NGUYÊN LÝ CẮT - HỌC TRÌNH 1 NGUYÊN LÝ CHUNG - BÀI 3 pptx

Bài CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH CẮT GỌT  I Quá trình hình thành phoi cắt : Khi cắt lưỡi cắt dao tác dụng vào kim loại lực ( lực cắt ), gây thay đổi lý vùng cắt vật liệu - Đầu tiên tác dụng lực P kim loại bị nén biến dạng đàn hồi -Dao tiến sâu vào ( lực P lớn) gây nên ứng suất bên kim loại lơn giới hạn đàn hồi kim loại bắt đầu bị biến dạngdẽo ( phàn từ bên kim loại bắt đầu bị trượt theo mặt trượt phương trượt) -Do biến dạng tinh thể phương bị kéo dài thành hình elíp (góc mặt trượt so với phương lực cắt 1) -Khi dao tiếp tục tiến thêm => áp lực gia tăng làm ứng suất tăng vượt giới hạn bền kim loại bị biến dạng lớn bắt đầu bị phá huỷ Trên phần kim loại phôi mặt trước daop xuất hiệncác vết nứt theo góc phá huỷ 2(2  1) - Khi dao tiếp tục tiến, phoi bị cắt trượt mặt trước dao, dao tiếp tục ép lên càc phần tử kim loại II Các dạng phoi cắt: Các nhà cơng nghệ vào hình thành phoi cắt mà đánh giá thông số dụng cụ cắt, yếu tố chế đô cắt hợp lý hay chưa, mức độ tiêu hao lượng nhiều hay ít, chất lượng bế mặt gia cơng có đảm bảo hay khơng… Có dạng phoi cắt sau đây: *Phoi vụn: phoi cắt hạt nhỏ rời rạt có hình dáng kích thước khác Phoi vụn thường gặp gia cơng vật liệu giịn hay cắt với vận tốc thấp Sự hình thành phoi khơng liên tục (phoi vụn) làm lực cắt thay đổi gây va đập, rung động … chất lượng bề mặt xấu đi, nhiệt lực cắt tập trung mũi dao *Phoi xếp : Mặt phoi tiếp xúc với mặt trước dao nhẵn bóng mặt đối diện với có nếp gợn (nức nẻ), phoi bị đứt thành mảnh đoạn ngắn Dạng phôi trhường xuất cắt vật liệu dẻo vừa, (vận tốc cắt, lượng chạy dao trung bình dao có góc trước  lớn) Khi cắt phoi xếp bề mặt cơng nhẵn bóng *Phoi dây: Thường gặp cắt vật liệu dẻo cắt với ­ vận tốc cao, góc độ mài dao hợp lý Phoi có dạng dây dài – xoắn (mặt phoi tiếp xúc với mặt trước dao nhẵn bóng, mặt cịn lại gợn nứt) Phoi dây khả biến dạng dẻo Do có phoi dây mà lực cắt thay đổi ít, tiêu hao lượng giảm, chất lượng bề mặt gia công tốt Cần ý loại vật liệu gia công tuỳ theo điều kiện cắt gọt, thống số hình học dao, chế độ cắt,….có thể cho ta phoi vụn, phoi xếp phoi dây Vì từ chỗ quan sát phoi cắt người thợ phán đốn ngun nhân để có điều chỉnh kịp thời III Sự co rút phoi: Sự co rút phoi đặc tính tiêu biểu nói lên mức độ biến dạng lượng kim loại cắt gọt Từ nghiên cứu co rút phoi phương diện thể tích nhận biết việc cắt diễn khó hay dễ, lượng tiêu hao nhiều hay Gọi a,b,L, kích thước cần cắt; ap,bp,c kích thước phoi, thì: Mặt trước ap bp Dao a Lp b Phôi L L> Lp a> ap b> bp hệ số co rút phoi theo: -Chiều dài: KL= L/ Lp >1 -Chiều dài: Ka= ap/a>1 Theo định luật bảo tồn thể tích: a.b.L = ap bp.Lp Ta có :L/ Lp = ap /a hay: KL=Ka IV Hiện tượng lẹo dao: * Hiện tượng : Khi cắt kim loại khoảng tốc độ đó, mặt trước dao xuất khối kim loại có độ cứng lớn, có tổ chức tính chất khác biệt với vật liệu chi tiết gia công, vật liệu làm dao Khối kim loại lúc to, lúc nhỏ khác nhau… Nó xuất biến hàng chục lần giây Đó tượng lẹo dao * Nguyên nhân: Tại vùng vật liệu phoi tiếp xúc với mặt trước dao đồng thời chịu tác dụng ba lực: T- Lực ma sát phoi mặt trước dao S- Lực liên kết lớp kim loại thuộc phoi W- Lực thoát phoi Ở nhiệt độ thấp lực liên kết S ( nội lực ma sát) lớn, nhiệt độ tăng lên lực S giảm dần nên : T> S +W kim loại thuộc lớp tiếp xúc tách khỏi phoi nằm lại mặt trước dao tạo thành khối lẹo dao Khi nhiệt độ cao nữa, lớp kim loại gần đến trạng thái nóng chảy làm nội ma sát (S) ngoại ma sát (T) giảm T giảm nhanh S nên lẹo dao khơng hình thành, cịn lẹo dao trước bị nung chảy bị lực dịng phoi n T H S   W Lẹo dao có tác dụng tích cực bảo vệ lưỡi cắt khỏi bị mịn nhanh, làm tăng góc trước (ld > ) giảm lực cắt Tuy nhiên lẹo dao làm lưỡi cắt “cùn - tù” hình thành biến nhiều lần gây rung động q trình cắt làm giảm độ bóng, độ xác gia cơng Do ta cần phải tránh xảy tượng lẹo dao trình gia công * Những nhân tố ảnh hưởng đến lẹo dao: H V1 V2 V + Tốc độ cắt: Từ thực nghiệm với số điều kiện định cho thấy lẹo dao hình thành phạm vi tốc độ cắt từ V1 đến V2 +Vật liệu gia công: Khi gia cơng vật liệu giịn phoi dễ phá huỷ đứt sớm nên khó hình thành lẹo dao Lẹo dao thường hình thành gia cơng vật liệu dẻo Tính dẻo vật liệu khác khoảng tốc độ để tượng lẹo dao (V1,V2) chiều cao lẹo dao (H1) khác +Góc trước dao (): Góc trước dao nhỏ, phoi biến động nhiều nên tần số hình thành biến lẹo dao thấp, chiều cao lẹo dao lớn + Anh hưởng chiều dày cắt (a): Khi chiều dày cắt lớn, tần số hình thành biến lẹo dao lớn V Hiện tượng cứng nguội Trong q trình gia cơng duới tác dụng lực cắt, lớp bề mặt chi tiết gia công xảy tượng dẻo  hạt tinh thể bị kéo lệch mạng chúng sinh ứng suất Tác dụng làm tăng thể tích riêng làm giảm mật độ kim loại ” độ cứng, độ giòn, giới hạn bền tăng lên cịn tình dẻo – dai bị giảm, tính dẫn từ thay đổi, … bề mặt kim loại làm chắc” gọi tượng cứng nguội Đặc trưng tượng cứng nguội cứng độ tế vi Mức độ biến dạng cứng, chiều sâu lớp biến cứng tỷ lệ với mức độ biến dạng dẻo lớp bề mặt kim loại Hiện tượng cứng nguội gây ảnh hưởng xấu, làm giảm độ bóng, độ xác tính tổng hợp lớp bề mặt chi tiết gây cảng trở đến lần gia công Các nhân tố ảnh hưởng đến tượng gồm: - Các thơng số hình học dao, yếu tố chế độ cắt làm tăng mức độ biến bạng phơi, phoi tăng độ cứng nguội - Mức độ mài mịn dao tăng độ cứng nguội tăng; - Bán kính mũi dao tăng, độ cứng nguội tăng lên Muốn giảm tượng cứng nguội ta phải lựa chọn chế độ cắt hợp lý, thơng số hình học dao thích hợp kết hợp với dung dịch trơn nguội cắt Đồng thời với tượng làm lớp kim loại bề mặt cịn tồn qúa trình ngược lại làm cho kim loại suy yếu trở lại trình trạng ban đầu chưa biến cứng Qúa trình phụ thuộc vào nhiệt độ vùng cắt nhiệt độ lớn kéo dài kim loại bề mặt suy yếu mạnh Tính chất cuối lớp bề mặt tuỳ theo tỷ lệ tác động hai yếu tố lực nhiệt vùng cắt VI Ứng suất dư bề mặt gia công: Ứng suất dư sinh lớp bề mặt chi tiết gia công giải thích: Khi cắt lớp mỏng kim loại tồn trường lực => gây nên biến dạng dẻo không vùng Khi cắt, trường lực biến dạng dẻo làm xuất ứng suất dư Khi lớp kim loại bề mặt bị cứng nguội, thể tích riêng tăng lên, lớp bên không bị biến dạng giữ thể tích bình thường Do có liên hệ hai lớp nên lớp sinh ứng suất dư nén lớp bên để cân sinh ưng suất dư kéo Trong vùng cắt, nhiệt cắt nung nóng cục lớp bề mặt làm mơđun đàn hồi giảm xuống tối thiểu Sau bề mặt chi tiết nhanh chóng nguội co lại Nhưng có liên hệ với lớp bên nên lớp ngồi sinh ứng suất dư kéo, cịn lớp để cân sinh ứng suất dư nén Khi cắt nhiệt sinh làm thay đổi cấu trúc kim loại, kim loại chuyển pha làm thể tích bị thay đổi Ở lớp kim loại tích riêng lớn sinh ứng suất dư nén, ngược lại lớp có cấu trúc thể tích riêng nhỏ sinh ứng suất dư kéo Tóm lại, gia cơng bề mặt sinh ứng suất dư – trị số, dấu chiều sâu phân bố phụ thuộc vào phương pháp gia công chế độ cắt Ứng suất dư làm giảm chất lưọng bề mặt chi tiết gia công, làm giảm khả chịu mõi,… Hạn chế sử dụng chi tiết máy sau Nếu ứng suất dư lớn, sau gia công chi tiết bị biến dạng, vỡ, nứt… không dùng Để giảm ứng suất dư cần phải chọn chế độ cắt, góc độ dao hợp lý tưới dung dịch trơn nguội vào vùng cắt VII Hiện tượng nhiệt cắt : Trong q trình cắt, cơng tiêu hao chuyển thành nhiệt Nhiệt sinh trình cắt tượng vật lý quan trọng trực tiếp ảnh hưởng đến tính chất lý vật liệu gia công độ bền dao cụ Nhiệt sinh làm giảm suất độ xác gia công Q = QF + Qd + Qc + Qmt QF – Nhiệt vào phoi Qd – Nhiệt vào dao Qc – Nhiệtn vào chi tiết Qmt – Nhiệt vào môi trường (Khoảng 75 – 80%) (Khoảng 15 – 20%) (Khoảng 4%) (Khoảng 2%) VIII Hiện tượng rung động cắt: Rung động làm cho vị trí dao cắt chi tiết gia cơng thay đổi theo chu kỳ Khi tần số thấp, biên độ lớn sinh độ sóng bề mặt, tần số cao, biên độ nhỏ sinh độ nhấp nhô bề mặt Rung động làm cho dao cụ mau mịn Ngồi rung động mà chiều sâu cắt, lực cắt, tiết diện phoi biến động làm tăng sai số gia công Rung động hệ thống công nghệ gồm hai loại : rung động cưỡng tự rung *Rung động cưỡng lực kích thích từ bên ngồi truyền đến Tuỳ theo nguồn lực kích thích rung động cưỡng có chu kỳ không chu kỳ Nguồn gốc sinh lực kích thích sai số cá biệt chi tiết máy, mặt tiếp xúc có khe hở, khâu quay không cân bằng, lượng dư gia công không đều, bề mặt gia công không liên tục rung động máy xung quanh truyền sang … Biện pháp để giảm rung đông cưỡng : - Tăng độ cứng vững hệ thống công nghệ - Yêu cầu độ xác chế tạo – lắp ráp máy, đồ gá cao - Phải cân khâu quay cao tốc - Tránh cắt không liên tục - Phôi cần chọn lọc gia công sơ - Trang bị thêm cấu giảm rung động - Móng máy đủ khả dập tắt dao động cách chấn với xung quanh *Tự rung loại dao động khơng giảm được, trì nguồn lượng không đổi thân chuyển động cắt gây – có nghĩa ngừng cắt tự rung chấm dứt Tự rung làm ảnh hưởng đến chất lượng gia công, việc khắc phục khó khăn Cho đến chưa có giả thiết giải thích thoả đáng chất tượng Để hạn chế tự rung động cần giảm lượng truyền đến tăng lượng tiêu hao Biện pháp giảm lượng truyền đến : Thay đổi hình dạng hình học dao cắt chế độ cắt để giảm lực cắt phương có rung động Sử dụng dung dịch trơn nguội hợp lý để giảm bớt mòm dao +Để tăng lượng tiêu hao, cần : Nâng cao độ cứng vững hệ thống công nghệ, nâng cao tần số tự rung để làm tăng sức cản ma sát giảm biên độ dao động xuống Sử dụng trang bị giảm rung để thu bớt lượng dao động Nguyên lý trang bị giảm rung động : Dựa vào chi tiết dao động khối lượng nhỏ cho tần số khối lượng tần số dao động chi tiết Trang bị giảm rung tạo dao động lệch pha với dao động chi tiết 1800 Lực sinh lực dao động ngược chiều nên cân làm triệt tiêu dao động IX Dung dịch trơn nguội: Để cải thiện điều kiện cắt gọt, nâng cao suất, tăng độ bóng bề mặt gia cơng … Người ta tưới vào vùng cắt loại dung dịch trơn nguội Dung dịch trơn nguội có hai tính quan trọng: - Làm nguội để giảm nhiệt độ vùng cắt, giảm biến dạng nhiệt, … - Bôi trơn để giảm ma sát, giảm lực cắt để nâng cao suất Yêu cầu dung dịch trơn nguội phải ln ổn định có nghĩa khơng bị biến chất thời gian dài, mặt khác không ảnh hưởng đến công nhân gây mùi hôi ăn mịn da thịt – quần áo … ; khơng đông đặc hay ngưng tụ làm cản trở cho việc bơm tưới ; khơng làm gỉ sét hay ăn mịn máy, dao, chi tiết gia công Các loại dung dịch trơn nguội thông dụng : Khi gia công thô người ta thường dùng dung dịch nước có pha chất chống ăn mịn như: Axit Nitơrít lỗng, Xút, Êmuxi, … Cịn gia công tinh thường dùng dung dịch chứa chất hoạt tính Axít béo hữu cơ, Axít béo, Kiềm hữu cơ, Dầu thực vật… Để tưới dung dịch trơn nguội vào vùng cắt người ta người ta sử dụng hệ thống bơm kết hợp với vòi phun Lưu lượng dung dịch trơn nguội tính tốn điều chỉnh cho đảm bảo hiệu làm nguội bôi trơn vùng cắt X Hiện tượng phương thức mài mòn dao: a Hiện tượng mài mòn dao cắt kim loại : Trong suốt trình cắt gọt mặt trước dao tiếp xúc có chuyển động tương mặt gia cơng chi tiết Sự tiếp xúc phần tử kim loại có đặc điểm đáng ý: - Sự tiếp xúc thực áp lực lớn - Quá trình diễn nhiệt độ cao - Hệ số ma sát vùng tiếp xúc có chuyển động lớn ( =0.4 – ) - Mỗi phần từ kim loại dao tiếp xúc với phần tử phoi hay chi tiết có lần khơng lập lại Từ lý thuyết mài mòn Summer Smiht Delepiereux khái quát thành nguyên nhân dẫn đến mài mòn dao sau : +Mài mòn trình ma sát học gây nên Khi cắt bề mặt dao tiếp xúc chuyển động tương phoi chi tiết Dưới tác dụng tải trọng phần tử kim loại vùng tiếp xúc phát sinh mối liên kết kim loại Nếu mối liên hệ lớn độ bền thân kim loại tham gia tiếp xúc thân phần tử kim loại loại có độ bền nhỏ bị lôi +Mài mòn xuất liên tục khối lẹo dao: Khi cắt vùng tiếp xúc gần mũi dao hình thành nên khối lẹo dao có độ cứng cao độ cứng thân kim loại tham gia tiếp xúc Mặt khác sinh bị lôi liên tục dẫn đến tốc độ mài mòn bề mặt dao tăng lên +Mài mòn tượng khuếch tán vùng tiếp xúc: Vật lý chứng minh : Có hai kim loại ép vào ta đốt nóng vùng tiếp xúc xuất hiệu điện Các phần tử kim loại hai vật tiếp xúc khuếch tán vào Hiện tượng gọi tượng thẩm thấu +Sự xuất phát triển vết nứt tế vi dẫn đến gẫy dao b dạng mài mòn dao: - Mài mòn mặt sau - Mài mòn mặt trước - Mài mòn lưỡi liềm - Mái mòn mũi dao - Mài mịn lưỡi cắt Thơng thường dạng mài mịn đồng thời xảy dao cắt Song với dao cho trước thời điểm khảo sát với điều kiện cắt cụ thể có dạng mài mòn đặc trưng Loại mài mòn đặc trưng thường phụ thuộc vào vật liệu gia công, vật liệu dao, phương pháp cắt tính chất cắt gọt +Mũi dao bị mài mịn : Vị trí tiếp xúc dao chi tiết (theo phương t ) thay đổi dẫn đến thay đổi đường kính gia cơng, mặt khác bán kính mũi dao (R ) thay đổi dẫn đến thay đổi cắt +Mặt sau bị mài mịn (góc sau Oo) làm tăng tiếp xúc mặt sau dao mặt gia công chi tiết Sự tiếp xúc làm tăng đáng kể tải trọng lực nhiệt +Mặt trước dao bị mài mịn ( góc trước dao  âm ) làm tăng mức độ biến dạng cắt dẫn đến tăng tải trọng +Mài mòn lưỡi liềm: làm tăng góc trước  tăng lên phoi dễ thoát, ngược lại làm yếu dao () Độ lớn lưỡi liềm tăng đến mức dao khơng cịn khả chịu lực cắt gây gãy dao +Cùn lưỡi cắt: Dao cùn hớt bớt lớp kim loại khỏi chi tiết mà trượt bề mặt gia công c Các giai đoạn q trình mài mịn dao: Lý thuyết mài mịn nói chung kết thí nghiệm mài mịn dao nói riêng chứng minh rằng: q trình mài mịn dao diễn ba K I O a b T giai đoạn +Giai đoạn bắt đầu mài mịn O có tốc độ mài mòn lớn diễn thời gian ngắn, mài mòn chủ yếu giai đoạn sang học nhấp nhô để lại gia công +Giai đoạn mài mịn bình thường có tốc độ mài mòn nhỏ diễn thời gian dài, giai đoạn tương tự giai đoạn làm việc bình thường chi tiết máy sau thời kỳ chạy rà +Giai đoạn mài mịn khóc liệt (sau) với tốc độ lớn diễn thời gian ngắn liền sau dao bị cháy bị gãy vỡ khả cắt Điểm  gọi điểm mòn tới hạn Độ cứng mài mòn tương ứng với điểm  gọi độ mài mòn cho phép  Chất lượng bề mặt gia cơng Độ bóng bề mặt gia cơng a Khái niệm chất lượng gia công: Đối tượng q trình cắt gọt chi tiết gia cơng Do ảnh hưởng nhiều yếu tố có liên quan đến trình cắt gọt chi tiết thực tế gia cơng có sai lệch với chi tiết thực tế Những sai phân làm nhóm: -Nhóm sai lệch đại quan (phát mắt thường ) kích thước, hình dáng vị trí tương quan bề mặt  khái niệm độ xác gia cơng -Nhóm sai lệch tế vi : độ nhấp nhơ bề mặt, thay đổi tính chất lý lớp bề mặt ,……. khái niệm chất lượng bề mặt gia công b Chất lượng bề mặt gia cơng * Độ nhám độ bóng bề mặt: Nguyên nhân khác bề mặt lý tưởng bề mặt gia công thực tế - Bề mặt gia cơng chép hình dạng lưỡi cắt dao - Có lượng chạy dao S làm cho vết cắt không liên tục để lại phần kim loại chưa cắt - Do rung động hệ thống cơng nghệ MGDC - Do q trình biến dạng ma sát làm phát sinh vết nứt tế vi Kết nguyên nhân để lại bề mặt chi tiết sau gia công vết lồi, lõm.Vết lồi, lõm gọi làđộ nhấp nhô tuỳ thuộc vào chiều cao nhấp nhơ phân làm cấp độ bóng * Các số đo nhám bề mặt : Đặt trưng loại : +Độ không phẳng (Rmax) khoảng cách đo theo phương y từ đỉnh cao tới đáy nhấp nhô nhấp nhô khoảng chiều dài đơn vị tính mk +Chiều cao nhấp nhơ trung bình( Ra) khoảng cách trung bình điểm prơfin đến đường trung bình Ra xác định theo công thức: n Ra   y i n i 1 n hq  y dx l +Số đo độ nhám hq tính theo biểu thức: +Chiều cao nhấp nhô Rz Chiều cao nhấp nhô Rz xác định cách chọn chiều dài sở đỉnh nhấp nhô ổn định đáy nhấp nhô ổn định Độ chênh lệch trung bình đỉnh đáy Rz Ví dụ: ta chọn đỉnh 1,3,5,7,9 có khoảng cách tới đường chuẩn h1,h3,h5,h7,h9 đáy 2,4,6,8,10 có khoảng cách từ đáy tới đường chuẩn h2,h4,h6,h8,h10 thì: Rz  ( h  h   h )  ( h  h   h 10 ) Hiện tượng cứng nguội: Hậu biến dạng đàn hồi biến dạng dẽo sau cắt tạo bề mặt chi tiết lớp kim loại bị nén khiến cho bề mặt trở nên bền cứng so với thân cấu trúc kim loại Đó tượng cứng nguội, để đánh giá tượng cứng nguội người ta dùng số thông số sau: - Mức độ cứng nguội H H  H  H0 x 100 % H0 Trong đó: H độ cứng lớp mỏng bề mặt sau biến dạng dẽo H0 độ cứng lớp mỏng bề mặt trước biến dạng dẽo - Chiều sâu cứng nguội - Trị số, chiều sâu dấu ứng suất dư lớp bề mặt Khi gia công mũi dao không nhọn lí tưởng mà có bán kính R nên cắt mặt sau dao trượt bề mặt gia công làm tăng mức độ biến dạng dẽo bề mặt chi tiết Còn biến dạng khối kim loại vùng phía trước mặt dao làm tăng chiều sâu cứng nguội Tất thônh số chế độ cắt, hình dáng hình học dao làm tăng biến dạng Còn dao bị cùn góc sau giảm, khơng dùng dung dịch bơi trơn nguội,…sẽ làm tăng mức độ cứng nguội Hiện tượng cứng nguội có ảnh hưởng xấu đến chi tiết lớp cứng nguội dịn dễ bị rạn nứt đồng thời gây khó khăn cho lần gia công sau  ... chọn chế độ cắt, góc độ dao hợp lý tưới dung dịch trơn nguội vào vùng cắt VII Hiện tượng nhiệt cắt : Trong q trình cắt, cơng tiêu hao chuyển thành nhiệt Nhiệt sinh trình cắt tượng vật lý quan trọng... cưỡng : - Tăng độ cứng vững hệ thống cơng nghệ - u cầu độ xác chế tạo – lắp ráp máy, đồ gá cao - Phải cân khâu quay cao tốc - Tránh cắt không liên tục - Phôi cần chọn lọc gia công sơ - Trang... gẫy dao b dạng mài mòn dao: - Mài mòn mặt sau - Mài mòn mặt trước - Mài mòn lưỡi liềm - Mái mòn mũi dao - Mài mịn lưỡi cắt Thơng thường dạng mài mòn đồng thời xảy dao cắt Song với dao cho trước