01-Hoàng Thanh Hiếu-10518095-Nguyên lý và dụng cụ cắt

TÊN BÀI TIỂU LUẬN Tiểu luận môn học Nguyên lý và dụng cụ cắt Chủ đề: 01 Tìm hiểu về các loại vật liệu làm dụng cụ cắt và quá trình cắt khi tiện.. Cắt kim loại là một nghành khoa học một

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG

Học kỳ 2 - Năm học: 2020-2021

TÊN BÀI TIỂU LUẬN Tiểu luận môn học Nguyên lý và dụng cụ cắt

Chủ đề: 01

Tìm hiểu về các loại vật liệu làm dụng cụ cắt và quá trình cắt khi tiện

Yêu cầu:

- Các yêu cầu của vật liệu làm dao? Trình bày đ ặc điểm và

phạm vi sử dụng của thép gió? Cho ví d ụ minh họa

- Trình bày đặc điểm và phạm vi sử dụng của hợp kim

cứng? Giải thích ký hiệu vật liệu: BK8, TT7K12, T15K6?

- Trình bày các thông s ố hình học của dao tiện ngoài ở

trạng thái tĩnh? -Nêu trình tự xác định chế độ cắt khi tiện?

Viết và giải thích công thức tính vận tốc cắt theo tuổi bền của dao?

Bài tập: Cho sơ đồ tiện trụ ngoài như hình 1 Các thông số

cho trước: dao tiện gắn mảnh hợp kim BK12 Vật liệu gia công thép C45 Tiện trụ ngoài kích thước 70 x 39.15, lượng dư gia công hai phía 2,5 mm Tính ch ế độ cắt (V, S, t), lực cắt, công suất cắt khi tiện?

1.1 : Các yêu cầu của vật liệu làm dao

1.2 : Trình bày đăc điểm và phạm vi sử dụng của thép gió 1.3 : Trình bày đặc điểm và phạm vi sử dụng của hợp kim

I LỜI MỞ ĐẦU

Cắt kim loại là một nghành khoa học một nghiên cứu các quy luật trong việc gia công kim lo ại bằng cắt bằng cách gia tăng năng su ất lao động, nghiên cứu các đặc tính của dụng cụ cắt kim loại, đồng thời chỉ ra cách thức chế tạo chúng

Hiện nay có rất nhiều phương pháp gia công kim lo ại: Gia công không phoi (đúc, cán, rèn, dập…), luyện kim bột, gia công bằng tia, gia công

có phoi.v v… Các phương pháp kể trên, tuy hiện nay được sử dụng rộng rãi trong sản xuất nhưng chủ yếu để tạo phôi hoạc tạo ra các sản phẩm với yêu cầu chất lượng không cao hoặc vì lý do kinh tế, chưa được dùng rộng rãi trên mọi sản phẩm Phần lớn những chi tiết có yêu cầu chất lượng cao đều phải qua gia công bằng cắt (gia công có phoi) Quá trình cắt kim loại là sự tách ra khỏi phôi một lớp kim loại nhất định (dưới dạng phoi) để nhận được từ phôi chi tiết có hình dáng, kích thước và độ chính xác theo yêu cầu Trong phần này ta sẽ trình bày về những nội

dung như sau:

❖ Các yêu cầu của vật liệu làm dao? Trình bày đặc điểm và phạm vi sử dụng của thép gió?

❖ Trình bày đặc điểm và phạm vi sử dụng của hợp kim cứng

❖ Trình bày các thông số hình học của dao tiện ngoài ở trạng thái tĩnh?

❖ Nêu trình tự xác định chế độ cắt khi tiện? Viết và giải thích

công thức tính vận tốc cắt theo tuổi bền của dao?

II NỘI DUNG

Phần 1 Tìm hiểu về các loại vật liệu làm dụng cụ cắt và quá trình

cắt khi tiện.

1.1 Các yêu cầu của vật liệu làm dao

1 Độ cứng đâm xuyên cao ở nhiệt độ cao để tăng tính chống mòn do cào sước;

2 Độ bền biến dạng cao để bảo toàn hình dáng lưỡi cắt khỏi sự biến dạng hoặc cong oàn dưới tác động của ứng suất phát sinh khi tạo phoi;

3 Tính dẻo dai và chịu va đập để chống lại sự mẻ vỡ lưỡi cắt, đặc biệt khi cắt

không liên tục (có va đập);

4 Tính trơ hóa học (ái lực hóa học thấp) với vật liệu gia công để chống lại mòn oxy hóa, mòn hóa học và mòn khuyếch tán;

5 Tính dẫn nhiệt cao để giảm nhiệt cắt gần lưỡi cắt;

6 Độ bền mỏi cao, đặc biệt với các dụng cụ được sử dụng cắt không liên tục;

7 Độ bền mỏi nhiệt cao (thermal shock resistance) để bảo vệ dụng cụ không bị vỡ khi cắt không liên tục;

8 Độ bền hình dạng cao (high stiffness) để đảm bảo độ chính xác gia công;

9 Tính trơn trượt thỏa đáng (adequate lubricity) – ma sát nhỏ với vật liệu gia công

để hạn chế việc hình thành lẹo dao, đặc biệt khi gia công vật liệu mềm dẻo

1.2 Trình bày đặc điểm và phạm vi sử dụng của thép gió

Thép gió là một loại thép dụng cụ có tính chịu nóng rất cao và độ cứng lớn, loại thép này bao gồm các mác thép hợp kim hóa cao, được dùng chủ yếu để làm các dụng cụ cắt gọt Ở đa số các quốc gia khác thép gió được gọi là “thép cắt

nhanh” (thí dụ, tiếng Anh: high speed steel) vì thép này khi làm dụng cụ cắt gọt cho phép làm việc với tốc độ rất cao mà không giảm độ cứng của dụng cụ cắt gọt

- Thép gió là thép HK dụng cụ có chứa hàm lượng W từ 6-19% và Cr từ 3- 4.6% Được phát minh năm 1902 tại Vương Quốc Anh Ngày nay vẫn được sử dụng rất rộng rãi để chế tạo DCC

Khối lượng riêng thay đổi trong phạm vi rộng: 7.9-8.75 kg/dm3

- Khó gia công bằng biến dạng dẻo Tính mài kém

- Dễ gây ra sự không đồng đều MeC trong thép làm giảm tính cắt

- Đắt tiền

- Độ dẫn nhiệt thấp: λ = 16.75 – 25.12 W/m.0K

+ Thép gió được chia thành 3 nhóm chính:

- Thép gió năng xuất thường: gồm các ngtố HK chủ yếu W, Mo & Cr

- Thép gió năng xuất cao: thêm các ngtố Va, Co

- Thép gió phủ (sẽ giới thiệu kĩ hơn ở phần vật liệu phun phủ)

+ Phạm vi sử dụng:

Thích hợp với rất nhiều loại DCC, đặc biệt với DC gia công định hình hoặc dụng

cụ có hình dáng phức tạp khi mà việc sử dụng HKC và các vật liệu siêu cứng tổng hợp khác gặp nhiều khó khăn

Phải ram sau khi tôi nhiều lần (3 lần) mổi lần trong 1 giờ (nhiệt độ ram 560oC) Sau mỗi lần ram phải để nguội đến nhiệt độ thường

Chế tạo mũi khoan

VD: Thép gió HSS

Thép gió HSS (High Speed Steel) Là dòng thép công cụ có độ cứng lớn chuyên dụng dể sản xuất các dụng cụ cắt gọt Thép có khả năng chịu mài mòn tốt, khả năng chịu nhiệt độ cao và có thể luyện trong gió

➢ Các đặc tính của thép gió HSS:

• Tốc dộ cắt 25-80m/min (3-7 lần so với loại trên)

• Tính chống mài mòn và tuổi bền cao (8-10 lần)

• Độ thấm tôi đặc biệt cao (tôi thấu với tiết diện bất kỳ)

➢ Ứng dụng của thép gió HSS

Thép gió HSS được biết đến như một loại thép làm dao quan trọng nhất, tốt nhất, thỏa mãn cao nhất các yêu cầu đối với vật liệu làm dao, mũi khoan, vòi nước, dao phay, lưỡi cưa, …

➢ Các loại thép gió HSS phổ biến trên thị trường hiện nay

1.3 Trình bày đặc điểm và phạm vi sử dụng của hợp kim cứng

Từ năm 1915-1925 ở Mỹ và Đức đã tiến hành thử nghiệm chế tạo hợp kim cứng Ơ Liên Xô cũ, hợp kim cứng ra đời vào những năm 1930-1935

Hợp kim cứng là hợp kim được chế tạo bằng phương pháp luyện kim bột, thành phần chủa yếu của nó là cacbit titan TiC, cacbit vonfram WC hoặc cacbit khác ở dạng hạt nó được kết dính với nhau bằng nguyên tố coban

Thành phần chủ yếu của HKC là Cácbit của một số kim loại khó nóng chảy như Vonfran, Titan, Tantan và được liên kết bởi kim loại cơ bản

Tính cắt của HKC do các pha Cácbit kim loại quyết định Độ bền cơ học do Coban tạo nên

Những tính năng cơ bản của HKC so với các loại vật liệu làm dao khác như sau: -Độ cứng cao HRA = 80 – 90 (HRC >70-71)

-Độ chịu nhiệt cao:800-10000C, do đó tốc độ cắt cho phép của HKC có thể đạt đến

V >100 m/ph

-Độ chịu mòn gấp 1,5 lần so với thép gió

-Chịu nén tốt hơn chịu uốn (hàm lượng Coban càng lớn thì sức bền uốn càng cao) Hợp kim cứng được chế tạo qua các giai đoạn sau:

-Tạo bột Vonfram, Titan và Tantan nguyên chất

- Tạo ra các Cácbit tương ứng từ các bột nguyên chất W, Ti, Ta -Trộn bột Cácbit vời bột Coban theo thành phần tương ứng với các loại hợp kim cứng

-Ép hỗn hợp dưới áp suất lớn (100-140MN/mm2) nung sơ bộ đến 900oC trong khoảng 1 giờ

-Tạo hình theo các dạng yêu cầu

-Thêu kết lần cuối ở nhiệt độ cao1400- 15000C trong 1 đến 3 giờ tạo thành HKC Sau khi thêu kết, HKC có độ cứng cao nên chỉ có thể gia công bằng phương pháp mài hoặc bằng các phương pháp đặc biệt (điện hoá, tia lửa điện…)

Hợp kim cứng là loại kim loại bột nên có độ xốp (khoảng 5%)

Hạt cácbit càng mịn, phân bố càng đều thì tính năng thì tính năng của hợp kim cứng càng cao, chủ yếu là độ cứng và tính chịu mài mòn Độ cứng của hợp kim cứng phụ thuộc vào lượng Cácbit Vonfram, Cácbit Titan và Cácbit Tantan Lượng Cácbit càng lớn thì độ cứng càng cao

Lượng coban càng nhiều thì độ cứng càng giãm, tuy nhiên độ bền và tính dẽo càng tăng

Có ba nhóm hợp kim cứng thường gặp như sau:

a Nhóm một Cácbit – kí hiệu K (ISO) hoặc BK (Nga) thành phần gồm:

Cácbitvonfram (WC) và Coban (Co) nhóm này chủ yếu để gia công vật liệu giòn: gang, kim loại màu…

b Nhóm hai cácbit – kí hiệu là P (ISO) hoặc TK (Nga) thành phần gồm: Cácbit Vonfram (WC), Cácbit Titan (TiC) và Coban (Co) Nhóm hai Cácbit có tính chóng dính cao hơn nên được dùng để gia công kim loại dẽo như thép, … (thường hình thành phoi dây khi cắt và có nhiệt độ căt cao ở mặt trước)

c Nhóm ba cácbit – kí hiệu M (ISO) hoặc TTK (Nga) thành phần gồm: Cácbit Vonfram (WC), Cácbit Titan (TiC) và Coban (Co) và Cácbit Tantan (TaC) Loại này thường được dùng để gia công các loại vật liệu khó gia công

• Tính giòn của hợp kim cứng tương đối cao, dễ gãy, vỡ, mẻ dưới tải trọng va đập

- Có thành phần: WC: 81%, TiC:15%, TaC:3%, Co:12%

- Giới hạn bền uốn thấp: σu = 1800 Mpa

1.4 Thông số hình học của dao tiện ngoài ở trạng thái tĩnh

- Thông số hình học của dao được xét ở trạng thái tĩnh (khi dao chưa làm việc) Góc độ của dao được xét trên cơ sở: dao tiện đầu thẳng đặt vuông góc với phương chạy dao, mũi dao đư ợc gá

ngang tâm phôi

- Các thông số hình học của dao nhằm xác định vị trí các góc độ của dao nằm trên đầu dao Những thông số này được xác định ở tiết diện chính N – N, ở mặt đáy, ở tiết diện phụ N1 – N1 và trên mặt phẳng cắt gọt

+Góc trước  : là góc tạo thành giữa mặt trước và mặt đáy đo trong tiết diện chính N – N với mặt đáy

Góc trước có giá trị dương khi mặt trước thấp hơn mặt đáy tính từ mũi dao, có giá trị âm khi mặt trước cao hơn mặt đáy và bằng không khi mặt trước song song

Khi góc trước lớn biến dạng phoi nhỏ, việc thoát phoi dễ dàng, lực cắt

và công tiêu hao gi ảm, năng suất tăng

+Góc sau chính  : là góc tạo thành giữa mặt sau và mặt phẳng cắt gọt đo trong tiết diện chính Góc sau thường có giá trị dương Góc sau càng lớn mặt sau ít bị ma sát vào bề mặt gia công nên ch ất lượng

bề mặt gia công càng t ốt

+Góc cắt  : là góc tạo bởi giữa mặt trước và mặt cắt đo trong tiết diện chính

+Góc sắc  : là góc được tạo bởi mặt trước và mặt sau chính đo trong tiết diện chính

+Góc mũi dao  : là góc hợp bởi hình chiếu lưỡi cắt chính và hình

chiếu của lưỡi cắt phụ trên mặt phẳng đáy

+Góc nghiêng chính  : là góc của hình chiếu lưỡi cắt chính với

phương chạy dao đo trong mặt đáy

+Góc nghiêng phụ 1 : là góc của hình chiếu lưỡi cắt phụ với phương chạy dao đo trong mặt đáy Ta có :  +  + 1 =180o

+Góc nâng của lưỡi cắt chính : là góc tạo bởi lưỡi cắt chính và hình chiếu của nó trên mặt đáy

 >0, khi mũi dao là điểm thấp nhất của lưỡi cắt

 <0, Khi mũi dao là điểm cao nhất của lưỡi cắt

 = 0 Khi lưỡi cắt nằm ngang (song song với mặt đáy)

1.5 Trình tự xác định chế độ cắt khi tiện

Chọn chế độ cắt là xác định chiều sâu cắt, số lần chạy dao, lượng chạy dao, tốc độ cắt và công suất cần thiết trong điều kiện gia công nhất định

Trình tự tra chế độ cắt khi tiện (Các phương pháp gia công khác cũng được tra theo trình tự tương tự)

1 Chiều sâu cắt t, mm: Để giảm bớt thời gian gia công, thời gian phụ nên chọn số lần chạy dao là ít nhất Gia công thô: t lấy bằng lượng dư

Gia công tinh: với bề mặt có độ nhẵn bóng thấp hơn cấp 5 thì t = 0,5 — 2 mm, với

cấp 6, 7 thì t = 0,1 — 0,4 mm Chú ý: Khi cắt đứt và tạo rãnh, tiện định hình, t = chiều rộng của lưỡi cắt

2 Tra lượng chạy dao s, mm/vg: Khi dùng lượng chạy dao nên chú ý những yếu tố sau đây: Yêu cầu độ bóng bề mặt, độ chống rung động của hệ thống máy-dao-chi tiết: độ bền vững của dao, máy gia công đảm bảo công suất Giá trị lượng chạy dao tra ở các bảng (14-12)

1 Lượng chạy dao tiện thô mặt ngoài và tiện cắt đứt bằng dao thép gió và dao hợp kim cứng

2 Lượng chạy dao khi tiện ngoài thép tôi bằng dao hợp kim cứng

3 Lượng chạy dao khi tiện thô lỗ trên máy tiện

4 Lượng chạy dao khi tiện thô lỗ trên máy doa nếu dùng trục doa có hai lỗ đỡ

5 Lượng chạy dao nên dùng để tiện thép và gang bằng dao tiện có lưỡi cắt phụ

6 Lượng chạy dao tiện ngoài và bào thép có ơb = 90 4- 70 KG/mm2 bằng dao thép gió và dao hợp kim cứng

7 Lượng chạy dao tiện ngoài hợp kim đồng đúc bằng dao thép gió và hợp kim cứng

8 Lượng chạy dao cắt đứt và tiện rãnh trên máy tiện

9 Lượng chạy dao khi tiện định hình trên máy tự động

10 Lượng chạy dao khi gia công trên máỵ tự động một trục nhiều dao

11 Bảng hệ số đã tính lượng chạy dao gia công thô vật liệu khác nhau:

12 Lượng chạy dao khi tiện ngoài, tiện mặt đầu trên máy tự động nhiều trục

1.6 Viết và giải thích công thức tính vận tốc cắt theo tuổi bền của dao

• Công thức:T= 𝐶1

𝑉 𝑚1

C-hằng số phụ thuộc vật liệu gia công và dụng cụ cắt, phụ thuộc t,s và những

điều kiện gia công khác

• m- số mũ nói nên mức độ ảnh hưởng của tuổi bền tốc độ cắt

• V- tốc độ cắt

Phần 2: Bài Tập

Bài tập: Cho sơ đồ tiện trụ ngoài như hình 1 Các thông số

cho trước: dao tiện gắn mảnh hợp kim BK12 Vật liệu gia công thép C45 Tiện trụ ngoài kích thước 70 x 39.15, lượng dư gia công hai phía 2,5 mm Tính ch ế độ cắt (V, S, t), lực cắt, công suất cắt khi tiện?

Bước 1 :Tiện thô trụ ngoài 70

Chiều sâu cắt t = 2 mm, lượng chạy dao S = 0,6 mm/vòng, tốc độ cắt V = 100 m/phút (tra bảng 5-60,5-62/ trang 52+54/Sổ Tay CNCTM tập 2)

Số vòng quay của trục chính theo tốc độ tính toán là:

70 14 , 3

100 1000

1000

.d n m



110 m/phút

Công suất cắt N =2,0 Kw (tra bảng 5-68/trang 60/ Sổ Tay CNCTM tập 2)

Bước 2 :Tiện tinh ngoài 70

Chiều sâu cắt t=0.5 mm, lượng chạy dao S = 0,3 mm/vòng, tốc độ cắt V = 130 m/phút (tra bảng 5-60,5-62 Sổ Tay CNCTM)

Số vòng quay của trục chính theo tốc độ tính toán là:

70 14 , 3

130 1000

1000

.d n m

III Nhận xét và kết luận

Sau khi tìm hiểu phần một của đề tài đã giúp em hi ểu được những nguyên lý cơ bản của nguyên lý và dụng cụ cắt Và các quy luật về cắt kim loại cho phép lựa chọn, thiết kế đúng thông số hình học của dụng cụ cắt, vật liệu làm dao, đáp ứng yêu cầu cụ thể của sản xuất cơ khí, góp phần nâng cao chất lượng sản xuất lao động, hạ giá thành sản phẩm Đồng thời các quy luật chung của quá trình cắt kim loại sẽ cải tiến, sáng tạo

ra các phương pháp giai công mới

Qua học phần nguyên lý và d ụng cụ cắt đã cho em th ấy được tầm quan trọng: Như đã biết, các chi tiết máy có yêu cầu chất lượng cao phần lớn đều gia công bằng cắt Hiện nay có rất nhiều phương pháp gia công kim loại khác nhau, nhưng do các lý do kinh t ế – kỹ thuật nên gia công bằng cắt vẵn chiếm ưu thế trong gia công kim lo ại nói riêng và trong nghành chế tạo máy nói chung Phần gia công kim loại bằng cắt chiếm gần 30% trong chế tạo máy công cụ và do đó ảnh hưởng quyết định đến sự phát triển của toàn bộ nghành máy Sự phát triển của cắt kim loại góp phần thúc đẩy các nghành khoa học: máy công cụ- công nghệ chế tạo máy, phát triển mạnh mẽ hơn

Tài liệu tham khảo

1 Nguyễn Văn Cư ờng, Lê H ồng Kỳ, Mạc Thị Bích – Bài giảng Phân tích thiết kế và Mô ph ỏng động lực học máy- Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội (2018)

2 Software: Autodesk Inventor Professional