Gia công cắt gọt trên máy công cụ phần 1

Trang 1

TS Nguyễn Đức Thắng (Chủ biên) TS Nguyễn Hà Tuắn; TS Hồng Văn Gợt ThS Vũ Trung Tuyến; ThS Nguyễn Văn Giáp; ThS Phạm Văn Đơng

GIA CƠNG CẮT GỌT

TRÊN MÁY CƠNG CỤ

Trang 2

TS Nguyễn Đức Thắng (Chủ biên) TS Nguyễn Ha Tudn; TS Hoang Van Got

Trang 3

LOI NOI DAU

Với sự phát triển của khoa học và cơng nghệ, những, quá trình gia cơng vật liệu tiên tiến đã được sử dụng Tuy nhiên cho đến nay, gia cơng cắt gọt vật liệu mà chủ yếu là kim loại vẫn chiếm tỉ lệ cao trong quá trình sản xuất từ nguyên liệu đến sản phẩm Việc nâng cao mức độ cơ khí hĩa và tự động hĩa là phương hướng chủ yếu trong ngành chế tạo máy hiện nay ở nước ta Để giúp sinh viên cơ khí thuộc các hệ đào tạo cĩ thêm tài liệu học tập và tham khảo khi các trường đại học đang chuyển từ đào tạo niên

chế sang tín chỉ, nhĩm tác giả đã biên soạn cuốn sách mang tên Gia cơng cắt gọt trên

máy cơng cụ

Trên cơ sở kế thừa truyền thống trong lĩnh vực chế tạo máy ở Việt Nam, nhĩm tác giả đã tham khảo các tài liệu mới trong và ngồi nước, cùng với những kiến thức đã được tích lũy trong thời gian tham gia sản xuất, giảng dạy và nghiên cứu đề đưa vào

cuốn sách những nội dung mới

Tài liệu được biên soạn nhằm cung cấp kiến thức về nguyên y cắt gọt, các vật liệu mới, cũng như nguyên lí hoạt động, cấu tạo của các loại máy cắt kim loại từ cổ điển đến hiện đại đang được dùng ở Việt Nam

Trong quá trình biên soạn, chúng tơi đã nhận được sự giúp đỡ của đồng nghiệp, các em sinh viên Nhĩm tác giả đặc biệt cảm ơn PGS Hoang Ting, PGS Trần Thành đã cĩ những ý kiến đĩng gĩp quý báu cho bản thảo,

Sách cũng được dùng cho cán bộ nghiên cứu, kỹ sư thiết kế, những thợ cơ khí bậc cao để tham khảo

Với nguồn tư liệu hết sức phong phú, tuy nhiên nhĩm biên soạn chưa khai thác

được hết, mặt khác do nhiều yếu tố khác nhau nên việc thiếu sĩt là khơng thể tránh

khỏi Chúng tơi mong nhận được những ý kiến đĩng gĩp của độc giả và đồng nghiệp Các ý kiến đĩng gĩp xin gửi về Nhà Xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 70 Trần Hưng Đạo, Hà Nội Hoặc theo dịa chỉ: thang-dwe@mail.hut edu.vn

Trang 4

MỞ ĐẦU

GIÁ CƠNG CẮT GỌT TRÊN MÁY CƠNG CỤ

Gia cơng cắt gọt là thuật ngữ khái quát được dùng để mơ tả quá trình bĩc đi các lớp vật liệu của cử viết gia cơng (phơi) bằng các dụng cụ khác nhau trên máy cơng cụ để nhận được chỉ tiết cĩ hình dạng, kích thước, độ chính xác và độ nhám bề mặt theo yêu cầu kỹ thuật Thường được phân chia ra các loại sau:

i) Cắt gọt tạo hình là dùng dụng cụ cắt gồm một hoặc nhiều lưỡi cắt, mỗi dụng cụ cĩ hình dáng nhất định

ii) Quá trình gia cơng tỉnh bằng cào xước như mài, nghiền, khơn

ii)Các quá trình gia cơng tiên tiến như các phương pháp bằng điện, điện hĩa, nhiệt, sức nước, laser

So với các phương pháp khác thì gia cơng bằng cắt gọt cĩ những ưu điểm sau: - Độ chính xác kích thước cao Ví dụ trục khuỷu khơng thể chế tạo chỉ bằng quá trình dập thể tích hoặc đúc được

- Các quá trình khác khĩ tạo được chỉ tiết cĩ đặc trưng hình học bên ngồi và bên

trong với gĩc sắc, thoải, lượn đặc biệt

~ Gia cơng cắt gọt thường kinh tế hơn so với các quá trình khác trong sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ

- Chỉ tiết sau nhiệt luyện thường bị biến dạng cong vênh, do đĩ phải thêm các

nguyên cơng sửa tỉnh để đạt kích thước và độ nhám yêu cầu Tuy vậy gia cơng bằng cắt gọt cũng cĩ những nhược điểm sau:

- Tao ra phoi là các vật liệu phế thải

- Vì phải cắt bỏ lớp phoi nên tốn năng lượng, thời gian và sức lao động hơn các nguyên cơng khác

- Cĩ khi bề mặt của chỉ tiết bị giảm chất lượng

Kiểu dụng cụ cắt là khía cạnh rất quan trọng của nguyên cơng cắt gọt Máy để

thực hiện các nguyên cơng cất gọt được gọi chung là máy cơng cụ Cấu tạo và đặc tính của máy cơng cụ ảnh hưởng lớn đến các nguyên cơng cũng như chất lượng sản phẩm, bề mặt và độ chính xác

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học và cơng nghệ, đã chế tạo được

các trung tâm gia cơng là những máy cơng cụ linh hoạt được điều khiển bằng máy tính

(CNC) cĩ khả năng thực hiện các nguyên cơng một cách hồn hảo

Trang 5

Sơ đồ mơ tả các quá trình cắt gọt: ¬ Máy cơng cụ Quá trình gia cơng cơ khí TT gia cơng Kinh tế học Cơ cầu : Vật liệu dụng cụ | Gia cơng cất gọt | - [ Gia cơng cào xước (Gia cơng tiên tiền DD trơn nguội [Héa học Bề mặt Các dạng

trịn xoay bề mặt khác ign hĩa

i Mai dign hoa

| Mài (Siêu âm boo day 1 Pha Nghia er Tiên Doa Bạo Tiêu Cao la nh bĩng (Chùm ta điện từ trị |Chuốt innate Khoan Cua Phun nước Giữa [phản lực Bénh răng Ren

Do các nguyên nhân về kinh tế và kỹ thuật, một số nguyên cơng tạo hình khơng

thể đáp ứng dù chế tạo bằng các quá trình cắt gọt, đúc, hàn, tuyện kim bột hay gia cơng áp lực, từ những năm 1950 các quá trình gia cơng cơ khí tiên tiền (khơng truyền thống) đã được áp dụng và ngày nay đang dần trở thành các quá trình chế tạo chủ yếu

Trang 6

CHƯƠNG I

NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN

LSU TAO BINH BE MAT GIA CONG TREN MAY CONG CU 11 Cac bé mit gia cong trén máy cơng cụ

Bề mặt của các chỉ tiết máy, khí cụ và dụng cụ rất đa dạng Trên máy cơng cụ, với quá trình cắt bằng các dụng cụ cắt khác nhau, cĩ thể tạo ra bể mặt cĩ hình dạng bất kỳ Cĩ nhiều cách phân loại bề mặt gia cơng, song thuận tiện hơn cả là phân loại theo

hình dạng bề mặt như: mặt phẳng, mặt trụ trịn và khơng trịn, mặt cơn trịn và khơng trịn, mặt kẻ khai triển và khơng khai triển, mặt cầu v.v

Cĩ thể coi các bề mặt chỉ tiết gia cơng là quỹ tích các đường sinh tạo hình chuyển

động theo một đường khác gọi là đường, chuẩn

Mặt khác, do tính bat biến hay biến đổi hình dạng của các đường sinh theo thời gian, mà cĩ thể phân loại bề mặt gia cơng ra thành ba nhĩm: nhĩm cả hai đường sinh, đường chuẩn đều khơng đổi; nhĩm cĩ một đường sinh cố định và một đường chuẩn biến đơi; nhĩm cả hai đường sinh, đường chuẩn đều biến đổi Ví dụ: mặt phẳng được tạo hình do đường sinh thẳng 7 chuyên theo đường chuẩn thẳng 2 (h I.1a); mặt trụ trịn được tạo hình do đường sinh thing J di

chuyển theo đường chuẩn trịn 2 (h I.1b) hoặc do đường sinh trịn 7 đi chuyển theo đường chuẩn 2 (h I.1c); mặt răng thân khai (thuộc họ mặt kẻ khai triển) được tạo hình do đường sinh thân khai / trượt đọc theo đường chuẩn 2 (h L1đ) hoặc do đường sinh thẳng 7 trượt theo đường chuẩn thân khai 2 (h I.Ie); mặt cơn được tạo hình do đường sinh thẳng / đi chuyển theo đường chuẩn trịn 2 nà đường

sinh này luơn luơn hợp với đường trục đi qua Hình L1 Các dạng bề mặt

tâm đường chuẩn một gĩc khơng đổi (h 1.11)

Trang 7

Tĩm lại, cĩ thể tạo hình các dang hình học của đa số bề mặt chỉ tiết máy bằng cách dùng các đường sinh sau đây:

() Đường sinh do máy chỉ cĩ chuyển động quay và thẳng đều tạo ra như: đường thẳng, đường trịn hay cung trịn, đường xoắn trên mặt trụ (hoặc cơn), đường xoắn Acsimét

() Đường sinh do máy cĩ chuyển động thẳng va quay đơn giản đều và khơng đều tạo ra như: đường parabol, hypecbol, ellipse, xoắn logarit

Trong điều kiện gia cơng thực tế, khơng tổn tại các đường gia cơng kể trên, mà

chúng được tạo ra do tổ hợp các chuyển động tịnh tiến và quay của dụng cụ cắt với phơi tạo thành

Các chuyển động tương đối để tạo ra các đường sinh trên được gọi là chuyển

động tạo hình Nĩ cĩ thể là chuyển động đơn giản (khi chỉ cĩ một chuyển động) hoặc phức tạp (gồm một số chuyển động đơn giản kết hợp theo một quy luật nhất định) Hiện tồn tại bốn phương pháp tạo hình các đường sinh như: chép hình, bao hình, theo

vết (quỹ tích) và tiếp xúc

1.2 Các phương pháp tạo hình bề mặt gia cơng 12.1 Phương pháp chép hình

Lưỡi cắt (cịn được gọi là đường cắt) cĩ dạng trùng với đường sinh của bŠ mặt tạo hình Trong quá trình cắt, lưỡi dao luơn tiếp xúc với bề mặt tạo hình.Ví dụ, để gia cơng mặt trụ trịn (h I.2a) thì đường sinh 7 chép lại hình lưỡi cắt, đường chuẩn trịn 2 là do phơi quay trịn tạo ra Máy chỉ cĩ một chuyển động tạo hình là chuyên động quay đều của phơi Muốn cắt đi lượng vật liệu để chỉ tiết đạt kích thước cuối cùng thì cần cĩ chuyển động tiến dao ngang, được gọi là chuyển động điều chỉnh, nĩ khơng phải là

chuyển động tạo hình Tương tự, trong trường hợp gia cơng bánh răng bằng dao phay đĩa mơđun thì hình dạng lưỡi cắt của dao trùng với profile rãnh răng - chính là đường

sinh Đường chuẩn thắng đo phơi cĩ chuyển động đọc trục tạo ra Máy cĩ hai chuyển

động tạo hình: quay trịn của dao phay và tịnh tiến của phơi Ngồi ra, để gìa cơng các

rãnh răng kế tiếp, máy cần cĩ chuyển động quay chu kỳ đi một gĩc tương ứng với bước

ăn khớp, đĩ là chuyển động phân độ

122 Phương pháp bao hình

Lưỡi cắt chuyển động tạo ra nhiều bề mặt, đường và điểm hình học luơn luơn tiếp xúc với bề mặt gia cơng Qu tích các điểm (tiếp điểm) này chính là đường sinh của bề mặt tạo hình (cịn gọi là hình bao của lưỡi cắt) Bề mặt tạo hình khơng phụ thuộc vào hình đạng của lưỡi cắt

Trang 8

thanh răng chuyển động thẳng (cặp chuyển động tương đối này nhắc lại sự ăn khớp của bộ truyền thanh răng - bánh răng), thì lưỡi cắt sẽ cĩ đường sinh (do tập hợp các tiếp điểm tạo nên) chính là hình bao lấy đường sinh của bề mặt tạo hình Trường hợp này cần cĩ ba chuyển động tạo hình: phơi quay, dao thanh răng tịnh tiến dọc và dao hay phơi địch chuyển tịnh tiến đọc trục bánh răng

12.3 Phương pháp theo vất (quỹ tích)

Bề mặt tạo hình là vết chuyển động của lưỡi đao Đường sinh là vết vạch của mũi đao vạch ra Ví dụ, khi tiện trơn mặt trụ (h 1.2d) và khí khoan (h 1.2e), đường sinh 7 là

vết điểm A - mũi dao tiện Dao và phơi cĩ các chuyển động tương đổi sao cho đình A của lưỡi đao cắt luơn tiếp xúc với đường sinh J Đường chuẩn do phơi hay dao quay tạo ra Máy cĩ hai chuyển động tạo hình đơn giản

12.4 Phương pháp tiếp xúc

Trên cơ sở đường sinh 7 (h I.2) là đường, tiếp xúc với hàng loạt (chuỗi) các

đường hình học phụ 2 do các điểm cắt của lưỡi cắt chuyển động tạo ra

Hình L2 Các phương pháp tạo hình bề mặt

Ngồi bốn phương pháp tạo hình bề mặt trên, về mặt lý thuyết cịn nhiều phương pháp tạo hình khác Cùng một bề mặt cĩ thể tạo hình bằng nhiều đường sinh khác nhau,

ví dụ mặt hyperbơlơid trịn xoay, mặt trụ trịn xoay và mặt cơn (h 1.3) 2 =2

Trang 9

13 Các mặt trên vật gia cơng

“Trên bề mặt chỉ tiết đang gia cơng như mài và bào (h I.4) người ta phân biệt ba mặt:

Mặt chưa gia cơng (1) — từ đĩ một lớp kim loại sẽ được cắt đi thành phoi Mặt đã gia cơng (2) — bé mặt phơi sau khi cắt đi một lớp kim loại

Mặt đang gia cơng (3) - bề mặt phơi nĩi tiếp giữa-mặt chưa gia cơng và mặt đã gia cơng Trong quá trình cắt, mặt đang gia cơng luơn luơn tiếp xúc với lưỡi cắt chính của dao Hình 1.4 Các bà mặt của chỉ tiết gia cơng 1.4 Những bộ phận chính cửa dụng cự

Gia cơng cắt gọt trên máy cĩ thể sử dụng nhiều loại dụng cụ (dao) khác nhau: đao tiện, phay, bào, khoan, chuốt, doa v.v Song, đối với tất cả loại dao đĩ, nếu phân tích kỹ, thấy chúng đều dựa trên cơ sở của dao tiện Trên cơ sở đĩ, cĩ thể suy rộng ra đối với tất cả các loại dao khác

Trang 10

Phần thân dao thường cĩ tiết diện là hình trịn bay hình chữ nhật, dùng để gá dao lên bàn dao của máy hay trục gá nhận chuyển động từ máy đến phần đầu dao

Phần đầu đao do các mặt sau đây tạo nên:

Mặt trước ~ mặt của đao theo đĩ phoi thốt ra ngoải trong quá trình cất Mặt sau chính — mặt của đao đối điện với mặt đang gia cơng của chỉ tiết

Mặt sau phụ — mặt của dao đối diện với mặt đã gia cơng của chỉ tiết

Thơng thường các mặt của dao nĩi trên là những mặt phẳng, giao tuyến của

chúng tạo thành các lưỡi cắt của đao Người ta phân biệt:

Lưỡi cắt chính — giao tuyến của mặt trước và mặt sau chính Lưỡi cắt chính giữ

nhiệm vụ cắt chủ yếu trong quá trình gia cơng

Lưỡi cắt phụ — giao tuyến của mặt trước và mặt sau phụ Trong quá trình gia

cơng, một phần của lưỡi cắt phụ tham gia cắt

Phần nối tiếp giữa lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ được gọi là mũi dao Mũi đao cĩ thé nhon (r = 0) hoặc cĩ bán kính z (trị số bán kính mũi dao r vào khoang 0,1 — 2 mm)

Chiều dài phần cắt (đầu dao) - khoảng cách từ mũi dao đến giao tuyến giữa mặt

trước và thân dao (h 1.5) Mặt trước

Đa số dao tiện chỉ cĩ một lưỡi cắt chính và một Lf

lưỡi cắt phụ (dao tiện ngồi, dao tiện lỗ, dao tiện mặt đầu ); song cũng cĩ dao cĩ thể cĩ một lưỡi cắt chính và hai lưỡi cắt phụ (dao tiện rãnh hay cắt đứt) hoặc cĩ hai

lưỡi chính (dao tiện ren tam giác cĩ gĩc trước 7 = 0, hướng tiến dao thẳng gĩc với đường tâm của chỉ tiết gia cơng)

Chú ý rằng giao tuyến giữa mặt trước với mặt sau

chính (lưỡi cắt) khơng bao giờ là đường thẳng lý tưởng dù mài sắc đến đâu Thực tế chúng cĩ dạng mặt trụ trịn với bán kính 2 (h L6)

Trị số của bán kính đĩ phụ thuộc vào vật

cụ cắt, khi ø càng nhỏ thì lưỡi cắt càng sắc Ví dụ: dao thép giĩ cĩ ø = (12 - 15) /ưm; đao hợp kim cứng cĩ 2= (10 - 20) /zm Chiều dày lớp kim loại mà dụng cụ cĩ thể cắt được phụ thuộc vào ø Nếu chiều đày lớp kim loại định cắt quá nhỏ so với ø thì khơng thể cắt được mà chỉ bị trượt Hình L6 Bán kính lưỡi cắt làm đao và cơng nghệ chế tạo dụng LS Thơng số hình học của dụng cy cắt

Thơng số hình học cĩ ảnh hưởng khá lớn đến chất lượng bề mặt chỉ tiết gia cơng và năng suất cắt, do đĩ cần phải xác định và mài đúng trước khi gia cơng

Trang 11

Trong quá trình cắt, vì nhiều nguyên nhân (gá dao khơng vuơng gĩc với đường tâm trục chính của máy, gá dao khơng ngang tâm phơi, rung động) làm cho gĩc của dao

thay đổi nhiều và liên tục Việc xác định các gĩc độ của dao ở trạng thái này rất phức

tạp và khĩ khăn (h.J.7)

Ở đây chỉ nghiên cứu thơng số hình học của dao

ở trạng thái tĩnh (trạng thái dao khơng chuyển động) mà thơi Để xác định gĩc độ của dao, người ta quy

ước các mặt toạ độ: mặt cắt, mặt đáy và các tiết điện: tiết diện chính, tiết điện phụ, tiết điện đọc thân và

vuơng gĩc với thân (h.1.8)

Mat cat P, - mặt phăng chứa tiếp tuyến với lưỡi

cắt và vector tốc độ cắt tại điểm đang xét của lưỡi cắt Tốc độ cắt - ở đây là tốc độ dịch chuyển tương đối giữa lưỡi cắt và phơi (chỉ tiết Hình 1.7 Các gĩc khi cắt gia cơng) Cịn khi xét thơng số hình học của dao ở trạng thái chuyển động thì tốc độ cất là tốc độ tổng hợp của tốc độ phơi với tốc độ chuyển động chạy dao

Mặt đáy P, - mặt phẳng vuơng gĩc với vector tốc độ cắt tại điểm đang xét, do đĩ mặt đáy luơn vuơng gĩc với mặt cắt Mặt đáy chứa trục dụng cụ quay trịn khi làm việc như mỗi khoan, đao phay hoặc song song với mặt dùng để gá đặt dụng cụ trên bàn dao

như dao tiện, dao bào

Chú ý: Các mặt đáy, mặt cắt là các mặt ảo cịn các mặt trước, mặt sau là mặt thực

Tiết diện chính (N ~ N): tiết diện đi qua một điểm của lưỡi cắt chính và vuơng

gĩc với hình chiếu của lưỡi cắt chính trên mặt đáy

Tiết diện phụ: tiết diện đi qua một điểm của lưỡi cắt phụ và vuơng gĩc với hình chiếu của lưỡi cắt phụ trên mặt đáy Ngồi ra cĩ thể xét tiết diện theo thân hoặc vuơng

gĩc với thân

Các gĩc của đao đo trong tiết diện chính gọi là các gĩc chính, gồm cĩ: y, ø, B va ơ; cịn các gĩc đo trong tiết diện theo thân và vuơng gĩc với thân, gồm cĩ: Yar Fay Poy Aye

Gĩc trước (y): gĩc tạo bởi mặt đáy và mặt trước của dụng cụ Nĩ cĩ thể đương, âm hay bằng khơng Gĩc trước thay đổi sẽ ảnh hưởng đến quá trình cắt, ví dụ: ; tăng thì đao sẽ nhọn và sắc, khi cắt kim loại bién dang it, phoi thốt dễ, lực cắt và nhiệt giảm, nhưng đao lại yếu, nên thường dùng khi gia cơng tỉnh để đạt độ bĩng và độ chính xác cao Thơng thường y = (-)10° + (+)15°

Gĩc sau chính (4): gĩc tạo bởi mặt cắt và mặt sau chính của dụng cụ Gĩc này thay đổi ảnh hưởng đến ma sát giữa mặt sau chính và mặt đang gia cơng Khi z tăng thì ma sát giảm, dẫn đến nhiệt cắt và lực cắt giảm, độ bĩng và độ chính xác gia cơng tăng

và ngược lại Thơng thường ơ = 6° +20,

Trang 12

>») Mair nie Roa gE“ 3] th : rh >7 § ity ạm NỈ oer 22 i >" » „ TẾT Nm ——¬ y

Hình L8 Các gĩc đo trong tiết điện chính, tiết điện dọc thân và vuơng gĩc với thân

Gĩc sắc (8): gĩc tạo bởi mặt trước và mặt sau chính Gĩc này ảnh hưởng chủ yếu

đến độ sắc của đao khi cắt

Gĩc cắt (ơ): gĩc tạo bởi mặt trước và mặt cắt Ta cĩ quan hệ sau:

a++y=ơ+y= 909 (1.1)

Nếu 5 > 90° thi y <0

Các gĩc đo trong tiết điện phụ cũng được định nghĩa tương ty như các gĩc đo trong tiết điện chính

Gĩc nghiêng chính (ø): gĩc tạo bởi hình chiếu của lưỡi cắt chính trên mặt đáy và phương chạy dao Nếu chiều sâu cắt khơng đổi thì khi thay đổi sẽ ảnh hưởng đến chiều

dày và chiều rộng của lớp phoi ất, do đĩ ánh hưởng đến nhiệt cắt, lực cất (h 1.9) Pon 44 „ ¥ xế ý L VÀ By gì j CV? <a y= 90°-P P= 90°

Trang 13

Gĩc mãi dao (e): gĩc tạo bởi hình chiếu của lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ trên mặt đáy Gĩc này ảnh hưởng chủ yếu đến độ bền và sự truyền nhiệt của đao trong quá trình cắt, Giữa ø, ø; và e cĩ quan hệ:

ø@+e+ø¡= 180 (12)

Ngồi các gĩc kể trên cịn cĩ gĩc nghiêng của lưỡi cắt chính (gọi là gĩe nâng) 4

Đĩ là gĩc tạo bởi lưỡi cắt chính và hình chiếu của nĩ trên mặt đáy Gĩc nâng Â cĩ thể dương, âm hay bằng khơng, Kinh nghiệm thực tế cho thấy rằng:

Â >0 ~ mũi đao là điểm thấp nhất của lưỡi cắt chính Phoi thường thốt về mặt đã gia cơng

Â =0 ~ lưỡi cắt chính trong với mặt đáy Phoi thường thốt lên mặt đang gìa cơng Â <0 — mũi đao là điểm cao nhất của lưỡi cắt chính Phoi thường thốt về mặt chưa gia cơng trong quá trình cắt

1.6 Các chuyển động trong quá trình cắt — các yếu tố cắt khi tiện 1.6.1 Các dạng chuyẩn động trong quá trình cắt

Khi gìa cơng cắt gọt trên máy, người ta phân biệt các chuyển động sau đây: () Chuyên động cắt (v) — chuyển động cơ bản tạo ra tốc độ cắt Nĩ cĩ thể là chuyển động quay trịn như: tiện, khoan, doa, phay, mài hoặc cĩ thể là chuyển động

tịnh tiến như: bào, xọc, chuốt, cưa

(ii) Chuyên động chạy dao (s) — chuyền động cần thiết để tạo sự cắt liên tục, tức là để cắt hết bề mặt gia cơng Nĩ cĩ thể chuyển động liên tục như: tiện, khoan, doa,

phay, mải hay chuyển động gián đoạn như: bào, xọc

Chuyển động tạo hình — là chuyển động trực tiếp tạo ra bề mặt gia cơng Nếu các chuyển động trong máy khơng ảnh hưởng đến nhau khi tạo hình gọi là chuyển động tạo hình đơn giản (h L 10) 4 về My SS N

Hình L10 Chuyên động tạo hình đơn giản

Trang 14

Hình L11 Chuyển động tạo hình phức tạp

(iv) Chuyển động phân độ — chuyển động nỗi tiếp các chuyển động tạo hình dễ gia cơng bề mặt mới giống hệt bề mặt cũ Chuyển động phân độ cũng được định lượng,

chính xác

(v) Chuyển động chạy khơng và chuyển động phụ - bao gồm các chuyển động tin, lùi đao, chuyển động đĩng mở li hợp Các chuyển động này ảnh hưởng đến năng suất chế tạo Trong các máy CNC dịch chuyển chạy khơng dụng cụ hay chỉ tiết theo cách gì, tọa độ nào quyết định đến độ chính xác chế tạo

L6.2 Các yếu tỗ cắt khi tiện

6.2.1 Tĩc độ cắt (v) — là khoảng cách dịch chuyên tương đối của một điểm trên lưỡi cắt đối với chỉ tiết gia cơng trong một đơn vị thời gian (thường tính bằng z2)

'Nếu tính một cách chính xác thì tốc độ cắt khi tiện là tốc độ tổng hợp của tốc độ vịng của chỉ tiết gia cơng và tốc độ của chuyển động chạy dao Trong thực tế, vì tốc độ chuyển động chạy dao thường rất nhỏ so với tốc độ vịng của chỉ tiết gia cơng, nên trong định nghĩa tốc độ cắt thường bỏ qua tốc độ của chuyển động chạy đao Do đĩ tốc độ cắt được tính theo cơng thức :

z.Dn

= 1.000 (mph) (1.3)

Ở đây: D~ đường kính của chỉ tiết gia cơng (phơi) tại điểm xét, (mm) ø— số vịng quay của phơi trong một phút, (vø/ph)

16.2.2 Lượng chạy dao (bước tiến) (s) (h 1.12) ~ khoảng dịch chuyển tương đối của đao với phơi theo hướng chuyển động chạy dao sau một vịng quay của phơi, (mm/vong)

Khoảng dịch chuyển của đao theo hướng, chuyển động chạy dao trong một phút gọi là lượng chạy dao phút hoặc tốc độ chạy dao kỷ hiệu là s„

$„=sm — (mmíph) (14)

Trong đĩ: s — lượng chạy dao, (mm/vg);

n— số vịng quay của phơi trong mét phut, (vg/ph)

Trang 15

“Tỉ số giữa khoảng dịch chuyên của dao và lượng chạy dao phút chính là thời gian làm việc (thời gian máy) Do đĩ, lượng chạy dao phút đặc trưng cho năng suât của quá trình cắt Chay duo ngang rs ie

Chay dao nghiêng

Hinh 1.12 Luong chay dao “Trong kỹ thuật người ta phan biét (h 1.12):

Lượng chạy đao dọc — khi dao chuyển động dọc theo đường tâm của phơi Lượng chạy dao ngang ~ khi dao dịch chuyển theo đường thing gĩc với đường

tâm của phơi

Lượng chạy dao nghiêng - khi phương chuyển động của dao làm một gĩc với

đường tâm của phơi

16.2.3 Chiểu sâu cắt () — khoảng cách giữa bề mặt đã gia cơng và bề mặt chưa gia cơng, được đo trong mặt phẳng ngang chứa đường tâm của phơi

Chiều sâu cắt được tính theo cơng thức:

-d

(1.5) sa“ (mm) 2

6 đây: D - đường kính của chỉ tiết trước gia cơng, (mm)

4- đường kính của chỉ tiét sau gia cong, (mm) Tập hợp các yếu tổ v, s, t được gọi là chế độ cắt (h I.13) Hình L13 Chế độ cắt

Trang 16

bản chất của quá trình cắt, cần phải cĩ khái niệm về chiều dày và chiều rộng của lớp kim loại bị cắt (phọ)

Chiều dày và chiều rộng cắt là các kích thước của tiết diện phoi, khơng kể đến sự biến dạng khi cắt, Tiết diện này được đo trong mặt ngang chứa mũi dao và đường tâm của chỉ tiết gia cơng (h I.14)

1.6.2.4 Chiều dày cắt (a) ~ khoảng cách giữa hai vị trí liên tiếp của lưỡi cắt sau một vịng quay của phơi đo theo phương vuơng gĩc với hình chiếu của lưỡi cắt chính trên mặt đáy

1.6.2.5 Chiéu rong cdt (b) — khoảng cách giữa bề mặt đã gia cơng và bề mặt chưa gia cơng đo đọc theo lưỡi cắt Đĩ cũng chính là chiều dài phần làm việc của lưỡi cắt tham gia cắt s 9 A) -4 Se} Sìm tat? " a » ¿ * N ⁄ 2 t ! a 4) # H~ Hạ, 2

Hình 1.14 Chiều dày và chiều rộng cắt

Đối với dao cĩ gĩc trước y = 0, khi lưỡi cắt thẳng thì chiều dày cắt khơng thay đổi đọc theo lưỡi cắt chính (h I.14a), khi lưỡi cắt cong thì chiều dày thay đổi (h I.14b)

Trường hợp đao cĩ lưỡi cắt thẳng, gĩc nâng À = 0, mũi dao gá ngang tâm chỉ tiết gia cơng thì điện tích tiết điện danh nghĩa (tức là khơng tính đến sự biến dạng khi cắt) của phoi là: F=ab=st (1.6) Trong dé; a = s.sing (1.7) t b=—— sing (1.8)

Từ đĩ thấy rằng, nếu giữ nguyên lượng chạy đao s và chiều sâu cắt ? thì khi gĩc

nghiêng chính @ thay đổi, diện tích tiết điện danh nghĩa của phoi sẽ biến đổi theo Nếu ø càng nhỏ thì phoi cắt ra càng dài, càng mỏng và ngược lại, nếu ø càng lớn thì phoi

càng ngắn và càng dày (h I.14c) 1.6.2.6 Nang sudt céit gọt (M.;)}

Trang 17

Chú ý rằng khi tiện sau mỗi vịng quay của chỉ tiết sẽ bĩc đi một lớp phoi cĩ diện tích tiết diện bằng tích của lượng chạy dao s với chiều sâu cắt z Chiều dài trung bình của lưỡi dao đi được sau một vịng quay của chỉ tiết là 2D trong đĩ Ø là trung bình

cộng của đường kính trước và sau khi cắt

Với tốc độ quay của chỉ tiết gia cơng là z (vø/ph), ta cĩ:

My = aD.s.n (1.9)

Tich sé s.n (mm /ph) chinh 1a t6c 46 chạy dao (lượng chạy dao phút) Từ đây dé đao cắt hết chiều dài / là

toe (ph) (110)

Khi khoan thể tích lớp kim loại bị bĩc đi sau một đơn vị thời gian là:

att tán

Khi phay Mặy = B+v (1.12)

Trong đĩ Z là chiều rộng phay ILVAT LIEU LAM DUNG CU CAT IL1 Yêu cầu đối với vật liệu làm dụng cụ cắt

Năng suất của mọi dụng cụ cắt phụ thuộc rất nhiều vào thời gian mà dụng cụ đĩ giữ được khả năng cắt trong quá trình gia cơng Khi cắt, ngồi các điều kiện ứng suất tiếp xúc và nhiệt độ cao ra, dụng cụ cắt cịn chịu rung động, mài mịn v.v làm cho khả năng cắt của chúng bị giảm thấp Vì vậy muốn làm việc được, vật liệu làm dao cần phải bảo đảm các yêu cầu cơ bản sau đây:

i) Dé citing Muốn cắt được kim loại hay các vật khác, vật liệu làm dao cần phải cĩ độ cứng cao hơn vật liệu cần gia cơng Thơng thường vật liệu phần cắt của đao phải cĩ độ cứng lớn hơn 60 HC

ii) Độ bền cơ học Trong quá trình cắt, mặt trước của dao thường phải chịu một

áp lực rất lớn (hàng nghìn đến hàng vạn Newton) Mặt khác, do hiện tượng rung động, sự biến đổi của lực cắt mà dao phải chịu những lực và xung lực Do dé dao dé bi hong va gãy, vỡ ngay trong lúc đang làm việc Vì vậy vật liệu

làm dao cần phải cĩ độ bền cơ học cao

iii) Độ bền nhiệt: là khả năng giữ được các tính chất cơ lý, nhất là độ cứng ở nhiệt độ cao trong một thời gian dài (độ cứng nĩng) Vì trong quá trình cắt, nhiệt độ ở

phoi và đầu đao cĩ thể lên đến trên dưới 1000 C, nên dao bị mài mịn nhanh và

Trang 18

1v) Tính chịu mài mịn Trong quá trình cắt, do ma sát giữa dao và phi, giữa đao

và phơi lớn, dao bị mài mịn ở cả mặt trước và mặt sau Mặt khác, vì nhiệt độ

ở khu vực cất cao nên tốc độ mài mịn lại càng nhanh và càng mạnh Do đĩ, vật liệu làm dao phải cĩ tính chịu mài mịn tốt để tăng thời gian làm việc (tudi bền) của dụng cụ cắt,

v) Tính cơng nghệ Tính cơng nghệ của vật liệu làm dao được thể hiện ở nhiều mặt: độ thấm tơi, độ dẻo ở trạng thái nguội và nĩng, tính đễ gia cơng (đúc, rèn, cắt gọt, nhiệt luyện, mài sắc )

vì) Độ én định hĩa học (tinh trơ) với vật liệu của phơi đề tránh các phản ứng cĩ hại ảnh hưởng đến tuổi bề n của dao °

vii)Ngồi những yêu cầu cơ bản trên ra, vật liệu làm dao cũng cịn cần phải cĩ các tính năng khác nữa, ví dụ: sức chịu va đập, giá thành thấp, trọng lượng V.V

1L2 Các loại vật liệu làm dụng cụ cắt

Để làm phần cơng tác dụng cụ cắt, người ta thường dùng các nhĩm vật liệu: thép cácbon dụng cụ, thép giĩ, hợp kim cứng, vật liệu gồm sứ, kim cương v.v

II.2.1 Thép cácbon dụng cự

Sau khi nhiệt luyện, độ cứng cĩ thể đạt 60 — 62 HRC, dé gia cong 4p lyc va cắt gọt, dễ mài sắc và cho độ bĩng cao Nhưng thép này cĩ tính nhiệt luyện kém (dễ nứt và dễ bị hư hỏng khác), độ cứng nĩng thấp (240 ~ 270 ”C) Do đĩ, chỉ dùng để chế tạo các dụng cụ cắt cĩ kích thước nhỏ, làm việc ở nhiệt độ thấp và tốc độ cắt khơng cao (25-35 múph), cắt gọt vật liệu cĩ độ cứng khơng cao hoặc để làm đục, giữa, chạm, dụng cụ đo,

dụng cụ khắc Các mác thép thường ding: CD80 (CD80A), .CD130 (CD130A)

11.2.2 Thép hop kim dụng cụ

Là thép cĩ hàm lượng cácbon cao và chứa một lượng tương đối lớn các nguyên tố hợp kim.(Cr, W, V, Mo ) nhằm làm tăng độ cứng, độ thấm tơi, độ chịu nhiệt, chịu mài mịn Sau nhiệt luyện đạt độ cứng 62 - 66 HRC, độ bền cao chịu va đập tốt, làm việc

được ở nhiệt độ 300 — 400°C (cá biệt thép 100Cr6WV độ cứng nĩng dén 550 °C), cĩ

khả năng tăng tốc độ cắt lên 1,2 -1,4 Jan so với thép cácbon dụng cụ Dùng phổ biến là các mác thép: 90CrSi, 100CrWMn, 140CrWS v.v

11.2.3, Thép gid

Thép giĩ (thép cắt nhanh - HSS) thyc chat là thép hợp kim cao Trong các thép dụng cụ thì thép giĩ là loại vật liệu làm dao cĩ tính cất tốt nhất và được sử dụng phổ biến nhất Độ cứng sau khi nhiệt luyện đạt 63 — 65 ##&C, chịu mài mịn và va đập tốt, chịu nhiệt tương đối cao (600 — 650 °C), tuổi bền cao hơn 8 — 15 /ẩn và cĩ thể tăng tốc

Trang 19

độ cắt lên 2 ~ 4 lân so với thép cácbon dụng cụ Thép giĩ cĩ thể được chế tạo bằng rèn, đúc, hoặc luyện kim bột Các nguyên tố cơ bản tạo nên thép giĩ gồm loạt wolfram và loạt molybdenum Loạt molybdenum rẻ hơn, cĩ khả năng, chống cào xước tốt hơn, nhưng độ cứng nĩng kém hơn và biến dạng nhiều khí nhiệt luyện

Thép giĩ được chia ra làm hai loại: loại năng suất bình thường như: 90W9Cr4V2 (P9), 85W6MoS5Cr4V2 (P6M5), 80WI8Cr4V (P18); loại cĩ năng, suất cắt cao như: 85W18Cr4V2Co5 (P18®2K5), 150W12CoSCr4V4 (P12®4KS), v.v

Thép giĩ đang chiếm tỉ trọng lớn nhất trong các vật liệu làm dụng cụ volt Nĩ được dùng để làm các dụng cụ cắt cĩ hình dạng phức tạp như mũi khoan, doa, dao phay, chuốt (h I.15) Hạn chế lớn nhất là tốc độ cắt khéng cao (v <60 m/ph) aN Hình 1.15 Dao phay hai géc khong d6i xing ctia Cty Dung cu edt TIC N° 12.4 Hợp kim cứng

Khác với các loại thép dụng cụ, thành phần của hợp kim cứng gồm cĩ các loại

cácbit và chất dinh kết cơban Đề chế tạo hợp kim cứng, người ta đem nghiền cácbit và cơban ra thành bột nhỏ mịn rồi trộn với nhau theo tỉ lệ xác định, tiếp đĩ đem ép trong khuơn thành từng miếng cĩ hình dạng và kích thước nhất định, sau đĩ thiêu kết (1400 °- 1500 °C) để cơban liên kết các hạt cácbit lại với nhau Do phương pháp chế tạo như vậy mà tổ chức cũng như tính chất cơ lý của nĩ cĩ những điểm khác biệt với thép Carbide được dùng phổ biến nhất là carbide wolfram WC

Hợp kim cứng cĩ độ cứng rất cao (90 - 95 HRA), chịu được nhiệt độ 900° ~ 1000°C, do đĩ cho phép tăng tốc độ cắt lên cao hơn 3 /âu so với thép giĩ

Theo thành phần, hợp kim cứng được chia thành ba nhĩm trên cơ sở WC (theo TOCT):

Trang 20

3) Nhĩm một carbide: Được ký hiệu là BK, ví dụ: BK6 (6%Co + 94%WC) Các mác hợp kim cứng nhĩm này thường dùng là: BK8, BKI10 So với các nhĩm hợp kim cứng khác, nhĩm này cĩ độ dẻo cao hơn cả, chịu va đập, nhưng chịu nhiệt kém hơn và thường dùng để gia cơng các vật liệu cĩ độ cứng cao như gang, thép sau khi tơi/ ram, thép khơng gi, thép chịu nhiệt, kim loại và hợp kim màu hoặc các vật liệu phi kim (đá, thủy tính )

1) Nhĩm hai carbide: Cĩ ký hiệu TK, ví dụ: T15K6 (15%T¡C + 6%Co + 79% WC) Các mác hợp kim cứng nhĩm này thường dùng: 75X10, 715K6, 730K4 Hợp kim cứng nhĩm 7K cĩ tính chịu nhiệt, chịu mài mịn tốt, nhưng giịn hơn

nhĩm 8K, nên thường sử dụng gia cơng các loại thép

iii) Nhĩm ba carbide: Cĩ ký hiệu TTK, ví dụ: TT1K12 U%@C- TaC)+12%Co+ 81%WC] Hợp kim nhĩm 77K cĩ tính

chịu nhiệt và chịu mài mịn tốt, thường

được dùng để gia cơng các vật liệu cĩ độ bền và độ cứng cao, chủ yếu là các loại

thép đặc biệt

Những năm 1960 tại Liên xơ đã xuất hiện hợp kim nửa cứng, tŠ chức gồm TïC và chất dinh kết sắt Độ cứng sau ủ là 30 — 40 HRC cé tinh gia cơng cắt gọt tốt Sau khi tơi trong dau 6 950 °C do

cứng tăng lên 70— 7 HRC; với trạng thái như vậy _„ 4 ý thả

dao cắt cĩ tuổi bền gấp 7 - 8 lân thép giĩ nh L 16 Các mảnh dao

Dụng cụ cắt bằng hợp kim cứng (và cả thép

giĩ) được định hình thành những, mảnh dao cĩ hình dạng khác nhau (h 1.16)

Tuy nhiên sau khi lưỡi cắt bị mịn cần phải thay thế Để tăng hiệu quả sử dụng

người ta làm ra các mảnh: cắt là những dao nhỏ cĩ một số lưỡi cắt,

Trang 21

Kẹp cơ khí được sử dụng rộng rãi hơn vì sau khi lưỡi cắt này mịn thì chỉ việc xoay sang lưỡi khác nhanh chĩng Độ bền lưỡi cắt của các mảnh phụ thuộc vào hình dạng của mảnh đĩ Gĩc cắt (ð) càng nhỏ thì độ bền càng thấp

Ngồi việc phân nhĩm theo thành phần hĩa học, ISO chia hợp kim cứng theo ba nhĩm chớnh khi to phoi:

ôâ Nhm P - màu xanh - độ cứng cao, chịu mai mon, cắt ra phoi đây (gia cơng thép)

ôâ_ Nhm M - màu vàng - là loại vạn năng (thường gia cơng thép khơng gì) 112.5 Vật liệu gốm sử (ceramic)

'Vật liệu gốm được biết đến từ đầu những năm 1950 Thành phan chủ yếu của vật liệu gồm sứ là ơxýt nhơm (4i;O;) với độ mịn và tỉnh khiết cao Chúng được chế tạo theo cơng nghệ luyện kim bột bằng cách ép tạo hình sơ bộ dưới áp suất cao ở nhiệt độ

thường, rồi đem thiêu kết ở nhiệt độ cao, và được gọi là gốm trắng ép nguội Đề nâng,

cao độ bền và khả năng chịu nhiệt cĩ thé thém vao carbide titan và oxyt zirconium, itrit Chúng cĩ thể phân biệt theo ba loại chính:

ÿ Gốm nền nhơm cĩ độ cứng rất cao (89 — 96 HRA), chju mài mịn và chịu nhiệt rt tt (1000 ~ 1200 °C) Vé mặt hĩa học chúng ổn định hơn thép giĩ và hợp kim cứng

như giảm khả năng bám đính kim loại khi cắt nên tránh được lẹo dao Dao cắt bằng gốm khi gia cơng gang và thép đạt chất lượng bẻ mặt tốt Tuy là loại vật liệu cĩ nhiều tính năng tốt và giá thành tháp, song vì rất giịn (giới hạn bền uốn 300 - 400 MPa) nén việc sử dụng để chế tạo dụng cụ cắt cịn bị hạn chế Dao làm bằng vật liệu này thường chỉ dùng để gia cơng bán tỉnh và gia cơng tỉnh kim loại khi khơng cĩ va đập hay rung động

ii) Cermet (từ ghép ceramic va metal) cing được gọi là gồm đen ép nĩng được biết đến từ đầu những năm 1960 Chúng thường chứa 70% 4IzO; và 30% TíC Cũng cĩ loại chứa thêm cacbit molybdenum, cacbit niobium, cacbit tantan Do giá thành cao và lại giịn nên cermet dùng làm dao cắt khơng thích hợp lắm Tuy nhiên cơng nghệ mới (tinh luyện tốt) đã cải thiện đáng kể độ bền, độ dai va đập, độ tin cậy Cermet được

dùng làm dao cĩ khả năng bẻ phoi tốt

iii) Gém trén co sé nitrit silic (SiN) 1 vat ligu lam dao chứa nitrit silic (SizN,) cĩ

Trang 22

bình, đặc biệt tốt khi gia cơng hợp kim nhơm Do ái lực hĩa học với thép nên vật liệu

sứ nền S¡W khơng dùng để gia cơng thép Trên cơ sở những đặc tính của vật liệu sứ nh-

ư cứng, giịn, chịu mài mịn, dẫn nhiệt kém nên chúng được sử dụng khi gia cơng tỉnh với lượng chạy dao và chiều sâu cắt tương đối nhỏ, tốc độ cắt vy >100 m⁄/h Độ chính xác kích thước và chất lượng bề mặt sản phẩm cao

11.2.6 Dụng cụ cắt được phủ lớp vật liệu cứng

Các loại vật liệu và hợp kim dùng trong cơ khí liên tục được nghiên cứu và chế tạo Chúng cĩ độ bền, dẻo và độ dai va đập cao, nhưng lại gây nên hiện tượng cào xước và tương tác hĩa học với vật liệu làm dụng cụ Do tinh gia cơng, cắt gọt các loại vật liệu này kém nên đã dẫn đến sự phát triển quan trọng là tạo nên lớp phủ trên bề mặt dụng cụ cất Dụng cụ phủ chịu được tốc độ cắt cao, giảm thời gian gia cơng, dẫn đến giảm chỉ phí Ngồi ra tuổi bền của dụng cụ phủ được cải thiện rõ rệt so với dụng cụ cắt khơng phủ (tăng đến mười lần)

Với chiều dày từ 2 — 10 ,e, chất phủ được bám dính vào dụng cụ hoặc mảnh cắt bằng kỹ thuật kết tủa bay hơi hĩa học (CŸĐ) hoặc kết tủa bay hơi vat ly (PVD) Qua trình CVD thơng dụng hơn được dùng cho dụng cụ cắt nền hợp kim cứng với lớp phủ nhiều phase hoặc gốm Lớp phủ TÌN theo phương pháp PƒD làm cho độ bền lưỡi cắt cao hơn, ma sát nhỏ, khĩ hình thành lẹo dao, chất lượng bề mặt gia cơng được cải

thiện Cơng nghệ mới nhất hiện nay cho phủ nhiều phase là kết tủa bay hơi hĩa học nhiệt độ trung bình (MTCVĐ); nĩ khắc phục được hiện tượng lan truyền vết nứt khi phủ CVD ? Pini TiN Khơng phủ

Ns HOP KIM CU?

Hink L19 So sanh sự mài mịn của dao tháp - Hình L20 Các lớp phủ nhiễu phase lên nền

giĩ khơng phủ với hợp kim cứng cĩ phủ hợp kim cứng Lớp phủ được làm từ các loại vật liệu:

i) Titanium nitrit (TiN) — Chất này cĩ hệ số ma sát nhỏ, độ cứng nĩng cao, bám

Trang 23

24

thấp do bị phoi bám vào, chúng lại bị mịn nhiều hơn so với dụng cụ khơng, phủ

ii) Titanium carbide (7?C) - Chất này được phủ lên mảnh cắt hợp kim cứng WC cĩ khả năng chống mài mịn cao khi gia cơng vật liệu cĩ tính cào xước iii)Titanium carbonitride (77CM) — Được bám đính bằng kỹ thuật PVD cho độ

cứng va độ dai va đập lớn hơn 7ïC Nĩ được dùng cho cả chất nền hợp kim cứng và thép giĩ Đặc biệt hiệu quả khi cắt thép khơng gi

iv)Gốm sứ ~ Do chịu được nhiệt độ cao, trơ hĩa học, độ dẫn nhiệt thấp và khả năng chịu mài mịn tốt nên gốm sứ chủ yếu là cũng được dùng làm chất phủ Tuy nhiên do cĩ tính trơ hĩa học nên nĩ cũng liên kết yếu với chất nền và dễ

bị bong

v) Hỗn hợp nhiều phase - Kết hợp ưu điểm của các chất đã trình bày, người ta

tạo nên nhiều phase theo từng lớp bám lên nền là hợp kim cứng (h.I.20)

Lớp trong là 7?C bám lên nền rất tốt; lớp ngồi là 77V chống mài mịn tốt và cĩ độ dẫn nhiệt thấp; lớp trung gian 4i;O; liên kết các lớp lại với nhau Cơng nghệ ngày nay đã tạo nên các lớp phủ (đến 13 lớp) rất mỏng để tăng độ cứng

vi)Kim cương — Sự phát triển mới liên quan đến việc dùng kim cương đa tỉnh thể như là chất phủ đặc biệt đối với nền hợp kim cứng WC hole SiN Kho khan la mang kim cương bám dính khơng tốt vào nền, cũng như hai chất này cĩ hệ số giãn nở nhiệt khác nhau nhiều Màng mỏng kim cương được kết tủa trên nền theo ky thuat PYD hoac CVD, cịn màng dày thu được bằng cách cắt laser tắm kim cương tỉnh khiết thành hình yêu cầu rồi hàn vây lên nền hợp kim cứng Dụng cụ cắt phủ kim cương đặc biệt cĩ hiệu quả khi cắt hợp kim nhơm, sợi gia cường và composite nền kim loại

vii) Vat liệu phủ mới ~ Một số vật liệu Mant WC đang được nghiên cứu và thử

nghiệm Titanium aluminum nitrit

(TiAIN) ding gia cơng các hợp kim

trong ngành hàng khơng

Chrominum carbide (CC) thích

hợp khi gia cơng các kim loại mềm

đễ bám vào dụng cụ như nhơm,

đồng, titan Ngồi ra cũng đang thử N a Hau viy

nghiệm chất phủ nano hoặc inh 121 Cu tao ciia lép eBN/ kim

Trang 24

11.2.7 Vit ligu tong hợp

Sau kim cuong, nitrit bo lập phương (cBM) là vật liệu cĩ độ cứng cao nhất Dụng cụ cắt eBN đã được giới thiệu từ năm 1962 Nĩ được làm bằng cách liên kết lớp nitrit Bo cĩ cấu trúc lập phương thể tâm (tâm khối) dày 0,5 — 1 mm với nền cácbit bằng thiêu kết dưới áp suất cao (h 1.21)

Carbide cĩ khả năng chống sốc, cịn lớp CBN cé tinh chéng mài mịn và độ bền của lưỡi cắt rất cao Dụng cụ cắt eØM cũng được lảm theo kích thước nhỏ khơng cĩ lớp nền Khi nhiệt độ tăng, cBN trơ đối với sắt và nickel, chống oxy hĩa cao Do đĩ nĩ đặc biệt thích hợp để cắt hợp kim thép cứng ở nhiệt độ cao (độ cứng nĩng đạt 1400 ° - 1900 °C) Ngồi ra cBN cũng được dùng để làm hạt mài

TH2.8 Kim cương

Kim cương thiên nhiên đã được biết từ lâu như một trong các loại vật liệu làm đao rất tốt Nhưng do giá thành quá cao nên việc sử dụng bị hạn chế Chỉ từ năm 1958, khi tổng hợp được kim cương nhân tạo mới mở ra khả năng sử dụng rộng rãi vật liệu

này đẻ chế tạo các dụng cụ cắt

Kim cương nhân tạo được tổng hợp từ graphite dưới áp suất lớn (hàng chục ngàn

at) và ở nhiệt độ cao (trên 2000 ”C)

Kim cương cĩ hệ số ma sát nhơ, chịu mài mịn tốt, độ cứng cao gấp 3 — 4 lẩn và tính dẫn nhiệt cao gấp 2 — 2,5 lẩn so với hợp kim cứng Nhược điểm chủ yếu của kim

cương là giịn và cĩ độ chịu nhiệt khơng cao (800°C — 1000°C),

Hiện nay kim cương dùng nhiều chế tạo đá mài, dao sửa đá mài, dao tiện và các

dụng cụ cắt khác để gia cơng tỉnh hợp kim cửng, kim loại và hợp kim màu cũng như

các vật liệu phi kim với tốc độ rt cao,

Kim cương đơn tỉnh thể được dùng trong các ứng dụng đặc biệt như gia cơng các

mặt đồng của gương quang học chính xác cao Vì kim cương giịn nên hình dạng và độ sắc của dao là quan trọng, gĩc trước 7= 0 để tăng bền cho lưỡi cắt Đặc biệt chú ý phải đặt và định hướng tỉnh thể cho đúng để khả năng sử dụng tối đa Sự mài mịn kim cương cĩ thể là do phoi nhỏ và biến đổi cácbon

Dung cụ cắt kim cương đa tính thé đang dần thay thể các dụng cụ đơn tỉnh Các vật liệu này chứa những tỉnh thể rất nhỏ được tổng hợp ở nhiệt độ và áp suất cao cĩ

chiều day 0,5 - J mm, rồi được liên kết với nền cácbit (h L21) Việc định hướng ngẫu

nhiên các tỉnh thể kim cương cản trở sự lan truyền các vết nứt tế vi, do đĩ làm tăng độ bền Bảng I.I cho thuộc tính các loại vật liệu làm dụng cụ cắt

Trang 25

Bảng I.1 Các thuộc tính điễn hình của vật liệu làm dụng cụ cắt khác nhau Thuộc tính Thép giĩ | Hợp kim Gốm _ | Nitride Bo lap | Kim cương cứng phương đơn tỉnh Độ cứng 62-65HRC |90-95HRA | 91-98HRA | 4000-5000HK | 7000-8000HK 83-86HRA_| 1800-3000HK Độ bền nén (MPa) 4100-4500 | 3100-5850 | 2750-4500 | 6900 6900 Độ bền uốn (MPa) 2400-4800 | 1050-2600 | 345-950 | 700 1350 Độ đai va đập (J) 1,35-8 0,34-1,35 <0,1 <0,5 <0,2 Modun đàn hồi (GPa) | 200 310-890 310-410 | 850 820-1050 | Mật độ - khối lượng riêng | 8600 5500-15000 | 4000-4500 | 3500 3500 {kgim") Thể tich pha cteng (%) | 7-15 70-90 100 96 95 Nhiét 6 (°C) 1300 1400 2000 1300 700 làm việc tới hạn Tính dẫn nhiệt 30-50 17-125 29 13 500-2000 (Wm K) Hệ số giãn nở nhiệt 12 +9 68,5 48 1.5-4,8 (x109/C)

1L2.9 Râu gia cường (Whisker-reinforce) và tình thể nanơ

Để cải thiện hơn nữa năng suất và khả năng chống mài mịn của dụng cụ cắt, đặc biệt khi gia cơng cắt gọt vật liệu mới, vật liệu làm dao đang phát triển theo các hướng - như: độ dai va đập cao; chống sốc nhiệt; tăng độ bên lưỡi cất; tăng độ cứng nĩng

âu đơn tỉnh thể Whisker là sợi ngắn cĩ đường kính rắt nhỏ (1+2 pm ) Ching được tạo ra bằng kỹ thật nuơi đơn tỉnh thể nên cĩ độ bn rất cao Râu được sử dụng như các sợi gia cường (cốt) trong vật liệu làm dao Ví dụ vật liệu làm đao nền SiN hoặc Al2O; và cốt là cacbit silic SiC, d6i khi thém oxide zirconi ZrØ; Tuy nhiên do tinh tro

cia SiC d6i véi sắt kém nén dao c&t chira rau SiC khéng thé gia céng gang va thép được Mặt khác râu đơn tình thể hiện nay quá đắt và liên kết nẻn — cốt cũng cần nghiên cứu thêm

Sự tiến bộ của vật /iệu „anơ dẫn đến sự phát triển cơng nghệ chế tạo dụng cụ cắt từ các hat WC, TiC, TaC siêu mịn (vài chục mm) Hợp kim cứng làm từ các hạt này bén, cứng, chịu mài mịn tốt hơn các loại truyền thống Ví dụ, mũi khoan đường kính 0,1 mm làm từ vật liệu nanơ đã được dùng trong chế tạo mạch vi điện tử

Trang 26

CHƯƠNG II

CƠ SỞ VẬT LÝ VÀ CƠ HỌC CỦA QUÁ TRÌNH CẮT GỌT

Gia cơng cắt gọt là quá trình phức tạp vì cĩ nhiều hiện tượng cơ lý xảy ra: biến dạng đàn bồi, biển dạng dẻo, biển cứng, tỏa nhiệt, rung động, lực cắt Việc tìm hiểu các hiện tượng này cĩ ý nghĩa rất quan trọng về kỹ thuật cũng như về kinh tế Bởi vì qua đĩ cĩ thể chủ động điều khiển được quá trình cắt sao cho chí tiết gia cơng đạt được chất lượng tốt và cĩ hiệu quả kinh tế nhất

I.MẠNG TINH THẺ L1 Cấu tạo

Các nguyên tử trong kim loại sắp xếp theo trật tự gần và trật tự xa Do sắp xếp trật tự nên cấu trúc tỉnh thể được xác định bằng kiểu mạng theo quy luật Nối tâm các nguyên tử (ion) bằng các đường thẳng tưởng tượng sẽ cho hình ảnh của mạng tính thể, trong đĩ mỗi nguyên tử được gọi là zrú: mạng Theo các phương khác nhau hình thái sip xép và mật độ nguyên tử khác nhau tạo nên tính đị hướng

Trong mạng tỉnh thể bao giờ cũng tìm được một hình khơng gian nhỏ nhất đặc trưng cho quy luật sắp xếp, được gọi là ơ cơ bản, Mỗi ơ cơ bản cĩ các kích thước hình học được gọi là thong số mạng Trong các kim loại thơng thường, hay gặp 3 loại mạng tỉnh thể: lập phương tâm khối, lập Phương tâm mặt và lục phương xếp chặt (h II.1)

Hình IL1 Các loại mạng tình thể: a) Ơ cơ bản; b) Ký hiệu; c) Tồn mạng Thực tế một số nút của mạng tỉnh thể kim loại nằm lệch ra ngồi đo cĩ các nguyên tử tự bứt ra khỏi mạng hoặc các nguyên tử tạp chất lẫn vào Tuy số nút nằm lệch chiếm tỉ lệ nhỏ (khoảng 1 - 2%), nhưng nĩ ảnh hưởng lớn đến cơ tính của kim loại

L2 Sự biến đạng của tỉnh thể

Biến dạng là quá trình làm thay đổi hình dạng của kim loại do tác dụng của tải trọng hay của các hiện tượng vật lý bên ngồi Khi tác dụng ngoại lực lên kim loại, tùy

theo mức độ chất tải, kìm loại cĩ thể biến dạng đàn hỏi, biến dạng đẻo hoặc phá hủy

Xét thí nghiệm kéo vật thể kim loại cĩ chiều dài /„ (h H.2) Khi cĩ tải trọng, Ptác dụng thì vật thể bị biến dạng dài ra một lượng Ai tuyệt đối, Xét quan hệ giữa P và Ai

Trang 27

Khi tải trọng đặt vào nhỏ P < P„, mức độ biến dạng (độ giãn dài tuyệt đối Al) ti

lệ bậc nhất với tải trọng, nếu bỏ tải trọng biến dạng mất đi Biến dạng như thế được gọi là biến dạng đàn hài

Cag suất g

ø

Hình IL2 Thí nghiệm kéo tình 11.3 Quan hệ giữa tải trọng (ứng suất) và biến dạng (độ giãn đài tương đối)

Khi tải trọng đặt vào P > Pz„, lúc đĩ P khơng đổi nhưng vật vẫn bị dài ra, người ta nĩi rằng đĩ là giới hạn chảy

Khi tải trọng đặt vào P > P„, mức độ biến dạng tăng nhanh theo tải trọng, khi bỏ tải trọng thì biến dạng khơng mất đi hết mà vẫn cịn lại một phần 4” Biển dạng này được gọi là biến dạng dẻo

Nếu tăng tiếp tải trọng đến giá trị cao nhất P = P¿, lúc đĩ trong và trên bề mặt vật thể xảy ra biến dạng cục bộ (thắt lại) làm đứt liên kết giữa các nguyên tử trong mạng Mặc dù cĩ giảm tải trọng đi nhưng cổ thắt vẫn phát triển cho đến khi đứt Người ta nĩi vật thể bị phá hủy Thực chất của quá trình phá hủy là sự phát sinh và phát triển của các

vết nứt tế vi,

Tuy nhiên nếu tiết điện và chiều đài ban đầu vật thể khác nhau thì chưa nĩi lên đầy đủ các thuộc tính vật liệu, người ta đã chuyển sang (h.IL.3) các đại lượng ứng suất (o =P/S) và độ giãn dài tương đối (e= Al⁄/;)

13 Biến dạng dẻo của đơn tỉnh thể: Cĩ hai hình thức cơ bản của biển dang déo trong đơn tỉnh thể

13.1 Trượt - là sự dịch chuyển tương đối giữa các phan tinh thé theo những mặt và phương nhất định (gọi là mặt và phương trượt) Khi hai mặt nguyên tử dịch chuyển tương đối với nhau, liên kết giữa các nguyên tử đối diện sẽ bị đứt, trong khi đĩ mối liên

kết giữa các nguyên tử cạnh nhau tại mỗi mặt vẫn được bảo tồn (h.II.4)

Trang 28

Hình 114 Trượt

Để thỏa mãn điều kiện đĩ các mặt này phải cĩ mật độ nguyên tử lớn nhất và liên kết bền vững nhất Do đĩ mặt trượt là mặt phân cách giữa hai mặt nguyên từ dày đặc nhất mà theo đĩ xảy ra trượt Tương tự cĩ được định nghĩa về phương trượt Các mặt và phương trượt của ba kiểu mạng tỉnh thể kim loại thường gặp được trình bày trên (h II.5) `“⁄⁄Z Pry? TT” ~F < af 9 Hình II.5 Các mặt và phương trượt cơ bản

'Thực nghiệm chứng tỏ rằng chí những thành phần ứng, suất tiếp do ngoại lực gây

ra trên mặt trượt mới gây ra trượt Giả sử đơn tỉnh thể cĩ tiết điện § chịu kéo với lực P (h4.8), pháp tuyến của mặt trượt làm với phương của lực P một gĩc 0, ứng suất tiếp tác dụng lên mặt trượt được xác định theo cơng thức: t= -en0 (2.1) Ta cĩ: P,= Pcos® va P,=Psin® Do đĩ: += inØeosØ = 5 sin20 (2.2) Giá trị của + lớn nhất khi sin2Ø= 1 = Ø= 45, tức là mặt làm với phương của lực tác dụng gĩc bằng 45” thì dễ trượt nhất

Quá trình trượt trong mang tinh thé sẽ xây ra theo các bước:

ï) Trước hết mạng tỉnh thể sẽ bị trượt theo mặt trượt cĩ lợi nhất, tức là mặt cĩ ứng suất tiếp trên nĩ lớn nhất Một phần của mạng sẽ dịch chuyên tương đối với phần cịn lại một khoảng nào đĩ rơi dừng, lại vì xung quanh mặt trượt mạng tỉnh thể bị xơ lệch gây cản trở dịch chuyển

Trang 29

ii) Tiếp đĩ mạng tính thể lại tiếp tục trượt trên các mặt khác song song với mặt trượt ban đầu Cứ như vậy cho đến khi các mặt của cùng một hệ trượt hết Khoảng cách giữa các nguyên tử của một mặt đối với mặt khác là số nguyên lần thơng số mạng

iii) Cuối cùng trên bề mặt của đơn tỉnh thể xuất hiện những bậc nhỏ song song nhau, đĩ là các đường trượt mà nhiều đường trượt gần nhau tạo nên dai tricot

iv) Ngồi ra giữa các phần của đơn tỉnh thể cịn cĩ quá trình quay nữa (h IL6)

a |) Oo 4 9

Hinh 11.6 Sự quay của mặt trượt

Trong khi trượt các phần đĩ sẽ quay đi sao cho các mặt trượt gần song song với phương của lực tác dụng và phương trượt song song với phương cĩ ứng suất tiếp lớn nhất

13.2 Song tỉnh - ngồi trượt là chủ yếu, kim loại cịn được biến dạng dẻo bằng song tỉnh Song tỉnh là sự dịch chuyển tương đối của hàng loạt mặt nguyên tử này so với mặt khác, kết quả là các phần của mạng tỉnh thể đối xứng với nhau qua

một mặt được gọi là mặt song tinh (h IL.7) Song tỉnh thường xảy ra đột ngột và cĩ ig 5 2 : _ _ Ing xĩẫn

những tiếng Bay nhỏ như khi ta bề thàni kẽm Hình 117 Sơ đỗ song tỉnh ở nhiệt

hoặc thiếc Biển dang déo bằng song tỉnh khĩ hơn độ thường trượt nhiễu

1.4 Biến dạng đẻo của đa tình thể

Trong thực tế, kim loại gồm nhiều tỉnh thể định hướng ngẫu nhiên cho nên cấu trúc kim loại khơng phải đơn tỉnh (hạt), mà là đa tinh zhể Cĩ thể coi biến dạng đẻo của đa tỉnh thể là sự tổng hợp biến dạng dẻo của nhiều hạt Trong từng hạt cùng cĩ quá

trình trượt và song tỉnh, Do phương mạng giữa các hạt lệch nhau, ở vùng biên giới hạt mạng tỉnh thể bị xơ lệch nên quá trình biến dạng dẻo của đa tỉnh thẻ phức tạp hơn và cĩ một số đặc điểm:

Trang 30

® _ Do phương mạng giữa các hạt trong đa tỉnh thể định hướng ngẫu nhiên, nên hạt cĩ phương dé biến dạng sẽ trượt trước Nhưng nĩ lại bị các hạt xung, quanh cản trở, khi đĩ lực tác dụng phải tăng lên để thắng trở lực thì quá trình trượt mới tiếp tục được Nên trở lực đối với biến đạng dẻo của đa tỉnh thể lớn hơn đơn tỉnh thé

e Biên giới hạt cũng cĩ ảnh hưởng đến độ bền và tính dẻo của đa tỉnh thể tùy thuộc vào nhiệt độ và tốc độ biến dạng, kiểu và số lượng tạp chất Ở nhiệt độ cao biến dạng dẻo xảy ra dưới hình thức trượt biên giới hạt (tỉnh giới) Cơ chế rão, cịn được gọi là bỏ (giãn đài ra do ứng suất trong thời gian dài) là do trượt tỉnh giới Với kim loại cĩ nhiệt độ nĩng chảy thấp, khi nguyên tử tiếp xúc gần hơn, độ bền và tính dẻo giảm đi, cĩ thể gãy khi ứng suất rất nhỏ Hiện

tượng này được gọi là hĩa bổn tỉnh giới Giịn nĩng xây ra do sự nĩng chảy

cục bộ của các thành phần hoặc tạp chất nằm tại tỉnh giới khi nhiệt độ thấp

hơn nhiệt độ nĩng chảy Khi kim loại được biến dạng dẻo ở nhiệt độ cao, tại biên giới các hạt bị vỡ và rời ra Một dạng khác của hĩa giịn là hĩa giịn gia

nhiệt gây ra do thiên tích tại biên giới hạt

Bién dang dẻo cĩ ảnh hưởng nhiều đến hình đạng hạt (h H.8)

Hình IL8 Sự biến đổi hình dạng hạt

Khi chịu kéo, các hạt bị kéo đài ra theo phương kéo, cịn khi chịu nén thì đẹt lại Kết quả, kim loại trở nên dị hướng, Mức độ dị hướng phụ thuộc vào độ đồng đều của kim loại biến dạng Nếu trong kim loại cĩ tạp chất hoặc pha khác thì khi biến đạng nĩ bị kéo dài ra thành tổ chức thớ

Khi chịu biến dạng đẻo rất lớn, phương mạng giữa các hạt được sắp xếp lại theo

hướng ưu tiên, tức một phương cùng chỉ số nào đĩ của các hạt lại phân bố song song

với nhau tạo nên fexture (tổ chức định hướng)

Sau biến dạng dẻo, cơ tính của kim loại thay đổi rất nhiều, độ bền, độ cứng tăng lên, độ dẻo, độ dai giảm đi Hạt càng nhỏ thì độ bền càng lớn vì diện tích bề mặt trong một đơn vị thể tích lớn

Trang 31

1I QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHOI IL.1 Cac giai đoạn hình thành phoi

Nghiên cứu quá trình cắt tạo phoi cĩ ý nghĩa quan trọng vì nĩ ảnh hưởng đến

«_ Các biến số độc lập là biến số mà cĩ thể được thay đổi và điều khiển trực tiếp như: vật liệu làm dao; thơng số bình học của dụng cụ, độ nhám bề mặt; vật liệu gia cơng và nhiệt độ; chế độ cắt; dung dịch trơn nguội; đặc điểm của máy cơng cụ; đỗ gá

như: dang phoi; lực và năng lượng tiêu hao; nhiệt độ tăng trong phơi, phoi và dụng cụ; mịn và hỏng dao; chất lượng và tính tồn vẹn sau gia cơng

Từ trước đến nay đã cĩ nhiều nghiên cứu về mơ hình của cơ chế cắt gọt với độ

chính xác và mức độ phức tạp khác nhau Dưới đây trình bảy theo thuyết cắt gọt của M E Merchant, tuy cho độ chính xác vừa phải nhưng đơn giản

Mặc di thực chất các quá trình cắt được thực hiện trong khơng gian ba chiều, nhưng theo mơ hình được chỉ ra trên hình II.9 tạm đủ để nghiên cứu quá trình cắt cơ bản Trong mơ hình trực giao này dụng cụ cắt (dao) cĩ gĩc trước ÿ và gĩc sau œ

Dưới tác dụng của lực P, dao bắt đầu tiếp xúc và nén vào phơi theo mặt trước, trong lớp kim loại bị nén phát sinh biến dạng đàn hồi Khi dao tiếp tục tiến, ứng suất trong trong phơi tăng dẫn lên, vượt quá giới hạn đàn hồi, chuyển sang giai đoạn biến dạng dẻo Nếu ứng suất khơng ngừng tăng lên và khi vượt quá giới hạn bền sẽ bất đầu xuất hiện những vết nứt, vật

liệu bị phá hủy Từ đĩ một lớp phoi cĩ chiều dày a; được hình thành từ lớp kim loại bị

cắt cĩ chiều dày ø, di chuyển | +

dọc theo mặt trước của dao sae

Bê mặt

Bé mat

nhằm

Việc nghiên cứu kim sgrpuảng trượt tương chứng tỏ rằng trước khi 4 biến thành phoi, giữa lớp kim loại bị cắt và phoi cĩ một giao

diện được gọi là miền tạo

phối Trong miền này cĩ

những mặt trượt, vật liệu gia

cơng trượt trên những mặt đĩ, nơi ứng suất tiếp cĩ giá trị cực đại

a|

Mién tạo phot prigy

Hình 11,9, Sơ đồ quá trình cắt 2D (cịn được gọi là

Trang 32

Trong quá trình cắt, miễn tạo phoi di chuyển cùng với dao Khi tốc độ cắt lớn, miễn tạo phoi co hep lai chi cịn vài chục micrơmet Quá trình tương tự như chuyển động của các con bài xếp lên nhau (h II.10) Chiều dày “con bài” đ là mơ hình phĩng đại mình họa cho cơ chế này; thực tế lớp này dày chỉ 1 — 10 ;n

Sau khi bị biến dạng chuyên thành phoi, lớp kim loại cịn chịu thêm biến dạng phụ do ma sát với mặt trước của dao Những lớp kim loại tại vùng giao diện phoi/ dao chịu biến dạng phụ nhiều hơn các lớp trên dẫn đến lớp dưới bị mà mịn bề mặt trở nên nhẫn bĩng trong khi lớp trên nhám hình răng cưa Mức độ biển dạng tại giao điện phoi/ dao

lớn đến mức các hạt tỉnh thể trong chúng bị kéo dài ra theo một hướng nhất định, tạo

thành texture

Hình 11.10 Co ché co ban của sự hình thành phoi

Cĩ thể coi quá trình biến dạng đẻo khi cắt xảy ra ngay trên mặt phẳng đi qua lưỡi

cắt và làm với phương chuyển động của dao một gĩc bằng Ø Mặt phẳng đĩ được gọi là mặt trượt cơ bản cịn gĩc Ø là gĩe trượt Gĩc trượt là một thơng, số đặc trưng cho hướng và giá trị của biến dạng đẻo trong miền tạo phoi

Theo (h II.11), nếu chiều đày lớp kim loại bị cắt là a, chiều dày phoi là a; ta cĩ hệ số cắt r:

a OCsin@ _—ssind _ sin@ (23)

Trang 33

lên ở chỗ: chiều dài lớp phoi cắt ra

Biến dạng dẻo của lớp kim loại bị cắt thể

ngắn hơn quãng đường mà dao phải di L, chiéu rộng của phoi ở; khi gĩc nâng ^ <30° thay đổi khơng đáng kể so với chiều rộng cắt ø Thẻ tích của khối kim loại trước và sau khi biến đạng dẻo coi như khơng đổi, ta cĩ :

La

ke TG = le (2.6)

k là hệ số eo rút phoi đặc trưng cho sự biến đổi kích thước của lớp kim loại bị cắt do biến dạng dẻo Trị số của # phụ thuộc vào các

yếu tố ảnh hưởng đến sự biến dang ctia phoi va

thay đổi trong phạm vi rộng & = 18 Trir trường hợp khi cắt các hợp kim titan cĩ # <1

Theo lí thuyết bền trên (h II.10) cho ta hệ số trượt tương đối k, bing ti số giữa khoảng trượt tuyệt đối ØS và chiều dày lớp trượt R71 - 0S _ ØH „HS “RH RA” RH Từ các quan hệ hình học dễ dang tinh được Hình 1.11 Hệ số cắt và gĩc trượt k,= clgØ+ tg(6- 7) (2.7)

Từ cơng thức (2.7) thấy rằng khi gĩc trượt nhỏ hoặc khi gĩc trước nhỏ thì hệ số trượt sẽ lớn Trong các nguyên cơng cắt thực, hệ số trượt quan sát được lớn gấp hơn 5 lần; do đĩ sơ với các quá trình biển dạng và tạo hình, khi cắt kim loại chịu biến dạng lớn hơn 1L2 Các dạng phoi

Tùy theo vật liệu gia cơng, thơng số hình học của dao, chế độ cắt, mà phoi cắt ra

cĩ nhiều hình dạng khác nhau Căn cứ vào dạng phoi, cĩ thể đánh giá được một phần

chất lượng dụng cụ cắt, sự tiêu hao năng lượng, độ bĩng bề mặt gia cơng v.v Do đĩ, việc nghiên cứu các đạng phoi cắt ra cĩ ý nghĩa rất thực tế Như trên đã nĩi phoi cĩ hai

mặt, một mặt tiếp xúc với mặt trước của đao và mặt kia được tách ra từ bề mặt của

phơi Bề mặt phoi ở phía tiếp xúc với dao nhẫn bĩng do khi chuyển động nĩ cọ xát với mặt trước của dao Bề mặt trên của phoi khơng cĩ tiếp xúc, nĩ hơi bị gợn nhám do ảnh

hưởng của trượt Thường người ta chia phoi thành ba dạng chủ yếu sau đây (h II.12):

41.2.1 Phoi day (h TỊ.12a& d)

Phoi đây là phoi cắt ra kéo dài liên tục Bề mặt tiếp xúc với mặt trước của dao rất

Trang 34

đây cắt bé hoặc gĩc trước lớn Biến dạng của vật liệu xây ra dọc theo mặt trượt hep,

khĩ quan sát thấy rượt

Hình I 12 Các dạng phoi và cấu trúc tế vì: 4) vùng trượt hẹp và thing; b) vùng trượt tai giao diện phoi-dao; e) phoi dây với lẹo dao; d) vàng trượt ban đâu lớn; e) phoi xếp;

Khi cắt ra phoi dây, lực cắt thay đổi ít, năng lượng tiêu hao nhỏ, độ chính xác và độ bĩng bề mặt gia cơng cao, tức là quá trình cắt hợp lý

1L2.2 Phối xếp (h IL.12e)

Phoi xếp là phoi cắt ra ở dạng từng đoạn ngắn, bề mặt tiếp xúc với mặt trước dao

nhẫn bĩng, mặt kia cĩ dạng răng cưa như từng, đốt xếp lại Phoi này thu được khi gia cơng những vật liệu cĩ độ dẻo khơng cao (thép, titan, hop kim đồng ) với tốc độ cắt thấp, chiều dày cắt lớn và gĩc cắt cĩ giá trị tương đối lớn Phoi xếp chịu biến dạng rất lớn, do đĩ vật liệu gia cơng bị mắt tính dẻo và được hĩa bền đến mức các phần tử của phoi đều bị trượt theo mặt trượt Độ cứng của phoi xếp cao hơn nhiều độ cứng của vật liệu gia cơng

11.2.3 Phoi vun (h 11.129)

Phoi vụn là phoi cắt ra ở những dạng nhỏ, cĩ hình dạng và kích thước khơng đều Nĩ thường được tạo thành trong các điều kiện sau:

e_ Khi gia cơng các vật liệu giịn như gang, đồng thau cứng

« _ Vật liệu gia cơng lẫn các tạp chất cứng hoặc cĩ cấu trúc như cụm graphite «_ Tốc độ cắt rất thấp hoặc rất cao, chiều sâu cất lớn

œ Gĩc trước nhỏ

«_ Độ cứng vững của máy thấp, thiếu dung dịch trơn nguội

Trang 35

Nguyên nhân là khi gia cơng, lớp kim loại bị cắt khơng qua giai đoạn biến dạng dẻo Lực cắt cĩ thành phần vuơng gĩc với phương chuyển động xuất hiện ứng suất kéo

Phoi khơng bị trượt mà như bị dứt lên vì vật liệu giịn cĩ ứng suất kéo nhỏ hơn ứng suất nén nhiều Lớp kim loại hầu như khơng qua giai đoạn biến dang déo mà từ giai đoạn biến dạng đàn hồi chuyển ngay sang giai đoạn phá hủy, làm cho vật liệu vụn ra

Độ bĩng bề mặt và độ chính xác khi cắt ra phoi vụn khơng cao, do phoi hình thành khơng liên tục, làm cho lực cắt luơn luơn biến đổi Bề mặt cĩ cấu trúc gần giống

như bề mặt kim loại khi bị phá hủy giịn

Trong tắt cả các nguyên cơng cắt, phoi được tách ra khỏi bề mặt phơi theo đường xoắn ốc (h II.13) Nguyên nhân là do sự phân bố ứng suất ở mặt trượt cơ bản và vùng lân cận, hiệu ứng nhiệt, đặc trưng của vật liệu, chế độ cắt và các thơng số hình học của đao Khi tốc độ, chiều dày cắt giảm, hoặc ma sát với mặt trước tăng thì biến dạng của phoi tăng (bán kính xoắn phoi nhỏ đi)

@) (7

$

Hinh 11.13, Sq hinh thành phoi tiện: a) phoi cuộn chặt ; b) phoi đập vào phơi và S ©) phoi day tach khỏi phơi; đ) phoi đập vào thân dao và gãy

1.2.4 Bé phoỉ

Khi cắt ra phọ đây, chất lượng bề mặt nĩi chung là tốt Tuy vậy khơng phải lúc nào cũng mong muốn cĩ phoi đây, đặc biệt là khi gia cơng trên các may CNC dang được sử dụng rộng rãi Chúng làm vướng và gây trở ngại cho nguyên cơng cắt như quấn vào dụng cụ, đồ gá, phơi Để tránh điều này thì phải bẻ phoi ngay bằng cơ cấu bẻ phoi (h II.14) Cơ cấu bẻ phoi thường là mảnh kim loại kẹp vào mặt trước của dao (h H.14a& b), nĩ sẽ làm uốn phoi và bẻ gay Ngày nay người ta dùng nhiễu loại dụng cụ cắt găn lưỡi cắt riêng cĩ khả năng bẻ phoi (h I.14c)

Hình II 14 Bẻ phoi: a) sơ đỗ hoạt động; b) kẹp gờ lên mặt trước; c) tạo rãnh

Trang 36

Phoi cũng cĩ thể được bẻ bằng cách thay đổi thơng số hình học dao cắt như ở nguyên cơng tiện (h II.13) Thực nghiệm chỉ ra rằng phoi bị bẻ cĩ dạng lý tưởng là hình chữ C hoặc số 9, kích thước mỗi mảnh khoang 25 mm

Với vật liệu gia cơng mềm như nhơm và đồng thì bẻ phơi kiểu trên khơng cĩ tác dụng nhiều Kỹ thuật thơng thường là pha thêm một ít các nguyên tố cải thiện tính cắt gọt Với các nguyên cơng cắt gián đoạn như phay, bào thì khơng cần đến cơ cấu bẻ

phoi vì chiều đài đã xác định

I TINH TOAN VEN CUA BE MAT GIA CONG

TIL1 Hién twong leo dao

“Trong quá trình cất ra phoi đây, trên mặt trước kể sát mũi dao và lưỡi cắt thường, xuyên xuất hiện lớp kim loại cĩ mạng tỉnh thể và tổ chức khác hẳn vật liệu gia cơng và vật liệu làm dao, độ cứng lớn hơn 2,5 — 3,5 lần độ cứng của vật liệu gia cơng Nếu lớp kim loại này bám chặt vào lưỡi cắt của dụng cụ thì được gọi là lo đao

Nguyên nhân của sự lẹo dao cĩ thể giải thích như sau: do chịu áp lực lớn và nhiệt

độ cao, mặt khác vì mặt trước của dao khơng nhẫn tuyệt đối, nên lớp kim loại nằm sát mặt trước của đao cĩ tốc độ di chuyển chậm trong quá trình cắt Trong những điều kiện nhất định, khi lực ma sát giữa dao và phoi thắng được nội lực trong kim loại bị cắt thì lớp kim loại đĩ sẽ nằm lại mặt trước và trở thành lẹo đao

Lẹo đao luơn luơn xuất hiện và mắt đi trong quá trình cắt Điều kiện hình thành và mắt đi của lẹo đao cĩ thể giải thích bằng mối quan hệ biểu diễn trên (h IL 15)

2Â 2X sh oR sO

4444 Hinh 11.15 Điều kiện hình thành lẹo dao

F20+5 Vv

Trong dé: re lực ma sát giữa phoi và mặt trước của đao

ư ~ lực ma sát trong nội bộ kim loại bị cất,

Sz lực thốt phoi

Leo dao sẽ xuất hiện và ổn định khi T > Q + S, cịn khi T Ý Q + § thì lap tic leo

Trang 37

Chiều cao, hình dạng và tính ổn định của lẹo dao phụ thuộc vào nhiều yếu tố: thuộc tỉnh vật liệu gia cơng, chế độ cắt, gĩc trước của dao v.v Nếu vật liệu gia cơng càng dẻo thì tần số hình thành lẹo đao càng thấp và chiều cao lẹo càng lớn

Khi gia cơng thơ, hiện tượng lẹo dao là cĩ lợi, nĩ bảo vệ mũi dao và lưỡi cắt khơng bị mài mịn, làm tăng gĩc trước của dao, tạo điều kiện cho quá trình hình thành

và thốt phoi đễ dàng Khi gia cơng tính, hiện tượng lẹo dao cĩ hại, vì tần số xuất hiện và mắt đi của lẹo dao lớn, nên gây ra rung động, do đĩ làm giảm độ bĩng bề mặt và độ chính xác gia cơng

Nĩi chung ái lực (khuynh hướng tạo liên kết) của vật liệu làm đao và vật liệu gia cơng cảng cao thì khả năng hình thành lẹo dao cảng lớn Kim loại chưa nhiệt luyện ít: tạo nên leo dao hon

Để tránh hiện tượng lẹo dao, cĩ thể sử dụng nhiều biện pháp, ví dụ: tăng gĩc trước của dao, mài bĩng lưỡi cắt để giảm bán kính ø, dùng dung dịch trơn nguội v IIL2 Hiện tượng biến cứng khi cắt

Trong quá trình cắt, do lớp kim loại ở gần mũi đao bị biến dạng mạnh, mặt khác lưỡi dao bao giờ cũng cĩ bán kính cong ø nhất định, nên mặt sau dao gay ra luc ép va ma sát với bề mặt gia cơng Kết quả làm cho lớp kim loại trên bề mặt chỉ tiết bị biến đạng đẻo, dẫn đến độ bền và độ cứng tăng, lớn hơn độ cứng ban đầu 2-3 HRC Hiện tượng đĩ được gọi là hiện tượng ưiển cứng hay cứng nguội

Mức độ, chiều sâu và trị số ứng suất dư của lớp biến cứng phụ thuộc vào nhiều yếu tố: thuộc tính của vật liệu gia cơng, thơng số hình học của dao, chế độ

cắt, mịn dao

Vật liệu gia cơng càng dẻo, bán kính lưỡi cắt at càng lớn, gĩc trước và gĩc sau của dao càng bé thì

mức độ cứng nguội càng cao vả chiều sâu lớp biến

cứng càng lớn Nhớ rằng chiều sâu cắt nhỏ thì gĩc _ /nh//76 Hiện tượng biến trước cĩ thể trở thành âm lưỡi dao chỉ trượt qua và đè _ cứz do bán kính cong và mịn lên bề mặt phơi (h II 16)

Nếu tăng tốc độ cắt, dùng dung địch trơn nguội khi cắt thì mức độ và chiều sâu của lớp biến cứng giảm xuống Bé mitt chun gia cong ing chien sin cit

- Nếu bề mặt gia cơng khơng cĩ khuyết tật gì thì hiện tượng biến cứng cĩ tác dụng, tốt Trường hợp ngược lại nĩ sẽ làm cho giới hạn mỏi và tuổi thọ của chỉ tiết giảm

Trang 38

cứng nguội, do đĩ dao doa chĩng bị mải mịn và độ chính xác, độ bĩng bề mặt gia cơng

khơng thể đạt được cao

I3 Độ bĩng bề mặt gia cơng

Độ bĩng bể mặt gia cơng (đúng ra là độ nhám, độ nhấp nhơ tế vi) là một trong những tiêu chuẩn quan trọng dé đánh giá chất lượng của chỉ tiết máy Độ bĩng - độ nhấp nhơ tế vi (rất nhỏ) xét trên một đơn vị điện tích hẹp của bề mặt và được đánh giá bằng sai lệch trung bình số học Ẩ„ hoặc chiều cao trung bình của các nhấp nhơ tế vi lớp bề mặt #, Giá trị R, và R, là cơ sở để phân cấp độ bĩng theo tiêu chuẩn (Trước kia người ta dùng kí hiệu V1; V2; .V14 để phân cấp độ bĩng)

Độ nhấp nhơ tế vi của bể mặt gia cơng phụ thuộc vào nhiều yếu tố: thuộc tính của vật liệu gia cơng, thơng số hình học của dao, các yếu tố cắt, biến dạng đàn hồi và biến

dạng dẻo, ma sát, lẹo dao, rung động trong khi cắt v.v

«_ Ảnh hưởng của vật liệu gia cơng: khi vật liệu gia cơng cĩ độ dẻo cao thì biến dang đẻo lớn, dễ sinh ra lẹo đao; cịn nếu độ dẻo thấp thì lại gây ra rung động, trong quá trình cắt, đều làm giảm độ bĩng của bề mặt gia cơng

©_ Ảnh hưởng của thơng số hình học: khi tăng gĩc nghiêng chính ø, gĩc cắt ở thì kim loại biến dạng nhiễu, phoi thốt khĩ, gây ra rung động, làm cho độ bĩng giảm Nếu tăng gĩc sau ø, tăng bán kính mũi dao z lên thì độ bĩng tăng, e_ Ảnh hưởng của các yếu tố khi cắt: khi tăng tốc độ cắt (nằm ngồi vùng lẹo dao)

thì biến dạng của kim loại giảm, độ bĩng tăng Nếu lượng chạy dao quá bé (s < 0,02 mm/vg), thi kim loại biến dạng nhiều, vì lúc đĩ hầu như dao khơng cắt mà chỉ trượt trên bề mặt gia cơng; ngược lại nếu lượng chạy dao quá lớn (s> 2.5 mơn/vg), độ bĩng cũng thấp, vì chiều cao nhấp nhơ của phần kim loại cịn lại do dao khơng cắt hết tăng lên Ta cĩ thể chứng minh điều này trên (h I.17) khi gia cơng, mũi dao được gá ngang tâm chi tiết, gĩc trước y=0 Trường hợp mũi dao nhọn (h lL 17a)

Diện tích danh nghĩa của lớp kim loại là diện tích hình ABDE, nhưng khi cắt, thực tế bao giờ dao cũng để lại diện tích hình tam giác ABC khơng thể cất hết trên bề

Trang 39

T Hinh 1.17 Tinh ei cao cịn dit: a) miti dao nhọn; b) mũi dao cĩ bán kính Trường hợp mũi dao cĩ bán kính cong (h II 17b)

Diện tích phần kim loại khơng cắt hết là ABC

dt ABC = dt AB00) ~ (dt 0C0, + dt 0BC + dt 0,AC) CH=HI-IC=r- So hay: ° ~ 2r.CH + CH? =? ~q - Néu bo qua vơ cùng bé CHỶ, ta cĩ: CH= a 8r (2.9)

Từ cơng thức (2.8) và (2.9) ta thấy rằng, chiều cao của diện tích cịn dư do đao để lại # = CH phụ thuộc vào trị số của lượng chạy dao s, bán kính mũi dao z, gĩc nghiêng

chính ø và gĩc nghiêng phụ ø;

Trong thực tế thì độ nhấp nhơ của bề mặt chỉ tiết gia cơng cịn lớn hơn nhiều so với số liệu tính tốn trên, vì trong quá trình cắt, bề mặt của chỉ tiết gia cơng cịn chịu ảnh hưởng của biển dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, rung động v.v

IV HIEN TUQNG RUNG BONG KHI CAT

'Rung động của hệ thống là hiện tượng kèm theo thơng thường trong quá trình làm việc của máy Khi cắt, nếu hệ thống máy - dụng cụ - chỉ tiết gia cơng - đồ gá gây ra

rung động sẽ làm cho dao bị mài mịn nhanh, dễ bị gãy vỡ, làm giảm độ chính xác của chỉ tiết gia cơng, giảm năng suất cắt và cịn ảnh hưởng khơng tốt đến sức khỏe của người cơng nhân

IV.1 Phân loại

Trong quá trình cắt cĩ ba loại rung động: 1.1.1 Rung động riêng

Rung động gây ra bởi va đập trong hệ thống máy - dụng cụ - chỉ tiết gia cơng - đồ

Trang 40

rung động riêng trong quá trình cắt khơng đáng kể vì nĩ tắt dần nhanh Nĩ chỉ cĩ ý

nghĩa khi xác định đặc tính của quá trình đao động TƯ.1.2 Rung động cưỡng bức

Rung động gây ra bởi tác dụng bên ngồi, cĩ thể do những nguyên nhân sau đây : «Lực va đập chu kì xuất hiện xung quanh hệ thống máy, như máy cĩ chuyển

động khứ hồi khơng cĩ các cơ cầu chủ động cân bằng (máy bào, chuốt, mài ) «_ Sự khơng cân bằng của các bộ phận máy - dao - chỉ tiết gia cơng - đồ gá * _ Phơi khơng trịn, lượng dư gia cơng khơng đều, như các phơi đúc, rèn

« _ Dao chuyển động khơng cân bằng, như khi răng đao phay vào vùng cắt © Ảnh hưởng rung động của các thiết bị bên cạnh, nền xưởng

s _ Mĩng máy khơng vững chắc, phoi cắt ra ở đạng phoi vụn v.v TƯ.1.3 Tự rung

Dao động tự rung khơng cần lực tác dụng từ bên ngồi, rung động phát ra và duy trì bằng tương tác của quá trình cắt và cấu tạo của máy cơng cụ Biên độ của nĩ thường rất lớn Nguyên nhân của tự rung cĩ thể là:

e _ Sự xuất hiện và mắt đi của lẹo dao

« Sự biển dạng đàn hồi của chỉ tiết gia cơng và dao v.v IV.2 Các yếu tố của quá trình cắt ảnh hướng đến rung động

của hệ thống máy - dao - chỉ tiết gia cơng - đồ gá mà cịn phụ thuộc vào hình

dang hình học của dao, chê độ cất, tính chất vật liệu gia cơng

se Khí tăng tốc độ cắt thì biên độ dao động tăng Nhưng khi biên độ dao động đạt đến giá trị cực đại nào đĩ nếu tốc độ cắt càng tăng, biên độ dao động càng giảm

Khả năng giảm rung được xác định theo tốc độ tắt dần dao động