Trang 1 --- Luận văn thạc sĩ khoa học Khảo sát sự mài mòn của mũi khoan thép gió do nhà máy dụng cụ cắt việt nam chế tạo khi gia Trang 2 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan những kết quả ngh
Cấu tạo của mũi khoan 13
Mũi khoan lỗ sâu 14 1.1.2.Mũi khoan lỗ tâm 14 1.1.3 Mũi khoan dẹt 15
Mũi khoan nòng súng được sử dụng để khoan các lỗ có tỷ số giữa chiều sâu và đường kính lớn hơn 5mm Đây là loại mũi khoan thường gặp trong các ứng dụng cần độ sâu lớn.
Hình 1-1: Cấu tạo mũi khoan lỗ sâu
Là mũi khoan chuyên dùng, dùng để khoan lỗ tâm làm lỗ định vị khi gia công trục (hình 1-2 ) ω
Hình 1-2: Cấu tạo mũi khoan tâm
Mũi dao dẹt được coi là tiền thân của mũi khoan xoắn hiện đại và có kết cấu đơn giản nhất Hiện nay, nó vẫn được sử dụng trong công nghiệp chế tạo đồng hồ và máy chính xác để khoan lỗ nhỏ trên vật liệu có sức bền thấp do chế tạo đơn giản và rẻ tiền Kết cấu bộ phận làm việc của mũi dao dẹt bao gồm các lưỡi cắt chính ab, a'b', lưỡi nằm ngang b, b' và góc ϕ = 60 độ giữa lưỡi ngang và lưỡi cắt chính Khi mài đúng, góc ϕ cũng tương đương với góc nghiêng chính của dao tiện, và mặt đáy S-S là bề mặt phẳng vuông góc với đường thẳng W.
T - Vết của mặt cắt - đờng thẳng tiếp tuyến với mặt gia công ở điểm C.
NN Vết của mặtphẳng thẳng góc với mặt cắt. γp – Góc trớc của mũi khoan ở trạng thái tĩnh. α α, p – Góc sau tĩnh và góc sau trong quá trình cắt. ϕ γ γ α α ϕ
Hình 1-3: Cấu tạo mũi khoan dẹt
Mũi khoan dẹt tuy dễ chế tạo và rẻ tiền nhưng có nhiều nhược điểm như mòn nhanh, khó thoát phoi, tuổi thọ ngắn, năng suất thấp và độ chính xác gia công không cao Hiện nay, trong ngành chế tạo cơ khí, mũi khoan xoắn đã hoàn toàn thay thế mũi khoan dẹt nhờ vào những ưu điểm vượt trội của nó.
- Tuổi thọ của dao lớn, mũi khoan có thể mài lại nhiều lần.
- Độ chính xác gia công cao hơn do có phần định hớng trong kết cấu mòi khoan
- Năng suất gia công cao vì có hình dạng hợp lý hơn.
1.1.4.Cấu tạo của mũi khoan xoắn:
Mũi khoan xoắn được cấu tạo từ ba bộ phận chính: phần cán, phần cổ dao và phần làm việc, như thể hiện trong các thông số hình học của mũi khoan Các yếu tố kết cấu này đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất khoan.
Phần cán l1 là bộ phận kết nối với trục chính của máy khoan, có chức năng truyền mô men xoắn và chuyển động trong quá trình cắt Mũi khoan có đường kính lớn hơn giúp tăng hiệu quả khoan.
20 mm làm cán hình, còn đờng kính nhỏ hơn 10mm thì có cán hình trụ
Phần cổ dao l2 kết nối cán dao với phần làm việc, có chức năng giúp thoát đá mài khi mài chuôi và phần làm việc Thông thường, khu vực này được ghi nhãn hiệu của mũi khoan.
Chuôi Cổ Phần làm việc
Khoảng hở ®uêng kÝnh th©n
Góc luỡi đỉnh Luỡi cắt ngang
Luỡi cắt chính Mép cắt §uêng kÝnh khoảng hở Góc xoắn
Hình 1-4: Cấu tạo mũi khoan xoắn
Phần làm việc: gồm có phần trụ định hớng và phần cắt:
Phần trụ định hướng của mũi khoan có chức năng định hướng mũi khoan trong quá trình làm việc và dự trữ cho việc mài lại phần cắt đã bị mòn Đường kính của phần này giảm dần từ phần cắt về phía chuôi, tạo thành góc nghiêng phụ ϕ, với lượng giảm thường từ 0,01mm đến 0,08mm trên mỗi 100mm chiều dài Trên phần định hướng có hai rãnh xoắn giúp thoát phoi, với góc xoắn ω = 18-30° thay đổi tùy theo đường kính và điều kiện gia công Dọc theo rãnh xoắn, có hai dải cạnh viền với chiều rộng f, đóng vai trò định hướng mũi khoan và giảm ma sát giữa mặt trụ mũi khoan và bề mặt đã gia công của lỗ.
Lõi mũi khoan nằm giữa hai rãnh xoắn và thường có đường kính lớn dần về phía chuôi, nhằm tăng cường sức bền cho mũi khoan Đường kính này thường tăng từ 1,4 đến 1,8mm trên mỗi 100mm chiều dài, tùy thuộc vào vật liệu chế tạo dụng cụ.
Phần cắt của mũi khoan là bộ phận chính dùng để cắt vật liệu và tạo ra phôi Hình 1-4 trình bày các thông số hình học của phần cắt mũi khoan Có thể hình dung mũi khoan như hai dao tiện được kết hợp với nhau thông qua một lõi hình trụ.
Mũi khoan được thiết kế với 5 lưỡi cắt, bao gồm hai lưỡi cắt chính, hai lưỡi cắt phụ và một lưỡi cắt ngang Lưỡi cắt phụ có cấu trúc xoắn, chạy dọc theo viền mũi khoan và chỉ tham gia vào quá trình cắt trong một đoạn ngắn, khoảng một nửa chiều dài của lưỡi cắt Mặt trước của mũi khoan là mặt xoắn, trong khi mặt sau có thể có các hình dạng khác nhau như mặt côn, mặt xoăn, mặt phẳng hoặc mặt trụ, tùy thuộc vào phương pháp mài.
Để xác định góc độ của phần cắt mũi khoan, quy trình thực hiện tương tự như đối với dao tiện, tức là sử dụng các mặt tọa độ và các góc độ của dao, thường được biểu diễn trên các tiết diện chính.
Mặt đáy của lưỡi cắt tại mỗi điểm là mặt phẳng được tạo thành bởi điểm đó và trục mũi khoan Mặt cắt là mặt phẳng chứa lưỡi cắt chính, đặc biệt khi lưỡi cắt chính là thẳng, và nó tiếp xúc với bề mặt gia công.
Góc trước của mũi khoan được đo trong tiết diện chính NN’ Để hiểu rõ hơn về góc trước, chúng ta cần xem xét các thông số ảnh hưởng đến nó như ϕ, γ, α, φ và α γ.
Hình 1-5: Cấu tạo mũi khoan xoắn
Điểm A trên lưỡi cắt của mũi khoan, được bố trí trên hình trụ có đường kính DA, cho phép xác định góc nghiêng của rãnh xoắn thông qua công thức tgωA = D A.
H ớc của rãnh xoắn ωA – Góc nghiêng của rãnh xoắn ở điểm A: Góc trớc ở tiết diện OO bằng góc xoắn ωA
Hình 1-6: Cấu tạo mũi khoan xoắn
Góc trước γA tại tiết diện N-N có thể được thể hiện qua góc ωA ở tiết diện O-O Để làm điều này, cần chú ý đến tam giác ANO (hình 1-6) trên cả hai tiết diện N-N và O-O Khi chiếu cạnh AN xuống tiết diện N-N, ta sẽ thu được kết quả cần thiết.
Chiếu cạnh AO xuống tiết diện O - O ta có:
AO A tg NBγ hay BD = AO.tgωA ,Vì NB = BD nên ta có:
Trong tam giác AMO ta có: AM sin
Vì AN = AM nên có: tgγA sin tgωA ω Thay thế vào biểu thức giá trị của tgωA đã tính ở trên và chú ý rằng
H = D tg π ω , cuối cùng ta có tgγA =
Đặc điểm quá trình tạo phoi khi khoan 35
Quá trình tạo phoi khi khoan giống với quá trình tiện.Mũi khoan có thể coi nh là hai dao tiện ghép với nhau bằng lõi hình trụ.
Khi khoan vật liệu dẻo nói chung ta có phoi dây, phoi xếp Khi khoan vật liệu giòn ta có phoi mảnh, phoi vụn
Khi khoan, không gian thoát phoi là nửa kín, dẫn đến việc phoi thoát ra khó khăn và chậm chạp Thời gian tiếp xúc và ma sát giữa phoi và dao với bề mặt gia công kéo dài, làm cho dung dịch trơn nguội khó vào khu vực gia công trực tiếp Khi dung dịch đến vùng cắt, đã bị phoi làm nóng, khiến nhiệt cắt tăng cao và truyền nhiệt trở nên khó khăn, làm giảm tốc độ khoan Hơn nữa, tốc độ cắt không đồng nhất trên chiều dài lưỡi cắt cũng ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình tạo phoi Mũi khoan còn gặp khó khăn trong việc mài đối xứng hai lưỡi cắt, dẫn đến tình trạng lỗ khoan thường bị lay réng.
Trong quá trình cắt gọt kim loại, các phần từ kim loại bị trượt dưới tác động của lực cắt, hướng từ mặt thoát của dao đến lớp cắt Sự biến dạng và chèn ép của kim loại dẫn đến việc phá vỡ liên kết giữa các tinh thể kim loại, tạo ra phoi khi chúng tách rời khỏi bề mặt gia công.
Hình 1-16: Sơ đồ quá trình tạo phoi
Quá trình hình thành phoi qua 3 giai đoạn
* Giai đoạn 1 Biến dạng đàn hồi :
Khi vật tiếp xúc với dao quay, sẽ xảy ra hiện tượng biến dạng nếu lực tác dụng không vượt quá giới hạn đàn hồi cho phép Nếu lực tác động ngừng lại, vật sẽ trở về trạng thái ban đầu.
* Giai đoạn 2 : Biến dạng dẻo
Trong giai đoạn biến dạng dẻo, quá trình cắt vẫn tiếp tục diễn ra khi dao quay, dẫn đến việc lực P tăng Điều này khiến cho các lớp kim loại bị lệch trượt lên nhau theo một góc β2.
* Giai đoạn 3 : Biến dạng phá huỷ
Giai đoạn phá huỷ trong quá trình gia công là khi dao tiếp tục tiến, áp lực P tăng lên, khiến lớp kim loại lệch và trượt theo góc β2, dẫn đến việc tách rời phoi khỏi vật gia công Sự tiến dao này làm cho phoi bị bẻ gãy, đứt và tách ra khỏi vật liệu cần gia công.
Năng lượng tiêu hao trong quá trình cắt gọt chuyển hóa thành nhiệt, ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất cơ lý của vật liệu gia công Nhiệt độ cao có thể làm giảm tuổi bền của dao, thay đổi kích thước chi tiết và giảm chất lượng bề mặt, từ đó ảnh hưởng đến năng suất cắt.
Nắm vững các vấn đề liên quan đến nhiệt là rất quan trọng, vì điều này giúp chúng ta tìm ra các biện pháp hiệu quả để giảm thiểu ảnh hưởng của nhiệt trong quá trình cắt gọt kim loại.
Nguyên nhân sinh ra nhiệt khi cắt
Nhiều kết quả thực nghiệm chứng tỏ rằng, phần lớn công tiêu hao trong quá trình cắt ( > 95%) biến thành nhiệt Nhiệt được sinh ra từ các nguồn :
- Trong miền tạo phoi Nhiệt sinh ra do công ma sát giữa các phần tử - của vật liệu gia công trong quá trình biến dạng
Nhiệt được sinh ra trên bề mặt tiếp xúc giữa phoi và mặt trước của dao do sự truyền công từ biến dạng đàn hồi và ma sát khi phoi trượt trên mặt trước.
- Trên mặt sau tiếp xúc với bề mặt gia công Do sự chuyển đổi công ma - sát
Nhiệt sinh ra trong quá trình cắt phụ thuộc vào công đứt phoi, với nhiệt độ ở vùng cắt chịu ảnh hưởng từ nhiệt lượng sinh ra, nhiệt dung, tính chất truyền nhiệt và diện tích tiếp xúc giữa các phần vật thể như phoi, dao và chi tiết gia công Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố này đối với nhiệt lượng sinh ra thay đổi tùy theo điều kiện gia công Cụ thể, khi cắt vật liệu dẻo với tốc độ cắt thấp (dưới 50 m/ph), nhiệt chủ yếu phát sinh từ công tiêu hao làm biến dạng dẻo Ngược lại, khi cắt với tốc độ cao, nhiệt được sinh ra từ cả công tiêu thụ cho biến dạng dẻo và lực ma sát, trong khi tốc độ cắt rất lớn sẽ dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ đáng kể.
Khi cắt vật liệu giòn, lực sinh ra chủ yếu là do công của lực ma sát giữa mặt sau của dao và chi tiết gia công, vì biến dạng dẻo ở đây rất ít.
Nhiệt độ trung bình khi tiện tỉ lệ với tốc độ cắt và chiều sâu cắt t P o P =kv P a s P b P P (3.4) Đối với hợp kim cứng thì a= 0,2 ; b= 0,125 thép gió thì a= 0,5 ; b=0,375
Phân bố nhiệt độ trong vùng cắt được thể hiện trên (h×nh 1 17)-
Hình 1-17: Phân bố nhiệt trong vùng cắt gọt.
Chú ý đến sự xuất hiện của các vùng gradient nhiệt độ và nhiệt độ cao nhất ở khoảng giữa mặt trước của dao Các đặc tính nhiệt độ riêng biệt phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt dung riêng, tính dẫn nhiệt của dụng cụ và vật liệu gia công, tốc độ cắt, cũng như chiều sâu cắt Khu vực tiếp xúc của phoi với mặt trước của dao và khu vực tiếp xúc quanh mặt trượt cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình gia công.
Nhiệt sinh ra khi cắt tập trung chủ yếu ở ba khu vực
Khu vực tiếp xúc giữa phoi và mặt trước của dao chịu ảnh hưởng từ hai nguồn chính: lực tiếp tuyến trên mặt trước dao phụ thuộc vào hệ số ma sát trung bình (ma sát ngoài) giữa chi tiết và dao, cùng với ma sát trong (kháng lực chống biến dạng đàn hồi) của các lớp biến dạng trong vùng tiếp giáp giữa phoi và mặt trước dao.
- Khu vực tiếp xúc của bề mặt gia công với mặt sau của dao do lực ma sát trên mặt sau gây nên
- Khu vực quanh mặt trượt.
Nhiệt ở vùng cắt được truyền vào phoi, dao, chi tiết gia công và môi
: trường xung quanh (hình 6.1 NL), có thể biểu thị bằng phương trình sau
Trong đó: Q - Tổng nhiệt lượng sinh ra trong quá trình cắt.
Qf – Lượng nhiệt truyền vào phoi (70 – 86%)
Qd - Lượng nhiệt truyền vào dao (15 – 20%)
Qct - Lượng nhiệt truyền vào chi tiết gia công (4%)
Qmt - Lượng nhiệt truyền ra môi trường (khoảng 1%)
1 3.quá trình mòn của mũi khoan.
1.3.1 Quá trình mòn của dụng cụ cắt có lỡi.
Trong quá trình cắt, phoi trượt trên bề mặt tiếp xúc với dao gây ra hiện tượng mòn ở phần cắt dụng cụ Mài mòn dụng cụ là một quá trình phức tạp, diễn ra do các hiện tượng lý hóa tại bề mặt tiếp xúc giữa phoi, chi tiết và dụng cụ gia công Khi dụng cụ bị mài mòn, hình dạng và thông số hình học của phần cắt sẽ thay đổi, dẫn đến các hiện tượng vật lý như nhiệt cắt và lực cắt, ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công Áp lực trên các bề mặt tiếp xúc trong quá trình cắt lớn hơn rất nhiều so với áp lực làm việc trên các chi tiết máy.
( 15 20 lần ) và dụng cụ bị mài mòn theo nhiều dạng khác nhauữ đó là hs β α c d γ β γ α f fo B β α hf ρ f B hf a b h s
Hình 1-18: Các dạng mài mòn phần cắt dụng cụ
- Mài mòn theo mặt sau ( hình 1-18a )
- Mài mòn mặt trớc ( hình 1-18 b )
- Mài mòn đồng thời cả hai mặt trớc và mặt sau ( hình 1-18 c )
- Mòn tù lỡi cắt ( hình 1-18 d ) a Mài mòn theo mặt sau
Dạng mài mòn này được đặc trưng bởi lớp vật liệu dụng cụ bị tách rời khỏi mặt sau trong quá trình gia công, và được đánh giá qua chiều cao mòn h Trị số mòn h được đo trong mặt cắt theo phương vuông góc với lưỡi cắt, từ lưỡi cắt thực tế đến điểm mòn tương ứng.
Mài mòn theo mặt sau thờng xảy ra khi gia công với chiều dày cắt nhỏ (a < 0,1 mm ), đối với các loại vật liệu giòn ( gang… )
Hình 1-19: Sơ đồ mòn mặt sau dao tiện b Mài mòn theo mặt trớc
Trong quá trình cắt, phoi trượt tạo ra một trung tâm áp lực trên mặt trước, dẫn đến hiện tượng mòn theo dạng lưỡi liềm Vết lõm lưỡi liềm này hình thành do vật liệu dụng cụ bị bóc theo phoi trong quá trình chuyển động Hiện tượng này thường xảy ra dọc theo lưỡi cắt và được đánh giá qua các thông số như chiều rộng lưỡi liềm B, chiều sâu h1 và khoảng cách từ lưỡi dao đến rãnh KT đo theo mặt trước.