bài tập chế tạo 2 chương 22 machining operations and machine tools

22.1 Các tính chất vật liệu cần công cụ cắt gì? Tại sao? Trả lời Các công cụ cắt phải chịu (a) nhiệt độ cao, (b) ứng suất tiếp xúc lớn, (c) ma sát dọc theo bề mặt tiếp xúc dụng cụ cắt-phôi dọc theo bề mặt gia công Do đó, vật liệu dụng cụ cắt phải có đặc điểm sau:  Độ cứng nóng, độ cứng, độ bền, chịu mài mòn dụng cụ trì nhiệt độ gặp phải hoạt động gia công Đặc tính đảm bảo công cụ không trải qua biến dạng dẻo giữ hình dạng độ sắc Độ cứng vật liệu công cụ hàm nhiệt độ hiển thị hình 22.1 Lưu ý đường đặc trưng rộng vật liệu (không đáng ngạc nhiên) gốm trì độ cứng chúng nhiệt độ cao tốt Thép công cụ Carbon thường sử dụng vật liệu công cụ phát triển thép tốc độ cao năm đầu thập niên 1900 Lưu ý thép carbon công cụ bắt đầu độ cứng cách nhanh chóng nhiệt độ vừa phải, có nghĩa sử dụng để gia công tốc độ cao (và nhiệt độ cao) Do đó, suất thấp chi phí cao  Độ dẻo dai độ bền va chạm (hay khả chống sốc khí), lực va đập vào công cụ gặp nhiều lần hoạt động cắt bị gián đoạn (như phay tiện trục có rãnh máy tiện) lực rung va đập gia công không phoi nứt công cụ  Khả chống sốc nhiệt, chịu luân chuyển nhiệt độ nhanh chóng gặp phải cắt gián đoạn  Khả chống mài mòn, để tuổi thọ dao chấp nhận sử dụng trước việc thay cần thiết  Ổn định hóa học tính trơ vật liệu có gia công để tránh giảm thiểu tác dụng phụ, độ bám dính, khuếch tán công cụ-phoi mà góp phần vào mòn công cụ 22.2 Các thành phần công cụ carbide điển hình gì? Trả lời Hai nhóm vật liệu công cụ vừa mô tả có độ dai, lực tác động, khả chống sốc nhiệt cần thiết, chúng có hạn chế quan trọng, đặc biệt độ bền độ cứng nóng Do đó, chúng sử dụng cách hiệu tốc độ cắt cao (do nhiệt độ cao) Tuy nhiên, tốc độ thường cần thiết để cải thiện suất thiết bị Để đáp ứng thách thức tốc độ cắt ngày cao hơn, cacbit (còn gọi cacbua xementit thiêu kết) giới thiệu năm 1930 Do độ cứng cao phạm vi rộng nhiệt độ (Hình 22.1), mô đun đàn hồi cao, độ dẫn nhiệt cao, giãn nở nhiệt thấp, cacbit công cụ quan trọng nhất, linh hoạt, có hiệu chi phí vật liệu chết cho phạm vi rộng ứng dụng Hai nhóm cacbit sử dụng gia công cacbit vonfram cacbit titan Để phân biệt chúng với công cụ có lớp phủ khác mô tả Mục 22.5, công cụ carbide thường gọi cacbit lớp phủ 22.3 Tại công cụ cắt chèn phát triển? Trả lời: Do việc cắt gọt máy CNC ngày phát triển Mặc dù có nguồn cung cấp vật liệu sắt nhọn thường trì, nhiên việc thay đổi dụng cụ cắt liên tục gây tốn thời gian không hiệu Sự cần thiết dụng cụ thay tốt dẫn đến phát triển chèn 22.4 Tại số công cụ tráng? Các vật liệu phủ thường gì? Trả lời Công cụ nhiều lớp phủ nhằm tăng tuổi thọ dao cắt, đồng thời nhằm tăng suất làm việc Tùy vào công dụng mục đích sử dụng mà có lớp phủ với chất liệu khác nhau: Thông thường vật liệu phủ titanium nitride (TiN), titanium carbide (TiC), nhôm oxit 22.5 Explain the applications and limitations of ceramic tools Solve: - Applications : high hardness at elevated Depth-of-cut line notching - Limitations : high abrasive microchipping, gross thermomechanical fatigue Wear resistance 22.5 Giải thích ứng dụng dao cắt gốm: Trả lời: - Ứng dụng: độ cứng cao nhiệt độ cao, độ bền mài mòn cao - Hạn chế : độ bền thấp độ bền mỏi nhiệt thấp 22.6 List the major functions of cutting fluids Solve: Reduce friction and wear, thus improving tool life and the surface finish of the workpiece Cool the cutting zone, thus improving tool life and reducing the temperature and thermal distortion of the workpiece Reduce forces and energy consumption Flush away the chips from the cutting zone, thus preventing the chips from interfering with the cutting process, particularly in operations such as drilling and tapping Protect the machined surface from environmental corrosion 22.6 Liệt kê chức dung dịch cắt Trả lời: Giảm ma sát mòn, cải thiện tuổi thọ công cụ bề mặt phôi Mát vùng cắt, cải thiện tuổi thọ công cụ, giảm nhiệt độ biến dạng nhiệt phôi Giảm lực tiêu thụ lượng Phun phoi từ vùng cắt, ngăn ngừa phoi can thiệp vào trình cắt, đặc biệt hoạt động khoan taro Bảo vệ bề mặt gia công không bị ăn mòn môi trường 22.7 Explain how cutting fluids penetrate the tool-chip interface Solve: The cutting fluids penetrate the tool-chip interface by seeping from the sides of the chip through the capillary action of the interlocking network of surface asperities in the interface 22.7 Giải thích cách dung dịch cắt xuyên qua bề mặt tiếp xúc công cụ-phoi Trả lời: Dung dịch cắt xuyên vào bề mặt tiếp xúc công cụ-phoi cách thấm từ bên phoi thông qua hoạt động mao dẫn mạng lưới nhấp nhô bề mặt đan xen bề mặt tiếp xúc 22.8 List the methods by which cutting fluids are typically applied in machining operations Solve: Methods of Cutting-fluid Application There are four basic methods of cuttingfluid applications in machining: Flooding This is the most common method (shown in Fig 22.12, indicating good and poor flooding practices) Flow rates typically range from 10 L/min for single-point tools to 225 L/min per cutter for multiple-tooth cutters, as in milling In some operations, such as drilling and milling, fluid pressures in the ange from 700 to 14,000 kPa are used to flush away the chips produced, to prevent interfering with the operation Mist This type of cooling supplies fluid to inaccessible areas, in a manner similar to using an aerosol can, and provides better visibility of the workpiece being machined (compared with flood cooling) It is effective particularly with water-based fluids at air pressures ranging from 70 to 600 kPa However, it has limited cooling capacity Mist application requires venting to prevent the inhalation of airborne fluid particles by the machine operator and others nearby High-pressure systems High pressures also are used in delivering the cutting fluid via specially designed nozzles that aim a powerful jet of fluid to the zone, particularly into the clearance or reliefface of the tool (see Fig 21.3) The pressures employed, which are usually in the range from 5.5 to 35 MPa, act as a chip breaker in situations where the chips produced would otherwise be long and continuous, interfering with the cutting operation In order to avoid damage to the workpiece surface by impact from any particles present in the high-pressure jet, contaminant size in the coolant should not exceed 20 um Proper and continuous filtering of the fluid also is essential to maintain quality Through the cutting tool system The severity of various machining operations have been described in terms of the difficulty of supplying fluids into the cutting zone and flushing away the chips For a more effective application, narrow passages can be produced in cutting tools, as well as in toolholders, through which cutting fluids can be applied under high pressure Two applications of this method are (a) gun drilling, shown in Fig 23.22, with a long, small hole through the body of the drill itself, and (b) boring bars, shown in Fig 23.17a, where there is a long hole through the shank (toolholder), to which an insert is clamped Similar designs have been developed for cutting tools and inserts and for delivering cutting fluids through the spindle of the machine tool 22.8 Liệt kê phương pháp mà chất lỏng cắt thường áp dụng hoạt động gia công Trả lời Dầu (còn gọi dầu trực tiếp), chứa khoáng vật, động vật, thực vật, hữu vi, loại dầu tổng hợp, thường sử dụng cho hoạt động tốc độ thấp nơi nhiệt độ tăng không đáng kể Nhũ tương (còn gọi dầu hòa tan), hỗn hợp dầu nước phụ gia, thường sử dụng cho hoạt động tốc độ cao gia tăng nhiệt độ đáng kể Sự diện nước làm cho nhũ tương làm mát hiệu cao Sự diện dầu làm giảm loại bỏ xu hướng nước gây trình oxy hóa Dung dịch bán tổng hợp nhũ tương hóa học có chứa lượng nhỏ dầu khoáng, pha loãng nước, với chất phụ gia làm giảm kích thước hạt dầu, làm cho chúng có hiệu Dung dịch tổng hợp hóa chất với chất phụ gia, pha loãng nước không chứa dầu 22.9 Describe the advantages and limitations of (a) single-crystal and (b) polycrystalline diamond tools Solve Single-crystal diamond of various carats can be used for special applications However, they have been replaced largely by polycrystalline diamond (PCD tool), called compact Which also are used as dies for fine wire drawing These diamond tools consist of very small synthetic crystal fused by a high-pressure, high-temperature to a thickness of about 0.5 to mm and bonded to a carbide substrate; this product is similar to cBN tool (fig 22.11) The random orientation of the diamond crystals prevent the propagation of cracks through the structure, significantly improving its toughness Because diamond is brittle, tool shape and sharpness are important Low rake angles generally are used to provide a strong cutting edge (because of the larger included angles) Special attention should be given to proper mounting and crystal orientation in order to obtain optimum tool life Wear may occur through microchipping (cause by thermal stresses and oxidation) and through transformation to carbon (cause by a heat generated during cutting) Diamond tools can be used satisfactorily at almost any speed, but are most suitable for light, uninterrupted finished cuts In order to minimize tool fracture, the single-crystal diamond must be resharpened as soon as it become dull Because of its strong chemical affinity at elevated temperatures (result in diffusion), diamond is not recommend for machining plain-carbon steel or titanium, nickel, and cobalt-based alloys Diamond also is used as an abrasive in grinding and polishing operation and as coatings 22.9 Mô tả thuận lợi hạn chế dụng cụ cắt kim cương đơn tinh thể đa tinh thể Trả Lời Kim cương đơn tinh thể có nhiều ứng dụng khác Tuy nhiên, ngày thay kim cương đa tinh thể, gọi vật liệu rắn loại vật liệu dùng để làm khuôn kéo – ép (dây kim loại) Những loại kim cương đa tinh thể tập hợp tinh thể nhân tạo vô nhỏ hình thành với nhiệt độ áp suất cao, kích thước tinh thể vào khoảng 0,5-1mm liên kết với chất carbon; loại vật liệu tương tự cBN Tính dị hướng tinh thể kim cương giúp ngăn chặn lan truyền vết nứt cấu trúc (mạng tinh thể), có ý nghĩa cải thiện tính bền vật liệu Vì kim cương giòn, tinh thể độ sắc dụng cụ cắt quan trọng Góc cắt nhỏ làm tang độ sắc, tăng hiệu cắt phải đặc biệt ý, chọn giá hướng tinh thể thích hợp để tuổi thọ dụng cụ cắt lớn Sự mài mòn xuất từ cấu trúc vi mô (vì thay đổi nhiệt độ, ứng suất nhiệt oxi hóa) biến đổi thành carbon (vì nhiệt sinh từ trình cắt) Dụng cụ cắt kim cương gần sử dụng cho tốc độ cắt, thích hợp vật liệu nhẹ, cắt liên tục Khi có vết nứt nhỏ, với kim cương đơn tinh thể, dụng cụ cắt cần mài lại vừa cùn Vì độ cứng chi tiết máy kim cương đơn tinh thể chịu ảnh hưởng lớn tăng nhiệt độ Kim cương không thích hợp làm dụng cụ cắt thép carbon, titan, niken, hợp kim coban Kim cương sử dụng dụng cụ mài nghiền, phủ bề mặt 22.10 What is a cermet? What are its advantages? Solve Cermets (from the Words ceramic and metal) were first used in the early 1950s and consist of ceramic particles in a metallic matrix They were introduced in the 1960s and are black or hot-pressed ceramics (carboxides) A typical cermet consists of 70% aluminum oxide and 30% titanium carbide; other cermets contain molybdenum carbide, niobium carbide, and tantalum carbide Although they have chemical stability and resistance to built-up edge formation, the brittleness and high cost of cermets have been a limitation to their wider use Further refinements of these tools have resulted in improved strength, toughness, and reliability Their performance is somewhere between that of ceramics and carbides and has been particularly suitable for light roughing cuts and high-speed finishing cuts Chipbreaker features are important for cermet inserts.Although cermets can be coated, the benefits of coated cermets are somewhat controversial 22.10 Gốm kim loại gì? lợi ích nó? Trả lời Gốm kim loại(từ gốm kim loại) lần sử dụng vào năm 1920 gồm hạt gốm ma trận kim loại Họ giới thiệu vào năm 1960 gốm đen nóng ép (corboxides).Gốm kim loại điển hình gồm 70% oxit nhôm 30% titan bua ;gốm kim loại khác chứa molybdenum carbide, niobium carbide, tantalum carbide.Mặc dù chúng có ổn định hóa học sức bền xây dựng tập trung cạnh,độ dòn chi phí cao gốm kim loại khiến chúng dùng rộng rãi Nhiều vật liệu tăng thêm sức bền ,độ dẻo dai độ tin cậy Hiệu suất chúng nằm gốm cacbua, đặc biệt thích hợp cho việc giảm thô nhẹ cắt giảm hoàn thiện tốc độ cao.Tính bẻ gãy phoi tính chất quan trọng việc chèn gốm kim loại Mặt dù gốm kim loại mạ được, lợi ích gốm kim loại mạ có phần gây tranh cãi 22.l l Explain the difference between M-series and T-series high-speed steels Solve There are two basic types of high-speed steels: molybdenum (M-series) and tungsten (T-series) The M-series contains up to about 10% Mo, with Cr, \L WL and Co as alloying elements The T-series contains 12 to 18% W with Cr, \L and Co as alloying elements Carbides formed in the steel constitute about 10 to 20% by volume The M-series generally has higher abrasion resistance than the Tseries, undergoes less distortion during heat treating, and is less expensive Consequently, 95% of all high-speed steel tools are made of the M-series steels Table 5.6 lists three of these steels and their characteristics 22C 22.36 Review the contents of Table 22.1 Plot several curves to show relationships, if any, among parameters such as hardness, transverse rupture strength, and impact strength Comment on your observations Solve There are many variables that can be selected for study; some will give no apparent relationship but others will give some correlation For example, below is a plot of hardness compared to compressive strength and elastic modulus Note that the hardness of cubic boron nitride and diamond have been extrapolated from Fig 2.15 on p 73 and are only estimates for illustrative purposes It should be noted that the plot is restricted to the materials in Table 22.1 In general, there is no trend between hardness and elastic modulus, but Table 22.1 has a small selection of materials suitable for cutting tools 22.36 Xét nội dung Bảng 22.1 Các đường cong thể mối quan hệ thông số độ cứng, giới hạn bền kéo ngang, độ bền chống va đập Trình bày bạn quan sát đươc Trả lời Có nhiều yếu tố lựa chọn để nghiên cứu, số không cho biết mối quan hệ rõ ràng với yếu tố khác cho ta biết số tương quan Ví dụ, bảng thể mối quan hệ độ cứng so với cường độ chịu nén mô đun đàn hồi Lưu ý độ cứng khối boron nitride kim cương ngoại suy từ hình 2.15 p 73 ước tính cho mục đích minh họa Cần lưu ý biểu đồ giới hạn tài liệu Bảng 22.1 Nói chung, mối liên hệ độ cứng mô đun đàn hồi, Bảng 22.1 cung cấp thong tin để lựa chọn vật liệu phù hợp cho công cụ cắt 22.37 Obtain data on the thermal properties of various commonly used cutting fluids Identify those which are basically effective coolants (such as water-based fluids) and those which are basically effective lubricants (such as oils) Solve Most cutting fluids are emulsions (water-based fluids), but they may be provided as a base oil, and the supplier will report data for the base oil only The actual emulsion produced from this base oil will have higher specific heat and superior thermal properties Properties such as thermal conductivity and specific heat can be linearly interpolated from the water concentration according to rules of mixtures This is a challenging problem because thermal properties are usually not readily available The most common practice for applying the lubricant is flooding (see p 609), so that most heat is removed by convection Predicting convection coefficients using well-characterized fluids is extremely difficult 22.37 Các liệu nhận tính chất nhiệt chất lỏng thường sử dụng trình cắt Xác định chất chất làm mát hiệu (như chất lỏng dựa nước) chất chất bôi trơn hiệu (như dầu) Trả lời Hầu hết chất lỏng cắt nhũ tương (chất lỏng dựa nước), chúng cung cấp dầu nền, nhà cung cấp báo cáo số liệu cho sở dầu Các nhũ tương thực tế sản xuất từ dầu gốc có nhiệt dung riêng cao tính chất nhiệt vượt trội Các đặc tính độ dẫn nhiệt nhiệt dung riêng nội suy tuyến tính từ nồng độ nước theo quy định hỗn hợp Đây vấn đề khó khăn tính chất nhiệt thường sẵn Những thực tế phổ biến cho việc áp dụng chất bôi trơn toàn (xem tr 609), hầu hết nhiệt lấy đối lưu Dự đoán hệ số đối lưu sử dụng chất lỏng đặc trưng vô khó khăn 22.38 The first column in Table 22.2 shows ten properties that are important to cutting tools For each of the tool materials listed in the table, add numerical data for each of these properties Describe your observations, including any data that overlap Solve There are many acceptable answers since all of the tool materials in the table have a wide range of values Also, some of the measures are qualitative, such as chipping resistance and thermal-shock resistance Cutting speeds depend on the workpiece material and its condition, as well as the quality of surface desired However, examples of acceptable answers are: 22.38 Cột Bảng 22.2 cho thấy mười đặc tính quan trọng công cụ cắt Đối với vật liệu công cụ liệt kê bảng, thêm liệu số cho đặc tính Trình bày bạn quan sát được, bao gồm liệu trùng Trả lời Có nhiều câu trả lời chấp nhận tất nguyên vật liệu công cụ bảng có loạt giá trị Ngoài ra, số biện pháp chất lượng, chẳng hạn sứt mẻ kháng nhiệt sốc kháng Tốc độ cắt phụ thuộc vào nguyên liệu làm phôi điều kiện làm việc, chất lượng bề mặt mong muốn Tuy nhiên, ví dụ câu trả lời chấp nhận [...]... của khối boron nitride và kim cương đã được ngoại suy từ hình 2. 15 trên p 73 và chỉ là ước tính cho mục đích minh họa Cần lưu ý rằng biểu đồ được giới hạn bởi các tài liệu trong Bảng 22 .1 Nói chung, không có mối liên hệ giữa độ cứng và mô đun đàn hồi, nhưng Bảng 22 .1 có thể cung cấp thong tin để lựa chọn vật liệu phù hợp cho các công cụ cắt 22 .37 Obtain data on the thermal properties of various commonly... wide range of values Also, some of the measures are qualitative, such as chipping resistance and thermal-shock resistance Cutting speeds depend on the workpiece material and its condition, as well as the quality of surface desired However, examples of acceptable answers are: 22 .38 Cột đầu tiên trong Bảng 22 .2 cho thấy mười đặc tính quan trọng đối với các công cụ cắt Đối với mỗi vật liệu công cụ được... chất bôi trơn toàn bộ (xem tr 609), do đó hầu hết nhiệt được lấy ra bởi sự đối lưu Dự đoán hệ số đối lưu sử dụng chất lỏng nổi đặc trưng là vô cùng khó khăn 22 .38 The first column in Table 22 .2 shows ten properties that are important to cutting tools For each of the tool materials listed in the table, add numerical data for each of these properties Describe your observations, including any data that... water-based fluids) and those which are basically effective lubricants (such as oils) Solve Most cutting fluids are emulsions (water-based fluids), but they may be provided as a base oil, and the supplier will report data for the base oil only The actual emulsion produced from this base oil will have higher specific heat and superior thermal properties Properties such as thermal conductivity and specific... common practice for applying the lubricant is flooding (see p 609), so that most heat is removed by convection Predicting convection coefficients using well-characterized fluids is extremely difficult 22 .37 Các dữ liệu nhận được về tính chất nhiệt của chất lỏng thường được sử dụng trong quá trình cắt Xác định những chất về cơ bản là chất làm mát hiệu quả (như chất lỏng dựa trên nước) và những chất về ... in Table 22 .1 In general, there is no trend between hardness and elastic modulus, but Table 22 .1 has a small selection of materials suitable for cutting tools 22 .36 Xét nội dung Bảng 22 .1 Các... in machining: Flooding This is the most common method (shown in Fig 22 . 12, indicating good and poor flooding practices) Flow rates typically range from 10 L/min for single-point tools to 22 5... treating, and is less expensive Consequently, 95% of all high-speed steel tools are made of the M-series steels Table 5.6 lists three of these steels and their characteristics 22 C 22 .36 Review