Giáo trình Nguyên lý cắt (Nghề Công nghệ kỹ thuật cơ khí)

Nhiệt độ vùng cắt càng cao Điều kiện làm việc của dụng cụ cắt rất khắc nghiệt, dụng cụ cắt luôn phải chịu tải trọng lớn, va đập, rung động , ma sát lớn hệ số ma sát lên đến 0,4 đến 1 làm

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VÀ THƯƠNG MẠI

GIÁO TRÌNH Tên môn học: Nguyên lý cắt NGHỀ: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG

Ban hành kèm theo Quyết định số: , ngày tháng năm 2018 của Hiệu

trưởng Trường Cao đẳng Công nghiệp và Thương mại

Vĩnh Phúc, năm 2018

LỜI NÓI ĐẦU Quá trình gia công cắt gọt trong sản xuất cơ khí đuợc thực hiện bằng cách hớt đi lớp luợng du trên bề mặt phôi để đạt đuợc kích thuớc và hình dáng theo yêu cầu cụ thể Và tùy thuộc vào điều kiện sản xuất cụ thể cũng nhu dạng sản xuất mà ta lựa chọn các phuơng pháp gia công phù hợp, ví dụ nhu: tiện, phay, bào, khoan, mài

Về mặt công nghệ thì năng suất gia công và chất luợng bề mặt gia công phụ thuộc rất lớn vào chế độ cắt, dụng cụ cắt, các hiện tuợng cơ - lý - hóa xảy ra trong quá trình cắt Do đó, nguời làm công nghệ nói chung cần phải có kiến thức vững chắc về đặc điểm cụ thể của từng phuơng pháp gia công Qua đó, lựa chọn đuợc dụng cụ cắt cũng nhu chế độ cắt phù hợp với yêu cầu kỹ thuật cụ thể, nhằm tăng năng suất và chất luợng sản phẩm cũng nhu nâng cao tuổi bền và tuổi thọ của dụng cụ cắt

Riêng đối với sinh viên chuyên ngành cơ khí chế tạo máy thì “Nguyên lý cắt” là một trong các học phần bắt buộc, kiến thức của học phần này là cơ sở để sinh viên tiếp tục nghiên cứu các học phần khác, đặc biệt là trong học phần

“Công nghệ chế tạo máy” và trong “Đồ án công nghệ chế tạo máy ”

Giáo trình “Nguyên lý cắt” đuợc biên soạn bởi tập thể các giáo viên trong khoa Cơ Khí của Truờng Cao đẳng công nghiệp Phúc Yên nhằm phục vụ cho công tác đào tạo, giảng dạy đối với hệ “Cao đẳng chính quy” thuộc chuyên ngành cơ khí chế tạo máy

Mặc dù đã rất cố gắng trong quá trình biên soạn, tuy nhiên có thể còn thiếu sót Chúng tôi rất mong nhận đuợc sự đóng góp ý kiến để nội dung của giáo trình đuợc hoàn thiện hơn

Các tác giả

4

LỜI NÓI ĐẦU 2

MỤC LỤC 3

Chươngl: VẬTLIỆUDỤNG CỤ CẮT 8

1.1 Yêu cầu chung của vật liệu dụng cụ cắt 8

1.1.1 Độ cứng 8

1.1.2 Độ bền cơ học 9

1.1.3 Độ bền nóng 9

1.1.4 Tính chịu mài mòn 9

1.1.5 Tính công nghệ vàtính kinh tế 10

1.2 Vật liệudụng cụcắt 11

1.2.1 Thép các bon dụng cụ 11

1.2.2 Thép hợp kim dụng cụ 11

1.2.3 Thép gió 13

1.2.4 Hợp kim cứng 14

1.2.5 Vật liệu sứ 18

1.2.6 Vật liệu hạt mài 19

1.3 Các biện pháp cải thiện tính cắt cho vật liệu dụng cụ cắt 21

1.3.1 Thấm bề mặt 21

1.3.2 Phủ bề mặt 21

Chương 2: CẤU TẠO VÀ THÔNG SỐ HÌNH HỌC CỦA DỤNG CỤ CẮT22 2.1 Cấu tạo dao tiện và các chuyển động cắt khi tiện 22

2.1.1 Cấu tạo của dao tiện 22

2.1.2 Phân loại dao tiện 24

2.1.3 Các chuyển động cắt khi tiện 26

2.2 Các thông số hình học của dao tiện 26

2.2.1 Các mặt phẳng tọa độ 26

2.2.2 Các góc của dao tiện trên mặt phẳng cơ sở 27

2.2.3 Các góc của dao trong tiết diện chính và tiết diện phụ 28

2.2.4 Góc nâng của lưỡi cắt 29

2.3 Các yếu tố của chế độ cắt và lớp cắt khi tiện 30

2.3.1 Chiều sâu cắt t (mm) 30

MỤC LỤC

5

2.3.2 Lượng chạy dao S (mm/vòng) 30

2.3.3 Tốc độ cắt v (m/phút) 31

2.3.4 Chiều dày lớp cắt a (mm) 32

2.3.5 Chiều rộng lớp cắt b (mm) 32

2.3.6 Diện tích lớp cắt f (mm2/vòng) 32

Chương 3: QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHOI 34

3.1 Cơ chế tạo phoi và hiện tượng co rút phoi 34

3.1.1 Cơ chế của quá trình tạo phoi 34

3.1.2 Hiện tượng co rút phoi 35

3.2 Các dạng phoi 36

3.2.1 Phoi phân tố 36

3.2.2 Phoi xếp 37

3.2.3 Phoi dây 37

3.2.4 Phoi vụn 37

3.3 Hiện tượng lẹo dao 37

3.3.1 Khái niệm về hiện tượng lẹo dao 37

3.3.2 Các loại lẹo dao 38

3.3.3 Nguyên nhân và điều kiện hình thành lẹo dao 38

3.3.4 Ảnh hưởng của lẹo dao 39

3.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến chiều cao lẹo dao 40

3.3.6 Biện pháp khắc phục hiện tượng lẹo dao 41

3.4 Nhiệt cắt 42

3.4.1 Nguồn nhiệt và sự truyền nhiệt cắt 42

3.4.2 Trường phân bố nhiệt trên bề mặt dao 43

3.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt cắt 44

3.4.4 Công thức xác định nhiệt cắt 45

3.5 Hiện tượng rung động trong quá trình cắt 46

3.6 Trạng thái bề mặt gia công 47

3.6.1 Chiều cao nhấp nhô trên bề mặt gia công 47

3.6.2 Trạng thái cơ lý bề mặt gia công 48

6

3.7 Dung dịch trơn nguội 49

3.7.1 Vai trò của dung dịch trơn nguội 49

3.7.2 Yêu cầu cơ bản của dung dịch trơn nguội 49

3.7.3 Một số chất bôi trơn làm nguội trong quá trình cắt 50

3.7.4 Phương pháp tưới dung dịch trơn nguội 50

Chương 4: Lực CẮT KHI TIỆN 52

4.1 Cơ sở lý thuyết của lực cắt 52

4.1.1 Khái niệm lực cắt 52

4.1.2 Vai trò của lực cắt .52

4.1.3 Hệ thống lực tác dụng lên dụng cụ cắt .53

4.1.4 Các thành phần của lực cắt khi tiện 54

4.1.5 Công suất cắt khi tiện 55

4.2 Các nhân tố ảnh huởng đến lực cắt 55

4.2.1 Ảnh hưởng của chế độ cắt đến lực cắt thành phần 56

4.2.2 Ảnh hưởng của thông số hình học của dao đến lực cắt 57

4.2.3 Công thức tính lực cắt khi tiện 57

Chương 5: MÒN VÀ TUỔI BỀN CỦA DỤNG CỤ CẮT 60

5.1 Mòn của dụng cụ cắt 60

5.1.1 Hiện tượng mòn của dụng cụ cắt .60

5.1.2 Cơ chế mòn 61

5.1.3 Quy luật mài mòn 61

5.1.4 Tiêu chuẩn đánh giá mài mòn 62

5.2 Tuổi bền của dụng cụ cắt 63

5.2.1 Ảnh hưởng của tốc độ cắt v đến T .63

5.2.2 Ảnh hưởng của t và S đến tuổi bền T .64

5.2.3 Vận tốc cắt tối ưu 64

Chương 6: TỐC ĐỘ CẮT CHO PHÉP - LựA CHỌN CHẾ ĐỘ CẮT 66

6.1 Khái niệm về tốc độ cắt cho phép 66

6.2 Các nhân tố ảnh huởng đến tốc độ cắt v 66

6.2.1 Kim loại gia công .66

6.2.2 Kết cấu và thông số hình học của dao 66

7

6.2.3 Công thức tính tốc độ cắt v khi tiện 67

6.3 Chọn chế độ cắt 70

6.3.1 Quan điểm lựa chọn chế độ cắt 70

6.3.2 Chọn chế độ cắt khi tiện bằng phương pháp tính 70

Chương 7: KHOAN - KHOÉT - DOA 73

7.1 Khoan 73

7.1.1 Khái niệm, đặc điểm 73

7.1.2 Phân loại mũi khoan 73

7.1.3 Cấu tạo và thông số hình học của mũi khoan xoắn 75

7.1.4 Chế độ cắt khi khoan 76

7.1.5 Lực cắt, mô men xoắn và công suất cắt khi khoan 77

7.1.6 Dạng mòn và tốc độ cắt cho phép khi khoan 78

7.2 Khoét và doa 79

7.2.1 Khoét 79

7.2.2 Doa 80

7.2.3 Chế độ cắt khi khoan,khoét và doa 82 Chương 8: PHAY 83

8.1 Khái niệm, đặc điểm của phay 83

8.2 Phân loại dao phay và thông số hình học của dao phay 84

8.2.1 Phân loại dao phay 84

8.2.2 Kết cấu và thông số hình học của dao phay trụ 85

8.2.3 Kết cấu và thông số hình học của dao phay mặt đầu 86

8.3 Các yếu tố của lớp cắt và chế độ cắt khi phay 88

8.3.1 Kích thước lớp cắt khi phay 88

8.3.2 Chiều dày và chiều rộng lớp cắt khi phay bằng dao phay trụ 89

8.3.3 Sơ đồ phay thuận và phay nghịch 90

8.3.4 Chiều dày cắt và chiều rộng cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu 91

8.4 Lực cắt khi phay 91

8.4.1 Lực cắt khi phay bằng dao phay trụ 91

8.4.2 Lực cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu 92

8

Chương 9: GIA CÔNG REN 93

9.1 Phân loại ren và kết cấu của ren 93

9.1.1 Khái niệm và phân loại ren 93

9.1.2 Các yếu tố cơ bản của ren 93

9.2 Các phương pháp gia công ren 94

9.2.1 Tiện ren 94

9.2.2 Cắt ren bằng ta rô và bàn ren 95

9.2.3 Phay ren 97

9.2.5 Cán ren 98

Chương 10: MÀI 99

10.1 Mài và đặc điểm cơ bản của mài 99

10.2 Đá mài và thông số cơ bản của đá mài 100

10.2.1 Cấu trúc chung của đá mài 100 10.3 Các phương pháp mài 101

10.3.1 Mài tròn ngoài 101

10.3.2 Mài tròn trong 101

10.3.3 Mài phẳng 102

10.3.4 Mài vô tâm 103

TÀI LIỆU THAM KHẢO 104

Chương 1: VẬT LIỆU LÀM DAO 1.1 Yêu cầu chung của vật liệu dụng cụ cắt

Khi cắt, dao làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao, nhiệt độ trong vùng cắt có

thể đến 700 + 800°C có khi đạt đến hàng nghìn độ khi mài Nhiệt độ vùng cắt càng cao

Điều kiện làm việc của dụng cụ cắt rất khắc nghiệt, dụng cụ cắt luôn phải chịu tải trọng lớn, va đập, rung động , ma sát lớn (hệ số ma sát lên đến 0,4 đến 1) làm cho lưỡi cắt dễ bị mẻ, đặc biệt các lưỡi cắt có độ cứng cao dễ bị vỡ vì quá giòn

Một số phương pháp gia công như chuốt, khoan thì điều kiện thoát phoi khó khăn nên dễ nên dễ gây ra hiện tượng kẹt dao dẫn đến gẫy dao Như vậy, vật liệu được chọn làm dụng cụ cắt gọt phải đảm bảo được những yêu cầu cơ bản như sau

1.1.1 Độ cứng

Muốn cắt được kim loại thì vật liệu làm dao phải có độ cứng cao hơn vật liệu cần gia công Quan sát hình 1.3 dưới đây để thấy được tương quan giữa vật liệu

làm ành hààng xàu ààn chàt lààng bà màt chi tiàt gia công, ààng thài làm giàm tuài

bàn càa dàng cà càt

Hình 1.2.Quá trình mài phát sinh nhiệt lớn

1.1.2 Độ bền cơ học

Như chúng ta đã biết dụng cụ cắt làm việc trong điều kiện rất khắc nghiệt do

đó dễ làm lưỡi cắt dễ bị mẻ, vỡ, nhất là với các lưỡi cắt có độ cứng cao sẽ dễ vỡ

vì quá giòn Vì vậy vật liệu dụng cụ cắt phải có độ bền cơ học cao, đặc biệt với các dụng cụ có tiết diện bé, lưỡi cắt yếu cần phải quan tâm đến độ bền của thân dao

1.1.3 Độ bền nóng

Trong điều kiện gia công cụ thể như: vật liệu gia công càng cứng, chiều sâu cắt và bước tiến càng lớn, tốc độ cắt càng nhanh thì nhiệt cắt càng cao, có khi đến hàng nghìn độ Ở nhiệt độ này, vật liệu dụng cụ cắt có thể thay đổi cấu trúc của nó làm cho độ cứng của dụng cụ cắt giảm đi, làm giảm năng suất gia công, giảm tuổi bền của dụng cụ cắt, ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề mặt gia công

Vì thế mà vật liệu được chọn làm dụng cụ cắt phải đảm bảo độ bền nóng Như vậy, ta hiểu độ bền nóng - một trong những tính chất quan trọng của vật liệu dụng cụ cắt là khả năng giữ được độ cứng cao và các tính cắt khác ở nhiệt độ cao trong một thời gian dài

1.1.4 Tính chịu mài mòn

Khi dụng cụ cắt làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao, ma sát lớn thì tất yếu xảy ra hiện tượng mòn dao Ở điều kiện nhiệt độ bình thường thì độ cứng của vật liệu làm dao càng cứng thì tính chịu mài mòn càng cao Khi độ cứng trên 60HRC, độ cứng tăng lên 1 đơn vị thì tính chống mài mòn tăng 25 +• 30%

Tuy nhiên, khi nhiệt độ cắt lên đến 700 +• 800 :c thì nguyên nhân mòn cơ học không còn là chủ yếu, nguyên nhân chủ yếu là do sự chảy dính, bám dính giữa vật liệu làm dao và vật liệu gia công Kết hợp với sự giảm độ cứng của vật liệu càng làm cho hiện tượng mài mòn xảy ra khốc liệt và phức tạp Bảng 1.1 cho ta biết nhiệt độ chảy dính của một số cặp vật liệu

Bảng 1.1 Nhiệt độ chảy dính của một số cặp vật liệu

Vì vậy, dụng cụ cắt phải có tính chịu mài mòn cao

Hình 1.4 Độ cứng, độ bền và tính dẻo dai của một số

nhóm vật liệu

1.1.5.Tính công nghệ và tính kinh tế

Những tính chất trên của vật liệu nhằm đảm bảo khả năng cắt gọt của dụng

cụ cắt, tuy nhiên khi chế tạo sẽ gặp những khó khăn hơn so với các vật liệu thông thường Do đó, yêu cầu chọn vật liệu dụng cụ cắt phải có tính công nghệ tốt Tính công nghệ thể hiện qua việc chế tạo dao dễ hay khó Vì thế mà một số vật liệu làm dao tuy có tính cắt tốt nhưng ít được sử dụng vì tính công nghệ của nó không cao Tùy thuộc vào đặc điểm của từng loại vật liệu mà yêu cầu tính công nghệ khác nhau, chẳng hạn yêu cầu và tính công nghệ của thép các bon dụng cụ là:

- Dễ cắt gọt, dễ rèn dập và cán

- Dễ nhiệt luyện (Khó bị cháy, thoát các bon ít, tính tôi và độ thấm tôi cao, ít

bị biến dạng và các vết nứt tế vi khi tôi )

- Sau khi nhiệt luyện dễ mài

Đối với hợp kim cứng hai yêu cầu đầu tiên không cần thiết, nhưng tính dễ mài rất quan trọng cũng như không được có các vết nứt

12Ngoài những yêu cầu nói trên, vật liệu dụng cụ cắt cũng cần có tính dẫn nhiệt tốt, độ dai chống va đập cao và giá thành phải hợp lý.

1.2 Vật liệu dụng cụ cắt

Có rất nhiều nhóm vật liệu dụng cụ cắt, từ thép các bon dụng cụ đến hợp kim gốm, vật liệu hạt mài Sau đây, chúng ta sẽ đi tìm hiểu về tính cắt của một số nhóm vật liệu dụng cụ cắt thông dụng

1.2.1 Thép các bon dụng cụ

Thép các bon dụng cụ là vật liệu được sử dụng lâu đời nhất, khoảng 100 năm trước đây Thực chất thép các bon dụng cụ là thép các bon có hàm lượng cao, không thấp hơn 0,7% C

Theo TCVN, ta có một số mác thép các bon dụng cụ như: CD70, CD80, CD100,

CD120A Ví dụ với mác thép CD120A với CD là ký hiệu của thép các bon dụng

cụ, chỉ số đứng kế tiếp là hàm lượng các bon tính theo phần vạn (120/10000 hay1,2%), A

- là ký hiệu cho biết đây là thép tốt, với hàm lượng S < 0,02%, P < 0,03%

Vì S và P làm giảm chất lượng của thép (P làm cho thép giòn, S làm cho thép khó rèn, hàn và làm cho thép giòn ở nhiệt độ cao)

Đặc tính cơ bản của thép các bon dụng cụ như sau:

Sau khi ủ có độ cứng 107 217 HB

Độ cứng sau tôi + ram khoảng 60 -ỉ- 62 HRC đủ để cất gọt

• Độ thấm tôi thấp, chiều dày lớp thấm tôi mỏng

• Cần chọn môi trường tôi phù hợp để đảm bảo chiều dảy lớp thấm tôi Tuy nhiên, nó có ưu điểm lả lõi dẻo dai

• Tính chịu nhiệt kém: khoảng 200 4- 250DC

• Tốc độ cắt thấp, khoảng 4 4- 5(m/ph)

Với những đặc tính cơ bản trên thì thép các bon dụng cụ thường được dùng

để chế tạo các dụng cụ cắt có tốc độ cắt thấp, lõi dẻo dai Chẳng hạn như đục, dũa, ta rô đường kính nhỏ, mũi khoan nhỏ

1.2.2 Thép hợp kim dụng cụ

Nhược điểm chủ yếu của thép các bon dụng cụ là độ bền nóng thấp Để cải thiện tính năng cắt gọt của nó, người ta cho thêm các Crôm (Cr), vanađi (V), môlipđen (Mo) Và đặc biệt với sự có mặt của vônfram (W) và côban (Co) thì độ cứng, độ bền, khả năng chịu nhiệt được cải thiện thêm Thép các bon dụng cụ với

các nguyên tố hợp kim được thêm vào được gọi là thép hợp kim dụng cụ Các nguyên tố hợp kim có hai tác dụng:

- Tăng tính thấm tôi của thép, do đó tăng độ cứng

- Cải thiện độ bền nóng của thép, nâng cao tốc độ cắt, do đó nâng cao được năng suất gia công

Một số tính năng cơ bản của thép hợp kim dụng cụ

- Theo TCVN thì quy định về ký hiệu của thép hợp kim dụng cụ nhu sau:

Chẳng hạn với mác thép 12CrNi3 thì chỉ số đầu tiên cho biết hàm luợng các bon tính theo phần vạn (12/10000 hay 0,12%), kế tiếp là ký hiệu của các nguyên

tố chính có trong thành phần của thép, sau mỗi ký hiệu nguyên tố là thành phần

% của chúng Nguyên tố nào mà sau nó không ghi chỉ số kèm theo thì mặc định thành phần của chúng < 1%, trong ví dụ này thì hàm luợng Cr < 1%, hàm luợng

Thép gió tên tiếng Anh High Speed Steel (Viết tắt là HSS) Nền cơ bản của thép gió vẫn là thép các bon nhưng có hàm lượng các bon cao hơn, trung bình khoảng 1,45% C Để có tính cắt tốt, người ta cho thêm vào thép một hàm lượng vônfram đáng kể Ngoài vônfram ra còn có một hàm lượng nhỏ các nguyên tố

hợp kim như: Cr, V, Co Những nguyên tố như W, Cr, V kết hợp với C tạo thành những các bít có độ cứng cao và chịu mòn tốt Trong đó, WC (các bít vônfram) đóng vai trò quyết định đến tính cắt Do đó, thép gió có những tính năng cắt cơ bản như sau:

- Độ thấm tôi lớn, độ cứng sau khi tôi khoảng 62:631 IRC

- Độ bền nóng khoảng 610°C

- Tốc độ cắt khoảng 25:35 (m/ph)

- Có tính mài tốt

Thép gió được ký hiệu như sau

biệt giữa hai loại thép gió này:

— - Năng suất cắt và độ bền nóng khác nhau không đáng kể N

-

1

- Dụng cụ làm bằng P18 dễ mài hơn, dễ nhiệt luyện hơn

- P18 chịu mòn tốt hơn, có tính bền cao hơn

- CÓ thê nâng cao tôc độ căt lên 5 4- 10% so với P18

- Tăng mối bền của dụng cụ cắt lên 1,5 4- 3 lần

f

- X

- Loại vật liệu này rất tốt khi gia công thép xây dựng có độ bền cao (HB =

300 4- 350), thép chịu nhiệt và nhừng loại vật liệu khó gia công

Phạm vi ứng dụng của thép gió là dùng để chế tạo các loại dụng cụ cắt có prôfin phức tạp, chẳng hạn như mũi khoan, mũi khoét, mũi doa, dao chuốt

- Độ cứng cao, khoảng 70:711 IRC', độ cứng do các hạt các bít tạo thành

- Độ bền nóng lên tới hàng nghìn độ Do chứa các hạt các bít có nhiệt độ nóng chảy cao, (WC nóng chảy ở 2800°C, TiC nóng chảy ở 3200°C và Co nóng chảy

ở 1500°C)

- Tốc độ cắt lớn khoảng 100:150 (m/phút)

- Gia công được các loại thép qua tôi và các loại vật liệu cứng khác

- Độ chịu mòn tốt, chịu nén tốt hơn chịu kéo, uốn

- Giòn, dễ bị nứt vỡ khi chịu tải trọng động

Hợp kim cứng bao gồm 3 nhóm thông dụng:

1.2.4.3 Nhóm hai các bít

Nhóm hợp kim này có thành phần bao gồm các bít vônfram (WC) chiếm phần lớn, các bít titan (TiC) và côban Nhóm này thường được dùng để gia công hợp kim màu và các loại thép có độ cứng không cao Ký hiệu của nhóm này là

TK, cụ thể với mác T15K6 thì chỉ số sau chữ “T” cho biết hàm lượng TiC (- 15%), chỉ số sau chữ “K” cho biết hàm lượng Co (- 6%), còn lại là hàm lượng

WC

1.2.4.4 Nhóm ba các bít

Là nhóm hợp kim cứng với thành phần bao gồm WC, TiC, TaC và Co Trong đó WC chiếm phần lớn Nhóm các bít này được dùng để chế tạo các mảnh dao gia công các vật liệu có độ bền và độ cứng cao Ký hiệu nhóm này là TTK,

cụ thể với mác TT7K12 thì chỉ số sau “TT” cho biết hàm lượng TiC và TaC (- 7%), chỉ số sau chữ “K” cho biết hàm lượng Co, còn lại là hàm lượng WC

(Kích thước hạt các bít khoảng 14-2 Ịim )

- Loại hạt trung bình thì ký hiệu như thông thường

- Hợp kim cứng có độ hạt lớn

(Kích thước hạt các bít khoảng 2 4-5 gm)

- Cuối ký hiệu vật liệu có chữ B, ví dụ: BK6B

Theo tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO, thì hợp kim cứng được phân loại theo dạng phoi, điều kiện gia công và vật liệu gia công

Hình 1.5 Phân loại HKC theo ISO

Với mỗi nhóm trên đây lại được chia ra thành các nhóm nhỏ Các nhóm nhỏ

có thêm hai chữ số sau tên của nhóm chính, ví dụ: K01; K10; K20; K30 với nhóm P có P01; P10; P20 và nhóm M có M10; M20 Chữ số ở phần đuôi tăng lên chứng tỏ độ bền của HKC tăng lên, còn độ cứng, khả năng chống mòn và tốc độ cắt của nó giảm

I.2.4.4 Ảnh hưởng của thành phần đến tính chất của HKC

Thành phần của hợp kim cứng quyết định đến tính chất của hợp kim cứng

- Độ bền cơ học của hợp kim cứng do kim loại coban quyết định

Ví dụ, hợp kim cứng thuộc nhóm TK có độ cứng, khả năng chống mài mòn và độ

ứng đê xảy ra hiện tuợng chảy dính càng cao

Hình 1.6 Nhiệt độ chảy dính của thép C40 với một số vật liệu

Nhu vậy từ sơ đồ hình 1.6 chứng tỏ rằng HKC nhóm TK có độ bền nóng, khả năng chống mài mòn tốt hơn nhóm BK ưu điêm này càng thê hiện rõ hơn khi cắt cao tốc Sơ đồ trong hình 1.7 cho ta thấy rõ điều này, khi cắt với vận tốc cắt thấp thì tuổi thọ của nhóm BK cao hơn so với nhóm TK vì với tốc độ cắt thấp thì dụng

cụ hu hỏng không phải vì mòn mà vì rạn nứt Khi tăng tốc độ cắt trên 100 (m/phút) thì uu điêm của nhóm TK mới nổi bật hơn so với nhóm BK

Sự có mặt của TiC và TaC trong hợp kim cứng làm giảm độ dính giữa phoi với dụng cụ cụ cắt (TaC nóng chảy ở nhiệt độ 3380°C) TaC mềm hơn TiC do đó

Khi càt vài tàc àà cao thì nguyên nhân chà yàu dàn ààn mòn dàng cà càt là do chày dính Khà nàng chàng mài mòn càa hàp kim càng càng

làn nàu nhiàt àà tuàng

Dao chịu áp lực

lớn, nhiệt độ cao

Phần tử từ dao, dính vào phoi

Nguyên nhân chủ yêu gây ra mòn

DCC

Hình 1.7 Ảnh hưởng của tốc độ cắt đối với tuổi thọ của HKC

Với kim loại coban, nó giữ vai trò liên kết và nó ảnh hưởng rất lớn đến độ bền của HKC

- Với nhóm BK với 3% Co, có độ bên uòn 100 kG/mm2 nêu lây

hêt thì Cođộ bền uốn giảm xuống còn 50 kG/mm2 - '

- Khi gia công tinh với tốc độ rất cao, nên dùng HKC ít Co ( BK2, BK3, T30K4 )

- Khi gia công thép qua tôi (độ cứng > 55HRC), thép không gỉ, thép chịu nhiệt nên dùng BK8 có độ bền cao và tính dẫn nhiệt tốt

- Khi gia công hợp kim nhôm, gang dẻo với tốc độ cao, tải trọng tương đối bé và không đổi thì nên chọn nhóm HKC hai các bít

- Khi gia công vật liệu có độ cứng, độ bền cao nên chọn nhóm HKC ba các bít

Cụ thể nên tham khảo bảng 1.3 dưới đây để chọn được mảnh HKC sao cho phù hợp với yêu cầu công nghệ:

Bảng 1.3 Phạm vi ứng dụng của một số mác hợp kim cứng _

BK2 Cắt bán tinh; cắt tinh; cắt ren; gia công lỗ khi gia công gang và vật

liệu phi kim

BK3M Tiện tinh và bán tinh gang; gia công vật liệu cứng

BK4 Tiện thô; phay thô và phay tinh; khoét và cắt đứt khi gia công gang,

kim loại màu, thép chịu nhiệt và thép không gỉ

BK6M Gia công tinh và bán tinh hợp kim cứng chịu lửa; thép không gỉ,

gang, đồng, chất dẻo

BK6 Tiện thô (cắt liên tục); tiện bán tinh và tiện tinh (cắt gián đoạn); tiện

ren; phay bán tinh và phay tinh; tiện lỗ và khoét tinh gang, kim loại màu và vật liệu phi kim

BK8 Tiện thô (cắt gián đoạn); phay thô; khoan; tiện lỗ; khoét lỗ khi gia

công các vật liệu cứng và hợp kim chịu lửa

BK8B Tiện thô thép không gỉ, hợp kim chịu lửa, bào thép, gia công thép

đúc

T30K4 Tiện tinh, tiện thô, cắt ren

T15K6 Tiện thô và tiện bán tinh (cắt liên tục), tiện tinh (cắt gián đoạn), cắt

ren, phay bán tinh và phay tinh, tiện lỗ

T5K10 Tiện thô (cắt gián đoạn), tiện định hình, cắt đứt, bào tinh, phay thô

(cắt gián đoạn) tất cả các loại thép các bon và thép hợp kim

hạt 0,54-0,75 gm

Trộn với 0,5 4-1 %

MgO 1.2.5.2 Tính chất của vật liệu sứ

Mác vật liệu sứ được sử dụng thông dụng nhất (theo ký hiệu của Liên Xô cũ)

có tên gọi là Micrôlít ỤM-332 với những tính chất cơ bản sau:

- Độ cứng từ 90:93HRA xấp xỉ độ cứng cao nhất của HKC

- Độ bền uốn [ơu] = 30:40 (kG/mm2), độ bền nén [ơn] = 350:400 (kG/mm2)

- Độ bền nóng từ 1000:1200°C (Ở 1000°C độ cứng là 61HRC trong khi HKC là 28HRC)

- Chịu mòn tốt hơn so với HKC

- Độ dẫn nhiệt kém hơn so với HKC

- Cách điện

- Độ bền thấp hơn HKC khoảng 4 lần 10 lần so với thép gió nên thường bị sứt

mẻ và vỡ khi cắt có rung động Do đó khi cắt cần tránh tải trọng va đập

- Tính cắt tốt hơn hẳn so với HKC

- Khi tiện thép C45 bằng dao gắn mảnh ỤM-332 có tuổi thọ gấp 8 lần T15K6

- Gia công thép trong thời gian ngắn tốc độ cắt có thể đến 4000 (m/phút) trong khi HKC chỉ cho phép cắt đến 2000 (m/phút)

- Khi gia công thép đã tôi, dao sứ cho phép cắt với tốc độ gấp 2.5:3 lần tốc độ cắt của HKC

1.2.5.3 Điều kiện ứng dụng của vật liệu sứ

- Dùng làm dụng cụ căt gia công tinh, bán tinh gang, kim loại màu, chàt dẻo cùng như thép

- Tính năng của dao sứ càng cao khi: tiết diện cắt bé, độ cứng vừng của

hệ thống công nghệ cao, không có sự thay đối đột ngột về lực cắt, không có dao động

- Việc sử dụng vật liệu sứ có nhiều ttiển vọng do tính cắt tốt, vật liệu sứ lại

rẻ hon HKC (A12Ò3 rẻ hon WC 125 lần)

- Tuy nhiên cần phài cải thiện độ bền của vật liệu sứ, bằng cách kết hợp với wc, nguyên tố Co và Mo

3 Nhồi H2O, ép thành mành dao, nung ở 1750°C

1 Nung đất sét

kỳ thuạt (Ôxít

1.2.6 Vật liệu hạt mài

Hình 1.8 Sơ đồ phân loại vật liệu hạt mài

ì.2.6.1 Vật liệu hạt mài tự nhiên

Kim cương có thành phần hóa học gồm các bon với hợp chất ôxít sắt, ôxít silic, ôxít titan, ôxít magiê, ôxít nhôm, ôxít canxi, ôxít đồng Kim cương tự nhiên

có những tính chất cơ lý sau đây:

Kôrun là một loại khoáng sản có thành phần chủ yếu là ôxít nhôm (80:95%

Al2O3) và một số hợp chất khác có liên kết hóa học với ôxít nhôm Kôrun thường được dùng chủ yếu để làm vật liệu dụng cụ cắt cho gia công tinh

Granat có thành phần gồm hợp chất của magiê, mangan và sắt Trong thực tế granat được dùng để chế tạo các loại giấy ráp

Thạch anh có thành phần chủ yếu là ôxít silic (95:98% SiO2) Thạch anh được dùng để chế tạo giấy ráp như granat hoặc đá mài giấy ráp để gia công gỗ, gia công cao su

Cremen là một loại khoáng sản có thành phần gồm ôxít silic, các loại thạch anh và các chất hữu cơ khác

ì.2.6.2 Vật liệu hạt mài nhân tạo

Kim cương nhân tạo được tổng hợp từ than chì (graphits) ở áp lực cao

(-100000 atm) và nhiệt độ cao (-2500°C) Những tính năng cơ bản của kim cương bao gồm:

• Giòn, không chịu được tải trọng va đập

• Khi gia còng ờ nhiệt độ cao có hiện tượng graphits hóa

• Chống mòn tốt

• Dùng làm đá mài đề mài sắc dụng cụ cat bang HKC

• Dùng làm dao tiện đề tiện tinh vật liệu có độ cứng cao

Nitrit bo lập phương còn được gọi là Elbo - CBN, tính cắt của nó cũng tương

tự như kim cương, riêng độ cứng tế vi lớn hơn nhiều Thành phần cơ bản gồm các nguyên tố: bo, silic và các bon Dưới đây là một vài tính năng của vật liệu này để

so sánh:

- Độ cứng tế vi khoảng 600:800.108 Pa

- Chịu nhiệt khoảng 2000 °C

- Hệ số ma sát với kim loại nhỏ

Nitrit bo được dùng để chế tạo đá mài khi gia công thép có độ cứng cao (HRC -39:66), mài sắc dụng cụ thép gió Gia công bằng nitrit bo cho phép nâng cao độ chính xác và chất lượng bề mặt

Kôrun điện trung bình là vật liệu hạt mài chứa hàm lượng lớn kôrun Đá mài

được chế tạo từ vật liệu này được dùng để gia công thép các bon chưa nhiệt luyện

và gang hợp kim

Kôrun điện trắng được chế tạo từ đất sét bằng cách nung nóng trong lò điện Tùy thuộc vào hàm lượng Al2O3 mà kôrun điện trắng được chia làm hai loại: Dùng kôrun điện trắng để chế tạo dụng cụ gia công thép các bon, thép gió trước và sau nhiệt luyện

Kôrun điện crôm được chế tạo từ đất sét bằng cách nung trong lò điện có pha thêm quặng crôm

- TiN, MO2N tăng độ bền tĩnh và

độ dai va đập chu kỳ của HKC, TiC làm giảm độ bền của HKC khoảng 30-ỉ-40%

- Tie vả TÍN làm giảm quá trình ôxy hóa các HKC khi nhiệt cắt

>800°C

- Cãi thiện độ bền nóng và độ chịu mòn

- Lực cắt giảm 15-ỉ-25%, nhiệt cắt giảm ~65°c so với

Chất liệu phủ

- Nitrit tiatan (TÍN)

- Các bit titan (Tic)

- Nitrit molipden (Mo 2 N)

- Óxítnhôm(Al 2 O 3 )

dao HKC thông thường

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1

1 Phân tích các yêu cầu cơ bản của vật liệu dụng cụ cắt? Trong các yêu cầu đó, yêu cầu nào là quan trọng nhất, giải thích vì sao?

2 Trình bày đặc điểm, ký hiệu và ứng dụng của thép các bon dụng cụ?

3 Trình bày đặc điểm, ký hiệu và ứng dụng của thép gió? So sánh thép gió P9 và P18?

4 Trình bày quy trình chế tạo các mảnh hợp kim cứng, đặc điểm, ký hiệu và

Chương 2: CẤU TẠO VĂ THÔNG SỐ HÌNH HỌC CỦA DỤNG CỤ CẮT

dạng về kích thước, chủng loại, hình dâng Hình 2.1:Tiện mặt đần lỗ cũn căng., từđơn giảnđếnphứọ tạp.'

Tuy nhiín, dù cấu tạo có phức tạp đến đđu thì nguyín lý cắt vă thông số hình học của chúng đều dựa trín nguyín lý cắt vă thông số hình học của dao tiện, đđy

lă dụng cụ cắt cơ bản nhất mă chúng ta thường gặp Vì vậy, trong chương 2 năy

ta sẽ đi tìm hiểu những kiến thức cơ bản nhất về kết cấu vă thông số hình học của dụng cụ cắt vă cụ thể lă của dao tiện cũng như đặc điểm của phương phâp gia công tiện

2.1 Cấu tạo dao tiện vă câc chuyển động cắt khi tiện

Tiện lă phương phâp dùng để gia công câc mặt trụ tròn xoay (trong vă ngoăi), mặt ren, mặt định hình có tiết diện tròn Đđy lă phương phâp gia công phổ biến, đóng vai trò quan trọng trong câc phđn xưởng cơ khí với tỷ lệ mây tiện chiếm khoảng 50:60% tổng số mây cắt kim loại

Hình 2.2 Mây tiện ren vít vạn năng

1) Ụ trước; 2) Mđm cặp; 3) Hộp xe dao; 4) ổ gâ dao; 5) Băn dao dọc; 6) Ụ sau 7) Băn dao ngang; 8) Thđn mây; 9) Hộp công tắc điện; 10) Trục trơn; 11) Trục vitme; 12) Đế mây; 13) Puli vă đai truyền.; 14) Hộp bước tiến;

15) Bộ bânh răng thay thế

ă chăăng trăăc chúng ta ăê ăi tìm hiău să lăăc vă yíu cău că băn căa văt liău dăng că căt vă ăăc tính căa măt să loăi dăng că căt thăăng dùng ăă dăng că căt có thă căt ăăăc thì ngoăi yíu cău vă văt liău chă tăo thì măt ăiău không thă không quan tđm ăăn ẳ lă thông să

Để có cơ sở nghiên cứu về phương pháp gia công tiện, trước tiên ta đi tìm hiểu cụ thể về cấu tạo cũng như các chuyển động cắt khi tiện

2.1.1 Cấu tạo của dao tiện

Để xác định các bề mặt của dao tiện ta cần quan tâm đến một số khái niệm cơ bản về các bề mặt trên chi tiết gia công (Hình 2.3)

Mặt chưa gia công là bề mặt trên phôi vẫn còn lượng dư chờ được gia công

Mặt đã gia công là bề mặt vừa được gia công xong

Mặt đang gia công là bề mặt nối tiếp giữa mặt đã gia công và mặt chưa gia công

Phôi

1 Mật chưa gia công 2 Mặt đang gia công 3 Mặt đà gia công

Hình 2.3 Các bề mặt trên chi tiết gia công

Dao tiện có nhiều loại, để đơn giản ta tìm hiểu cấu tạo của dao tiện ngoài đầu thẳng, từ đó làm cơ sở để tìm hiểu cấu tạo của các dụng cụ cắt khác Dao tiện nói chung có cấu tạo như sau:

Hình 2.4 Đài dao trên máy tiện

Phần cắt có cấu tạo gồm:

Mặt trước : Là mặt theo đó phoi thoát ra trong quá trình cắt

Mặt sau chính : Là mặt đối diện với bề mặt đang gia công của chi tiết

Mặt sau phụ : Là mặt đối diện với bề mặt đã gia công của chi tiết

Lưỡi cắt chính : Là giao tuyến giữa mặt trước với mặt sau chính

Lưỡi cắt phụ : Là giao tuyến giữa mặt trước với mặt sau phụ

Mũi dao : Là phần chuyển tiếp giữa lưỡi cắt chính với lưỡi cắt phụ Lưu ý : Các mặt có thể là mặt phẳng hoặc mặt cong

Hình 2.5 Cấu tạo dao tiện ngoài đầu thẳng

2.1.2 Phân loại dao tiện

Trên máy tiện, người ta có thể dụng nhiều loại dao khác nhau, theo hướng chạy dao phân ra làm dao trái và dao phải:

- Dao trái (hình 2.6 a) có hướng chạy dao từ trái sang phải

- Dao phải (hình 2.6 b) có hướng chạy dao từ phải sang trái

Hình 2.6 Dao trái (a) và dao phải (b) Phân loại theo hình dáng và vị trí của đầu dao so với thân dao, có dao đầu thẳng, dao đầu cong, dao cắt (Xem hình 2.7)

Hình 2.7 Phân loại dao theo hình dáng và vị trí của đầu dao

a) Dao đầu thẳng; b) Dao đầu cong; c) Dao cắt phải;

d) Dao cắt đối xứng; e) Dao cắt trái

36Phân loại theo kết cấu của dao tiện có:

Hình 2.8 Phân loại theo kết cấu

Phân loại theo công dụng của dao tiện có:

Hình 2.9 Phân loại theo công dụng

a) Dao phá thẳng; b) Dao phá đầu cong; c) Dao vai: d) Dao xén mặt đầu; đ) Dao cắt đứt; e) Dao cắt rãnh; g) Dao định hình: h) Dao tiện ren:

a) Dao liền

b) Dao hàn

c) Dao hàn mảnh HKC

d) Dao chap

38i) Dao tiện lỗ suốt; k) Dao tiện lỗ bậc.

2.1.3 Các chuyển động cắt khi tiện

Mỗi máy cắt kim loại có quỹ đạo chuyển động tuơng đối giữa dao và chi tiết khác nhau Các chuyển động khi cắt đuợc phân ra làm 3 loại cơ bản:

Hình 2.10 Chuyển động cắt trên máy tiện

2.Ì.3.2 Chuyển động chạy dao

Chuyển động chạy dao là chuyển động của dao hay chi tiết gia công nó kết hợp với chuyển động cắt chính nhằm duy trì quá trình cắt Trên máy tiện thì chuyển động chạy dao là chuyển động tịnh tiến của dao theo phuơng song song, vuông góc (Hình 2.ÌÌ a) hoặc tạo thành một góc nghiêng so với đuờng tâm của phôi (Hình 2.ÌÌb) Cũng có khi chuyển động chạy dao có quỹ đạo là một đuờng cong (hình 2.ÌÌ c)

Hình 2.11 Các dạng chuyển động chạy dao

2.Ì.3.3 Chuyển động phụ

Bước tiến dọc

Mặt phẫng cơ sơ

( - _ „í„ _ >

MẬT PHẢNG CẮT GỌT

- Là mật phẳng được tạo bởi lười cất chính với véc tơ tốc độ cất tại điếm đang

xét trên lười cắt chính (Lưỡi cắt thẳng).

- Là mật phang được tạo bởi tiếp tuyển với lưỡi cất tại điềm đang xét với véc tơ tốc độ cất cũng tại điềm đó (Lưỡi cắt cong).

MẬT PHẢNG Cơ SỞ

- Là mặt phẳng song song với hướng tiến dao dọc và ngang

- Thông thường, mật phẳng cơ sở lả mật tựa của dao lên ổ dao