Giáo trình nguyên lý cắt - dụng cụ cắt

Giáo trình Nguyên lý cắt và dụng cụ cắtMôn học Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt là một môn học cơ sở trong ngành cơ khí có rất nhiều lý thuyết nhưng có tính ứng dụng thực tiễn rất cao. Giáo trình bao gồm các nội dung: Vật liệu làm dao; Khái niệm về tiện và dao tiện

TRƯỜNG CAO ðẲNG NGHỀ ðỒNG NAI KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO GIÁO TRÌNH NGUYÊN LÝ CẮT – DỤNG CỤ CẮT Biên soạn: PHẠM THANH HOÀNG TRƯỜNG CAO ðẲNG NGHỀ ðỒNG NAI KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO GIÁO TRÌNH NGUYÊN LÝ CẮT – DỤNG CỤ CẮT Biên soạn: PHẠM THANH HOÀNG 2013 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt LỜI NÓI ðẦU Dựa vào yêu cầu và ñiều kiện cụ thể của việc ñào tạo nghề Cắt gọt kim loại thuộc khoa cơ khí chế tạo của trường Cao ðẳng Nghề ðồng Nai, giáo trình Nguyên lý cắt & dụng cụ cắt ñược xây dựng và biên soạn trên cơ sở chương trình khung ñào tạo nghề cắt gọt kim loại ñã ñược nhà nước phê duyệt và ban hành, giáo trình ñược thực hiện bởi tập thể giáo viên Nghề cắt gọt kim loại, thuộc khoa cơ khí chế tạo trường Cao ðẳng Nghề ðồng Nai. Trên cơ sở là chương trình khung, ñồng thời căn cứ vào tiêu chuẩn kiến thức của cấp ñộ ñược ñào, từ ñó tập thể giáo viên của nghề ñã nghiên cứu, hội ý và ñi ñến thống nhất biên soạn giáo trình Nguyên lý cắt & dụng cụ cắt cho sát với khả năng và nhiệm vụ thực tế của nhà trường, ñồng thời vẫn ñịnh hướng ñúng theo chương trình chung, cấp quốc gia. Trong quá trình biên soạn không thể không có những thiếu sót nhất ñịnh, tập thể giáo viên chúng tôi xin nhận sự ñóng góp ý kiến cho giáo trình ngày càng hoàn thiện hơn. Xin chân thành cám ơn! 1 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt MỤC LỤC Stt 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 Nội dung Lời nói ñầu Chương 1: Vật liệu làm dao Chương 2: Khái niệm về tiện và dao tiện Chương 3: Qúa trình cắt gọt kim loại Chương 4: Lực cắt khi tiện Chương 5: Nhiệt cắt và sự mòn dao Chương 6: Bào và xọc Chương 7: Khoan - Khoét - Doa Chương 8: Phay Chương 9: Chuốt Chương 10: Mài Tài liệu tham khảo Trang 01 3 13 31 43 49 61 68 94 111 121 132 2 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Chương 1: VẬT LIỆU LÀM DAO I. VẬT LIỆU LÀM THÂN DAO Quá trình cắt gọt than dao chịu tác dụng của các lực cơ học, sự biến dạng của than dao ảnh hưởng lớn ñến góc ñộ ñầu dao do ñó than dao cần có yêu cầu sau − Thân dao phải có khả năng chịu uốn: do lực cắt gây ra uốn, xoắn… − Than dao phải có ñộ cứng bề mặt cao: do chịu tác dụng của lực kẹp Do yêu cầu trên nên chọn thân dao làm bắng các loại vật liệu tuỳ vào ñiều kiện sau: − Khi bề mặt có yêu cầu kỹ thuật không cao, sử dụng các loại thép: CT51, CT61, C35 (CT5, CT6, 35). − Khi bề mặt có yêu cầu kỹ thuật thong thường, sử dụng các loại thép: C40 (40), C45 (45). − Bề mặt có yêu cầu chính xác, tính bền chi tiết cao, ử dụng các loại thép: 35Cr (35X), 40Cr (40X). II. VẬT LIỆU LÀM PHẦN CẮT GỌT 1. ðặc ñiểm: Là phần vật liệu trực tiếp cắt gọt ra phoi nên ảnh hưởng trực tiếp ñến năng suất và chất lượng bề mặt gia công vì vậy vật liệu làm phần cắt gọt có các yêu cầu sai ñây: a. ðộ cứng: Thường vật liệu cần gia công trong chế tạo cơ khí là thép, gang… có ñộ cứng cao, do ñó ñể có thể cắt ñược, vật liệu làm dao phần cắt dụng cụ phải có ñộ cứng cao hơn ñộ cứng của vật liệu gia công (60 – 65HRC) b. ðộ bền cơ học: Dụng cụ cắt thường phải làm việc trong ñiều kiện rất khắc nghiệt : tải trọng lớn không ổn ñịnh, nhiệt ñộ cao, ma sát lớn, rung ñộng….Dễ làm lưỡi cắt của dụng cụ sứt mẻ. Do ñó vật liệu làm phần cắt dụng cụ cần có ñộ bền cơ học (sức bền uốn, kéo, nén, va ñập…) càng cao càng tốt. c. Tính chịu nóng: Ở vùng cắt, nơi tiếp xúc giữa dụng cụ và chi tiết gia công dụng cụ và chi tiết gia công, do kim loại bị biến dạng, ma sát…nên nhiệt ñộ rất cao (700 – 800oC), có khi ñạt ñến hàng ngàn ñộ (khi mài). Ở nhiệt ñộ này vật liệu làm dụng cụ cắt có thể bị thay ñổi cấu trúc do chuyển biến pha làm cho các tính năng cắt giảm xuống. Vì vậy vật liệu phần cắt dụng cụ cần có tính chịu nóng cao nghĩa là vẫn giữ ñược tính cắt ở nhiệt ñộ cao trong một thời gian dài. d. Tính chịu mài mòn: Làm việc trong ñiều kiện nhiệt ñộ cao, ma sát lớn thì sự mòn dao là ñiều thường xảy ra. Thông thường vật liệu càng cứng thì tính chống mài mòn càng cao. Tuy nhiên ở ñiều kiện nhiệt ñộ cao khi cắt (700 – 8000C) thì hiện tuợng mài mòn cơ học không còn là chủ yếu nữa, mà ở ñây sự mài mòn chủ 3 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt yếu do hiện tượng chảy dính (bám dính giữa vật liệu gia công và vật liệu làm dụng cụ cắt) là cơ bản. Ngoài ra do việc giảm ñộ cứng ở phần cắt do nhiệt ñộ cao khiến cho lúc này hiện tượng mòn xảy ra càng khốc liệt.Vì vậy, vật liệu làm phần cắt dụng cụ phải có tính chịu mòn cao. e. Tính công nghệ: Vật liệu làm dụng cụ cắt phải dể chế tạo: dễ rèn, cán, dễ tạo hình bằng cắt gọt, có tính thấm tôi cao, dễ nhiệt luyện… Ngoài các yêu cầu chủ yếu nêu trên, vật liệu làm phần cắt dụng cụ phải có tính dẫn nhiệt tốt, ñộ dai chống va ñập cao và giá thành rẻ. * Một cách lí tưởng, vật liệu dụng cụ cắt cần phải ñảm bảo các yêu cầu sau ñây: − ðộ cứng ñâm xuyên cao ở nhiệt ñộ cao ñể tăng tính chống mòn do cào sước; − ðộ bền biến dạng cao ñể bảo toàn hình dáng lưỡi cắt khỏi sự biến dạng hoặc cong oằn dưới tác ñộng của ứng suất phát sinh khi tạo phoi; − Tính dẻo dai và chịu va ñập ñể chống lại sự mẻ vỡ lưỡi cắt, ñặc biệt khi cắt không liên tục (có va ñập); − Tính trơ hóa học (ái lực hóa học thấp) với vật liệu gia công ñể chống lại mòn oxy hóa, mòn hóa học và mòn khuyếch tán; − Tính dẫn nhiệt cao ñể giảm nhiệt cắt gần lưỡi cắt; − ðộ bền mỏi cao, ñặc biệt với các dụng cụ ñược sử dụng cắt không liên tục; − ðộ bền mỏi nhiệt cao (thermal shock resistance) ñể bảo vệ dụng cụ không bị vỡ khi cắt không liên tục; − ðộ bền hình dạng cao (high stiffness) ñể ñảm bảo ñộ chính xác gia công; và − Tính trơn trượt thỏa ñáng (adequate lubricity) – ma sát nhỏ với vật liệu gia công ñể hạn chế việc hình thành lẹo dao, ñặc biệt khi gia công vật liệu mềm dẻo. 2. Các loại vật liệu làm phần cắt gọt ðể làm phần cắt dụng cụ, người ta có thể dùng các loại dụng cụ khác nhau tuỳ thuộc váo tính cơ lý của vật liệu cần gia công và diều kiện sản xuất cụ thể. Dưới ñây lần lượt giới thiệu làm phần cắt dụng cụ theo sự phát triển và sự hoàn thiện về khả năng làm việc của chúng. Có hai nhóm vạt liệu: Nhóm thép và không thép Nhóm thép a. Thép Cacbon dụng cụ: 4 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt ðể ñạt ñược ñộ cứng, tính chịu nhiệt và chịu mài mòn, lượng C trong thép Cacbon dụng cụ không thể ñược dưới 0,7% (thường từ 0,7- 1,3%) và lượng P, S thấp (P< 0,035%, S < 0,025%) − ðộ cứng sau khi tôi và ram ñạt HRC = 58-62. − Sau khi ủ ñộ cứng ñạt ñược khoảng HB = 107-217 nên dễ gia công cắt và gia công bằng áp lực. − ðộ thấm tôi nên thường tôi trong nước do ñó dễ gây ra nứt vỡ nhất là những dụng cụ có kích thước lớn. − Tính chịu nóng kém, ñộ cứng giảm nhanh khi nhiệt ñộ ñạt ñến 200o – 250oC ứng với tốc ñộ cắt 4-5 m/ph. − Khó mài và dễ biến dạng khi nhiệt luyện do ñó ít dùng ñể chế tạo những dụng cụ ñịnh hình, cần phải mài theo prôphin khi chế tạo. − Dễ gia công bằng cắt và dễ mài sắc − Rẻ tiền − Có ñộ dẻo dai cao + Phạm vi sử dụng: Dùng làm dụng cụ cắt có vận tốc cắt thấp; dụng cụ cầm tay; dụng cụ gia công hợp kim màu, dụng cụ cắt gỗ. Dưới ñây là bản nêu thành phần hóa học, cơ lý tính và phạm vi ứng dụng của một số mác thép Cácbon dụng cụ thường gặp. Giả sử ta có nhãn hiệuY10A • Chữ Y: kí hiệu của Cácbon. • Chữ A: kí hiệu của chất lượng tốt(hàm lượng P,S 70-71) − ðộ chịu nhiệt cao: 800 - 10000C, do ñó tốc ñộ cắt cho phép của HKC có thể ñạt ñến V >100 m/ph. 7 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt − ðộ chịu mòn gấp 1,5 lần so với thép gió. − Chịu nén tốt hơn chịu uốn (hàm lượng Coban càng lớn thì sức bền uốn càng cao). Hợp kim cứng ñược chế tạo qua các giai ñoạn sau: − Tạo bột Vonfram, Titan và Tantan nguyên chất. − Tạo ra các Cácbit tương ứng từ các bột nguyên chất W, Ti, Ta − Trộn bột Cácbit vời bột Coban theo thành phần tương ứng với các loại hợp kim cứng. − Ép hỗn hợp dưới áp suất lớn (100-140MN/mm2) nung sơ bộ ñến 900oC trong khoảng 1 giờ. − Tạo hình theo các dạng yêu cầu. − Thêu kết lần cuối ở nhiệt ñộ cao1400- 15000C trong 1 ñến 3 giờ tạo thành HKC Sau khi thêu kết, HKC có ñộ cứng cao nên chỉ có thể gia công bằng phương pháp mài hoặc bằng các phương pháp ñặc biệt (ñiện hoá, tia lửa ñiện…) Hợp kim cứng là loại kim loại bột nên có ñộ xốp (khoảng 5%) Hạt cácbit càng mịn, phân bố càng ñều thì tính năng thì tính năng của hợp kim cứng càng cao, chủ yếu là ñộ cứng và tính chịu mài mòn. ðộ cứng của hợp kim cứng phụ thuộc vào lượng Cácbit Vonfram, Cácbit Titan và Cácbit Tantan. Lượng Cácbit càng lớn thì ñộ cứng càng cao. Lượng coban càng nhiều thì ñộ cứng càng giãm, tuy nhiên ñộ bền và tính dẽo càng tăng. Có ba nhóm hợp kim cứng thường gặp như sau: 1. Nhóm một Cácbit – kí hiệu K (ISO) hoặc BK (Nga) thành phần gồm: Cácbitvonfram (WC) và Coban (Co) nhóm này chủ yếu ñể gia công vật liệu giòn: gang, kim loại màu… 2. Nhóm hai cácbit – kí hiệu là P (ISO) hoặc TK (Nga) thành phần gồm: Cácbit Vonfram (WC), Cácbit Titan (TiC) và Coban (Co). Nhóm hai Cácbit có tính chóng dính cao hơn nên ñược dùng ñể gia công kim loại dẽo như thép,…(thường hình thành phoi dây khi cắt và có nhiệt ñộ căt cao ở mặt trước). 3. Nhóm ba cácbit – kí hiệu M (ISO) hoặc TTK (Nga) thành phần gồm: Cácbit Vonfram (WC), Cácbit Titan (TiC) và Coban (Co) và Cácbit Tantan (TaC) Loại này thường ñược dùng ñể gia công các loại vật liệu khó gia công. 8 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Ở nước ta, cũng ñã từng sản xuất thử nghiệm hợp kim cứng. Tuy nhiên do chất lượng chưa ổn ñịnh, mặt khác giá thành cao. ISO phân hợp kim cứng theo ba nhóm chính khi tạo phoi: − Nhóm kí hiệu P cho các vật liệu cắt ra phoi dây. − Nhóm kí hiệu M là loại vạn năng dùng gia công các loại vật liệu cắt ra phoi dây và phoi xếp. − Nhóm loại K dùng gia công các loại vật liệu cho phoi hạt và phoi vụn. ðặt tính chung của hợp kim cứng khi tăng ñộ cứng và tính chịu mài mòn thì sẽ giảm tính dẻo. Khi tăng tính dẻo (tăng lượng Coban) sẽ làm giảm tính mài mòn và tính chịu nhiệt. Sự phát triển của hợp kim cứng xuất phát từ các nhóm công cụ (ví dụ: loại P10, P20, P30) theo hai hướng. Một hướng là tăng thành phần Cácbít Titan (ví dụ P03) làm tăng tính chịu mòn và cắt ñược ở tốc ñộ cao. Hướng thứ hai là tạo ñược hợp kim cứng có ñộ dẻo cao dùng ñể cắt các loại vật liệu có ñộ cứng và va ñập mạnh (ví dụ, bào và tiện thô) với tốc ñộ cắt thấp, diện tích và lực cắt lớn hơn. Các loại hợp kim cứng P40, P50 ñể gia công thép có thành phần Coban (Co) tương ñối lớn. Hợp kim cứng ñược chế tạo thành các dạng theo tiêu chuẩn (các mảnh hợp kim cứng). Các mảnh ñó ñược hàn, kẹp lên thân dụng cụ tiêu chuẩn. Ngày nay, các mảnh hợp kim cứng ñược phủ lên một lớp mỏng vài mirômet bằng các loại cácbít cứng như TiC, TiC/ TiN (Cácbít Titan, Nitrít Titan). Các lớp phủ làm tăng ñộ cứng, tính chịu mài mòn và chịu nhiệt của hợp kim cứng (ñộ cứng > 91 HRA, chịu ñược nhiệt ñộ khoảng 10000C, ứng với tốc ñộ cắt V > 300m/ph. ðể sử dụng hợp lí và có hiệu quả hợp kim cứng cần chú ý các ñiều kiện sau: * Chế ñộ gia công: − Lựa chọn hợp kim cứng cho vật liệu gia công (các nhóm P, K) và theo yêu cầu gia công (gia công, thô, tinh, lần cuối). − Xác ñịnh chế ñộ gia công (tốc ñộ cắt lượng chạy dao, chiều sâu cắt) phù hợp cặp vật liệu (chi tiết- dụng cụ cắt) và yêu cầu gia công cần chú ý ñến việc lựa chọn tuổi bền kinh tế. − Không dùng dung dich trơn nguội (gia công khô) hoặc phải tưới mạnh và nhiều. *ðối với dụng cụ: − Xác ñịnh thông số hình học theo ñiều kiện gia công. 9 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt − ðảm bảo kích thước thân dụng cụ ñể khi gia công không có rung ñộng. − Mài sắc hợp lý và từ từ bằng ñá mài sẳn Cácbít Silíc hoặc ñá mài kim cương. *ðối với máy công cụ: − Máy có ñộ cứng vững tốt không rung ñộng ở tốc ñộ cắt cao và lực cắt lớn. ñảo bảo kẹp chặt tốt dụng cụ và chi tiết. − Kiểm tra công suất cắt và công suất máy ñể tránh quá tải. Nhóm không thép e. Vật liệu gốm: Vật liệu gốm ñược nghiên cứu từ nhưng năn1930 và ñưa vào sử dụng sau 1950. Thành phần chính của gốm là “ñất sét kỹ thuật” (Al2O3) gồm hai pha của oxít nhôm: γAl2O3 có ρ =3,65g/cm3 và α Ai2O3 với ρ = 3,96g/cm3 *Các tính năng chủ yếu của vật liệu gốm: − ðộ cứng và tính giòn cao. − Chịu mòn và chịu nhiệt cao nên thường dùng ñể cắt ở tốc ñộ cao. − Tính dẫn nhiệt kém nên khi cắt không dùng dung dịch trơn nguội. − Tính dẽo kém do sức bền uống kém, vì vậy không dùng ñể gia công khi có rung ñộng, va ñập và lực cắt lớn. − Mài sắc bằng ñá mài kim cương. *Phạm vi sử dụng của vật liệu gốm: − Tốc ñộ cắt không nhỏ hơn 100m/ph. − Khi gia công thép, tốc ñộ cắt: V=1 – 2 lần so với khi cắt bằng HKC. − Khi gia công gang, tốc ñộ cắt V = 2 – 3 lần so với HKC − Tốc ñộ cắt tinh lớn nhất khi gia công thép xây dựng có thể ñạt ñến 600m/ph, khi gia công gang, V = 800m/ph. − Vì chịu rung rộng và va ñập kém nên chủ yếu ñược dùng ñể gia công tinh chiều sâu cắt và lượng chạy dao bé. − Vì tính dẫn nhiệt kém nên không dùng dung dịch trơng nguội khi cắt. Riêng ñối với Nitritsilic (Si3N4) có sức bền và tính dẫn nhiệt cao hơn Oxit nhôm khoảng bốn lần nên có thể dùng dung dịch trơn nguội. − Nhờ có tính mòn cao nên thường dùng ñể gia công lần cuối ñể ñạt ñộ chính xác kích thước và ñộ nhẵn bề mặt cao. 10 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt − Các mảnh dao gốm thường ñược kẹp cơ khí vào thân dao và không mài sắc lại. f. Vật liệu tổng hợp (nhân tạo) siêu cứng: Sau vật liệu gốm, người ta tiếp tục nghiên cứu và chế tạo một loại vật liệu làm dụng cụ mới. ðó là vật liệu tổng hợp siêu cứng. Có hai loại thường gặp là: kim cương tổng hợp và Nitrit Bo lập phương (còn gọi là El bo). 1>Kim cương nhân tạo: + Nhận ñược từ việc nén grafit ở nhiệt ñộ 27000C với áp suất ñến 100,000 at. + Ưu ñiểm: − ðộ cứng rất cao: HV = 100,000 MPa; ñộ bền mòn lớn − Hoạt tính hóa học kém nên chịu ñược tác dụng của axit và bazơ − Hệ số ma sát & khả năng hàn dính với kim loại kém (trừ kim loại & HKñen) − Hệ số dẫn nhiệt cao: λ = (138.2 – 146.5) W/m.0K − ðộ bền nhiệt cao: 8000C − Dễ nhận ñược lưỡi cắt sắc (ρ Chuyển ñộng chính: (chuyển ñộng cắt chính) là chuyển ñộng cơ bản của máy cắt ñược thực hiên qua dụng cụ cắt hay chi tiết gia công. Nó có thể là chuyển ñộng quay, tịnh tiến khứ hồi hoặc ở dạng kết hợp… Ví dụ: Khi tiện chuyển ñộng chính là chuyển ñộng quay tròn của phôi gá trên mâm cặp; khi phay, khoan, mài chuyển ñộng chính là chuyển ñộng quay tròn 13 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt của dao phay, khoan và ñá mài; còn khi bào và xọc là chuyển ñộng tịnh tiến khứ hồi qua lại và lên xuống của dao… b> Chuyển ñộng chạy dao: là chuyển ñộng của dao hay chi tiết gia công nó kết hợp với chuyển ñộng chính tạo nên quá trình cắt gọt. Chuyển ñộng chạy dao có thể liên tục hay gián ñoạn. Chuyển ñộng này thường ñược thực hiện trong xu hướng vuông góc với chuyển ñộng chính, cụ thể: - Khi tiện, chuyển ñộng chạy dao kà chuyển ñộng ngang – dọc của bàn dao khi cắt: - Khi phay là chuyển ñộng ngang - dọc - ñứng của bàn máy mang phôi - Khi bào là chuyển ñộng ngang (ñứng) của bàn máy và chuyển ñộng lên xuống của ñầu dao - Khi mài là chuyển ñông tịnh tiến ngang (dọc) của bàn máy mang phôi hay trục của ñá mài. - Khi khoan là chuyển ñộng ăn xuống của mũi khoan. c> Chuyển ñộng phụ: là chuyển ñộng không trực tiếp tạo ra phoi như chuyển ñộng tịnh tiến, lùi dao (không cắt vào phôi). II. HÌNH DÁNG KẾT CẤU CỦA DAO TIỆN Hình 2.1: Kết cấu dao tiện 1. Các bộ phận của dao tiện: Dao tiện cha làm hai phân: Phần làm việc và thân dao a. Phần thân Dùng ñể gá vào bàn dao, nó phải ñủ ñộ bền và ñộ cứng vững,…Nhằm ñảm bảo vị trí tương quan giữa dao và chi tiết. 14 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt b. Phần làm việc Là phần làm nhiệm vụ cắt gọt. Phần cắt ñược hợp thành bởi các bề mặt sau: - Mặt trước (1): là bề của dao tiếp xúc với phoi và phoi trực tiếp trượt trên trên ñó và thoát ra ngoài. - Mặt sau chính (2): là bề của dao ñối diện với mặt ñang gia công. - Mặt sau phụ (3): là bề của dao ñối diện với mặt ñã gia công. - Lưỡi cắt chính: là giao tuyến của mặt trước và và mặt sau chính, nó trực tiếp cắt vào kim loại. ðộ dài lưỡi cắt chính có liên quan ñến chiều sâu cắt và bề rộng của phoi. - Lưỡi cắt phụ: là giao tuyến của mặt trước và và mặt sau phụ, một phần lưỡi cắt phụ gần mũi dao cũng tham gia cắt với lưỡi cắt chính. - Lưỡi cắt nối tiếp: (chỉ có một số loại dao tiện) là phần nối tiếp giữa lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ. Khi không có lưỡi cắt nối tiếp dao tiện sẽ có mũi. Mũi dao có thể nhọn hoặc lượng tròn (bán kính mũi dao R = 1 – 2mm). Các lưỡi cắt có thể thẳng hoặc cong và một ñầu dao nên có thể có một hoặc hai lưỡi cắt phụ. Một dao có thể có nhiều ñầu dao nên có rất nhiều lưỡi cắt. Tuỳ theo số lượng của lưỡi cắt chính, người ta chia ra: + Dao một lưỡi cắt: dao tiện, dao bào… +Dao hai lưỡi cắt: mũi khoan +Dao nhiều lưỡi cắt: dao phay, dao doa, dao cưa… +Dao có vô số lưỡi cắt là ñá mài, (mỗi hạt mài có vai trò Hình 2.2 Cấu tạo của dao tiện như một lưỡi cắt) - Mũi dao: Là ñường nối tiếp giữa lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ, thông thường mũi dao là ñường cong có trị số bán kính r = 0,1 – 2 mm. 15 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Khái niệm về mặt chính – phụ hoàn toàn phụ thuộc vào quá trình cắt, có thể trong cùng của một quá trình cắt, vai trò của mặt sau chính và phụ (Do ñó cả lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ) ñổi lẫn cho nhau. Chẳng hạn như phay bánh răng trụ răng thẳng hoặc phay bánh vít bằng dao phay trục vít khi cho chạy dao tiếp tuyến. III. THÔNG SỐ HÌNH HỌC PHẦN CẮT CỦA DỤNG CỤ ðể xác ñịnh các góc ñộ của dao và khảo sát về lực cắt, vận tốc cắt, nhiệt cắt … người ta qui ñịnh các mặt phẳng toạ ñộ của dao (dao tiện). Hình 2.3: Các mặt làm việc của dao tiện − Mặt phẳng cắt là mặt phẳng ñi qua một ñiểm của lưỡi cắt chính và tiếp xúc với mặt ñang gia công. Mặt cắt chứa vectơ vận tốc cắt V. Hay mặt phẳng chứa lưỡi cắt chính và vectơ vận tốc cắt. Nếu lưỡi cắt chính cong mặt cắt tạo bởi ñường tiếp tuyến với lưỡi cắt chính tại ñiểm ñang xét − Mặt phẳng ñáy: Là mặt phẳng ñi qua một ñiểm của lưỡi cắt chính và vuông góc với vectơ vận tốc cắt tại ñiểm ñó. Do ñó mặt ñáy luôn luôn vuông góc với mặt phẳng cắt − Tiết diện chính N – N: Là mặt phẳng ñi qua một ñiểm của lưỡi cắt chính và vuông góc với hình chiếu của lưỡi cắt chính trên mặt ñáy 16 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt − Tiết diện phụ N1 – N1: Là mặt phẳng ñi qua một ñiểm của lưỡi cắt phụ và vuông góc với hình chiếu của lưỡi cắt phụ trên mặt ñáy. 1. Thông số hình học trạng thái tĩnh của phần cắt các loại dụng cụ ðể ñảm bảo năng suất – chất lượng bề mặt gia công, dao cắt cần phải có hình dáng và góc ñộ hợp lý. Thông số hình học của ñược xét ở trạng thái tĩnh (khi chưa làm việc). Góc ñộ của ñược xét trên cơ sở: dao tiện dao dao dao ñầu thẳng ñặt vuông góc với phương chạy dao, mũi dao ñược gá ngang tâm phôi. Các thông số hình học của dao nhằm xác ñịnh vị trí các góc ñộ của dao nằm trên ñầu dao. Những thông số này ñược xác ñịnh ở tiết diện chính N – N, ở mặt ñáy, ở tiết diện phụ N1 – N1 và trên mặt phẳng cắt gọt. Hình 2.4 Các thông số phần cắt +Góc trước γ: Là góc tạo thành giữa mặt trước và mặt ñáy ño trong tiết diện chính N – N. Góc trước có giá trị dương khi mặt trước thấp hơn mặt ñáy tính từ mũi dao, có giá trị âm khi mặt trước cao hơn mặt ñáy và bằng không khi mặt trước song song với mặt ñáy (γ = 60 ÷ 200) Khi góc trước lớn biến dạng phoi nhỏ, việc thoát phoi dễ dàng, lực cắt và công tiêu hao giảm, năng suất tăng. +Góc sau chính α: Là góc tạo thành giữa mặt sau và mặt phẳng cắt gọt ño trong tiết diện chính. Góc sau thường có giá trị dương. Góc sau càng lớn mặt sau ít bị ma sát vào bề mặt gia công nên chất lượng bề mặt gia công càng tốt. +Góc cắt δ: Là góc tạo bởi giữa mặt trước và mặt cắt ño trong tiết diện chính +Góc sắc β: Là góc ñược tạo bởi mặt trước và mặt sau chính ño trong tiết diện chính Ta có quan hệ : α + β + γ =90o ; δ = α + β +Góc trước phụ γ1: Tương tự như góc trước, nhưng ño trong tiết diện phụ N1 – N1 17 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt +Góc sau phụ α1: Tương tự như góc sau, nhưng ño trong tiết diện phụ N1 – N1 Hình 2.5: Các góc dao +Góc nghiêng chính ϕ: Là góc hợp bởi hình chiếu của lưỡi cắt chính với phương chạy dao ño trong mặt ñáy. ( ϕ = 300 ÷ 900) +Góc nghiêng phụ ϕ1: Là góc hợp bởi hình chiếu lưỡi của cắt phụ với phương chạy dao ño trong mặt ñáy. ( ϕ1 = 50 ÷ 450) +Góc mũi dao ε: Là góc hợp bởi hình chiếu lưỡi cắt chính và hình chiếu của lưỡi cắt phụ trên mặt phẳng ñáy. Ta có : ϕ + ε + ϕ1 =180o Hình 2.6: Góc nâng dao của dao tiện 18 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt +Góc nâng của lưỡi cắt chính λ: là góc tạo bởi lưỡi cắt chính và hình chiếu của nó trên mặt ñáy (λ = +150 ÷ -150) λ >1, khi mũi dao là ñiểm thấp nhất của lưỡi cắt. λ 3 .2 vµ cÊp chÝnh x¸c 8,9) th× - Khi h > 2mm t = 2/3->3/4h ; t 2 = 1/3->1/4h 1 - Khi h < 2mm chØ c¾t mét lÇn hÕt l−îng d−, th−êng lÊy t = 0.5-2mm Khi gia c«ng tinh : t = 0.1-0.4mm 2. X¸c ®Þnh l−îng ch¹y dao: L−îng ch¹y dao S phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn gia c«ng: -Khi gia c«ng th«: phô thuéc ®é bÒn th©n dao, ®é bÒn m¶nh dao vµ c¬ cÊu ch¹y dao,®é c−ngd v÷ng cu¶ chi tiÕt gia c«ng. -Khi gia c«ng tinh:phô thuéc vµo ®é nh½n vµ cÊp chÝnh x¸c cña bÒ mÆt cÇn gia c«ng,®é cøng v÷ng cña nã. 25 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt * .Theo ®é bÒn th©n dao: Khi c¾t dao chÞu mét momen uèn cã: M n =P z .L Trong ®ã P n -Lùc c¾t chÝnh [N] L-Kho¶ng c¸ch tõ mòi dao ®Õn mÐp cña ®µi g¸ dao(mm) §Ó ®¶m b¶o ®é uèn cho th©n dao, ph¶I cã: M n ≤ [M n ] M n -M«men uèn cho phÐp th©n dao [ M n ] = [ σ n ].W σ n -øng suÊt uèn cho phÐp (N/mm2) W-m«men chèn uèn (mm3) Víi th©n dao h×nh ch÷ nhËt : W = BH2 /6 Ví th©n dao h×nh trßn :W = π.D3/32. Tõ trªn suy ra: P n .L ≤ W.[ σ n ] Hay: C pt .t.Sxpz.Kypz.L ≤ W. [ σ n ] Nªn S1 ≤ ypz ¦ W .[σ u ] C pz .t xpz .K .L * Theo ®é bÒn cña c¬ cÊu ch¹y dao. Trong c¸c m¸y c«ng cô,th−êng cho |Pm| - Lùc | chiÒu trôc | t¸c dông lªn c¬ cÊu b¸nh r¨ng – thanh r¨ng (c¬ cÊu yÕu nhÊt cña hép dao ch¹y). Nªn cã: Px+ µ (Py+Pz) ≤ [Px m] µ -hÖ sè ma s¸t,th−êng lÊy 0,1 = µ Víi GÇn ®óng: Pz = 2Py; Pz = 3Px Suy ra: Px + 0,1(1,5 Px+3 Px) ≤ [Pm] → 1,45Px ≤ [Pm] Hay: 1,45 Cpx.txpz.Sypx.Kpx ≤ [Pm] Do ®ã: S2 ≤ ypx [Pm ] 1,45.C px .t xpx K px 26 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt * Theo ®é cøng v÷ng cña chi tiÕt gia c«ng. Khi gia c«ng c¸c chi tiÕt cã tû sè I/D lín, nã th−êng bÞ cong. Sai sè cña chi tiÕt bÞ g©y ra d−íi t¸c dông cña hai thµnh phÇn Pz, Py cña lùc c¾t.Nh−ng chñ yÕu thµnh phÇn Py g©y uèn chi tiÕt theo ph−¬ng t¸c dông cña nã, cßn pz Ýt ¶nh h−ëng ®Õn sù thay ®æi kÝch th−íc chi tiÕt gia c«ng §é vâng f do Py g©y ra ®−îc tÝnh: Py.L3 f= K.E.J Trong ®ã: L: ChiÒu dµi chi tiÕt gia c«ng kh«ng kÓ ®o¹n n»m trong m©m cÆp m¸y (mm). E: M« ®uyn ®µn håi cña vËt liÖu gia c«ng N/mm2 J: M« men qu¸n tÝnh cña tiÕt diÖn ngang chi tiÕt gia c«ng(mm4) J= π .D 4 64 =0,05D4 K: HÖ sè phô thuéc vµo c¸ch g¸ chi tiÕt K = 3: Khi kÑp c«ng x«n trªn m©m kÑp K = 48: Khi g¸ trªn hai mòi t©m K = 100: Khi g¸ cã mét dÇu kÑp trªn m©m cÆp ,mét ®Çu chèng t©m Khi ®ã ph¶i ®¶m b¶o: f ≤ [f] hay Py.L3 ≤ [f] K .E . J =>Cpy.tx py .Sy py .Kpy.L3≤ f.K.E.f =>S3 ≤ [ f ].K .E.J y py C py .t y py .K py .L 3 (mm/v) Th−êng f = 0.25IT - IT: Dung sai chi tiÕt gia c«ng NhËn xÐt: Khi gia c«ng th« sau khi tÝnh ®−îc S1, S2, S3 chän Smin råi ®em so s¸nh víi l−îng ch¹y dao cã trªn m¸y Sm tho¶ m·n ®iÒu kiÖn: Sm < Smin ®ã lµ l−îng ch¹y dao cÇn thiÕt *. Theo ®é nh½n bÒ mÆt gia c«ng Khi gia c«ng tinh S ®−îc chä n phô thuéc vµo ®é nh½n cña bÒ mÆt gia c«ng. 27 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt -Khi c¾t thÐp: S≤ 1, 07 R z .r 0, 65 (mm/v) 0,21 -Khi c¾t gang: S < 1,1 R z .r (mm/v) 0,89 Trong ®ã: r: b¸n kÝnh mòi dao(mm) R: chiÒu cao nhÊp nh« trung b×nh( µ m) 3. X¸c ®Þnh tèc ®é c¾t V vµ sè vßng quay n -Víi dao thÐp gÝo: Cµng t¨ng Vctuæi bÒn cña dao cµng gi¶m. V× khi ®è ph¸t sinh nhiÖt lín lµm dao bÞ mßn nhanh -Víi dao HKC: Khi t¨ng Vc ®Çu tiªn T gi¶m ®i sau ®s t¨ng cuèi cïng gi¶m. Bëi v× khi c¾t ë tèc ®é nhá ,nhiÖt cts nhá mon sÏ x¶y ra ch¹m h¬n > khi t¨ng Vc nhiÖt c¾t t¨ng lµm mÒm bÒ mÆt ,kh¶ n¨ng dÝnh t¹i c¸c vÞ trÝ tiÕp xóc cña ph«i vµ phoi víi dao t¨ng, lµm t¨ng c−êng ®é mßn, gi¶m T Khi t¨ng Vc lªn n÷a nhiÖt c¾t t¨ng lµm mÒm bÒ mÆt phoi vµ ph«i sù dinh gi¶m, sù tr−ît t−¬ng ®èi gi¶m do ®ã gi¶m c−êng ®é mßn MÆt kh¸c. Khi nµy ®é dai va ®Ëp cña HKC t¨ng (®Æc biÖt trong ph¹m vi 600-8000c) NÕu tiÕp tô t¨ng Vc, ®é cøng vµ ®é bÒn HKC gi¶m dÉn tíi viÖc t¨ng c−êng ®é mßn vµ T gi¶m Ở cïng tuæi bÒn cña dao nh− nhau, nÕu cho dao lµm viÖc ë cïng tèc ®é c¾t n»m bªn ph¶i ®iÓm cùc ®¹i cña ®−êng cong tuæi bÒn sÏ cho n¨ng suÊt cao h¬n. V× vËy vïng nµy lµ vïng sö dông hîp lý m¶nh HKC. VT = Cv .K v (m/ph) T .t xv .S yv m Sau khi tÝnh ®−îc VT tiÕn hµnh tÝnh nlt. nlt = 1000.Vt (v/ph) π .D C¨n cø vµo m¸y vµ chän nm, sau ®ã tÝnh Vtt theo c«ng thøc sau: n.π .D (m/ph) V = 1000 28 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt 4. TÝnh Pz, Nc, Mx Pz = Cpz.txpz.Sypz . Vnpz. Kpz Nc = Pz .V 60.10 3 Mx = Pz .D 2.10 3 L t ϕ 5. KiÓm nghiÖm chÕ ®é c¾t N c ≤ [N c ] l1 l2 M x ≤ [M x ] s 6. TÝnh thêi gian gia c«ng c¬ b¶n Thêi gian m¸y ®ược tÝnh phô thuéc vµo d¹ng gia c«ng.VÝ dô: Khi tiÖn ngoµi hoÆc tiÖn lç th«ng, thêi gian m¸y ®îc tÝnh theo c«ng thøc: T0 = Hình 2.14: Mô hình tính thời gian gia l + l1 + l 2 .i n.S Trong ®ã: l - ChiÒu dµi chi tiÕt gia c«ng, mm. l1 - L−îng ăn tíi cña dao, mm. (l1 = t. cotgϕ). l2 - L−îng vît qu¸ cña dao, mm. Th−êng chän: l2 = 1 ÷ 3 mm. n - Sè vßng quay cña chi tiÕt gia c«ng, rev./min S - L−îng ch¹y dao, mm/rev. i - Sè lÇn c¾t. VI. MỘT SỐ LOẠI DAO TIỆN 1. Dao tiện ngoài 2. Dao tiện trong 29 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt 3. Một số loại dao tiện khác 30 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Chương 3: QUÁ TRÌNH CẮT GỌT KIM LOẠI I. QUÁ TRÌNH TẠO THÀNH PHOI: 1. Quá trình hình thành phoi -Khi cắt lưỡi cắt của dao tác dụng vào kim loại một lực (lực cắt), nó gây ra một sự thay ñổi cơ lý tại vùng cắt của vật liệu. - ðầu tiên dưới tác dụng của lực P kim loại bị nén và biến dạng ñàn hồi. Dao tiến sâu vào (lực P càng lớn) gây nên ứng suất bên trong kim loại lơn hơn giới hạn ñàn hồi do ñó kim loại bắt ñầu bị biến dạng dẽo (các phàn từ bên trong kim loại bắt ñầu bị trượt theo mặt trượt và phương trượt) -Do biến dạng các tinh thể trên phương này bị kéo dài thành hình elíp (góc của mặt trượt so với phương của lực cắt là β1) -Khi dao tiếp tục tiến thêm => áp lực gia tăng làm ứng suất tăng vượt quá giới hạn bền kim loại bị biến dạng lớn và bắt ñầu bị phá huỷ. Trên phần kim loại của phôi ở mặt trước daop xuất hiệncác vết nứt theo góc phá huỷ β2 (β2 ≠ β1) - Khi dao tiếp tục tiến, phoi bị cắt sẽ trượt trên mặt trước của dao, còn dao tiếp tục ép lên càc phần tử kim loại tiếp theo. Hình 3.1 Quá trình hình thành phoi 2. Các dạng phoi Tuỳ theo tính chất của vật liệu (dẻo hay dòn), chế ñộ cắt, các thông số hình học của dao mà phoi có các dạng khác nhau: *Phoi vụn: phoi cắt ra là những hạt nhỏ rời rạt có hình dáng kích thước khác nhau. Phoi vụn thường gặp khi gia công vật liệu giòn hay cắt với vận tốc thấp. Sự hình thành phoi không liên tục (phoi vụn) làm lực cắt thay ñổi gây ra va ñập, rung ñộng … chất lượng bề mặt xấu ñi, nhiệt và lực cắt chỉ tập trung ở mũi dao. 31 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt *Phoi xếp: Mặt phoi tiếp xúc với mặt trước của dao thì nhẵn bóng mặt ñối diện với nó có những nếp gợn (nức nẻ), phoi bị ñứt ra thành từng mảnh hoặc từng ñoạn ngắn. Dạng phoi này trhường xuất hiện khi cắt các vật liệu dẻo vừa (vận tốc cắt, lượng chạy dao trung bình và dao có góc trước γ lớn). Khi cắt ra phoi xếp thì bề mặt ra công nhẵn bóng hơn. *Phoi dây: Thường gặp khi cắt các vật liệu dẻo hoặc khi cắt với - vận tốc cao, góc ñộ mài dao hợp lý. Phoi có dạng dây dài – xoắn (mặt phoi tiếp xúc với mặt trước của dao nhẵn bóng, mặt còn lại gợn nứt). Phoi dây vẫn còn khả năng biến dạng dẻo. Do có phoi dây mà lực cắt thay Hình 3.2. Các dạng phoi ñổi rất ít, tiêu hao năng lượng giảm, chất lượng bề mặt gia công càng tốt. Cần chú ý rằng ngay cùng một loại vật liệu gia công nhưng tuỳ theo ñiều kiện cắt gọt, thống số hình học của dao, chế ñộ cắt,…có thể cho ta phoi vụn, phoi xếp hoặc phoi dây. Vì vậy từ chỗ quan sát phoi khi cắt người thợ có thể phán ñoán nguyên nhân ñể có những ñiều chỉnh kịp thời. II. SỰ CO RÚT PHOI Sự co rút phoi là ñặc tính tiêu biểu nói lên mức ñộ biến dạng về lượng của kim loại cắt gọt. Từ nghiên cứu về sự co rút phoi trên phương diện thể tích có thể nhận biết ñược việc cắt Maët tröôùc diễn ra khó hay dễ, năng lượng tiêu hao nhiều hay ít. Gọi a, b, L, là a> ap b> bp bp Lp b Dao a kích thước cần cắt; ap, bp, c là kích thước phoi, thì: L> Lp ap Phoâi L Hình 3.3 Hiện tượng co rót phoi 32 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Hệ số co rút phoi theo: -Chiều dài: KL= L/ Lp >1 -Chiều dài: Ka= ap/a>1 Theo ñịnh luật bảo toàn thể tích: a.b.L = ap .bp.Lp Ta có: L/ Lp = ap /a hay: KL=Ka. III. QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH BỀ MẶT GIA CÔNG VÀ HIỆN TƯỢNG CỨNG NGUỘI Khảo sát quá trình hình thành bề mặt gia công (hình 3.4) ta nhận thấy ñể cắt một lớp kim loại có chiều dày cắt là a và bề mặt hình thành sẽ là DE. Khi bắt ñầu cắt, do lưỡi cắt của dao không nhọn lý tưởng mà luôn luôn có một bán kính ñ, sự tiếp xúc của dao và chi tiết bắt ñầu từ ñiểm A. Dao càng ñi sâu vào chi tiết, ñiểm có ứng suất lớn nhất càng hạ thấp và khi quá trình cắt ñã ổn ñịnh thì chiếm vị trí B (nằm ngay trên mặt trượt) do ñó chỉ có một lớp kim loại có chiều dày cắt a’ nằm trên ñường BC là ñược cắt thành phoi. Lớp kim loại nằm dưới ñường BC không ñược cắt mà bị nén, do ñó chịu biến dạng ñàn hồi, biến dạng dẻo và sau gia công nó bị cứng nguội (hóa cứng). Sau khi mũi dao ñi qua, lớp bềmặt do sự ñàn hồi ñược nâng lên một chiều cao h, do ñó gây nên một áp lực pháp tuyến và ma sát với mặt sau của dao. Kết quả lớp mỏng bề mặt lại chịu biến dạng thêm. Nếu bán kính cong ρ của dao càng lớn, ma sát càng lớn và mức ñộ biến dạng bề mặt càng tăng. ðể giải thích rõ hơn quá trình hình thành bề mặt gia công (hình 3.5) ta hãy khảo sát khả năng dịchchuyển của ba phần tử kim loại O1, O2, O3 trong quá trình cắt. Ta nhận xét: - Phương trượt của hạt kim loại tạo với áp lực pháp tuyến lên phần tử kim loại ñó một góc Ψ. 33 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt - Phần tử kim loại tại O1 có phương trượt hướng về phía phoi, do ñó có khả năng trượt ñể thành phoi. - Phần tử kim loại tại O2 có phương trượt song song với phương vận tốc cắt. - Phần tử kim loại tại O3 có phương trượt hướng về phía phôi, do ñó có khả năng trượt bị chặn lại, không thể thành phoi cắt. Từ nhận xét trên ta rút ra kết luận: Khi cắt, những phần tử kim loại (trên lớp cắt có chiều dày a) nằm trên mặt O2C sẽ bị trượt và tạo thành phoi; những phần tử nằm dưới có chiều dày H sẽ bị ñầu dao nén ép ñể tạo thành bề mặt gia công. Sự biến dạng của lớp kim loại H xảy ra cả biến dạng dẻo và biến dạng ñàn hồi. Do biến dạng ñàn hồi nên sau khi ra khỏi mặt sau dao, một phần của lớp kim loại ñược phục hồi một lượng h < H. Sự phục hồi này xảy ra ñột ngột từ trạng thái bị chèn ép sang trạng thái tự do nên dễ phát sinh ra các vết nứt tế vi. Kết quả của biến dạng dẻo là sau khi gia công một lớp mỏng trên bề mặt chi tiết thay ñổi tính chất ban ñầu của nó và ñộ cứng tăng lên, tức là tinh thể kim loai bị nát vụn khiến cho lớp bề mặt trở nên bền và cứng hơn. Hiện tượng ñó là hiện tượng cứng nguội. Ngoài ra bề mặt gia công còn có những tính chất như ứng suất dư, các vết nứt tế vi và do sinh nhiệt (biến dạng và ma sát) làm suy yếu bề mặt Hình 3.5: Sơ ñồ quá trình hình thành bề mặt gia công 34 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Thông số ñặc trưng cho cứng nguội - Mức ñộ cứng nguội: Trong ñó: ∆H = Hs − Ht × 100% Ht Hs - ñộ cứng lớp bề mặt sau khi biến dạng dẻo. Ht - ñộ cứng lớp bề mặt trước khi biến dạng dẻo (vật liệu ban ñầu). - Chiều sâu lớp cứng nguội: Ví dụ khi gia công phôi ñúc bằng khuôn kim loại, trong ñiều kiện bình thường, chiều sâu lớp cứng nguội như sau: Sau gia công thô bằng dao tiện: 0,04 ÷ 0,05 mm Sau gia công tinh bằng dao tiện: 0,02 ÷ 0,03 mm Sau mài tinh: 0,015 mm Nhân tố ảnh hưởng ñến cứng nguội có cùng quy luật với nhân tố ảnh hưởng ñến co rút phoi. Ví dụ vài nhân tố ảnh hưởng chính: - Những vật liệu gia công có ñộ dẻo càng cao thì hiện tượng cứng nguội xảy ra với mức ñộ càng cao. - Góc trước của dao càng nhỏ thì mức ñộ cứng nguội càng tăng. - Cắt gọt có dung dịch trơn nguội thì mức ñộ cứng nguội giảm. Tác dụng của cứng nguội - Tác dụng tốt: Bảo vệ bề mặt, tăng giới hạn bền mỏi của chi tiết sau gia công; - Tác dụng xấu: + Nếu trên bề mặt chi tiết sau gia công có vết nứt, nẻ thì cứng nguội sẽ làm giảm giới hạn bền mỏi. + Lớp cứng nguội sẽ gây khó khăn cho các nguyên công gia công tinh. + Khi gia công thô, cứng nguội dễ gây cong vênh cho những chi tiết yếu cứng vững. IV. HIỆN TƯỢNG LẸO DAO: Trong qu¸ tr×nh c¾t ra phoi d©y, trªn mÆt tr−íc cña dao kÒ ngay l−ìi c¾t th−êng xuÊt hiÖn nh÷ng líp kim lo¹i cã cÊu tróc kim t−îng kh¸c h¼n víi vËt liÖu gia c«ng vµ vËt liÖu lµm dao. NÕu líp kim lo¹i nµy b¸m ch¾c vµo l−ìi c¾t cña dông cô th× ®−îc gäi lµ lÑo dao. C¬ chÕ cña qu¸ tr×nh h×nh thµnh lÑo dao cã thÓ gi¶i thÝch thªm nh− sau: do chÞu ¸p lùc l¬n vµ nhiÖt ®é cao, mÆt kh¸c v× mÆt tr−íc cña dao kh«ng tuyÖt ®èi nh½n nªn c¸c líp kim lo¹i bÞ c¾t n»m kÒ s¸t víi mÆt tr−íc cña dao cã tèc ®é di chuyÓn chËm vµ trong nh÷ng ®iÒu kiÖn nhÊt ®Þnh lùc c¶n th¾ng ®−îc lùc ma s¸t trong néi bé 35 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt kim lo¹i th× líp kim lo¹i sÏ n»m l¹i ë mÆt tr−íc t¹o thµnh lÑo dao. V× biÕn d¹ng rÊt lín nªn ®é cøng cña lÑo dao lín h¬n ®é cøng cña vËt liÖu gia c«ng tõ 2,5-3,5 lÇn vµ do ®ã cã thÓ thay thÕ vËt liÖu lµm dao ®Ò thùc hiÖn qu¸ tr×nh c¾t. NhiÒu c«ng tr×nh nghiªn cøu ®· chøng tá r»ng cã 2 lo¹i lÑo dao: LÑo dao æn ®Þnh n»m däc theo l−ìi c¾t trong suÊt qu¸ tr×nh c¾t. Lo¹i nµy gåm mét sè líp gÇn nh− song song víi mÆt tr−íc vµ th−êng h×nh thµnh khi c¾t thÐp víi chiÒu dµy c¾t nhá. LÑo dao chu kú: Lo¹i nµy gåm 2 phÇn: phÇn nÒn n»m s¸t víi mÆt tr−íc cña dao, vÒ c¬ b¶n gäi lµ lÑo dao lo¹i 1. Trªn nÒn ®ã h×nh thµnh phÇn thø 2, phÇn nµy sinh ra lín lªn vµ mÊt ®i nhiÒu lÇn trong mét ®¬n vÞ thêi gian. Sù xuÊt hiÖn vµ mÊt ®i cña lÑo dao lµm cho c¸c gãc c¾t cña dao trong qu¸ tr×nh c¾t lu«n lu«n biÕn ®æi. Trong qu¸ tr×nh c¾t trªn mÆt tr−íc cña dao xuÊt hiÖn mét líp kim lo¹i, cã d¹ng hïnh chªm vµ cã cÊu tróc d¹ng kim t−îng, cã thÓ thay thÕ l−íi c¾t. HiÖn t−îng ®ã ®−îc gäi lµ hiÖn t−îng lÑo dao. Th«ng sè quan träng ®Æc tr−ng cho kÝch th−íc cña lÑo dao lµ chiÒu cao cña lÑo dao.(H) Khi tiÖn thÐp 45 kh«ng cã dung dÞch tr¬n nguéi chiÒu cao cña lÑo dao cã thÓ biÓu diÔn b»ng c«ng thøc thùc nghiÖm sau: h= 90.7 (mm) v1,8 s 0,195 1. Nguyªn nh©n vµ ®iÒu kiÖn h×nh thµnh lÑo dao H×nh 3.6 D¹ng lÑo * Nguyªn nh©n cña lÑo dao lµ do hiÖn t−îng “ch¶y chem.” cña kim lo¹i phoi trong qu¸ tr×nh t¹o phoi. Do ¸p lùc vµ nhiÖt ®é cao lµm cho mét phÇn cña ph©n tè phoi t¸ch khái d¶i H×nh 3.7 HiÖn t−îng lÑo dao 36 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt phoi, di chuyÓn chËm l¹i vµ b¸m dÝnh vµo mÆt tr−íc cña dao h×nh thµnh nªn lÑo dao . * §iÒu kiÖn t¹o lÑo dao lµ d−íi mét ®iÒu kiÖn néi ma s¸t yÕu h¬n ngo¹i ma s¸t. Trong qu¸ tr×nh t¹o phoi (h×nh 2.10) d−íi mét ®iÒu kiÖn phï hîp vÒ chÕ ®é c¾t (v, s, t) vµ gãc tr−íc γ cña dao, phoi ®−îc h×nh thµnh sau khi biÕn d¹ng khèc liÖt ë vïng biÕn d¹ng I råi tiÕp tôc chuyÓn ®éng theo mÆt tr−íc cña dao d−íi mét ¸p lùc lín, ma s¸t lín vµ nhiÖt ®é cao, lµm líp kim lo¹i s¸t mÆt tr−íc dao (2) bÞ biÕn d¹ng thªm ë vïng II. Líp phoi bÞ biÕn d¹ng khèc liÖt nµy bÞ chuyÓn ®éng chËm l¹i víi Vf 3 ÷ 5 m/phót th× lùc c¾t gi¶m. − Khi c¾t víi tèc ®é Vc = 20 ÷ 25 m/phót, lùc c¾t gi¶m ®Õn trÞ sè cùc tiÓu, sau ®ã l¹i tiÕt tôc t¨ng vµ ®¹t trÞ sè cùc ®¹i. − Khi c¾t víi tèc ®é Vc > 50 m/phót, lùc c¾t l¹i tiÕp tôc gi¶m 44 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt − Khi c¾t víi tèc ®é 400 ®Õn 500 m/ phót, qu¸ tr×nh c¾t æn ®Þnh, gi¸ trÞ cña c¸c thµnh phÇn lùc c¾t kh«ng thay ®æi nhiÒu. TÊt c¶ c¸c ®iÒu trªn ®−îc gi¶i thich nh− sau: Lùc c¾t (khi c¾t víi Vc = 3 ÷ 5 m/phót) ®−îc gi¶m ®i bëi v× qu¸ tr×nh t¹o phoi ®−îc b¾t ®Çu víi gãc c¾t thùc tÕ δ 1 (do lÑo dao) nhá h¬n gãc c¾t δ (do mµi s¾c vµ g¸ ®Æt). TrÞ sè nhá nhÊt cña lùc c¾t øng víi vïng tèc ®é c¾t h×nh thµnh lÑo dao lín nhÊt. TiÕp tôc t¨ng Vc lªn n÷a, lÑo dao gi¶m ®i, gãc δ 1 t¨ng, vµ gÇn b»ng trÞ sè δ cña dao lµm biÕn d¹ng t¨ng, lùc c¾t còng t¨ng theo. Khi tiÕp tôc t¨ng tèc ®é c¾t, lóc ®Çu do hÖ sè ma s¸t µ gi÷a mÆt tr−íc cña dao vµ phoi t¨ng, lµm c¶n trë qu¸ tr×nh biÕn d¹ng vµ tho¸t phoi, g©y ra sù t¨ng cña lùc c¾t. Sau ®ã hÖ sè ma s¸t gi¶m ®i lµm gi¶m nh÷ng c¶n trë cho qu¸ tr×nh biÕn d¹ng vµ tho¸t phoi, lùc c¾t gi¶m. Khi hÖ sè µ æn ®Þnh ë tèc ®é c¾t 400-500 m/Phót th× lùc c¾t còng æng ®Þnh nh− vËy. b) Th«ng sè h×nh häc cña dao. + Gãc tr−íc γ ¶nh h−ëng nhiÒu ®Õn lùc c¾t. Khi t¨ng gãc tr−íc, hÖ sè co rót phoi gi¶m, lùc c¾t gi¶m. Gãc tr−íc t¨ng kh«ng nh÷ng lµm chop hoi dÔ biÕn d¹ng mµ cßn lµm chop hoi dÔ tr−ît, dÔ tho¸t ra ngoµi. Gãc tr−íc t¨ng, lùc c¾t gi¶m vµo v× γ = 900- δ , nªn cã thÓ biÓu diÔn ¶nh h−ëng cña gãc tr−íc ®Õn lùc c¾t qua gãc δ . B»ng thùc nghiÖm, cã c«ng thøc : Pz = 59,3. δ 0,34 (N) Py = 0,072. δ 2,25 (N) Px = 0,0028. δ 2,96 (N) + Gãc sau α Trong qu¸ tr×nh gia c«ng b»ng c¾t gät, líp kim lo¹i trªn bÒ mÆt ®· gia c«ng bÞ biÕn d¹ng, khi dao ®i qua, nã ®µn håi trë l¹i vµ do ®ã t¹o thµnh sù tiÕp xóc gi÷a mÆt sau cña dao vµ bÒ mÆt ®· gia c«ng. Nh− vËy : NÕu t¨ng gãc sau α diÖn tÝch tiÕp xóc gi¶m vµ c¸c thµnh phÇn lùc c¾t Pts , Pds còng nh− lùc ma s¸t T2 gi¶m dÉn ®Õn lùc c¾t Pz , Py , Px gi¶m. Thùc nghiÖm cho thÊy r»ng: khi t¨ng gãc sau α tõ 20 ÷ 100 th× Pz gi¶m 6%, Py gi¶m 17%, Px gi¶m 12,5%. Khi t¨ng gãc sau lªn qu¸ 100, ¶nh h−ëng cña nã ®Õn lùc c¾t lµ rÊt Ýt. 45 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt + Gãc nghiªng chÝnh ϕ * Khi r = 0, tõ c«ng thøc: a = S.sin ϕ , khi t¨ng ϕ lµm chiÒu dµy c¾t a t¨ng, lùc c¾t Pz gi¶m (xem h×nh 3.20) cßn Py gi¶m vµ Px t¨ng. * Khi r ≠ 0, gãc ϕ t¨ng (300 ÷ 600) chiÒu dµy c¾t t¨ng, hÖ sè co rót phoi K gi¶m, lùc c¾t Pz gi¶m. TiÕp tôc t¨ng ϕ ®Õn ph¹m vi 600 ÷ 900, lóc nµy chiÒu dµi phÇn cong cña l−ìi dao tham gia c¾t t¨ng, phoi ngoµi chÞu biÕn d¹ng phô trªn mÆt tr−íc cßn chÞu biÕn d¹ng do chÌn Ðp lÉn nhau khi tho¸t ra ngoµi, hÖ sè co rót phoi t¨ng, lùc Pz t¨ng Tõ c«ng thøc: Px = Pn . sin ϕ Py = Pn . cos ϕ Nªn khi t¨ng ϕ , cos ϕ gi¶m vµ sin ϕ t¨ng, dÉn ®Õn Py gi¶m, Px t¨ng. §©y chÝnh lµ mét trong nh÷ng biÖn ph¸p ®Ó gi¶m rung ®éng khi gia c«ng nh÷ng chi tiÕt cã tû sè L/P lín. + B¸n kÝnh mòi dao r B¸n kÝnh mòi dao cµng lín, chiÒu dµi phÇn cong cña l−ìi c¾t tham gia cµng lín, biÕn d¹ng t¨ng lªn lµm cho lùc Pz vµ Py t¨ng, cßn Px gi¶m (v× khi t¨ng r , trung t©m ¸p lùc cña phoi ®Æt lªn dao dÞch nhiÒu vÒ phÝa phÇn l−ìi c¾t cong, lóc nµy hîp lùc Pn = Px + Py cã ph−¬ng khong cßn ph¸p tuyÕn víi phÇn l−ìi c¾t th¼ng mµ cã thÓ coi nh− ph¸p tuyÕn víi phÇn l−ìi c¾t cong. Nh− vËy: gãc nghiªng cña l−ìi c¾t cong hay gãc hîp bëi gi÷a Pn vµ ph−¬ng vu«ng gãc víi ®−êng t©m chi tiÕt gi¶m ®i, nªn Px = Pn . sin ϕ gi¶m + Gãc n©ng λ Khi gãc λ thay ®æi tõ -50 ÷ +50 cã ¶nh h−ëng, nh−ng kh«ng ®¸ng kÓ ®Õn lùc c¾t ®Æc biÖt lµ Px , Py . c) VËt liÖu lµm dao. ¶nh h−ëng ®Õn lùc c¾t lµ do sù thay ®æi cña hÖ sè ma s¸t gi÷a vËt liÖu lµm dao víi vËt liÖu gia c«ng. Khi hÖ sè ma s¸t thay ®æi, lµm thay ®æi lùc ma s¸t dÉn ®Õn lùc c¾t thay ®æi. ThÝ dô: − Dao g¾n m¶nh hîp kim c÷ng nhãm TK, lùc c¾t chØ b»ng 90 ÷ 95% lùc c¾t khi dïng dao thÐp giã. − Dao g¾n m¶nh sø th× Pc = 88-90% Pc khi dïng dao thÐp giã 46 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt − Dao g¾n m¶nh En-bo, lùc c¾t gi¶m m¹nh nhÊt so víi tÊt c¶ vËt liÖu lµm dao kh¸c. d) VËt liÖu gia c«ng. Nh÷ng tÝnh chÊt c¬ lý cña kim lo¹i gia c«ng vµ thµnh phÇn cña nã trong nhiÒu tr−êng hîp x¸c ®Þnh qu¸ tr×nh t¹o phoi vµ møc ®é biÕn d¹ng cña nã, vµ do ®ã ¶nh h−ëng ®Õn lùc c¾t. Giíi h¹n bÒn khi kÐo-nÐn víi thÐp, ®é cøng HB víi gang cµng lín th× lùc Pz, Py, Px cµng lín e) Sù mßn cña dao. Khi t¨ng l−îng mßn theo mÆt sau hs , diÖn tÝch tiÕp xóc cña bÒ mÆt sau dao víi bÒ mÆt ®· gia c«ng t¨ng, dÉn ®Õn t¨ng lùc ma s¸t vµ t−¬ng øng sÏ t¨ng lùc c¾t. §Æc biÖt lùc Py, Pz t¨ng m¹nh mÏ. f) Dung dÞch tr¬n nguéi. Kh«ng chØ ¶nh h−ëng ®Õn viÖc h¹ thÊp nhiÖt ®é ph¸t sinh trong qu¸ tr×nh c¾t, mµ cßn gi¶m ma s¸t, b¶o ®¶m qu¸ tr×nh t¹o phoi dÔ dµng h¬n, do ®ã lùc c¾t gi¶m HÖ sè Kd gi¶m lùc c¾t phô thuéc vµo lo¹i DDTN nh− sau: - 0,7 víi dÇu thùc vËt - 0,8 víi dÇu v« c¬ l−u hãa - 0,85 víi dÇu ª-mun-xi ho¹t tÝnh - 0.95 víi dÇu ª-mun-xi - 0,97 víi n−íc III. Một số tính toán liên quan ñến các thành phần lực cắt. + Công suất khi tiện: _ Công suất cắt: NC = PZ .V , (KW 60 . 1000 ) _ Công suất chạy dao: N dc = Px .n.S , (KW ) 60.10 6 47 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Công suất cần thiết ñể chọn ñộng cơ cho máy gia công: N dc = N c + N cd η + Mômen cắt của trục chính máy tiện : M c = Pz D ≤ [M 2 ]x , Nmm + ðộ võng của chi tiết gia công khi tiện. (Chi tiết ñược coi như một dầm chịu lực tập trung PY): y = Py .l 3 KEI ≤ [Y ], (mm ) Trong các công thức trên: PX, PY, PZ _ tính bằng N; V – Vận tốc chuyển ñộng chính (m/ph); N _ Số vòng quay trục chính máy (vg/ph); S _ Lượng chạy dao (mm/vg); η _ Hiệu suất các khâu truyền ñộng trong máy tính từ ñộng cơ; D _ ðường kính chi tiết gia công (mm); [M]x _ Mômen xoắn cho phép trên trục chính (Nmm); l _ Chiều dài chi tiết gia công (mm); I _ Mômen quán tính tiết diện chính của chi tiết gia công (mm4); E _ Môñun ñàn hồi vật liệu gia công (N/mm2); K _ Hệ số phụ thuộc dạng liên kết; [y] _ ðộ võng cho phép của chi tiết (mm). 48 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Chương 5: NHIỆT CẮT VÀ SỰ MÒN DAO I. HIỆN TƯỢNG NHIỆT CẮT TRONG QUÁ TRÌNH CẮT NhiÖt ph¸t sinh trong qu¸ tr×nh c¾t t¸c ®éng ®Õn: Dông cô c¾t: nhiÖt c¾t lµm gi¶m ®é cøng, ®é bÒn c¬ häc, t¨ng ®é mßn, ¶nh h−ëng xÊu ®Õn kh¶ n¨ng c¾t. VËt liÖu gia c«ng: nhiÖt c¾t lµm nãng chi tiÕt gia c«ng, g©y biÕn d¹ng nhiÖt ®é chÝnh x¸c gia c«ng gi¶m. NhiÖt c¾t g©y biÕn ®æi cÊu tróc kim lo¹i líp bÒ mÆt, t¹o ra øng suÊt d− kÐo, t¸c ®éng xÊu ®Õn chÊt l−îng líp vËt liÖu bÒ mÆt chi tiÕt. T¸c ®éng vµo hÖ thèng c«ng nghÖ (m¸y-dao- chi tiÕt) NhiÖt c¾t lµm HTCN biÕn d¹ng, ¶nh h−ëng xÊu ®Õn n¨ng suÊt vµ chÊt l−îng khi c¾t gät. NhiÖt l−îng ph¸t sinh khi c¾t lín, c«ng c¬ häc tiªu hao cho qu¸ tr×nh c¾t sÏ lín. V× vËy: Gi¶m nhiÖt c¾t cho phÐp t¨ng n¨ng suÊt c¾t, t¨ng ®é chÝnh x¸c h×nh häc chi tiÕt vµ t¨ng chÊt l−îng cña qu¸ tr×nh c¾t. 1 C¸c nguån sinh nhiÖt vµ sù ph©n bè nhiÖt c¾t a. Nguån sinh nhiÖt Qu¸ tr×nh c¾t lµ do c«ng tiªu hao ®Ó: * BiÕn d¹ng ®µn håi vµ biÕn d¹ng dÎo líp bÞ c¾t vµ c¸c líp tiÕp xóc gi÷a bÒ mÆt ®· gia c«ng vµ bÒ mÆt c¾t víi dao. * §Ó kh¾c phôc ma s¸t trªn mÆt tr−íc cña dao víi phoi vµ mÆt sau cña dao víi ph«i. Khi c¾t kim lo¹i cã 3 vïng ph¸t sinh nhiÖt. Khu vùc 1: trªn vÞ trÝ tiÕp xóc gi÷a phoi vµ mÆt tr−íc cña dao. Khu vùc 2: trªn vÞ trÝ tiÕp xóc gi÷a ph«i vµ mÆt sau cña dao. Khu vùc 3: Trªn miÒn t¹o phoi NhiÖt ph¸t sinh tõ 3 khu vùc trªn vµ ®−îc truyÒn vµo phoi, ph«i vµ dao, cã thÓ x¸c ®Þnh qua ph−¬ng tr×nh. Q = Qbd + Qmst + Qmss Trong ®ã: Q: NhiÖt sinh ra khi c¾t kim lo¹i 49 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Qbd: L−îng nhiÖt ph¸t sinh t−¬ng ®−¬ng víi c«ng lµm biÕn d¹ng vËt liÖu trong vïng t¹o phoi. Qmst: L−îng nhiÖt sinh ra t−¬ng ®−¬ng víi c«ng ma s¸t cña phoi víi mÆt tr−íc. Qmss: L−îng nhiÖt sinh ra t−¬ng ®−¬ng víi c«ng ma s¸t gi÷a mÆt sau cña dông cô c¾t víi bÒ mÆt ®· gia c«ng cña chi tiÕt. NÕu cho r»ng toµn bé c«ng c¬ häc dïng ®Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh c¾t biÕn thµnh nhiÖt n¨ng sÏ cã: Q= Pz .V E  Kcal     ph  E = 427 ®−¬ng l−îng nhiÖt. C¸c thÝ nghiÖm ®· cho r¨ng kh«ng ph¶i toµn bé c«ng c¬ häc biÕn thµnh nhiÖt n¨ng. Mét phÇn c«ng c¬ häc bÞ tiªu hao ®Ó lµm biÕn d¹ng m¹ng tinh thÓ, t¹o thµnh thÕ n¨ng trong c¸c líp vËt liÖu bÞ biÕn d¹ng khi c¾t. Khi ®ã cã thÓ viÕt c«ng thøc tÝnh Q thµnh: Q = Pz .V  Kcal   .α  E  ph  α: lµ hÖ sè ®Æc tr−ng cho phÇn c¬ n¨ng tæn hao t¹o thÕ n¨ng (biÕn d¹ng m¹ng tinh thÓ) trong c¸c líp vËt liÖu bÞ biÕn d¹ng khi c¾t. (th−êng bá qua v× rÊt nhá). Nh− vËy trong qu¸ tr×nh c¾t nÕu ®o ®−îc lùc Pz, biÕt V, cã thÓ tÝnh ®−îc gÇn ®óng nhiÖt l−îng ph¸t sinh trong vïng c¾t. b. Ph©n bè nhiÖt c¾t §Ó ®iÒu khiÓn t¸c ®éng cña nhiÖt c¾t nh»m gi¶m t¸c ®éng xÊu. C¨n cø vµo quy luËt truyÒn nhiÖt cã: Q= Qf + Qct +Qd + Qmt T«ng nhiÖt l−îng ph¸t sinh trong vïng c¾t ®−îc truyÒn vµo phoi, chi tiÕt, dao vµ m«i tr−êng. Qf - nhiÖt l−îng truyÒn vµo phoi (kho¶ng 50 % - 80%). Qct - nhiÖt l−îng truyÒn vµo chi tiÕt (3% - 10%) Qd - nhiÖt l−îng truyÒn vµo dao (10 % - 40% ) Qmt - nhiÖt l−îng truyÒn vµo m«i tr−êng (1% -5%) Thùc tÕ: nhiÖt l−îng do biÕn d¹ng ë vïng t¹o phoi c¬ b¶n lµ lµm nãng phoi. PhÇn nhá h¬n truyÒn vµo mÆt tr−íc cña dao. MÆt tr−íc cña dao bÞ nung nãng ®Õn nhiÖt ®é cao cßn do ma s¸t gi÷a nã víi phoi. Ma s¸t ë mÆt sau cña dao víi bÒ mÆt ®· gia c«ng sinh nhiÖt. NhiÖt l−îng nµy truyÒn vµo dao vµ chi tiÕt nhiÒu hay Ýt phô thuéc vµo ®é dÉn nhiÖt cña chóng. 50 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt NhiÖt l−îng truyÒn vµo m«i tr−êng lín lµm gi¶m nhiÖt ®é vïng c¾t. Do ®ã dung dÞch tr¬n nguéi võa lµm gi¶m ma s¸t, gi¶m l−îng nhiÖt ph¸t sinh vµ dÉn nhiÖt ra khái vïng c¾t lµm gi¶m nhiÖt ®é vïng c¾t. 2. C¸c nhân tố ¶nh h−ëng ®Õn nhiÖt c¾t Do nhiệt sinh ra là biến số phụ thuộc, do ñó nếu sử dụng các ñịnh luật của nhiệt học và sự truyền nhiệt ñể tính toán nhiệt ñộ của dao, phoi... thì rất phức tạp. Vì thế mà trong kỹ thuật thường dùng các biện pháp thực nghiệm. Dưới ñây giới thiệu một cách ñịnh tính kết quả nghiên cứu thực nghiệm ñối với một số nhân tố chủ yếu. a) Ảnh hưởng của chế ñộ cắt (v, s, t) • Khi tăng tốc ñộ cắt, nhiệt sinh ra do biến dạng giảm, nhưng nhiệt sinh ra do ma sát tăng. Kết quả là nhiệt ñộ tăng, song tăng với mức ñộ chậm hơn so với sự tăng tốc của tốc ñộ cắt (h.5.2). Hình 5.2. Quan hệ v và to của các vật Hình 2.5. Ảnh hưởng của chiều dày cắt liệu khác nhau: 1)- Thép austenite a ñến nhiệt cắt: v1 = 50 m/ph; v2 = 100 mangan; 2)- Thép cacbon; 3)- Gang; 4)- m/ph; v3 = 200 m/ph Nhôm Khi ñạt ñược tốc ñộ nhất ñịnh thì nhiệt cắt ñạt giá trị cực ñại, tăng tiếp tốc ñộ thì nhiệt cắt hầu như không tăng nữa. Nhiệt ñộ cắt trong vùng này bằng nhiệt ñộ nóng chảy của vật liệu gia công dẫn ñến hiện tượng khuếch tán lẫn nhau giữa hai loại vật liệu của dụng cụ và chi tiết. Nhiệt cắt phần lớn truyền vào phoi, nên trong những năm gần ñây với những phát triển của công nghệ vật liệu làm dụng cụ người ta thường dùng cắt cao tốc ñể tăng năng suất và giảm chi phí gia công cơ. • Khi tăng lượng chạy dao s thì áp lực của phoi lên dao tăng, công ma sát trên mặt trước tăng. Mặt khác do tăng lượng chạy dao mà chiều dày cắt a tăng, nên ñiều kiện truyền tốt hơn, diện tích giữa dao và phoi ñược mở rộng. Kết quả là nhiệt ñộ tăng nhưng không tăng theo tỉ lệ thuận (h.5.2). 51 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt • Chiều sâu cắt t ảnh hưởng ñến nhiệt ñộ cắt ít hơn so với lượng chạy dao s. Khi tăng chiều sâu cắt t (chiều rộng cắt b), một mặt tải trọng trên một ñơn vị chiều dài lưỡi cắt không ñổi, mặt khác do góc nghiêng chính ϕ không ñổi, nên chiều dài của phần làm việc của lưỡi cắt tăng, tạo ñiều kiện truyền nhiệt tốt hơn. Kết quả là nhiệt ñộ tăng ít. b) Ảnh hưởng của thông số hình học dụng cụ cắt. Khi giảm góc nghiêng chính φ, tải trọng cắt tăng lên một ít, lẽ ra nhiệt cắt tăng, nhưng do giảm φ mà chiều dài phần làm việc của lưỡi cắt tăng lên, góc mũi dao ε cũng ñược mở rộng ra, tạo ñiều kiện truyền nhiệt tốt. Kết quả khi giảm φ thì nhiệt ñộ giảm (h.5.3). Hình 5.3 Ảnh hưởng của góc nghiêng ϕ ñến Hình 5.4. Quan hệ giữa góc nhiệt cắt: σb = 600 MPa; v = 100 m/ph; h = 2 cắt và nhiệt cắt mm; s = 0,5 mm/vg Khi tăng góc cắt δ thì tăng lực cắt, tăng công biến dạng và công ma sát, do ñó nhiệt cắt tăng. Tuy nhiên tăng góc cắt δ nên góc sắc β tăng lên, ñiều kiện truyền nhiệt tốt hơn (nhưng với mức ñộ thấp). Kết quả là nhiệt ñộ tăng (h.5.4). c) Ảnh hưởng của vật liệu gia công và dụng cụ Thực nghiệm ñã xác ñịnh sự phụ thuộc nhiệt ñộ to vào các tính chất cơ học của vật liệu gia công theo (h.5.5). 52 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Hình 5.5. Ảnh hưởng cơ tính ñến nhiệt cắt của vật liệu gia công: a) – vật liệu có ñộ bền khác nhau; b)- các loại vật liệu khác nhau. Có thể nhận xét rằng khi cắt vật liệu giòn do công biến dạng nhỏ và lực cắt ñơn vị (tỉ số của lực theo hướng chuyển ñộng chính trên diện tích phoi cắt) không ñáng kể nên nhiệt cắt thấp hơn khi cắt vật liệu dẻo. ðộ bền và ñộ cứng của vật liệu gia công càng lớn thì nhiệt cắt càng lớn. Tốc ñộ cắt có ảnh hưởng lớn hơn ñến nhiệt cắt khi gia công vật liệu dẻo (thép) so với vật liệu giòn (gang). ðó là do vật liệu dẻo có phoi vụn ít biến dạng và không lưu lại trên mặt trước, áp lực khi gia công vật liệu dẻo tập trung hẹp trên bề mặt dọc lưỡi cắt. Nhiệt cắt cơ bản phụ thuộc vào nhiệt dung và tính dẫn nhiệt của vật liệu gia công và vật liệu làm dụng cụ. Khi gia công kim loại màu nhiệt cắt thấp không chỉ vì công cắt thấp mà còn do tính dẫn nhiệt tốt. Thép không gỉ austenite có tính dẫn nhiệt kém nên nhiệt cắt cao hơn so với thép cacbon khi gia công. Vật liệu làm dụng cụ nào có tính dẫn nhiệt tốt thì khi cắt nhiệt cắt sẽ thấp. Hợp kim cứng hệ BK có tính dẫn nhiệt tốt hơn hệ TK, ñồng thời hệ số ma sát nhỏ hơn, do ñó nhiệt cắt tại vùng tiếp xúc khi cắt của dụng cụ hệ BK thấp hơn. Kích thước thân dao cũng ảnh hưởng tới nhiệt cắt, dao càng to thì nhiệt càng giảm vì ñiều kiện truyền nhiệt tốt hơn. 3. Ảnh hưởng của nhiệt ñến quá trình cắt Ảnh hưởng của nhiệt cắt ñến quá trình cắt thường ñược nghiên cứu theo 3 quan ñiểm: - Theo ñộ chính xác gia công - Theo chất lượng bề mặt ñã gia công. - Theo khả năng cắt của dao. a. Ảnh hưởng của nhiệt cắt ñến ñộ chính xác gia công. 53 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt ðộ chính xác gia công khi cắt gọt ñược quyết ñịnh bởi vị trí tương quan giữa dao và chi tiết gia công trong quá trình cắt. Do vậy sự biến dạng về nhiệt của dao và chi tiết gia công do ảnh hưởng của nhiệt khi cắt ñược quan tâm khảo sát. Về quá trình trao ñổi nhiệt, ta biết rằng nếu cung cấp một lượng nhiệt Q cho một vật có thể tích V (cm3), tỷ nhiệt c (J/kg.0K), khối lượng riêng g(kg/cm3), thì ñộ tăng của nhiệt ñộ của vật thể ñược xác ñịnh: ∆θ = Q 0 ( K) c.γ .V ðộ thay ñổi chiều dài L theo phương nào ñó của vật thể là: ∆L = α .∆θ .L (mm) Như vậy nếu ta xét trường hợp khi tiện một chi tiết có ñược ñường kính là D theo thiết kế trên bản vẽ, nếu nhiệt lượng truyền vào cho chi tiết là Qct thì nhiệt ñộ trên chi tiết sẽ tăng lên một lượng Dq xác ñịnh và ñường kính của chi tiết sẽ thay ñổi một lượng là DD: ∆L = α .∆θ .D(mm) Mặt khác, nhiệt lượng Qd truyền vào dụng cụ cũng sẽ làm cho dụng cụ tăng chiều dài về phía tâm chi tiết. Khác với chi tiết, vật liệu trên dao là không ñồng nhất giữa phần cắt và phần cán dao, do vậy sự biến dạng của dao theo chiều dài dưới tác dụng của nhiệt cắt phức tạp hơn rất nhiều. Ỏ ñây ta phải khảo sát biến dạng dài của dao trong mối quan hệ phức hợp: ∆L = f (L, F ,σ d , v, s, t...) Trong ñó: F - là tiết diện thân dao σd - là ñộ bền vật liệu dao. v, s, t - là chế ñộ cắt. Sau quá trình cắt, khi chi tiết về nhiệt ñộ thường, ñường kính thực tế của chi tiết gia công sẽ là: Dt = D − (α .Αθ .D + ∆L ) b. Ảnh hưởng của nhiệt cắt ñến chất lượng bề mặt gia công. Chất lượng bề mặt ñã gia công của chi tiết ñược ñặc trưng bởi ñộ nhấp nhô bề mặt và tính chất cơ - lý lớp sát bề mặt. Nhiệt cắt có ảnh hưởng chủ yếu ñến sự thay ñổi tính chất cơ - lý lớp bề mặt chi tiết gia công. 54 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Ta biết rằng, khi kim loại bị ñốt nóng ñến một nhiệt ñọ nào ñó thi tổ chức kim tương của chúng sẽ thay ñổi. Sự thay ñổi này dẫn ñến sự thay ñổi về cơ - lý tính của kim loại. Mặt khác, trong quá trình cắt sự tăng giảm ñột ngột về nhiệt ñộ trên bề mặt gia công kết hợp với sự dao ñộng của lực cắt sẽ tạo nên ứng suất dư và vết nứt tế vi trên lớp kim loại sát trên bề mặt, ñồng thời trên ñó kim loại cũng bị biến cứng hay hoá bền. Nói chung các ảnh hưởng này ñều theo chiều hướng bất lợi cho yêu cầu về cắt gọt. c. Ảnh hưởng của nhiệt cắt ñến khả năng làm việc của dao. Những kết quả nghiên cứu về cắt gọt cho thấy rằng khi cắt kim loại, ñặc biệt khi cắt ở tốc ñộ cao thì yếu tố quyết ñịnh lớn nhất ñến khả năng cắt của dao ñó là nhiệt cắt, tiếp ñến mới là ma sát. Khả năng cắt gọt của dao ñược ñánh gía bởi tuổi bền dao thông qua việc xác ñịnh ñộ lớn của các dạng mài mòn dao cụ thể. Dưới tác dụng của nhiệt khi cắt vật liệu của dao sẽ có sự thay ñổi về tính chất cơ - lý - hoá, ñặc biệt ñộ cứng, ñộ bền giảm, tính chống mòn cũng giảm... dẫn ñến mài mòn dao nhanh chóng, hậu quả là thời gian sử dụng dao vào cắt gọt cũng bị rút ngắn ñi, dao nhanh chóng mất khả năng cắt gọt. Tóm lại, nhiệt cắt ngoài ảnh hưởng trực tiếp ñến ñộ chính xác gia công, chất lượng lớp bề mặt gia công và khả năng cắt gọt của dao, còn ảnh hưởng ñáng kể ñến máy và ñồ gá trong hệ thống công nghệ. 4. Biện pháp giảm nhiệt khi cắt. ðể cải thiện ñiều kiện cắt, nâng cao năng suất cắt, tăng ñộ bóng bề mặt gia công... người ta thường dùng dung dịch trơn nguội. *Tác dụng của dung dịch trơn nguội. • Hạ nhiệt ñộ của vùng cắt, bôi trơn bề mặt làm việc. • Làm cho quá trình biến dạng dẻo dễ dàng hơn và do ñó làm giảm công tiêu hao khi cắt. • Cuốn phoi ra khỏi khu vực cắt. • Làm nguội dụng cụ cắt và chi tiết gia công, tạo ñiều kiện nâng cao tuổi bền của dao, tăng năng suất cắt, giảm biến dạng nhiệt. • Bảo vệ bề mặt chi tiết gia công khỏi sự ăn mòn của môi trường. 55 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Hiệu quả của dung dịch trơn nguội khi cắt phụ thuộc vào các yếu tố như nguyên công, nhiệt ñộ, tốc ñộ cắt. Nhiệt ñộ cắt tăng khi tốc ñộ cắt tăng, cho nên làm nguội vùng cắt là yêu cầu quan trọng khi cắt ở tốc ñộ cao. Tuy nhiên, có những trường hợp sử dụng dung dịch trơn nguội lại không tốt. Ví dụ trong các nguyên công cắt gọt không liên tục - như phay - tác dụng làm nguội của dung dịch chỉ làm tăng sự chênh lệch nóng lạnh của chu kỳ nhiệt mà lưỡi cắt chịu. ðiều này có thể dẫn ñến nứt nhiệt (mỏi nhiệt hoặc sốc nhiệt). Hoặc khi tiện dung dịch trơn nguội có thể làm phoi trở nên xoắn hơn, ứng suất tập trung hơn vào mũi dao làm giảm tuổi bền của dụng cụ. II. MÀI MÒN VÀ TUỔI BỀN DỤNG CỤ CẮT 1. HiÖn t−îng Khi c¾t vËt liÖu, do ma s¸t gi÷a mÆt sau cña dao vµ bÒ mÆt gia c«ng, ma s¸t gi÷a phoi vµ mÆt tr−íc dao, tÊt c¶ ®Òu diÔn ra trong ®iÒu kiÖn rÊt khèc liÖt, nhiÖt c¾t cao, ¸p lùc lín, b«i tr¬n h¹n chÕ...do ®ã dao bÞ mßn khèc liÖt. Tïy thuéc vµo ®iÒu kiÖn c¾t vËt liÖu gia c«ng vµ vËt liÖu lµm dao mµ dao cã thÓ mßn theo c¸c d¹ng nh− h×nh 5.6. Hình 5.6 Các dạng mòn của dụng cụ cắt a) Mßn theo mÆt sau chÝnh th−êng x¶y ra khi c¾t víi phoi máng, c¾t vËt liÖu gißn nh− gang. b) Mßn c¶ mÆt tr−íc vµ mÆt sau: GÆp khi gia c«ng vËt liÖu dÎo víi chiÒu dµy c¾t trung b×nh (a ≈ 0,1 - 0,5mm). c) Mßn theo mÆt tr−íc x¶y ra khi gia c«ng víi chiÒu dµy c¾t a > 0,6mm vµ c¾t vËt liÖu thÐp. d) D¹ng cïn, l−ìi c¾t bÞ vª trßn gÆp khi gia c«ng tinh vËt liÖu dÉn nhiÖt kÐm nh− thÐp hîp kim, chÊt dÎo... Mßn theo mÆt sau hay gÆp vµ dÔ ®o, do ®ã h ®−îc dïng lµ chuÈn mßn, ®é mßn cho phÐp ký hiÖu lµ hs. 2 C¬ chÕ mßn 56 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt B¶n chÊt vËt lý cña mµi mßn dao rÊt phøc t¹p vµ ch−a ®−îc nghiªn cøu ®Çy ®ñ. Cã nhiÒu gi¶ thuyÕt vÒ vÊn ®Ò nµy, xong cã thÓ ®−a ra ®©y mét vµi gi¶ thuyÕt gi¶i thÝch c¬ chÕ mßn nh− sau: a. Mßn do cµo x−íc: ë møc ®é thÊp, mßn chñ yÕu do ma s¸t ë d¹ng cµo x−íc gi÷a mÆt sau vµ mÆt tr−íc dao víi c¸c ®èi t−îng nã tiÕp xóc. VËt liÖu gia c«ng th−êng cã nh÷ng phÇn tö t¹p chÊt d¹ng tÕ vi, cã ®é cøng cao h¬n cña vËt liÖu dao nªn khi tiÕp xóc nã sÏ cµo x−íc bÒ mÆt cña dao g©y mßn. b. Mßn v× dÝnh: D−íi ¸p lùc vµ nhiÖt ®é cao, phoi tho¸t ra tr−ît trªn mÆt tr−íc víi tèc ®é c¾t lín, nh÷ng phÇn tö phoi dÝnh vµo mÆt tr−íc khi chuyÓn ®éng sÏ cµ ®i tõng phÇn tö nhá cña vËt liÖu dao. DÇn dÇn mÆt tr−íc xuÊt hiÖn vÕt lâm d¹ng l−ìi liÒm. c. Mßn v× nhiÖt: ë nhiÖt ®é cao, cÊu tróc vËt liÖu dao (nhÊt lµ nhãm thÐp dông cô) bÞ gi¶m lùc liªn kÕt gi÷a c¸c phÇn tö còng ®−a ®Õn mßn. d. Mßn v× «xy hãa: NhiÖt c¾t cao lµm líp bÒ mÆt vËt liÖu dao bÞ «xy hãa trë nªn gißn, do ®ã dÔ bÞ ph¸ hñy do lùc ma s¸t gi÷a c¸c bÒ mÆt tiÕp xóc. e. Mßn do khuyÕch t¸n: Khi c¾t dao b»ng hîp kim cøng ë tèc ®é cao, nhiÖt c¾t th−êng cao ≈ 900-10000C. ë nhiÖt ®é nµy vËt liÖu dao dÔ khuyÕch t¸n sang ®èi t−îng nã tiÕp xóc. (phoi vµ bÒ mÆt gia c«ng). Khi gia c«ng thÐp hîp kim, mßn khuyÕch t¸n cã thÓ x¶y ra ë kho¶ng nhiÖt ®é 500-6000C. Lý do lµ do gi÷a vËt iÖu dao hîp kim cøng vµ thÐp hîp kim cã sù t−¬ng t¸c hãa häc. Cã nhiÒu c¸ch x¸c ®Þnh l−îng mßn dao. Song c¸ch th−êng dïng nhÊt lµ ®o trùc tiÕp diÖn tÝch vµ kÝch th−íc H×nh 5.7 §−êng cong mßn diÔn ®¹t mèi quan hÖ vÕt mßn. gi÷a ®é mßn hs vµ thêi gian lµm viÖc t. §Ó ®¬n gi¶n cho viÖc ®o l−êng, ®ång thêi còng phï hîp víi thùc tÕ lµ ®é mßn mÆt sau dao ¶nh h−ëng cã tÝnh quyÕt ®Þnh ®Õn chÊt l−îng bÒ mÆt gia c«ng nh− nhiÖt c¾t, rung ®éng...Ng−êi ta quy −íc lÊy hs lµm tiªu chuÈn ®¸nh gi¸ vµ ®é mßn cho phÐp lµ [hs]. 3. Quy luËt mµi mßn. 57 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Theo quy −íc võa nªu trªn, khi nãi ®é mßn cña dao lµ hiÓu ngay r»ng ®ã lµ ®é mßn mÆt sau hs. NhiÒu thÝ nghiÖm ®· ®−îc tiÕn hµnh ®Ó ®o l−îng hs, ®èi víi nh÷ng lo¹i h×nh gia c«ng kh¸c nhau nh− tiÖn, khoan, phay, tar«...víi nh÷ng chÕ ®é c¾t kh¸c nhau. Mèi quan hÖ gi÷a sù lín lªn cña ®é mßn hs vµ thêi gian lµm viÖc cña dao, ®Òu cã mét tÝnh quy luËt nh− nhau. Khi thÝ nghiÖm trªn vËt liÖu ®en (thÐp, gang) b»ng dao thÐp giã hoÆc dao hîp kim cøng, mèi quan hÖ trªn ®−îc ®å thÞ hãa trªn h×nh 5.7. Tõ h×nh 5.7 thÊy ®−êng mßn chia lµm 3 khu vùc. + §o¹n OA, ®−êng cong dèc cao. §o¹n nµy øng víi lóc ban ®Çu lµm viÖc. Nguyªn nh©n v× dao cßn míi nªn diÖn tÝch tiÕp xóc gi÷a bÒ mÆt gia c«ng vµ mÆt sau nhá nªn mßn nhanh gäi lµ giai ®o¹n mßn ban ®Çu. + §o¹n AB giai ®o¹n mßn æn ®Þnh, ®é dèc thÊp vµ gÇn nh− tuyÕn tÝnh. Lý do lµ ë thêi kú nµy diÖn tÝch mßn ®· t¨ng lªn ®Õn møc nµo ®ã, cho nªn cïng mét chÕ ®é c¾t lùc ph¸p tuyÕn ®¬n vÞ trªn mÆt sau nhá ®i, lùc ma s¸t ®¬n vÞ còng nhá theo. KÕt qu¶ mßn t¨ng lªn chËm h¬n vµ thêi kú nµy kÐo dµi h¬n. (t lín h¬n) ®Õn tËn ®iÓm B. §o¹n CB’ =T ( T- tuæi bÒn cña dao). + §o¹n sau ®iÓm B: ®é dèc t¨ng vät thÓ hiÖn mßn khèc liÖt ®Õn ®©y ph¶i th«i lµm viÖc v× nÕu kh«ng th× mÆt sau sÏ mßn qu¸ møc, mµi l¹i mÆt sau sÏ l©u h¬n. Sè lÇn mµi l¹i dao sÏ gi¶m ®i. KÕt qu¶ lµ tuæi thä cña dao thÊp. Do ®ã sö dông dao hîp lý kh«ng ®−îc kÐo dµi thêi gian qu¸ B, h¬n n÷a chÊt l−îng bÒ mÆt gia c«ng kh«ng ®¶m b¶o. Víi tèc ®é c¾t b×nh th−êng th× thêi gian mßn æn ®Þnh chiÕm kho¶ng 85-90% tuæi bÒn cña dao. NÕu t¨ng tèc ®é c¾t th× ®o¹n AB sÏ ng¾n l¹i. NÕu V v−ît qu¸ giíi h¹n cho phÐp (vÝ dô dao thÐp giã c¾t ë V lín h¬n 40-50m/ph, kh«ng t−íi lµm m¸t) th× ®iÓm B sÏ lïi tíi A. NghÜa lµ kh«ng cã ®o¹n AB n÷a. 4. Tiªu chuÈn ®¸nh gi¸ mµi mßn §é mßn cña dao mµ t¹i ®ã dao kh«ng tiÕp tôc c¾t gät ®−îc n÷a, ph¶i mµi l¹i gäi lµ ®é mßn giíi h¹n. Mçi lo¹i dao ®é mßn ®−îc quy ®Þnh kh¸c nhau. §é mßn ®· ®−îc quy ®Þnh gäi lµ ®é mßn tiªu chuÈn. a. Tiªu chuÈn mßn tèi −u Dông cô ®−îc coi lµ bÞ cïn khi ®o¹n mßn tuyÕn tÝnh (AB) cña mÆt sau hs ®¹t tíi trÞ sè b»ng ®é mßn tèi −u. 58 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt §é mßn tèi −u ký hiÖu: hs(t−) lµ ®é mßn øng víi nã cho tuæi thä cña dao ®¹t cao nhÊt. Tuæi thä cña dao, T∑(phót) tÝnh theo c«ng thøc: T∑ = T.i Trong ®ã: i - Sè lÇn mµi l¹i dao tõ lóc b¾t ®Çu ding ®Õn khi bá h¼n dao. T (phót) - tuæi bÒn cña dao lµ thêi gian gi÷a hai lÇn mµi l¹i dao ®· cïn. T∑ tuæi thä cña dao lµ thêi gian phôc vô cña dao ®Õn lóc lo¹i bá. b. Tiªu chuÈn mßn c«ng nghÖ Dông cô coi lµ bÞ mßn tuyÕn tÝnh theo mÆt sau ®¹t ®Õn gi¸ trÞ b»ng ®é mßn c«ng nghÖ. §é mßn c«ng nghÖ lµ ®é mßn mµ t¹i ®ã dao dõng ho¹t ®éng theo c¸c giíi h¹n c«ng nghÖ nh−: gi¶m ®ét ngét ®é nh½n bÒ mÆt, kÝch th−íc chi tiÕt kh«ng ®¹t yªu cÇu, sinh ra rung ®éng, nhiÖt c¾t t¨ng g©y mÎ dao. Tiªu chuÈn mßn c«ng nghÖ chñ yÕu dïng khi nghiªn cøu vµ sö dông dông cô gia c«ng tinh. 5. Tèc ®é c¾t vµ tuæi bÒn dông cô c¾t Tuæi bÒn cña dông cô c¾t lµ thêi gian lµm viÖc cña nã gi÷a hai lÇn mµi l¹i: T (phót) Tuæi bÒn cña mét dông cô c¾t phô thuéc vµo lo¹i vµ tÝnh chÊt c¬ lý cña vËt liÖu gia c«ng, vËt liÖu lµm dao, th«ng sè h×nh häc cña dông cô c¾t, chÕ ®é c¾t, ®iÒu kiÖn gia c«ng (gia c«ng kh«ng t−íi nguéi hay cã t−íi nguéi, ®é cøng v÷ng cña hÖ thèng c«ng nghÖ). Tèc ®é c¾t lµ mét nh©n tè ¶nh h−ëng m¹nh nhÊt ®Õn T so víi t vµ s. V× khi c¾t víi V cµng lín tøc c«ng suÊt tiªu hao cµng lín, nhiÖt c¾t cµng cao. §é mßn dao chñ yÕu lµ mßn ë mÆt sau cµng nhanh ®¹t møc mßn cho phÐp [hs], nh− vËy dông cô c¾t ph¶I mµi l¹i nªn T gi¶m. V lµ mét nh©n tè quan träng cña chÕ ®é c¾t v× kh«ng nh÷ng nã quyÕt ®Þnh n¨ng suÊt gia c«ng mµ cßn quyÕt ®Þnh chÊt l−îng bÒ mÆt gia c«ng. ThuËt ng÷ V mµ ta hay dïng lµ V dao cho phÐp. Trong thùc tÕ chän chÕ ®é c¾t hîp lý lµ chÕ ®é c¾t víi V tèi −u: V tèi −u lµ tèc ®é c¾t võa cho n¨ng suÊt cao nhÊt võa cho gi¸ thµnh rÎ nhÊt. Khi t¨ng V, dông cô c¾t nhanh mßn ®Õn ®é mßn cho phÐp [hs], vµ ph¶I ngõng lµm viÖc ®Ó mµi l¹i. KÕt qu¶ lµ T gi¶m xuèng 59 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt DiÖn tÝch líp c¾t f=a.b=S.t, do ®ã t¨ng t vµ S hoÆc t¨ng riªng S, riªng t ®Òu lµm t¨ng f, nghÜa lµ c«ng suÊt c¾t t¨ng lªn, dÉn ®Õn nhiÖt c¾t t¨ng vµ dông cô nhanh mßn. §Ó gi÷ ®é mßn [hs] kh«ng ®æi th× ph¶i gi¶m T. Trong qu¸ tr×nh c¾t nh©n tè nµo lµm t¨ng ma s¸t, nhiÖt c¾t ®Òu lµm gi¶m T. 60 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Chương 6: BÀO VÀ XỌC I. CÔNG DỤNG VÀ ðẶC ðIỂM CỦA BÀO VÀ XỌC 1. Công dụng Bào và xọc ñược dùng trong sản xuất ñơn chiếc, loạt nhỏ. Trong sản xuất loạt lớn ta dùng phay và truốt nhưng những chi tiết dài và hẹp ta dùng bào cho năng xuât cao hơn. Trong quá trình gia công ít phải dùng ñồ gá và các dao cụ phức tạp. Quá trình bào trên máy bào ngang chuyển ñộng chính là chuyển ñộng thẳng tịnh tiến của dao, chuyển ñộng tịnh tiến (chạy dao) là chuyển ñộng của bàn máy. Quá trình xọc (là một loại máy bào ñứng) chuyển ñộng chính là chuyển ñộng lên, xuống của dao. Chuyển ñộng tịnh tiến là chuyển ñộng tịnh tiến hoặc quay của bàn máy. Bào và xọc cho ta ñộ bóng thấp ∇ 3 ÷ ∇ 4 ñộ chính xác IT10, IT11, nếu có kết cấu dao ñặc biệt như φ = 0 có thể ñạt ∇ 8 ÷ ∇ 9, IT5 ÷ IT6, Ra = (0.63 ÷ 0.32) với ñiều kiện t nhỏ, hệ thống cứng vững và có tưới nguội. 2. ðặc ñiểm của bào và xọc − Có hành trình chạy không do ñó năng suất thấp − ðầu dao có chuyển ñộng tịnh tiến khư hồi do ñó không phải làm việc với vận tốc cắt lớn. ðể tránh lực quán tính lớn sinh ra khi ñảo chiều ñộng thường vận tốc cắt khi bào v = 12/22 m/ph, vËn tèc c¾t khi xäc v = 12 m/ph − Trước mỗi hành trình bào bao giờ cũng có khoảng chạy tới, bởi vậy dao luôn chịu va ñập dễ gây mẻ dao, giảm tuổi thọ dao. − Chuyển ñộng chính của máy bò và xọc là chuyển ñộng tịnh tiến, do ñó máy có gia tốc lớn khi tốc ñộ lớn, vì vậy tốc ñộ máy bào chỉ sử dụng tối ưu tong khoảng v ≤ 70 ÷ 80m/phút − Khi bào hoặc xọc không có khả năng gia công bằng nhiều dao cùng một lúc (trừ máy bào dường). − Trên máy bào khi gia công hầu như người ta không tưới nguội 61 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt H×nh 7.1: Kh¶ n¨ng gia c«ng c¸c mÆt ®Þnh h×nh cã ®−êng sinh th¼ng cña bµo Bào và xọc là các phương pháp gia công có tính vạn năng cao, chuyển ñộng cắt ñơn giản. Baò chủ yếu dùng gia công các mặt phẳng nhưng cũng gia công ñược các mặt ñịnh hình có ñường sinh thẳng (hình 7.1) Bào có các dạng bào thô, bào tinh, bào tinh mỏng và bào tinh rộng bản. Bào tinh rộng bản có khả năng ñạt ñộ chính xác và ñộ nhẵn bề mặt cao. Xọc chủ yếu gia công các rãnh then trong lỗ.Trong sửa chữa ñôi khi dùng xọc ñể gia công rãnh then hoa trong lỗ hoặc xọc răng theo nguyên lý ñịnh hình. II. CÁC BIỆN PHÁP CÔNG NGHỆ KHI BÀO VÀ XỌC ðể tăng năng suất khi bào người ta dùng các biện pháp sau: - Gá ñặt : Trong sản xuất ñơn chiếc phôi ñược gá ñặt dựa theo dấu, rà gá và cắt thử nên năng suất thấp. Trong sản xuất hàng loạt người ta sử dụng ñồ gá cũng như cữ so dao ñể gá ñặt chi tiết và dụng cụ cắt nhằm tăng năng suất . - Chọn máy: Các chi tiết lớn nên gia công trên máy bào giường ñể có thể gia công ñồng thời nhiều bề mặt bằng nhiều ñầu dao và nhiều dao khác nhau (hình 7.2). H×nh 7.2. S¬ ®å gia c«ng dïng nhiÒu ®Çu dao vµ nhiÒu dao trªn m¸y bµo d−êng 62 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Khi dùng nhiều dao có thể gá theo 2 cách: + Gá dao theo cách phân chia chiều sâu cắt lam nhiều lớp sẽ tránh dược ảnh hưởng của hiện tượng mòn dao không ñồng ñều tới chất lượng bề mặt gia công + Gá dao theo cách ñặt các dao nối tiếp liên tục theo phương tiến dao gia công với bước tiến dao S lớn (hình 7.3). H×nh. 7.3: S¬ ®å g¸ dao bµo khi gia c«ng dïng nhiÒu dao * Các biện pháp nâng cao ñộ chính xác khi bào. ðể nâng cao ñộ chính xác gia công khi bào người ta dùng các biện pháp công nghệ sau ñây: - Khi gia công các chi tiết lớn nên tách thành hai nguyên công gia công thô và tinh riêng biệt ñể giảm ảnh hưởng của hiện tượng phân bố lại ứng suất dư sau khi gia công gây ra biến dạng chi tiết sau khi gia công. Trường hợp nếu gia công thô và tinh trong cùng một lần gá trên máy bào giường thì sau bước gia công thô nên nới lỏng ñể chi tiết biến dạng tự do gây ra hiện tượng phân bố lại ứng suất dư sau khi cắt thô, sau ñó kẹp nhẹ ñể tiếp tục cắt tinh. - Dùng phương pháp bào tinh mỏng bằng dao rộng bản chế tạo từ hợp kim cứng: dao bào có bề rộng từ 40 ÷120 mm, cắt với chiều sâu cắt t nhỏ (t1 = 0,1 ÷0,2 mm, t2 = (0,05 ÷ 0,1mm) bằng một hoặc hai lần chạy dao, bước tiến cắt lớn (S =0,5 bề rộng dao), vc = 15 ÷200 m/ph. Bào tinh mỏng bằng dao rộng bản có các yêu cầu sau: + Máy phải ñảm bảo chính xác. + Dao ñủ cứng vững, phần công xôn của dao ngắn, lưỡi dao phải thẳng và ñược ñánh bóng ñạt Ra = 0,16µm, gá ñặt dao phải kiểm tra bằng khe sáng . + Các mặt tỳ của chi tiết phải thẳng và có Ra < 5 µm. 63 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Bào tinh mỏng bằng dao rộng bản ñạt ñược ñộ chính xác kích thước, ñộ phẳng ñộ nhám bề mặt cao, có thể thay thế cho cạo khi không có phương tiện khác như mài phẳng, chuốt . H×nh 7.4: KiÓm tra g¸ dao b»ng c¸ch quan s¸t khe s¸ng III. CẤU TẠO DAO BÀO VÀ XỌC Hình 7.5: Bào và xọc Do có những ñặc ñiểm như trên nên dao bào có những ñặc ñiểm như dao tiện nhưng ñòi hỏi chịu uốn, chịu va ñập cao hơn. Vật liệu thường dùng ñể chế tạo dao bào: BK6, BK8B, T15K6, T15K10, T5K12B, TT7K12…ở nước ta do chế tạo hợp kim cứng khó do ñó tường dùng P18. Cấu tạo dao bào nói chung giống dao tiện nhưng có các ñặc ñiểm sau. 64 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt a. Thường làm cong ñiểm mũi dao nằm trùng với ñường mặt ñáy dao ñể tránh khi gia công dao bị uốn, khi ăn sâu vào chi tiết gia công làm hụt kích thước thân dao; ñối với dao bào láng (lực cắt nhỏ) người ta chế tạo thân dao thẳng. Hình 7.6: Hai loại dao bào b. Quá trình bào Luôn xảy ra trong quá trình làm việc do ñó góc γ dao bào nhỏ hơn dao tiện γ = (-5 ÷ 10)0; λ = (6 ÷ 20)0; φ = (20 ÷ 70)0; φ1 = (-5 ÷ 10)0; α = (6 ÷ 16)0. IV. CHỌN THÔNG SỐ CẮT KHI BÀO VÀ XỌC a. Các yếu tố cắt khi bào và xọc − Chiều sâu cắt t: Là khoảng cách giữa bề mặt chịu gia công và bề mặt ñã gia công sau một lát cắt, ñơn vị mm. − Bước tiến S: Là khoảng dịch chuyển của dao hay vật sau hành trình kép, ñơn vị mm/KCK. − Chiều dày cắt a: Là khoảng cách giữa hai vị trí của lưỡi cắt trên mặt phẳng ngang khi dao thực hiện một bước tiến dao S. − Chiều rộng cắt b: Là chiều dài lưỡi cắt chính tham gia cắt gọt. • a = S .sin ϕ ; b = t sin ϕ 65 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt − Khi xọc thông thường φ = 90o, λ = 0 nên a = S và b = t ta có thể tính diện tích lớp cắt như sau: F = a.b = S .t ( mm ) 2 − Tốc ñộ cắt: Là tốc ñộ dịch chuyển của dao hay vật khi cắt got. Ta có vc.tác = m = 0.7 ÷ 0.75 vvè τ: Thời gian thực hiện một hành trình kép. n: Số khoảng chạy kép trong một phút τ= L L 1 + ; τ = τ c.tác + τ ve = ; L = l + l1 + l2 Vñi Vve n Trong ñó: l1; l2: khoảng chạy tới, khoảng chạy quá l: chiều dài chi tiết τ= n= L Vc.tác 1 τ = + L L L.m = + Vve Vc.t Vct 1 Vct = → Vct = n.L.(1 + m ) L(1 + m ) L(1 + m ) Vct Trong ñó: L ñơn vị m; V ñơn vị m/phút; n ñơn vị là KCK/ph V. TRÌNH TỰ CHỌN CHẾ ðỘ CẮT KHI BÀO VÀ XỌC 1. Chọn dao Căn cứ vào ðKKT chi tiết gia công chọn vật liệu dao, thông số hình học kết cấu thân dao. Xác ñịnh chiều sâu cắt t: dựa vào lượng dư và ñộ chính xác gia công ñể chọn. Xác ñịnh lượng chạy dao: cho phép chọn cho bảng 7 và 31 (CðCKGCK) dựa theo t, φ, φ1, vật liệu gia công. 2. Tính tốc ñộ cắt Tính V theo công thức phụ thuộc tuổi bền dao Công thức: thương tự tiên, hệ số bảng 23 nhưng nhân thêm hệ số bảng 32 Xác ñịnh số hành trình kép trong mọt phút n: Theo công thức: n = V 1+ n Từ ñó chọn số hành trình kép có trên máy sau ñó tính lại tốc ñộ cắt thực tế theo công thức: 66 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt vt = nt . L(1 + m)[m / ph ] 3. Nghiệm công suất cắt N cg ≤ [N ]ñcµ Nghiệm Pkéo: Trong thực tế sản xuất khi ta không chú ý nghiệm Pkéo có trường hợp máy bị dừng ở giữa hành trình vì tại dây Pkéo nhỏ nhất. Ta phải nghiệm: PZ (phát sinh) ≤ [Pkéo]. [Pkéo] = [Pmax] cho trong thuyết trình thử máy phụ thuộc vào L (chiều dài hành trình ñầu bào) n(HTK/ph), vct: (m/ph) 4. Xác ñịnh thời gian máy ðối với bào và xọc thời gian công nghệ cơ bản (Tm) tính theo công thức: Tm = B + B1 + B2 L.i = n.S n.S Hình 7.7: Sơ ñồ tính Tm Trong ñó: B: Chiều rộng bề mặt gia công (mm). B1: Lượng ăn tới dao (mm). B1 = t.cotgφ B2: Lượng vượt quá dao (mm). B2 = (2 ÷ 3) mm i: Số lát cắt S: mm/HTK, n = HTK/ph 67 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Chương 7: KHOAN - KHOÉT – DOA I. TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KHOAN, KHOÉT, DOA. Khoan, khoét, doa ñều là phương pháp gia công lỗ. Tuỳ theo hình dạng, kích thước lỗ, tinh chất vật liệu gia công và chất lượng yêu cầu mà ta chọn một, hai hay cả ba phương pháp nêu trên ñể gia công một lỗ. Ví dụ: có lỗ chỉ cần khoan, có lỗ khoan xong rồi khoét nhưng có lỗ khoan xong rồi khoét và doa. Tuy khoan, khoét, doa có thể ñạt ñộ chính xác khác nhau nhưng chúng ñều có chung các chuyển ñộng sau ñây: -Chuyển ñộng chính là chuyển ñộng quay tròn của dao (dụng cụ cắt). -Chuyển ñộng chạy dao là chuyển ñộng dọc trục mang dao. -Tốc ñộ cắt ñược tính: V= π .D.n 1000 [m / ph] Trong ñó : D - ñường kính của mũi khoan, doa, khoét. n - số vòng quay sau một phút. -Lượng chạy dao sau một vòng quay ñược tính :So = Sz.Z Trong ñó : Sz -lượng chạy dao của một lưỡi cắt của dao. Z - số lưỡi cắt của dao. -Chiều sâu cắt khi khoan (phôi chưa có lỗ) ñược tính t= D [mm] 2 Khi phôi ñã có lỗ với ñường kính d thì chiều sâu cắt ñược tính: t= D−d [mm] 2 68 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt II. KHẢ NĂNG CÔNG NGHỆ CỦA KHOAN : Khoan thường sử dụng ñể gia công lỗ trên các phôi ñặc (phôi chưa có lỗ hay phôi có lỗ từ trước). Khi khoan thường sử dụng dao là mũi khoan ruột gà. Khoan có thể gia công các lỗ có ñường kính 0,1 ñến 80 mm, phổ biến nhất là các lỗ có ñường kính từ 35mm trở xuống. Với các lỗ lớn hơn thì ñòi hỏi máy có công suất rất lớn, các lỗ bé quá thì mũi khoan không ñảm bảo ñộ cứng vững. ðối với lỗ có ñường kính lớn nên khoan trước lỗ nhỏ rồi khoan thành nhiều lần ñể giảm chiều sâu cắt khi khoan. Khi khoan các lỗ lớn và sâu nên dùng phương án chi tiết quay ñồng thời sử dụng các loại mũi khoan nòng súng hoặc mũi khoan sâu. ðộ chính xác gia công khoan nói chung là thấp chỉ ñạt cấp chính xác 12 ÷ 13 và Ra = 3,2 -12,5µm. ðối với các lỗ có yêu cầu ñộ chính xác cao thì khoan chỉ là bước gia công thô. Nguyên nhân ñạt ñộ chính xác thấp khi khoan là do kết cấu của mũi khoan chưa hợp lý, khi chế tạo mũi khoan hay có các sai số như ñộ ñồng tâm giữa phần cắt và phần chuôi, do khi mài hai phần cắt của mũi khoan không ñều.v.v… Máy khoan không ña dạng như máy tiện hoặc máy phay. Chủ yếu có mấy loại sau ñây : a. Máy khoan bàn là loại máy ñơn giản nhất, kích thước nhỏ, thường ñặt trên các bàn nguội, lỗ khoan lớn nhất là 12mm . b. Máy khoan ñứng là loại máy khoan có trục chính chỉ chuyển ñộng dọc trục của nó. Có thể gia công các lỗ có ñường kính ≤ 50mm. c. Máy khoan cần là máy mà trục dao ngoài khả năng dịch chuyển dọc trục còn có thể dịch chuyển lên xuống, ra vào và xoay quay thân máy. Với các chuyển ñộng nêu trên của trục mang dao nên có thể khoan ñược lỗ trên bất kỳ toạ ñộ nào. Phù hợp ñể gia công các chi tiết lớn, cồng kềnh . d. Máy khoan nhiều trục là máy có khả năng khoan ñồng thời nhiều lỗ nhờ một ñầu dao có gá nhiều mũi khoan. Loại máy này phù hợp trong sản xuất hàng loạt. e. Máy khoan sâu là loại máy chuyên dùng, có trục chính nằm ngang dùng ñể gia công các lỗ có chiều sâu lớn . 1. Cấu tạo mũi khoan xoắn, các thông số hình học của mũi khoan: 69 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Cấu tạo mũi khoan xoắn ruột gà Về mặt kết cấu chung thì mũi khoan chia làm ba bộ phận: 1-Phần cán (ñuôi): Là bộ phận dùng lắp vào trục chính của máy khoan ñể truyền mô men xoắn và truyền chuyển ñộng khi cắt. Mũi khoan ñường kính lớn hơn 20mm làm cán hình côn, còn ñường kính nhỏ hơn 10mm thì có cán hình trụ, ñường kính từ 10 ñến 20 có thể cán hình côn hoặc trụ. 2-Phần cổ dao: Là phần nối tiếp giữa cán dao và phần làm việc. Nó chỉ có tác dụng ñể thoát ñá mài khi mài phần chuôi và phần làm việc.Thường ở ñây ñược ghi nhãn hiệu của mũi khoan. 3-Phần làm việc: Gồm có phần sửa ñúng và phần cắt : a- Phần sửa ñúng (trụ ñịnh hướng): có tác dụng ñịnh hướng mũi khoan khi làm việc. Nó còn là phần dự trữ khi mài lại phần cắt ñã bị mòn. ðường kính của phần ñịnh hướng giảm dần từ phần cắt về phía chuôi, ñể tạo thành góc nghiêng phụ φ1. Lượng giảm thường là từ 0,01- 0,08 mm trên 100 mm chiều dài. Trên phần ñịnh hướng có hai rãnh xoắn ñể thoát phoi với góc xoắn ω = 18 – 30o, thay ñổi tùy theo ñường kính và ñiều kiện gia công. Dọc theo rãnh xoắn, ứng với ñường kính ngoài có 2 dãy cạnh viền chiều rộng f. Chính cạnh 70 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt viền này có tác dụng ñịnh hướng mũi khoan khi làm việc. Mặt khác nó có tác dụng làm giảm ma sát giữa mặt trụ mũi khoan và mặt ñã gia công của lỗ. Phần kim loại giữa 2 rãnh xoắn là lõi mũi khoan. Thường ñường kính lõi làm lớn dần về phía chuôi ñể tăng sức bền của mũi khoan. Lượng tăng thường từ 1,4-1,8 mm trên 100 mm chiều dài của mũi khoan, tuỳ theo vật liệu làm dụng cụ. b- Phần cắt : là phần chủ yếu của mũi khoan dùng ñể cắt vật liệu tạo ra phoi. Mũi khoan có thể coi như là hai dao tiện ghép với nhau bằng lõi hình trụ. Mũi khoan gồm có 5 lưỡi cắt: 2 lưỡi cắt chính, hai lưỡi cắt phụ và một lưỡi cắt ngang. Lưỡi cắt phụ là ñường xoắn, chạy dọc cạnh viền của mũi khoan, nó chỉ tham gia cắt trên một ñoạn ngắn chừng một nửa lượng chạy dao. Mặt trước của mũi khoan là mặt xoắn. Mặt sau của nó có thể là mặt côn, mặt xoắn, mặt phẳng hay mặt trụ, tùy theo cách mài mặt sau. Thông số hình học của mũi khoan xoắn: Cách xác ñịnh góc ñộ của phần cắt mũi khoan tiến hành cũng như ñối với dao tiện, nghĩa là vẫn dùng các mặt toạ ñộ, các góc ñộ của dao thường biểu diễn trên các tiết diện chính. 71 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Nếu không kể ñến chuyển ñộng chạy dao, thì mặt ñáy tại mỗi ñiểm của lưỡi cắt là mặt phẳng tạo thành bởi ñiểm ñó và trục của mũi khoan, còn mặt cắt là mặt phẳng chứa lưỡi cắt chính (khi lưỡi cắt chính thẳng) và tiếp xúc với bề mặt gia công. Góc trước γ: Góc trước ở mũi khoan ñược ño trong tiết diện chính N-N chúng ta hãy xem góc trước γ phụ thuộc vào những thông số nào. Nếu lấy ñiểm A trên lưỡi cắt của mũi khoan bố trí trên hình trụ có ñường kính DA thì ñối với ñiểm này, góc nghiêng của rãnh xoắn ñược xác ñịnh bằng công thức: tgω A = π .DA H Trong ñó : H- bước của rãnh xoắn. ω A - góc nghiêng của rãnh xoắn ở ñiểm A Góc trước ở tiết diện OO bằng góc xoắn ω A . Góc trước γ A ở tiết diện N-N có thể biểu thị qua góc ω A hay góc trước ở tiết diện O-O 72 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Muốn vậy trên tiết diện N-N và O-O, ta chú ý tam giác ANO. Chiếu cạnh AN xuống tiết diện N-N ta có: AN = NB tgγ A hay NB = NA.tgγ A Chiếu cạnh AO xuống tiết diện Q-O ta có: AO = DB tgω A hay DB = AO.tgω A Vì: NB = BD nên ta có: AO.tgω A = NA.tgγ A Trong tam giác AMO ta có AM tgω A = sin ϕ , vì AN = AM nên ta có tgγ A = AO sin ϕ Thay thế vào biểu thức của tgω A ñã tính ở trên và chú ý rằng H = Cuối cùng ta có: tgγ A = π .D tgω D A tgω . D sin ϕ Do ñó, góc trước ở một ñiểm bất kỳ trên lưỡi cắt của mũi khoan, phụ thuộc vào góc nghiêng của rãnh xoắn ứng với ñường kính D, góc nghiêng φ và ñường kính DA (DA là ñường kính ứng với ñiểm khảo sát A). Từ công thức trên ta thấy rằng, góc trước của mũi khoan là một lượng thay ñổi phụ thuộc vào ñường kính DA. Càng gần tâm mũi khoan, DA càng giảm thì góc γA càng nhỏ. Nếu trên ñường kính ngoài cùng góc trước của mũi khoan có trị số khoảng 18 – 33 , thì ở gần lưỡi cắt ngang góc trước sẽ giảm xuống gần bằng không, rồi ñạt trị số âm ở lưỡi ngang. Các công thức tính góc trước của mũi khoan trình bày ở trên chỉ là những công o thức gần ñúng, vì khi khảo sát góc trước ta ñã coi như không có lưỡi cắt ngang vàcoi như lưỡi cắt chính ñi qua tâm mũi khoan. Góc sau α: Góc sau của mũi khoan ñược ño trên bề mặt của quỹ ñạo chuyển ñộng của các ñiểm trên lưỡi cắt, tức là trên bề mặt hình trụ có trục trùng với trục mũi khoan. ðể cụ thể hơn ta xét hình vẽ sau ñây: Xét ñiểm A bất kỳ nằm trên lưỡi cắt chính của một mũi khoan. Khi mũi khoan quay tròn quanh trục O-O thì ñiểm A sẽ vẽ nên một vòng tròn. Qua vòng tròn ñó, ta dựng một hình trụ ñồng trục với mũi khoan. Giao tuyến của mặt trụ này với mặt sau mũi khoan sẽ là một ñường cong C. 73 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Nếu qua ñiểm A ta vẽ 2 ñường tiếp tuyến: một ñường với giao tuyến C, còn một ñường kia với vòng tròn do ñiểm A vẽ ra ở trong mặt phẳng chứa vòng tròn ñó, thì góc giũa hai ñường tiếp tuyến này là góc α. Vậy góc sau α tại một ñiểm bất kỳ trên lưỡi cắt của mũi khoan là góc họp bởi: .ñường tiếp tuyến (tại ñiểm ñang khảo sát) của tiếp tuyến tạo bởi mặt trụ (ñồng trục với mũi khoan) và mặt sau của mũi khoan với ñường tiếp tuyến của vòng tròn là quỹ ñạo của ñiểm khảo sát khi nó quay quanh trục của mũi khoan. Góc sau αN của mũi khoan ño ở tiết diện pháp tuyến ñược xác ñịnh gần ñúng bằng công thức: tg αN = tgα.sinφ Cũng như góc trước, góc sau tại những ñiểm khác nhau của lưỡi cắt cũng là một lượng thay ñổi, nhưng góc sau lớn dần về phía tâm mũi khoan. Ở ñường kính ngoài cùng thường α = 8 -14o còn ở gần tâm α = 25-35o. ðộ thay ñổi góc sau của mũi khoan còn phụ thuộc vào cách mài mặt sau nữa. Góc sau lưỡi cắt phụ α1 ñược ño trong mặt phẳng thẳng góc với trục của mũi khoan. Ở mũi khoan tiêu chuẩn thường α1 = 0. Góc trước và góc sau của lưỡi ngang ñược ño ở mặt phẳng pháp tuyến B3B3 hình 7-5 Góc nghiêng chính φ : góc này cũng ñược xác ñịnh như ở dao tiện. Góc ở mũi khoan là 2φ. Tùy theo vật liệu gia công mà góc 2φ có các trị số dao ñộng trong khoảng 80-140o. Ví dụ: Khi gia công ñá hoa thì 2φ = 80o. 74 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Khi gia công nhôm thì Khi gia công thép và gang Mũi khoan tiêu chuẩn lấy Góc nghiêng phụ φ1 ở mũi khoan 2φ = 140o. 2φ = 116-120o. 2φ = 116-120o. do ñộ côn ngược mà có, thông thường φ1 = 2o – 4o. Lưỡi cắt ngang và góc nghiêng Ψ của lưỡi cắt ngang. Góc nghiêng Ψ của lưỡi cắt ngang là góc giữa hình chiếu của lưỡi cắt ngangmvà lưỡi cắt chính trên mặt phẳng vuông góc với trục mũi khoan. Mũi khoan tiêu chuẩn có Ψ = 55o. Thông thường lưỡi cắt ngang không cắt (do góc trước có trị số âm), mà tì lên bề mặt gia công làm cho lực chiều trục sinh ra rất lớn. Các cải tiến của mũi khoan hiện tại là nhằm làm cho lưỡi cắt ngang càng ngắn càng tốt. Góc nâng λ của lưỡi cắt chính. Góc λ của mũi khoan ñược xác ñịnh như ở dao tiện. Góc xoắn ω của rãnh thoát phoi. Góc ω là một thông số quan trọng ñối với mũi khoan. Trị số của nó ảnh hưởng ñến quá trình cắt, sự thoát phoi, lực cắt, ñộ bền và tuổi thọ của mũi khoan. Tùy theo vật liệu gia công mà ta chọn trị số của góc ω. ðối với ñồng thanh, ñồng thau, ê-bô-nít ðối với thép và gang ðối với nhôm, ñồng ñỏ ω = 8 – 12o ω = 25 – 30o ω = 35 – 40o Cũng như dao tiện, khi làm việc do chuyển ñộng chạy dao mà góc ñộ mũi khoan bị thay ñổi. Sự thay ñổi này phải ñược tính ñến ñể ñảm bảo mũi khoan làm việc ổn ñịnh . Từ hình 4-8 ta thấy vì có chuyển ñộng phụ, mà vết mặt cắt và vết mặt ñáy bị thay ñổi. Kết quả là góc sau thực tế αc giảm một lượng µ và góc trước thực tế γc ñồng thời cũng tăng một lượng µ. Hay: αc = α − µ γc = γ + µ Với: tgµ = s π .DA 75 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Vì lượng chạy dao s so với ñường kính mũi khoan D nhỏ hơn rất nhiều nên góc µ thường là nhỏ. 2- Các yếu tố của chế ñộ cắt khi khoan: Các sơ ñồ cắt chủ yếu khi khoan gồm: a. Khoan lỗ không thông trong vật liệu ñặc b. Khoan rộng lỗ ñã có trước trong phôi Trên hình vẽ này ñã ký hiệu các yếu tố cắt trong hai sơ ñồ khác nhau gồm: Các yếu tố của chế ñộ cắt khi khoan - Tốc ñộ cắt v: ðó là tốc ñộ vòng ứng với ñường kính lớn nhất của mũi khoan. V= π .D.n 1000 [m / ph] Trong ñó : D - ñường kính của mũi khoan, doa, khoét. n - số vòng quay sau một phút. Chiều sâu cắt khi khoan (phôi chưa có lỗ) ñược tính 76 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt t= D [mm] 2 Khi phôi ñã có lỗ với ñường kính d thì chiều sâu cắt ñược tính: t= D−d [mm] 2 Trong ñó: d- ñường kính lỗ trước khi khoan rộng mm. - Lượng chạy dao S: Lượng dịch chuyển của mũi khoan theo chiều trục sau khi mũi khoan quay một vòng (mm/vg). Vì mũi khoan có hai lưỡi cắt chính nên lượng chạy dao do mũi lưỡi thực hiện là: sz= s [mm/răng] 2 Lượng chạy dao phút tính theo công thức s ph = s.n [mm/ph] - Chiều rộng cắt b, chiều dày cắt a và diện tích cắt f: Khi tính ta bỏ qua không tính ñến ảnh hưởng của lưỡi cắt ngang. Ta có: b= D s [mm]; a = sin ϕ[mm] sìnϕ 2 s 4 Khi lỗ ñặc thì: f = a.b = D [ mm ] Khi khoan rộng lỗ: f = a.b = 2 (D − d )s [mm 2 ] 4 Diện tích cắt ứng với một vòng quay của mũi khoan là: F = 2 f = 2a.b[mm 2 ] 3- ðặc tính của quá trình cắt khi khoan: Quá trình tạo phoi khi khoan giống với quá trình tiện. Khi khoan vật liệu dẻo nói chung ta có phoi dây, phoi xếp. Khi khoan vật liệu giòn ta có phoi mảnh, phoi vụn. Khi khoan lưỡi cắt ngang làm việc trong khu vực có tốc ñộ cắt thấp, lại có góc trước âm nên gây lực hướng trục lớn. Khi cắt luỡi cắt ngang tỳ lên mặt gia công làm cho lưỡi cắt mòn rất nhanh. 77 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Lưỡi cắt phụ có góc α1 = 0, góc sắc β lại nhỏ, mũi dao chịu nhiệt kém nên chóng mòn. Còn ở luỡi cắt chính thì các góc cắt thay ñổi theo chiều dài lưỡi cắt. Từ ngoài vào tâm, góc trước giảm rất nhanh, làm tăng công biến dạng và ma sát khi tạo phoi, ñồng thời làm tăng nhiệt lượng và nhiệt ñộ ở vùng cắt. Không gian thoát phoi khi khoan là nửa kín, phoi thoát ra khó và chậm, thời gian tiếp xúc và ma sát giữa phoi, dao với mặt gia công lâu, hơn nữa dung dịch trơn nguội khó vào khu vực trực tiếp gia công và khi tới vùng cắt thì ñã bị phoi làm nóng. Do ñó nhiệt cắt khi khoan lớn, truyền nhiệt khó khăn, tốc ñộ khoan không chọn cao ñược. Ngoài ra tốc ñộ cắt khi khoan khác nhau trên chiều dài lưỡi cắt, ảnh hưởng xấu ñến quá trình tạo phoi. Mũi khoan khó mà ñối xứng hai lưỡi cắt. Khi lắp mũi khoan vào máy thì ñường tâm mũi khoan và ñường tâm trục chính không trùng nhau. Do ñó sau khi khoan lỗ thường bị loe ra ở miệng một lượng rộng nhất ñịnh. 4 - Lực cắt khi khoan: Công cắt khi khoan là do lực tác dụng lên lưỡi cắt của mũi khoan sinh ra. Tuy rằng tại mỗi ñiểm của lưỡi cắt lực tác dụng khác nhau, song ñể tiện nghiên cứu ta coi hợp lực của các phân tố ñó tập trung ở ñiểm A cách tâm ñiểm khoan một ñoạn bằng D/4 Cũng như dao tiện, lực tác dụng lên mũi khoan cũng ñược phân thành ba thành phần lực theo các trục tọa ñộ ox, oy, oz. Các thành phằn ñó là: a- Lực Py còn gọi là lực hướng kính tác dụng trên hai lưỡi cắt chính, có trị số bằng nhau và ngược chiều nhau nên cùng triệt tiêu lẫn nhau. Nếu chú ý cả hai lưỡi cắt phụ thì phải kể cả hai lực Py’ nữa và chúng cũng triệt tiêu lẫn nhau. b- Lực chiều trục Po có xu hướng chống lại lực chạy dao. Lực Po bằng tổng các lực chiều trục Px tác dụng lên lưỡi cắt chính, lực chiều trục Px’ tác dụng lên lưỡi cắt phụ và lực chiều trục Pn tác dụng lên lưỡi cắt ngang. Lực Px chiếm khoảng 40% lực Po. Lực Px’ chiếm khoảng 3% lực Po. Lực Pn chiếm khoảng 57% lực Po. 78 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt c- Lực tiếp tuyến Pz gây ra mômen cắt chính. Thực nghiệm chứng tỏ rằng 80% mômen là do lực tiếp tuyến tác dụng trên lưỡi cắt chính, 12% là do lực tiếp tuyến trên lưỡi cắt phụ, còn lại 8% là do lực tiếp tuyến trên lưỡi cắt ngang. Hiện nay chưa có công thức lý thuyết ñể tính mômen cắt và lực chiều trục. Người ta nghiên cứu bằng thực nghiệm ảnh hưởng của các yếu tố cắt và ñiều kiện gia công ñến mô men và lực cắt rồi từ ñó lập nên các công thức thực nghiệm có dạng sau ñây: [N.mm] Mô men cắt: Mx = Cm. Dxm sym. Km xp yp Lực chiều trục: Po = C0. D s .kpo [N] Trong ñó: Cm, C0 - Hệ số phụ thuộc tính chất vật liệu gia công, hìnhdạng hình học của mũi khoan và các ñiều kiện khác. D- ðường kính mũi khoan [mm] S- lượng chạy dao [mm/vg] Các gía trị của các hệ số Cm, C0 của các số mũ xm, ym, xp, y, các giá trị của hệ số ñiều chỉnh Km, Kpo có thể tra trong sổ tay về chế ñộ cắt. 4.1-Ảnh hưởng của góc xoắn ω: 79 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Từ công thức tính góc trước ñã thiết lập ở trên ta thấy rằng khi φ = const và DA = D thì γA = k.tgω, hay nói khác ñi, góc trước trên phần cắt của mũi khoan tỉ lệ với góc nghiêng ω của rãnh xoắn. Như vậy tăng góc ω tăng lên thì góc trước tăng dần, công biến dạng dẻo và ma sát giảm xuống làm cho mô men xoắn Mx và lực chiều trục P0 giảm xuống. Song qua thực nghiệm, người ta ñã xác ñịnh rằng, nếu tăng ω lên ñến 35% thì lúc ñó lực chiều trục P0 và mô men xoắn Mx giảm không ñáng kể. ðó là vì với góc ω lớn, phoi thoát ra sẽ phải chuyển ñộng theo ñường xoắn dài hơn, nên lực ma sát giữa phoi và thành rãnh tăng lên. Ngoài ra khi tăng ω lên cũng ñồng thời làm giảm ñộ bền của mũi khoan. Vì thế ở mũi khoan thép gió thường chọn ω = 25-30o dể gia công thép và gang và ω = 40 – 45o ñể gia công kim loại màu. ðối với mũi khoan ñường kính nhỏ (D15mm thì chọn Ψ = 55o . 4.5- Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội: Không gian thóat phoi khi khoan là nửa kín, việc thoát phoi khi khoan khó khăn, ñiều kiện truyền nhiệt khi khoan cũng không tốt, nên khi khoan nếu dùng dung dịch trơn nguội thích hợp thì lực hướng trục và momen xoắn giảm ñi rất nhiều, vì dung dịch có tác dụng làm giảm ma sát giữa phoi và rãnh thoát phoi, ñồng thời tạo ra áp lực ñẩy phoi ra. Khi khoan lỗ sâu thì việc tưới dung dịch trơn nguội là ñiều bắt buộc. 4.6-Ảnh hưởng của lượng chạy dao và ñường kính mũi khoan ñến lực hướng trục và momen xoắn : Sự ảnh hưởng này có qui luật như khi tiện . Khi lượng chạy dao tăng lên thì Po và Mx tăng, ví dụ khi khoan thì các số mũ ym và yp trong công thức tính lực cắt có giá trị như sau: Khi khoan thép : ym =0,8 và yp = 0,7; Khi khoan gang : ym = 0,8 và yp = 0,8; ðường kính mũi khoan có tác dụng ñến lực cắt giống như chiều sâu cắt khi tiện. Do ñó xp = 1. Trong công thức momen, một nửa ñường kính d/2 là cánh tay ñòn của cặp ngẫu lực tác dụng lên lưỡi cắt, do ñó mà số mũ (xm = 1,9). Khi gia công thép các bon kết cấu (ơb = 750 N/mm2) thì Cm = 33,8 và Co = 84,7; khi gia công gang xám thì Cm = 23,3 và C0 = 60,5. 4.7. Ảnh hưởng của tốc ñộ cắt ñến P0 và Mx : Tăng tốc ñộ cắt thì biến dạng ñơn vị của kim loại giảm, ñồng thời cũng làm cho nhiệt ñộ cắt ở các bề mặt tiếp xúc tăng lên. Hiện tượng này làm thay ñổi tính chất cơ lý của vật liệu gia công ở vùng cắt, dẫn ñến sự thay ñổi lực chiều trục P0 và momen xoắn Mx. 4.8-Ảnh hưởng của vật liệu gia công: Thay ñổi tính chất cơ lý của vật liệu gia công cũng dẫn ñến sự thay ñổi lực chiều trục và mô men xoắn. Cũng như khi tiện, ta biểu hiện ảnh hưởng của vật liệu gia công ñến lực cắt qua giới hạn bền σb khi cắt thép, còn khi cắt gang và vật liệu dòn thì biểu hiện qua ñộ cứng HB. 5 - Tốc ñộ cắt khi khoan và các nhân tố ảnh hưởng ñến tốc ñộ cắt: 81 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Tốc ñộ cắt khi khoan phụ thuộc vào lượng chạy dao s, ñường kính mũi khoan D, tuổi bền T, chiều sâu khoan lỗ l, các thông số hình học của bộ phận cắt, vật liệu chế tạo mũi khoan , vật liệu gia công dung dịch trơn nguội. Qua nghiên cứu các nhân tố ảnh hưởng ñến tốc ñộ cắt, ta lập ñược các công thức thực nghiệm có dạng sau ñây: V= CV .D X V .KV [m / ph] T m s yv Trong ñó : Cv: Hệ số tỉ lệ ứng với một loại vật liệu gia công nhất ñịnh Kv: Hệ số ñiều chỉnh tốc ñộ ño do các ñiều kiện cắt khác nhau Dưới ñây ta xét ảnh hưởng của các nhân tố ñến tốc ñộ cắt khi khoan a. Ảnh hưởng của lượng chạy dao: Khi tăng lượng chạy dao thì tốc ñộ cắt phải giảm xuống. Mức ñộ giảm ñược biểu thị bằng số mũ yv . Trị số của só mũ này phụ thuộc vào lượng chạy dao, vật liệu chế tạo mũi khoan và vật liệu gia công. b. Ảnh hưởng của ñường kính mũi khoan: Khi tăng ñường kính mũi khoan thì ñộ cứng vững của mũi khoan tăng, ñiều kiện truyền nhiệt cũng ñược cải thiện. Nhưng khi tăng ñường kính mũi khoan thì vì t = D/2 tăng nên hạn chế việc tăng tốc ñộ cắt. c. Ảnh hưởng của chiều sâu lỗ khoan l: chiều sâu lỗ khoan càng lớn (khoan càng sâu) thì ñiều kiện cắt càng xấu. Vì lỗ khoan càng sâu thoát phoi càng khó, dung dịch trơn nguội càng khó ñưa vào khu vực cắt. Do ñó khi khoan lỗ có chiều dài l >3D thì tốc ñộ cắt khi khoan phải nhân với hệ số ñiều chỉnh tốc ñộ Kv lỗ (tra trong các sổ tay kỹ thuật). Chú ý : + Khi khoan gang xám có phoi vụn thì chiều sâu cắt không ảnh hưởng ñáng kể ñến tốc ñộ cắt. + Khi khoan lỗ l ≥ 5D thì nên dùng mũi khoan sâu. d. Ảnh hưởng của vật liệu gia công ñến tốc ñộ khi khoan: Ảnh hưởng của vật liệu gia công ñến tốc ñộ cắt ñược biểu thị bằng hệ số ñiều chỉnh KVL Chỉ tiêu quan trọng nhất về tính gia công của vật liệu thép khi khoan là giới hạn bền σb khi khoan gang là ñộ cứng HB. Giá trị gần ñúng của hệ số KVL có thể tính theo công thức thực nghiệm sau ñây: 82 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt KVL  750   =  σ  b  nv Trong ñó: σb giới hạn bền của vật liệu [N/mm2]. nv là số mũ Nếu σb < 550 N/ mm2 thì nv = -0,9. Nếu σb > 550 N/ mm2 thì nv = 0,9. Khi khoan gang xám KVL  190  =   HB  nv Trong ñó: HB ðộ cứng của vật liệu gia công (Brinen). nv số mũ, gía trị nv =1,3 e. Ảnh hưởng của vật liệu làm mũi khoan ñến tốc ñộ cắt. Ảnh hưởng của vật liệu làm dao ñược biểu thị bằng hệ số ñiều chỉnh Kvd. ðối với mũi khoan thép gió P18 và P9 thì Kvd =1 còn ñối với mũi khoan chế tạo bằng thép hợp kim dụng cụ 9XC có Kvd = 0,65, mũi khoan bằng thép cac bon dụng cụ Kvd = 0,5 và mũi khoan hợp kim cứng thì Kvd = 2 - 3. g. Ảnh hưởng của dung dịch bôi trơn: ðể làm giảm nhiệt ñộ khi khoan (ñặc biệt là khoan thép) phải tưới dung dịch trơn nguội với lưu lượng 4-5 l/ph. Dùng dung dịch trơn nguội có thể làm tăng tốc ñộ cắt lên từ 1,4 - 1,45 lần. Trong công thức tính tốc ñộ cắt, hệ số tỷ lệ Cv có giá trị như sau: + Khi khoan thép bằng mũi khoan thép gió: S < 0,2mm/vg thì Cv = 5,0; S > 0,2mm/vg thì Cv = 7,0 + Khi khoan gang bằng mũi khoan thép gió: S < 0,3 mm/vg thì Cv = 10,5 ; S > 0,3mm/vg thì Cv = 12,2 + Khi khoan thép bằng mũi khoan hợp kim cứng: S 0,12mm/vg thì Cv = 490 6- Chọn chế ñộ cắt hợp lý khi khoan: Phương pháp xác ñịnh chế ñộ cắt khi khoan cũng tiến hành như tiện, ñể xác ñịnh chế ñộ cắt và các thông số hình học hợp lý của mũi khoan, phải xuất phát từ các ñiều cơ bản sau: 83 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt a. Lượng chạy dao nên chọn lớn nhất, nhưng phải phù hợp với các ñiều kiện kỹ thuật của lỗ gia công như ñộ bóng, ñộ chính xác, các nguyên công tiếp sau khi khoan. b. Tốc ñộ cắt phải ñảm bảo tuổi bền lớn nhất. Cụ thể chế ñộ cắt ñược lựa chọn theo trình tự sau: 1. Chọn mũi khoan: Mũi khoan có thể có nhiều hình dạng khác nhau tùy theo công dụng và vật liệu chế tạo mũi khoan. Ở mũi khoan thép gió thì các thông số hình học của phần cắt mũi khoan ñã ñược tiêu chuẩn hoá, còn ñối với mũi khoan gắn hợp kim cứng tùy từng loại vật liệu gia công mà hình dáng hình học có thể khác nhau. Khi chọn hình dáng hình học phải xét sao cho có lợi về mặt lực cắt, tốc ñộ cắt và tuổi bền của dao. 2. Với ñường kính lỗ D 35mm thì khoan 2 lần, lần ñầu dùng mũi khoan có ñường kính D1 = (0,5 0,7 )D 3. Chọn lượng chạy dao tối ña cho phép. Như ñã biết lượng chạy dao phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: ñiều kiện kỹ thuật, ñộ bền của mũi khoan, ñộ bền và ñộ cứng vững của cơ cấu chạy dao, chiều sâu khoan. . . Lượng chạy dao cho phép bởi ñộ bền của mũi khoan có thể tính theo công thức sau: Khoan thép s = 38,8 Khoan gang s = 7,34 D 0.81 σ b0.94 [mm / vg ] D 0.81 [mm / vg ] HB 0.75 Trong ñó: σb : Giới hạn của vật liệu gia công. HB : ðộ cứng của gang ñược gia công. 4- Với D và s ñã chọn cho trước tuổi bền T, tính chế ñộ cắt và số vòng quay. 5- Xác ñịnh lực chiều trục P0, mômen xoắn Mx và công suất cắt Nc. Nếu như ñã chọn máy trước thì kiểm nghiệm P0, Mx, Nc theo D, s ,n ,v ñã chọn. 6- Tính thời gian máy: Thời gian máy T0 ñược tính theo công thức: 84 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt T0 = L [ ph] n.s Trong ñó: L - chiều dài hành trình của mũi khoan theo phương chạy dao [mm] L = l + l1 + l2 l - chiều dài (chiều sâu) khoan [mm[ l1 - lượng ăn tới [mm] l1 = D cot gϕ 2 l2 - lượng vượt quá [mm] ðối với mũi khoan tiêu chuẩn có thể lấy l1+l2 = 0,3 D III. KHOÉT 1. Khả năng công nghệ của khoét: Khoét nhằm mục ñích nâng cao ñộ chính xác của lỗ sau khi khoan. Khoét có thể ñạt ñộ chính xác cấp 9 - 12 và ñộ bóng ñạt Ra=1,6 ñến 12,5µm khoét có thể chỉ là nguyên công trung gian cho doa. Dao khoét thường có nhiều lưỡi cắt hơn mũi khoan tuy nhiên ñối với các trường hợp gia công lỗ có ñường kính lớn có thể sử dụng loại dao có 1 hoặc 2 lưỡi cắt ñược gắn vào trục hoặc ñầu dao. ðặc biệt là khi gia công phá các lỗ lớn ñúc sâu hoặc rèn, dập. 2- Kết cấu của mũi khoét và quá trình cắt khi khoét: a- Các yếu tố về kết cấu của mũi khoét: 85 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Cấu tạo của mũi khoét rất giống mũi khoan chỉ khác là chúng có nhiều răng hơn và không có lưỡi cắt ngang. Mũi khoét thường có 3 - 4 răng. Nếu ñường kính nhỏ hơn 35 mm thì làm 3 răng, còn dường kính lớn 35 mm làm 4 răng. Mũi khoét cũng gồm các phần: cán dao, cổ dao, phần làm việc,...giống như mũi khoan. Góc trước γ của răng mũi khoét là góc làm bởi mặt phẳng tiếp tuyến với mặt trước ở một ñiểm nhất ñịnh và mặt phẳng chứa trục mũi khoét ñi qua ñiểm ñang khảo sát. Góc trước γ ñược ño trong tiết diện chính N-N, ở tiết diện AA và BB ta có góc trước γ1 ño trong tiết diện ngang. Còn ở tiết diện FF tiết diện dọc ta có góc trước γ2. Giữa góc trước γ và góc trước γ1, γ2 và φ ta có quan hệ sau: tg γ = tg γ1.cosφ + tg γ2.sinφ Góc nghiêng chính φ của lưỡi cắt là góc làm bởi hình chiếu của lưỡi cắt trên mặt phẳng qua trục của mũi khoét và phương chạy dao. ðối với mũi khoét thép gió chọn φ = 45 – 60o, còn ñối với mũi khoét hợp kim cứng thì φ = 60 – 75o. Góc sau của mũi khoét cũng thay ñổi tùy theo từng ñiểm của lưỡi cắt chính. Chọn góc sau cũng phải dựa vào chiều dày lớp cắt. Thông thường mũi khoét làm việc với lượng chạy dao 0,4 - 1,2mm/vg và chiều dày lớp cắt tương ứng a = 0,28 0,85 mm, do ñó với mũi thép bằng thép gió góc sau hợp lý α = 6 – 100, còn ñối với mũi khoét hợp kim cứng thì α = 10 – 150. Góc nghiêng ω của rãnh xoắn thoát phoi có quan hệ với góc trước theo công thức: tgω= tgγ.sinφ Do ñó, nếu tăng ω thì góc trưóc tăng, lực chiều trục P0 và mômen Mx giảm xuống. Ngoài ra góc nghiêng ω còn ảnh hưởng ñến sự thoát phoi. Do ñó khi dùng mũi khoét ñể gia công thép ta chọn ω = 20 – 300 86 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Ở mũi khoét cạnh viền dùng ñể ñịnh hướng mũi khoét vào trong lỗ và ñể ñạt ñược kích thước cuối cùng của lỗ. Thực nghiệm chứng tỏ rằng hợp lý nhất là chọn chiều rộng cạnh viền f = 12 - 1,3 mm. Nếu chiều rộng mà giảm thì lưỡi cắt của mũi khoét sẽ mòn nhanh ở góc và lưỡi cắt dễ bị lay rộng, nhưng chiều rộng cạnh viền chọn quá lớn sẽ làm cho ma sát giữa mũi khoét và bề mặt gia công tăng, dễ kẹt phoi, răng dao mòn nhanh và ñộ bóng bề mặt gia công giảm xuống. Góc nâng λ cũng như ở dao tiện có thể có các trị số âm, bằng không hay dương. Góc λ biểu diễn theo γ1, γ2 và φ theo công thức sau: tg λ = tg γ1.cosφ - tg γ2.sinφ Góc λ nằm trong giới hạn từ - 5 ÷ 150. ðể thoát phoi về phía ñầu dao (khi khoét lổ thông) thì chọn λ < 0, còn muốn thoát phoi về phía cán dao chọn λ >0. Tùy theo ñường kính mũi khoét, với mục ñích tiết kiệm kim loại làm dụng cụ, mũi khoét có thể ñược chế tạo răng liền hay răng chắp, cán liền hay cán lắp. Hình416 cho ta kết cấu mũi khoét cán lắp. b- Các yếu tố khi khoét: Giống như khi khoan rộng, các yếu tố khi khoét gồm: -Chiều sâu cắt t= D−d [mm] 2 -Lượng chạy dao răng sx = s0 s ph = [ mm / vg ] z n.s Trong ñó: z - số răng của mũi khoét s0 - lượng chạy dao sau một vòng quay của chi tiết [mm/vg] sph- lượng chạy dao sau một phút [mm/ph] n - số vòng quay sau một phút [vg/ph]. -Chiều dày cắt s a = sx sin ϕ = sin ϕ[ mm] z -Chiều rộng cắt 87 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt b= t [ mm] sin ϕ Diện tích cắt do mỗi răng cắt ra : f x = a.b = s.t s (D − d ) = [ mm 2 ] z 2z Tổng diện tích do z răng cắt ra là: F = f x .z = s (D − d ) [ mm 2 ] 2 Trong ñó: d - ñường kính lỗ trước khi khoét [mm] D - ñường kính lỗ sau khi khoét [mm] c- Lực và mômen xoắn khi khoét: Cũng như khoan, khi khoét có lực chiều trục P0 và mômen xoắn Mx. Song vì lưỡi khoét cắt lớp kim loại có diện tích cắt nhỏ nên lực P0 và mômen xoắn Mx nhỏ hơn khi khoan nhiều. Do ñó việc tính lực cắt và mômen xoắn ñể tính công suất hiệu dụng của máy khoan chỉ có ý nghĩa khi cắt ở tốc ñộ cao bằng mũi khoét gắn hợp kim cứng. Mômen xoắn khi khoét ñược tính theo các công thức sau: − Với mũi khoét gắn hợp kim T15K6, gia công thép cácbon, thép hợp kim crôm, crôm-ni-ken. M x = 370.D 0.75..t 0.8 .s 0.95 .σ b0.75 [ N / mm] − Với mũi khoét gắn hợp kim cứng BK8 dùng gia công gang xám và gang rèn: M x = 84.D 0.75..t 0.8 .s 0.7 .HB 0.6 [ N / mm] Công suất hiệu dụng: NC = M x .n [ Kw] 975.104 d-Tuổi bền và tốc ñộ cắt khi khoét Tùy theo ñiều kiện gia công, mũi khoét có thể mòn theo mặt sau, mặt trước và theo cạnh viền. ðộ mòn theo cạnh viền trước tiên phát triển chậm, sau khi ñạt ñến trị số tiêu chuẩn (khoảng 1-2mm) thì phát triển rất nhanh. 88 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt ðộ mòn theo mặt trước thường tạo ra rãnh lõm không sâu (20-30 micron). Khi dùng mũi khoét thép gió gia công gang, người ta thường lấy ñộ mòn cạnh viền (mòn góc) làm tiêu chuẩn. Tiêu chuẩn mòn hv = 0,8-1,5mm Khi gia công thép, tiêu chuẩn mòn theo mặt sau là hs = 1,2-1,5mm, thép tôi hs = 0,7mm. Tuổi bền của mũi khoét nằm trong giới hạn T = 15-80 phút. ðường kính mũi khoét càng lớn thì chọn tuổi bền càng lớn. Tốc ñộ cắt khi khoét ñược tính theo công thức. CV .D Z V V = m xv yv .KV T .t .s Các hệ số và số mũ tra trong sổ tay chế ñộ cắt IV. DOA: 1. Khả năng công nghệ của doa: Doa là nguyên công gia công tinh các lỗ ñã ñược khoan hoặc khoét. ðộ chính xác có thể ñạt từ cấp 7 ñến 9, ñộ bóng có thể ñạt ñược Ra=1,6 ñến 6,3µm. Với dao có chất lượng tốt, chế ñộ cắt hợp lý, doa có thể ñạt cấp 6 và Ra= 0,63 µm. Khi doa có thể thực hiện bằng doa cưỡng bức hoặc doa tuỳ ñộng. Doa cưỡng bức là khi dao doa ñược lắp cứng vào trục máy. Phương pháp này có hiện tượng lay rộng lỗ, nguyên nhân là do tâm của trục dao và trục chính của máy có ñộ ñảo, do dao mài không tốt, do lẹo dao xuất hiện ở một số lưỡi cắt, do vật liệu ở thành lỗ gia công không ñồng ñều. Doa tuỳ ñộng là dao ñược nối lắc lư với trục máy, nên loại trừ ñược sai số giữa tâm trục máy và trục dao. ðể khắc phục hiện tượng dao bị mòn do mài nhiều lần có thể sử dụng loại dao doa tuỳ ñộng có khả năng tự ñều chỉnh kích thước ñường kính. Tuỳ theo yêu cầu chất lượng và kích thước mà chọn dao hợp lý. Dao doa thường có nhiều lưỡi cắt, cá lưỡi cắt song song hoặc nghiêng với trục dao một góc rất bé. 2 -Kết cấu của mũi doa và quá trình cắt doa: 89 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt 1 -Các yếu tố về kết cấu: Tuỳ theo ñường kính lỗ gia công mà mũi doa có kết cấu khác nhau. Có thể có các mũi doa răng liền, doa răng chắp (ñiều chỉnh theo ñường kính). Các răng doa có thể làm bằng thép cac bon, thép hợp kim dụng cụ, thép gió hoặc hợp kim cứng. Cũng như mũi khoan, khoét, mũi doa cũng có 3 phần: phần làm việc, cổ doa và chuôi. Phần làm việc là phần chính của mũi doa, có chiều dài L. ðầu mút phần làm việc có ñộ lớn tương ñối lớn (450) ñể mũi doa dễ ñưa vào lỗ.Tiếp sau ñó là phần còn cắt nghiêng một góc φ. Phần này có lưõi cắt chính ñể cắt hết lượng dư khi doa.Tiếp theo là phần trụ có chiều dài l2, dùng ñể ñịnh hướng mũi doa trong lỗ khi làm việc, ñồng thời làm phần dự trữ khi mài lại mũi doa. Trên phần hình trụ này có các lưỡi cắt phụ dọc theo răng của mũi doa. Các lưỡi cắt phụ có tác dụng sữa ñúng và làm tăng ñộ bóng bề mặt lỗ, do ñó phần trụ còn có tên gọi là phần sữa ñúng. Sau phần sữa ñúng là phần côn ngược l3. Phần này có tác dụng giảm ma sát giữa mũi doa và bề mặt lỗ ñã gia công và giảm lượng lay rộng lỗ. ðối với lưỡi do tay thì ñộ côn ngược là 0,005mm, ñối với với lưỡi doa máy là 0,04 - -,06 mm trên cả chiều dài phần côn ngược. Mũi doa có số lưỡi cắt lớn (z= 6 - 18). Lưỡi cắt có thể bố trí thẳng hoặc nghiêng ñối với trục doa. Do công dụng mà chia ra doa máy, doa tay,. . . Hình II-49 cho ta các yếu tố hình học phần cắt của doa. Góc nghiêng chính φ của mũi doa trên phần côn cắtcó tác dụng như mũi khoét. ðối với mũi doa máy dùng gia công vật liệu dẻo thì góc φ =150. Với trị số này của góc φ ñảm bảo ñộ bóng gia công cao nhất và ñộ lay rộng lỗ nhỏ nhất. 90 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Khi doa thô cũng như khi doa lỗ không thông, góc φ = 450. Khi gia công vật liệu ít dẻo thì φ= 50. ðối với mũi doa hợp kim cứng thì φ = 30 -450. Góc trước γ của lưỡi cắt ño trong tiết diện chính AA hình 4- 21 ñược chọn theo vật liệu gia công và vật liệu làm dao. Góc trước của mũi doa tinh có trị số bằng không, còn ñối với mũi doa thô thì góc trước chọn từ 5 – 100. Góc sau α cũng ño trong tiết diện AA, ñược chọn trong giới hạn từ 6 0 12 . Khi gia công vật liệu dẻo và gia công thô thì lấy trị số lớn, còn khi gia công tinh thì lấy giá trị nhỏ. Trên phần sửa ñúng, dọc theo các răng có cạnh viền f nằm trên mặt trục của dao. Chiều rộng cạnh viền f = 0,05 - 0,3mm. Cạnh viền ñảm bảo ñể mũi dao hướng ñúng vào lỗ và làm cho lỗ ñạt ñược ñộ bóng và ñộ chính xác cao. Khi gia công vật liệu dẻo ñể tránh hiện tượng kẹt phoi ta giảm chiều rộng cạnh viền xuống khoảng 0,05 - 0,08 mm. Góc sau của bộ phận sửa ñúng α1 =10 – 200 Mũi doa thường ñược chế tạo với răng thẳng vì phoi cắt ra là phoi vụn. Song ñể thoát phoi ñược tốt, tăng chất lượng bề mặt gia công, nhất là khi doa những lỗ trong có rãnh thì người ta làm răng nghiêng. Khi gia công lỗ thông, ñể thoát phoi về phía ñầu dao, người ta làm rãnh xoắn trái, còn khi gia công lỗ thông người ta làm rãnh xoắn phải. Khi gia công thép cứng thì ω = 7 – 80, khi gia công gang rèn và thép dẻo vừa thì ω = 12 – 200. Khi gia công kim loại màu thì ω = 35 – 450. 2 - Các yếu tố của quá trình cắt: Vấn ñề tuổi bền của mũi doa liên quan ñến việc giảm ñộ chính xác do hụt kích thước vì mòn và do sự lay rộng của lỗ. Thường thì ñường kính lỗ sau khi doa khác với ñường kính thực tế của mũi doa. Lượng tăng (hoặc giảm) của ñưòng kính lỗ so với ñường kính mũi doa ñược gọi là lượng lay ñộng dương (hoặc âm). Nếu dùng mũi doa có φ = 30 – 450 ñể gia công lỗ dễ xảy ra lay rộng dương. Khi giảm φ từ 200 xuống 50 thì lượng lay rộng lại chuyển sang vị trí số âm. Hiện tượng này có thể ñưọc giải thích tăng biến dạng ñàn hồi, vì lực hướng kính do góc giảm xuống. Khi lưỡi cắt ñi khỏi thì kim loại của bề mặt lỗ phục hồi trở lại gây nên sự giảm ñường kính. Khi tăng góc ñộ cắt từ 2 - 7 m/ph, lượng lay rộng sẽ chuyển từ âm sang dương. ðó là vì tốc ñộ cắt tăng thì lực cắt giảm và biến dạng ñàn hồi cũng giảm. 91 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Dung dịch trơn nguội có ảnh hưởng lớn ñến ñộ lay rộng vì dung dịch trơn nguội có tác dụng cuốn ñi những phần tử nhỏ của phoi vụn và lẹo dao bám trên lưỡi cắt. Góc nghiêng chính φ có ảnh hưởng lớn ñến ñặc trưng mòn của mũi doa. Thực nghiệm chứng tỏ rằng, khi gia công thép với φ = 50 thì răng mũi doa mòn theo mặt sau vì lực hướng kính tăng. Nếu tăng góc φ thì lượng mòn mặt sau giảm, nhưng lượng mòn theo cạnh viền lại tăng. Mũi doa có φ = 450 sẽ cắt lớp phoi có chiều dày cắt lớn (az = sz .sinφ), lúc ñó cạnh viền mòn nhiều nhất, ñồng thời mặt trước cũng mòn thành vết lõm. Lực và công suất của mũi doa nhỏ vì lớp kim loại bị cắt ñi rất mỏng. Có thể coi mỗi răng doa là một dao tiện lỗ và dùng công thức tiện ñể tính lực cắt. Lực cắt khi doa Trong ñó: Pz = Pz’. z (N) Pz’: Lực cắt tác dụng lên một răng của mũi doa, tính theo tiện. z: Số răng của mũi doa. Mômen xoắn tính theo công thức: Mx = Pz .D [N .mm] 2.103 Công suất cắt: NC = M x .n [kw] 975.10 4 Tốc ñộ cắt khi doa là một hàm só của ñường kính mũi doa D, tuổi bền T, lượng chạy dao s và chiều sâu cắt t. Tốc ñộ cắt còn chịu ảnh hưởng của tính chất vật liệu gia công và nhiều nhân tố khác nữa. Tốc ñộ cắt khi doa ñưọc tính theo công thức sau: CV .D X V V = m xv yv .KV [m / ph] T .t .s 3 - Xác ñịnh chế ñộ cắt khi khoét và doa: Việc xác ñịnh chế ñộ cắt khi khoét và doa với kết cấu và hình dạng hợp lý nhất của dụng cụ cắt cần xuất phát từ các ñiều cơ bản sau ñây: a. Từ lượng dư gia công phải ưu tiên chọn chiều sâu cắt lớn nhất thường chọn chiều sâu cắt bằng lượng dư một phía. 92 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt b. Lượng chạy dao lớn nhất cho phép phải chọn bởi các ñiều kiện gia công lỗ , ñảm bảo ñộ chính xác ,ñộ bóng gia công và các nguyên công tiếp theo. c. Từ lượng chạy dao công nghệ cho phép, từ tuổi bền hợp lý nhất của dụng cụ cắt mà chọn tốc ñộ cắt Lượng chạy dao khi gia công bằng mũi khoét thép dụng cụ có thể tính theo công thức kinh nghiệm sau: S = Cs .D0.5 [ mm/vg] Trong ñó: Cs - Hệ số tỷ lệ phụ thuôc vào vật liệu gia công và các yếu tố công nghệ. Trị của số Cs có thể tra theo các sổ tay cơ khí D - ðường kính mũi khoét [mm] Lượng chạy dao khi gia công bằng mũi doa thép dụng cụ tính theo công thức S = Cs .D0.7 [ mm/vg] 93 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Chương 8: PHAY I. Khái niệm chung về phay: Phay là phương pháp gia công kim loại sử dụng dao cắt có nhiều lưỡi cắt. Chuyển ñộng chính là chuyển ñộng quay tròn của dao, chuyển ñộng chạy dao là chuyển ñộng thẳng theo các phương ngang, dọc, và thẳng ñứng do bàn máy thực hiện. Tốc ñộ cắt khi phay ñược tính theo công thức V= π .D.n 1000 [m / ph] Trong ñó: D - ñường kính của dao phay [mm] n- số vòng quay của dao [vòng/phút]. Lượng chạy dao khi phay ñược xác ñịnh bằng một trong ba yếu tố: − Lượng chạy dao răng (Sz) là lượng dịch chuyển của chi tiết trong thời gian một răng (1 lưỡi cắt) của dao phay ăn vào kim loại, ñơn vị là mm/răng. − Lượng chạy dao vòng là lượng dich chuyển của chi tiết khi dao phay quay ñược một vòng, kí hiệu là Sv và có ñơn vị là mm/vòng. − Lượng chạy dao phút là lượng dịch chuyển của chi tiết sau thời gian một phút, ký hiệu là Sm và ñơn vị là mm/phút. Như vậy mối quan hệ giữa các loại lượng chạy dao trên như sau: Sm = Sv.n = Sz.Z.n [mm/phút]. 94 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Trong ñó: Z - số răng (số lưỡi cắt) của dao phay. n- số vòng quay của dao sau một phút. Khi phay có thể thực hiện theo hai phương pháp: − Phay thuận là khi hướng tịnh tiến của phôi trùng chiều quay của dao. − Phay nghịch là phương hướng chuyển ñộng của phôi ngược chiều quay của dao. Khi phay thuận, chiều dày của phần cắt thay ñổi từ amaxñến không. Dao phay tạo nên lực ép phôi xuống bàn máy. Không gây hiện tượng trượt khi ăn dao nên ñộ bóng bề mặt tốt hơn phay nghịch. Sự va ñập giữa dao và chi tiết lớn . Phù hợp với gia công tinh. Khi phay nghịch quá trình cắt ít bị va ñập, máy và dao ít bị hỏng hơn, phù hợp với phay thô. *Ưu ñiểm của phay nghịch là chiều dai cắt tăng từ amin=0 ñến amax, nên lực cắt tăng từ từ, tránh ñược va ñập, lục tác dụng theo phương tiến có tác dụng làm khích giữa ñai ốc và vít me của bàn máy , không tạo ra ñộ rơ không gây ra rung ñộng. *Nhược ñiểm là ở thời ñiểm ñầu khi răng mới vào cắt, chiều dày cắt a min=0 nên xảy ra hiện tượng trượt giữa lưỡi cắt và bề mặt gia công, làm cho ñộ nhẵn bề mặt gia công kém và làm dao mòn nhanh. Do ñó phay nghịch chỉ dùng ñể gia công thô. *Ưu ñiểm của phay thuận là không có hiện tượng trượt lúc lưỡi cắt mới vào cắt vì chiều dầy lưỡi cắt thay ñổi từ amax ñến amin. Do vậy dao ít mòn tuổi bền dao tăng lên, ñô nhẵn bề mặt cao. 95 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt *Nhượt ñiểm là khi mới vào cắt có va ñập, dao dễ vỡ rung ñộng lớn …Lực cắt theo phương tiến dao làm cho sự ăn khớp giữa vít me và ñai ốc ở bàn máy không liên tục … Nếu ta cắt với chiều dầy cắt nhỏ thì lực va ñ165 nhỏ ảnh hưởng ñến rung ñộng không ñáng kể II. Dao phay: Khác với dao tiện ,dao phay có rất nhiều lưỡi cắt, các lưỡi cắt này có thể chế tạo liền với thân dao, có thể ñược chế tạo riêng gọi là răng chắp. Lưỡi cắt ñược bố trí trên mặt trụ, mặt ñầu hoặc cả mặt trụ và mặt ñầu. Tuỳ theo hình dạng , vị trí lưỡi cắt và cấu tạo, dao phay ñược chia thành các loại sau: -Dao phay mặt trụ là loại dao mà lưỡi cắt ñược bố trí trên mặt trụ của dao. Có hai loại dao phay mặt trụ là dao phay răng thẳng và dao phay răng nghiêng. Dao phay răng thẳng là dao phay có phương của lưỡi cắt chính song song với trục dao. Dao phay răng nghiêng có lưỡi cắt chính tạo với trục dao một góc nhất ñịnh. -Dao phay mặt ñầu là dao phay có lưỡi cắt ñược bố trí trên mặt ñầu của dao. Dao phay mặt ñầu có thể là răng liền hay răng chắp. -Dao phay ngón có thể có từ 2 ñến 8 lưỡi cắt. -Dao phay ñĩa . -Dao phay góc. Ngoài ra còn có các loại dao phay ñịnh hình, dao phay rãnh then, dao phay lăn răng môñun dùng ñể gia công bánh răng. 96 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Các loại dao phay nên có góc sau α từ 10 ñến 20o và góc cắt từ 60 ñến 90o. Khi phay các vật liệu mềm nên chọn góc α lớn và góc cắt δ nhỏ hơn. III. Khả năng công nghệ của phay: Phay có thể gia công ñược nhiều dạng bề măt khác nhau, tuy nhiên dưới ñây ta chỉ nghiên cứu kỹ hai loại bề mặt là mặt phẳng và then hoa. Riêng phay bánh răng sẽ ñược nghiên cứu trong chương sau(chương gia công bánh răng). Các mặt phẳng gia công ñược trên máy phay là các mặt phẳng nằm ngang, mặt phẳng thẳng ñứng và mặt phẳng nghiêng . Khi gia công các loại mặt phẳng này có thể sử dụng dao phay hình trụ , dao phay mặt ñầu, dao phay ngón hoặc dao phay ñĩa. Trong sản xuất loạt lớn,dao phay mặt ñầu ñược sử dụng nhiều hơn dao phay hình trụ vì các nguyên nhân sau ñây: -Cho phép sử dụng dao có ñường kính lớn, cắt ñược mặt phẳng có chiều rộng lớn nên năng suất cao. -Trục gá dao không cần dài nên ñộ cứng vững của trục dao tốt hơn, cho phép nâng cao chế ñộ cắt. -Nhiều lưỡi cắt cùng tiếp xúc với phôi nên quá trình cắt ñược êm hơn. -Cho phép sử dụng nhiều dao ñể gia công nhiều bề mặt cùng một lúc. -Dễ chế tạo các loại dao răng chắp. -Mài dao dễ dàng hơn. 97 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Các bề mặt rãnh hoặc bậc nhỏ thường dùng dao phay ñĩa hoặc dao phay ngón ñể gia công. Rãnh then và trục then hoa thường ñòi hỏi ñộ chính xác gia công khá cao nhằm ñảm bảo ñược tính chất lắp ghép của mói ghép then hoặc then hoa. Tuỳ theo dạng then mà rãnh then có thể ñược gia công bằng dao phay ñĩa ba mặt hoặc sử dụng dao phay ngón. Khi phay trục then hoa có thể sử dụng loại dao phay ñĩa ba mặt bằng cách phay hai mặt bên bằng hai dao phay ñĩa, sau ñó dùng một dao phay phần mặt trụ then hoa. Truc then hoa cũng thường ñược gia công bằng dao phay ñịnh hình. IV. 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 phy khác nhau. Ở ñây ta chỉ khảo sát kết cấu và thông số hình học của dao phay trụ và dao phay mặt ñầu làm ñặt trưng vì chúng có nhiều ñiểm giống nhau với các loại dao phay khác. 1.Dao phay trụ: ðối với dao phy trụ gocf1 trước tạo thành bởi ñường tiếp tuyến với mặt trước và mặt chiều trục, tức ñường kính ñi qua ñiểm khảo sát trên lưỡi cắt. 98 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Góc trước ño trong tiết diện chính N - N, góc sau α có tác dụng giảm ma sát giữa mặt sau và chi tiết gia công. Góc sau là góc gồm giữa tiếp tuyến của quỹ ñạo chuyển ñộng của ñiểm khảo sát trên lưỡi cắt quanh trục dao phay và mặt sau. ðối với dao phay răng xoắn góc sau ño trong các tiết diện N-N và M-M có dạng sau: tgα = tgα N . cos ω tgγ = tgγ N . cos ω Trong ñó ω 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 ño theo cung tròn TV = π .D Z Z: Là số răng của dao D: Là ñường kính dao phay (mm) *Bước chiều trục là khoảng cách giữa hai răng kề nhau ño theo ñường sinh của hình trụ Ttr = Tv.cotgω (mm) *Bước pháp tuyến ño theo phương vuông góc với lưõi cắt TN = TV. cosω 2. Dao phay mặt ñầu: Ở dao phay mặt ñầu các lưỡi cắt hình thành như các dao tiện ngoài có lưỡimchuyển tiếp. Góc trước ñược ño trong tiết diện chính, góc sau ñược ño trong mặt phẳng quỹ ñạo chuyển ñộng, tức mặt vuông góc với trục dao. Quan hệ gưãi góc sau α1 ở tiết diện mặt ñầu và góc αn ở tiết diện pháp tuyến với lưỡi cắt như sau : Tg αn = tg α1.sinφ/cosλ Trong ñó: λ là góc nâng của lưỡi cắt chính φ là góc nghiêng chính. Góc trước còn ñược xét trong tiết diện dọc trục γ2, trong tiết diện mặt ñầu γ1 Quan hệ γ như sau : tg γn = tg γ1.sinφ + tg γ2.cosφ 99 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt 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: ðối với dao phay mặt ñầu hợp kim cứng khi phay thép chọn góc trước khoảng -10o ÷ +10o. Khi phay gang γ = 5 – 10o. Góc nghiêng chính dao phay mặt ñầu thường lấy bằng 45 – 60o, chọn tuỳ theo ñộ cứng vững hệ thống máy - dao - ñồ gá - chi tiết. Góc nghiêng phụ chọn tuỳ theo cấp ñộ nhẵn cần thiết thường lấy bằng 5 – 10o 3. Các yếu tố của lớp kim loại bị cắt và chế ñộ cắt khi phay: a. Chế ñộ cắt: Tốc ñộ xác ñịnh theo công thức: V= π .D.n 1000 [m / ph] Trong ñó: D: là ñường kính dao phay (mm) n: số vòng quay của dao trong 1 phút ðối với dao phay có mặt làm việc nằm trên ñường kính khác nhau Ví dụ: ñối với dao phay ñịnh hình, dao phay góc xác ñịnh tốc ñộ theo ñường kính lớn nhất của dao. Khi phay ngoài chiều sâu cắt t còn xét ñến chiều rộng phay b. Chiều rộng phay và chiều sâu phay là kích thước lớp kim loại ñược cắt ño trong phương trục dao phay. Chiều sâu phaylà kích thước của lớp kim loại bị cắt ño trong phương thgẳng góc với trục dao. Trong quá trình phay người ta qui ñịnh ba loại lượng chạy dao *Lượng chạy dao răng Sz là lượng dịch chuyển của bàn máy sau khi dao quay ñược 1 răng (mm/răng). *Lượng chạy dao vòng Sv là lượng dịch chuyển của bàn máy khi dao quay ñược 1 vòng (mm/vòng). *Lượng chạy dao phút Sph là lượng dịch chuyển của bàn máy trong thời gian 1 phút (mm/phút). Có mối quan hệ như sau: Sph = Sv.n = Sz.Z.n b. Thành phần lớp cắt: 100 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Trước khi xác ñịnh chiều dầy cắt và diện tích lớp cắt, ta cần xác ñịnh trị số góc tiếp xúc Ψ tức là góc tâm tương ứng với cung tiếp xúc giữa dao và phôi. *ðối với dao phay hình trụ: Từ tam giác OBC ta có D OC 2 − t 2t cosψ = = =1− D OB D 2  2t  ⇒ ψ = arccos1 −  D  sin Ψ t = 2 D *ðối với dao phay mặt ñầu ñối xứng : *Thành phần lớp cắt ñối vối dao phay trụ răng thẳng: +Chiều dầy cắt a: Khoảng cách giữa hai vị trí kế tiếp nhau của quỹ ñạo hai răng liền nhau ño theo phương pháp tuyến tức là phương hướng kính (coi ñường xicloit gần như ñường tròn) vì lượng chạy dao quá nhỏ so với ñường kính dao phay. Theo hình sau ñiểm B ứng với thời gian răng thứ nhất ñi ra khỏi vùng tiếp xúc với phôi, ñiểm E ñối với răng thứ hai, Ψ góc tiếp xúc. Cho cung EC bằng ñoạn EC. 101 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Từ tam giác BEC ta có : BC = amax = Sz.SinΨ Trong trường hợp chung có thể viết: ao = Sz. sinθ Trong ñó : θ góc tiếp xúc tức thời. Chiều dày trung bình atb = amax + amin amax = 2 2 Hoặc tính tương ứng với góc Ψ/2 atb = s z . sin Ψ 2 Theo lượng giác ta có: sin 2 Ψ 1 = (1 − cos Ψ ) 2 2 atb = s z . t 2t  1 1 − 1 +  = s z D D 2 +Chiều rộng cắt b: ðối với dao phay trụ răng thẳng, chiều rộng cắt b bằng chiều rộng phay B. +Diện tích cắt: f max = B.amax = B.sz .sin Ψ Xác ñịnh diện tích cắt lớn nhất của một răng dao như sau: 102 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt 2 t t2  2t  sin Ψ = 1 − cos Ψ = 1 − 1 −  = 2 − D D D2  2 t t2 − D D2 f max = 2 B.S z ðể xác ñịnh diện tích cắt tổng cộng cần biết số răng ñồng thời tham gia cắt Trong ñó: m= ε= Ψ ε 360 Z ε là góc tâm giữa 2 răng dao Z là số răng dao phay ðối với mỗi răng dao diện tích cắt tức thời tính theo công thức Fi = B.Sz.Sinθi Trong ñó : θi góc tiếp xúc tức thời của răng thứ i. Vậy diện tích cắt tổng cộng là: F = ∑ f i = B.S Z .(sin θ1 + sin θ 2 + ... + sin θ n ) m F = B.S Z ∑ sin θ i 1 Ở vị trí có diện tích cắt tổng cộng lớn nhất trị số các góc tiếp xúc như sau: θ1 = Ψ; θ 2 = Ψ − ε ; θ 3 = Ψ − 2ε ; ...;θ m = Ψ − (m − 1)ε * Thành phần lớp cắt ñối với dao phay răng trụ răng nghiêng: ðối với dao dao phay trụ răng nghiêng chiều dài cắt cũng ñược tính như ñối với răng dao thẳng. Nhưng chiều dày cắt không nhgững thay ñổi theo vị trí cung tiếp xúc tức thời ở mỗi ñiểm. Xét tại một phần vô cùng nhỏ bên chiều dài lưỡi cắt ta có diện tích cắt bằng: df = adb = a D d0 . 2 sin ω Hay: 103 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt df = S z .sin θ . D d0 . 2 sin ω Từ ñó suy ra diện tích cắt của cả lưỡi cắt: θd D.S z f = . sin θ .d 0 2 sin ω θ∫c f = D.S z .(cos θ c cos θ d ) 2 sin ω Và diện tích cắt của m răng ñồng thời tham gia cắt: F =∑ f = D.S z m .∑ (cos θ c cos θ d ) 2 sin ω 1 V. Lực cắt và công suất cắt khi phay: ðối với dao phay trụ răng thẳng có thể phân lực cản R1 ra làm hai thành phần: Lực vòng P (Tương ứng với trục Pz trong tiện) tác dụng theo phương tiếp tuyến với quỹ ñạo chuyển ñộng của lưỡi cắt và lực hướng kính Py. Ngoài ra còn có thể phân lực R1 làm hai phần: lực ngang Pn và lực ñứng Pñ. ðối với dao phay trụ răng nghiêng bên cạnh lực R1 trong mặt vuông với trục dao, còn có lực chiều trục Po. Trong các thành phần lực nói trên cần chú ý nhất là thành phần lực vòngP. Thành phần lực vòng sinh ra công cắt chủ yếu. Căn cứ vào P ñể tính công suất cũng như ñể tính toán các chi tiết máy của cơ cấu truyền chuyển ñộng chính. Lực hướng kính Py tác dụng lê các ổ trục chính làm võng trục gá dao. Lực ngang Pn ñể tính cơ cấu chạy dao và gá lắp kẹp phôi. Lực ngang có thể sinh ra rung ñộng giữa vít me và ñai ốc của bàn máy có khe hở. Lực Pñ có tác dụng làm bật phôi ra khỏi bàn máy. Xác ñịnh công thức tính lực vòng của dao phay trụ răng thẳng như sau, cho lực P tác dụng lên một răng: P = p.f Trong ñó: p là lực cắt ñơn vị F: là diện tích cắt trên một răng dao ở một thời ñiểm nào ñó. Lực cắt ñơn vị ñược tính theo công thức: 104 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt P= A a xn Trong ñó: A: hệ số phụ thuộc ñiều kiện gia công vật liệu gia công và thông số hình học của răng dao phay. n < 1 số mũ phản ánh mứt ñộ ảnh hưởng của chiều dày cắt tức thời lực ax ñến lực p. Biết p và f xác ñịnh ñược P’ Trường hợp tính lực cắt trung bình ' Ta ñược: P = A .a z .B = A.B.a1x− n n ax Xét lực cắt của m răng ñồng thời tham gia cắt: P = P’.m atb = S z . t D  t  P ' = A.B.S 1z − n .  D Ψ m= 1− n 2 ω Ta biết : Trong ñó: Và: Khai triển Nếu chỉ lấy hai số hạng ñầu ta có Ψ2 2t 1= = 1− 2 D Ψ=2 t D Khi ñó: 105 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt m= Ψ ω = Z π . t D Từ ñó: 1− n 2  t  π t  P = P′.m = A.B.S 1z − n   .   z D D 2−n 2 n−2 A 1−n 2 P = S z .B.Z .t .D 2 1 2 π Kí hiệu: CP = A π ; y P = 1 − n; xP = n−2 2−n ; qP = 2 2 Công thức trên ñựơc xác ñịnh theo lý thuyết dạng công thức ñúng cho trường hợp phay bằng dao phay trụ cũng như các dao phay mặt ñầu , dao phay ñĩa… Biết lực cắt P, tốc ñộ cắt V có thể tính công suất tiêu hao khi phay: Trong ñó : qN = qp+1 Công suất cho chạy dao thường không quá 15% công suất cắt NC Phân tích công thức lý thuyết và công thức thực nghiệm ta thấy lực cắt P: +Lực cắt P tỷ lệ thuận với chiều rộng dao phay B và số răng dao phay Z NC = P.V = CV .t xp .S yp .B.z.n.ϕ qN 60.1020 +Ảnh hưởng của lực chạy dao ñến lực cắt giống như khi tiện, số mũ gần bằng 0,75 +Số mũ của t nhỏ hơn 1 trong khi ñối với tiện xP = 1, ñiều ñó có thể giải thích khi phay và khi tiện xét về bản chất vật lý hai thông số chiều sâu cắt ở hai trường hợp ấy có khác nhau. Nếu khi tiện, chiều sâu cắt t ñặt trưng cho chiều rộng cắt thì khi phay chiều sâu cắt lại xác ñịnh chiều dài cung tiếp xúc hay góc tiếp xúc Ψ cũng như chiều dày lớp cắt trung bình. Do vậy khi chiều sâu cắt tăng lên, lực cắt ñợn vị sẽ giảm. +Tăng ñường kính dao phay, lực cắ sẽ giảm là vì số răng ñồng thời tham gia cắt giảm va chiều dày cắt cũng giảm. Các thành phần lực cắt khác thường ñược xác ñịnh theo 1 tỷ lệ với lực vòng . -Khi phay nghịch: Py = (0,6 - 0,8)P; Pn = (1,1 - 1,2)P; Pd = ( 0,2 - 0,3)P. 106 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt -Khi phay thuận: Py = (0,6 - 0,8)P; Pn = (0,8 - 0,9)P; Pd = ( 0,6 - 0,9)P. -ðối với dao phay mặt ñầu: Pn = (0,6 - 0,9)P. -ðối với dao phay trụ răng nghiêng cần tính lực chiều trục Po. Tuỳ theo góc nghiêng ω. Po= (0,35 - 0,55)P có thể khắc phục lực chiều trục bằng cách dùng hai dao phay gá trên một trục với các phương răng nghiêng ngược nhau. VI. ðộ mòn và tuổi bền của dao phay - tốc ñộ cắt: Tuỳ theo ñiều kiện cắt mà ñộ mòn xảy ra, trên mặt sau hay ñồng thời cả mặt trước và mặt sau của răng dao. Dao phay trụ, dao phay ñịnh hình, phay rãnh thường cắt phoi mỏng do ñó chủ yếu bị mòn chủ yếu theo mặt sau. Khi phay ñịnh hình thì cường ñộ mòn mặt sau càng lớn. Dao phay mặt ñầu thường cắt phôi có chiều dày lớn, do ñó chiều dài cung tiếp xúc thường lớn do ñó phoi tiếp xúc với mặt trước lâu hơn, vì thế xảy ra mòn cả mặt sau và mặt trước, nhất là khi gia công thép ở tốc ñộ cao và dao có γ < 0 vì ñộ mòn mặt trước thể hiện rõ hơn cả. ðối với tất cả các loại dao phay lấy ñộ mòn theo mặt sau làm tiêu chuẩn, vì nó ñặt trương cho tình tạng mòn của lưỡi cắt. Tuổi bền của dao phay phụ thuộc tốc ñộ cắt, kiểu dao, ñường kính dao, dạng gia công…. Quan hệ giữa tốc ñộ cắt và tuổi bến có dạng sau: V = A Tm ðối với dao phay thép gió m = 0,15 - 0,33 Dao phay dạng hợp kim cứng m = 0,2 - 0,6 Tốc ñộ cắt khi phay ñược biểu diển theo công thức: CV .D qv V = m xv yv Uv Pv KV T .t .S z B .z Trong ñó: Cv: hằng số phụ thuộc nhóm vật liệu gia công. 107 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Kv: hệ số hiệu chỉnh tính ñến ảnh hưởng của vật liệu gia công, vật liệu dao, trạng thái lớp bề mặt gia công, ñộ mòn của dao, dung dịch trơn nguội, hình học của dao. Phân tích công thức trên ta có thể rút ra kết luận: Khi tăng ñường kính D dao phay thì bước vòng của dao tăng lên, số răng ñồng thời tham gia cắt giãm ñi, ñồng thời khối lượng thân dao lớn hơn thời gian răng dao chạy không ở ngoài không khí lâu hơn, do ñó nhiệt cắt sinh ra ít hơn, truỵền nhiệt tốt hơn. Vì thế tuổi bền của dao ñược tăng lên hoặc nếu giữ nguyên tuổi bền thì có thể tăng tốc ñộ cắt. Giảm số răng dao phay, bước răng và thân răng sẽ lớn, ñiều kiện làm nguội sẽ tốt hơn, do ñó có thể tăng tốc ñộ cắt. Tăng các thông số B, t, Sz sẽ làm tăng thể tích lớp cắt, do ñó lực cắt và nhiệt cắt tăng lên, ñể ñảm bảo tuổi bền không ñổi tốc ñộ phải giảm ñi. VII. Trình tự xác ñịnh chế ñộ cắt khi phay 1. Chọn dao Tuỳ theo ñiều kiện cắt cụ thể. Vật liệu gia công, yêu cầu bề mặt gia công mà chọn kiểu dao và vật liệu làm dao cụ thể. Các thông số kết cấu và hình học của dao phay tra trong sổ tay về dụng cụ cắt 2. Chọn chiều sâu cắt t0. - Nếu yêu cầu của bề mặt gia công. ñộ cứng vững của hệ thống công nghệ và công xuất của máy cho phép cũng như ñộ bền của răng dao, toàn dao và vật liệu làm dao cho phép nên chọn chiều sâu cắt t0 = h- lượng dư gia công. 3. Chọn lượng chạy dao Sv: Vật liệu gia công, vật liệu làm dao, ñộ bền của răng dao và toàn dao, ñộ cúng của hệ thống công nghệ, tuổi bền dao phay, kích thước của bề mặt gia công, ñộ bền của cơ cấu chạy dao, công xuất máy là những thông số cơ bản khống chế việc chọn trị số của lượng chạy dao khi phay thô. ðộ chính xác kích thước, ñộ nhẵn bề mặt gia công sẽ khống chế trị số lượng chạy dao khi phay tinh. Thường chọn Sz theo các trị số trong bảng ở các sổ tay chế tạo máy. 4. Tính tốc ñộ cắt khi phay 108 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt C v .D qv .ω pv Theo công thức: V = m xv yv rv uv .K v T .S z .t 0 .B .Z Trong ñó: Cv - hệ số ñặc trưng cho ñiều kiện và vật liệu gia công Kv- Hệ số ñiều chỉnh phụ thuộc vào ñiều kiện gia công Các hệ số và các số mũ ñã cho trong sổ tay Sau khi xác ñịnh ñược Vc, số vòng quay của dao ñược tính: n= 1000.V (V / ph ) π .D Việc chọn nm cũng giống như khi tiện, lúc ñó: Sph=Z.Sz.nM Trên máy phay thường cho Sph, nên sau khi tính ñược Sph, chọn theo bảng lấy trị số nhỏ gần nhất và tính lại SZM. S ZM = S phM n M .Z Trị số SZM dùng ñể tính lực cắt và công xuất cắt. 5. Kiểm nghiệm chế ñộ cắt: Thường kiểm nghiệm theo 3 yêu cầu: Pz .D ≤ [M ] 2 - Theo mômen xoắn: M x = - Theo sức bền của cơ cấu chạy dao PH≤ [Pn] - Theo công suet cắt: Nc≤Nñc.η - Trong ñó: [M] - mômen xoắn cho phép của máy [Nm] [PH] - Lực chạy dao cho phép lớn nhất của cơ cấu chạy dao [N] 6. Thời gian máy. T0 = l +l +l L .i = 1 2 3 .i[ ph] S ph S Z .n.Z l1 Chiều dài mặt phay l2 lượng vượt quá của dao; l2 = 1 ÷5 mm l3 lượng ăn tới; l3 = t ( D − t ) (mm) a. Khi gia công bằng dao phay trụ l3 = t ( D − t ) (mm) 109 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt b. Khi gia công bằng dao phay mặt ñầu: + ðối xứng ( ) y = B.(D − B ) (B = t ) l3 = 1 D − D2 − t 2 2 (mm) + Không ñối xứng 110 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Chương 9: CHUỐT I. ðặc ñiểm và khả năng công nghệ của chuốt: Xét về các chuyển ñộng trong quá trình cắt của chuốt thì tương tự như bào va xọc, tuy nhiên một số trường hợp chuyển ñộng chạy dao là chuyển ñộng quay tròn và ñược thực hiện ñồng thời với chuyển ñộng chính. ðiều khác biệt nhất của chuốt so với bào và xọc là kết cấu của dao chuốt. Dao chuốt có rất nhiều lưỡi cắt. Trên một dao có thể có một số lưỡi cắt gia công thô và phần lưỡi cắt ñể thực hiện gia công tinh và sửa ñúng. Chuốt có thể gia công mặt phẳng ngoài các lổ tròn các lỗ có rãnh thẳng hoặc rãnh xoắn, lỗ then, lỗ then hoa và các dạng lỗ ñịnh hình khác Ưu ñiểm của phương pháp chuốt là: − ðộ chính xác có thể ñạt cấp 7, ñộ bóng bề mặt ñạt Ra = 0.6 - 0.8µm, chất lượng bề mặt gia công tốt vì vận tốc cắt nhỏ, biến dạng dẽo không lớn. − Năng suất cao vì số lưỡi cắt nhiều − Một lần cắt có thể vừa là gia công thô vừa là gia công tinh − Có thể gia công ñược nhiều dạng lỗ khàc nhau − Có thể gia công ñược các lỗ có ñường kính ñến 320mm, then hoa có ñường kính ñến 420mm, chiều rộng của rãnh ñến 100mm, chiều ñài của lỗ ñến 10 000mm Nhược ñiểm của dao chuốt: − Dao chuốt khó chế tạo, ñắt tiền − Chỉ gia công ñược các lỗ thông suốt, thẳng và có ñường kính không thay ñổi − ðòi hỏi máy phải có công suất lớn vì lực chuốt lớn − Chuốt không sửa ñược các sai lệch về vị trí tương quan − Khi chuốt các lỗ có chiều dầy thành lỗ không ñồng ñều thì lỗ dễ bị biến dạng. 111 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt II.Kết cấu của dao chuốt : Ở ñây ta lấy dao chuốt lỗ ñể nghiên cứu cấu tạo của dao. Dao chuốt gồm 7 phần: ðầu dao L1, cổ dao L2, côn chuyển tiếp L3, ñịnh hướng phía trước L4, phần cắt L5, phần sửa ñúng L6, phần ñịnh hướng phía sau L7. Phần 1: ñầu dao dùng ñể kẹp dao và truyền lực. Phần 2, 3: Cổ dao và côn chuyể tiếp. Phần 4: ñịnh hướng phía trước dùng ñịnh tâm chi tiết trước khi cắt ñồng thời ñể bảo vệ dao khỏi bị quá tải do lượng dư ban ñầu lớn. Phần 5: Là phần cắt. Làm nhiệm vụ cắt hết lượng dư. Các răng cắt ở phần này có ñường kính tăng dần giữa các răng cắt, một lượng là 2Sz. Sz gọi là lượng nâng của răng dao chuốt. Trên răng cắt có các rãnh chia phoi (rãnh chia chia phoi ở răng sau và răng trước bố trí xen kẽ nhau) ñể chia phoi thành những ñoạn nhỏ, do ñó giảm biến dạng và lực cắt. Phần 6: Là phần sửa ñúng. Nó có tấc dụng sửa ñúng kích thước lỗ và tăng ñộ bóng bề mặt. Trên ñó có khoảng 1 ÷ 8 răng, kích thước ñường kính các răng sửa 112 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt ñúng ñều bằng nhau và bằng kích thước lỗ muốn gia công. Trên rằn sửa ñúng không có rãnh chia phôi. Phần 7: Phần ñịnh hướng sau, làm nhiện vụ ñịnh hướng chi tiết khi răng cuối cùng cuả dao chưa ra khỏi mặt lỗ. Mục ñích là trành hư hỏng, bề mặt lỗ và gãy rãnh dao do chia tiết bị lệch. Trên toàn bộ dao chuối, phần cắt và phần sửa ñúng là quan trọng nhất. ðộ chính xác và ñộ bóng của lỗ gia công chủ yếu là do kết cấu và hình dáng hình học của răng dao quyết ñịnh. III- Sơ ñồ cắt khi chuốt: tuỳ theo hình dáng, ñộ chính xác và kích thước chi tiết gia công cũng như trạng thái bề mặt của phôi mà người ta dùng các sơ ñồ cắt khác nhau. sơ ñồ cắt có ảnh hưởng lớn ñến sự phân bố tải trọng trên mặt răng cắt, tuổi bền của dao và kết cấu dao. Hiện nay dùng 3 sơ ñồ cắt cơ bản sau: - Chuốt theo lớp - Chuốt ăn dần - Chuốt theo mảnh (hình a) (hình b) (hình c) 1. Chuốt theo lớp: Lớp kim loại ñược cắt ra có prôfin ñồng dạng với prôfin của chi tiết gia công. Prôfin răng dao giống prôfin cuối cùng của bề mặt ñược cắt. Ví dụ: (hình a) chuối lỗ vuông. Răng dao là hình vuông. Chuốt theo cách này ta thấy chiều dầy cắt a rất mỏng, chiều rộng cắt b lại lớn, cắt như vậy ñộ bóng và ñộ 113 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt chính xác cao. Nhưng lực cắt có thể quá lớn, vượt quá giới hạn bề của dao và lực kéo của máy và chế tạo dao phức tạp. 2-Chuốt ăn dần: Prôfin của lớp cắt và lưỡi cắt không giống prôfin của bề mặt gia công. Ví dụ: (hình b) Khi chuốt lỗ vuông thì chu vi của lưỡi cắt là tròn và khi chuốt bề mặt ñịnh hình thì lưỡi cắt là thẳng. Răng cuối cùng của răng dao có hình dáng của bề mặt gia công. ðộ bóng và ñộ chính xác của các bề mặt gia công với sơ ñồ chuốt này thấp hơn ở chuốt lớp vì bề mặt gia công ở chỗ chuyển tiếp từ lớp cắt nọ sang lớp cắt kia có những vết cắt có các răng riêng biệt tạo ra. Tuy vậy chúng có ưu ñiểm là chế tạo ñơn giản. 3- Chuốt theo mảnh: Cũng như chuốt ăn dần prôfin khi dao chuốt theo mảnh không giống của các chi tiết. Mỗi lớp kim loại có chiều dày cắt là a, rộng là b ñược cắt bởi một nhóm răng (có từ 2-3 răng). Do ñó còn gọi là sơ ñồ cắt theo nhóm. Trong cùng một nhóm có các răng có chiều cao bằng nhau (Sz = 0 ). Ví dụ: (hình c) Một nhóm có ba răng. Răng thứ nhất cắt lớp kim loại có chiều dày cắt a, chiều rộng 2b1, răng thứ hai cắt lớp kim loại có chiều dày cắt a chiều rộng cắt b2, răng thứ ba cắt lớp kim loại dày là a, chiều rộng cắt 2b3. ðể tạo hình dáng chi tiết phải có nhiều nhóm răng cắt như vậy. Ưu ñiểm của nhóm cắt này là chiều rộng cắt mỗi răng nhỏ ñi do ñó có thể tăng chiều dày cắt a. Nếu tăng a, biến dạng ñơn vị của lớp kim loại cắt giảm do ñó tác dụng lên răng dao giảm. Tuy vậy, vì a lớn nên răng dao dễ bị mòn mặt trước. 114 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Phương pháp này thường dùng khi gia công những chi tiết có lượng dư lớn, chi tiết có vỏ cứng (phôi ñúc, rèn) và những chi tiết có thanh mỏng ñộ cứng vững kém. Nhược ñiểm: chế tạo dao phức tạp. IV- Thông số hình học của dao chuốt: 1- Góc trước γ : ðo trong mặt phẳng thẳng góc với lưỡi cắt. Trị số góc cắt γ chòn theo vật liệu gia công, chiều dày lớp chuốt, ñộ bóng và ñộ chính xác của bề mặt gia công. Thường lấy γ = 0o ÷ 18o. Góc trước ảnh hưởng lớn ñến ñến lực cắt và ñộ bóng bề mặt gia công trong khi ñó ảnh hưởng ñến ñộ mòn, tuổi bền của dao rất ít. Thực nghiệm cho thấy rằng, nếu tăng góc trước 10o ÷ 12o. thì ñộ bóng tăng rất nhanh (với az < 0.03mm). Nếu γ tăng quá 12o thì ảnh hưởng của nó ñến ñộ bóng kjhông ñáng kể. Răng dao chuốt dù mài thật cẩn thận thì lưỡi cắt của nó vẫn có bán kính cong rất nhỏ ρ =0.008 ÷ 0.01mm. Nếu az < 0.01mm thì lớp cắt bị nén chứ không tạo ra phoi ñược. Ta thấy ở ñây vai trò góc trước SZ mất tác dụng ñối với quá trình cắt. Do biến dạng của kim loại tăng khi cắt với SZ quá nhỏ làm giảm ñộ nóng và ñộ chính xác gia công. Vì vậy không nên chọn SZ diện tích cắt lớn máy không ñủ công suất, ñồng thời vật liệu chế tạo dụng cụ không ñủ bền khi chị lực cắt quá lớn. Bước răng t của dao chuốt có thể xác ñịnh theo công thức thực nghiệm (trình bày sau). V. Lực cắt khi chuốt : Các thành phần lực cắt khi chuốt gồm: Lực chiều trục Pz hướng ngược với phương chạy dao Lực Py hướng vuông góc với bề mặt gia công hay hướng vào tâm. Px hướng vuông góc với Py và Pz. ðối với dao chuốt răng thẳng thì Px = 0, khi chuốt các bề mặt lỗ tròn, lỗ vuông, then hoa, … thì Py triệt tiêu nhau. Lực chuốt Pz ñược tính Pz = p.b.a.zmax. Trong ñó: p là lực cắt ñơn vị (N/mm2) b là chiều rộng cắt a là chiều dày cắt z số răng ñồng thời tham gia cắt lớn nhất. Cũng có thể xác ñịnh lực cắt khi chuốt theo công thức sau: +Chuốt lỗ trụ: 117 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Pz = C p .Z max .S zyp .D.K p +Chuốt rãnh then và then hoa: Pz = C p .Z max .S zyp .D.b.n.K p Trong công thức trên: Cp - hằng số phụ thuộc vật liệu gia công Sz - lượng nâng của răng (mm) B - chiều rộng rảnh then (mm) N - số then Z - số răng ñồng thời tham gia cắt lớn nhất K - hệ số hiệu chỉnh kể ñến ảnh hưởng của góc trước, ñộ mòn mặt sau của răng, dung dịch trơn nguội … các số mũ tra trong sổ tay chế ñộ cắt khi gia công cơ. VI. Sự mài mòn, tuổi bền và tốc ñộ cắt khi chuốt: 1. Sự mài mòn: Khi chuốt thép σb ≤ 800N/mm2 và gang có HB ≤ 180 với a ≤ 0 , thì mòn chủ yếu ở mặt sau, khi chuốt thép có ñộ bền cao và gang cứng với a = 0,05 - 0,1 lại thấy mòn ñều trên mặt trước suốt cả chiều dài lưỡi cắt chính. ðối với tất cả các loại các vật liệu cắt với chiều dày cắt a > 0,1 mm thì xảy ra mòn cả mặt trước và mặt sau. Nói chung, ở dao chuốt mòn theo mặt sau là quan trọng hơn cả vì nó ảnh hưởng lớn ñến tuổi bền dao lượng dư cho mỗi lần mài lại (ảnh hưởng ñến tuổi thọ của dao) 118 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt ðộ mòn theo mặt sau chủ yếu phụ thuộc vào chiều dày cắt, góc sau α, tính cơ lý của vật liệu gia công và vật liệu làm dao: hs = C1 . α0.5 hs = C2 . α0.03 Dao chuốt mòn thì ñộ bóng và ñộ chính xác bề mặt chi tiết giảm, lực cắt tăng. ðối với dao chuốt gia công bề mặt thông thường thì: hs = 0,15 - 0,2mm Dao chuốt cắt theo mảnh : hs = 0,33 2. Tuổi bền và tốc ñộ cắt: Dao chuốt là dụng cụ cắt chuuyên dùng khó cế tạo, ñắt tiền, thường chỉ dùng ở các xí nghiệp chế tạo máy lớn. Do ñó việc xác ñịnh tuổi bền hợp lý của dao chuốt có ảnh hưởng lớn ñến năng suất gia công, ñộ chính xác và tuổi thọ của dao. Tuổi bền ñược chọn phụ thuột vào vật liệu gia công, vật liệu dao, ñộ chính xác gia công, thường người ta ñịnh tuổi bền dao chuốt : T = 120 - 480 phút Tốc ñộ cắt khi chuốt ñược tính: V= CV T .S ZYv m (m/ph) Trong ñó: Cv - hằng số phụ thuộc vật liệu gia công. T - tuổi bền dao chuốt (phút) Sz - lượng nâng mỗi răng hay chiều dày cắt Yv - số mũ nói lên mức ñộ ảnh hưởng của tuổi bền, chiều dai cắt với tốc ñộ cắt. Vì trong quá trình cắt, sát lớn, tưới dung dịch trơn nguội khó khăn, nên nhiệt sinh ra lớn. Vì vậy chọn vận tốc chuốt thường nhỏ. Dao chuốt làm bằng thép gió, thép hợp kim dụng cụ như P18, P9, XBT thì nên chọn tốc ñộ chuốt là 2 - 12m/phút. Do ñó việc chọn tốc ñộ thấp chủ yếu là theo chất lượng bề mặt gia công yêu cầu chú không phải theo ñộ bền dao. Công suất cắt khi chuốt: NC = PZ 60.103 Thời gian máy khi chuốt: 119 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt T0 = L.K 103.V L - chiều dài hành trình chuốt V - tốc ñộ cắt khi chuốt K - hệ số tính ñến hành trình chạy không của máy K = 1,2 - 1,5 L = l1 + l2 + l3 + ∆ l1 - chiều dài lỗ chuốt l2 - chiều dài phần răng cắt l3 - chiều dài phần răng sửa ñúng ∆ - chiều dài thoát dao 2 - 3 mm 120 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Chương 10: MÀI I. ðặc ñiểm của quá trình mài Mài là một phương pháp gia công kim loai ñã ñược biết từ lâu.Tuy nhiên phải ñến thế kỷ XIX, khi xuất hiện máy mài và các vật liệu tổng hợp, thì việc gia công bằng máy mài mới có những bước phát triển nhảy vọt. Ngày nay, cùng với sự phát triển của ngành chế tạo máy, những vật liệu có tính năng cơ học cao, khó gia công ngáy càng ñược sử dụng rộng rãi. Những ñòi hỏi vệ chế ñộ chính xác và chất lượng gia công ngày một năng cao thì phạm vi sử dụng của máy mài cang ñược mở rộng nhanh chóng hơn bất kì một dạng gia công nao. Tỷ lệ máy mài trong tổng số máy cắt kim loại nói chung chiếm khoảng 30%, nhưng trong một số nghành ñặc biệt như chế tạo vòng bi thì máy mài chiếm ñến 60%. Hiện nay máy mài không những chỉ ñược dùng trong nguyên công tinh,mà còn dùng ngày càng nhiều ở cả các công nguyên gia công thô khi cần ñến tính năng và hiệu quả kinh tế cao. Người ta ñã dùng phương pháp mài thô ñể gia công nhưng chi tiết có trọng lượng ñến 12,5 tấn, lượng dư khoảng 6mm trên những máy mài cỡ lớn có công suất ñến 250kw. Năng suất ñạt ñược cao như vậy là nhờ tốc ñộ cắt cao, (60ñến 80m/s) và tốc ñộ quay chi tiết lớn (360m/ph). Trong nhưng năm gần ñây ở một số nhá máy ñã nâng tốc ñộ mài lên 120m/s và người ta ñang tìm mọi biện pháp phấn ñấu ñể ñưa tốc ñộ mài lên cao hơn nữa (khoảng 300m/s). Khi gia công tinh phương pháp mái tốc ñộ bóng Ra=1,25 ñến 0,63 và lớn hơn, ñộ chính xác kích thước cao (0,002 ñến 0,003mm). So với một số dạng gia công khác, mài có một số ñặc ñiểm sau: Tốc ñộ cắt khi mài lớn, tiết diện phôi cắt ra bé. ðá mài là các loại dụng cụ nhiều lưỡi, gồm các hạt mài liên kết với nhau bằng chất ñính kết. Khi cắt, một số lớn hạt mái có hình dạng, vị trí hoàn toàn khác nhau cùng ñồng thời tham gia cắt. Các góc cắt khi mái không hợp lý: góc trước thường là âm vá góc β thường lớn hơn 900. Do tốc ñộ cắt cao và góc cắt lớn nên khi mài nhiệt ñộ rất cao (1000 ÷ 15000C). Dụng cụ mài có lưỡi cắt không liên tục: các hạt nằm tách biệt trên bề mặt làm việc của dụng cụ và cắt mỗi phoi riêng, do ñó có thể xem quá trình mài như là quá trình cào xước liên tục. 121 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Do không thể thay ñổi ñược vị trí và hình dạng hình học của hạt mài trong ñá mài nên việc ñiều khiển quá trình mài rất khó khăn. Trong quá trình mài, ñá mài có khả năng tự mài sắc một phần. II. ðá mài và ñặc tính của ñá mài. 1. Vật liệu hạt mài Vật liệu ñể làm hạt mài thường có hai loại: thiên nhiên và nhân tạo. Loại thiện nhiên hiện nay rất ít dùng. Vật liệu mài thiên nhiên thường gặp là kim cương, oxyt nhôm, cacborun, ñá lửa, thạch anh. a. Kim cương là than nguyên chất có trọng lượng riêng tứ 3 ñến 3,5G/cm3 có ñộ cứng cao nhất so với với mọi vật liệu khác. Kim cương cháy ở 8000C. Trong thiên nhiên thương gặp kim cương ở dạng tinh thể có trọng lượng từ 0,005 ñến vài chục cara (1cara=0.02mg). Sức bền của kim cương không cao. Nếu quy ước giới hạn bến uốn của hợp kim cứng BK8 là 1, thì giới hạn bền uốn của P18 là 2.25, của Al2O3 là 0.35, còn của kim cương là 0.21. ðộ dẫn nhiệt của kim cương gần gấp 2 lần P18, gấp 5 lần BK 8 và khoảng 35 lần so với Al2O3 . Nhờ có ñộ giãn dài rất bé và ñộ cứng cao nên dụng cụ có lưỡi cắt bằng kim loại ñảm bảo ñược ñộ chính xác gia công cao. b. Ôxyt nhôm có thành phần chủ yếu là Al2O3 ở dạng tinh thể. Nhờ có ñộ cứng cao (chỉ thua kim cương và cacbitbo) và ñộ dẻo cao nên ỗyt nhôm ñược xem là một trong nhưng vật liệu mài tốt nhất. Ôxyt nhôm thiên nhiên thường có màu từ hồng ñến xám. Trọng lượng riêng, tùy thuộc vào lượng tạp chất, trong khoảng từ 3,93 ñến 4 G/cm3 oxít nhôm thiên nhiên thường ñược dùng ở dạng bột mịn và bột nhão trong cac nguyên công mài bóng. c. Cacborun là dạng của oxyt nhôm nhưng lượng hàm của oxyt nhôm thấp (khoảng 60%) nên ñộ cứng thấp, trọng lượng riêng 3,5g/cm3. d. Thạch anh có thành phần chủ yếu là oxytlic. ðộ cứng của thạch anh theo thang MOOC là 7. ðá lử là một dạng của thạch anh, có hơn 90%SiO2 có ñộ cứng tương tự như thạch anh, nhưng trong coong nghiệp gỗ, ñá…..cacborun, thạch anh, ñá lửa chủ yếu ñược dùng ñể chế tạo thanh mài hoặc giấy ráp dùng bo,cacbit bo-Silic, nitritbo lập phương … 122 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt e. Kim cương nhân tạo hiên nay ñã ñược tổng hợp ở nhiều nước. Ơ Liên xô cũ kim cương nhân tạo ñược bắt ñầu dưa vào sản xuất ơ dạng công nghiệp từ nhưng năm 1962 ñến 1967 so với kim cương thiên nhiên ñược dùng trong công nghiệp thì kim cương nhân tạo ñã ñạt ñến tỉ lệ 92,4%. Kim cương nhân tạo ñược tổng hợp từ graphit dưới áp suất 100.000 atm và nhiệt ñộ 2500 ñến 27000C. Thành phần hóa học của kim cương nhân tạo gần giống với kim cương thiên nhiên (99,7% cacbon và 0,3% tạp chất). Phần lớn các tinh thể tổng hợp có kích thước từ 0,2 ñến 0,4mm. Gần ñây người ta ñã tổng hợp ñược nhưng tinh thể kim cương có kích thước ñến vài milimet, trọng lượng vào khoảng từ 0,01 ñến 0,1 cara. Nhờ một chất xúc tác mới tìm ra gần ñây người ta ñã tổng hợp ñược kim cương dưới áp suất và nhiệt ñộ thấp hơn (từ 12500 atm và 1200 ñến 14000c). Hình dạng và màu sắc của tinh thể kim cương phụ thuộc vào nhiệt ñộ. Kim cương thiên nhiên có bàn kính cong của lưỡi cắt ρ = 2,3 ÷ 3,3.10mm, góc β = 73 ÷ 84 0c, còn kim cương nhân tạo ρ = 1,1 ÷ 2,2.10 mm và β = 52 ÷ 57 0 (ở oxyt nhôm ñiện ρ = 8,5 ÷ 190.10 mm và β = 98 ÷ 108 0 5) Các nhãn hiệu kim cương tổng hợp của Liên xô cũ có nhưng ký hiệu sau: ACO, ACP, ACB, ACK, ACC (dang hạt), ACM và CAN (dang bột ). ðộ bền cơ học tăng dần từ ACO ñến ACC. So với kim cương thiên nhiên ACC bền hơn khoảng từ 1,2 ÷ 2 lần. f. Nitrit bo lập phương (KNB) có ñộ cứng gần bằng ñộ cứng của kim loại nhưng ñộ bền nhiệt cao gấp ñôi. Nitrit bo lập phương là liên kết hóa học của bo (44%) với nitơ (56%) ở dạng tinh thể gần như kim cương. Liên xô cũ thí nghiệm thành công năm 1050 và dưa vào sản xuất năm 1964. Cần chú ý phân biệt giữa Nitrit bo lập phương nitribo ñã ñược biết từ lâu, là loại vật liệu mềm, có cấu tạo mạng gần như Graphit có 2,2 g/c3m, Graphit là loại vật liệu dẫn ñiện rất tốt ở nhiệt ñộ cao. Graphitcó màu ñen còn natri bo có màu trắng. Khi tổng hợp ở áp suất (70 000atm) và nhiệt ñộ cao (1700oC) người ta thu ñược tinh thể nitri bo lập phưưng có các thông số mạng gần như kim cương. Ngoài việc dùng làm hạt mài, nitri bo lập phương còn ñược dùng làm dụng cụ cắt có lưỡi ñể gia công các loại thép tôi. Do không có sự tương tác hóa học với sắt, nitri bo lập phưong ñược dùng ñể thay kim cương trong việc gia công các 123 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt loại thép có ñộ bền cơ học cao và các loại hợp kim có ñộ bền là thép. ðá mài nitri bo lập phương ñắt hơn ñá mài oxynhôm nhiều nhưng cho hiệu quả kinh tế cao. g. Oxyt nhôm ñiện là oxyt nhôm thu trong lò ñiện từ quặng boxit, thường gặp mấy loại sau: + Oxyt nhôm ñiện thường (corum ñiện thường) ñược dùng phổ biến nhất, có màu thay ñổi từ da cam ñến màu hồng, lượng Al2O3 trong oxit nhôm ñiện thường vaò khoảng 92 ÷ 95%. Oxyt nhôm ñiện thường ñược dùng ñể mài thô, mài bán tinh và mài tinh các loại vật liệu có sức bền cao như thép, gang rèn hoặc mài sắc các dụng cụ bằng thép cacbon dụng cụ. + Oxyt nhôm ñiện trắng (Corum ñiện trắng) có hàm lượng Al2O3 có hơn (98 ÷ 99%) nên tính cắt tốt hơn. Khi mài nhiệt ñộ mài thấp hơn vì khả năng mài sắc tốt hơn. + Oxyt nhôm tinh thể. Dạng hạt của oxyt nhôm ñơn tinh thể khác với dạng với dạng hạt của oxyt nhôm nói chung ở chỗ sau khi bị nghiên nát các hạt ñều có một dạng hình học với kích thước từ (1ñến 50).10-3 mm. Oxyt nhôm ñơn tinh thể có sức bền và tính cắt cao. Hàm lượng Al 2O3, trong oxyt nhôm ñơn tinh thể từ 97 ñến 99%. Oxyt nhôm ñiện trắng và oxyt nhôm ñơn tinh thể ñược dùng ñể mài bán tinh các loai thép và mài sắc dao bằng thép dụng cụ. Ngoài ra còn có oxyt nhôm pha Corum dùng trong các chế ñộ cắt nặng, oxyt nhôm pha tinh titan có ñộ dẻo cao thích hợp cho việc mài rà và mài bóng. Oxyt nhôm (máu xanh) hạt mịn thường dùng ñể mài bóng. h. Cacbit silic(SiC) thu ñược do tác ñộng tương hỗ giữa SiO2 và C trong lò ñiện trở, tuỳ theo hàm lượng tạp chất mà chia ra 2 dạng: cacbit silic xanh chứa 98 ñến 99% và cácbit silic ñen chứa 97 ñến 98%C. SiC xanh ít tạp chất hơn nên tính cắt cao hơn SiC ñen. Cả hai loại có ñộ cứng gần như nhau, chịu nhiệt khoảng 13000C ñến 14000C. Ứng dụng: Loại xanh dùng mài sắc dao cắt HKC và sứ. SiC ñen dùng mài gang, ñồng, nhôm, phi kim. 124 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt i. Cácbít Bo(B4C) Thu ñược trong lò hồ quang do kết quả tương hỗ giữa Bo và cốc dầu mỏ ít tro ở nhiệt ñộ 2000 ñến 23500C. Trong thành phần có 74 %B và gần 1,5%C tự do, có ñộ cứng cao sau kim cương và Nitơrit Bo lập phương. Do ñó có tính năng cắt gọt tốt dùng ñể gia công thép hợp kim, hợp kim cứng và các vật liệu khó gia công. 2. Chất dính kết Khi chế tạo dụng cụ mài (ñá mài), hạt mài kết hợp với nhau nhờ chất dính kết giữa chúng (vật liệu mài và vật liệu chất dính kết ñược chộn lẫn với nhau, ñóng khuôn, nung, gia công cơ và thử ñộ cứng trước khi ñưa vào sử dụng). Thường dùng các chất dính kết sau: +Chất dính kết vô cơ: Kêramic, si li cat… + Chất dính kết hữu cơ: Bakêlít, vun ga nít… + Chất dính kết kim loại: a. Chất dính kết Kê ra mic: KH: K, VN ký hiệu G Chế tạo từ ñất sét chịu lửa, fenspat, thạch anh và một số chất khác. Dụng cụ chế tạo từ chất dính kết gốm có ñộ bền, ñộ chịu nhiệt và ñộ cứng cao nhưng trở nên dòn cứng hơn, ngoài ra nó chịu tác ñộng hóa học của nhiều chất khác. ðá mài dùng chất dính kết G có thể ñạt Vc =65m/s, vì dòn nên không dùng G ñể chế tạo ñá mài có chiều dày nhỏ và chịu tải trọng va ñập. Chất dính kết G chia làm hai nhóm cơ bản: Nóng chảy (thủy tinh) và thiên kết (dạng sứ). Loại thủy tin dùng xho ñá mài bằng vật liệu corun ñiện thường và ñiện trắng, còn loại sau cùng dùng cho vật liệu là SiC.(K3 và K4). b. Chất dính kết bakelít Nga ký hiệu: Б Việt Nam: B Chất dính kết bakelit là loại nhựa tổng hợp ñược chế tạo từ axit cácbôlic và phoc ma lin. Ưu ñiểm: Có ñộ bền cao, ñộ ñàn hồi lớn, chịu ñược va ñập tốt, nhiệt sinh ra khi mài ít. Do ñó cho phép cắt với tốc ñộ cao khoảng 60 m/s 125 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Nhược ñiểm: Kém bền vững về phương ñiện hóa và nhiệt. Nó bị phá hủy bởi dung dịch kiềm có PH > 8, ñộ bền cơ học kém, lực giữ hạt mài giảm nhanh ở nhiệt ñộ 2000C. Vì vậy chỉ làm việc ở môi trường có dung dịch trơn nguội có nồng ñộ kiềm thấp nhỏ hơn 1,5%. Sử dụng B ñể chế tạo ñá mài cắt với tốc ñộ cao, dùng trong mài rãnh, mài sắc dụng cụ ñã tôi, mài bề mặt ñịnh hình, mài taro, bàn ren, mũi doa… Do B có tính ñàn hồi cao nên ñược dùng ñể chế tạo ñĩa mài với chiều dày 0,18mm. c. Chất dính kết Vunganit(V) Nga (B): V ñược chế tạo bằng cách lưu hóa cao su ñã ñược làm mềm bằng benzene với lưu huỳnh. Bao gồm 70 % cao su và 30 % lưu huỳnh. ðá mài ñược chế tạo bằnh chất dính kết V có ñộ bền mòn cao, thường dùng làm ñá dẫn khi mài vô tâm. Dó có ñộ ñàn hồi tốt nên còn ñược dùng ñể chế tạo ñĩa mài có chiều dày từ 0,3 -0,5mm với ñường kính 150-200mm. ðá mài loại này cho phép cắt với tốc ñộ tới 75m/s. Thường dùng ñể cắt ñứt, mài rãnh, mài rãnh then, mài ñịnh hình chính xác lần cuối. Nhược ñiểm: ðộ xốp thấp và chịu nhiệt kém. nhiệt ñộ 1500C ñá bắt ñầu mềm, khi nhiệt ñộ lên ñến 2000C ñá có thể bị cháy. Vì vậy khi cắt phải sử dụng dung dịch trơn nguội không có tính kiềm. 3. ðộ cứng của ñá mài ðộ cứng của ñá mài là sự chống lại sự bứt hạt mài ra khỏi bề mặt làm việc của ñá dưới tác dụng của ngoại lực. ðộ cứng của ñá mài chủ yếu do phương pháp chế tạo, số lượng chất dính kết trong một ñơn vị thể tích và thành phần chất dính kết quyết ñịnh. ðộ cứng của hạt mài và ñộ cứng của ñá là hai khái niệm khác nhau hoàn toàn. ðá mài mềm là loại ñá mài khả năng chống lại sự bứt hạt mài ra khỏi bề mặt ñá là yếu. ðá mài cứng là loại ñá mài khó bứt hạt mài ra khỏi bề mặt ñá. * Nguyên tắc chọn ñá mài: 126 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Khi cắt vật liệu cứng nên chọn ñá mềm, khi gia công vật liệu mềm nên chọn ñá cứng. Khi gia công vật liệu mềm dẻo cần chọn ñá mềm ñể tăng tuổi thọ ñá, khi gia công vật liệu quá cứng nên chọn ñá cứng như vậy sẽ làm tăng khả năng tự mài sắc của ñá. Khi gia công thô nên chọn ñá mài cứng, khi gia công các bề mặt ñịnh hình nên chọn ñá mềm vừa. II. Các phương pháp mài 1. Phương pháp mài tròn ngoài Thường dùng ñể gia công các bề mặt trụ ngoài, cho năng suất và ñộ chính xác cao. Quá trình gia công bao gồm 4 chuyển ñộng: Chuy ển ñộng quay chi tiết: Vct = nct .π .Dct (m/ph) 1000 Chuyển ñộng quay của ñá mài tạo ra chuyển ñộng cắt chính. Vd = nd .π .Dd (m/s) 60.1000 Chuyển ñộng chạy dao hướng kính ñể cắt hết lượng dư 127 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Sn = 0,0005 – 0,015 mm/htk. Chuyển ñộng chạy dao dọc trục chi tiết. Sd = (0,3 – 0,6 )H mm/vòng Trong ñó: H là chiều dày ñá mài. 2. Mài tròn trong Thường dùng ñể mài lỗ, pp này cho ñộ chính xác cao nhưng khó ñiều chỉnh. Khi chọn chế ñộ cắt cần chọn nhỏ hơn khi mài tròn ngoài, ñồng thời ñường kính ñá mài luôn bị khống chế bởi ñường kính lỗ gia công. 3. Mài vô tâm PP này dùng cho cả mài tròn trong và mài tròn ngoài, nhưng không mài ñược các bề mặt trụ bậc. Mài vô tâm dề tự ñộng hóa, cơ khí hóa ñồng thời cho năng suất và chất lượng cao. Giảm ñược thời gian rà gá cũng như thời gian chết của máy. Nhược ñiểm cơ bản là tốn ñá vì có thêm ñá dẫn. Hình Phương pháp mài vô tâm a) Mài tròn ngoài; b) Mài tròn lỗ 4. Mài phẳng Có 2 phương pháp mài phẳng: 128 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Dùng chu vi của ñá: Phương pháp này cho năng suất thấp vì chiều rộng lưỡi cắt tiếp xúc nhỏ, nhưng cho chất lượng bề mặt gia công cao vì thoát nhiệt tốt, phát huy ñược khả năng làm mát. Dùng mặt ñầu của ñá: Phương pháp này cho năng suất cao nhưng chất lượng thấp vì khả năng thoát nhiệt kém. III. Chế ñộ cắt và thành phần lớp cắt +Tốc ñộ cắt: Khi mài nên chọn tốc ñộ lớn (tốc ñộ cắt thường bị hạn chế bởi sức bền của ñá mài). Khi mài tròn ngoài thường chọn tốc ñộ mài Vñ=35 ÷ 40 m/s. Tốc ñộ quay chi tiết gia công trong khoảng: Vc/tiết=20 ÷ 85 m/p khi gia công thô Vctiết=15 ÷ 50m/p khi gia công tinh +Chiều sâu cắt: Hay lượng chạy dao ngang ño trong một hành trình kép của chi tiết. Khi mài thô thép chọn t = 0.01÷ 0.07mm/htk và khi mài tinh thép t =0.005÷0.02mm/htk. +Lượng chạy dao dọc: Chọn tuỳ theo ñộ rộng của ñá mài, khi mài thô s = (0.2 ÷0.3).B (mm/vòng chi tiết). Khi mài các chi tiết có chiều dài tương ñối ngắn, ñặc biệt khi mài ñịnh hình dùng phương pháp mài hướng kính. Khi ấy lượng chạy dao ngang t = 0,02 – 0,07mm ðường kính ñá màiphải nhỏ hơn lỗ gia công, bề mặt tiếp xúc giữa ñá mài và chi tiết tương ñối lớn, tải trọng lên hạt mài cao hơn. Vì ñá mài có kích thước lỗ nhỏ, ñộ cứng của trục ñá không ñủ Dung dịch trơn nguội khó vào ñến vùng gia công. ðối với mặt phẳng và tuỳ theo chiều dài của chi tiết gia công, chọn chiều sâu cắt t trong khoảng 0,05 – 0,1mm, chọn t lớn khi chi tiết cứng vững lớn, các thành phần chế ñộ cắt khác chọn gần giống như mài tròn ngoài. +Chiều dày cắt: Trong quá trình gia công có thể xem ñá mài là một dao quay có nhiều lưỡi cắt +Tiết diện cắt: Diện tích cắt khi mài có thể tính như sau: Gọi thể tích kim loại cắt ra sau một phút: V = 1000.VC.S.t Ftb = V VCD .S .t = 60.Vd L 129 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt Diện tích lớp cắt trung bình: mm3 Trong ñó: L là chiều dài hạt mài di chuyển trong một phút S là lượng chạy dao dọc IV. Lực cắt và công suất cắt khi mài: Lực cắt khi mài thường nhỏ (không quá 300 – 400N) bởi vì lớp cắt phoi rất mỏng. Công suất mài có thể lớn vì tốc ñộ cắt lớn. − Khi mài tròn ngoài lực cắt cũng có thể phân thành ba lực thành phần pz, py, px như khi tiện. ðặc biệt khi mài, góc trước hạt mài thường âm nên lực hướng kính lớn hơn lực tiếp tuyến p y ≈ (1.5 − 3). p z Lực hướng trục px rất bé so với pz. Tính lực pz có thể theo công thức kinh nghiệm sau: 0, 7 p z = c p .vc .s 0 , 7 .t 0, 6 − Khi mài với ñá mài có ñường kính D=500 mm chiều rộng ñá B=40mm ðối với thép ñã tôi cp = 21,6 ðối với gang cp =19,6 − Khi mài cao tốc thép ñã tôi nhãn hiệu 30XF CA và 18XHBA với ñá mài có ñường kính D = 400mm, chiều rộng B = 50mm. pz = 124.Vc 0 , 72 .S 0, 6 .t 0,85 0 , 75 Vd Lưc cắt khi mài bằng ñá mài kim cương bé hơn khi mài thông dụng, vì hạt mài kim cương có bán kính cong ở lưỡi cắt bé hơn, mặt khác khả năng tự mài của ñá kim cương có chất kết dính Bakelit rất tốt. Công suất ñộng cơ quay ñá mài xác ñịnh theo công thức sau: Nd = Trong ñó: Pz .Vd 10 3.η η Hiệu suất ñộng cơ. Công suất ñộng làm quay chi tiết cũng tính theo công thức tương tự. V. Chọn chế ñộ cắt khi mài: Xác ñịnh chế ñộ cắt khi mài theo trình tự sau: 130 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt 1. Tuỳ theo ñiều kiện mài mà chọn ñá. 2. Xác ñịnh chiều sâu cắt (lượng chạy dao ngang). 3. Xác ñịnh tốc ñộ quay của chi tiết gia công. Chọn tốc ñộ quay của chi ytiết gia công phụ thuộc vào nhiều yếu tố công nghệ. Tốc ñộ càng lớn, ñiều kiện truyềng nhiệt càng tốt, vì chi tiết tiếp xúc với ñá mài tronmg thời gian ngắn hơn, do vậy chi tiết ít có bị vết cháy. Bên cạnh ưu ñiểm ñó, còn nhược ñiểm làm biên ñộ dao ñộng tăng, lực li tâm tăng, mũi tâm mòn nhanh hơn. Khi mài vật liệu càng cứng, dễ bị cháy và nứt, cần tăng tốc ñộ quay của chi tiết. Mài chi tiết có yêu cầu ñộ chính xác cao, cần chọn vc thấp. 4. Hiệu chỉnh số vòng quay tính toán của chi tiết cho phù hợp với số vòng quay có sẵn của máy. 5. Xác ñịnh lươ6ng5 chạy dao dọc: Thường lấy S = (0,3 – 0,6)B B: Chiều rộng ñá mài. 6. Xác ñịnh tốc ñộ quay của ñá mài: Việc tăng tốc ñộ cắt bị hạn chế bởi công suất máy và sức bền của ñá. Theo tốc ñộ cắt ñã chọn, hiệu chỉnh theo số vòng quay có sẵn của trục chính ñá mài. 7. Xác ñịnh lực pz và công suất tiêu tốn khi mài. 8. Tính thời gian gia công cơ bản T0 = L.i .Km n.s i= h t Trong ñó: L: Chiều dài chi tiết cần gia công mm. h: Lượng dư mài mm. t: Chiều sâu mài mm. s: Lượng chạy dao dọc sau một vòng quay của chi tiết mm/v. n: Số vòng quay của chi tiết trong một phúc v/ph. Km: Hệ số tính ñến số lần chạy rà lần cuối phụ thuộc vào ñộ cứng vững của máy (Km = 1,5 – 2,5) 131 Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Hồ Viết Bình – Nguyễn Ngọc ðào, Cơ sở công nghệ chế tạo máy, trường ðH SPKT TP.HCM [2]. Trần Văn ðịch, Công nghệ chế tạo máy, NXB khoa học và kỹ thuật [3]. Hồ Viết Bình – Nguyễn Ngọc ðào, Tập bài giảng Công nghệ chế tạo máy, trường ðH SPKT TP.HCM (Lưu hành nội bộ) [4]. Bộ môn công nghệ CTM Trường ðHBK Hà nội, Sổ tay công nghệ chế tạo máy T1, T2, NXB khoa học và kỹ thuật 1998 – 1999 [5]. Bộ môn công nghệ CTM Trường ðHBK Hà nội, Chế ñộ cắt khi gia công cơ khí, NXB khoa học và kỹ thuật 1975 Các trang web học tập [6]www.vinamech.com/ [7]www.meslab.org/ [8]www.oto-hui.com. 132 [...]... sâu khi cắt: Khi giá công thô sơ nên cho t = h(lợng d gia công).Tuy nhiên khi h quá lớn hoặc khi gia côn g trên các máy có công suất nhỏ phai chia nhiều lần cắt, để cắt hết lợng d Khi gia công bán kính (tính độ nhẵn từ 12.5 > 3 2 và cấp chính xác 8,9) thì - Khi h > 2mm t = 2/ 3-> 3/4h ; t 2 = 1/ 3-> 1/4h 1 - Khi h < 2mm chỉ cắt một lần hết lợng d, thờng lấy t = 0. 5-2 mm Khi gia công tinh : t = 0. 1-0 .4mm... Ch ủ gia cụng: La chn hp kim cng cho vt liu gia cụng (cỏc nhúm P, K) v theo yờu cu gia cụng (gia cụng, thụ, tinh, ln cui) Xỏc ủnh ch ủ gia cụng (tc ủ ct lng chy dao, chiu sõu ct) phự hp cp vt liu (chi tit- dng c ct) v yờu cu gia cụng cn chỳ ý ủn vic la chn tui bn kinh t Khụng dựng dung dich trn ngui (gia cụng khụ) hoc phi ti mnh v nhiu *i vi dng c: Xỏc ủnh thụng s hỡnh hc theo ủiu kin gia cụng 9... gia l + l1 + l 2 i n.S Trong đó: l - Chiều dài chi tiết gia công, mm l1 - Lợng n tới của dao, mm (l1 = t cotg) l2 - Lợng vợt quá của dao, mm Thờng chọn: l2 = 1 ữ 3 mm n - Số vòng quay của chi tiết gia công, rev./min S - Lợng chạy dao, mm/rev i - Số lần cắt VI MT S LOI DAO TIN 1 Dao tin ngoi 2 Dao tin trong 29 Nguyờn lý ct v dng c ct 3 Mt s loi dao tin khỏc 30 Nguyờn lý ct v dng c ct Chng 3: QU TRèNH... trỏi: *Gúc nghiờng chớnh khi lm vic c = - (900 -) *Gúc nghiờng ph khi lm vic 1c = 1 + (900 -) +Nu gỏ dao nghiờng v bờn phi: Hỡnh 2.7 S thay ủi gúc ủ dao khi gỏ nghiờng *Gúc nghiờng chớnh khi lm vic c = + (900 -) *Gúc nghiờng ph khi lm vic 1c = 1 - (900 -) b S thay ủi giỏ tr cỏc gúc khi mi dao gỏ khụng ngang tõm mỏy: * Trng hp tin ngoi 19 Nguyờn lý ct v dng c ct - Khi tin ngoi, nu mi dao gỏ cao hn ủng... vng,Nhm ủm bo v trớ tng quan gia dao v chi tit 14 Nguyờn lý ct v dng c ct b Phn lm vic L phn lm nhim v ct gt Phn ct ủc hp thnh bi cỏc b mt sau: - Mt trc (1): l b ca dao tip xỳc vi phoi v phoi trc tip trt trờn trờn ủú v thoỏt ra ngoi - Mt sau chớnh (2): l b ca dao ủi din vi mt ủang gia cụng - Mt sau ph (3): l b ca dao ủi din vi mt ủó gia cụng - Li ct chớnh: l giao tuyn ca mt trc v v mt sau chớnh, nú... thuộc vào điều kiện gia công: -Khi gia công thô: phụ thuộc độ bền thân dao, độ bền mảnh dao và cơ cấu chạy dao,độ cngd vững cuả chi tiết gia công -Khi gia công tinh:phụ thuộc vào độ nhẵn và cấp chính xác của bề mặt cần gia công,độ cứng vững của nó 25 Nguyờn lý ct v dng c ct * Theo độ bền thân dao: Khi cắt dao chịu một momen uốn có: M n =P z L Trong đó P n -Lực cắt chính [N] L-Khoảng cách từ mũi dao đến... ủc thc hin trong xu hng vuụng gúc vi chuyn ủng chớnh, c th: - Khi tin, chuyn ủng chy dao k chuyn ủng ngang dc ca bn dao khi ct: - Khi phay l chuyn ủng ngang - dc - ủng ca bn mỏy mang phụi - Khi bo l chuyn ủng ngang (ủng) ca bn mỏy v chuyn ủng lờn xung ca ủu dao - Khi mi l chuyn ủụng tnh tin ngang (dc) ca bn mỏy mang phụi hay trc ca ủỏ mi - Khi khoan l chuyn ủng n xung ca mi khoan c> Chuyn ủng ph:... S = mm/htk c Chiu sõu ct: nh ngha: L khong cỏch gia mt cn ủc gia cụng v mt ủ gia cụng sau 1 lt dng c ct thc hin Ký hiu: t Chiu sõu ct ca cỏc phng phỏp gia cụng ct gt: + Tin: Tin ngoi: t= Dd (mm) 2 Hènh 2.11 Ch ủ ct khi tin Trong ủú: D ng kớnh ca mt cn ủc gia cụng (mm) d ng kớnh ca mt ủ gia cụng (mm) Tin trong: ngc li tin ngoi 23 Nguyờn lý ct v dng c ct d Din tớch ca lp ct: nh ngha: L tớch s gia bc tin... vi dng c: Xỏc ủnh thụng s hỡnh hc theo ủiu kin gia cụng 9 Nguyờn lý ct v dng c ct m bo kớch thc thõn dng c ủ khi gia cụng khụng cú rung ủng Mi sc hp lý v t t bng ủỏ mi sn Cỏcbớt Silớc hoc ủỏ mi kim cng *i vi mỏy cụng c: Mỏy cú ủ cng vng tt khụng rung ủng tc ủ ct cao v lc ct ln ủo bo kp cht tt dng c v chi tit Kim tra cụng sut ct v cụng sut mỏy ủ trỏnh quỏ ti Nhúm khụng thộp e Vt liu gm: Vt liu gm... dựng ủ gia cụng khi cú rung ủng, va ủp v lc ct ln Mi sc bng ủỏ mi kim cng *Phm vi s dng ca vt liu gm: Tc ủ ct khụng nh hn 100m/ph Khi gia cụng thộp, tc ủ ct: V=1 2 ln so vi khi ct bng HKC Khi gia cụng gang, tc ủ ct V = 2 3 ln so vi HKC Tc ủ ct tinh ln nht khi gia cụng thộp xõy dng cú th ủt ủn 600m/ph, khi gia cụng gang, V = 800m/ph Vỡ chu rung rng v va ủp kộm nờn ch yu ủc dựng ủ gia cụng tinh ... gi¶m lùc c¾t phơ thc vµo lo¹i DDTN nh− sau: - 0,7 víi dÇu thùc vËt - 0,8 víi dÇu v« c¬ l−u hãa - 0,85 víi dÇu ª-mun-xi ho¹t tÝnh - 0.95 víi dÇu ª-mun-xi - 0,97 víi n−íc III Một số tính tốn liên... vµ cÊp chÝnh x¸c 8,9) th× - Khi h > 2mm t = 2/ 3-> 3/4h ; t = 1/ 3-> 1/4h - Khi h < 2mm chØ c¾t mét lÇn hÕt l−ỵng d−, th−êng lÊy t = 0. 5-2 mm Khi gia c«ng tinh : t = 0. 1-0 .4mm X¸c ®Þnh l−ỵng ch¹y... ®ã: l - ChiỊu dµi chi tiÕt gia c«ng, mm l1 - L−ỵng ăn tíi cđa dao, mm (l1 = t cotgϕ) l2 - L−ỵng vỵt qu¸ cđa dao, mm Th−êng chän: l2 = ÷ mm n - Sè vßng quay cđa chi tiÕt gia c«ng, rev./min S - L−ỵng