bài tập chế tạo 2 chương 21a, phần c (chương 21→27)

Quá trình sản xuất phải dừng lại để dọn sạch phoi, quá trình náy có thể được thay thế ở dụng cụ bẻ phoi, hoặc thay thế một số thông số khác như là tốc độ cắt, độ sâu cắt.. Xác định độ sâ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

- -KHOA CƠ KHÍ

BÀI TẬP NHÓM

Mặc dù phoi liên tục có thể tạo ra bề mặt đẹp, nhưng mà nó không thật sự cần thiết, đặc biệt là với máy CNC, chúng gây ra sự xáo trộn xung quanh chỗ gá nhau, má kẹp, phôi, cũng như xung quanh các hệ thống loại bỏ phoi Quá trình sản xuất phải dừng lại để dọn sạch phoi, quá trình náy có thể được thay thế ở dụng cụ bẻ phoi, hoặc thay thế một số thông số khác như là tốc độ cắt, độ sâu cắt

21.2 Những yếu tố góp phần vào sự hình thành của phoi không liên tục.

 Vật liệu phoi giòn

 Vật liệu phoi có chứa chất, hoặc có cấu trúc cứng chẳng hạn như các lớp graphite trong gang xám

 Tốc độ cắt rất thấp hoặc rất cao

 Độ sâu lớp cắt

 Góc cắt thấp

 Thiếu một chất lỏng cắt hiệu quả

 Độ cứng thấp của dụng cụ gá kẹp hay máy công cụ, do đó cho phép rung động và va đập xảy ra

21.3 Giải thích sự khác biệt giữa góc nghiêng dao dương và góc nghiêng dao âm quan trọng như thế nào?

Góc nghiêng dương:

+Làm cho công cụ sắc nét hơn và nhọn, điều này làm giảm sức mạnh của công cụ.+Giảm lực cắt và công suất cần thiết

+Giúp trong việc hình thành các phoi liên tục trong các vật liệu dễ uốn

+Có thể giúp tránh lẹo dao

21.4 Nêu vai trò và tầm quan trọng của góc thoát của phôi.

Giá trị của góc thoát ảnh hưởng đến việc cắt vật liệu của dao và kích thướt của phoi sinh ra Xác định độ sâu (lượng ăn dao) của quá trình cắt vật liệu

21.5 Giải thích sự khác nhau giữa việc cắt phoi không liên tục và việc cắt có phoi răng cưa.

Phoi không liên tục thu được khi gia công vật liệu giòn (đồng thau ,gang ) các phần

tử của phoi rời nhau, nếu gia công thép với lượng chạy dao lớn và tốc độ cắt nhỏ ta cũng thu được phoi vụn

Phoi răng cưa được khi gia công thép với tốc độ cắt trung bình Mặt phoi tiếp xúc với mặt trước của dao nên rất bóng còn mặt kia có nhiều gợn nẻ, nhìn chung phoi có dạng nhiều nếp xếp lại với nhau

21.6 Tại sao chúng ta nên quan tâm đến độ lớn của lực đẩy trong việc cắt.

+Nếu lực đẩy là quá cao hoặc nếu các công cụ của máy là không đủ cứng, công cụ sẽ

bị đẩy ra khỏi bề mặt được gia công

+ tố này sẽ lần lượt làm giảm độ sâu của vết cắt, dẫn đến thiếu chính xác trong phần gia công

+Ngoài ra, chúng ta có thể thấy tác động của góc thoát và góc trước vào lực đẩy

21.7 Điềm khác biệt giữa việc khi cắt thẳng góc và khi cắt xiên

 Cắt thẳng góc: Khi điều kiện cắt dự kiến phoi cắt sẽ chạy dọc theo mặt phẳng vuông góc với bề mặt cắt Trên nguyên tắc góc tạo giữa phoi và mặt phẳng cắt là góc 90 độ

 Cắt xiên: Trong điều kiện cắt mà phoi tạo ra lệch khỏi mặt phẳng trực giao( mặt phẳng vuông góc với bề mặt cắt) được gọi là cắt xiên

Điểm khác biệt cơ bản: là cùng một góc nghiêng của dao cắt tạo ra phoi có hướng di chuyển khác nhau.

Nguyên nhân cơ bản gây ra chủ yếu là do hình dạng và chức năng của mũi dao

21.8 Việc tạo lẹo dao trên công cụ có lợi hay không? Giải thích?

- Giảm mài mòn

- Thay đổi hình học và góc cắt

- Giảm vùng tiếp xúc giữa phoi và các công cụ cắt

-Lẹo dao là yếu tố chính ảnh hưởng xấu đến bề phôi Tuy nhiên, một lớp lẹo dao nhất định là cần thiết vì nó làm giảm mài mòn của dao cắt, giảm tiêu thụ năng lượng của hoạt động cắt, tăng tuổi thọ công cụ

=> Tùy theo từng trường hợp thì lẹo dao có lợi hoặc không

21.9 Chức năng của bộ phận bẻ phoi là gì? Chúng hoạt động như thế nào?

Máy bẻ phoi theo truyền thống miếng kim loại kẹp để nghiêng một góc so với công cụ nó uốn cong và phá vỡ các phoi Tuy nhiên, hầu hết các công cụ cắt và thiết bịhiện đại hiện nay đã tích hợp tính năng bẻ ngay trên máy Kinh nghiệm cho thấy rằng kích thước phoi lý tưởng để ngắt là có hình dạng của một trong hai chữ C hoặc số 9 và tương ứng đoạn dài 25mm

21.10 Xác định các lực tham gia vào quá trình cắt? Những lực nào góp phần tạo nên công suất yêu cầu của thiết bị?

Những lực tham gia quá trình cắt là:

- Lực cắt Fc

21.11 Đặc điểm khác nhau của các dạng mài mòn dụng cụ cắt?

Mòn là một quá trình dần dần, giống như mòn của các đỉnh của một cây bút chì thông thường.Tỷ lệ mòn của công cụ phụ thuộc vào công cụ và vật liệu phôi, đặc điểm hình học của công cụ, thông số quy trình, chất lỏng cắt, và các đặc tính của máy công cụ Mòn dụng cụ cắt và những thay đổi hình học của dụng cụ trong quá trình cắt theo nhiều cách khác nhau, thường được phân loại như mòn cạnh, mòn vị trí lõm dao, mòn mũi dao, khia hình chữ V, biến dạng dẻo của các phoi công cụ, sứt mẻ, gãy thô

21.12 Liệt kê những yếu tố góp phần ảnh hưởng xấu đến bề mặt gia công sau khi cắt

 Góc lẹo dao

 Dao bị cùn

 Bán kính R của phoi mà công cụ cắt tạo ra

21.13 Giải thích ý nghĩa giới hạn cắt và những gì liên quan? Vì sao Titan làm giảm giới hạn cắt?

Khả năng cắt của một loại vật liệu thường được xác định theo bốn yếu tố:

o Bề mặt kết thúc và toàn bề mặt của phần gia công

o Tuổi thọ

o Lực và công suất cần thiết

o Mức độ khó khăn trong việc kiểm soát phoi

Như vậy, khả năng cắt tốt thể hiện trên bề mặt kết thúc và toàn thể bề mặt của phần gia công tốt, tuổi thọ dài, và có lực cắt và yêu cầu công suất thấp Do tính chất phức tạp của hoạt động cắt, thật là khó khăn để thiết lập mối quan hệ định lượng để xác định khả năng cắt của một loại vật liệu.Trong thực tế tuổi thọ công cụ,độ thô bề mặt thường được coi lànhững yếu tố quan trọng nhất trong năng cắt Mặc dù không được sử dụng nhiều nữa do tính chất định tính và gây hiểu lầm của chúng, nhưng nhiều năm nay người ta đã sắp xếp chỉ số khả năng cắt riêng cho từng loại vật liệu.

-Titan và các hợp kim của nó có độ dẫn nhiệt rất kém (thấp nhất trong tất cả các kim loại), gây ra một sự gia tăng nhiệt độ đáng kể và được tạo lên lẹo dao Họ titan có độ cứng cao và khó khăn để làm dụng cụ

Cutting ratio :

0 0

t

t t r

Dùng vật liệu cacbua như ví dụ và công thức 29.12b Tính bước tiến

dao là bao nhiêu để giữ nhiệt độ trung bình là hằng số khi vận tốc cắt lên gấp đôi

s s c

F V shear energy

t V r

. n

V T = C

Trong đó n và C là hằng số nên khi tăng V thì T sẽ giảm

Do đó chiều dài hành trình khi khi V=120 m/phút là 120 x 5= 600m

Với T=650K ; V=90m/min

Với V=180m/min

Với T=480K

Bài 21.55 Giả sử bạn là người hướng dẫn chương này, hãy đặt ra câu hỏi để kiểm tra độ

thông hiểu của học sinh Chuẩn bị 2 câu hỏi và cung cấp đáp án

Câu 1: Để nâng cao tuổi thọ dao chúng ta cần làm gì?

Trả lời: Để tăng tuổi thọ chúng ta cần giảm vận tốc cắt

Câu 2: Giảm vận tốc cắt nhiều có tốt hay không?

Trả lời: Việc giảm vận tốc cắt tuy có làm tăng tuổi thọ dao nhưng nếu giảm quá nhiều sẽ làm ảnh hưởng đến năng suất cũng như chất lượng sản phẩm, do đó chúng ta cần điều chỉnh tốc độ cắt hợp lí để vừa đảm bảo năng suất vừa đảm bảo tuổi thọ của dao

Phần 22C:

Bài 22.36

Hardness chart (HRA)

Có rất nhiều yếu tố có thể được lựa chọn để nghiên cứu, một số sẽ không cho biết mối quan hệ rõ ràng nhưng cùng với các yếu tố khác sẽ cho ta biết một số tương quan Ví dụ, dưới đây là một bảng thể hiện mối quan hệ của độ cứng so với cường độ chịu nén và mô đun đàn hồi Lưu ý rằng độ cứng 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 thông tin để lựa chọn vật liệu phù hợp cho các công cụ cắt

Transverse rupture strength chart (Mpa)

Impact Strength chart (J)

Bài 22.37

Hầu hết chất lỏng cắt là nhũ tương (chất lỏng dựa trên nước), họ có thể được cung cấp dầu nền, và các nhà cung cấp sẽ báo cáo số liệu cho các cơ sở dầu Các nhũ tương thực tếsản xuất từ dầu gốc này sẽ có nhiệt dung riêng cao hơn và tính chất nhiệt vượt trội Các đặc tính như độ dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng có thể được nội suy tuyến tính từ nồng độ nước theo quy định của hỗn hợp Đây là một vấn đề khó khăn do tính chất nhiệt thường không có sẵn Những thực tế phổ biến nhất cho việc áp dụng các 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

Có rất nhiều câu trả lời chấp nhận được vì tất cả các nguyên vật liệu công cụ trong bảng

có một loạt các giá trị Ngoài ra, một số các biện pháp này là chất lượng, chẳng hạn như sứt mẻ và kháng nhiệt sốc kháng Tốc độ cắt phụ thuộc vào nguyên liệu làm phôi và điều kiện làm việc, cũng như chất lượng của bề mặt mong muốn Tuy nhiên, các ví dụ về các câu trả lời có thể chấp nhận được

Property Material

High speed steel

Cast -Coltban Alloy

Cubic boron nitride

+ Thể tích vật liệu trung bình bị cắt bỏ (MRR) tính theo 2 công thức:

- Theo công thức 23.1a: MRR = π.D0.d.f.N = π.12,5.0,25.0,3.700

+ Năng lượng tính toán được cho theo bảng 21.2 và lấy giá trị cho hợp kim titan là 3 Ws/mm3 Ta có : P = 3.1963,6/60 = 98,18 W.

+ Moment xoắn T = công suất cắt/vận tốc góc = P/(2πN) = 98,18.60/(2π.700)

= 1,34 N.m

+ Lực cắt Fc = 2T/Davg = 2.1,34.1000/12,25 = 218 N

Nhận xét: Khi tốc độ cắt tăng và vật liệu làm dao tốt thì công suất hao phí do cắt vật liệu,

lực cắt và moment xoắn trên phôi cũng giảm

23.35 Ước tính thời gian cắt cho thanh dài 0,5m là hợp kim đồng từ đường kính 60mm

xuống còn 58mm sử dụng thép gió (xem bảng 23.4) Ước lượng thời gian cắt cho dụng cụkhông tráng cacbit

+ Thời gian cắt: t = l/(fN) = 500/(0,125.1402,7) = 2,85 phút = 171 giây

Với vật liệu dao cắt là thép không tráng cacbit:

+ Vận tốc ăn dao: f = 0,25 mm/v

+ Thời gian cắt: t = l/(fN) = 500/(0,25.1402,7) = 1,43 phút = 86 giây

23.36 Một thanh sắt đúc áp lực cao có đường kính 200 mm được tiện trên máy với chiều

sâu cắt d = 1,25 mm Công suất máy tiện là 12 kW với hiệu suất là 80 % Vận tốc trục quay là 500 v/ph Tính vận tốc ăn dao lớn nhất có thể dùng trước khi máy tiện dừng

Bài làm:

+ Công suất cắt: P = 12.0,8 = 9,6 kW

+ Lượng vật liệu loại bỏ lớn nhất: MRRmax = P/Pc = 9,6.1000/1,1 = 8727,27 mm3

Trong đó: Pc là công suất cắt nhỏ nhất tra trong bảng 21.2 cho vật liệu sắt đúc

+ Ta có: MRR = πDdfN suy ra f = MRR/(πDdN) = 8727,27/(π.200.1,25.500)

= 0,022 mm/ph

23.37 Một mũi khoan đường kính 7,5 mm sử dụng để khoan lỗ với tốc độ là N = 300

v/ph Nếu tốc độ đi là 0,125 mm/v tính MRR Nếu đường kính mũi khoan tăng gấp đôi,tính MRR

Bài làm:

Theo công thức 23.3 ta có MRR = fN = 0,125.300 = 1656,7 mm3/ph

= 27,61 mm3/giây

Nếu đường kính tăng gấp đôi MRR tăng gấp 4, khi đó MRR = 110,44 mm3/s

23.38 Ở ví dụ 23.4 giả thiết vật liệu phôi là hợp kim nhôm cường độ cao, tốc độ quay là

N = 500 v/ph Tính moment cần thiết

Bài làm:

+ Lượng vật liệu được bóc ra: MRR = 2.500 = 7854 mm3/ph = 131 mm3/s

+ Theo bảng 21.2 chọn công suất cắt cho vật liệu hợp kim nhôm là 0,7 Ws/mm3

Công suất cắt là: P = 131.0,7 = 91,7 W

+ Vận tốc quay ω = N.2π/60 = 500.2π/60 = 52,36 rad/s

+ Moment là: T = P/ ω = 91,7/52,36 = 1,75 Nm

23.39 Một xylanh bằng nhôm có đường kính 150 mm, chiều dài 250 mm, được cắt giảm

đường kính xuống còn 115 mm Sử dụng loại máy theo điều kiện ở bảng 23.4, tính thời gian gia công nếu dụng cụ là TiN tráng cacbit

Bài làm:

Theo bảng 23.4 với hợp kim nhôm và dụng cụ cắt làm bằng TiN tráng cacbit ta chọn các thông số sau: f = 0,15 mm/v, vận tốc cắt N = 45 v/ph.

+ Chiều sâu cắt: d = (D0 – Df)/2 = (150 – 115)/2 = 17,5 mm

+ Lượng vật liệu bóc: MRR = πDdNf = π.132,5.17,5.45.0,15 = 49059,5 mm3/ph

= 817 mm3/s

+ Thời gian cắt: t = l/(fN) = 250/(0,15.45) = 37 phút

23.40 Tính năng lượng cắt cho bài 23.39

Bài làm: Năng lượng cắt P = 0,8.49059,5/60 = 654,13 W Trong đó tra bảng 21.2 cho vật

liệu gia công là nhôm có hao phí 0,8 W.s/mm3

23.41 Giả sử bạn là một giảng viên đang giảng về các vấn đề trong chương này và bạn

đang đưa ra một bài kiểm tra sự hiểu bài của sinh viên về các khía cạnh của bài Hãy đưa

ra 2 bài định lượng và cho biết đáp án

1 So sánh thời gian cắt, năng lượng cắt và lực cắt khi cắt vật liệu có các thông số cắt của

Đáp án: D0 = ?

Phần 24C:

24.28 In milling operations, the total cutting time can be significantly influenced by (a) the magnitude of the noncutting distance, lc, shown in Figs 24.3 and 24.4, and (b) the ratio of width of cut, w, to the cutter diameter, D Sketch several combinations of these parameters, give dimensions, select feeds and cutting speeds, etc., and determine the total cutting time Comment on your observations.

Solve

Note that lc needs to be estimated for each case l c is shown to be equal to √Dw inProb.24.36 for D >> w For D ∼ w, it is reasonable to take l c = D/2 For w >>D, it isreasonable to take lc = 0

24,28 Trong hoạt động phay, tổng thời gian cắt có thể bị ảnh hưởng đáng kể bởi (a)

độ lớn của khoảng cách chạy không tải lc, thể hiện trong Figs 24.3 và 24.4, và (b) tỷ

lệ chiều rộng cắt w, với đường kính dao cắt D phác thảo vài sự kết hợp của các thông số này, cho kích thước, chọn lượng ăn dao và tốc độ cắt , và xác định tổng thời gian cắt Bình luận về các quan sát của bạn.

Solve

Combining Eqs (24.1) and (24.3) on pp 726-727, we obtain the expression for the

table speed, v, as

Since all quantities are known, we can calculate the table speed

24.29 Một hoạt động phay đang được thực hiện tại một tốc độ cắt được chỉ định (bề mặt tốc độ của máy cắt) và lượng ăn dao định sẵn Giải thích các thủ tục để xác định tốc độ đi dao yêu cầu.

Trả lời

Kết hợp phương trình (24.1) và (24.3) trên pp 726-727, chúng ta có được sự biểu hiện cho tốc độ di dao v, như:

Kể từ khi tất cả số lượng được biết đến, chúng ta có thể tính toán tốc độ đi dao

24.30 Show that the distance in slab milling is approximately equal to for situations where D >> d (See Fig 24.3c.)

Referring to the figure below, the hypotenuse of the right triangle on the figure to the right

is assigned the value of x, and is approximately equal to Dθ Also, from the right triangle,

θ = d/x Substituting for θ, we get x 2 = Dd From the Pythagorean theorem

Since d is assumed to be first order small, the squared term can be assumed to be

Vì d được giả định là lệnh đầu tiên nhỏ, hạn bình có thể được giả định là không đáng kể

Do đó,

24.31 In Example 24.1, which of the quantities will be affected when the feed is

increased to f = 0.5 mm/tooth?

Solve

If the feed is doubled to 0.5 mm/tooth, the workpiece speed will double to 1000mm/min The metal removal rate will become 313 cm3/min, the power will double to15.64 kW, and the cutting time will be halved to 19 s.

24.31 Trong ví dụ 24.1, trong đó các đại lượng sẽ bị ảnh hưởng khi lượng ăn dao được tăng lên đến f = 0,5 mm / răng?

Trả lời

Nếu lượng ăn dao được tăng gấp đôi lên tới 0,5 mm / răng, tốc độ phôi sẽ tăng gấp đôiđến 1000 mm / phút Tỷ lệ cắt bỏ kim loại sẽ trở thành 313 cm3 / phút, sức mạnh sẽ tănggấp đôi lên 15,64 kW, và thời gian cắt sẽ được giảm một nửa đến 19 s

24.32 Calculate the chip depth of cut, tc, and the torque in Example 24.1.

Solve

The chip depth of cut is given by Eq (24.2) on p 663:

Since power is the product of torque and rotational speed, we find the torque to be

24.32 Tính chiều sâu cắt phôi tc, và mô-men xoắn trong Ví dụ 24.1.

Từ Bảng 24.2 trên p 670, chúng ta hãy một tốc độ cắt cho hợp kim đồng (đồng thau chú

ý rằng có năng biến đổi tốt, xem đầu trang 586) là 230 m / phút Từ cùng một bảng,chúng xác định lượng ăn dao là 0,2 mm Tốc độ quay của máy cắt được tính toán từ:

V = πDN

Do đó,

Tốc độ phôi có thể thu được từ biểu thức (24.3) trang 727:

Thời gian cắt được cho xác định bởi phương trình (24.4) trang 663 như sau

24.34 A 300-mm-long, 25-mm-thick plate is being cut on a band saw at 45 m/min The saw has 480 teeth per m If the feed per tooth is 0.075 mm, how long will it take

to saw the plate along its length?

Solve:

The workpiece speed, v, is the product of the number of teeth (480 per m), the feed pertooth (0.075 mm), and band saw linear speed (45 m/min) Thus the work piece speed is

v = (480)(0.075)(45) = 1620 mm/min = 27 mm/s