Cắt Kim Loại - E.m. Trent ( Võ Trần Khúc Nhã Dịch).Pdf

Cắt Kim Loại - E.m. Trent ( Võ Trần Khúc Nhã Dịch).PdfCắt Kim Loại - E.m. Trent ( Võ Trần Khúc Nhã Dịch).Pdf

CÁC PHƯƠNỌ PH ÁP GIA CÔNG CẮT KIM

Trong số các quá trình tạo hình kim loại, quá trình gia công cắt kim loại được đặc trưng bởi tính đa dạng các điều kiện công nghệ gia công Hầu như tất cả các kim loại và hợp kim đều gia cồng cắt được: các kim loại và hợp kim cứng hoặc mềm, đúc hoặc biến dạng dẻo, dai hoặc giòn, có nhiệt độ nóng chảy cao hoặc thấp Hầu như tất cả các chi tiết hình dáng phức tạp sử dụng trong kỹ thuật đều được chế tạo bằng cách gia công cơ khí Bằng các dụng cụ cắt gọt người ta có thể chế tạo các sản phẩm đa dạng - từ các chi tiết của các cơ cấu đồng hồ đến các bình cao áp đường kính lớn hơn 3m Có rất nhiều phương pháp gia công cắt kim loại, có khi với tốc độ rất cao, đạt tới 600m/phút, có khi với tốc độ rất thấp, chỉ vài centimet trong một phút; hơn nữa có thể gia công với tốc độ cao trong vài giờ hoặc chỉ vài phần giây.

Khó mà tính được sự đa dạng các điều kiện gia công cơ khí Cho nên trong cuốn sách này ta sẽ chỉ xem xét các điều kiện công nghệ cơ bản nhất và đưa ra các định nghĩa các thuật ngữ chính, đồng thời mô tả sơ lược một vài phương pháp gia công cơ khí quan trọng nhất và các dấu hiệu khác biệt của chúng.

Phương pháp gia công cơ khí cơ bản này là một trong những phương pháp phổ biến nhất để tiến hành các thí nghiệm, nghiên cứu quá trình cắt kim loại PhỏT được gắn trong mâm cặp máy tiện và quay cùng với mâm cặp Dao được gắn cứng trong giá dao và chuyển dịch với tốc độ không đổi dọc trục phôi, cắt từng lớp mỏng kim loại để tạo ra bề mặt trụ hoặc tạo ra bề mặt có hình dáng phức tạp hơn (hình 2-1). a) b) c)

T- Phôi; 2- Phoi; 3- Dụng cụ cắt (dao tiện)

Tốc độ cắt V - tốc độ chuyển dịch của lưỡi cắt so với bề m ặt cắt, thường được thể hiện bằng m/phút Lượng ăn daoằ f - khoảng cỏch mà dao chạy dược dọc phụi sau mỗi vòng quay của phôi (hình 2.1,c) Độ sâu cắt w - độ dày lớp kim loại cắt ở hướng xuyên tâm (hình 2.1,b,c) Tích của ba trị sô này ấn định tốc độ bóc thể tích kim loại - thông số để xác định hiệu quả quá trình cắt, vfw - tốc độ bóc kim loại.

Tốc độ cắt và lượng ăn dao - hai thông sô" quan trọng nhâ"t do người thợ đứng máy điều chỉnh nhằm đạt được các điều kiện cắt tôi ưu Độ sâu cắt được quyết định chủ yếu bởi các kích thước ban đầu của phôi và các kích thước cần phải có của sản phẩm (kích thước hoàn chỉnh). c) d)

Hình 2.2 Các yếu tố cơ bản và các thông số hình học của dụng cụ cắt (dao tiện)

1- Mặt trước; 2- Mặt sau phụ; 3- Mặt sau chính; 4- Lưỡi cắt; 5- Bán kính mõi dao; 6- Phôi; 7- Phoi; 8- Góc thước; 9- Góc sau; 10- Dao

Tốc độ cắt thường từ 3 đến 200 m/phút, nhưng trong những trường hợp đặc biệt có thể đạt tới 3000m/phút Trị số cực tiểu lượng ăn dao là 0,0125 mm/vòng, đối với các chế độ cắt rất nặng là 2,5 mm/vòng Độ sâu cắt có thể thay dổi từ không đến 25 mm và lớn hơn nữa Các tốc độ bóc kim loại có thể vượt quá 1600cm3/phút, nhưng rất hiếm khi có, trên thực tế, tốc độ bóc kim loại cao là từ 80 đến 160 cm3/phút.

Các yếu tố cơ bản và các thông số hình học của dao tiện được trình bày trên hình 2.2 Bề mặt dao mà theo đó phoi bong ra gọi là mặt trước Lưỡi cắt do mặt trước và mặt sau giao nhau tạo thành Kết cấu dao và phương pháp gắn dao được chọn sao cho không có ma sát giữa mặt sau của dao và bề mặt mới được tạo hình của phôi Góc sau - trị số biến đổi nhưng thường là 6-10° Mặt trước nằm nghiêng một góc so với trục phòi, và nhờ sự thay đổi trị số góc này mà dạt được các đặc điểm cắt tối ưu cho từng vật liệu dụng cụ cắt, cho vật liệu phôi và các diều kiện cắt Góc trước được đo từ đường nằm ngang Góc trước dương khi mặt trước nằm thấp hơn đường nằm ngang (hình 2.2,c) Trong các kết cấu trước đây của các dao tiện, góc trước lớn nên tạo ra lưỡi cắt sắc, nhưng dễ hư hỏng Góc trước dương có thể đạt tới 30°, nhưng trong nhiều trường hợp, dao tiện có góc trước nhỏ, hoặc góc trước bằng không, góc trước âm (hình 2.2,d) để bảo đảm độ bền cao Khi góc trước âm a là 5 hoặc 6°, góc mài sắc giữa mặt trước và mặt sau có thể bằng 90°, điều này tạo ra những ưu điểm nhất định.

Dao được giới hạn bằng mặt sau phụ (hình 2.2,a), mặt này cũng nghiêng một góc để tránh ma sật lên bề mặt đã gia công Mũi dao được hình thành tại chỗ giao nhau của ba bề mặt Nó có thể nhọn, nhưng thường là vê tròn theo bán kính giữa hai mặt sau.

Sự mô tả rấ t đơn giản này về các thông sô' hình học , một kiểu dao tiện sẽ giúp cho độc giả, chưa có kinh nghiêm thực tế, hiểu được thuật ngữ sẽ được sử dụng ở những phần sau Có rất nhiều kiểu dao tiện hình dáng khác nhau, khó mà mô tả chi tiết và đưa ra một hệ thông thuật ngữ đầy đủ Cũng khó mà hình dung ra sự hoạt động của nhiều kiểu dao tiện nếu không có sự quan sát thực tế khi dao làm việc Các đặc điểm của các dụng cụ cắt gọt phần lởn được quyết định bdi độ chính xác chế tạo hình dáng của chúng Thông thường, có thể nêu ra các thông số quyết định mà cần phải tuân thủ chính xác để bảo đảm sự cắt có hiệu quả Những thông sô' như vậy có thể là ví dụ, góc sau, bán kính mũi dao, chỗ tiếp giáp mũi dao với các mặt bên cạnh Khó mà đánh giá được tầm quan trọng của sự tuân thủ độ chính xác khi chế tạo dụng cụ cắt gọt bất kể việc này diễn ra trong phân xưởng dụng cụ của người sử dụng hoặc ở nhà máy chế tạo dụng cụ Trong lĩnh vực này, tay nghề cao vẫn có một ý nghĩa to lớn.

Trên cơ sở xem xét kỹ lưỡng sự tiện dọc, các phương pháp gia công cơ khí còn lại được phân tích ngắn gọn, đồng thời chỉ ra những điểm khác biệt và các điểm tương tự của các thông số.

Về bản chất, các điều kịện tiện các m ặt trong không khác biệt gì nhiều lắm so với các điều kiện tiện, nhưng phương pháp này cho ta thấy độ cứng có ý nghĩa quan trọng như th ế nào khi gia công cơ khí, đặc biệt là khi tiện trong xilanh với độ sâu lớn của trục dao (trên có gắn dao), có tỉ số lớn giữa độ dài trục dao và kích thước ngang của trục dao, và trục dao không thể cứng được như dao tiện thông thường có tiết diện lớn Dưới tác động của các lực cắt, dao bị uốn cong đáng kể và bị rung Các rung động phát sinh không chỉ ảnh hưởng đến các kích thước bề mặt đã gia công mà còn ảnh hưởng tới cả độ bền của dao.

Khi khoan trên máy tiện và máy khoan, người ta thường dùng mũi khoan xoắn Phần cắt của mũi khoan xoắn có hai lưỡi cắt Các mặt trước mũi khoan được tạo bởi một phần bề mặt của rãnh xoắn ốc (hình 2.3); góc trước được ấn định bởi góc nghiêng rãnh xoắn ốc của mũi khoan Phoi bong ra theo rãnh xoắn ốc, trong khi đó các bề mặt trên phần côn phải được mài sắc theo một góc tôi ưu để tạo ra mặt sau. Đặc điểm cơ bản của quá trình khoan là tốc độ cắt biến đổi dọc lưỡi cắt Tốc độ cắt cực đại trên ngoại biên ở bề mặt trụ và gần bằng không trên tâm mũi khoan, trên lưỡi ngang (hình 2.3), nơi lưỡi cắt có hình cái đục và tác động của lưỡi cắt không tương đương với tác động của dao Tốc độ biến đổi dọc lưỡi cắt là nguyên nhân của các đặc điểm vốn có của nguyên công này.

2- Ợióc sau; 3‘ rãnh; 4- lưỡi cắt ngang; 5- các lưỡi cắt sự TIỆN NGANG

Khi tiện, tiện trong (doa), khoan thì các mặt trụ hoặc các mặt quay có biến dạng phức tạp hơn được gia công Sự tiện ngang (xén mặt mút) cũng được thực hiện trên máy tiện để tạo ra mặt phẳng vuông góc với trục quay, bằng cách cho ăn dao từ ngoại biên vào tâm hoặc từ tâm ra ngoại biên Khi tiện ngang, độ sâu cắt được đo ở hướng song song trục phôi, còn lượng ăn dao - ở hướng xuyên tâm Đặc tính riêng của phương pháp gia công này là sự thay đổi cô" định tốc độ cắt, tốc độ này bằng không ở tâm phôi.

GIA CÔNG CÁC MẶT ĐỊNH HÌNH VÀ Sự CẮT ĐỨT

Khi tiện có thể gia công được các bề mặt vật thể quay có hình dáng phức tạp, nhưng có thể gia công hiệu quả nhất các bề mặt định hình bằng dụng cụ có hình dáng lưỡi cắt tương ứng biên dạng cần phải có Sự dẫn tiến (cho ăn dao) dụng cụ cắt so với mặt ngoài của phôi dược thực hiện ở hướng xuyên tâm Dụng cụ cắt thường có lưỡi cắt độ dài lớn Phần lưỡi cắt tiếp xúc với phôi lúc mới bắt đầu sẽ làm viêc trong phần lớn thời gian, gia công phần sâu nhất của biên dạng, trong khi đó phần còn lại chỉ làm việc trong một khoảng thời gian ngắn của chu trình gia công Với lưỡi cắt có độ dài đáng kể, lực cắt có thể đạt tới các trị số lớn, trong khi đó các lượng ăn dao thì lại nhỏ.

Khi chế tạo nhiều chi tiết ngắn, ví dụ như các thân bugi, thì nguyên công kết thúc là cắt đứt, nguyên công này được thực hiện bằng dao hẹp, cho ăn dao từ biên vào tâm hoặc tới lỗ tâm Để tránh tiêu hao dư vật liệu, dụng cụ cắt phải hẹp Loại dụng cụ như vậy (có tỉ số lớn giữa chiều dài và bề rộng) phải không bị yếu thêm bởi các góc sau phụ lớn Có những khó khăn nhất định liên quan đến các dao cắt đứt và các dao dùng để gia công các mặt định hình do góc sau lớn, dẫn đến sự mòn cục bộ nhanh chóng.

CÁC ĐẶC ĐIỂM CỤA QUÁ TRÌNH

Các quá trình cắt mà ai cũng biết trong đời sống hàng ngày là những quá trình mà vật thể rất mềm được cắt bằng dụng cụ cắt, ví dụ, dao, mà các lưỡi cắt của nó được tạo bởi hai mặt giao nhau với một góc rất nhỏ Dụng cụ cắt được ấn vào vật cần cắt và chuyển dịch nhiều lần, ví dụ như việc cắt bánh mì Nếu dụng cụ sắc thì cắt rất gọn và với một lực nhỏ Ví dụ, máy cắt lát cắt được những lớp mẫu sinh học rất mỏng mà không để lại một dấu vết gì.

Cắt kim loại thì không giông như vậy Các kim loại và hợp kim có độ cứng rất cao với mức không một loại vật liệu dụng cụ nào chịu nổi các ứng suất dược tạo ra trên các lưỡi cắt rất nhọn Có thể gia công được những Ỷật liệu có nhiệt độ nóng chảy thấp như chì và thiếc mà dao cắt hầu như không bị mòn (cùn) Nếu hai mặt tạo ra lưỡi cắt được dùng để tách hai các mặt vừa mới gia công ra hai phía thì sẽ tạo ra các ứng suất rất cao, làm cho một lượng nhiệt lớn toả ra, dẫn đến sự hư hỏng cả dụng cụ cắt lẫn bề mặt phôi Những lý do đó buộc ta phải tạo cho dụng cụ cắt gọt một hình nêm không cân đối có góc sắc (nhọn) lớn để cắt từng lớp mỏng vật liệu ra khỏi phôi có độ dày lớn (hình 3.1)

Lớp cắt phải mỏng để dụng cụ cắt và phôi có thể chịu được các ứng suất phát sinh và trên dụng cụ cắt phải tính sẵn góc sau để m ặt sau không chạm vào bề mặt mới gia công xong Mặc dù có rất nhiều phương pháp gia công

Hình 3.1 Sơ đồ căt kim loại cơ như đã nhấn mạnh ở

1- phôi; 2- phoi; 3 - dao chương 2, các đặc điểm nói trên là những đặc điểm vốn có của tất cả các phương pháp gia công cắt kim loại và là cơ sở để phân tích các quá trình gia công cơ khí.

Trong thực tế gia công cơ khí, góc sắc (nhọn) của lưỡi cắt thay đổi từ 55 đến 90°, do đó phoi bị nghiêng 60° tuỳ theo mức chuyển động của nó theo mặt trước dụng cụ cắt Trong quá trình cắt, toàn bộ thể tích kim loại cắt ra chịu biến dạng đàn hồi dẻo Cho nên, để tạo phoi và chuyển dịch phoi theo m ặt trước cần có nhiều lăng lượng.

Khi đó sẽ hình thành hai bề mặt mới: bề mặt đã gia công OA trên chi tiết (hình 3.1) và bề mặt tiếp xúc BC của phoi Sự hình tành các bề mặt mới đòi hỏi tiêu hao năng lượng, nhưng khi cắt kim loại, cực tiểu lý thuyết để hình thành các bề mặt mới chiếm một phần năng lượng rất nhỏ, phần năng lượng này là cần thiết để biến dạng dẻo toàn bộ kim loại bị cắt.

Mục đích chủ yếu của gia công cơ khí là tạo hình bề mặt mới của phôi Cho nên có thể thấy rõ rằng trong cuốn sách này tác giả chú ý nhiều đến việc hình thành phoi - phô" phẩm Nhưng năng lượng chủ yếu tiêu hao cho việc hình thành phoi và chuyển dịch phoi Vì lý do đó nên các vấn đề sản xuất liên quan đến tốc độ bóc kim loại và liên quan đến các đặc tính của dụng cụ cắt chỉ có thể hiểu dược khi nghiên cứu trạng thái vật liệu phôi trong quá trình biến đổi vật liệu thành phoi lúc chuyển dịch theo dụng cụ cắt Ngay cả tình trạng bề mặt đã gia công cũng chỉ có thể hiểu được khi biết rõ quá trình tạo phoi.

Khi gia công cơ khí, phoi được tạo ra rất đa dạng về hình dáng và kích thước (hình 3.2) Khi cắt kim loại, sự hình thành phoi diễn ra trong vùng mặt phẳng quy ước đi từ lưỡi cắt đến chỗ mà tại đó phoi rời khỏi bề mặt phôi (đường OP trên hình 3.1) Trong vùng này diễn ra sự biến dạng lớn trong một khoảng thời gian rất ngắn, và không phải tất cả các kim loại và hợp kim có thể chịu được những biến dạng này mà không bị phá huỷ Ví dụ, phoi gang xám luôn là các phần tử riêng biệt, và phoi các vật liệu dẻo hơn trong những điều kiện cắt không thuận lợi cũng có thể là các mảnh Phoi gãy như vậy là một trong sô" các dạng phoi cơ bản và ưu điểm của nó là dễ đẩy ra khỏi vùng cắt Nhưng các kim loại dẻo và các hợp kim dẻo thường rất đa dạng có thể là phoi dây thẳng, có thể là phoi dây rổì hoặc phoi dây xoắn ô"c có bước khác nhau

Phoi thường có độ bền đáng kể và sự điều khiển phoi là một trong những vấn đề mà kỹ S Ư công nghệ và các

Hình 3.2 Các dạng phoi nhà thiết kế dụng cụ cắt phải đụng chạm đến Phoi dây va phoi gãy là hai dạng phoi được phân cách rõ rệt, giữa hai dạng này còn có các dạng phoi trung gian.

Có thể biến dổi hình dạng dọc của phoi dây bằng phương pháp cơ khí, ví dụ bằng các rãnh trên mặt trước của dao, làm phoi xoắn lại Tiết diện ngang và bề dày của phoi có ý nghĩa to lớn trong việc phân tích quá trình cắt kim loại, do đó các vấn đe này được xem xet khá ky

Việc nghiển cứu quá trình tạo phoi tương ứng với các

Hình 3.3 Quá trình tạo phoi được chụp từ ba hướng bằng kính hiển vi điện tử quét khi gia công thép với tốc độ 48m/phút và lượng ăn dao 0,25 mm/vòng (B.U.Dains) nguyên tắc cơ bản của quá trình cắt kim loại sẽ thuận lợi né'u bắt đầu từ các điều kiện cắt dơn giản nhất đồng thời vẫn giữ các đặc điểm vốh có của dạng gia công này.

CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TẠO PHOI

Trước khi nghiên cứu hình dạng phoi, tác giả muôn mô) tả các phương pháp thực nghiệm nghiên cứu sự tạo phoi Trường hợp đơn giản nhất được dùng ở những giai đoạn đầu nghiên cứu thực nghiệm là sự cắt vuông góc

Khi cắt vuông góc, lưỡi cắt thẳng sẽ vuông góc với vectơ tốc độ cắt và vuông góc với hướng ăn dao Trên máy tiện, các điều kiện này được bảo đảm nhờ sử dụng dao có lưỡi cắt ngang nằm ở mặt phẳng đi qua các tâm vuông góc với trục quay của phôi Nếu phôi là ống, độ dày thành ống chính là độ sâu cắt, thì chỉ dùng dao có lưỡi cắt thẳng Trong trường hợp này tốc độ cắt không hoàn toàn bất biến dọc lưỡi cắt, sẽ cực đại ở mép ông, tức là nếu đường ống lớn thì sẽ không có tầm quan trọng dáng kể nữa Khi gia công thỏi đặc biệt có độ sâu cắt cố định đôi khi áp dụng cách cắt nghiêng Trong trường hợp này các điều kiện trên mũi dao và trên mặt ngoài của thỏi sẽ khác nhau Việc sử dụng dao có mũi nhọn dẫn đến sự hư hỏng thường xuyên, do đó người ta thường sử dụng các dao có mũi vê tròn theo một bán kính nhỏ Để tránh sai lệch quá nhiều so với các điều kiện cắt vuông góc, phần chính tham gia vào việc cắt của lưỡi cắt phải thẳng.

Có thể bảo đảm sự cắt thật vuông góc trên máy bào dọc hoặc trên máy bào ngang, những máy này thường gia công mặt ngoài của phôi thẳng Nhưng trên máy bào ngang sự cắt là gián đoạn, thời gian cắt gián đoạn rất ít và tốc độ cắt bị hạn chế Thông thường, để nghiên cứu thử nghiệm, việc gia công trên máy tiện là thích hợp hơn.

Việc nghiên cứu quá trình tạo phoi có rất nhiều khó khăn mà ai cũng rõ vì quá trình diễn ra với các tốc độ cao trong khi vẫn phải bảo đảm các điều kiện gia công vì kích thước vùng cắt nhỏ Để xác định sự thay đổi hình dạng vùng cắt người ta phải sử dụng máy quay phim tốc độ cao có độ phóng đại nhỏ Điều này cho phép làm rõ các đặc điểm của quá trình cắt mà nếu dùng các phương pháp khác thì khó mà làm rõ được, nhưng các ảnh phim chỉ là một phương pháp tốt để trình bày thông tin thu nhận được Các ảnh chụp có các nhược điểm là độ rõ và độ nét xấu không có phép quan sát các chi tiết nhỏ của hình ảnh và hạn chế sự nghiên cứu quá trình bằng cách quan sát mặt ngoài.

CÁC Lực CẢN CẮT

KHI GIA CÔNG KIM LOẠI VÀ HƠP KIM

Các lực cắt được đo khi tiến hành các chương trình nghiên cứu trong gia công các kim loại và hợp kim và bây giờ ta có thể xem xét một vài khuynh hướng cơ bản

Khi cắt các kim loại kỹ thuật tinh khiết thì các lực cắt có thể đạt tới trị số đáng kể Điều này cũng đúng dối với sắt, niken, đồng và nhôm Đã chứng minh được rằng, đôi với những kim loại này, diện tích tiếp xúc trên m ặt trước rấ t lớn, góc trượt nhỏ, phoi chắc và rất dày, bong ra với tốc độ nhỏ Vì lý do đó kim loại tinh khiết khó thích hợp với việc gia công.

Diện tích tiếp xúc lớn, có lẽ do liên quan đến độ dẻo cao của các kim loại này, tuy nhiên các nguyên nhân không được làm rõ hoàn toàn Hiện tượng các lực cắt lớn liên quan đến diện tích tiếp xúc lớn được thể hiện rõ ràng trong việc gia công những kim loại tinh khiết đó bằng các dụng cụ cắt gọt có hình dáng đặc biệt mà trên đó diện tích tiếp xúc được giảm bớt nhân tạo như sơ đồ đã thể hiện trên hình 4.4 Trong bảng 4.3 trình bày ví dụ về các trị số lực, góc trưựí và độ dày phoi khi gia công thép có hàm lượng cacbon rất thấp, với tốc độ cắt 91,5m/phút, lượng ăn dao 0,25 mm/vòng và độ sâu cắt 1,25 mm Các kết quả cho dao thông thường trên hình 4.4,a và cho dao có độ dài tiếp xúc giảm bớt còn 0,56 mm trên hình 4.4,b.

Thông thường 1 4 0 0 1 311 7 ° 5 8 ’ 1 ,8 3 có độ dài tiếp xúc giảm b ớ t

Sự giảm bớt lực cản cắt nhờ hạn chế diện tích tiếp xúc trên mặt trước của dao có thể lợi trong một vài trường hợp, nhưng trong phần lớn các trường hợp, điều này không có ý nghĩa thực tế, vi dẫn tới sự làm yếu dao.

Không phải tất cả các kim loại tinh hiết khi được gia công sẽ tạo r.a diện tích tiếp xúc lớ.n như vậy và làm xuất hiện các lực cắt lớn Ví dụ khi gia công mage tinh khiết, titan và Zlicôni thì các lực cắt và diện tích tiếp xúc nhỏ hơn nhiều và phoi mỏng hơn.

Hình 4.4 Các loại dao a- Dao thông thường; b- Dao có diện tích tiếp xúc thu ngắn trên mặt trước

Bằng thí nghiệm ta biết được rằng khi gia công phần lớn các kim loại và hợp kim, nếu tăng tốc độ cắt, phoi sẽ mỏng hơn, còn lực cắt sẽ nhỏ hơn Trên hình 4.5 trình bày các mức phụ thuộc của lực cắt vào tốc độ khi gia công sắt, đồng, titan với lượng ăn dao 0,25 mm/vòng và độ sâu cắt 1,25 mm Ta thấy rõ nhất sự giảm các lực Fc và F f cùng với sự tăng tốc độ cắt trong vùng các tốc độ cắt thấp Sự giảm lực cắt như vậy một phần bởi sự giảm diện tích tiếp xúc và một phần bởi sự giảm giới hạn bền trượt kr trong vùng chảy dẻo, do nhiệt độ tăng khi tốc độ tăng lên Điều này sẽ được xem xét trong chương 5.

Hình 4.5 Các mức phụ thuộc của lực cắt Fc và của lực ăn dao Ff vào tốc dộ cắt V khi gia công sắt (1), titan (2), dồng (3) Góc truớc của dao lầ +6°; lượng ăn dao 0,25 mm/vòng, độ sâu cắt 1,25 mm.

Hình 4.6 Mức phụ thuộc của lực cắt Fc vào tốc dộ cắt V khi gia công sắt (í), thép có 0,19% c (2), dồng (3) và dồng thau 70/30(4) Góc trước của dao là +6°, lượng ăn dao 0,25 mm/vòng, dộ sâu cắt 1,25 mm.

Sự hợp kim hoá các kim loại nguyên chất (tinh khiết) thường làm tăng giới hạn chảy, nhưng cũng thường làm giảm các lực cắt do giảm độ dài tiếp xúc trên mặt trước

Ví dụ như trên hình 4.6 trình bày các mức phụ thuộc của lực vào tốc độ cắt áp dụng cho sắt và cho thép trung bình cacbon, đồng và đồng thau 70/30 Các lực trên dao dùng gia công các hợp kim nhỏ hơn so với các lực trên giao gia công các kim loại nguyên chất trong toàn bộ dải tốc độ, hơn nữa sự khác biệt lớn nhất xuất hiện ở các tốc độ thấp Sự gấp khúc trên đường dành cho thép cacbon ở vùng các tốc độ trung bình là do ảnh hưởng của bướu - một hiện tượng xuất hiện khi gia công các hợp kim hai pha và không bao giờ xuất hiện khi gia công các kim loại nguyên chất Khi gia công thép, bướu được hình thành ở những tốc độ khá thấp và biến mất khi tăng tốc độ Khi bướu hình thành, các lực thường rất thấp, vì tác động của lực tương tự tác động của dao có diện tích tiếp xúc giảm bớt, được phản ánh trong sự giảm độ dài tiếp xúc trên mặt trước (xem hình 3.15).

Hình dáng hình học của dao cũng sẽ ảnh hưởng đến các lực cắt; góc trước là thông sô" quan trọng nhất Sự gia

L ự c c ắ t F c, N khi ăn dao L ự c ă n dao Ff, N k h i ă n dao

3 0 6 00 1090 4 9 45 tăng góc trước dẫn dến sự giảm các lực cắt và lực ăn dao (bảng 4.4), nhưng cũng làm giảm độ bền lưỡi cắt và có thể làm cho lưỡi cắt bị gãy Độ bền lớn nhất của lưỡi cắt được bảo đảm bằng góc trước âm, điều này thường được áp dụng cho các dao hợp kim cứng hoặc cho các dao gôm khoáng có độ cứng cao nhưng độ chắc không đạt Các lực cắt lớn làm cho các dao có góc trước âm trở nên không thích hợp đối với việc gia công cơ các chi tiết không cứng, bị ép và bị biến dạng do tác động của các ứng suất cao Các lực cắt thường tăng theo độ mòn (cùn) dao, vì góc sau tiến gần tới không và diện tích tiếp xúc trên mặt sau tăng lên do mặt sau bị mòn Các lực tác động lên dao là một trong các yếu tố cần phải chú ý khi thiết kê dụng cụ cắt gọt - đó là phần rất quan trọng và phức tạp của quá trình công nghệ gia công cơ khí.

Vật liệu dụng cụ sẽ có thể ảnh hưởng đến các lực tác động lên dao Khi thay vật liệu dụng cụ cơ bản bằng một vật liệu khác, các lực có thể thay đổi đáng kể, thậm chí là ngay cả khi các lực cắt và hình dạng hình học của dao không dổi Điều này có lẽ chủ yếu là do sự thay dổi diện tích tiếp xúc trong phần này (diện tích tiếp xúc nằm trong các điều kiện dính kết).

Và cuối cùng, chất lỏng làm nguội - bôi trơn cũng ảnh hưởng đến độ dài tiếp xúc và trị sô" lực tác động lên dao.Khi gia công với tốc độ cắt rất thấp, chất lỏng làm nguội - bôi trơn có thể ngăn cản sự dính kết giữa dao và phôi, nhờ vậy làm giảm các lực cắt đáng kể Với dải tô"c

•độ cắt áp dụng trong.các điều kiện sản xuất công nghiệp không thể khắc phục được sự dính kết gần lưỡi cắt, nhưng chất bôi trơn lỏng hoặc dạng khí nạp từ bên ngoài có thể làm giảm đáng kể bề mặt dính kết.

Việc sử dụng các chất lỏng làm nguội - bôi trơn góp phần làm giảm bề mặt dính kết và tất nhiên là làm giảm cả các lực tác động lên dao Tác động hiệu quả nhất của chúng biểu lộ rõ ở những tốc độ cắt thấp, trong khi đó ở vùng tô"c độ cắt cao thì chúng ít hiệu quả Tác động của các chất lỏng làm nguội bôi trơn sẽ được xem xét trong chương 8.

CÁC ỨNG SUẤT TRÊN BỀ MẶT TIẾP xúc DỤNG cụ CAT

CÁC HỊỆN TƯỢNG N H IỆT ( J r KHI CẮT KIM LOẠI

Cơ năng tiêu hao cho quá trình cắt chủ yếu biến thành nhiệt năng và nhiều vấn đề kỹ thuật và kinh tế đã được gợi mở trực tiếp hoặc gián tiếp từ tác động nhiệt đó Giá thành gia công cơ khí phần nhiều phụ thuộc vào tốc độ bóc kim loại và có thể giảm được bằng cách tăng tốc độ cắt và lượng ăn dao (tăng độc lập hoặc tăng phôi hợp), nhưng sự hạn chế của việc tăng này là sự giảm rõ rệt độ bền dụng cụ cắt Điều này không phải là sự hạn chế cơ bản khi gia công nhôm và mage và một vài hợp kim của chúng, khi gia công những vật liệu này phát sinh vấn đề là phải đẩy một lượng lớn phoi bong nhanh ra, điều này có thể làm hạn chế tốc độ bóc kim loại Nhưng đa phần gia công cắt được tiến hành trên thép và gang, và cụ thể là khi gia công các kim loại này cũng như khi gia công các hợp kim niken đã phát sinh các vấn đề kinh tế và kỹ thuật nghiêm túc nhất Khi gia công các kim loại và hợp kim nói trên (chúng có nhiệt độ nóng chảy cao) thì dụng cụ cắt gọt bị nóng tới những nhiệt độ cao cùng với sự tăng tốc độ cắt, và nếu vượt quá tốc độ giới hạn quy định, dụng cụ cắt gọt sẽ bị phá huỷ nhanh chóng do tác động của các ứng suât và nhiệt độ Nhiệt đã đóng vai trò dáng kể như thế nào trong cơ khí được trình bày rõ ràng trong bài nghiên cứu của F Ư Tailor “Về nghệ thuật cắt kim loại”, trong đó tác giả đưa ra sự tổng kết các công trình góp phần tạo ra các thép gió Các loại thép này cho phép cắt kim loại và gang bằng dụng cụ cắt làm việc được ở những nhiệt độ cao đáng kể, góp phần nâng cao tốc độ bóc kim loại cho phép lên gấp 4 lần Những giới hạn do nhiệt độ phát sinh đặt ra khi cắt là tác nhân kích thích để nghiên cứu các vật liệu dụng cụ Nhưng các vấn đề vẫn còn tồn tại và ngay cả với các vật liệu dụng cụ hiện đại thì tốc độ cắt vẫn bị hạn chế bởi trị số 15m/ phút hoặc nhỏ hơn khi gia công các vật liệu có giới hạn chảy cao.

Cho nên quan trọng là hiểu được các yếu tô" ảnh hưởng đến sự toả nhiệt, sự lan truyền nhiệt và sự phân bố nhiệt độ trong dụng cụ cắt gọt, trong phoi và phôi ở gần lưỡi cắt Dj T Nicolson một nhà nghiên cứu quá trình cắt kim loại ở Manchester đã viết trong tạp chí “The Engineer” năm 1904 như sau: “Không nghi ngờ gì nữa, khi mà các quy luật phân bố nhiệt độ trong phoi và trong dao có các góc cắt khác nhau, khi mà các kích thước và hình dáng lớp cắt ra và tốc độ mài mòn sẽ được xác định dứt khoát thì sẽ có thể xác lập được cần phải mài dao như thế nào để làm việc có hiệu quả nhất trong các điều kiện làm việc khác nhau trên thực tế” Nhưng việc xác định nhiệt độ và trường nhiệt trong vùng dặc biệt quan trọng - vùng cạnh lưỡi cắt - gặp khó khăn về mặt kỹ thuật và tiến triển chậm trong những năm 70 (thế kỷ 20), sau đó vấn đề đã dược trình bày.

NHIỆT LƯỢNG KHI TẠO PHOI

Công, được tiêu hao, thứ nhất cho biến dạng lớp cắt và tạo phoi, và, thứ hai cho sư sự chuyển dịch phoi và bề mặt mới hình thành dọc các bề mặt của dụng cụ cắt, hầu như toàn bộ biến thành nhiệt năng Do trị số các biến dạng dẻo rất lớn, ít có khả năng hơn 1% công sản ra chuyển thành thế năng của vật thể đã biến dạng đàn hồi, còn lại 99% là để làm nóng phoi, làm nóng dụng cụ cắt gọt và phôi.

Trong các chế độ cắt bình thường, phần lớn công sản ra được dùng để tạo phoi Trong mô hình quá trình cắt, vật liệu phôi trong mặt phẳng trượt bị nóng lên tức thời trong thời gian cắt và toàn bộ nhiệt lượng được phoi mang đi Theo mô hình này, sự gia tăng nhiệt độ phoi Tc được thể hiện bằng phương trình

Tc = ]pC