Dụng Cụ Cắt Gọt - G. V. Philipôp.pdfDụng Cụ Cắt Gọt - G. V. Philipôp.pdfDụng Cụ Cắt Gọt - G. V. Philipôp.pdfDụng Cụ Cắt Gọt - G. V. Philipôp.pdfDụng Cụ Cắt Gọt - G. V. Philipôp.pdf
VẬT LIỆU DỤNG CỤ
CÁC HỢP KIM CỨNG
Các hợp kim cứng được chia theo phương pháp sản suất gồm các hợp kim cứng đúc và các hợp kim cứng sản xuất bằng phương pháp thiêu kết Sau đây ta chỉ xem xét các hợp kim cứng sản xuất bằng phương pháp thiêu kết, gọi tắt là các hợp kim cứng. về cấu trúc, hợp kim cứng là cuội kết các hạt cacbit rất nhỏ của các kim loại khó chảy, được liên kết bằng coban kim loại hay bằng niken Hàm lượng cacbit trong các hợp kim cứng trên cơ sở coban là 75-97%, trên cơ sở niken - 61- 79% Độ chịu nhiệt của các hợp kim cứng vào khoảng 800- 900°c, điều này cho phép gia tăng tốc độ cắt cao hđn 2-10
102 lần và hơn nữa so với thép gió vâ tất nhiên là cho phép tăng năng suất gia công cao hơn.
Tỉ trọng các hợp kim cứng chỉ rõ mức độ xốp của chúng, mà không được vượt quá 0,2% Hệ số dẫn nhiệt của các hợp kim cứng gần bằng hệ sô" dẫn nhiệt của hợp kim sắt Các hợp kim cứng trơ (thụ động) về mặt hóa học đối với tác động của axit và kiềm, một vài loại hợp kim cứng không bị oxi hóa trong không khí thậm chí ở các nhiệt độ 600-800°c Các nhược điểm chính của các hợp kim cứng là chúng có độ giòn, độ bền uốn, kéo không đạt Đối với các mác hợp kim cứng quy chuẩn (TCLX3882-74): ơu0-f-1800MPa, giới hạn bền kéo ƠB nhỏ hơn gần gấp đôi so với ơ ; độ dai va đập ak=2,5-r6,0N.m/cm2 Trong khi đó giới hạn bền nén đạt tới ơ @00-r6000MPa Cho nên hợp lý nhất là bố trí sao cho các thành phần cắt của dụng cụ chịu nén chứ không phải là chịu uốn và kéo.
Các hợp kim cứng ngày càng được sử dụng nhiều để gia công cắt Nhưng việc sử dụng chúng bị hạn chế bởi độ bền không đủ và bởi những khó khăn trong chế tạo các dụng cụ có biên dạng phức tạp và định hình, bởi tính khó mài, bởi sự phát sinh các vết nứt khi hàn đắp các miếng cắt hợp kim cứng trên thân dụng cụ.v.v
Tùy theo thành phần pha cacbit, TCLX3882-77 quy định ba nhóm hợp kim cứng: nhóm vonfram BK- một cacbit, nhóm titan - vonfram TK - hai cacbit và nhóm titan - tan- tali - vonfram TTK- ba cacbit Mác, thành phần hóa học và các tính chat cơ-lý của các hợp kim này có trong bảng 2.7.
Các hợp kim nhóm BK có cấu trúc gồm dung dịch rắn các hạt cacbit vonfram (pha WC) trong coban (pha Co)
Trong kỷ hiệu các mác hợp kim nhóm này, các chữ số chỉ hàm lượng coban; còn lại - wc Các tính chất của các thép phụ thuộc vào hàm lượng coban và kích thước các hạt của pha cacbit Các hợp kim có các hạt wc kích thước từ 3 đến
5ịim thuộc các hợp kim hạt lớn và được ký hiệu bằng chữ
B, ví dụ hợp kim BK8-B Nếu kích thước các hạt không quá 0,5-l,5|im thì các hợp kim đó là các hợp kim hạt nhỏ và ký hiệu bằng chữ M, ví dụ hợp kim B6-M; các hợp kim mà trong thành phần của mình có 70% các hạt wc kích thước nhỏ hơn lpm là các hợp kim hạt cực nhỏ và được ký hiệu bằng các chữ OM, ví dụ hợp kim BKIO-OM Các hợp kim hạt lớn nhóm BK với hàm lượng coban như nhau có độ chịu mòn và độ chịu nhiệt thấp hơn nhưng có độ bền lớn hơn so với các hợp kim hạt nhỏ Ví dụ, các hợp kim BK6, BK6-M, BK6-OM có ơ tương ứng là 1500; 1350; 1200Mpa
Các hợp kim BK3, BK3-M, BK-cp là các hợp kim chịu mòn và cứng nhất, nhưng ít bền (chắc) nhất.
Các hợp kim nhóm TK chủ yếu được dùng trong gia công những vật liệu dẻo, trong số đó có thép kết cấu và thép hợp kim kết cấu Nhằm tăng độ chịu mòn của các hợp kim nhóm TK, một phần wc trong chúng được thav bằng T:C (hàm lượng 5-30%) Điều này làm tăng độ cứng cua hợp kim, làm yếu sự dính bám của nó vào phoi thép và làm giảm hệ số ma sát giữa hợp kim và thép Trong ký hiệu các mép thép nhóm TK chữ số sau chữ T chỉ hàm lượrg TiC, còn sau chữ K - hàm lượng coban, %- còn lại - wc.
Các hợp kim nhóm BK được dùng để gia công những vật liệu cho phoi gãy (vật liệu giòn) hoặc phoi rời Chúng được sử dụng cả khi cắt các chi tiết làm bằng vật liệu khó gia công - các thép có ƠB > lóOOMPa, thép không gí, thép bền nhiệt, và các hợp kim, các hợp kim titan V V , - với các tốc độ cắt thấp (10-60m/phút) Các hợp kim nhem này
104 cũng được dùng khi gia công các kim loại màu, khi mà các lực cắt tương đối nhỏ và trong dụng cụ không phát sinh các ứng suất nhiệt và các ứng suất tiếp xúc đáng kể.
Các hợp kim nhóm TK chịu nhiệt, chịu mòn và cứng hơn các hợp kim nhóm BK tương ứng về hàm lượng coban, nhưng lại giòn hơn và ít chắc hơn các hợp kim nhóm BK
Cho nên các hợp kim nhóm TK kém chịu các tải trọng va đập, sự cắt gián đoạn và sự cắt có tiết diện cắt biến đổi
Nếu hàm lượng TiC tăng thì độ cứng, độ chịu nhiệt và độ chịu mòn của hợp kim khi gia công thép sẽ tăng lên nhưng độ bền của nó lại giảm Sự tăng hàm lượng coban sẽ làm tăng độ bền nhưng làm giảm độ cứng, độ chịu mòn và độ chịu nhiệt của hợp kim Các hạt của các pha cacbit càng nhỏ, độ cứng và độ chịu mòn của hợp kim càng lớn và độ bền của nó càng nhỏ Phạm vi sử dụng các hợp kim nhóm này được trình bày trong bảng 2.7.
Tất cả các hợp kim nhóm TK có ái lực lớn đối với các thép titan và các hợp kim titan, điều này trong quá trình cắt sẽ dẫn đến sự mẻ lưỡi cắt và phá hủy nó trước thời hạn Trong những trường hợp đó nên dùng các hợp kim nhóm BK hoặc thép gió.
Các hợp kim cứng nhóm TTK có độ bền (độ dai) cao hơn so với các hợp kim nhóm TK nhờ thay một phần TiC bằng cacbit tantali (TaC) có độ vi cứng nhỏ và nhiệt độ nóng chảy cao hơn Việc cho thêm cacbit tantali thực sự làm tăng sức cản hình thành vết nứt của hợp kim khi có sự chênh nhiệt độ đột ngột và khi cắt gián đoạn, đồng thời làm tăng độ bền hợp kim Cacbit tantali cùng với cacbit titan và cacbit vonfram tạo ra các dung dịch cứng ba thành phần Các chữ sô" sau các chữ cái TT chỉ tổng hàm lượng cacbit titan và cacbit tantali (%), trừ hợp kim
'CO o o UDM ọqu òUQLIM BdlẠI ‘no o co h- I o upụ ỉ) Suọụ>|
% ‘Jèq ồuúm h- co x: O- ujt 1 ‘Ịèụ oọnụỊ ụoj>i o UDM li ỒUỌl|>|
% ‘lèụ ồuùm xz co Q_ UJTÍ ‘Ịèụ oọnụ; ụoj>i
“VO xf O 4ôr o o xr O s * l T aC 05 xz
'XO CD CD) d CO CD) co- p
CO o CD CNJ o CD CO o CD ư D
CD CD CD x: xz x: ỌỌ x :
‘A 6 uỏjị [1 uoụ ọụu õuọụ>i Bdifl ,ns upụ Ị] ỔUỌMM
% ‘Ịẻụ ồuỏni ujrí ‘Ịèụ om\ ụoj)l upq Ịj ổuọụ>i
% 4Ịéụ ổuỏni iuri ‘Ịèụ oọnụị ụoj>j o o o co o o
05 XI d co co- 03 J5 'CO ôco ọ o >
'XƠ ¿3 c 05 x; d Ẽ o c£ >> cd ce Cd Cd ladE C L D - X I Ẹ
‘A ỒUỎJỊ il upụ ọụu ỖUỌl|>| EdlAI ‘n£> uoụ ỊI õuọụ>!
LUTi ‘Ịéụ DỌíiụỊ LjO]>| uoq ỊI 6uọụ>|
% ‘Ịèụ ồupni uurỉ ‘Ịèụ oọniỊỊ ụoj>i o o o cơ o o
LO o‘ cn c o c o ' csĩ oo o LO cO o LO
TT8K6 Các chữ số đứng sau chữ K chỉ hàm lượng coban (%) Hàm lượng còn lại - pha w c
Các hợp kim nhóm TTK thua kém các hợp kim nhóm TK về độ chịu nhiệt, nhưng lại hơn về độ bền, chúng như là các hợp kim nằm giữa (trung gian) các nhóm TK và BK
Chúng được đặc trưng bởi độ chịu mòn cao, độ bền sử dụng, sự chống va đập, rung và mẻ Các hợp kim nhóm TTK được dùng để gia công cả thép lẫn gang Chúng thể hiện tốt khả năng của mình khi gia công thô với tiết diện cắt, khi làm việc có va đập (bào, phay), cũng như khi khoan, khi mà độ bền cao bù cho sự giảm độ chịu nhiệt
Lĩnh vực sử dụng các hợp kim cứng nhóm TTK và các đặc điểm của chúng được trình bày trong bảng 2.7.
GỐM KHOÁNG CẮT
Các vật liệu dụng cụ gốm khoáng có độ cứng cao (HRA90-94), độ chịu nhiệt tới 1200°c và độ chịu mòn; trong một loạt trường hợp chúng còn vượt qua các hợp kim cứng một cách đáng kể về độ bền và năng suất Cơ sở của những vật liệu này là nhôm oxyt (A120 3) mà trong thành phần có những kim loại như voníram, titan, molipđen, crom hoặc những cacbit của các kim loại này
Các nhược điểm của gốm cắt là độ giòn cao, độ dai và độ thấp (ak=0,5 -r l,2N.m/cm) và tính chống kém đối với những thay đổi tuần hoàn của tải trọng nhiệt Chúng được dùng trong việc tiện ngoài tinh và bán tinh, tiện trong các chi tiết làm bằng gang trắng, gang bền cao, thép tôi, thép khó gia công, cũng như những vật liệu phi kim với các tốc độ cắt cao mà không dùng chất lỏng làm nguội bôi trơn, trong các điều kiện cắt không có các va đập, xô đẩy Độ chịu nhiệt cao của gốm khoáng (1200°C) cho phép áp dụng các tốc độ cắt cao, lớn hơn nhiều so với các tốc độ cắt dụng cụ hợp kim cứng, điều này là ưu điểm chính của gốm khoáng Ví dụ, khi tiện thép tôi (HRC50-63), tốc độ cắt cho phép là 75-300m/phút, còn khi tiện ngang trắng (HRC50-54) - 60-180m/phút Gốm cắt trơ trước tác động qua lại dính bám - khuếch tán với thép và gang trắng
Hiện nay được sử dụng nhiều nhất là gốm cắt dạng oxyt và oxyt-cacbit.
Gốm cắt dạng oxyt có tới 99% A120 3 và cao hơn Các miếng cắt làm bằng gốm IỊM332 có các tính năng cắt cao nhất, gốm này được điều chế từ corunđum điện phân nghiền mịn (kích thước hạt l-2pm).
Gốm cắt oxyt-cacbit được điều chế bằng cách đưa thêm các phụ gia hợp kim hóa - cacbit crom, cacbit titan, cacbit voníram, cacbit molipđen và những cacbit phức tạp của những kim loại này vào thành phần gốc gốm (A120 3) Nhờ vậy nâng cao được giới hạn bền uốn của gốm a = 450 -r116
750MPa, nhưng lại làm giảm chút ít độ chịu nhiệt và độ chịu mòn sản suất hàng loạt các mác gốm B3 và B0K-60, loại để thí nghiệm là BOK-63.
Gốm cắt được chế tạo dưới dạng các miếng cắt, có thể gắn các miếng cắt này vào thân dụng cụ bằng phương pháp cơ khí, hàn đắp hoặc bằng keo.
Các miếng gốm cắt đa diện không mài lại được chế tạo theo tiêu chuẩn TY48-19-05-73 (Liên Xô) để tăng cứng dụng cụ cắt bằng phương pháp cơ khí Hình dáng và kích thước chính của chúng được trình bày trong chương 1
Nếu không có chỉ dẫn về chiều rộng mép vát và góc thì các miếng cắt gốm oxyt được chế tạo với mép vát (0,5- 0,6mm) X 15° còn các miếng cắt gốm oxyt-cacbit thì được chế tạo với mép vát (0,3 - 0,4mm) X 25° Mác, thành phần hóa học, các tính chất cơ - lý phải phù hợp tiêu chuẩn TY48-42-43-70 và TY48-19-48-73 Các miếng cắt được chế tạo với C ấ p độ chính xác bình thường (U) và cấp độ chính xác cao (G).
Các miếng gốm cắt có thể được ủ Nhờ ủ mà độ bền các mác gốm B0K-60 và BOK-63 tăng 2-3 lần so với độ bền các mác gốm không ủ.
2.4- CÁC VẬT LIỆU CẮT SIÊU CỨNG
Kim cương tự nhiên và các vật liệu tổng hợp là những vật liệu cắt siêu cứng Vật liệu cứng nhất là kim cương
Nó có độ chịu mòn cao, độ dẫn nhiệt tốt, các hệ số giãn dài và giãn nở khối nhỏ, hệ số ma sát nhỏ và khả năng dính bám vào kim loại nhỏ, trừ sắt và các hợp kim của sắt với cacbon Cùng với độ cứng cao, kim cương còn có độ giòn lớn (độ chắc nhỏ) Giới hạn bền uốn của kim cương ơ 000MPa, giới hạn bền nén aB 00MPa Độ cứng và độ chắc của nó ở các hướng khác nhau có thể thay đổi 100-500 lần Cần chú ý điều này khi chế tạo dụng cụ có lưỡi Cần phải làm sao cho kim cương được gia công ở hướng "mềm", còn hướng mòn thì tương ứng với hướng
"cứng" của nó Kim cương có độ dẫn nhiệt cao, điều này giúp cho sự thoát nhiệt ra khỏi vùng cắt và làm cho biến dạng nhiệt không lớn Hệ số giãn dài thấp và độ ổn định kích thước của kim cương bảo đảm độ chính xác cao hình dáng và kích thước các chi tiết gia công Độ sắc nhọn cao của lưỡi cắt và các tiết diện cắt nhỏ không làm phát sinh các lực cắt nổi bật mà có thể góp phần tạo ra biến dạng chi tiết gia công và tạo ra sự nén trong hệ thống máy - đồ gá - dao - chi tiết Các nhược điểm của kim cương là có khả năng hòa tan mạnh trong sắt và trong các hợp kim của sắt với cacbon ở nhiệt độ cắt 750°c (800°C), điều này thể hiện rõ nhất trong dụng cụ lưỡi kim cương khi phoi tiếp xúc liên tục với bề mặt cắt của dụng cụ Ở nhiệt độ hơn 800°c kim cương cháy trong không khí, biến thành cacbon vô định hình Giá tiền cao của các dụng cụ kim cương (cao hơn 50 lần và hơn nữa so với các loại dụng cụ khác) và sự khan hiếm cũng là các nhược điểm Nhưng đồng thời dụng cụ kim cương lại nổi bật bởi năng suất cao và thời hạn phục vụ lâu dài (tới 200 giờ và hơn nữa) khi gia công các kim loại và các hợp kim của chúng, titan và các hợp kim titan, chất dẻo với các tốc độ cắt cao Hơn nữa lại bảo đảm được độ chính xác cao các kích thước và chất lượng bề mặt, nghĩa là loại trừ được thao tác mài các chi tiết gia công.
Người „ta phân biệt kim cương tự nhiên (A) và kim cương tổng hợp (AC) Kim cương tự nhiên được dùng để
118 chế tạo dụng cụ có lưỡi (dao, mũi khoan, dao phay) Kim cương tổng hợp được điều chế bằng cách chuyển cacbon sang biến thể khác nhờ khối lượng đáng kể graphit ban đầu trong các điều kiện nhiệt độ cao (~2500°C) và áp suất cao (-lOOOOOOMPa).
Kim cương tự nhiên và kim cương tổng hợp có các thông số như nhau của mạng tinh thể, nhưng khác nhau về hình dáng và kích thước, đặc biệt bề mặt của chúng, khác nhau về lượng các thành phần cắt, độ bền, độ giòn cũng như khả năng mài Có thể điều chế kim cương tổng hợp có độ cứng, độ bền khác nhau cũng như có các đặc tính khác bằng cách thay đổi các thông sô" quá trình công nghệ điều chế kim cương, nhờ vậy mà nó có những đặc tính tốt hơn so với kim cương tự nhiên Kim cương tổng hợp cứng hơn kim cương tự nhiên Các mũi các chi tiết cắt của kim cương tổng hợp sắc nhọn hơn - bán kính vê tròn mũi p=l,l-l,2pm , trong khi đó ở kim cương tự nhiên p=2,3-3,3|am Kích thước các tinh thể kim cương tổng hợp không vượt quá l,2mm.
Các vật liệu cắt siêu cứng dạng tổng hợp trên cơ sở nitruabo mạng lập phương cũng được phổ biến rộng rãi nhờ độ cứng cao, gần bằng độ cứng kim cương, nhờ độ chịu nhiệt cao hơn độ chịu nhiệt của kim cương và nhờ tính trơ hóa học đốì với sắt và các hợp kim cacbon Trên cơ sở các biến thể dày đặc nitrua bo mà tạo được và sử dụng một loạt vật liệu dụng cụ có tên thương mại là com- posit Tất cả các composit được chia thành hai nhóm: những vật liệu có hàm lượng nitrua bo từ 95% trở lên và những vật liệu có hàm lượng nitrua bo 75% cùng các phụ gia khác (ví dụ, A120 3) Thuộc nhóm thứ nhâ't có enbo p (composit 01), hecxanit (composit 10), benbo (composit 02).
Chúng được tổng hợp dưới dạng các cọc hình trụ đường kính 4-6mm, cao 3-6mm, mà sau đó được sử dụng dưới dạng các miếng cắt gắn vào bằng phương pháp cơ khí, hoặc đưa hàm vào (ép, xảm hoặc được gắn vào bằng một phương pháp nào đó) cán dụng cụ Những vật liệu của nhóm này khác biệt bởi công nghệ chế tạo và nguyên liệu ban đầu Sự khác biệt trong công nghệ chế tạo dựa trên sự tồn tại của một vài biến thể nitrua bo và trên các công nghệ tổng hợp nitrua bo khác nhau - có các chất xúc tác (tổng hợp enbo P) hoặc không có các chất xúc tác (benbo).
Như đã biết, nitrua bo có ba biến thể: lục phương, lập phương và vuazit Phổ biến nhất là nitrua bo lục phương - một chất kết tinh giông như grafit và không có các tính năng cắt; nitrua bo vuazit - chất bột không ổn định màu sáng, cũng không có các tính năng cắt; nitrua bo lập phương - chất kết tinh cứng chịu mòn có các tính năng cắt
Nitrua bo lập phương được điều chế từ nitrua bo lục phương trực tiếp, hoặc bằng hai giai đoạn Trong trường hợp sau, từ nitrua bo lục phương người ta điều chế nitrua bo vuazit, sau đó từ rdtrua bo vuazit điều chế nitrua bo lập phương.
CÁC CHẤT LÀM NGUỘI - BÔI TRƠN
CÁC LOẠI DAO
VÀI KẾT CẤU DAO ĐẶC BIỆT
Dao tiện suốt do M A Daixep sáng chế (hình 4.6) có cấu tạo gồm miếng cắt 1, thân 2, miếng tì 3, vít 4 có đầu trụ lệch tâm, miếng dẫn hướng 5 Khi vặn vít 4, đầu lệch r i \
Hình 4.6 Dao tiện suốt do M A Daixep sáng chế
Hình 4.7 Các dao dùng cho các máy tự động. tâm của vít lọt vào lỗ của miếng tì 3 làm chuyển dịch miếng tì; miếng cắt nằm trong hốc của thân, dưới tác động của miếng dẫn hướng 5 mà được bố trí nghiêng một góc so với các mặt chặn của hổc, được ép vào các mặt chặn và được kẹp chặt Trong dao có thể dùng các miếng cắt quy chuẩn hoặc dùng các miếng cắt đặc biệt làm bằng những vật liệu dụng cụ khác nhau.
Các dao của hãng "Carboloi" (Hoa Kỳ) được trình bày trên hình 4.7,a và b và của hãng "Sandvic Coromant"
(Thụy Điển) trình bày trên hình 4.7,c và d để gia công trên các máy cắt gọt kim loại tự động trong đó các máy được điều khiển theo chương trình, cho các dây chuyền tự động, bảo đảm thay các lưỡi cắt không cần chỉnh máy
Trong các dao của hãng "Carboloi" điều này đạt được bằng cách chế tạo chính xác các mặt chuẩn của hốc lắp miếng cắt so với các mặt chuẩn mài A và B của dao, bằng cách sử dụng các miếng cắt tam giác có độ chính xác gia tăng Nhờ vậy mà bảo đảm được độ sai lệch vị thế miếng cắt không quá ±0,025mm theo mỗi tọa độ Trong các dao
Hình chiếu B của hãng "Sandvic
Coromant" sự chửìh kích thước được thực hiện bên ngoài máy theo hai tọa độ với sự trợ giúp của các vít điều chỉnh.
Dao bào để gia công tinh (hình 4.8) khác biệt ở chỗ có _ạ1_> lưỡi cắt tinh, có chiều Ạg dài gia tăng a, có góc
Hình 4.8 Dao bào để gia công tinh ^ ũ' ẽoc y~~\ va £oc ^ gia tăng đến 15° Dao được dùng để gia công hoàn tất thay cho gia công cạo hoặc mài Bảo đảm tạo được các bề mặt với thông số độ nhám
9=1' suất cao Năng suất cao đạt được nhờ lượng ăn dao ngang lớn s