KỸ THUẬT CHẾ tạo 2 chương 22 phần b

Đối với quá trình gia công sinh ra nhiều nhiệt, cắt tốc độ cao, cần độ bóng bề mặt cao thì các vật liệu làm dao như gốm, sứ, kim cương là thích hợp,v..v cầu ngày càng cao về mức độ hoàn

KHOA CƠ KHÍ

KỸ THUẬT CHẾ TẠO 2 BÀI TẬP CHƯƠNG 22B

GVHD: Thầy TRƯƠNG QUỐC THANH

Nhóm Sinh Viên

CHƯƠNG 22B

QUALITATIVE PROBLEMS

22.12 Giải thích tại sao có nhiều loại vật liệu cắt khác nhau đã được phát triển trong nhiểu năm qua? Tại sao chúng vẫn được phát triển, cải tiến hơn nữa?

dao, cụ thể: vật liệu của phôi cần gia công, yêu cầu của các loại nguyên công, độ bóng (nhám) bề mặt, độ chính xác của các thông số hình học,v v Ví dụ: đối với các nguyên công cắt gián đoạn như phay thì ta cần dao có độ dẻo và độ bền Đối với quá trình gia công sinh ra nhiều nhiệt, cắt tốc độ cao, cần độ bóng bề mặt cao thì các vật liệu làm dao như gốm, sứ, kim cương là thích hợp,v v

cầu ngày càng cao về mức độ hoàn thiện, tối ưu tính chất của vật dụng, đồng thời cũng đặt ra yêu cầu về giảm chi phí để tăng mức độ cạnh tranh.vv.v

22.13 Vật liệu cắt nào thích hợp với quá trình cắt không liên tục ? Tại sao?

- Trong các quá trình cắt không liên tục, ta mong muốn có dụng cụ cắt với độ bền và

độ chống chịu va đập cao Từ bảng 22.1 và 22.2 trên pp 593-594, các vật liệu dụng

cụ cắt có độ chống chịu va đập tốt nhất là thép gió và thấp hơn là hợp kim đúc và

cacbua Do đó, người ta sẽ thích sử dụng thép gió và cacbua trong quá trình cắt không liên tục Ngoài ra, trong các quá trình này, các công cụ được làm nóng và được gia nhiệt liên tục Do đó, mong muốn sử dụng các vật liệu có hệ số giãn nở nhiệt thấp và độ dẫn nhiệt cao để giảm thiểu ứng suất nhiệt trong các công cụ mà

có thể dẫn đến phá hủy dụng cụ cắt

22.14 Trình bày các lý do và lợi ích của việc phủ lên dụng cụ cắt nhiều lớp vật liệu khác nhau?

tả trong mục 22.5 trên p 600 Một trong những lý do rõ ràng nhất là vật liệu phủ có thể không dính trực tiếp vào bề mặt dụng cụ cắt Các lớp sẽ liên kết với dụng cụ cắt

để gia tăng tuổi thọ của công cụ Ngoài ra, người ta có thể kết hợp những lợi ích từ các vật liệu khác nhau Ví dụ, lớp ngoài cùng có thể là phủ một lớp có độ cứng cao hoặc ma sát thấp để giảm thiểu mài mòn Lớp tiếp theo có thể có được phủ một lớp vật liệu cách nhiệt, và một lớp thứ ba có thể là một vật liệu mà có khả năng tương thích với dụng cụ này Sử dụng nhiều lớp vật liệu sẽ cho kết quả cao hơn ngoài ra những điểm yếu của một lớp phủ có thể được bù đắp với các lớp khác

22.15 Lập danh sách các nguyên tố hợp kim sử dụng trong thép gió Giải thích chức năng đó và tại sao chúng lại có hiệu quả trong dụng cụ cắt.

coban Các nguyên tố này làm tăng độ cứng và độ bền ở nhiệt độ cao

bền nhiệt cao, tăng độ sâu tôi cứng từ các quá trình nhiệt luyện

- Vanadium tăng độ cứng, độ bền, chống mài mòn ở nhiệt độ cao, ngăn sự phát triển kích thước của tinh thể trong quá trình nhiệt luyện

- Vonfram, coban: tăng độ cứng, độ bền ở nhiệt độ cao.

-22.16 Vật liệu dụng cụ cắt có thể có sự mâu thuẫn các thuộc tính trong hoạt động gia công Trình bày suy nghĩ của bạn về vấn đề này.

- Một ví dụ mâu thuẫn giữa các đặc tính là sự đối lập giữa độ cứng và độ dẻo Độ cứng là mong muốn chống mài mòn tốt (xem Phần 33.5 trên p 961), và vì lý do này nó được khuyến khích để thực hiện quá trình làm cứng với nhiệt độ thích hợp

để tạo ra thép gió Một trong những hậu quả của việc làm cứng là độ dẻo của vật liệu dụng cụ có thể bị tổn hại Như vậy khi muốn tăng độ cứng thì độ dẻo sẽ giảm

2 yếu tố này xảy ra mâu thuẫn

-22.17 Giải thích tác động của nền kinh tế đến xu hướng sử dụng vật liệu dụng

cụ cắt trong Hình 22.6

- Tác động kinh tế rõ ràng ảnh hưởng tới xu hướng sử dụng vật liệu cắt Khi thời gian cắt giảm, chi phí sản xuất giảm thì yêu cầu dụng cụ cắt phải có các tính năng thích hợp để có thể chịu được các va đập mạnh, độ dẻo dai, độ cứng để đạt được năng suất cao

-22.18 Tại sao nhiệt độ lại có ảnh hưởng quan trọng đến tuổi thọ dụng cụ cắt?

- Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến dụng cụ cắt vì nhiều lý do Đầu tiên, tất cả các vật liệu trở nên dễ gãy hơn và giảm độ cứng khi nó nóng lên; Do đó, nhiệt độ cao sẽ làm suy yếu và làm mềm một vật liệu Thứ hai, phản ứng hóa học thường gia tăng khi nhiệt độ tăng, cũng như sự khuếch tán giữa phôi và dụng cụ cắt Thứ ba, hiệu quả của dung dịch cắt là bị tổn hại ở nhiệt độ quá cao, có nghĩa là có ma sát cao

hơn, vật liệu sẽ bị mài mòn nhanh hơn Cuối cùng, trong cắt không liên tục, vật liệu cắt có thể có sốc nhiệt quá mức nếu nhiệt độ cao

-22.19 Dụng cụ cắt bằng gốm sứ và gốm kim loại có lợi thế nhất định so với các công cụ hợp kim Vì sao không thay thế hoàn toàn công cụ hợp kim?

liệu phôi, có khả năng chống mài mòn cao và độ cứng nóng cao tuy nhiên công cụ gốm nhạy cảm với các khuyết tật và thường giòn Trong đó hợp kim lại cứng rắn hơn so với gốm, do đó có nhiều khả năng được dùng trong điều kiện có rung động Ngoài ra gốm sứ còn có giới hạn hình học của nó, mũi nhọn có khả năng bị nứt mẻ, góc trước cao sẽ ảnh hưởng đến độ bền của công cụ gốm sứ Khi đó công cụ hợp kim sẽ được dùng để thay thế

-22.20 Dung dịch cắt có bất lợi gì trong quá trình gia công? Nếu có thì nó là gì?

- -Dung dịch cắt có thể có tác dụng phụ lên bề mặt vừa mới gia công, cũng như sự khác nhau về các thành phần máy công cụ và chất bôi trơn như làm thay đổi độ nhớt và khả năng bôi trơn Nếu dung dịch trơn nguội có hiệu quả làm mát tốt có thể dẫn đến sốc nhiệt trong các hoạt động cắt gián đoạn Dung dịch cắt phải được thay thế định kì bởi vì chúng thường biến chất ảnh hưởng đến khả năng làm việc vì

có thể do cắt ở cường độ cao, bị ô nhiễm bởi các vật liệu khác hoặc do vi khuẩn tấn công Khi dung dịch cắt không còn hiệu quả sẽ làm chất lượng chi tiết bị giảm

-22.21 Mô tả xu hướng mà bạn quan sát được ở bảng 22.2.

- Bảng 22.2 liệt kê các vật liệu dụng cụ cắt theo thứ tự sự phát triển của chúng một cách tương đối Xét về tính chất cơ học của vật liệu công cụ, xu hướng là hướng tới sự phát triển làm vật liệu cứng hơn, cải thiện độ chống mài mòn, đổi lại độ bền, chống nứt mẻ có thể giảm Những lợi ích của xu hướng này tác động quá trình cắt

diễn ra nhanh hơn, độ sâu cắt lớn với bề mặt tốt hơn Những hạn chế khác là khả năng chống sốc nhiệt và làm tăng chi phí về vật liệu của công cụ về phía phải bảng

-22.22 Vì sao tính bền hóa học và tính trơ là quan trọng đối với công cụ cắt?

- Ổn định hóa học và tính trơ là quan trọng cho cụ cắt gọt để duy trì độ ma sát và mài mòn thấp Nguyên nhân chính của ma sát là ứng suất cắt cần thiết để phá vỡ những nhấp nhô nhỏ trong vùng tiếp xúc giữa hai nguyên vật liệu Nếu vật liệu dụng cụ trơ, những nhấp nhô này ít có khả năng xảy ra và vì thế làm giảm ma sát

và mài mòn Điều quan trọng hơn là phôi và dụng cụ cắt không được dính vào nhau dưới ảnh hưởng hóa học, điều này sẽ gây ra mòn khuếch tán và mòn dính

-22.23 Lớp phủ Titanium-nitride trên công cụ cắt làm giảm hệ số ma sát giữa dụng cụ cắt và phôi Ý nghĩa của tính chất này?

- Ma sát giữa dao và phôi là nguyên nhân chính gây ra mất mác năng lượng, vì vậy giảm ma sát sẽ tăng góc cắt và tạo phoi mỏng hơn và đòi hỏi it năng lượng hơn Sự giảm thiểu này sẽ làm giảm lực cần thiết khi cắt và do đó giảm năng lượng cần thiết cho quá trình gia công, đồng thời giảm ma sát cũng làm giảm lượng nhiệt sinh

ra, làm phôi ít nóng, kéo dài tuổi thọ của công cụ và duy trì độ chính xác

-22.24 Nêu điều kiện cần thiết để sử dụng tối ưu các tính năng của công cụ cắt bằng kim cương và cubic-boron-nitride?

- Bởi vì kim cương và cNB giòn nên ảnh hưởng bởi các yếu tố như lực cắt thay đổi

và chất lượng kém của công cụ gia công phải được giảm thiểu VÌ vậy nên tránh các quá trình cắt gián đoạn như phay và bo góc Công cụ gia công phải có độ cứng vững tốt để tránh va đập và rung động Hình dạng và cách lắp đặt công cụ cũng

ảnh hưởng quan trọng để giảm thiểu nguy cơ nứt mẻ và ứng suất sinh ra Các nguyên liệu phôi cũng phải phù hợp với công cụ cắt bằng kim cương

-22.25 Góc nghiêng âm được ưu tiên hơn cho công cụ gốm sứ, kim cương và cubic-boron-nitride Vì sao?

- Mặc dù cứng và mạnh trong quá trình nén nhưng các vật liệu này giòn tương đối yếu trong quá trinh kéo Do đó, góc nghiên âm được sử dụng do xu hướng chủ yếu làm giảm ứng suất kéo và sứt mẻ của công cụ

-22.26 Bạn có nghĩ có mối quan hệ giữa chi phí công cụ cắt và độ bền nóng của nó? Giải thích?

- Nói chung khi độ bền nóng tăng, chi phí vật liệu công cụ cũng tăng ví dụ gốm sứ

có độ bền nóng cao và nhìn chung được tạo bởi nguyên liệu thô rẻ tiền.Tuy nhiên hiệu quả và sự tin cậy của sản phẩm do đó nó có giá thành cao Tương tự như vậy cacbua tận dụng nguồn nguyên liệu thô đắt tiền cũng như một số công đoạn chế tạo Kim cương và cacbon nitrude là đắt nhất

-22.27 Dựa vào các tài liệu kĩ thuật, đưa ra một số đắc trưng của tốc độ cắt của công cụ cắt bằng thép gió với các vật liệu làm phôi khác nhau

Vật liệu Tốc độ cắt

(m/phút)

Độ sâu cắt (mm)

Độ ăn dao (mm/vòng)

22.28 Theo bảng 22.1, hai thông số cuối có ảnh hưởng quan trọng đến tuổi thọ dụng cụ không? Vì sao?

- Hai thông số cuối cùng trong bảng 22.1 là độ dẫn nhiệt và hệ số giản nở nhiệt Các tính chất này rất quan trọng nứt mẻ nhiệt hoặc sốc nhiệt vật liệu của công cụ do ứng suất nhiệt nội tăng khi chịu chu kì nhiệt lâu, như trong các quá trình cắt gián đoạn

-22.29 Biết rằng lớp phủ titanium-nitride cho phép đạt được tốc độ cắt và độ

ăn dao cao hơn các công cụ không có lớp phủ Khảo sát và chuẩn bị một bảng trình bày sự gia tăng tỉ lệ tốc độ cắt và độ ăn dao đối với các công cụ được phủ.

Vật liệu phôi Vật liệu dao - Tốc

độ cắt khi chưa phủ (m/phút)

Vật liệu dao - Tốc độ cắt sau khi phủ (m/phút)

Độ gia tăng (%)

Câu 22.30 Trong hình 22.1 – Tất cả vật liệu công cụ cắt đặc biệt là carbide có phạm vi độ cứng rộng cho nhiệt độ cụ thể hãy mô tả những yếu tố ảnh hưởng tới phạm vi đó.

Có rất nhiều lý do cho phạm vi của độ cứng bao gồm:

- Tất cả các vật liệu có thể có những biến đổi trong vi cấu trúc của chúng, và điều này có thể ảnh hưởng đáng kể đến độ cứng

- Có thể có một phạm vi rộng nồng độ của các carbide so với các chất kết dính cobalt trong các công cụ carbide

- Đối với các vật liệu như thép carbon công cụ, thành phần carbon có thể khác nhau, cũng như là mức độ cứng rắn của công cụ

trong các chất hóa học

- Vật liệu công cụ cắt có sẵn trong một loạt các kích cỡ và hình học, và độ cứng sẽ thay đổi cho phù hợp

Câu 22.31 Tham khảo bảng 22.1 nêu ra loại vật liệu công cụ cắt thích hợp trong gia công gián đoạn Giải thích.

- Hoạt động cắt gián đoạn về cơ bản yêu cầu vật liệu của công cụ cắt có độ cứng cao cũng như khả năng chống sốc nhiệt Lưu ý trong Bảng 22.1 trên p 593 thép gió là cứng nhất Tuy nhiên, khả năng chống lại nhiệt độ cao là khá thấp và có tuổi thọ dụng cụ giới hạn Do đó, mặc dù không phải là cứng nhất, carbide, gốm kim loại,

và đa tinh thể khối boron nitride và kim cương được sử dụng rộng rãi trong cắt gián đoạn các vật liệu phôi khác nhau, như thể hiện trong Bảng 24.2 trên p 670 Những vật liệu công cụ đang tiếp tục được phát triển để tăng độ dẻo dai và khả năng chống lại sứt mẻ

-Câu 22.32 Theo bạn thì thuộc tính nào được liệt kê trong bảng 22.1 ít quan trong nhất? Giải thích.

- Chúng ta có thể xem mô đun đàn hồi và mật độ không phải là đặc biệt quan trọng trong cắt gọt Mặc dù tác động rất thấp tuy nhiên mô đun đàn hồi có thể có một số ảnh hưởng trong hoạt động gia công chính xác rất cao vì các đường cong liên quan Đối với mật độ, mặc dù các công cụ cắt có một khối lượng khá nhỏ so với các

thành phần khác trong hoạt động tốc độ cao tuy nhiên việc thay đổi công cụ có liên quan, các hiệu ứng quán tính cũng quan trọng

-Câu 22.33 Nếu một mũi khoan được chỉ định chỉ dung cho gia công gỗ thì nó được làm bằng vật liệu gì? Giải thích.

- Bởi vì cân nhắc về vấn đề kinh tế, công cụ gia công gỗ thường được làm bằng thép carbon, ở một mức độ cứng tương đối bằng cách xử lý nhiệt Lưu ý từ hình 22.1 trên p 592 mà thép carbon duy trì độ cứng tương đối cao đối với nhiệt độ thấp hơn

400 ◦F khi khoan kim loại, tuy nhiên, nếu nhiệt độ đủ cao có thể làm mềm thép cacbon, vì vậy cần thực hiện khoan nhanh

-Câu 22.34 Kết quả khi một lớp phủ trên một công cụ có hệ số nở vì nhiệt lớn hơn so với vật liệu chất nền là gì?

- Chúng ta xem xét trường hợp một công cụ cắt và lớp phủ là không có ứng suất ở nhiệt độ phòng khi công cụ được đưa vào Sau đó xem xét tình hình khi các công

cụ được sử dụng trong cắt và nhiệt độ rất cao Nếu không phù hợp hệ số giãn nở nhiệt sẽ gây ra biến dạng nhiệ trong thời gian gia công Điều này có thể dẫn đến tách lớp của lớp phủ từ các chất nền

-Câu 22.35 Nêu các ưu điểm và nhược điểm của việc gia công khô Xem xét khía cạnh kỹ thuật và kinh tế lien quan.

- Tham khảo mục 22.12.1 trên trang 611.Ưu điểm ở đây là nếu chất lỏng mà không tốt cho môi trường thì vấn đề này sẽ thêm vào chi phí sản xuất xử lý trước khi thải Tuy nhiên các phôi lại không được làm sạch, vì vậy cần có chất làm sạch bổ sung, chẳng hạn như dung môi, phải được sử dụng Ngoài ra, chất bôi trơn là tốn kém và

khó kiểm soát Tuy nhiên, dư lượng chất lỏng tạo một màng dầu bảo vệ trên một phần gia công từ môi trường, đặc biệt là với các kim loại mới được gia công bắt đầu bị ôxy hóa nhanh