động học và động lực học quá trình cắt

CHƢƠNG 3: ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH CẮT BIÊN SOẠN: CNKH. KIỀU NGỌC TRÌU Page 1 Chƣơng 3 ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH CẮT 3.1 Các thông số lớp cắt và các thông số công nghệ của các dạng gia công 3.1.1 Phương pháp tiện 1) Các yếu tố của chế độ cắt (s, v, t) Thời gian cần thiết để cắt hết lượng dư phụ thuộc vào tốc độ quay của chi tiết gia công, kích thước lớp kim loại bị cắt sau một lần chuyển dao và số lần chuyển dao. Tốc độ quay cúa chi tiết gia công phụ thuộc vào tốc độ cắt, còn kích thước lớp kim loại bị cắt do chiều sâu cắt và lượng chạy dao quyết định. Tốc độ cắt khi tiện V là khoảng dịch chuyển của lưỡi cắt đối với bề mặt chi tiết gia công trong một đơn vị thời gian. Tính một cách chính xác thì tốc độ cắt khi tiện là tốc độ tổng hợp của tốc độ vòng của chi tiết gia công và tốc độ của chuyển động chạy dao. a) Tốc độ vòng của chuyển động quay của chi tiết Khi tiện tốc độ quay của chi tiết được tính bằng biểu thức: V = 1000 Dn  (m/ph) Trong đó: D – đường kính của phôi (mm) n – số vòng quay của máy trong một phút (vg/ph) V – tốc độ dài của chi tiết quay (m/ph) Vectơ tốc độ dài khi quay của một điểm của phôi có phương tiếp tuyến với vòng tròn vạch ra bởi điểm đó khi quay quanh trục của nó. Cần chú ý rằng, tốc độ quay thường được tính theo đường kính của phôi. Nếu không có bản vẽ phôi, thì tốc độ quay được tính theo đường kính của sản phẩm cộng them phần lượng dư. Thông thường thì kích thước của phôi và sản phẩm khác nhau không vượt quá 5  10% đường kính phôi. Như vậy tốc độ quay được tính theo đường kính lớn nhất. b) Tốc độ chạy dao CHƢƠNG 3: ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH CẮT BIÊN SOẠN: CNKH. KIỀU NGỌC TRÌU Page 2 Tốc độ chạy dao về mặt trị số bằng lượng dịch chuyển của dao theo phương chạy dao trong một phút tính bằng mm. Nếu sau một vòng quay của chi tiết, khoảng dịch chuyển của dụng cụ là S (mm) thì tốc độ chạy dao sẽ là: V s = S.n (mm/ph) Trong đó: n - số vòng quay của chi tiết trong một phút (vg/ph) Như vậy tốc độ cắt V là tổng hình học của tốc độ quay của chi tiết V c và tốc độ chạy dao V s và như vậy vectơ tốc độ chạy dao được chọn theo chiều ngược lại với hướng dịch chuyển của dao. Như vậy khi tiện mặt trụ, vectơ tốc độ quay của chi tiết V c thẳng góc với tốc độ chạy dao V s : V = V c + V s = 1000 n 22 )( SD   Phương của tốc độ cắt được xác định theo góc : tg = s c V V = D S  Khi dao chạy dọc, vectơ tốc độ cắt sẽ nằm trong mặt phẳng chứa vectơ quay của chi tiết V c và phương chạy dao dọc. còn khi chạy dao ngang, vectơ tốc độ cắt sẽ nằm trong mặt phẳng chứa tốc độ quay của chi tiết và phương chạy dao ngang. Mũi dao (trong trường hợp chạy dao dọc) sẽ di chuyển theo một đường xoắn vít trên than chi tiết hoặc một đường acsimet (khi chạy dao ngang) Trong đa số các trường hợp khi gia công, lượng chạy dao thường rất bé so với tốc độ quay của chi tiết: V  V c = 1000 D  (m/ph) CHƢƠNG 3: ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH CẮT BIÊN SOẠN: CNKH. KIỀU NGỌC TRÌU Page 3 c) Chiều sâu cắt t: Chiều sâu cắt t là khoảng cách giữa bề mặt đã gia công và bề mặt chưa gia công trong một hành trình ăn dao Trị số của chiều sâu cắt được đo trong mặt phẳng chiều trục của chi tiết gia công ngang tâm chi tiết. Khi tiện ngoài và tiện rộng lỗ, chiều sâu cắt được tính theo công thức: t = 2 dD  (mm) Trong đó: D- đường kính chi tiết trước khi gia công (mm) d- đường kính chi tiết sau khi gia công (mm) d) Lượng chạy dao s: s là khoảng dịch chuyển của dao theo hướng chuyển động phụ sau mỗi vòng quay của chi tiết gia công. Lượng chạy dao được đo bằng mm/vòng. Khoảng dịch chuyển của dao theo hướng chuyển động phụ trong một phút gọi là lượng chạy dao phút và được kí hiệu: S ph Ta có: S ph = n.s (mm/ph) Trong đó: n - số vòng quay của chi tiết gia công trong một phút (vg/ph) s - lượng chạy dao (mm/vg) Tỷ số giữa khoảng dịch chuyển của dao và lượng chạy dao phút chính là thời gian máy làm việc (thời gian máy). Do đó lượng chạy dao phút đặc trưng cho năng suất của quá trình cắt. Người ta phân biệt lượng chạy dao sau: CHƢƠNG 3: ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH CẮT BIÊN SOẠN: CNKH. KIỀU NGỌC TRÌU Page 4 - Lượng chạy dao dọc: khi phương chuyển động của dao dọc theo đường tâm của chi tiết gia công - Lượng chạy dao ngang: Khi phương chuyển động của dao thẳng góc với đường tâm của chi tiết gia công - Lượng chạy dao nghiêng là lượng dịch chuyển khi phương chuyển động của dao làm một góc với đường tâm của chi tiết gia công 2) Các thông số lớp cắt (a, b, f) Chiều rộng và chiều dày cắt là kích thước của tiết diện lớp kim loại bị cắt ra không kể đến sự biến dạng trong quá trình cắt. Tiết diện này được đo trong mặt phẳng ngang chứa mũi dao và trục chi tiết gia công. - Chiều rộng cắt là khoảng cách giữa bề mặt đã gia công và bề mặt chưa gia công đo dọc theo lưỡi cắt.Đó cũng là chiều dài phần phần làm việc của lưỡi cắt tham gia cắt. Chiều rộng cắt kí hiệu là b được đo bằng milimet. Các yếu tố chế độ cắt a) Lượng chạy dao dọc, b) lượng chạy dao ngang, c) lượng chạy dao nghiêng s a t d D 1 3 2 b Chay dao doc s B b t D Chay dao ngang s t b a Chay dao nghieng 2 1 3 4 1 2 4 3 a) b) c) CHƢƠNG 3: ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH CẮT BIÊN SOẠN: CNKH. KIỀU NGỌC TRÌU Page 5 - Chiều dày cắt là khoảng cách giữa hai vị trí liên tiếp của lưỡi cắt sau một vòng quay của chi tiết đo theo phương thẳng góc với lưỡi cắt. khi lưỡi cắt cong, chiều dày cắt biến đổi dọc theo lưỡi cắt. chiều dày cắt kí hiệu là a và được đo bằng milimet Chiều dày cắt tăng thì nhiệt cắt trên một đơn vị chiều dài của lưỡi cắt tăng lên làm cho dao chóng bị mài mòn. Do đó chiều dày cắt đặc trưng cho tải trọng riêng của lưỡi cắt không đổi. Quan hệ giữa chiều rộng cắt b và chiều sâu cắt t, chiều dày cắt a và lượng chạy dao s khi s > t. lưỡi cắt thẳng, mũi dao gá ngang tâm chi tiết và dao có góc  = 0 o Chiều rộng cắt được tính theo công thức sau. b =  sin t (mm) Cùng với những điều kiện như trên nếu  = 0 o thì chiều dày cắt a = s.sin (mm) Khi   0 o chiều dày cắt được tính theo công thức: a =   cos sin.s (mm) Như vậy góc nghiêng ảnh hưởng đến sự tương quan giữa các giá trị của a và b khi giữ nguyên giá trị của t và s Góc  càng nhỏ thì phoi cắt càng dài, mỏng và ngược lại. Nếu góc   0 o thì chiều dày và chiều rộng cắt phải tính theo góc  o ( o có trị số khác với )  o là góc giữa lưỡi cắt chính và phương chạy dao Giá trị của  o được tính theo công thức tg o =   cos sin 22 tg Người ta phân biệt diện tích cắt danh nghĩa và diện tích cắt còn dư của tiết diện ngang lớp kim loại bị cắt. Khi gá mũi dao ngang tâm máy, dao có góc  = 0 o và  = 0 o thì diện tích cắt danh nghĩa của lớp kim loại bị cắt được tính theo công thức: f dn = a.b = s.t (mm 2 ) Diện tích cắt thực f t bé hơn diện tích cắt danh nghĩa một lượng bằng trị số diện tích hình lược f d còn để lại trên bề mặt gia công. Ta có: f t = f dn – f d CHƢƠNG 3: ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH CẮT BIÊN SOẠN: CNKH. KIỀU NGỌC TRÌU Page 6 Khi tính diện tích cắt còn dư ta phân biệt các trường hợp sau: Trường hợp 1: Diện tích cắt thực khi r = 0 Mũi dao nhọn (bán kính mũi dao r = 0) Theo hình vẽ ta có: f d = 2 AB.CD = 2 .Hs vì AD = 1  tg H và BD =  tg H nên: s = AD + DB = H.   tgtg tgtg . 1 1  Từ đó rút ra: H = s.   tgtg tgtg  1 1 . Và do đó: f d = 2 2 s .   tgtg tgtg  1 1 . (mm 2 ) a) Diện tích cắt thực khi r = 0 b) Diện tích cắt thực khi r ≠ 0 Trường hợp 2: Mũi dao có bán kính r (r  0) Diện tích cắt thực khi r  0 Theo hình vẽ ta có: f d = diện tích ABC dt(ABC) = dt(ABNM) - dt (AMC) + dt(MCN) + dt(BCN) Trong đó: dt(ABNM) = s.r dt(AMC) + dt(BCN) = r 2 .a = r 2 .arcsin r s .2 CHƢƠNG 3: ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH CẮT BIÊN SOẠN: CNKH. KIỀU NGỌC TRÌU Page 7 dt(MCN) = 2 MN.CK = 42 2 2 s r s  Do đó: f d = s.r - ( 42 2 2 s r s  + r 2 .arcsin r s .2 ) Chiều cao của diện tích cắt còn dư là: H = r - 4 2 2 s r  Từ các phương trình trên ta có thể rút ra kết luận sau. - Chiều cao của diện tích cắt còn dư (hay độ nhấp nhô của bề mặt chi tiết đã gia công) phụ thuộc vào trị số của lượng chạy dao s, bán kính mũi dao r và trị số của các góc ,  1 - Bề mặt của chi tiết gia công sẽ nhẵn vì ít nhấp nhô hơn khi tăng r, giảm s, vì khi đó chiều cao của diện tích cắt còn dư giảm đi. Trong thực tế thì độ nhấp nhô của chi tiết gia công lớn hơn nhiều so với các trị số tính toán cho trên vì trong quá trình cắt bề mặt chi tiết gia công cong chịu ảnh hưởng của biến dạng đàn hồi, rung động v.v… 3.1.2 Phương pháp phay 1) Kết cấu và thông số hình học của dao phay: Tuỳ theo yêu cầu tạo hình bề mặt gia công mà có nhiều loại dao phay khác nhau. Ở đây ta chỉ khảo sát kết cấu và thông số hình học của dao phay trụ và dao phay mặt đầu làm đặt trưng vì chúng có nhiều điểm giống nhau với các loại dao phay khác. Các dạng dao phay a) Dao phay trụ: CHƢƠNG 3: ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH CẮT BIÊN SOẠN: CNKH. KIỀU NGỌC TRÌU Page 8 Đối với dao phay trụ góc trước tạo thành bởi đường tiếp tuyến với mặt trước và mặt chiều trục, tức đường kính đi qua điểm khảo sát trên lưỡi cắt. Góc trước đo trong tiết diện chính N – N, góc sau  có tác dụng giảm ma sát giữa mặt sau và chi tiết gia công. Góc sau là góc gồm giữa tiếp tuyến của quỹ đạo chuyển động của điểm khảo sát trên lưỡi cắt quanh trục dao phay và mặt sau. Dao phay trụ răng xoắn Đối với dao phay răng xoắn góc sau đo trong các tiết diện N-N và M-M có dạng sau: tg = tg N .cos tg = tg N .cos Trong đó  góc nghiêng của rãnh xoắn Chú ý : Phay bằng dao phay răng trụ là phay tự do, vì chỉ có một lưỡi chính tham gia cắt gọt - Bước vòng của dao là khoảng cách giữa hai răng kề nhau đo theo cung tròn T v = Z: là số răng cảu dao D: là đường kính dao phay (mm) - Bước chiều trục là khoảng cách giữa hai răng kề nhau đo theo đường sinh của hình trụ Ttr = Tv.cotg (mm) CHƢƠNG 3: ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH CẮT BIÊN SOẠN: CNKH. KIỀU NGỌC TRÌU Page 9 - Bước pháp tuyến đo theo phương vuông góc với lưõi cắt T N = Tv. cos b)Dao phay mặt đầu: Dao phay mặt đầu Ở dao phay mặt đầu các lưỡi cắt hình thành như các daop tiện ngoài có lưỡi chuyển tiếp. Góc trước được đo trong tiết diện chính, góc sau được đo trong mặt phẳng quỹ đạo chuyển động, tức mặt vuông góc với trục dao. Quan hệ giữa góc sau  1 ở tiết diện mặt đầu và góc  n ở tiết diện pháp tuyến với lưỡi cắt như sau : Tg N = tg1.sin/cos Trong đó:  - là góc nâng của lưỡi cắt chính  - là góc nghiêng chính. Góc trước còn được xét trong tiết diện dọc trục  2 , trong tiết diện mặt đầu  1 Quan hệ  như sau : tgN = tg 1 .sin + tg 2 .cos Chọn thông số hình học dao phay cũng xuất phát từ tính chất vật liệu gia công thông số kết cấu của dao… Ví dụ: Đối với dao phay mặt đầu hợp kim cứng khi phay thép chọn góc trước khoảng –10 0  +10 0 . Khi phay gang  = 5 – 10 0 . Góc nghiêng chính dao phay mặt đầu thường lấy bằng 45 – 60 0 , chọn tuỳ theo độ cứng vững hệ thống (máy – dao – đồ gá – chi tiết). Góc nghiêng phụ chọn tuỳ theo cấp độ nhẵn cần thiết thường lấy bằng 5 - 10 0 2) Các yếu tố của chế độ cắt và lớp cắt khi phay a) Chiều sâu cắt t 0 CHƢƠNG 3: ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH CẮT BIÊN SOẠN: CNKH. KIỀU NGỌC TRÌU Page 10 Đây là kích thước lớp kim loại được cắt đi ứng với một lần chuyển dao, đo theo phương vuông góc với bề mặt gia công, được tính bằng mm b) Lượng chạy dao S Trong quá trình phay người ta phân lượng chạy ra làm 3 loại: - Lượng chạy dao răng (S z ) là lượng dịch chuyển của chi tiết trong thời gian một răng (1 lưỡi cắt) của dao phay ăn vào kim loại, đơn vị là mm/raăng. - Lượng chạy dao vòng là lượng dich chuyển của chi tiết khi dao phay quay được một vòng, kí hiệu là S v và có đơn vị là mm/vòng. - Lượng chạy dao phút là lượng dịch chuyển của chi tiết sau thời gian một phút, ký hiệu là S m và đơn vị là mm/phút. Như vậy mối quan hệ giữa các loại lượng chạy dao trên như sau: S m = S v .n = S z .Z.n [mm/phút]. Trong đó: Z – số răng (số lưỡi cắt ) của dao phay. n- số vòng quay của dao sau một phút. c) Tốc độ cắt V Trong quá trình phay do sự phối hợp của hai chuyển động tạo hình – chuyển động quay của dao và chuyển động tịnh tiến của chi tiết gia công. Mà quỹ đạo của lưỡi cắt là một đường cong OQ. Nếu ta gắn hệ trục tọa độ xOy và chi tiết thì phương trình đường cong OQ được biểu diễn như sau. Ở đây: R – bán kính dao phay  - góc tiếp xúc ứng với điểm M của đường cong. Vì S z =  nên hệ phương trình có dạng:  - góc ở tâm giữa hai răng kề nhau, tính bằng radian. Hệ phương trình trên là phương trình xicơlôit kêos dài. Tốc độ cắt khi phay được biểu diễn như sau V c = V n + V s [...]... với phoi và bề mặt gia công làm cho điều kiện thoát phoi rất khó khăn Ngoài ra, phoi khi đi ra khỏi lỗ gia công, lại ngăn cản dung dịch trơn nguội vào vùng cắt và làm giảm điều kiện thoát nhiệt BIÊN SOẠN: CNKH KIỀU NGỌC TRÌU Page 18 CHƢƠNG 3: ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH CẮT - Tốc độ cắt khác nhau ở các điểm lưỡi cắt trong quá trình khoan làm phức tạp thêm quá trình biến dạng của phoi và điều... như côn ngược ( giảm lực masat và momen xoắn), prophin của răng được mài hớt lưng (hình 13.1b), phần mài hớt lưng được bắt đầu sau 1/3 bề rộng B của răng BIÊN SOẠN: CNKH KIỀU NGỌC TRÌU Page 32 CHƢƠNG 3: ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH CẮT 3.2 Hệ thống lực tác dụng lên dụng cụ cắt với các dạng gia công 3.2.1 Lực cắt khi tiện 1) Nguồn gốc sinh lực Lực cắt là lực tác dụng từ dao vào phôi để tách ra... dao và lỗ gia công và để tạo ra phần làm việc khi dao bị mài lại Tính chất cắt gọt của dao phụ thuộc vào thông số hình học và vật liệu phần cắt của nó Dưới đây ta nghiên cứa các thông số hình học của dao khoan Thông số hình học của dao khoan ruột gà a) góc nghiêng  của rãnh xoắn BIÊN SOẠN: CNKH KIỀU NGỌC TRÌU Page 21 CHƢƠNG 3: ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH CẮT Góc  là góc giữa đường tâm dao và. .. sau của dao xuất hiện lực pháp tuyến N S và lực tiếp tuyến F S (lực ma sát giữa dao và phôi) Hợp các lực lại ta được lực cắt P 2) Các thành phần lực cắt Lực cắt phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố và thay đổi trong một phạm vi rộng theo khả năng cắt của máy Để thuận tiện cho nghiên cứu, ta thiết lập một hệ toạ độ Đề các và phân lực P thành 3 lực theo 3 phương x, y, z Trong đó: Px : Lực chiều trục, tác dụng... quãng để cắt bán tinh và dao doa 3 để cắt tinh (đảm bảo độ bóng yêu cầu) 3.1.6 Cắt ren 1) Đặc điểm của quá trình cắt ren Quá trình cắt khi gia công ren có những đặc điểm sau đây: - Lớp phôi cắt ren có chiều dày bé, trong nhiều trường hợp nó chỉ được đo bằng phần trăm milinet - Có hai lưỡi dao đồng thời tham gia vào quá trình cắt (khi cắt ren hình tam giác) hoặc ba lưỡi dao (khi cắt ren hình thang và hình... chạy dao (còn gọi là lực chạy dao) Py : Lực hướng kính, gây võng chi tiết gia công, gây rung động trong mặt phẳng ngang xOy Lực P Y có ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác hình dáng hình học và chất lượng bề mặt chi tiết gia công BIÊN SOẠN: CNKH KIỀU NGỌC TRÌU Page 33 CHƢƠNG 3: ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH CẮT Pz : Lực tiếp tuyến có phương trùng với phương của chuyển động cắt chính Nó có trị số... diện tích cắt trung bình có thể tính theo phương pháp như đối với dao phay hình trụ răng thẳng hoặc xoắn Ftb = atb.B.n Hoặc Ftb = Và được kết quả như sau: Ftb = BIÊN SOẠN: CNKH KIỀU NGỌC TRÌU Page 16 CHƢƠNG 3: ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH CẮT 3.1.3 Các thông số lớp cắt, tiết diện lớp cắt khi bào, xọc Hình dạng tiết diện lớp kim loại bị cắt cũng giống như tiện , phụ thuộc vào hình dạng lưỡi cắt chính... ghép và dao khoét răng chắp lắp ghép BIÊN SOẠN: CNKH KIỀU NGỌC TRÌU Page 25 CHƢƠNG 3: ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH CẮT Thông số hình học của dao khoét lắp ghép thép gió Như đã nói, dao khoét không có lưỡi ngang, do đó cũng không có góc  Các yếu tố cắt và định nghĩa các thông số hình học khác của dao khoét cũng tương tự như ở dao khoan Góc trước  của dao khoét được đo trong mặt cắt chính N – N và. .. thời điểm đang xét chiều dày cắt ai thay đổi từ đầu đến cuối răng phụ thuộc vào góc i Thêm vào đó góc  thay đổi từ  c1 đến  d1 Diện tích của nhân tố cắt có chiều dày là ai và chiều rộng dbi được biểu diễn như sau: dfi = ai.dbi Diện tích cắt do toàn chiều dài răng cắt ra được tính như sau: BIÊN SOẠN: CNKH KIỀU NGỌC TRÌU Page 15 CHƢƠNG 3: ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH CẮT fi = Trong đó: dbi = =... lực cắt một cách trực tiếp như trong các công thức ảnh hưởng riêng biệt hoặc gián tiếp qua các hệ số điều chỉnh Thực tế chỉ ra rằng công thức tổng quát thích hợp nhất để tính lực cắt khi tiên bao gồm các thông số: chiều sâu cắt, lượng chạy dao và tốc độ cắt Còn các yếu tố khác cho gián tiếp thông qua các hệ số ảnh hưởng BIÊN SOẠN: CNKH KIỀU NGỌC TRÌU Page 35 CHƢƠNG 3: ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH . của chi tiết quay (m/ph) Vectơ tốc độ dài khi quay của một điểm của phôi có phương tiếp tuyến với vòng tròn vạch ra bởi điểm đó khi quay quanh trục của nó. Cần chú ý rằng, tốc độ quay thường. của chuyển động quay của chi tiết Khi tiện tốc độ quay của chi tiết được tính bằng biểu thức: V = 1000 Dn  (m/ph) Trong đó: D – đường kính của phôi (mm) n – số vòng quay của máy trong. để cắt hết lượng dư phụ thuộc vào tốc độ quay của chi tiết gia công, kích thước lớp kim loại bị cắt sau một lần chuyển dao và số lần chuyển dao. Tốc độ quay cúa chi tiết gia công phụ thuộc vào