quay ụ dao, đẩy ụ động

Động tác là đơn vị nhỏ nhất của quá trình công nghệ

Hình 1.3 Gia công chi tiết trục

Việc phân chia thành động tác rất cần thiết để định mức thời gian, nghiên cứu năng suất lao động và tự động hóa nguyên công

Ở đây: N - số chi tiết được sản xuất trong một năm

N1 - số sản phẩm (số máy) được sản xuất trong một năm

m - số chi tiết trong một sản phẩm (một máy)

 - Số chi tiết phế phẩm (   3 6%)

 - số chi tiết được chế tạo thêm để dự phòng (β=5÷7%)

Qui trình công nghệ mà ta thiết kế phải đảm bảo được độ chính xác và chất lượng gia công, đồng thời phải đảm bảo tăng năng suất lao động và giảm giá thành Qui trình công nghệ này phải đảm bảo được sản lượng đặt ra Để đạt được các chỉ tiêu trên đây thì qui trình công nghệ phải được thiết kế thích hợp với dạng sản xuất Tùy theo sản lượng hàng năm và mức độ ổn định của sản phẩm mà ta chia ra

ba dạng sản xuất sau:

1.4.1.1 Sản xuất đơn chiếc

Dạng sản xuất đơn chiếc là sản lượng hàng năm ít, thường từ một đến vài chục chiếc Sản phẩm không ổn định do chủng loại nhiều Chu kỳ chế tạo không được xác định

Dạng sản xuất đơn chiếc có những đặc điểm sau:

-Tại mỗi chỗ làm việc được gia công nhiều loại chi tiết khác nhau

- Gia công chi tiết và lắp ráp sản phẩm được thực hiện theo tiến trình công nghệ

- Sử dụng các thiết bị và dụng cụ vạn năng Thiết bị được bố trí theo từng loại và theo từng bộ phận sản xuất khác nhau

Sử dụng các đồ gá vạn năng Đồ gá chuyên dùng chỉ được sử dụng để gia công những chi tiết thường xuyên được lặp lại

- Không thực hiện được việc lắp lẫn hoàn toàn, có nghĩa là phần lớn công việc lắp ráp điều được thực hiện bằng phương pháp cạo sửa

- Công nhân phải có trình độ tay nghề cao

- Năng suất lao động thấp, giá thành sản phẩm cao

Sản xuất đơn chiếc thường được sử dụng trong công nghệ sửa chữa, chế thử…

1.4.1.2 Sản xuất hàng loạt

Sản xuất hàng loạt là dạng sản xuất hàng năm không quá ít, sản phẩm được chế tạo theo từng loạt với chu kỳ xác định, sản phẩm tương đối ổn định

Sản xuất hàng loạt có những đặc điểm sau:

- Tại các chỗ làm việc được thực hiện một số nguyên công có chu kỳ lặp lại ổn định

- Gia công cơ và lắp ráp được thực hiện theo qui trình công nghệ

- Sử dụng các máy vạn năng và chuyên dùng

- Các máy được bố trí theo qui trình công nghệ

- Sử dụng nhiều dụng cụ và đồ gá chuyên dùng

- Đảm bảo nguyên tắc lắp lẫn hoàn toàn

- Công nhân có trình độ trung bình

Ví dụ 12: dạng sản xuất hàng loạt có thể là chế tạo máy công cụ, chế tạo máy

hiện ổn định tại từng địa điểm Xí nghiệp sản xuất hàng khối thường phân chia thành nhiều nguyên công nhỏ

Dạng sản xuất hàng khối có đặc điểm là:

- Sản lượng hàng năm rất lớn

- Sản phẩm rất ổn định

- Trình độ chuyên môn hóa sản xuất cao

Đối với dạng sản xuất này ta phải tổ chức kỹ thuật và công nghệ như sau:

- Trang thiết bị, dụng cụ công nghệ thường là chuyên dùng

- Quá trình công nghệ được thiết kế và tính toán chính xác, ghi thanh các tài liệu công nghệ có nội dung cụ thể và tỉ mỉ

- Trình độ thợ đứng máy không cần cao nhưng đòi hỏi phải có thợ điều chỉnh máy giỏi

- Tổ chức sản xuất theo dây chuyền

Dạng sản xuất hàng khối cho phép áp dụng các phương pháp công nghệ tiên tiến, có điều kiện cơ khí hóa và tự động hóa sản xuất, tạo điều kiện tổ chức các đường dây gia công chuyên môn hóa Các máy ở dạng sản xuất này thường được bố trí theo theo thứ tự nguyên công của quá trình công nghệ

Ngoài ra, cần phải nắm vững các hình thức tổ chức sản xuất để sử dụng thích hợp cho các dạng sản xuất khác nhau

Q = V. (kg)

Ở đây: V- thể tích của chi tiết (dm );

 - khối lượng riêng của vật liệu ( của thép là 7,852kg/dm3;  của gang dẻo

là 7,2kg/dm3;  của gang xám là 7kg/dm3;  của nhôm là 2,7kg/dm3 và  của đồng là 8,72kg/dm3 )

Khi có N và Q dựa vào bảng 1.1 để chọn dạng sản xuất phù hợp

1.4.2 Các hình thức tổ chức sản xuất

Có hai hình thức tổ chức sản xuất:

1.4.2.1 Sản xuất dây chuyền

Trong sản hàng khối và hàng loạt lớn người ta thường dùng phương pháp theo dây chuyền (gia công cơ và dây chuyền lắp ráp) theo phương pháp này các máy được sắp xếp theo thứ tự nguyên công Sau khi hoàn thành việc gia công một nguyên công, đối tượng sẽ chuyển sang máy tiếp theo để thực hiện nguyên công kế

Số máy và năng suất của máy cần tính toán để đảm bảo dây chuyền ổn định, bình thường, không ứ đọng Gia công phải đồng bộ (đảm bảo nhịp sản xuất) Nhịp sản xuất là khoảng thời gian lặp lại của chu kỳ gia công hoặc lắp ráp và được tính theo công thức:

n

T t N

Trong đó: T- Khoảng thời gian làm việc (phút),

N- số đối tượng sản xuất ra trong khoảng thời gian T

1.4.2.2 Sản xuất không dây chuyền

Trong đó mỗi nguyên công được thực hiện độc lập, không liên quan về thời gian, địa điểm làm việc đối với các nguyên công khác, thường dùng cho sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ, năng xuất và hiệu quả sản xuất thấp

CÂU HỎI ÔN TẬP

1 Hãy phân biệt các khái niệm về sản phẩm, chi tiết máy, bộ phận, cơ cấu máy và phôi

2 Quá trình công nghệ là gì? Hãy nêu các thành phần của quá trình công nghệ Cho

ví dụ minh họa

3 Có mấy dạng sản xuất? Hãy nêu đặc điểm, phạm vi ứng dụng của mỗi loại

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CẮT GỌT KIM LOẠI

Gia công kim loại bằng cắt gọt là một phương pháp gia công kim loại rất phổ biến trong ngành cơ khí

Quá trình cắt kim loại là quá trình con người sử dụng dụng cụ cắt để hớt bỏ lớp kim loại thừa khỏi chi tiết, nhằm đạt được những yêu cầu cho trước về hình dáng, kích thước, vị trí tương quan giữa các bề mặt và chất lượng bề mặt của chi tiết gia công

- Lớp kim loại thừa trên chi tiết cần hớt bỏ đi gọi là lượng dư gia công

- Lớp kim loại bị cắt bỏ khỏi chi tiết gọi là phoi cắt

Kinh nghiệm cho thấy rằng: nếu không hiểu biết và vận dụng tốt những kết quả nghiên cứu về cắt gọt thì không có thể tạo ra nền cơ khí chế tạo hiện đại Mặt khác, nếu không có những thành tựu về nghiên cứu cắt gọt thì cũng không thể có việc tính toán thiết kế máy, dao, đồ gá và công nghệ một cách kinh tế

2.1 Những khái niệm cơ bản có liên quan đến quá trình cắt kim loại

2 1.1 Hệ thống công nghệ cần thiết cho gia công cắt

Muốn hoàn thành nhiệm vụ cắt gọt, con người phải sử dụng hệ thống thiết

bị nhằm tách được lớp kim loại thừa khỏi chi tiết, đồng thời phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật đã cho trên bản vẽ

Hệ thống thiết bị dùng để hoàn thành nhiệm vụ cắt gọt được gọi là hệ thống công nghệ Hệ thống công nghệ bao gồm: máy, dao, đồ gá và chi tiết gia công, thường được viết tắt là hệ thống M - D - G - C

Trong đó:

- Máy có nhiệm vụ cung cấp năng lượng cần thiết cho quá trình cắt gọt

- Dao trong hệ thống công nghệ có nhiệm vụ trực tiếp cắt bỏ lớp lượng dư gia

công ra khỏi chi tiết nhờ năng lượng của máy cung cấp thông qua các chuyển động tương đối

- Đồ gá là một bộ phận của hệ thống công nghệ có nhiệm vụ xác định và giữ

vị trí tương quan chính xác giữa dao và chi tiết gia công trong suốt quá trình gia

công chi tiết

- Chi tiết gia công là một thành phần của hệ thống công nghệ - là đối tượng

của quá trình cắt gọt Mọi kết quả của quá trình cắt đều được phản ánh lên chi tiết gia công

Tất nhiên để hoàn thành nhiệm vụ cắt gọt, mỗi bộ phận của hệ thống công nghệ có nhiệm vụ riêng, đồng thời phải có mối quan hệ hữu cơ với nhau

2.1.2 Các ph ương pháp cắt kim loại

Yêu cầu bề mặt gia công rất đa dạng, vì vậy phải có nhiều phương pháp cắt gọt để thoả mãn những yêu cầu đa dạng đó

Xuất phát từ mục đích nghiên cứu sử dụng khác nhau, cách phân loại các phương pháp gia công cũng không giống nhau

- Xuất phát từ nguyên lý tạo hình bề mặt phân ra gia công chép hình, gia công định hình, gia công bao hình

c d

Hình 2 1 Một số phương pháp gia công

a Tiện chép hình theo dưỡng b Tiện định hình bằng dao định hình

c Phay lăn răng bằng phương pháp bao hình d Phay định hình

- Xuất phát từ yêu cầu chi tiết gia công ta có gia công thô, gia công bán tinh, gia công tinh, và gia công bóng

Phổ biến hơn cả là phân loại theo máy gia công Theo cách phân loại này ta có: gia công trên máy tiện, gia công trên máy phay, gia công trên máy bào, gia công trên máy khoan, gia công trên máy mài,

Hình 2.2 Phân loại theo máy gia công

Ngoài ra, còn căn cứ vào bề mặt gia công Ta phân ra: gia công mặt phẳng, gia công mặt trụ ngoài, gia công lỗ, gia công rãnh,

2 1.3 Sự hình thành các bề mặt trên chi tiết trong quá trình cắt

Bất kỳ phương pháp gia công nào, quá trình hớt bỏ dần lớp lượng dư gia công cơ (quá trình cắt) đều hình thành trên chi tiết ba bề mặt có đặc điểm khác nhau Xét tại một thời điểm nào đó trong quá trình gia công (ví dụ khi tiện), ba bề mặt trên chi tiết được phân biệt như hình 1.1

n

t

s

Mặt đã gia công Mặt đang gia công

Mặt sẽ gia công

Vùng cắt

Hình 2.3

Mặt sẽ gia công là bề mặt của phôi mà dao sẽ cắt đến theo qui luật chuyển

động của quá trình cắt Tính chất của bề mặt này là tính chất bề mặt phôi

Mặt đang gia công là mặt trên chi tiết mà lưỡi dao đang trực tiếp thực hiện

tách phoi Trên bề mặt này đang diễn ra các hiện tượng cơ - lý phức tạp

Mặt đã gia công là bề mặt trên chi tiết mà dao đã cắt qua Tính chất của bề

mặt này là phản ánh những kết quả của các hiện tượng cơ - lý trong quá trình cắt

Vù ng cắt là phần kim loại của chi tiết vừa được tách ra sát mũi dao và lưỡi cắt

của dao nhưng chưa thoát ra ngoài Đây là vùng đang xảy ra các quá trình cơ - lý phức tạp

2.1.4 Cá c chuyển động cắt gọt và chế độ cắt khi gia công cơ

Tuỳ thuộc vào phương pháp gia công, tuỳ thuộc vào yêu cầu tạo hình bề mặt, hệ thống công nghệ cần tạo ra những chuyển động tương đối nhằm hình thành nên bề mặt cần gia công

Những chuyển động tương đối nhằm hình thành bề mặt gia công gọi là chuyển động cắt

Những chuyển động cắt gọt được phân làm hai loại chuyển động:

- Chuyển động chính có thể là do các cơ cấu chấp hành khác nhau thực hiện

Ví dụ: do chi tiết thực hiện như trong tiện; do dao thực hiện như trong bào, xọc, khoan, phay,

Để đặc trưng cho chuyển động chính, ta sử dụng hai đại lượng:

- Số vòng quay n (hoặc số hành trình kép) trong đơn vị thời gian Đơn vị đo

tương ứng là vg/ph (hoặc htk/ ph)

- Tốc độ chuyển động chính hay còn gọi là vận tốc cắt (tốc độ cắt) ký hiệu là

v đơn vị là m/ ph Riêng trong mài được lấy đơn vị là m/s

Tốc độ cắt v là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo phương

vận tốc cắt ứng với một đơn vị thời gian (ph)

- Nếu chuyển động chính là chuyển động quay tròn thì giữa vận tốc cắt (v), số vòng quay n (vg/ph) và đường kính chi tiết D (mm) có quan hệ sau:

- Nếu chuyển động chính là chuyển động tịnh tiến, thì giữa vận tốc cắt v (m/ph), số hành trình kép n (htk/ph) và chiều dài hành trình L (mm) có quan hệ sau:

Hình 2.4 Các chuyển động trong quá trình cắt

a quá trình tiện; b quá trình phay

2.1.4.2 Các chuyển động phụ

Chuyển động phụ là những chuyển động tiếp tục tạo phoi Như ta đã biết:

lớp lượng dư là một khối không gian, do vậy để tách hết lớp không gian đó thì số chuyển động tối thiểu phải được thực hiện theo 3 phương của hệ toạ độ không gian vuông góc Như vậy, ngoài chuyển động chính cần phải có hai chuyển động nữa vuông góc với nhau và vuông góc với phương chuyển động chính

Hai chuyển động này trong cắt gọt kim loại gọi là chuyển động chạy dao và chuyển động theo phương chiều sâu cắt

1 Chuyển động chạy dao và lượng chạy dao s:

Chuyển động chạy dao là chuyển động phụ nhằm cắt hết lượng dư trên bề mặt chi tiết Phương chuyển động chạy dao được ký hiệu là s

Để đặc trưng cho chuyển động chạy dao, ta thường dùng các đại lượng sau:

- L ượng chạy dao ký hiệu là s, đơn vị đo là mm/vg hoặc mm/htk

- Tốc độ chạy dao ký hiệu Vs, đơn vị đo là mm/ph

- L ượng chạy dao răng ký hiệu là Sz, đơn vị đo là mm/răng

a L ượng chạy dao s: là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo

phương chạy dao tương ứng với một vòng quay (hoặc 1 hành trình kép) của chuyển động chính Đơn vị đo là mm/vg hoặc mm/htk

b Tốc độ chạy dao Vs: là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết

theo phương chạy dao tương ứng với một đơn vị thời gian, đơn vị đo là mm/ph

c Lượng chạy dao răng Sz: là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo phương chạy dao tương ứng với một lưỡi cắt Đơn vị đo là mm/ răng (đại lượng này thường được dùng khi dao có nhiều lưỡi cắt ví dụ như dao phay, )

Như vậy ta có mối quan hệ giữa các đại lượng Vs, s và Sz như sau:

Vs = s.n = Sz.z.n (mm/ph) (2-3)

z là số răng hoặc số lưỡi cắt trên dao

2 Chuyển động theo phương chiều sâu cắt và chiều sâu cắt t:

Chuyển động theo phương chiều sâu cắt là chuyển động phụ nhằm cắt hết lớp chiều dày lớp lượng dư gia công cơ

Chuyển động chiều sâu cắt là chuyển động gián đoạn được điều chỉnh sau mỗi lần chạy dao

Đại lượng đo chiều sâu cắt là chiều sâu cắt t, là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo phương chiều sâu cắt ứng với mỗi lần chạy dao, đơn vị

đo là mm

Trong cắt gọt kim loại người ta gọi các đại lượng đo chuyển động chính và các chuyển động phụ (v, s, t) là chế độ cắt khi gia công cơ

2 1.5 Lớp cắt và tiết diện lớp cắt

Lớp cắt là lớp kim loại cần hớt bỏ đi ứng với một lần chạy dao

Nếu cắt lớp cắt bằng một mặt phẳng chứa lưỡi cắt và vuông góc với vectơ vận tốc cắt v ta sẽ nhận được những tiết diện lớp cắt (hình 1.5)

Tiết diện lớp cắt có ý nghĩa quan trọng trong công tác nghiên cứu cắt gọt kim loại

Từ hình 1.5 ta nhận thấy rằng: độ lớn của tiết diện lớp cắt (diện tích) được đặc

trưng bởi hai cặp kích thước: (a, b) và (s, t)

Trong đó:

- a là chiều dày lớp cắt, là một kích thước của tiết diện lớp cắt được đo theo

phương vuông góc với lưỡi cắt chính - tính bằng mm

- b là chiều rộng lớp cắt, là một kích thước khác của tiết diện lớp cắt, b chính

là chiều dài cắt thực tế của lưỡi cắt, tính bằng mm

- s và t là hai thông số do các chuyển động phụ

- Chiều cao nhấp nhô, là chiều cao của lớp kim loại còn lại sau khi dao cắt đi

qua với bước tiến s sau một vòng quay của chi tiết

Kí hiệu: H, đơn vị: mm

Chiều cao ảnh hưởng đến bán kính r của mũi dao

+ Khi mũi dao nhọn ( r = 0 )

Gọi fd là diện tích lớp kim loại còn dư không cắt được

2 2

sin

2 16

s r

 

8

s H r

Chiều cao nhấp nhô phụ thuộc vào trị số của lượng chạy dao s, bán kính r

và góc nghiêng chính  và góc nghiêng phụ 1

Bề mặt gia công càng nhẵn và ít nhấp nhô hơn khi tăng r, giảm s,  , 1

Trong thực tế thì H lớn hơn nhiều so với tính toán vì còn trong quá trình cắt còn chịu ảnh hưởng của biến dạng dẻo, biến dạng đàn hồi, rung động…

- Diện tích lớp cắt, là diện tích lớp phoi cắt được, thường có dạng hình bình

Diện tích tiết diện lớp cắt (đơn vị tính là mm2

- Tuy vậy a và b là hai thông số không thể nhận được bằng cách điều chỉnh máy, mà khi điều chỉnh máy ta chỉ có thể nhận được chiều sâu cắt t và lượng chạy dao s

- Xuất phát từ yêu cầu lý thuyết giải thích bản chất của quá trình cắt gọt và xuất phát từ yêu cầu điều chỉnh máy, sử dụng thực tế mà người ta phải đồng thời sử dụng hai cặp thông số này đặc trưng cho tiết diện cắt

2.2 Vật liệu chế tạo dụng cụ cắt

2.2.1 Những đặc điểm về điều kiện làm việc của dao

Phần cắt của dao trực tiếp làm nhiệm vụ tách phoi khi cắt Thực nghiệm chứng tỏ rằng, khi cắt dao làm việc trong điều kiện hết sức khắc nghiệt Những điều kiện đó có thể khái quát hoá như sau:

a Khi cắt dao làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao, thường từ 800 - 10000

e Ở một số phương pháp gia công (như chuốt, khoan) thì điều kiện thoát phoi, thoát nhiệt khi cắt rất hạn chế Điều đó càng làm tăng nhiệt độ trên dao khi cắt và dễ gây ra hiện tượng kẹt dao

2.2.2 Những yêu cầu đối với vật liệu làm dao

Từ những điều kiện làm việc đã nêu trên, dao muốn cắt gọt được phải thoả mãn các yêu cầu sau:

a Vật liệu chế tạo dao phải có độ cứng đảm bảo Về nguyên tắc: dao phải có

độ cứng cao hơn độ cứng của chi tiết gia công và độ cứng đó phải duy trì được ở nhiệt độ cắt Theo thực nghiệm, độ cứng ở nhiệt độ bình thường phải đạt được từ 61 HRC trở lên Khi cắt ở nhiệt độ cao, độ cứng đó phải duy trì trên 55 HRC

b Vật liệu chế tạo dao phải có độ bền và độ dẻo cần thiết Có như vậy mới chịu được áp lực và va đập lớn

c Vật liệu chế tạo dao phải có khả năng chịu mài mòn cao

d Vật liệu chế tạo dao phải chịu nhiệt tốt - có nghĩa là khi cắt ở nhiệt độ cao thì cơ - lý tính của vật liệu làm dao phải thay đổi trong một phạm vi cho phép

e.Vật liệu chế tạo dao phải có tính công nghệ tốt và tính kinh tế cao Điều đó

có nghĩa vật liệu dùng để chế tạo dao phải được gia công dễ dàng, dễ kiếm và giá thành không đắt

2.2.3 Các loại vật liệu dùng để chế tạo dao

Vật liệu là một lĩnh vực khoa học đã được nghiên cứu từ sớm và đã đạt được những thành tựu to lớn

Theo lịch sử phát triển của các phương pháp gia công cắt gọt, ta lần lượt điểm qua các loại vật liệu chế tạo dao thông dụng sau đây:

2.2.3.1 Thép cacbon dụng cụ và phạm vi ứng dụng

Thép cacbon dụng cụ là loại vật liệu được sử dụng sớm nhất vào lĩnh vực cắt gọt Thành phần hoá học cơ bản của thép cacbon dụng cụ là Fe và C Trong đó, hàm lượng cacbon chiếm khoảng 0,6 - 1,5 % và hàm lượng cacbon quyết định độ cứng của thép

Đặc điểm: Vật liệu này có ưu điểm là độ cứng sau khi nhiệt luyện cao (61 -

65 HRC) và dễ mài sắc, mài bóng Nhưng có nhược điểm cơ bản là khi nhiệt độ cắt

tăng lên tới 200 - 2500 C thì độ cứng của thép giảm rất nhanh, hơn nữa biến dạng sau khi nhiệt luyện rất đáng kể

Do vậy, thép cacbon dụng cụ chỉ dùng để chế tạo các loại dao cắt ở tốc độ thấp (dưới 15m/ph) và dao có hình dạng đơn giản, thường được dùng để chế tạo các loại dụng cụ như: đục, dũa và các loại dụng cụ cắt bằng tay,

Thép cacbon dụng cụ thường dùng hiện nay gồm các mác sau: Y7A, Y8A, Y9A, Y10A, Y12A, Y13A, những loại này có chế độ nhiệt luyện những sau:

- Tôi ở nhiệt độ 750 - 8400C trong nước hoặc trong dầu

- Tiếp đó ram ở nhiệt độ 180 - 2000C Độ cứng bề mặt đạt được 60 - 65 HRC,

độ cứng bên trong khoảng 40 HRC

Các mác hay sử dụng: CD70; CD70A  CD130A tương đương với mác thép của Nga (Y7; Y7A  Y13A) Trong đó Y10A Y13A hay được dùng

- Con số sau chữ Y chỉ hàm lượng trung bình của các bon trong thép tính theo phần nghìn

Tuỳ thuộc vào loại nguyên tố hợp kim và hàm lượng của chúng mà có tính chất hợp kim khác nhau Ví dụ: Crôm sẽ làm tăng độ cứng và độ thấm tôi của thép; Wolfram sẽ làm tăng khả năng chịu nhiệt và chịu mòn của thép, Vanadi làm tăng độ bền của thép

Đặc điểm: Thép hợp kim dụng cụ có những ưu điểm sau:

- Độ biến dạng khi nhiệt luyện nhỏ Vì vậy, có thể chế tạo được các loại dao phức tạp như: dao chuốt, bàn ren,

- Độ bền nhiệt cao hơn thép cacbon dụng cụ, thường khoảng 350 - 4000

C Do

đó có thể cắt trong phạm vi tốc độ15 - 30m/ph

- Dễ mài sắc và mài bóng

Tuy nhiên, khả năng chịu nhiệt của thép hợp kim dụng cụ không đáp ứng được nhu cầu cắt hiện đại (cắt cao tốc), do đó phạm vi sử dụng chúng bị thu hẹp Hiện nay, vật liệu này chủ yếu dùng để chế tạo các loại dao với tốc độ thấp như bàn ren, ta rô, dao chuốt

2.2.3.3 Thép gió (HSS) và phạm vi ứng dụng

Thực chất, thép gió là thép hợp kim, nhưng có hàm lượng hợp kim cao, thường  18% Wolfram,  4%Crôm, và  1% Vanadi Nhờ vậy cho phép cắt tốc độ cao hơn thép hợp kim dụng cụ, thường vận tốc cắt V =30 - 80m/ph

Tác dụng chủ yếu của Cr là tăng độ thấm tôi, V tạo thành các bít V có độ cứng cao, tính chịu mòn cao Co không tạo thành các bít mà hoà tan vào sắt Khi thép gió có lượng Co > 5% thì tính chịu nóng của thép gió được nâng cao

Thép gió có độ thấm tôi lớn, độ bền cao (b = 2500 3800 N/ mm2

Trong ngành chế tạo máy thường dùng 3 loại hợp kim sau:

- Hợp kim cứng 1 Carbit : gồm có bột Carbit Wolfram và bột kết dính Koban

Ký hiệu công thức (theo Liên Xô): BC + K = BK

- Hợp kim cứng 2 Carbit: gồm có bột Carbit Wolfram, bột Carbit TiTan trộn với bột kết dính Koban để thiêu kết

Ký hiệu công thức: (BC + TiC) + K = TK

- Hợp kim cứng 3 Carbit: được tạo bằng cách trộn Carbit Wolfram, bột Carbit TiTan và bột Carbit Tantan với bột Koban để thiêu kết

Ký hiệu công thức: (BC + TiC + TaC) + K = TTK

Hợp kim cứng là loại vật liệu chế tạo dao được dùng rộng rãi nhất trên thế giới hiện nay Chúng có những ưu điểm sau:

- Độ cứng cao (62 - 65HRC hoặc cao hơn) và độ cứng đó không giảm mấy trong điều kiện cắt tốc đọ cao

- Khả năng chịu bền cao, do đó tuổi bền cao

Tuy vậy hợp kim cứng cũng có những nhược điểm rất lớn là dòn, khả năng chịu uốn và chịu va đập kém

- Ứng dụng: Hợp kim cứng nhóm BK có độ dẻo tốt hơn thường để gia công gang, nhóm TK thường dùng trong gia công thép

Các loại hợp kim cứng đều được tiêu chuẩn hoá và cho trong các sổ tay cắt gọt

Để sử dụng hợp lý và có hiệu quả HKC cần chú ý đến các điều kiện sau đây:

* Chế độ gia công

- Lựa chọn HKC theo vật liệu gia công (VD: Khi gia công thép chọn HKC nhóm p, mác hay dùng là T15K6; Khi gia công gang chọn HKC nhóm K, mác hay dùng là BK8)

- Xác định chế độ gia công (v, t, s) hợp lý với quá trình gia công có chú ý đến việc lựa chọn tuổi bền kinh tế

- Không dùng dung dịch trơn nguội (gia công khô) hoặc phải tưới mạnh và nhiều

- Xác định thông số hình học (các góc , ,  ) phù hợp với điều kiện gia công

- Đảm bảo kích thước thân dụng cụ để khi gia công không có rung động

- Mài sắc hợp lý phần cắt bằng đá mài kim cương

* Đối với máy công cụ

- Máy có độ cứng vững tốt, không rung động ở tốt độ cắt cao và lực cắt lớn

- Đảm bảo kẹp chặt tốt dụng cụ và chi tiết

- Kiểm tra công suất cắt và công suất máy để tránh quá tải

Xuất phát từ nhu cầu sử dụng của thực tế đối với HKC, chúng ta cần tìm hiểu HKC của các nước trên thế giới

Thành phần một số mác hợp kim cứng thông dụng theo tiêu chuẩn được trình bày ở bảng 2 - 4

2.2.3.5 Vật liệu sành sứ

Năng suất của quá trình cắt bằng mảnh dao HKC cao, do HKC có chứa các nguyên tố quý – hiếm như W, Ti, Ta, Co nên người ta tìm cách thay thế nó (trong trường hợp cho phép) bằng các vật liệu rẻ tiền mà vẫn đảm bảo năng suất lao động cao

Đó là vật liệu gốm Thành phần chính của gốm là "đất sét kỹ thuật"(Al2O3)

Gồm 2 pha của ôxit nhôm :

Al2O3 có  = 3,65g/cm3 và Al2O3 có  = 3,96g/cm3

Để chuyển hoá hoàn toàn từ Al2O3 sang Al2O3 người ta nung đất xét kỹ thuật ở nhiệt độ 1400 - 16000C Sau đó nghiền nhỏ thành bột mịn Bột được ép thành những mảnh dao có hình dáng và kích thước tiêu chuẩn sau đó mang thiêu kết

Các mảnh dao gốm được kẹp cơ khí vào thân dao và không mài sắc lại

Các tính năng chủ yếu của vật liệu gốm :

- Độ cứng cao, đạt tới HRA 89  95

- Độ bền nhiệt cao (khoảng 1200o

C)

- Tính chống mòn cao nên sai lệch kích thước gia công nhỏ

- Chất lượng bề mặt đạt được cao hơn

- Rẻ tiền, dễ kiếm hơn hợp kim cứng

- Có [n] cao, đạt tới 5000N/mm2

- Tính dẫn nhiệt kém nên khi cắt không dùng dung dịch trơn nguội

- Chỉ có thể mài sắc bằng đá mài kim cương

- Chủ yếu được dùng để gia công tinh với (t) và (s) bé, tốc độ cắt cao nên năng suất cao

- Giới hạn bền uốn thấp (chỉ đạt 450 N/mm2), chỉ sử dụng khi gia công bán tinh và gia công tinh với độ cứng vững của hệ thống công nghệ cao

Loại hay sử dụng có độ cứng HRA 89  95, độ bền nhiệt đến 1200o

Gồm 2 loại: Kim cương thiên nhiên và kim cương nhân tạo

- Kim cương thiên nhiên ít được sử dụng vì giá thành quá cao

- Kim cương nhân tạo được tổng hợp từ than chì (graphít) ở áp suất cao (100.000 atm) và nhiệt độ cao (25000

Đây là vật liệu dao mới chủ yếu là dùng để làm các hạt mài, nó có tính chất như kim cương

Là hợp chất giữa Nitơ và nguyên tố Bo Tính cắt của nó tương tự như kim cương

Hệ số ma sát với kim loại nhỏ

Được dùng để gia công tinh thép tôi có HRC 39-66 và gang, đặc biệt là thép gió

Nó cấu tạo ở dạng bột sử dụng để chế tạo đá mài tròn, các loại bột mài khác,

ngoài ra còn dùng để chế tạo dao tiện

2.3 Cơ sở vật lý quá trình cắt gọt kim loại

2.3.1 Quá trình hình thành phoi khi cắt kim loại

Quan sát cắt gọt thực tế, ta dễ dàng phát hiện hai nhận xét quan trọng:

1 Phoi được tánh ra khỏi chi tiết khi cắt không theo phương của vận tốc cắt

af

bffff

b

Lf

Quan sát phoi trên hình 2.9 ta thấy phoi bị xếp lớp, các lớp nghiêng một góc

so với phương tác dụng lực, hơn nữa phoi bị cong về phía mặt tự do, tức là mặt đối diện với mặt trước của dao Quan sát hình 2.9 ta lại thấy phoi ngắn hơn nhưng dày hơn so với lớp kim loại trên phôi, nghĩa là quãng đường chạy dao L lớn hơn chiều dài phoi Lf và chiều dày phôi af lớn hơn chiều dày lớp cắt a Việc thay đổi kích thước phoi như vậy gọi là hiện tượng co rút phoi

Để giải thích những điều nhận thấy trên ta tiến hành các thí nghiệm sau:

2.3.1.1 Thí nghiệm so sánh mẫu cắt và mẫu nén kim loại

Mô hình thí nghiệm được mô tả hình 2.10

)

Điều tương tự đó cũng xảy ra đối với mẫu cắt (hình 2.10b), nhưng phương

CD thì các phân tố kim loại đã bị phần kim loại trên mẫu chặn lại Do đó phương biến dạng chỉ còn là AB

Kết quả trên cho ta kết luận là: thực chất quá trình tách phoi ra khỏi chi tiết

là quá trình biến dạng của các phần tử kim loại dưới sức ép của đầu dao

(b) (a)

2.3.1.2 Thí nghiệm quan sát sự dịch chuyển của các phần tử kim loại khi cắt

Để tiếp tục làm rõ bản chất của quá trình cắt kim loại, người ta tiến hành một thí nghiệm khác ở thí nghiệm này, các phần tử kim loại trên mặt bên của mẫu được đánh dấu Khi cắt ta quan sát sự dịch chuyển của các phần tử kim loại đã được đánh dấu đó Ví dụ trên hình 2.9 mô tả quá trình dịch chuyển của phần tử kim loại

P khi cắt Từ P đến 1 phần tử kim loại dịch chuyển gần như song song với phương vận tốc cắt v Qua khỏi điểm 1, đáng lẻ phần tử kim loại chuyển đến điểm 2', nhưng thực tế thì nó dịch đến điểm 2 Đoạn 2 ' 2 gọi là lượng trượt của phần tử kim loại P tại thời điểm 2 Điểm 1 là điểm bắt đầu trượt của phần tử kim loại P khi cắt Tương tự như vậy ở thời điểm 3 lượng trượt là 3'3 Tiếp tục cắt, sau khi qua khỏi điểm 3 phần tử kim loại P di chuyển đến điểm 4 Đoạn đường 34 song song với mặt trước của dao Điều đó có nghĩa là đến thời điểm 3 thì quá trình trượt của phần tử kim loại P đã kết thúc và nó đã chuyển thành phoi cắt Điểm 3 được gọi là điểm kết thúc trượt của phần tử kim loại P khi cắt Bằng cách đánh dấu như vậy ta xây dựng được đường dịch chuyển của phân tố kim loại P khi cắt là P1234P' Trong đó đoạn 4P' là một cung cong về phía mặt tự do của phoi có bán kính R?P Điểm 4 được xác định bằng cách: từ điểm tách rời sự tiếp xúc giữa phoi và mặt trước dao (E) ta kẻ (EF) vuông góc với mặt trước dao (EF  OE) EF sẽ cắt đường P1234P' tại 4

Hình 2.11

Vùng giới hạn bởi mặt bắt đầu trượt OA và mặt kết thúc trượt OC gọi là miền biến dạng (miền tạo phoi) hay còn gọi là vùng trượt Thí nghiệm trên được tiến hành với tốc độ cắt v = 0,002 m/ph Trong thực tế, tốc độ cắt lớn hơn rất nhiều

do vậy tốc độ biến dạng cũng rất lớn, hai mặt trượt OA và OC gần như trùng nhau, chỉ cách nhau khoảng 0,03 - 0,2 mm Để đơn giản ta coi 2 mặt này trùng nhau và gọi là mặt trượt τ, τ nằm nghiêng so với phương vận tốc cắt V một góc β1 = 300 ÷

400 Bên trong mỗi phần tử cũng diễn ra sự xê dịch giữa các tinh thể dưới một góc

β2 = 600 ÷ 650 (hay là góc tách phoi)

Qua thí nghiệm nêu trên, ta có thể kết luận rằng: quá trình hình thành phoi cắt là quá trình biến dạng trượt của các phần tử kim loại theo các mặt trượt của chúng

2.3.2 Các dạng phoi khi cắt kim loại

Phoi được hình thành là một kết quả của quá trình biến dạng và ma sát khi cắt Tuỳ thuộc vào loại vật liệu gia công, các điều kiện tiến hành cắt gọt mà phoi được tạo thành có nhiều dạng khác nhau Như vậy một cách ngược lại, từ dạng phoi cắt ta có thể phán đoán được vật liệu gia công, đánh giá dụng cụ cắt tốt hay xấu, sự tiêu hao năng lượng nhiều hay ít, bề mặt gia công có bóng hay không

Tùy theo điều kiện cắt và vật liệu gia công ta có các loại phoi: phoi vụn, phoi xếp, phoi dây

* Phoi vụn: Thu được khi gia công vật liệu dòn (gang, đồng thau cứng hoặc gia công thép với lượng chạy dao lớn và vận tốc nhỏ)

Trường hợp gia công tạo thành phoi vụn, lực cắt và nhiệt cắt tập trung ở mũi dao làm dao chóng bị mòn

Sự hình thành phoi cắt không liện tục nên lực cắt biến đổi gây ra rung động, độ bóng bề mặt gia công không cao

* Phoi xếp: Thu được khi gia công vật liệu dẻo: thép với tốc độ cắt thấp, chiều dày cắt lớn và góc cắt của dao có giá trị tương đối lớn

Phoi xếp có dạng từng đoạn ngắn hay từng mảnh, mặt phoi kề mặt trước rất bóng, mặt kia gợn nẻ

Phoi xếp biến dạng rất lớn và chi tiết gia công mất tính dẻo và được hóa bền

Khi gia công ra phoi xếp, lực cắt ít thay đổi và rung động ít hơn nên độ bóng

bề mặt gia công cao hơn khi cắt ra phoi vụn

* Phoi dây: Thu được khi gia công vật liệu dẻo với tốc độ cắt cao và chiều dày cắt nhỏ Phoi dây có dạng dài liên tục, mặt kề với mặt trước của dao rất bóng, mặt đối diện hơi gợn nẻ

Mức độ biến dạng khi tạo thành phoi dây ít hơn phoi xếp nên độ bóng bề mặt cao hơn

Phoi dây rất dài gây khó khăn cho quá trình gia công và rất nguy hiểm cho người đứng máy, do vậy cần phải có cơ cấu bẻ phoi

Khi hình thành phoi xếp và phoi dây, sự tiếp xúc giữa phoi và mặt trước của dao cách mũi dao một đoạn điều này dẫn đến cải thiện được điều kiện làm việc của mũi dao

2.3.3 Biến dạng kim loại trong quá trình cắt

Biến dạng là quá trình làm thay đổi hình dạng của kim loại do tác dụng của tải trọng bên ngoài hay của các hiện tượng vật lí

Dưới tác dụng của tải trọng bên ngoài, tuỳ theo mức độ của lực tác dụng kim loại có thể bị biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo hoặc biến dạng phá hủy

- Biến dạng đàn hồi là biến dạng không còn nữa sau khi thôi tác dụng lực Biến dạng đàn hồi xảy ra khi tải trọng tác dụng nhỏ hơn tải trọng ứng giới hạn đàn hồi của vật liệu

Hình 2.12 Các dạng phoi

Trên biểu đồ ta thấy biến dạng đàn hồi ứng với đoạn thẳng 0P, nghĩa là khi tải trọng tác dụng nhỏ hơn Pp kim loại bị kéo dài ra một đoạn nào đó tỷ lệ thuận với lực tác dụng, nhưng khi bỏ tải trọng thì kim loại trở về vị trí ban đầu Biến dạng đàn hồi

có thể xảy ra do ứng suất tiếp hoặc ứng suất pháp

- Biến dạng dẻo là biến dạng vẫn còn lại sau khi bỏ tải trọng tác dụng

Biến dạng dẻo xảy ra khi lực tác dụng lên kim loại lớn hơn tải trọng ứng với biến dạng đàn hồi

Trên biểu đồ ta thấy biến dạng dẻo xảy ra khi lực tác dụng lớn hơn lực Pp, nghĩa là khi thôi tác dụng lực kim loại không trở về hình dạng, kích thước ban đầu,

mà trở về theo đường aa’ // P0 (tức là sau khi thôi tác dụng lực kích thước chi tiết dài hơn kích thước ban đầu một đoạn 0a’)

- Phá hủy là quá trình làm đứt liên kết giữa các nguyên tử trọng mạng, làm cho các phần tử của kim loại bị rời nhau ra

Trên biểu đồ ta thấy biến dạng phá hủy xảy ra khi lực tác dụng lớn hơn lực

Pb, nghĩa là khi tải trọng vượt quá Pb, tiết diện của kim loại giảm đi (tạo thành cổ thắt), lúc này lực tác dụng dù có giảm đi nhưng cổ thắt vẫn phát triển cho đến khi đứt Thực chất biến dạng phá hủy là sự phát sinh và phát triển của các vết nứt tế vi

2.3.4 Các hiện tưởng xảy ra trong quá trình cắt

2.3.4.1 Hiện tượng co rút phoi và hệ số co rút phoi K

Để nghiên cứu sự biến dạng của kim loại, về mặt hình thức ta thấy

Chiều dài lớp phoi cắt ra Lf ngắn hơn chiều dài dọc theo dọc theo bề mặt dao gia công

Chiều dày phoi af lớn hơn chiều dày cắt a

Chiều rộng phoi bf khi  < 300 thay đổi không đáng kể so với chiều rộng cắt b

Hệ số co rút K được xác định như sau:

Nếu cho rằng thể tích kim loại trước và sau khi biến dạng không đổi và bf =

b thì ta có:

K = L /Lf = af /a (2.6)

Trong đó: a và af - Chiều dày lớp cắt và phoi

Lf và L - Chiều dài phoi và lớp cắt

Trị số K phụ thuộc vào tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến sự biến dạng của phoi (tính chất cơ lí của vật liệu gia công, hình dạng hình học của dao, chế độ cắt V,

1 Xác định K bằng cách đo trực tiếp kích thước lớp cắt và phoi

Để có lớp cắt và phoi cắt có thể đo được dễ dàng, ta chuẩn bị mẫu thí nghiệm như hình vẽ Mẫu được chuẩn bị là một trụ ngắn có đường kính D, chiều sâu cắt là t Mẫu có kẻ hai rãnh đối xứng có bề rộng e

Để giảm va đập khi cắt ta nhồi vào rãnh phoi đồng Mẫu được cắt tự do

Theo hình vẽ, chiều dài trung bình của lớp cắt tính được:

e

2

) t D (

Tương tự ta có:

2

LL

l

L L

e ) t D ( K K K

s là lượng chảy dao khi cắt (mm/vg)

t: là chiều sâu cắt khi cắt (mm)

L: là chiều dài của lớp cắt (mm)

L = 1000Q /s.t  (mm) (2.8)

Lfta đo được tương tự như thí nghiệm đo trên Lúc đó ta có:

F l

L s

Q 1000 K

K





2.3.4.2 Hiện tượng phoi bám

Khi gia công vật liệu dẻo, mặt trước của dao đặc biệt là mũi dao thường xuất hiện những lớp kim loại có độ cứng rất cao về cấu trúc kim tương khác với vật liệu gia công làm dao, lớp kim loại này luôn biến đổi, một giây xuất hiện hàng trăm lần Hiện tượng này gọi là hiện tượng phoi bám (hiện tượng lẹo dao)

Hiện tượng phoi bám có 2 loại:

Phoi bám ổn định: nằm dọc theo lưỡi cắt trong suốt quá trình cắt, thường được hình thành khi gia công thép với chiều dày cắt a bé

Phoi bám theo chu kỳ: Lớp phoi bám luôn luôn sinh ra và mất đi nhiều lần trong một đơn vị thời gian Sự xuất hiện và mất đi của phoi bám làm cho các góc cắt của dao luôn thay đổi trong quá trình cắt

Thông số quan trọng đặc trưng cho kích thước của phoi bám là chiều cao của phoi bám h

Vì biến dạng lớn nên độ cứng của lớp phoi bám lớn hơn độ cứng của vật liệu gia công rất nhiều từ 2,5  3,5 lần, do đó có thể thay thế vật liệu làm dao để thực hiện quá trình cắt

 Nguyên nhân:

- Trong quá trình cắt có hiện tượng chảy chậm Khi phoi thoát theo mặt trước của dao thì lớp kim loại chịu áp lực lớn và nhiệt độ cao và hơn nữa mặt trước của dao không tuyệt đối nhẵn, nên ma sát lớn làm cho tốc độ dịch chuyển chậm và khi

Hình 2.15