PHẦN I: GIA CÔNG CAO TỐC 1. Khái niệm Cho đến nay trên thế giới vẫn chưa có một định nghĩa thống nhất cho thuật ngữ “Gia công tốc độ cao”. Theo lý thuyết được Salomons đưa ra vào năm 1931 thì “Gia công tốc độ cao là gia công với vận tốc cắt nhanh hơn vận tốc cắt khi gia công truyền thống từ 5 đến 10 lần”. Về sau này có thêm một số cách hiểu khác về HSM như gia công với tốc độ trục chính cao (high spindle speed maching), gia công với bước tiến lớn (high feed machining), gia công năng suất cao (high productive machining). Tuy nhiên, các cách hiểu này chỉ mang tính tương đối vì một tốc độ (của trục chính và bàn máy) được xem là nhanh đối với loại vật liệu này có thể bị xem là chậm với một loại vật liệu khác hoặc được xem là nhanh ngày hôm nay sẽ bị xem là bình thường nếu tốc độ cắt được nâng lên trong tương lai. Ngày nay, khái niệm thường được nhắc đến khi nói về HSM là : “Gia công tốc độ cao là phương pháp gia công sử dụng tốc độ trục chính cao và bước tiến lớn với lượng dịch dao ngang nhỏ và chiều sâu cắt nhỏ”. Khái niệm này trực quan giúp mọi người có thể phân biệt HSM với các phương pháp gia công khác nhưng nó chưa thể hiện hết bản chất của HSM vì HSM là một phương pháp gia công được tổng hợp từ nhiều yếu tố công nghệ như máy móc, thiết bị, phần mềm lập trình và chế độ cắt gọt … để đạt hiệu quả gia công cao nhất. Có nhiều cách khác nhau để định nghĩa gia công cao tốc dựa vào các yếu tố sau: Gia công với tốc độ cắt cao Gia công với tốc độ quay của trục chính cao. Gia công với lượng ăn dao cao. Gia công với tốc độ cắt cao và lượng ăn dao cao. Gia công với năng suất cao. Thực tế thì gia công cao tốc không đơn giản là cắt với tốc độ cao. Nó phải được xem như là một quá trình gia công mà ở đó các bước gia công được thực hiện bằng những phương pháp và thiết bị gia công rất cụ thể. Gia công cao tốc cũng không phải là gia công với tốc độ trục chính cao bởi vì có nhiều ứng dụng gia công cao tốc được thực hiện với máy có tốc độ bình thường. Gia công cao tốc thường được sử dụng khi gia công tinh thép đã tôi với việc sử cả hai yếu tố là tốc độ cao và lượng ăn dao cao. Tùy theo loại vật liệu mà dải (vùng) tốc độ gia công cao tốc khác nhau (hình 1). Hình 1: Vùng tốc độ gia công cao tốc một số loại vật liệu Về cơ bản, gia công cao tốc là một sự kết hợp của tốc độ trục chính của máy cao (high spindle speed), lượng ăn dao lớn (high feed), hệ điều khiển CNC cao cấp và hơn thế nữa. Tốc độ trục chính khoảng 8000 vg/ph có thể là điểm khởi đầu cho gia công cao tốc. Trong thực tế, tốc độ cao nhất cho gia công cao tốc trên các máy công cụ ngày càng tăng, lên đến 40.000 vg/ph và hơn thế nữa. Tốc độ ăn dao trung bình ít nhất là 10m/s trong khi tốc độ di chuyển nhanh lên đến 40m/ph và cao hơn, công suất động cơ trục chính ít nhất là 15 kW. Gia công cao tốc (High Speed Machining-HSM) là một trong những công nghệ gia công hiện đại. So với phương pháp cắt gọt truyền thống thì gia công cao tốc có khả năng nâng cao năng suất, độ chính xác và chất lượng chi tiết gia công và cũng có thể giảm chi phí sản xuất và thời gian gia công. Ngoài thuật ngữ HSM nói trên còn có các thuật ngữ sau cũng ám chỉ gia công cao tốc: High-Velocity Machining, High Performance Machining, High Efficiency Machining, High Agile Machining và High Productivity Machining. Theo cách hiểu thông thường thì HSM gia công với tốc độ trục chính rất cao nhưng tốc độ chạy dao thấp còn High Efficiency Machining thì có tốc độ chạy dao cao nhưng tốc độ cắt trung bình. Hình 2. Tốc độ cắt của HSM so với gia công truyền thống - Ưu điểm của gia công tốc độ cao: Nâng cao hiệu quả và năng suất Gia công tốc độ cao làm giảm đáng kể thời gian chu kỳ gia công, dẫn đến năng suất được nâng cao. Khả năng đạt được tỷ lệ loại bỏ vật liệu cao hơn và thời gian giao hàng ngắn hơn cho phép các nhà sản xuất đáp ứng lịch trình sản xuất khắt khe một cách hiệu quả. Chất lượng bề mặt và độ chính xác cao Kỹ thuật HSM mang lại bề mặt hoàn thiện vượt trội và dung sai chặt chẽ hơn. Độ chính xác này đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng cao hơn, giảm nhu cầu về các hoạt động thứ cấp và nâng cao chất lượng tổng thể của bộ phận. Tăng tính linh hoạt và khả năng thích ứng Khả năng thích ứng của các kỹ thuật HSM với nhiều vật liệu và hình dạng phức tạp khác nhau cho phép linh hoạt hơn trong thiết kế bộ phận và quy trình sản xuất. Nó cho phép sản xuất các thành phần phức tạp có thể là thách thức hoặc không thể thực hiện được bằng các phương pháp gia công thông thường. - Nhược điểm của gia công tốc độ cao: Chi phí thiết bị và dụng cụ cao hơn Đầu tư vào máy móc có khả năng vận hành tốc độ cao và các công cụ cắt tiên tiến đòi hỏi chi phí vốn đáng kể. Ngoài ra, việc bảo trì và bảo trì các thiết bị này góp phần làm tăng chi phí vận hành liên tục. Yêu cầu nghiêm ngặt về vật liệu HSM thường yêu cầu vật liệu có đặc tính cụ thể để chịu được tốc độ và lực cao. Hạn chế này có thể hạn chế việc lựa chọn vật liệu, ảnh hưởng đến tính linh hoạt của thiết kế và chi phí vật liệu. Yêu cầu chuyên môn, kỹ thuật cao Vận hành máy HSM và tối ưu hóa các thông số cắt đòi hỏi kỹ năng và kiến thức chuyên môn. Đào tạo và chuyên môn đầy đủ là điều cần thiết để người vận hành khai thác hết tiềm năng của gia công tốc độ cao, làm tăng thêm tính phức tạp cho việc quản lý lực lượng lao động. Gia công tốc độ cao, với sự phát triển, sức mạnh công nghệ, ứng dụng đa dạng và những thách thức cố hữu, được coi là nền tảng của sản xuất chính xác hiện đại. Từ việc không ngừng theo đuổi hiệu quả đến tìm kiếm độ chính xác vô song, HSM đã định hình lại các ngành công nghiệp trên nhiều lĩnh vực.
GIA CÔNG CAO TỐC
Khái niệm
Cho đến nay trên thế giới vẫn chưa có một định nghĩa thống nhất cho thuật ngữ “Gia công tốc độ cao” Theo lý thuyết được Salomons đưa ra vào năm 1931 thì “Gia công tốc độ cao là gia công với vận tốc cắt nhanh hơn vận tốc cắt khi gia công truyền thống từ 5 đến 10 lần” Về sau này có thêm một số cách hiểu khác về HSM như gia công với tốc độ trục chính cao (high spindle speed maching), gia công với bước tiến lớn (high feed machining), gia công năng suất cao (high productive machining) Tuy nhiên, các cách hiểu này chỉ mang tính tương đối vì một tốc độ (của trục chính và bàn máy) được xem là nhanh đối với loại vật liệu này có thể bị xem là chậm với một loại vật liệu khác hoặc được xem là nhanh ngày hôm nay sẽ bị xem là bình thường nếu tốc độ cắt được nâng lên trong tương lai.
Ngày nay, khái niệm thường được nhắc đến khi nói về HSM là : “Gia công tốc độ cao là phương pháp gia công sử dụng tốc độ trục chính cao và bước tiến lớn với lượng dịch dao ngang nhỏ và chiều sâu cắt nhỏ” Khái niệm này trực quan giúp mọi người có thể phân biệt HSM với các phương pháp gia công khác nhưng nó chưa thể hiện hết bản chất của HSM vì HSM là một phương pháp gia công được tổng hợp từ nhiều yếu tố công nghệ như máy móc,thiết bị, phần mềm lập trình và chế độ cắt gọt … để đạt hiệu quả gia công cao nhất.
Có nhiều cách khác nhau để định nghĩa gia công cao tốc dựa vào các yếu tố sau:
Gia công với tốc độ cắt cao Gia công với tốc độ quay của trục chính cao.
Gia công với lượng ăn dao cao.
Gia công với tốc độ cắt cao và lượng ăn dao cao.
Gia công với năng suất cao.
Thực tế thì gia công cao tốc không đơn giản là cắt với tốc độ cao Nó phải được xem như là một quá trình gia công mà ở đó các bước gia công được thực hiện bằng những phương pháp và thiết bị gia công rất cụ thể.
Gia công cao tốc cũng không phải là gia công với tốc độ trục chính cao bởi vì có nhiều ứng dụng gia công cao tốc được thực hiện với máy có tốc độ bình thường Gia công cao tốc thường được sử dụng khi gia công tinh thép đã tôi với việc sử cả hai yếu tố là tốc độ cao và lượng ăn dao cao Tùy theo loại vật liệu mà dải (vùng) tốc độ gia công cao tốc khác nhau (hình 1).
Hình 1: Vùng tốc độ gia công cao tốc một số loại vật liệu
Về cơ bản, gia công cao tốc là một sự kết hợp của tốc độ trục chính của máy cao (high spindle speed), lượng ăn dao lớn (high feed), hệ điều khiển CNC cao cấp và hơn thế nữa Tốc độ trục chính khoảng 8000 vg/ph có thể là điểm khởi đầu cho gia công cao tốc Trong thực tế, tốc độ cao nhất cho gia công cao tốc trên các máy công cụ ngày càng tăng, lên đến 40.000 vg/ph và hơn thế nữa.
Tốc độ ăn dao trung bình ít nhất là 10m/s trong khi tốc độ di chuyển nhanh lên đến 40m/ph và cao hơn, công suất động cơ trục chính ít nhất là 15 kW.
Gia công cao tốc (High Speed Machining-HSM) là một trong những công nghệ gia công hiện đại So với phương pháp cắt gọt truyền thống thì gia công cao tốc có khả năng nâng cao năng suất, độ chính xác và chất lượng chi tiết gia công và cũng có thể giảm chi phí sản xuất và thời gian gia công Ngoài thuật ngữ HSM nói trên còn có các thuật ngữ sau cũng ám chỉ gia công cao tốc: High- Velocity Machining, High Performance Machining, High Efficiency Machining, High Agile Machining và High Productivity Machining Theo cách hiểu thông thường thì HSM gia công với tốc độ trục chính rất cao nhưng tốc độ chạy dao thấp còn High Efficiency Machining thì có tốc độ chạy dao cao nhưng tốc độ cắt trung bình.
Hình 2 Tốc độ cắt của HSM so với gia công truyền thống - Ưu điểm của gia công tốc độ cao:
Nâng cao hiệu quả và năng suất
Gia công tốc độ cao làm giảm đáng kể thời gian chu kỳ gia công, dẫn đến năng suất được nâng cao Khả năng đạt được tỷ lệ loại bỏ vật liệu cao hơn và thời gian giao hàng ngắn hơn cho phép các nhà sản xuất đáp ứng lịch trình sản xuất khắt khe một cách hiệu quả.
Chất lượng bề mặt và độ chính xác cao
Kỹ thuật HSM mang lại bề mặt hoàn thiện vượt trội và dung sai chặt chẽ hơn Độ chính xác này đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng cao hơn, giảm nhu cầu về các hoạt động thứ cấp và nâng cao chất lượng tổng thể của bộ phận.
Tăng tính linh hoạt và khả năng thích ứng
Khả năng thích ứng của các kỹ thuật HSM với nhiều vật liệu và hình dạng phức tạp khác nhau cho phép linh hoạt hơn trong thiết kế bộ phận và quy trình sản xuất Nó cho phép sản xuất các thành phần phức tạp có thể là thách thức hoặc không thể thực hiện được bằng các phương pháp gia công thông thường.
- Nhược điểm của gia công tốc độ cao:
Chi phí thiết bị và dụng cụ cao hơn Đầu tư vào máy móc có khả năng vận hành tốc độ cao và các công cụ cắt tiên tiến đòi hỏi chi phí vốn đáng kể Ngoài ra, việc bảo trì và bảo trì các thiết bị này góp phần làm tăng chi phí vận hành liên tục.
Yêu cầu nghiêm ngặt về vật liệu
HSM thường yêu cầu vật liệu có đặc tính cụ thể để chịu được tốc độ và lực cao Hạn chế này có thể hạn chế việc lựa chọn vật liệu, ảnh hưởng đến tính linh hoạt của thiết kế và chi phí vật liệu.
Yêu cầu chuyên môn, kỹ thuật cao
Vận hành máy HSM và tối ưu hóa các thông số cắt đòi hỏi kỹ năng và kiến thức chuyên môn Đào tạo và chuyên môn đầy đủ là điều cần thiết để người vận hành khai thác hết tiềm năng của gia công tốc độ cao, làm tăng thêm tính phức tạp cho việc quản lý lực lượng lao động.
Gia công tốc độ cao, với sự phát triển, sức mạnh công nghệ, ứng dụng đa dạng và những thách thức cố hữu, được coi là nền tảng của sản xuất chính xác hiện đại Từ việc không ngừng theo đuổi hiệu quả đến tìm kiếm độ chính xác vô song, HSM đã định hình lại các ngành công nghiệp trên nhiều lĩnh vực.
Sự phát triển của thiết kế máy móc, chiến lược cắt, vật liệu dụng cụ và tích hợp khả năng 5 trục đã cách mạng hóa cách chúng ta tiếp cận sản xuất.
Những tiến bộ này không chỉ nâng cao năng suất mà còn xác định lại ranh giới của kỹ thuật chính xác.
Đặc trưng gia công cao tốc
Gia công cao tốc (High-Speed Machining - HSM) là một kỹ thuật tiên tiến trong gia công cơ khí, được áp dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp.
Dưới đây là phân tích chi tiết các đặc trưng của gia công cao tốc:
Tốc độ cắt trong gia công cao tốc có thể cao hơn nhiều so với gia công truyền thống, thường từ 3 đến 10 lần Tốc độ cắt bề mặt trên 500 m/phút.
Giảm thời gian gia công, tăng năng suất, cải thiện chất lượng bề mặt.
2.2 Tốc độ quay cao của trục chính:
Trục chính có thể quay từ 20,000 đến 50,000 vòng/phút hoặc cao hơn.
Giúp đạt tốc độ cắt cao và nâng cao độ chính xác.
Khi tốc độ quay của trục chính tăng, độ chính xác của quá trình gia công cũng tăng lên, thể hiện qua việc giảm giá trị micromet.
2.3 Tốc độ di chuyển nhanh của bàn máy:
Bàn máy di chuyển với tốc độ nhanh, từ 10 đến 60 m/phút.
Giảm thời gian không cắt, tăng hiệu quả gia công.
Tốc độ di chuyển của bàn máy tăng, thời gian không cắt giảm đáng kể, góp phần nâng cao hiệu suất gia công.
Lực cắt thấp hơn do giảm chiều sâu cắt và chiều rộng cắt.
Giảm mài mòn dụng cụ, tăng tuổi thọ dụng cụ.
2.5 Chất lượng bề mặt cao:
Gia công cao tốc giúp đạt chất lượng bề mặt tốt hơn.
Giảm nhu cầu gia công tinh, cải thiện độ bóng và độ chính xác.
Thời gian gia công ngắn hơn dẫn đến lượng nhiệt sinh ra ít hơn.
Giảm biến dạng nhiệt trên chi tiết gia công, cải thiện độ chính xác.
2.7 Ứng dụng dụng cụ cắt hiện đại:
Sử dụng các dụng cụ cắt tiên tiến như dụng cụ cắt phủ lớp PVD, CVD, dụng cụ làm từ vật liệu cứng như carbide, gốm, kim cương đa tinh thể (PCD).
Tăng độ bền dụng cụ, cải thiện chất lượng gia công.
2.8 Yêu cầu máy móc hiện đại:
Máy gia công cao tốc có độ cứng vững cao, hệ thống điều khiển tiên tiến và khả năng chống rung tốt Đảm bảo ổn định và độ chính xác khi gia công.
Tăng hiệu quả sản xuất, giảm thời gian sản xuất.
Gia công cao tốc là một công nghệ tiên tiến mang lại nhiều lợi ích trong việc nâng cao hiệu quả và chất lượng gia công cơ khí Việc áp dụng đúng và hiểu rõ các đặc trưng của gia công cao tốc sẽ giúp nâng cao khả năng cạnh tranh và đáp ứng được các yêu cầu khắt khe của thị trường.
Ứng dụng của gia công cao tốc (HSM)
So với gia công truyền thống, HSM có nhiều ưu điểm như : – Tốc độ bóc tách kim loại nhanh
– Lực cắt thấp – Chất lượng bề mặt gia công tốt – Gia công được vật liệu có độ cứng cao – Gia công được chi tiết thành rất mỏng – Không cần tưới nguội
Nhờ những ưu điểm này mà HSM được ứng dụng ngày càng phổ biến trong hầu hết các lĩnh vực có liên quan đến gia công cơ khí.
Hình 3 Giảm nguyên công với HSM khi gia công khuôn mẫu
Trong ngành khuôn mẫu (khuôn ép nhựa, khuôn thổi, khuôn dập ), HSM có thể được ứng dụng cả trong gia công thô, gia công bán tinh và gia công tinh. Đối với những tấm khuôn lớn, khối lượng gia công nhiều, người ta dùng HSM trong gia công bán tinh để làm đồng đều lượng vật liệu còn lại sau khi gia công thô bằng những dao có đường kính lớn và chiều sâu cắt dày sau đó gia công tinh để nâng cao chất lượng bề mặt Đối với các chi tiết nhỏ, HSM có thể được dùng cho toàn bộ quá trình gia công Việc sử dụng HSM có thể thay đổi qui trình công nghệ gia công từ đó nâng cao năng suất Cụ thể, HSM có khả năng thay thế phương pháp gia công bằng tia lửa điện EDM để gia công tinh những tấm khuôn đã được nhiệt luyện (hình 2B), hoặc thậm chí hoàn thành toàn bộ quá trình gia công từ thô đến tinh trên một khối kim loại đã được nhiệt luyện từ trước (hình 2C)
Vòng đời của sản phẩm ngày càng ngắn đồng nghĩa với việc nghiên cứu, thử nghiệm sản phẩm mới cũng phải diễn ra ngày càng nhanh Hiện nay, công việc này được thực hiện bằng hai phương pháp chính là tạo mẫu nhanh (rapid prototyping) và phay HSM So với tạo mẫu nhanh, HSM có ưu điểm là gia công được nhiều loại vật liệu với độ bóng bề mặt cao hơn và thời gian tạo mẫu nhanh hơn nếu tỉ lệ vật liệu phải cắt bỏ không quá lớn.
3.3 Điện tử viễn thông: Đặc điểm của sản phẩm trong ngành này là sản lượng thường rất lớn do đó tốc độ gia công chính là yếu tố sống còn đối với nhà sản xuất Lấy Iphone 5 làm ví dụ Vỏ của chiếc điện thoại này làm bằng nhôm và được gia công bằng phương pháp phay để bao đảm cơ tính và độ bền Với kết cấu thành rất mỏng và sản lượng lên đến vài chục triệu chiếc, nếu không sử dụng HSM thì các công ty gia công cơ khí khó có thể trở thành nhà cung cấp của Apple, hãng công nghệ luôn đặt ra yêu cầu rất cao về chất lượng và chi phí khi tìm kiếm đối tác.
Nhờ khối lượng riêng nhẹ, nhôm thường được dùng để chế tạo các phụ tùng trong máy bay và tàu vũ trụ Ví dụ, hãng Boeing dùng phôi nhôm dạng khối để gia công các chi tiết lớn Cách làm này bảo đảm được cơ tính cho chi tiết máy và không cần tốn thời gian chế tạo đồ gá và lắp ráp các chi tiết nhỏ lại với nhau Tuy nhiên nếu gia công phương pháo gia công truyền thống khó đạt được độ chính xác cao nhất là đối với những chi tiết dài hoặc thành mỏng vì nhôm khá mềm Hạn chế này được khắc phục nếu phay bằng phương pháp HSM vì khi đó, lực cắt nhỏ sẽ không làm biến dạng chi tiết gia công.
Hình 4 Gia công nhôm trong gia công cao tốc 3.5 Lĩnh vực y tế: Đây cũng là một lĩnh vực ứng dụng HSM rất nhiều vì các dụng cụ y khoa hoặc các chi tiết cấy ghép vào cơ thể người thường rất bé và đòi hỏi độ chính xác cao Để gia công được chúng phải dùng dụng cụ cắt rất bé và máy HSM có số vòng quay trục chính rất cao.
Thiết bị gia công cao tốc (máy CNC)
Máy gia công cao tốc không có bộ điều khiển CNC : máy phay cao tốc,tiện cao tốc
Máy gia công cao tốc CNC : trung tâm tiện cao tốc; trung tâm phay cao tốc; trung tâm gia công cao tốc; máy tiện cao tốc CNC; máy phay cao tốc CNC….
Máy CNC là yếu tố thường được nghĩ đến đầu tiên khi bàn về công nghệ HSM
Ví dụ: Hiện nay, mặc dù trên thị trường có một số loại đầu phay cao tốc để mở rộng khả năng công nghệ cho máy CNC nhưng những máy CNC được gắn đầu phay cao tốc vẫn không được xem là máy phay HSM bởi máy phay HSM đúng nghĩa phải đáp ứng được những yêu cầu cơ bản sau đây :
– Trục chính có công suất lớn và số vòng quay cao : > 22 kw và 40.000 v/ ph
– Tốc độ bàn máy cao : 40-90 m/s – Gia tốc chuyển động lớn : > 1g – Tốc độ xử lí dữ liệu nhanh : 50-2000 block/s – Tốc độ truyền tải dữ liệu nhanh : 250 kbit/s – Dung lượng lưu trữ lớn : > 50 MB
– Có khả năng nội suy đường NURBS
– Độ cứng vững, độ đồng tâm và khả năng ổn định nhiệt của trục chính cao
– Có tùy chọn làm mát xuyên qua trục chính – Có khả năng đọc trước câu lệnh trong chương trình gia công
Hình 5 Chế độ phay trong gia công cao tốc
Dụng cụ cắt
Theo thống kê của hãng dụng cụ cắt Sandvik, có đến 80% – 90% khối lượng gia công HSM được tiến hành bằng dao phay ngón hoặc dao phay cầu đường kính từ 1mm đến 20mm Hai loại dụng cụ cắt này cũng ở dạng nguyên khối hoặc ghép mảnh (insert) nhưng đặc tính hình học và vật liệu làm ra chúng có sự khác biệt để phù hợp với công nghệ phay HSM.
Hình 6: Vật liệu làm dụng cụ cắt trong gia công cao tốc
Về hình học, dụng cụ cắt HSM thường được thiết kế để gia công với chiều sâu cắt nhỏ (hình 7- 5A) Hình dạng và số lượng lưỡi cắt có thể được lựa chọn tùy theo điều kiện gia công (cắt vật liệu nào, thô hay tinh, phay phẳng hay phay rãnh …) nhưng quan trọng là kích thước các lưỡi cắt phải chính xác để bảo đảm tính cân bằng, hạn chế rung động trong quá trình cắt Một số loại còn được thiết kế lỗ thông để thổi khí hoặc dung dịch làm nguội.
Về vật liệu, hai tính chất cơ bản của vật liệu dùng làm dụng cụ cắt là độ bền và độ cứng ở nhiệt độ cao Thép gió không thỏa mãn được hai yêu cầu này nên hầu như không còn được sử dụng trong gia công HSM, thay vào đó là những loại vật liệu carbide, gốm (ceramic), gốm kim loại (cermet) và đặc biệt là vật liệu siêu cứng như CBN (cubic boron nitride), PCD (polycrystalline diamond) Đặc điểm của những loại vật liệu này là độ cứng càng cao thì càng giòn chính vì vậy, công nghệ phủ bề mặt được sử dụng rất rộng rãi trong chế tạo dụng cụ cắt cho HSM Sự kết hợp giữa vật liệu nền và lớp phủ đã cho ra đời rất nhiều loại dụng cụ cắt với những đặc tính riêng đáp ứng tối đa yêu cầu cắt gọt.
Các hợp chất thường được dùng làm lớp phủ là TiC (chống mài mòn), TiN(chống dính lưỡi cắt), TiAlN (chịu nhiệt cao, cách nhiệt tốt)… Hai phương pháp phủ được sử dụng là lắng đọng vật chất bay hơi (Physical Vapor Deposition –
PVD) với chiều dày lớp phủ 2 – 5 àm và lắng đọng húa học (Chemical Vapor Deposition – CVD) với chiều dày lớp phủ 5 – 10 àm.
Hình 7: Một số loại dao phay sử dụng trong gia công HSM
Nhìn chung, giá của dụng cụ cắt dành cho HSM khá cao, tuy nhiên nếu so sánh về khả năng cắt gọt và độ bền, nó rất đáng để đầu tư để khai thác triệt để những ưu điểm của HSM.
PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG THÔNG SỐ DỤNG CỤ CẮT ĐẾN RUNG ĐỘNG KHI TIỆN CAO TỐC
ĐẾN RUNG ĐỘNG KHI TIỆN CAO TỐC
1 Dụng cụ cắt (dao tiện):
1.1 Bề mặt quy ước và kết cấu dao tiện: Để khảo sát thành phần kết cấu của dụng cụ cắt (dao tiện), các bề mặt chi tiết khi tiếp xúc với dụng cụ được định nghĩa như sau (hình 8a):
- Bề mặt chi tiết đã gia công (mặt E).
- Bề mặt đang gia công (mặt C).
- Bề mặt chưa gia công (đợi gia công) (mặt F).
Hình 8: Các bề mặt quy ước và các yếu tô kết cấu dao
Thành phần kết cấu của dao tiện (hình 8b):
Phần thân dao được dùng để kẹp chặt dao lên bàn dao của máy (Đối với dao tiện phần thân có thể là hình chữ nhật, hình vuông, hay hình tròn).
Phần làm việc (phần cắt) là phần của dụng cụ tiếp xúc với chi tiết và làm nhiệm vụ cắt.
Phần cắt được tạo thành bởi các bề mặt sau (hình 8b):
+ Mặt trước (1): khi cắt phôi trượt và thoát ra theo mặt trước.
+ Mặt sau chính (2): Là bề mặt của phần cắt dụng cụ đối diện với bề mặt đang gia công của chi tiết.
+ Mặt sau phụ (3): Là bề mặt của phần cắt dụng cụ đối diện với bề mật đã gia công của chi tiết.
+ Lưỡi cắt chính (4): là giao tuyến của mặt trước và mặt sau chính – Nó làm nhiệm vụ cắt chính.
Mặt trước và mặt sau có thể là mặt phẳng hoặc mặt cong, do đó lưỡi cắt chính có thể là thẳng hoặc cong.
+ Luỡi cắt phụ (5): là giao tuyến của mặt trước và mặt sau phụ – Nó làm nhiệm vụ cắt phụ.
+ Mũi dao (6): là giao điểm của lưỡi cắt chính và phụ.
Trong thực tế hai lưỡi cắt chính và phụ không thể thẳng để giao điểm của chúng là một điểm mũi dao,do vậy quá trình chế tạo thường mũi dao có bán kính lượn tròn r.
1.2 Thông số hình học của dao tiện:
Thông số hình học (các góc độ đưa ra) để xác định vị trí của các thành phần phần cắt khi chế tạo (trạng thái tĩnh) và khi ỉàm việc (trạng thái động).
Trong phần này để đơn giản trên hình vẽ biểu diễn có nghĩa là
- Góc trước γ: tại một điểm trên lưỡi cắt chính là góc giữa mặt trước và mặt đáy đo trong tiết diện khảo sát (hình 9)
Hình 9: Các góc độ dao tại một điểm trên lưỡi cắt chính ở trạng thái tĩnh
Hay góc trước γ là góc giữa giao tuyến mặt trước và giao tuyến của mặt đáy với tiết diện khảo sát.
Do đó góc trước γ là góc xác định vị trí của mặt trước so với mặt đáy.
Nhờ góc trước ở trạng thái tĩnh mà mặt trước được chế tạo đúng.
+ Góc trước γ có thể lớn hơn không γ > 0 (mặt đáy nằm trên mặt trước(hình 1.4)) bằng không γ = 0 (nên hai giao tuyến mặt trước và mặt đáy với tiết diện khảo sát trùng nhau) và nhỏ hơn không (γ < 0) nếu giao tuyến mặt trước với tiết diện khảo sát nằm trẽn giao tuyến của mặt đáy với tiết diện khảo sát.
- Góc sau α: tại một điểm trên lưỡi cắt chính là góc giữa mặt sau chính và mặt cắt đo trong tiết diện khảo sát Do đó góc sau α là góc giữa giao tuyến mặt sau chính và mặt cắt với tiết diện khảo sát.
+ Góc sau α luôn luôn lớn hơn không (α > 0) (hình 1.4), và phải lớn hơn giá trị tối thiểu cho phép [α] = 3 ÷ 4° Như vậy góc sau là góc xác định vị trí mặt sau so với mặt cắt Mặt sau được chế tạo theo góc sau α ở trạng thái tĩnh.
- Góc sắc β: Tại một điểm trên lưỡi cắt chính là góc giữa mặt trước và mặt sau đo trong tiết diện khảo sát Như vậy góc sắc β tại một điểm trên lưỡi cắt chính là góc giữa giao tuyến mặt trước và mặt sau với tiết diện khảo sát.
- Góc cắt δ: Tại một điểm trên lưỡi cắt chính là góc giữa mặt trước và mặt cắt đo trong tiết diện khảo sát – tức là góc giữa giao tuyến của mặt trước và mặt cắt với tiết diện khảo sát.
- Góc nghiêng chính φ: là góc giữa phương chạy dao và hình chiếu của lưỡi cát chính trên mặt đáy (hình 1.4) Góc nghiêng chính (φ xác đinh vị trí của lưỡi cắt chính so với phương chạy dao.
- Góc nghiêng phụ φ1: là góc giữa phương chạy đao và hình chiếu của lưỡi cắt phụ trên mặt đáy Góc nghiêng phụ xác định vị trí lưỡi cắt phụ so với phương chạy dao.
- Góc mũi dao ε: là góc giữa hình chiếu của lưỡi cắt chính và phụ trên mặt đáy.
- Góc nâng của lưỡi cắt λ là góc giữa lưỡi cắt chính và hình chiếu của nó trên mặt đáy Góc λ xác định vị trí của lưỡi cắt chính so với mặt đáy (hình 1.5). λ > 0 – lưỡi cắt chính trên mặt đáy. λ= 0 – lưỡi cắt chính nằm trong mặt đáy. λ< 0 – lưỡi cắt chính nằm dưới mặt đáy.
Hình 10: Góc nâng của lưỡi cắt
- Bán kính mũi dao r: Bán kính cong chuyển tiếp từ lưỡi cắt chính sang lưỡi cắt phụ (hình l.6a)
- Bán kính đầu dao : Bán kính của mặt cong chuyển tiếp từ mặt trước sang mặt sau (hình 1.6b).
Các góc trong các tiết diện NN, XX và YY có quan hệ với nhau như sau:
Hình 11: Bán kính mũi, đầu dao
Tuỳ từng trường hợp gia công cần có dạng hình học lưỡi cắt tương ứng.
Chỉ như vậy mới có thể đạt được tuổi bền dao dài, thời gian gia công tối ưu và ngắn nhất, đồng thời chất lượng bề mặt cao Các góc lưỡi cắt của dao có ý nghĩa quyết định cho điều này
Góc sau α: góc sau làm giảm ma sát và qua đó làm giảm nhiệt chi tiết và lưỡi cắt.
Góc sắc β: độ lớn của góc sắc phụ thuộc vào độ cứng và tính dẻo của chi tiết gia công Góc sắc càng nhỏ thì cắt càng nhẹ, nhưng sự mài mòn lưỡi cắt càng lớn và tuổi bền của lưỡi cắt càng thấp.
Góc trước γ: góc trước ảnh hưởng đến sự tạo phoi và lực cắt Góc trước càng lớn thì lực cắt càng nhỏ, tuy nhiên lưỡi cắt dễ bị vỡ và mài mòn nhanh Các vật liệu rắn và có độ cứng trung bình thường sử dụng góc trước khoảng 100 Các vật liệu cứng và giòn đòi hỏi góc trước nhỏ thậm chí là góc âm.
Góc nghiêng chính φ: góc nghiêng chính ảnh hưởng trước tiên đến lực tiến dao, lực kẹp chi tiết và chi tiết cũng như chiều dày và chiều rộng cắt.
Thường chọn góc nghiêng chính từ 300 đến 600 khi tương quan lực kẹp ổn định.
Chỉ khi tiện trụ bậc vuông góc hay cắt đứt chọn góc lệnh chính bằng 900.
