Nghiên cứu xây dựng phương pháp tối ưu hóa chế độ cắt cho gia công phay và thực nghiệm áp dung

Mục đích nghiên cứu của đề tài được xác định: Xây dựng phương pháp tối ưu hóa chế độ cắt cho gia công phay, xác định chế độ cắt tối ưu cho quá trình phay khi gia công một loại vật liệu T

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu luận văn khoa học của tôi

Các kết quả nghiên cứu trong luận văn này là hoàn toàn trung thực, các thông số, kết quả đo được là hoàn toàn chính xác và chưa được công bố ở bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác

Tác giả

Nguyễn Đăng Dũng

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Z Số răng dao phay

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Cấp nhẵn bóng theo TCVN 2511- 95

Bảng 2.2 Cấp độ nhẵn ứng với các phương pháp gia công Bảng 2.3 Mức độ biến cứng ứng với các phương pháp gia công Bảng 3.1 Bảng quy hoạch thực nghiệm

Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật của máy phay CNC – 180 FANUC Bảng 4.2 Thành phần hóa học thép C45

Bảng 4.3 Bảng tính toán

Bảng 4.4 Quy hoạch thực nghiệm

Bảng 4.5 Các giá trị tính toán

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Mô hình tác động trong quá trình tạo phoi

Hình 1.2 Các bề mặt gia công và1 số loại dao trên máy phay

Hình 1.3 So sánh dao tiện và răng dao phay

Hình 1.4 Các rạng răng của dao phay

Hình 1.5 Các thành phần của răng dao phay

Hình 1.6 Sơ đồ hình thành đường xoắn ốc

Hình 1.7 Hướng các rãnh xoắn ốc

Hình 1.8 Dao phay kiểu mới

Hình 1.9 Các loại dao phay mặt đầu

Hình 1.10 Cấu tạo dao phay mặt đầu

Hình 1.11 Thông số lớp cắt khi phay bằng dao mặt đầu

Hình 1.12 Lực cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu

Hình 1.13 Các dạng mài mòn phần cắt dụng cụ

Hình 1.14 Sơ đồ mòn dao phay mặt đầu

Hình 1.15 Máy phay đứng

Hình 1.16 Máy phay đứng điều khiển theo chương trình số

Hình 1.17 Chiều quay của dao phay và mặt đầu

Hình 1.18 Phay mặt phẳng nghiêng bằng dao phay mặt đầu

Hình 2.3 Các giai đoạn mài mòn của một cặp ma sát

Hình 2.4 Quá trình mài mòn của một cặp chi tiết ma sát (tiếp xúc với nhau Hình 2.5 Quan hệ giữa lượng mòn ban đầu và Ra

Hình 2.6 Quá trình ăn mòn hóa học trên lớp bề mặt cho tiết máy

Hình 2.7 Quan hệ giữa chiều cao nhấp nhô và lượng tiến dao khi tiện

Hình 2.8 Ảnh hưởng của hình dáng hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt

đến nhấp nhô bề mặt khi tiện

Hình 2.9 Ảnh hưởng của lượng chạy dao S đối với chiều sâu biến cứng

Hình 2.10 Ảnh hưởng của vận tốc cắt (V) đến chiều cao nhấp nhô tế vi(Rz) Hình 2.11 Ảnh hưởng của lượng tiến dao (S) đến chiều cao nhấp nhô tế v i (Rz) Hình 2.12 Phân tích hệ lực tác dụng khi bào

Hình 2.13 Ảnh hưởng của lượng tiến dao (S) và bán kính

Hình 2.14 Ảnh hưởng của góc trước tới biến cứng bề mặt

Hình 4.1 Máy phay CNC - 180

Hình 4.2 Máy đo độ nhám SJ.400

Hình 4.3 Dao phay ngón D=25mm

Hình 4.4 Thực nghiệm phay thép C45 bằng dao phay ngón D25

Hình 4.5 Kết quả đo độ nhám trên máy SJ.400

Hình 4.6 Đồ thị quan hệ giữa Ra, S và V

Hình 4.7 Đồ thị quan hệ giữa Ra, S và t

Hình 4.8 Đồ thị quan hệ giữa Ra, t và V

PHẦN MỞ ĐẦU 1- TÊN ĐỀ TÀI

Nghiên cứu xây dựng phương pháp tối ưu hóa chế

độ cắt cho gia công phay và thực nghiệm áp dụng

2- CƠ SỞ ĐỂ LỰA CHỌN ĐỀ TÀI

Để thực hiện được mục tiêu “Công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước” thì việc phát triển khoa học công nghệ nói chung và khoa học công nghệ trong cơ khí nói riêng càng trở nên quan trọng và cấp thiết hơn bao giờ hết Trên thế giới chúng ta đang chứng kiến sự phát triển như vũ bão của cuộc cách mạng “ Công nghiệp hóa, hiện đại hóa” Sự phát triển của tất cả các ngành kỹ thuật trong đó phải kể đến ngành cơ khí chế tạo

Để nâng cao tính cạnh tranh trong quá trình hội nhập toàn cầu này, mỗi doanh nghiệp cơ khí chế tạo muốn tồn tại được, cần phải phát triển theo hướng hạ thấp giá thành chi phí gia công trên cơ sở đảm bảo và nâng cao chất lượng sản phẩm Như chúng ta đã biết để đảm bảo và nâng cao chất lượng sản phẩm, thì việc lựa chọn chế

độ cắt hợp lý cho máy công cụ là rất quan trọng

Từ trước đến nay đã có rất nhiều công trình nghiên cứu nhằm tìm ra chế độ cắt hợp lý khi gia công trên máy công cụ nhằm sản xuất ra các sản phẩm cơ khí tối ưu nhất Tuy nhiên do tính chất phức tạp của từng loại dụng cụ cắt, máy công cụ nên kết quả nghiên cứu vấn đề này vẫn còn rất nhiều hạn chế Vì vậy tiếp tục nghiên cứu chế độ cắt hợp lý cho từng loại dụng cụ cắt, máy công cụ để sản xuất ra các sản phẩm cơ khí có hiệu quả kinh tế cao vẫn là rất cần thiết cho ngành công nghệ chế tạo máy

3- MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Mục đích nghiên cứu của đề tài được xác định: Xây dựng phương pháp tối ưu hóa chế độ cắt cho gia công phay, xác định chế độ cắt tối ưu cho quá trình phay khi gia công một loại vật liệu (Thép C45) từ đó góp phần nâng cao hiệu quả khai thác

sử dụng máy phay nói chung và máy phay đứng nói riêng trong ngành cơ khí chế tạo

4- NỘI DUNG ĐỀ TÀI

Xuất phát từ đề tài nghiên cứu, luận văn này có nội dung như sau:

- Nghiên cứu tổng quan về nguyên công phay, về các loại máy phay

- Nghiên cứu về chất lượng chỉ tiêu đánh giá bề mặt

- Phương pháp tối ưu hóa chế độ cắt cho gia công phay theo hàm mục tiêu chất lượng bề mặt

- Thực nghiệm tối ưu hóa chế độ cắt cho gia công thép C45 bằng dao phay ngón

- Một số kết luận của đề tài và các đề suất cho hướng nghiên cứu tiếp theo

5- PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Máy phay, dao phay, vật liệu gia công có nhiều loại Nên việc nghiên cứu xây dựng chế độ cắt tối ưu cho gia công phay sẽ cần rất nhiều thời gian và nhiều công trình nghiên cứu Do thời gian cũng như điều kiện không cho phép nên đề tài này chỉ đi sâu nghiên cứu quá trình phay mặt phẳng trên vật liệu là thép C45 bằng dao phay ngón gắn mảnh hợp kim trên máy phay đứng CNC

6- PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Khi nghiên cứu dùng phương pháp xây dựng lý thuyết cơ sở kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm

- Nghiên cứu lý thuyết để tìm hiểu mối quan hệ giữa các yếu tố chế độ cắt với độ nhám bề mặt gia công

- Thực nghiệm cắt thử để kiểm chứng cơ sở lý thuyết về mối quan hệ giữa chế độ cắt với độ nhám bề mặt

7- Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

- Kết quả nghiên cứu xây dựng chế độ cắt tối ưu cho gia công phay có ý nghĩa thực tiễn trong nghiên cứu khoa học cũng như trong sản xuất như sau:

+ Làm cơ sở cho việc nghiên cứu các khía cạnh khác của quá trình cắt

+ Kết quả có thể được sử dụng để tham khảo, áp dụng đối với nhóm sản phẩm được chế tạo bằng thép 45 nhằm góp phần vào việc nâng cao năng suất và hạ giá thành sản phẩm

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG PHAY 1.1 PHƯƠNG PHÁP PHAY

1.1.1 Khái niệm về quá trình cắt kim loại:

Quá trình này rất phong phú và cần thiết cho việc gắn liền giữa nghiên cứu với thực tiễn cũng như cho việc trao đổi giữa các nhà khoa học của các nước khác nhau

Việc nghiên cứu này được áp dụng cho tất cả các phương pháp gia công cắt gọt bằng những dụng cụ cắt khác nhau, còn gọi là dụng cụ cắt có lưỡi

Quá trình tạo phoi liên quan trực tiếp đến lực cắt, nhiệt cắt, sự mòn dao, chất lượng bề mặt của chi tiết được gia công

Quá trình tạo phoi được phân tích kỹ trong vùng tác động (Hình 1-1) bao gồm:

1- Vùng biến dạng thứ nhất:

Là vùng vật liệu phôi nằm trước mũi

dao, được giới hạn giữa vùng vật liệu

phoi và vùng vật liệu phôi Dưới tác

dụng của lực tác động, trước hết

trong vùng này xuất hiện biến dạng

dẻo (còn gọi là vùng biến dạng dẻo

thứ nhất)

Khi ứng suất do lực tác động

gây ra vượt quá giới hạn cho phép

của kim loại thì xuất hiện sự trượt và

phoi được hình thành

Hình 1 1 - Mô hình tác động trong quá trình

tạo phoi

Vùng tạo phoi luôn di chuyển cùng với dao trong quá trình cắt

2- Vùng ma sát trượt thứ nhất: Là vùng vật liệu phoi tiếp xúc với mặt trước của dao

3- Vùng ma sát thứ hai: Là vùng vật liệu phôi tiếp xúc với mặt sau của dao

Vc

Mặt phẳng trượt

4- Vùng tách: Qúa trình cắt kim loại là quá trình hớt đi một lớp phoi trên bề mặt kim loại để có chi tiết đạt kích thước, hình dạng và độ nhẵn bóng theo yêu cầu.

Các dạng gia công cơ chủ yếu là: Tiện, bào, khoan, phay, mài v.v tất cả các dạng gia công này đều được thực hiện trên các máy cắt kim loại bằng các dụng cụ cắt khác nhau như: Dao tiện, dao phay, mũi khoan v.v

Để thực hiện một quá trình cắt nào đó cần thiết phải có hai chuyển động là chuyển động chính và chuyển động chạy dao Chuyển động chính trong quá trình tiện là chuyển động quay tròn của phôi, còn khi phay chuyển động chính là chuyển động quay của dao

Chuyển động chính là chuyển động tạo ra tốc độ cắt

Chuyển động chạy dao khi tiện là chuyển động tịnh tiến của dao theo phương dọc hoặc phương ngang

Chuyển động chạy dao khi phay là chuyển động tịnh tiến của bàn máy mang vật gia công theo phương dọc, ngang hoặc thẳng đứng

Tốc độ của chuyển động chính luôn lớn hơn tốc độ của chuyển động chạy dao Trong quá trình cắt kim loại, các bề mặt mới được hình thành do các lớp bề mặt biến dạng và được hớt dần với sự tạo thành phoi Phôi và dao được kẹp chặt trên máy Khi cắt vật liệu dẻo, người ta phân biệt các giai đoạn hình thành phoi như sau: Khi mới bắt đầu cắt, dao và chi tiết tiếp xúc với nhau, sau đó lưỡi dao ăn sâu vào kim loại làm vật liệu bị dồn ép Sự lún sâu của lưỡi dao vào vật liệu sẽ thắng lực liên kết giữa lớp kim loại bị hớt đi và phần kim loại còn lại Hiện tượng này dẫn đến sự trượt phân tử phoi đầu tiên Sau đó dao tiếp tục chuyển động và tách những phân tử phoi tiếp theo khỏi kim loại chính Từ đó phoi được hình thành và thực hiện quá trình cắt gọt

1.1.2 Một số vấn đề gia công phay:

Phay là phương pháp gia công cắt gọt, trong đó dụng cụ cắt quay tròn tạo ra chuyển động cắt, chuyển động tịnh tiến của dao thường do bàn máy đảm nhiệm, cũng có khi do cả dao và máy kết hợp Khác với tiện và khoan, các lưỡi cắt của dao phay không tham gia liên tục nên phoi ngắn hơn, gián đoạn nên xuất hiện va đập

mạnh Tuy nhiên ở trường hợp này nhiệt có điều kiện phân tán nên khả năng chịu bền nhiệt tốt hơn

Ở nguyên công phay có thể gia công được nhiều bề mặt khác nhau bằng các phương pháp khác nhau và ứng với các loại dao phay khác nhau (Hình 1.2)

a, Phay mặt phẳng bậc

bằng dao phay trụ

b Phay mặt phẳng bậc bằng dao phay mặt đầu

c Một vài loại dao phay

ngón đuôi trụ, đuôi côn

d Phay bậc bằng dao phay ngón trên máy phay đứng

đ Dùng dao phay đĩa khi phay

e Phay mặt phẳng bậc bằng dao phay

mặt đầu trên máy phay đứng

g Phay mặt phẳng bậc bằng dao phay mặt đầu trên máy

phay ngang

Hình 1 2 - Các bề mặt gia công và1 số loại dao trên máy phay

Dao phay có cấu tạo bởi nhiều lưỡi cắt nên lực cắt dao động và lưỡi cắt chịu

va đập gây ra rung động trong quá trình phay, vì thế máy phay phải có độ bền vững

cao Dao phay có nhiều loại khác nhau tùy theo công nghệ và theo công dụng như:

Dao phay trụ, dao phay mặt đầu, dao phay đĩa, dao phay ngón, dao phay lăn răng,

dao phay định hình.v.v

Dao phay có thể chế tạo liền hoặc rời phần thân với phần cắt Trong trường

hợp này các mảnh dao còn gọi là các mảnh quay được chế tạo theo tiêu chuẩn và

được kẹp vào đầu dao nhờ cơ cấu kẹp chặt bằng vít Mỗi mảnh quay có thể có nhiều

lưỡi cắt

1.1.3 K t cấu dao phay

Quá trình phay được thực hiện bằng một loại dụng cụ cắt mà ta gọi là dao

phay Các răng của dao phay có thể xếp đặt trên bề mặt hình trụ và cũng có thể nằm

ở mặt đầu Mỗi một răng của dao phay là một lưỡi dao tiện đơn giản (Hình 1.3)

Thông thường thì dao phay là dụng cụ cắt có nhiều răng, nhưng đôi khi người ta sử

dụng dao phay có một răng duy nhất

Phần cắt của dao phay được chế tạo từ thép các bon, thép gió, hợp kim cứng

và vật liệu sứ…

1) Bề mặt, lưỡi cắt và các yếu tố khác

Hình 1.3 - So sánh dao tiện và răng dao phay

Các bề mặt, lưỡi cắt của răng dao phay (hình 1.3) có những tên gọi sau đây (tương

tự như dao tiện)

+ Mặt trước của răng 1, là bề mặt theo đó phoi thoát ra

+ Mặt sau của răng 4, là bề mặt hướng vào mặt cắt trong quá trình gia công + Lưng của răng 5, là bề mặt tiếp giáp với mặt trước của một răng và mặt sau của răng cạnh đó, nó có thể là mặt phẳng, gẫy khúc hoặc mặt cong

+ Mặt phẳng đầu, là mặt phẳng vuông góc với trục của dao phay

+ Mặt phẳng tâm, là mặt phẳng đi qua trục của dao và một điểm quan sát trên lưỡi cắt của nó

+ Lưỡi cắt 2, là một đường tạo bởi giao tuyến của hai mặt trước và sau của răng

+ Lưỡi cắt chính là lưỡi cắt thực hiện công việc chính trong quá trình gia công Ở dao phay hình trụ, lưỡi cắt chính có thể thẳng (theo đường sinh của hình trụ), nghiêng so với đường sinh hoặc có dạng đường xoắn ốc Ở dao phay mặt đầu cũng giống như dao tiện, người ta phân biệt, lưỡi dao chính là lưỡi cắt nghiêng một góc so với trục của dao phay Lưỡi cắt phụ, là lưỡi cắt nằm ở mặt đầu của dao phay Lưỡi cắt chuyển tiếp là lưỡi cắt nối các lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ với nhau







f

2) Hình dạng và các yếu tố của răng dao phay

Dựa theo bề mặt được mài của dao phay, người ta chia kết cấu của răng ra làm hai loại:

- Răng nhọn là răng được mài theo mặt sau (hình 1.4a)

- Răng tù là răng chỉ được mài theo mặt trước (hình 1.4b)

Người ta phân biệt các thành phần của răng dao phay như sau:

- Chiều cao (h) là khoảng cách giữa lưỡi cắt và đáy của rãnh đo trong tiết diện hướng kính vuông góc với đường tâm của dao (hình 1.5)

- Bề rộng mặt sau của răng là khoảng cách giữa lưỡi cắt và đường giao nhau của mặt sau với lưng của răng đo trong phương vuông góc với lưỡi cắt (mép 3 hình 1.3)

- Bước vòng của răng là khoảng cách giữa các điểm tương ứng trên lưỡi cắt của hai răng liền nhau được đo theo cung tròn với tâm nằm trên trục dao và trong mặt phẳng vuông góc với trục này Bước vòng của dao phay có thể bằng nhau và cũng có thể không bằng nhau

- Lượng hớt lưng (k) là khoảng cách hạ thấp của đường cong hớt lưng giữa hai lưỡi của hai răng kề nhau

Hình 1.4 - Các dạng răng của dao phay

3) Các yếu tố và hình dạng của rãnh

- Rãnh (hình 1.3 số 6) là đường lõm xuống dùng để thoát phoi, rãnh được tạo thành giữa mặt trước của một răng với mặt sau và lưng của răng bên cạnh Rãnh chia ra làm hai loại : rãnh thẳng và rãnh xoắn ốc

Hình 1.5 - Các thành phần của răng dao phay + Rãnh thẳng là rãnh song song với đường tâm dao phay (hình 1-6)

+ Rãnh xoắn ốc trái (hình 1.7a) là rãnh mà hướng của đường xoắn ốc đi lên từ

phải sang trái

+ Rãnh xoắn ốc phải (hình 1.7b) là rãnh mà hướng của đường xoắn ốc đi lên từ

trái sang phải

Hình 1.6 - Sơ đồ hình thành đường xoắn ốc

Hình 1.7 - Hướng các rãnh xoắn ốc

Tốc độ cắt v: là quãng đường mà một điểm trên lưỡi cắt chính ở cách trục quay xa

nhất đi được trong một phút, công thức tính tốc độ cắt có dạng như sau:

D n

v  

1000v

n D





- Lượng chạy dao răng (Sz mm/răng) là lượng dịch chuyển của bàn máy với chi tiết hoặc dao khi dao quay được một răng

- Lượng chạy dao một vòng quay của dao phay (S0 mm/vòng) là lượng dịch chuyển của bàn máy với chi tiết, hoặc của dao sau một vòng quay của dao phay Lượng chạy dao một vòng bằng lượng chạy dao răng nhân với số răng của dao phay

S0 = Sz.Z (1.3)

- Lượng chạy dao phút (SM, mm/phút) là lượng dịch chuyển tương đối của bàn máy với chi tiết hoặc dao phay trong một phút Lượng chạy dao phút bằng lượng chạy dao một vòng nhân với số vòng quay trong một phút

SM = S0.n = Sz.Z.n (1.4)

3) Chiều sâu cắt (t)

Là khoảng cách giữa các bề mặt chưa gia công và đã gia công

4) Chiều sâu phay t 0

Là kích thước lớp cắt đo theo phương vuông góc với trục dao ứng với góc tiếp xúc Ψ

Trong đó: Cp= C 2m.(sin)m/ m

; Xp = (m + 1); qp = -(m + 1)

CN = C 2m.(sin)m/ 61,2 107 m

; XN = (m+ 1); YN = (m+ 1); qN = -m Các hệ số tính toán được cho dưới dạng bảng ứng với vật liệu gia công và vật liệu làm dao, cũng như các điều kiện gia công cụ thể Các hệ số này có thể tra trong các sổ tay cẩm nang về chế độ cắt khi gia công cơ

1.1.6 Ảnh hưởng của các y u tố khác đ n lực cắt khi phay

Trong quá trình cắt ngoài các yếu tố của chế độ cắt còn có các yếu tố khác ảnh

hưởng đến lực cắt khi phay như:

1) Ảnh hưởng của vị trí tương quan giữa dụng cụ và chi tiết gia công

Vị trí tương quan giữa dao và chi tiết gia công có ảnh hưởng đáng kể đến lực cắt khi phay, thể hiện rõ nhất là đối với lực chạy dao (lực bước tiến) tại các vị trí khác nhau của răng dao so với chi tiết gia công

2) Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến lực cắt khi phay:

Trên cơ sở công thức (1.7) và công thức (1.8) ta có thể đưa ra các nhận xét:

a Công suất cắt cũng như lực cắt tỷ lệ với bề rộng phay B và số dao cắt z:

b Theo thực nghiệm thì giá trị yp ≈ 0,65 ÷ 0,8, do đó khi tăng Sz thì lực tiếp tuyến Pz tăng Mặt khác lượng chạy dao Sz tỷ lệ thuận với chiều dày cắt trung bình atb khi đó thì lực cắt đơn vị giảm đi do m< 0, do vậy lực tiếp tuyến Pz không tăng tỷ

lệ thuận khi tăng sz

c Khi tăng chiều sâu phay t lực tiếp tuyến tăng mạnh hơn so với tăng lượng chạy dao Sz Bằng thực nghiệm ta có thể tìm ra giá trị xp  1,1  1,4

d Ở tốc độ cắt v cố định, lực cắt Pz giảm khi tăng đường kính dao D, vì rằng lúc này giảm bề dày cắt và diện tích cắt Ảnh hưởng của D đến Pz đối với từng dạng phay (phay đối xứng, phay không đối xứng) cũng như nhau Dao phay mặt đầu khi phay không đối xứng qp = 0,86; còn đối với phay mặt đầu phay đối xứng thì qp = 1

3) Ảnh hưởng thông số hình học của dao đến lực cắt khi phay:

Khi thay đổi các thông số hình học của dao thì lực cắt cũng thay đổi theo Lực cắt và công suất cắt giảm đáng kể khi tăng góc trước  Ở phay nghịch khi cạnh cắt của răng cắt vào kim loại gia công , bóc phoi bắt đầu từ a = 0 thì độ sắc của

cạnh có ý nghĩa rất lớn Bằng thực nghiệm người ta thấy rằng, khi làm việc nếu dao

bị mòn lực cắt và công suất cắt nâng lên 40% so với trạng thái làm việc khi dao được mài sắc

Khi tăng góc trước, không những làm phoi biến dạng ít mà còn làm phoi dễ trượt và dễ thoát trên mặt trước, việc làm lực cắt giảm xuống Ảnh hưởng của thay đổi góc trước đối với lực pn lớn hơn so với lực cắt pz

Góc nghiêng chính tăng dẫn đến diện tích cắt sẽ giảm đi, do vậy lực cắt cũng giảm đi

Trong thực tế tính toán, người ta thường đưa vào các hệ số điều chỉnh k và

k để kể đến ảnh hưởng của các thông số hình học của dao đến lực cắt khi phay

4) Ảnh hưởng của vật liệu dao và vật liệu gia công đến lực cắt khi phay

* Ảnh hưởng của vật liệu gia công:

Tính chất cơ lý của vật liệu gia công có ảnh hưởng nhiều đến lực cắt, khi gia công vật liệu giòn thì lực cắt thấp hơn vật liệu dẻo

* Ảnh hưởng của vật liệu dao

Ảnh hưởng của vật liệu làm dao đến lực cắt chủ yếu là do sự thay đổi của hệ

số ma sát Đối với dao làm bằng hợp kim cứng thì lực cắt sản sinh ra nhỏ hơn khi dùng dao làm bằng thép gió

5) Ảnh hưởng của điều kiện cắt đến lực cắt trong quá trình phay:

* Ảnh hưởng của độ mòn dao:

Độ mòn dao làm tăng bề mặt tiếp xúc của dao trên các bề mặt làm việc, làm tăng bán kính mũi dao, giảm các góc ở bộ phận cắt (góc sau, góc trước) Do đó khi dao bị mòn lực cắt tăng lên rõ rệt Sự thay đổi của lực cắt còn phụ thuộc vào trạng thái mòn của dao Ví dụ như dao phay mòn theo mặt trước, mặt sau hay cả mặt trước và mặt sau thì lực cắt thay đổi

* Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội:

Tưới dung dịch trơn nguội sẽ làm giảm lực cắt, hoạt tính của dung dịch càng cao thì lực cắt giảm càng nhiều Dung dịch trơn nguội có tác dụng giảm hệ số ma sát, giảm nhiệt giữa phoi và vật liệu gia công

1.1.7 Quá trình mòn dụng cụ cắt:

Mòn dụng cụ cắt diễn ra trong quá trình cắt rất đa dạng do điều kiện làm việc của nó cũng rất khác nhau Các điều kiện này có thể thay đổi đột biến phụ thuộc vào vật liệu gia công, vật liệu chế tạo dụng cụ, tốc độ cắt, phương pháp cắt, chất bôi trơn tưới nguội, độ cứng vững của hệ thống công nghệ

Đa phần mòn mặt trước xảy ra khi gia công thép dẻo với lẹo ở đầu bảo vệ cạnh cắt khỏi tác động trực tiếp từ phoi và mặt cắt

Mòn mặt sau nhiều hơn khi tăng góc trước cũng như ở các dao có góc sau bé

Nó đặc biệt rõ khi gia công các vật liệu giòn, đặc biệt là gang cũng như thép austenit dẻo và các hợp kim có tính đàn hồi lớn Khi gia công thép có khả năng mài mòn lớn đặc biệt thiêu kết hóa cứng, quá trình biến dạng phân hủy tạo ra pha cacbit

sẽ gây mòn rất nhanh cả mặt trước và mặt sau của dao

Quá trình mòn điển hình của các dao hợp kim cứng cũng như dao thép gió xảy ra theo trình tự như sau: Ban đầu cạnh cắt bị làm tròn, không thể nhìn bằng mắt thường được, nhưng nhìn rõ qua kính hiển vi, ở mặt trước xuất hiện các vết ở dạng dải sáng còn ở mặt sau xuất hiện ở các cạnh vát hẹp

Hiện tượng va đập trong quá trình cắt của dao phay đẩy nhanh quá trình phá hỏng dụng cụ cắt, đặc biệt khi bắt đầu vào gia công

Dao mòn nhanh khi làm việc có dao động, lúc này màng ô xít bảo vệ tróc làm mòn nhanh dao mặc dù khi cắt có dao động làm giảm nhiệt độ cắt, độ co ngót của phoi và công suất tiêu hao cho việc cắt gọt

Thông thường độ mòn dụng cụ cắt xảy ra không đồng đều dọc cạnh cắt Thường mòn nhanh ở đỉnh và đoạn tiếp xúc giữa cạnh cắt và bề mặt gia công Mòn nhanh cạnh cắt ở đoạn tiếp xúc với bề mặt gia công do hóa cứng ở bề mặt này, do lần gia công trước hay do có lớp vỏ cứng, bề mặt vùng mòn nhanh có thể biểu hiện

ở bề dày của lớp bị hóa cứng

1.1.8 Tiêu chuẩn mòn dụng cụ:

Mài mòn mặt sau là dạng mài mòn chủ yếu và dễ đo nhất Do đó thường dùng h3 - kích thước chiều cao của diện tích mài mòn theo mặt sau làm tiêu chuẩn đánh giá mài mòn

Trị số h3 - được gọi là độ mòn cho phép hoặc tiêu chuẩn mài mòn

Trong thực tế việc xác định chuẩn hợp lý về độ mòn dao có ý nghĩa quan trọng Chuẩn này được xác lập có tính đến độ chính xác và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công, dạng dụng cụ, kích thước và vật liệu của chi tiết gia công Người ta xác định chuẩn quy ước cùn dao khi đạt đến giới hạn thì nó được dùng để mài sắc lại Cùn dụng cụ cắt là sự mài mòn có liên quan đến các yếu tố công nghệ mang tính quy luật mà thực tế có thể đo đạc được Các điều kiện này tương ứng với mòn dụng

cụ ở bề mặt sau

Khi gia công thô có phoi lớn, tốc độ cắt nhỏ, mòn cho phép ở mặt sau có thể cao hơn, khi gia công thép dao mòn ít ở mặt sau và mòn nhiều ở mặt trước Khi gia công gang thì hiện tượng ngược lại dao mòn nhiều ở mặt sau

Đối với gia công tinh cần đảm bảo độ chính xác của sản phẩm trên cả chiều dài của nó, do đó độ mòn dao hợp lý không nên lấy theo thời gian làm việc của dao

mà lấy theo đường đi của dao hoặc theo đơn vị chiều dài của chi tiết gia công Điều này cho phép đánh giá đúng hơn chất lượng sử dụng và khả năng của dụng cụ Khi gia công tinh các chi tiết lớn không nên chia công việc thành bước mà nên xác lập chuẩn mòn cho một chi tiết hay loại chi tiết

Từ các điều kiện trình bày trên đây có thể rút ra kết luận rằng, tiêu chuẩn mòn hay mức độ mòn dụng cụ là đại lượng quy ước, phụ thuộc vào đặc tính chất gia công , chế độ cắt, vật liệu của dụng cụ và chi tiết gia công

Trong quá trình sản xuất, nên có các chỉ tiêu khách quan để đánh giá lượng mòn cho phép mà không cần sử dụng dụng cụ đo lượng mòn cho tới khi lưỡi cắt bị phá hủy hoàn toàn Trong thực tế sản xuất, để đánh giá mức độ mòn của dụng cụ cắt theo kinh nghiệm, người ta cần quan sát các hiện tượng như: mặt phẳng sáng trên mặt cắt, thay đổi dạng phoi và mầu của nó

1.1.9 Những hiện tƣợng vật lý xảy ra trong quá trình phay

1) Nhiệt cắt:

Trong quá trình phay chi tiết gia công, dụng cụ cắt và phoi bị nung nóng Khi tăng tốc độ cắt, đặc biệt là khi cắt phoi mỏng, nhiệt độ vùng cắt sẽ tăng tới 6000

C Nếu tốc độ cắt tiếp tục tăng trong nhiều trường hợp phoi cắt sẽ bị nung nóng tới

9000C

Tương tự như các phương pháp cắt gọt thông thường, khi phay sẽ xuất hiện nhiệt cắt Nắm vững các quy luật về nhiệt cắt, cho phép giải thích được nhiều hiện tượng vật lý trong quá trình cắt như: sự mài mòn và tuổi bền của dụng cụ gia công, chất lượng bề mặt gia công

Trong quá trình cắt nhiệt được sinh ra do các nguyên nhân sau:

- Hiện tượng nội ma sát xuất hiện trong quá trình biến dạng của vật liệu gia công

- Ma sát giữa phoi với mặt trước của dụng cụ gia công

- Ma sát giữa mặt sau của dao và bề mặt chi tiết gia công

Các yếu tố chính ảnh hưởng tới hiện tượng nhiệt cắt:

- Khi tăng tốc độ cắt, nhiệt cắt sinh ra do biến dạng giảm, nhưng nhiệt cắt do

ma sát tăng, dẫn tới nhiệt cắt tăng nhưng với mức độ chậm hơn so với tăng tốc độ cắt

- Khi áp lực của phoi lên dao tăng, hệ số có rút phoi giảm, tổng công biến dạng tính cho 1 đơn vị thể tích giảm Mặt khác do tăng lượng nhiệt chạy dao, chiều dày dao lớn lên nên điều kiện truyền nhiệt tốt hơn đồng thời diện tích tiếp xúc giữa dao

và phoi mở rộng, khiến cho tăng lượng chạy dao, nhiệt cắt tăng lên nhưng không tăng theo tỷ lệ thuận

- Chiều sâu cắt t0 ảnh hưởng đến nhiệt cắt ít hơn lượng chạy dao s Khi tăng chiều sâu cắt t0 một mặt tải trọng trên đơn vị chiều dài lưỡi cắt không đổi mặt khác khi tăng t0 do góc không đổi nên phần chiều dài phần làm việc của lưỡi cắt tuy có tăng nhưng điều kiện truyền nhiệt lại tốt hơn, kết quả nhiệt chạy ít

- Khi cắt vật liệu giòn, do công biến dạng bé và lực cắt đơn vị không đáng kể nên nhiệt cắt thấp hơn vật liệu dẻo

- Nhiệt cắt phụ thuộc vào nhiệt dung, đặc biệt phụ thuộc vào tính dẫn nhiệt của vật liệu làm dao và vật liệu gia công

- Tăng góc cắt, lực cắt tăng dẫn đến nhiệt cắt tăng, nhưng khi đó góc tăng, điều kiện truyền nhiệt lại tốt hơn Do đó khi tăng góc cắt nhiệt cắt tăng nhưng không tăng tỷ lệ thuận

- Tăng góc nghiêng chính, tải trọng có tăng dẫn đến nhiệt cắt tăng nhưng khi

đó chiều dài lưỡi cắt tham gia cắt tăng lên, điều kiện thoát nhiệt tốt hơn với mức độ cao hơn khi tăng tải trọng, do đó nhiệt cắt lại giảm

- Dung dịch trơn nguội có tác dụng giảm nhiệt cắt rõ rệt Ngoài tác dụng làm nguội còn có tác dụng bôi trơn làm giảm ma sát trong quá trình cắt

2) Hiện tượng rung động trong quá trình cắt

Rung động trong suốt quá trình cắt ảnh hưởng nhiều đến độ chính xác và độ bền của dao và năng suất gia công

Rung động được chia làm 2 loại: Rung động cưỡng bức và tự rung

- Hiện tượng rung động cưỡng bức trong quá trình phay được gây ra bởi các nguyên nhân chính sau đây:

+ Do sự không cân bằng của hệ thống đầu dao

+ Khi phay xuất hiện sự va đập lúc bắt đầu cắt của răng dao và chiều dày cắt không đồng đều

+ Do phôi khi gia công có lượng dư không đều

+ Do bộ phận truyền động máy có bộ phận nào đó không cân bằng

- Hiện tượng tự rung động khi phay được gây ra bởi các nguyên nhân chủ yếu sau:

+ Do sự thay đổi lực ma sát ở mặt trước và mặt sau của dao trong quá trình cắt

+ Do sự thay đổi tính dẻo của vật liệu gia công trong suốt quá trình cắt

+ Do sự phát sinh và biến mất của lẹo dao

+ Do sự biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ

3) Hiện tượng cứng nguội trong quá trình gia công

Dưới tác dụng của lực cắt, cấu trúc mạng tinh thể ở lớp bề mặt vật liệu gia công bị thay đổi do đó dẫn tới tính chất cơ lý tính lớp bề mặt như độ cứng, bề mặt ứng xuất dư, hiện tượng trên đây gọi là hiện tượng cứng nguội sau quá trình cắt Sau khi gia công do kết quả lan truyền của biến dạng dẻo nên cấu trúc mặt tinh thể thay đổi do đó lớp bề mặt của chi tiết bị biến cứng

Mức độ cứng nguội xảy ra trong quá trình cắt phụ thuộc vào mức độ biến dạng lớp bề mặt trong quá trình cắt Nói cụ thể hơn mức độ cứng nguội phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Bán kính góc lượn của mũi dao

- Góc trước và góc sau của dao

4)Tuổi bền và tốc độ cắt khi phay

Tuổi bền của dao phay là khoảng thời gian giữa hai lần mài lại sau khi mặt sau

Đối với dao thép gió m = 0,15 đến 0,33

Đối với dao phay hợp kim cứng m = 0,2 đến 0,6

Tốc độ cắt phụ thuộc vào tuổi bền được tính bằng công thức sau:

Z x m

q

ZBstT

D.C

v v v v

- Tăng thông số cắt B, t, s sẽ tăng thể tích lớp cắt do đó tăng lực cắt và nhiệt cắt Trường hợp này phải giảm tốc độ cắt

- Nếu tăng số răng dao, sẽ tăng đồng thời nhiều răng tham gia cắt tăng lực cắt

và nhiệt cắt, trường hợp này cũng phải giảm tốc độ cắt

- Khi dùng dung dịch trơn nguôi, tốc độ cắt có thể tăng lên rất nhiều

- Sử dụng vật liệu gia công khác nhau sẽ ảnh hưởng đến tốc độ cắt thông qua

hệ số điều chỉnh KVL

1.2 CÁC LOẠI DAO PHAY

* Theo tính năng công nghệ người ta chia ra các loại dao phay sau:

- Dao gia công mặt phẳng

- Dao gia công rãnh và rãnh then hoa

- Dao gia công các mặt định hình

- Dao gia công bánh răng và ren

- Dao gia công các mặt tròn xoay

- Dao dùng để cắt vật liệu

* Theo đặc điểm cấu tạo người ta chia ra:

- Theo phương của răng có : Răng thẳng, răng nghiêng, răng xoắn và răng các phương khác nhau

- Theo kết cấu của răng : Răng nhọn, răng hớt lưng (răng tù)

- Theo kết cấu bên trong: Dao phay liền, dao phay ghép, dao phay răng chắp, dao phay lắp ráp

- Theo phương pháp kẹp chặt : Dao có lỗ, dao phay ngón, dao phay có đuôi hình trụ hoặc có đuôi hình côn

Ngoài phân loại dao theo tính năng công nghệ, đặc điểm cấu tạo người ta còn dựa theo khả năng làm việc và hiệu quả sử dụng để chế tạo loại dao phay kiểu mới

* Dao phay kiểu mới:

Kết cấu của dao phay ảnh hưởng

lớn tới khả năng làm việc của dao và

hiệu quả sử dụng chúng Phương hướng

chính để chế tạo dao phay hợp kim cứng

kiểu mới là dùng kết cấu của lắp ráp từ

các mảnh hợp kim cứng thay thế (khi

mòn ta chỉ việc thay thế các mảnh mới)

(Hình 1.8)

Hình 1.8 - Dao phay kiểu mới

Nhờ kẹp bằng cơ khí, cho phép xoay các mảnh hợp kim cứng để thay đổi các lưỡi cắt và cho phép sử dụng dao phay không cần phải mài lại Sau khi các mảnh nàu bị mòn hết, ta chỉ việc thay nhanh các mảnh mới Thời gian để hồi phục dao phay giảm xuống rất nhiều Nhà máy chế tạo dao cung cấp cho mỗi dao 8 - 10 mảnh thay thế

So với các mảnh hàn, việc sử dụng các mảnh lắp ghép thay thế có những ưu điểm sau đây:

- Tuổi bền cao hơn (cao hơn 30%) do không phải hàn và mài lại (quá trình mài lại làm giảm tính chất của hợp kim cứng)

- Thay đổi nhanh

- Có thể sử dụng hợp kim cứng, có khả năng chống mòn cao (loại hợp kim này dễ bị nứt khi hàn và khi mài)

- Có khả năng mạ một lớp hợp kim chống mòn (cácbit titan, nattri titan)

- Tăng nhanh phần trăm hoàn lại khi mài của lớp hợp kim (từ 15- 20% đối với dụng cụ hàn, lên tới 90%) đối với dụng cụ dùng mảnh hợp kim thay thế

- Giảm thời gian phụ cần thiết để thay đổi và điều chỉnh dao mòn

- Giảm số loại dao, đơn giản trong việc trang bị dụng cụ

- Có khả năng tập trung sản xuất các bộ phận, thay thế cho các loại dụng cụ khác nhau (dao tiện, dao phay, dao chuốt )

- Các kích thước và thông số hình học của dao được cố định, điều này đặc biệt quan trọng đối với các máy điều khiển theo chương trình số

Hình 1.8 là dao phay mặt đầu có lỗ trong với các mảnh hợp kim thay thế Loại dao này dùng để gia công tinh và nửa tinh mặt phẳng chi tiết bằng thép và gang Dao cũng có thể để phay thô chi tiết với lượng dư không quá 5mm Độ đảo mặt đầu của các lưỡi dao là 0,02 - 0,03mm

Các mảnh hợp kim cứng có lỗ tròn được lắp lỏng trên chốt và dùng đinh vít kẹp chặt xuống mặt tựa của dao (dạng lòng máng) Nhà máy "Dao phay" đã sản xuất các dao phay mặt đầu có đường kính 100mm; 125mm và 160mm với các mảnh hợp kim tròn không mài lại (hợp kim BK và TK) Kết quả của dao phay cho phép

sử dụng toàn chu vi phần cắt của các mảnh hợp kim

1.2.1 Dao phay mặt đầu - Các đặc trƣng cơ bản khi gia công

1) Khái niệm về dao phay mặt đầu

Dao phay mặt đầu được dùng để gia công các mặt phẳng trên máy phay đứng

và ngang Dao phay mặt đầu khác dao phay mặt trụ ở chỗ là răng của dao phay mặt đầu nằm ở cả bề mặt trụ và mặt đầu Theo kết cấu, dao mặt đầu chia ra làm 2 loại: Dao liền và dao chắp có răng lớn và răng bé Các thông số hình học cơ bản của dao mặt đầu bao gồm:

Cũng như dao phay trụ, dao phay

mặt đầu được chia ra làm 2 loại theo

chiều quay: Dao phải và dao trái (qui

ước theo chiều quay của kim đồng hồ)

Ưu điểm của dao phay mặt đầu

với dao phay trụ là:

+ Có độ cứng vững cao hơn khi kẹp nó

trên trục chính của máy

+ Quá trình làm việc êm hơn vì nhiều

răng cùng làm việc đồng thời Hình 1.9 - Các loại dao phay mặt đầu

Dao phay mặt đầu có các lưỡi dao bằng hợp kim cứng được sử dụng rất rộng rãi Phay mặt phẳng bằng loại dao này có năng suất cao hơn so với dao phay trụ

Mặt khác dao phay mặt đầu thể hiện một cách tường minh nhất các bản chất công nghệ của quá trình phay Khi phay bằng dao phay mặt đầu người ta dễ dàng sử dụng các dao được chế tạo từ vật liệu có độ bền cao dưới dạng các dao phay răng chắp Chính vì thế khi gia công mặt phẳng người ta thường sử dụng dao phay mặt đầu Khác với dao tiện làm việc liên tục, lưỡi cắt của dao phay mặt đầu làm việc gián đoạn và chịu va đập với tần số va đập bằng tần số góc của trục chính (phay bề mặt liên tục) và chịu lực va đập lớn nhất khi phay thuận Do đó, trong suốt quá trình

ở môi trường làm việc cao, lưỡi cắt của dao phay thường bị sứt, vỡ Sự phá hỏng lưỡi cắt này xảy ra không đều trên các răng Các vết nứt thường lớn nên mài rất khó Hơn nữa, dao phay là dụng cụ cắt nhiều lưỡi nên đòi hỏi khá cao về vị trí tương quan của các lưỡi cắt so với tâm dao Một số dao phay mặt đầu như (hình 1.9)

Với dao phay mặt đầu có đường kính  80 và  150 có các yêu cầu sau:

Độ đảo hướng kính của lưỡi cắt chính không quá: 0,05 với 2 răng không kề nhau và 0,08 với 2 răng đối diện

Độ đảo mặt đầu của lưỡi cắt phụ không quá : 0,05

Việc mài sắc dao phay phải được thực hiện trên đồ gá chuyên dùng và máy mài sắc vạn năng Từ các nguyên nhân trên đây ta thấy việc sử dụng dao phay có kết cấu liền hoặc hàn là không hợp lý Hiện nay trên thế giới đã có nhiều những mảnh dao phay mặt đầu ghép vào thân bằng các kết cấu khác nhau (chủ yếu ghép bằng cơ khí)

So với dao phay liền hoặc dao phay hàn thì dao phay mặt đầu ghép mảnh có các ưu điểm sau:

- Cơ tính cắt của lưỡi cắt cao hơn và cho phép sử dụng các mảnh dao có độ bền cao

- Tiết kiệm được vật liệu quý hiếm

- Thay thế, phục hồi đơn giản thuận tiện

- Hiệu quả kinh tế cao

Trong đề tài tác giả chọn đối tượng nghiên cứu là phay mặt phẳng nằm ngang, do đó việc dùng dao phay ngón lắp mảnh hợp kim sẽ có tính năng như dao phay mặt đầu lắp mảnh hợp kim, mà vẫn đáp ứng được các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật đối với nguyên công phay

2) Thông số hình học của dao phay mặt đầu

Ngoài một số có kết cấu tương tự như những dụng cụ cắt khác, dao phay mặt đầu còn có một số các thông số và đặc điểm kết cấu khác:

Mỗi răng của dao phay mặt đầu có 3

lưỡi cắt (Hình 1.10) Khi phay bằng mặt đầu

thì lưỡi 2 - 3 là lưỡi cắt chính, lưỡi 3 - 4 là

lưỡi cắt phụ, còn lưỡi 2 - 1 không làm việc

Khi phay mặt phẳng thẳng đứng bằng lưỡi

trên mặt trụ thì chỉ có một lưỡi 1- 2 tham gia

cắt Lúc này dao phay mặt đầu làm việc

giống như dao phay trụ và vai trò của góc

giống như dao phay trụ phay thành đứng

Đối với dao phay mặt đầu làm bằng

hợp kim cứng thường làm răng chắp, lúc đó

phần cắt răng dao phay giống như dao tiện

(Hình 1.11) nó chỉ có một lưỡi cắt chính và

một lưỡi cắt phụ Hình 1.10 - Cấu tạo dao phay mặt đầu

Ngoài ra để tăng sức bền của lưỡi cắt và tuổi bền của dao, người ta làm thêm một lưỡi cắt nối tiếp có chiều dài f0 bằng khoảng 1-1,5mm với góc nghiêng hoặc thay bằng cung tròn bán kính r

Góc  và ao được đo trong tiết diện chính A- A

Góc  tại một thời điểm của lưỡi cắt chính là góc giữa mặt phằng tiếp xúc với mặt trước và mặt đáy đi qua điểm đó, đo trong tiết diện chính (mặt đáy là mặt phẳng chứa trục dao và điểm đang xét)

Góc ao tại một điểm của lưỡi cắt chính góc giữa mặt phẳng tiếp xúc với mặt sau và mặt tiếp xúc tại điểm đó, đo trong tiết diện chính

Góc trước hướng kính 1 là góc giữa tiếp tuyến với vết của mặt trước và phương hướng kính tại một điểm của lưỡi cắt đo trong tiết diện mặt đầu

Góc trước hướng trục 2 là góc giữa tiếp tuyến với mặt trước và phương hướng kính tại một điểm của lưỡi cắt và phương hướng trục đo trong tiết diện chứa véc tơ tốc độ cắt và song song với trục dao phay đo trong tiết diện đó

Mối quan hệ được biểu diễn bằng các biểu thức sau:

Tg = tg2 cos + tg1sin

Tg1 = tg sin + tgcoskhi  > 0

Tg1 = tg sin - tgcoskhi  < 0 ( 1.11)

Tg2 = tg cos - tgsinkhi  > 0

Tg2 = tg sin + tgsinkhi  < 0

Tg = tg2 sin - tg1coskhi > 0

Tg = tg2 sin + tg1coskhi < 0

Góc sau trong quan hệ mặt đầu và tiết diện chính có quan hệ sau:

Tgn = Tg Sin/ cos (1.12)

Ở đây : là góc nâng của lưỡi cắt chính

3) Các yếu tố của chế độ cắt khi phay và lớp kim loại bị cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu:

a Chiều sâu cắt (t): Là kích thước lớp kim loại bị cắt đo theo phương vuông

góc với trục của dao phay ứng với góc tiếp xúc ψ Khi phay bằng dao phay mặt đầu thì:g

- Phay không đối xứng t được đo ứng với cunchắn góc tiếp xúc ψ

Hình 1.11 - Thông số lớp cắt khi phay bằng dao mặt đầu

- Phay đối xứng thì t bằng chiều rộng chi tiết

b Chiều rộng lớp cắt (b) khi phay mặt đầu: Trường hợp này giống như

tiện có chiều rộng không đổi

c Góc ti p xúc: Là góc ở tâm của dao chắn cung tiếp xúc giữa giao và chi

D

t2

d Chiều dày cắt (a): Sau khi bàn máy dịch chuyển một lượng Sz thì quỹ đạo của lưỡi cắt dịch chuyển một đoạn từ vi trí 1 đến vị trí 2 và lưỡi dao cắt một lớp kim loại có chiều dày aM Theo hình 1.11 : aM = nsin = Sz sincos

2



, khi răng dao thoát khỏi vùng tiếp xúc

Tại tiết diện B-B với  =

Tại tiết diện A- A với  = 0 thì: aMax = Sz sin (1.16)

Tại tiết diện C- C với  = -

e Diện tích cắt khi phay bằng dao mặt đầu:

Diện tích do một răng cắt: fi = ai bi

1.2.2 Lực cắt trong quá trình phay bằng dao phay mặt đầu

1) Ý nghĩa của việc xác định lực cắt trong gia công cắt gọt

Việc tiến hành nghiên cứu lực cắt là rất quan trọng Từ lực cắt, ta có thể tính được công suất tiêu hao trong quá trình cắt

Thông qua lực cắt, ta có thể đánh giá được tính gia công của các vật liệu tạo

cơ sở xác định chế độ cắt tối ưu cho các loại vật liệu gia công khác nhau ứng với các loại vật liệu dụng cụ cắt khác nhau

Xác định được lực cắt chính xác, cho phép tối ưu hóa thiết kế hệ thống công nghệ, tính và đưa ra được giải pháp và giảm được rung động trong quá trình cắt, qua

đó nâng cao được độ chính xác gia công

Lực cắt khi phay đạt giá trị lớn nên đòi hỏi các máy phay có công suất lớn, đặc biệt là các máy phay nhiều trục chính

Lực cắt là nguyên nhân gây biến dạng mà đặc trưng là "Độ cứng vững hệ thống công nghệ"

2) Mô hình lực cắt khi phay mặt đầu:

Đối với dao phay mặt đầu, vị trí tương đối giữa dao và chi tiết có ảnh hưởng lớn đến tỷ lệ giữa các lực thành phần Cũng như dao phay trụ ta có thể phân tích lực tổng hợp R nằm trong mặt phẳng vuông góc với đường tâm dao khi phay ra các lực như sau: Pz, Pr, Pn, Pd, Po (hình 1.12)

Ta có thể phân tích mối quan hệ giữa các lực thành phần với lực vòng Pz như sau:

- Khi phay đối xứng:

Hình 1.12 - Lực cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu

Khi phay không đối xứng theo dạng phay thuận

Lực hướng kính PR hướng vuông góc với phương trục chính của máy phay

Nó có xu hướng đẩy nghiêng trục gá dao trong quá trình gia công Đồng thời nó còn tạo ra các áp lực lên các ổ trục chính của máy phay đứng, do đó gây ra các mô men

ma sát phụ lên ổ Giá trị của lực này dùng để tính sức bền trục gá dao và các ổ trục chính của máy

Lực vuông góc với phương chuyển động Pđ(Py) Đối với phay mặt đầu (không đối xứng) gây nên các biến đổi cơ tính lớp bề mặt đã gia công Khi phay mặt đầu, giá trị lực Pđ được xác định khi tính toán lực kẹp chi tiết gia công

Thành phần lực nằm song song với phương chạy dao PN(PX) còn được gọi là lực chạy dao Tùy theo phay thuận hay phay nghịch mà nó có tác dụng tăng hay khử

độ dơ của cơ cấu truyền động vít me đai ốc Khi tính toán đồ gá kẹp chi tiết và cơ cấu chạy dao người ta dựa theo lực này

R Pz

Trong trường hợp phay mặt đầu đối xứng: Dấu cộng ứng với trường hợp phay nghịch , dấu trừ ứng với trường hợp phay thuận

Khi biết giá trị của Pz Pn và Pd ta có thể tính được giá trị của Pr

Trong quá trình cắt, lực cắt tác dụng lên từng răng luôn luôn thay đổi phụ thuộc vào sự thay đổi của diện tích cắt Ta có thể tính các lực cắt thành phần tức thời tác dụng lên từng răng dao tham gia cắt trong cung tiếp xúc  Tổng các thành phần lực cùng tên đó chính là lực tác dụng lên toàn thân dao trong những phương đã xác định

1.2.3 Hiện tƣợng mài mòn của dao phay mặt đầu khi cắt

1) Sự mài mòn của dao:

Mài mòn của dụng cụ cắt là một quá trình phức tạp xảy ra kèm theo những hiện tượng lý hóa ở nơi tiếp xúc của dụng cụ cắt với phoi và vật liệu gia công

Khi mài mòn, hình dạng của dao, lực cắt, mức độ biến dạng dẻo của lớp bề mặt bị thay đổi, do đó cơ tính lớp bề mặt, nhiệt cắt bị thay đổi

Sự mài mòn dụng cụ cắt xảy ra trong điều kiện khốc liệt hơn nhiều so với sự mài mòn của chi tiết máy Do vậy, khi cắt các dao cắt phải chịu áp lực pháp tuyến lớn So với các chi tiết máy làm việc thì áp lực của dao tăng từ 300  400 lần và nhiệt độ tập trung vào một diện tích rất bé

Có nhiều hình thức mài mòn dụng cụ cắt, tùy theo điều kiện cắt, tính chất vật liệu gia công và vật liệu làm dao mà dụng cụ cắt có thể bị mài mòn theo những hình thức sau đây:

Mài mòn theo mặt sau (hình 1.13a)

Mài mòn theo mặt trước (hình 1.13b)

Mài mòn đồng thời cả mặt trước và mặt sau (hình 1.13c)

Làm tròn bán kính lưỡi cắt (hình 1.13d)

Khi gia công tinh độ lớn của lượng mòn cho phép phụ thuộc vào độ chính xác gia công và độ nhám bề mặt của chi tiết gia công (Đối với dụng cụ gia công tinh, người ta quy định một tiêu chuẩn mài mòn của dao cho phép đảm bảo độ nhám

và độ chính xác gia công đã cho)

Tốc độ mài mòn của dao phụ thuộc và rất nhiều các thông số hình học của dao Do đó góc độ của dao phải được lựa chọn sao cho trong quá trình làm việc dao

bị mài mòn ít nhất

2) Các cơ ch mài mòn lƣỡi cắt của dụng cụ gia công

Tùy thuộc vào điều kiện cắt khác nhau mà dụng cụ cắt gọt bị mài mòn theo những cơ chế sau đây:

- Mài mòn do dính

- Mài mòn so cào xước

- Mài mòn do khuếch tán

- Mài mòn do ăn mòn hóa học

a) Mài mòn do cào xước:

Khi cắt với tốc độ cắt thấp, sự mài mòn chủ yếu xảy ra do kết quả ma sát giữa mặt trước của dụng cụ với phoi và giữa các chi tiết với mặt sau của dao Một số trường hợp, độ cứng của một số tạp chất có trong vật liệu gia công còn cao hơn độ cứng của vật liệu làm dao, nên trong quá trình cắt chúng cào xước bề mặt dụng cụ tạo thành những rãnh song song theo phương thoát phoi Phần lớn thép hợp kim dụng cụ bị mài mòn theo dạng này

Hình 1.13 - Các dạng mài mòn phần cắt dụng cụ

Mòn do cào xước là một quá trình rất phức tạp, do đó có rất nhiều biểu đồ mòn của dụng cụ Thí dụ mòn có thể xảy ra như sau: Khi dịch chuyển tương đối phần rắn 1 của dụng cụ theo bề mặt kim loại bị mềm hóa sẽ tách ra một vảy mỏng dưới dạng phoi

Phoi bị tách ra tự biến dạng và làm hóa cứng rất nhiều phần tử cứng hơn phần tử 1 ở tiết diện 2- 3 và cuối cùng bị bật ra Thép nhóm austenits có đặc tính rất

dễ hóa cứng Như vậy kết quả biến dạng ở phoi xuất hiện chuyển pha với sự tách ra của các hạt nhỏ Cacbit làm mòn bề mặt ma sát Do ảnh hưởng của áp suất và nhiệt

độ cao đạt trị số lớn ở các đoạn cục bộ trên các bề mặt ma sát tạo ra các lớp oxit rất mỏng, các màng mỏng oxit này có ảnh hưởng rất lớn đến mòn

Ở mối ghép chặt chúng bảo vệ các mặt ma sát tốt làm giảm độ mòn của chúng

Ở mối ghép lỏng chúng sẽ bị tách ra ở dạng bụi cực nhỏ, bụi này làm tăng

ma sát và mòn các bề mặt làm việc Vì thế các đặc tính về tính chất cơ lý của kim loại vẫn chưa thể xác định được hoàn toàn khả năng mài mòn của dụng cụ Trong mối quan hệ này chỉ số quan trọng nhất là cấu trúc của vật liệu Khả năng chịu mài mòn của thép các bon lớn khi tăng hàm lượng Các bon Ở thép hợp kim do tăng các phần tử cacbit, vonfram, molipden, mangan, vanani và crom (mài mòn sẽ tăng)

b) Mài mòn vì nhiệt:

Ở tốc độ cắt tương đối cao, khi nhiệt độ đạt đến một giá trị nào đó, cấu trúc

tế vi của các lớp bề mặt dao thay đổi có độ bền giảm đi dẫn tới dao chóng bị mòn

c) Mài mòn oxy hóa:

Ở tốc độ dao cắt cao, những lớp trên bề mặt làm việc của dao có thể bị ô xi hóa Lớp này giòn nên dễ bị phá hủy và quá trình phá hủy cứ tiếp tục như vậy xẩy

ra, dạng mài mòn như vậy gọi là mòn ô xy hóa

d) Mài mòn vì dính:

Một trong những dạng mài mòn của dụng cụ thường gặp nhất là dạng mài mòn vì dính Khi cắt do áp xuất và nhiệt độ cao, phoi cắt thoát ra dính vào mặt trước của dụng cụ Khi chuyển động phoi sẽ dứt đi từng mảng nhỏ ở mặt trước của

dao Kết quả là trên mặt trước của dao sé xuất hiện những vêt lồi lõm, đây là dạng mài mòn vì dính

Cơ chế mòn do dính: Các bề mặt tiếp xúc của phoi và cạnh trước của dao không phải là phẳng lý tưởng mà khi tiếp xúc chúng chỉ chạm nhau ở các phần lồi Điều này gây nên tải cục bộ lớn, phá hỏng màng mỏng ô xít bảo vệ, kết quả xảy ra hàn nguội kim loại của phoi với dụng cụ ở chỗ thực sự có tiếp xúc Điều này rõ hơn

ở nhiệt độ thực sự tương đối cao gây biến dạng cục bộ và phá hủy màng mỏng bảo

vệ Khi phoi chuyển động liên tục trên dao ở các chỗ tiếp xúc xuất hiện ứng suất cắt

do vậy ở mặt trước của dụng cụ, bứt ra các vật kim loại rất mỏng Khả năng bứt ra

do tính không đồng nhất của vật liệu dụng cụ có trên bề mặt của nó Một số các đoạn bị mềm bởi sự thay đổi tương quan của các vật liệu gia công với vật liệu chế tạo dụng cụ trong quá trình cắt ở các nhiệt độ cắt khác nhau

Mòn dính không những xảy ra khi gia công vật liệu dẻo mà còn ở các vật liệu giòn, như thép tôi và gang Khi gia công các vật liệu cứng và giòn bằng các dao hợp kim cứng và gốm, do độ cứng của thép tôi và gang Xêmentit kém hơn so với Cacbit vonfram, titan vốn là các cấu thành của hợp kim cứng, nên vẫn có hiện tượng mài mòn do dính xảy ra

e) Mài mòn vì khuếch tán:

Khi cắt bằng dao hợp kim cứng ở tốc độ cắt cao, lúc nhiệt độ đạt 900 

10000C thì dao thường bị mài mòn vì khuếch tán, một số trường hợp có thể xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn vào khoảng 500  6000C Điều đó có thể giải thích là do sự tương tác hóa học giữa vật liệu gia công và vật liệu làm dao Thật vậy Titan là một trong các thành phần của các vật liệu chịu nóng đồng thời cũng là thành phần của hợp kim cứng (nhóm TK, và TTK) Do sự tương tác hóa học như vậy nên khi cắt các nguyên

tử của vật liệu làm dao khuếch tán vào phoi và bề mặt chi tiết gia công , kết quả là dao bị mài mòn rất nhanh

Trong quá trình cắt ở nhiệt độ cao (đến 110  11500C) tỷ lệ độ cứng tiếp xúc của thép gia công dẻo với dụng cụ hợp kim cứng giảm vì thế mòn do mài mòn, mòn

do dính sẽ giảm, do đó tuổi thọ của dụng cụ sẽ tăng Song thực tế trong các điều

kiện này xảy ra mòn cưỡng bức ở dụng cụ cắt mặc dù giảm đáng kể lực cắt, (ví dụ khi gia công vật liệu được nung nóng nhân tạo hay là cắt với tốc độ cắt cực cao)

Phù hợp với quy luật Parapol về độ tăng của mòn khuếch tán, tốc độ hòa tan rất cao ở thời điểm khuếch tán Trong quá trình cắt, thời gian tiếp xúc của phoi, bề mặt cắt và dao được tính bằng thành phần phần trăm hay phần nghìn của giây nhưng sự tiếp xúc này luôn ngập vào các vật liệu gia công mới Điều này tạo điều kiện để bắt đầu giai đoạn khuếch tán mạnh, sẽ ảnh hưởng đến cường độ mòn dụng

cụ cắt

Đối với dụng cụ gia công bằng gốm Al2O3, do có tính trơ nên dao cắt không

bị mòn do khuếch tán nên có thể gia công với tốc độ cắt rất cao ở nhiệt độ cao

3) Độ mòn của dao phay mặt đầu:

Dao phay mặt đầu thường cắt phoi có chiều dày lớn, cộng thêm mặt cung tiếp xúc lớn nên thời gian phoi trượt trên mặt trước lâu hơn, vì vậy dao thường bị mòn cả theo mặt trước và cả mặt sau Khi răng bị mòn mặt trước có dạng lõm ( hình 1.14 ) và tốc độ mòn càng lớn khi phay cao tốc độ bằng dao có góc trước âm

Giá trị của góc trước và góc sau có

ảnh hưởng đến độ mòn theo mặt trước và

mặt sau

Đối với dao phay mặt đầu có góc

nghiêng chính  < 900 khi đo độ mòn

theo mặt ta dùng đoạn 1- 2 làm chuẩn để

đo độ mòn h3

Hình 1.14 - Sơ đồ mòn dao phay mặt đầu

Khi gia công các mặt phẳng có chiều dài lớn bằng dao phay mặt đầu, thực tế cho thấy mức độ mòn của dao phay có ảnh hưởng lớn đến độ chính xác của chi tiết gia công Lúc này đứng trên quan điểm về độ chính xác gia công ta cần có tiêu chuẩn lượng mòn cho phép khác mà độ chính xác của kích thước gia công là tiêu chuẩn xác định lượng mòn này

Cụ thể là độ mòn của dao phay được đo theo phương vuông góc với mặt phẳng gia công, lượng mòn này là một trong những nguyên nhân gây ra sai số của kích thước gia công h (Hình 1.14)

Như vậy, ngoài việc đảm bảo độ mòn theo mặt trước và mặt sau khi phay để đảm bảo điều kiện cắt gọt bình thường thì độ mòn ảnh hưởng đến độ chính xác gia công cũng cần phải quan tâm tới

1.3 GIỚI THIỆU VỀ MÁY PHAY

1.3.1 Các loại máy phay:

Tùy theo mỗi nước có sự thống nhất các ký hiệu quy ước cho các máy sản xuất ở nước mình (Mỗi máy có một số hiệu riêng) Ở Liên Xô (cũ) số đầu tiên ký hiệu nhóm máy (máy tiện,máy khoan,máy phay ) số máy thứ hai ký hiệu loại máy,

số thứ ba (đôi khi cả số thứ 4) đặc trưng cho kích thước của máy Trong nhiều trường hợp giữa số thứ nhất và thứ hai có thêm chữ cái tiếng Nga Chữ cái đó cho biết là máy đã được cải tiến Đôi khi chữ cái được ghi ở cuối để cho biết phạm vi sử dụng của máy đã được cải tiến (Ví dụ:ΓІ – có độ chính xác cao; ΓЁ- có độ chính xác cao và tốc độ lớn; Φ – máy điều khiển theo chương trình.v.v )

Tất cả các loại máy phay đều thuộc nhóm 6 vi vậy số đầu tiên của ký hiệu số

là số 6 Nhóm máy phay được chia ra những loại như sau:

- Máy phay ngang công xôn

- Máy phay ngang công xôn vạn năng

- Máy phay đứng công xôn (có bàn quay)

- Máy phay đứng công xôn

- Máy phay vạn năng có độ chính xác cao

- Máy phay đứng có bàn máy hình chữ thập

- Máy phay giường

- Máy phay giường một trụ và hai trụ

- Máy phay chép hình

- Máy phay chép hình có cơ cấu vẽ truyền

- Máy phay chép hình để gia công thể tích