Nghiên cứu ảnh hưởng của bôi trơn tối thiểu tới nhấp nhô bề mặt và tuổi bền mũi khoan khi khoan thép gió φ 12 do nhà máy dụng cụ cắt hà nội chế tạo

Trong quá trình cắt, vùng tạo phoi 1 luôn di chuyển cùng với dao, những lớp kim loại liền kề với mặt trước của dao chịu biến dạng lớn hơn các lớp phía trên, các hạt tinh thể bị kéo dài t

-

Nguyễn Văn Cừ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN TỐI THIỂU TỚI NHẤP NHÔ BỀ MẶT VÀ TUỔI BỀN MŨI KHOAN KHI KHOAN THÉP CT3 BẰNG MŨI KHOAN THÉP GIÓ Ф12

DO NHÀ MÁY DỤNG CỤ CẮT HÀ NỘI CHẾ TẠO

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

CHẾ TẠO MÁY

-

Nguyễn Văn Cừ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN TỐI THIỂU TỚI NHẤP NHÔ BỀ MẶT VÀ TUỔI BỀN MŨI KHOAN KHI KHOAN THÉP CT3 BẰNG MŨI KHOAN THÉP GIÓ Ф12

DO NHÀ MÁY DỤNG CỤ CẮT HÀ NỘI CHẾ TẠO

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

CHẾ TẠO MÁY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Nguyễn Trọng Bình

-0-

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Bản luận văn tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu của

cá nhân, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, kết hợp nghiên cứu thực nghiệm và dưới sự hướng dẫn khoa học của:

PGS.TS Nguyễn Trọng Bình

Các số liệu, mô hình thực nghiệm và kết quả tính toán trong luận văn là trung thực, chưa từng được công bố dưới bất cứ hình thức nào trước khi trình luận văn, bảo vệ và công nhận bởi “Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ”

LỜI CẢM ƠN

Xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Trọng Bình đã tận tình hướng dẫn trong quá trình thực hiện luận văn và quý thầy cô Viện Cơ khí, Viện Đào tạo sau đại học Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã truyền dạy những kiến thức quý báu trong chương trình cao học và giúp đỡ hỗ trợ để hoàn thành bản luận văn

Tôi cũng xin được cảm ơn Trường Cao đẳng nghề Dầu Khí và Tập Đoàn Dầu Khí Quốc Gia Việt Nam đã tổ chức khóa cao học và hỗ trợ học phí để tôi có điều kiện hoàn thành khóa cao học và đủ điều kiện tham gia bảo vệ luận văn thạc

Danh mục các bảng 10

Danh mục các hình vẽ, đồ thị 11

MỞ ĐẦU 13

CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH GIA CÔNG CẮT GỌT 18

1.1.3.Hiện tượng lẹo dao khi cắt 21

1.1.3.1.Ảnh hưởng của tốc độ cắt 21

1.1.3.3.Ảnh hưởng của chiều dày cắt 22

1.1.4.2 Ảnh hưởng của góc cắt 24

1.1.4.3 Ảnh hưởng của góc nghiêng chính 24

1.1.4.4 Ảnh hưởng của chế độ cắt 25

1.2 NHIỆT CẮT VÀ SỰ PHÂN PHỐI CỦA NHIỆT CẮT TRONG QUÁ TRÌNH

1.2.1 Nhiệt cắt 26

1.2.1.2 Nhiệt sinh ra trên bề mặt tiếp xúc của phoi và mặt trước của dao 26

1.2.1.3 Nhiệt sinh ra trên bề mặt sau tiếp xúc với mặt cắt 27

1.2.1.4 Các nhân tố ảnh hưởng đến nhiệt cắt 29

1.2.2 Sự phân bố của nhiệt cắt 33

1.2.2.2 Nhiệt truyền vào dụng cụ 34

1.2.2.4 Nhiệt truyền vào môi trường 34

1.3.1 Qúa trình mòn của dụng cụ 36

1.3.2 Các dạng mài mòn phần cắt dụng cụ 36

1.3.2.1 Mòn theo mặt sau 36

1.3.2.2 Mòn theo mặt trước 36

1.3.2.3 Mòn mặt trước-mặt sau 37

1.3.2.4 Mòn tù lưỡi cắt 37

1.3.3 Bản chất vật lý của sự mài mòn dụng cụ 37 1.3.3.1 Mòn hạt mài 38

1.3.3.2 Mòn tiếp xúc 38

1.3.3.3 Mòn khuếch tán 38

1.3.3.4 Mòn ô-xy hóa 38

1.3.3.5 Mòn chảy dính 39

1.3.4 Quy luật mài mòn của dụng cụ 39

1.3.5 Các chỉ tiêu đánh giá sự mài mòn của dụng cụ 40

1.3.5.1 Mòn tối ưu 41

1.3.5.2 Mòn công nghệ 42

1.4 ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH CẮT KHI KHOAN 42

1.4.1 Các thông số cơ bản của dao khoan 42

1.4.1.1 Các thông số cơ bản của chế độ cắt 43

1.4.1.2 Các thông số hình học cơ bản của dao khoan 45

1.4.2 Cơ sở lý thuyết của quá trình cắt khi khoan 49

1.4.2.1 Quá trình tạo phoi khi khoan 49

1.4.2.2 Nhiệt cắt khi khoan 50

1.4.2.3 Lực cắt khi khoan 51

1.4.2.4 Các nhân tố ảnh hưởng đến lực cắt khi khoan 54

1.4.2.5 Sự mài mòn của dao khoan 56

1.4.3 Mô hình quá trình khoan 57

1.4.4 Những ảnh hưởng của các thông số tới tuổi bền của dao khoan 57

1.4.4.1 Mòn và tuổi bền của dao khoan 57

1.4.4.2 Ảnh hưởng của vật liệu và hình dáng hình học đến tuổi bền của dao 58 1.4.5 Mối quan hệ giữa các thông số 59

1.4.5.1 Quan hệ giữa tuổi bền và vận tốc cắt 59

1.4.5.2 Quan hệ giữa lượng mòn của dao khoan với thời gian cắt 60

1.4.5.3 Quan hệ giữa độ mòn và độ nhám với áp suất phun làm mát 62

1.4.6 Phương pháp xác định tuổi bền của dao khoan 63

1.4.7 Giới hạn vấn đề nghiên cứu 63

1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG I 64

CHƯƠNG II - CÔNG NGHỆ BÔI TRƠN LÀM NGUỘI 65 2.1 VAI TRÒ CỦA CÔNG NGHỆ BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TRONG GIA CÔNG CẮT GỌT 65

2.1.1 Tác dụng bôi trơn của dung dịch 65

2.1.2 Tác dụng làm nguội của dung dịch 66

2.1.3 Tác dụng làm sạch thiết bị 67

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP BÔI TRƠN-LÀM NGUỘI 67

2.2.1 Gia công khô 67

2.2.2 Bôi trơn - làm nguội theo kiểu tưới tràn 67

2.2.3 Bôi trơn – làm nguội tối thiểu 68

2.2.4 Giảm nhiệt vùng cắt bằng dòng khí lạnh 68

2.3 ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH BÔI TRƠN LÀM NGUỘI KHI KHOAN 69

2.4 ƯU ĐIỂM CỦA BÔI TRƠN – LÀM NGUỘI TỐI THIỂU KHI KHOA 69

KẾT LUẬN CHƯƠNG II 70 CHƯƠNG III - NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU TỚI NHẤP NHÔ BỀ MẶT VÀ TUỔI BỀN MŨI KHOAN KHI KHOAN BẰNG THỰC NGHIỆM 72 3.1 XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM 72

3.1.1 Mô hình thí nghiệm 72

3.1.1.1 Đặt vấn đề 72

3.1.1.2 Sơ đồ thí nghiệm 72

3.1.1.3 Mô hình thí nghiệm 73

3.1.2 Điều kiện thí nghiệm 73

3.2 TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM VÀ XỬ LÝ KẾT QUẢ 74

3.2.1 Bôi trơn tưới tràn và bôi trơn tối thiểu P = 5 Kg/cm2 74

3.2.1.1 Phương pháp tiến hành thí nghiệm 74

3.2.1.2 Số liệu thí nghiệm và xử lý các số liệu thí nghiệm 75

3.2.1.3 So sánh bôi trơn tưới tràn và bôi trơn – làm nguội tối thiểu P = 5 Kg/cm2 77

3.2.2 Ảnh hưởng của bôi trơn tối thiểu đến các thông số Δ và T 79

3.2.2.1 Xây dựng sơ đồ quy hoạch thực nghiệm 79

3.2.2.2 Phương pháp tiến hành thí nghiệm 79

3.2.2.3 Số liệu thí nghiệm và xử lý các số liệu thí nghiệm 79

3.2.3 Nhận xét 84

CHƯƠNG IV - KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 86

4.1 Kết luận của luận văn 86

4.1.1 Mục tiêu của luận văn 86

4.1.2 Định hướng thực hiện luận văn 87

4.1.3 Các vấn đề chính được giải quyết trong luận văn 87

4.2 Hướng nghiên cứu tiếp theo 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

PHỤ LỤC 91 PHỤ LỤC A: HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM 91

PHỤ LỤC B: SẢN PHẨM SAU THỰC NGHIỆM 92

PHỤ LỤC C: BẢNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 93

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

26 T Tuổi bền của dao phút

36 Kmv Hệ số ảnh hưởng của vật liệu gia công

37 Knv Hệ số ảnh hưởng trạng thái của phôi

53 CP Hệ số đặc trưng cho vật liệu gia công

54 KM, KP Hệ số tính đến diều kiện gia công khác

nhau

57 P Áp suất phun làm mát Kg/cm2

DANH MỤC CÁC BẢNG

6 3.2 Thành phần hóa học và cơ tính của thép CT3 ở trạng thái

thường hóa

74

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

10 1.10 Nhiệt độ ở các loại vật liệu 30

11 1.11 Ảnh hưởng của góc nghiêng đến nhiệt độ 32

12 1.12 Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến sự phân bố nhiệt cắt 35

20 1.20 Ảnh hưởng của góc xoắn đến lực cắt 54

21 1.21 Ảnh hưởng của góc nghiêng chính đến lực cắt 54

24 1.24 Ảnh hưởng của vật liệu và hình dáng hình học đến tuổi

bền của dao

59

25 1.25 Ảnh hưởng của chiều dài đến tuổi bền của dao 59

36 A.2 Thiết bị ổn định và điều chỉnh áp suất 91

MỞ ĐẦU

Bôi trơn làm nguội kiểu tưới tràn đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong gia công cắt gọt do dung dịch trơn nguội n âng cao được hiệu quả của của quá trình gia công bởi chức năng bôi trơn, làm mát và làm đẩy phoi ra khỏi vùng gia công của nó Phương pháp này vẫn đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu với các hướng chủ yếu: nâng cao hiệu quả của bôi trơn làm nguội, tiết kiệm dung dịch trơn nguội Tìm các chất phụ gia nhằm nâng cao hoạt tính của dung dịch trơn nguội Nghi ên cứu các loại dung dịch trơn nguội mới ít độc hại, thân thiện với môi trường

Bôi trơn làm nguội kiểu tưới tràn rất khó giải quyết được vấn đề về sức khỏe người thợ và ô nhiễm môi trường Hơn nữa, giá thành liên quan đến việc sử dụng dung dịch trơn nguội ngày càng cao do luật môi trường ngày càng khắt khe được áp dụng Điều này đã đặt ra việc tìm tòi các giải pháp thay thế nhằm giảm thiểu, thậm chí là tránh sử dụng dung dịch trơn nguội trong quá trình gia công Một trong những giải pháp thay thế là gia công khô và gia công với bôi trơn làm nguội tối thiểu (BTLNTT)

Gia công khô là mối quan tâm lớn và trên thực tế một số nhà nghiên cứu đã thành công trong lĩnh vực sản xuất thân thiện với môi trường Tuy nhiên trong thực

tế, các nghiên cứu đó ít có tác dụng khi mà hiệu suất gia công cao hơn, chất lượng

bề mặt tinh tốt hơn, các điều kiện cắt khắt khe hơn đặt ra Trong tình huống đó, gia công với BTLNTT sử dụng lượng rất nhỏ dung dịch trơn nguội được mong đợi trở thành công cụ mạnh và trên thực tiễn chúng giữ vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng

Những năm 90 của thế kỷ XX, các nước công nghiệp phát triển CHLB Đức, Thụy Điển đã nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu Hướng nghiên cứu về BTLNTT tập trung vào: tìm ra các loại dung dịch cắt gọt mới đáp ứng được yêu cầu của BTLNTT hoặc tìm các chất phụ gia làm tăng

tính cắt của dung dịch cắt gọt Nghiên cứu xác định áp suất và lưu lượng tối ưu Cải tiến kết cấu của dụng cụ để thích hợp với BTLNTT Cải tiến kết cấu đầu phun

và hệ thống bôi trơn Nghiên cứu ứng dụng BTLNTT trong gia công cứng và gia công tốc độ cao

Trên thế giới có một số tài liệu đã công bố nghiên cứu về BTLNTT như: các tác giả Nikhil Ranjan Dhar, Sumaiya Islam, Mohamad Kamruzzaman nghiên cứu

Ảnh hưởng của BTLNTT đến mòn dao, độ nhám bề mặt và sai lệch kích thước khi tiện AISI-4340 Tác giả Steven Y Liang đã nghiên cứu BTLNTT trong tiện cứng

Tổng công ty Master Chemical đã tổng kết các Ứng dụng của BTLNTT trong công

nghệ kim loại Tác giả Jim Lorincz đã nêu Các giải pháp đúng đối với chất làm nguội trong đó có nêu những thành công của BTLNTT trong gia công cắt gọt và

ứng dụng BTLNTT vào thiết kế máy công cụ

Ở Việt Nam, công nghệ BTLNTT mới chỉ mới tiếp cận vài năm gần đây Hiện nay mới chỉ có một số nghiên cứu áp dụng BTLNTT trong gia công cắt gọt, hơn nữa việc áp dụng vào sản xuất thực sự còn rất hạn chế Như vậy, việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ mới này thực sự mới chỉ ở giai đoạn bắt đầu và tác giả đã chọn hướng nghiên cứu về công nghệ mới này trong đề tài nghiên cứu của mình

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Cùng với sự phát triển của xã hội nói chung và sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, quá trình sản xuất đặt ra nhu cầu cấp thiết phải phát triển theo hướng giảm chi phí gia công và nâng cao chất lượng sản phẩm trong quá trình chế tạo những sản phẩm cơ khí

Trong chế tạo cơ khí, gia công cắt gọt là phương pháp được áp dụng rộng rái nhất và chiếm tỷ lệ cao nhất so với các phương pháp gia công khác Trong quá trình gia công cắt gọt cho đến nay chúng ta vẫn sử dụng phương pháp bôi trơn làm nguội theo kiểu tưới tràn Để nâng cao hiệu quả kinh tế – kỹ thuật của quá trình gia công, trên thế giới người ta đã nghiên cứu sử dụng phương pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu Nhưng cho đến nay phương pháp này ở Việt Nam vẫn chưa được nghiên cứu

và ứng dụng Vì vậy đề tài này góp phần triển khai áp dụng công nghệ bôi trơn làm

nguội tối thiểu vào quá trình sản xuất của đơn vị nói riêng và tại Việt Nam nói chung, nhằm giảm chi phí sản xuất và góp phần bảo vệ môi trường

Qua thực tế sản xuất tại xưởng gia công chế tạo của Liên Doanh Việt-Nga

“Vietsovpetro”, tuổi bền của dụng cụ gia công là một vấn đề quan trọng Việc nghiên cứu áp dụng chế độ bôi trơn làm nguội hợp lý nhất để có thể tăng tuổi thọ của dao, cũng như tăng năng suất lao động là yêu cầu cấp thiết của sản xuất Được sự hỗ trợ

và định hướng của thầy hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Trọng Bình, tác giả đã mạnh dạn nghiên cứu bằng thực nghiệm phương pháp bôi trơn tối thiểu đã được sử dụng trên thế giới, cũng như bắt đầu đưa vào áp dụng ở Việt Nam Để thực hiện được ý tưởng này, bước đầu tác giả đã chọn đề tài nghiên cứu:

tới nhấp nhô bề mặt và tuổi bền mũi khoan khi khoan thép CT3

bằng mũi khoan thép gió Ф12 do nhà máy dụng cụ cắt Hà Nội chế tạo

Đây là một đề tài nghiên cứu hữu ích, không những đáp ứng yêu cầu thực tế tại nơi sản xuất nâng cao hiệu quả kinh tế – kỹ thuật của nguyên công khoan mà còn

có ý nghĩa làm giảm ô nhiễm môi trường, tăng cường sức khỏe cho người công nhân

2 MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI

Mục đích của đề tài là nghiên cứu và ứng dụng công nghệ MQL vào khoan thép tấm bằng mũi khoan thép gió trong điều kiện cụ thể của cơ sở sản xuất ở đơn vị Đối tượng nghiên cứu là mòn và cơ chế mòn dao, độ nhấp nhô bề mặt chi tiết khi khoan bằng mũi khoan thép gió khi gia công theo công nghệ bôi trơn tưới tràn và gia công MQL, từ đó so sánh được hiệu quả của phương pháp gia công MQL so với gia công bôi trơn tưới tràn

Trong khuôn khổ của đề tài, tác giả tập trung nghiên cứu các vấn đề sau:

+ Tổng quan về gia công cắt gọt

- Bản chất của quá trình tạo phoi

- Nhiệt cắt và sự phân bố của nhiệt cắt trong quá trình gia công

- Quá trình mòn dao khi gia công

- Đặc điểm của quá trình khoan

+Công nghệ bôi trơn làm nguội

- Vai trò của bôi trơn – làm nguội trong gia công cắt gọt

- Tổng quan về các phương pháp bôi trơn – làm nguội

- Đặc điểm của quá trình bôi trơn – làm nguội khi khoan

- Sơ lược bôi trơn làm nguội tối thiểu khi khoan

+ Nghiên cứu bôi trơn làm nguội tối thiểu khi khoan bằng thực nghiệm

- Xây dựng mô hình thí nghiệm

- Xây dựng quy hoạch thực nghiệm với một thông số

- Điều kiện thí nghiệm

- Tiến hành thí nghiệm và xử lý số liệu

- Xác định áp lực hợp lý

+ Kết luận đề tài và đưa ra phương hướng nghiên cứu tiếp theo

NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

Giả thiết khoa học :

Nếu xây dựng được các mô hình tuổi bền với áp suất T=f(P) tốc độ mòn với

áp suất α=f(P) và độ mòn với thời gian Δ=f(τ) thì có thể xác định được áp lực hợp lý

P (áp suất khí), nhằm đạt được Tmax và Δmin trong quá trình khoan, nâng cao năng suất, giảm chi phí gia công, chi phí dọn thải và góp phần bảo vệ môi trường

Phương pháp nghiên cứu :

Trong quá trình nghiên cứu tác giả kết hợp phương pháp nghiên cứu lý thuyết với nghiên cứu bằng thực nghiệm

Ý nghĩa của đề tài :

-Ý nghĩa khoa học : Kết quả của đề tài sẽ làm rõ ảnh hưởng của MQL trong

quá trình khoan thép tấm bằng mũi khoan thép gió so với bôi trơn thông thường tới

độ nhấp nhô bề mặt chi tiết và tuổi bền của mũi khoan Đồng thời cũng bổ sung thêm kiến thức và kinh nghiệm về bôi trơn làm nguội trong gia công cắt gọt, đặc biệt là kiến thức và công nghệ MQL đang còn mới lạ ở Việt Nam

-Ý nghĩa thực tiễn : Kết quả thực nghiệm của đề tài có thể áp dụng vào quá

trình sản xuất của đơn vị, đảm bảo chất lượng chi tiết gia công ổn định, giảm chi phí dọn thải và làm sạch thiết bị; tăng tuổi bền của dụng cụ, tăng năng suất lao động

Trong quá trình thực hiện luận văn, có nhiều vấn đề liên quan như: lý thuyết tổng quan về gia công cắt gọt, các vấn đề về thực nghiệm, tổng hợp quá trình, do đó khó tránh khỏi các sai sót Tác giả rất mong nhận được các ý kiến đóng góp của các thầy, cô và các đồng nghiệp để hoàn thiện đề tài cũng như để áp dụng vào quá trình sản xuất

Vũng Tàu, ngày 22 tháng 09 năm 2011

Người thực hiện

Nguyễn Văn Cừ

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH GIA CÔNG CẮT GỌT

1.1 BẢN CHẤT CỦA QUÁ TRÌNH TẠO PHOI

1.1.1 Quá trình tạo phoi

phần tử kim loại lúc đầu bị

nén đàn hồi theo mặt trước, sau đó bị biến dạng dẻo, quá trình biến dạng dẻo tăng dần đến khi bị lực liên kết trong các phần tử kim loại chặn lại Lúc đó xảy ra sự trượt của chúng trong mặt phẳng 0A, góc β gọi là góc trượt, còn mặt phẳng 0A gọi là mặt phẳng trượt Khi dao tiếp tục chuyển động trong vật liệu gia công biến dạng đàn hồi chuyển sang biến dạng dẻo và một lớp phoi có chiều dày aphoi được hình thành từ lớp phoi có chiều dày a, di chuyển theo mặt trước chiều dày của dao

Quá trình tạo phoi được phân ra thành các vùng sau:

- Vùng biến dạng thứ nhất: là vùng vật liệu dao nằm trước mũi dao được giới

hạn giữa vùng vật liệu phoi và vùng vật liệu phôi Dưới tác dụng của lực P trong vùng này xuất hiện biến dạng dẻo (còn gọi là vùng biến dạng dẻo thứ nhất 1) Khi ứng suất do lực tác động gây ra vượt quá giới hạn bền của kim loại thì xuất hiện hiện tượng trượt và phoi được hình thành

Trong quá trình cắt, vùng tạo phoi 1 luôn di chuyển cùng với dao, những lớp kim loại liền kề với mặt trước của dao chịu biến dạng lớn hơn các lớp phía trên, các hạt tinh thể bị kéo dài theo một hướng nhất định

Mức độ biến dạng của phoi:

Kp = Kbd + Kms (1.1) Trong đó: Kbd – mức độ biến dạng của phoi trong miền tạo phoi;

Kms – mức độ biến dạng của phoi do ma sát với mặt trước của dao

- Vùng ma sát mặt trước: Vùng này là vùng vật liệu phoi tiếp xúc với mặt

trước của dao (vùng 2)

- Vùng ma sát mặt sau: là vùng vật liệu phôi tiếp xúc với mặt sau của

đến chiều rộng của miền tạo phoi Khi

tăng tốc độ cắt miền tạo phoi co hẹp, vật

liệu gia công chuyển qua miền tạo phoi

với tốc độ nhanh hơn Vật liệu đi qua

đường 0A không kịp xảy ra biến dạng

dẻo theo đường 0A mà theo đường 0A’

Đường kết thúc biến dạng theo đường

1.1.2 Các dạng phoi

Tùy theo vật liệu gia công, thông số hình học của dao và chế độ cắt, phoi cắt ra

có các dạng sau:

- Phoi xếp: Phoi thu được khi gia công các loại vật liệu dẻo ở tốc độ cắt thấp,

chiều dày cắt lớn và góc cắt của dao có giá trị tương đối lớn Phoi kéo dài từng đoạn ngắn hay từng đốt xếp lại (hình 1.3a)

Loại phoi này chịu biến dạng lớn, do vậy vật liệu gia công bị mất tính dẻo và được hóa bền Phoi xếp thu được khi gia công thép, có độ cứng cao hơn độ cứng của vật liệu gia công từ 2÷3 lần

- Phoi dây: phoi thu được khi gia công vật liệu dẻo với tốc độ cắt cao, chiều

dày cắt nhỏ Phoi kéo dài liên tục Mức độ biến dạng dẻo của phoi dây thấp hơn so với phoi xếp và gia công phoi dây dễ hơn (hình 1.3b)

Như vậy phoi thu được khi gia công kim loại dẻo có thể dùng làm tiêu chuẩn để đánh giá điều kiện cắt

- Phoi vụn: phoi thu được khi gia công vật liệu giòn (gang, đồng …)

Trong quá trình cắt không xảy ra hiện tượng trượt giữa dao và phoi Loại phoi này khi gia công lớp kim loại bị cắt không qua giai đoạn biến dạng dẻo dưới tác dụng của dao, trong vật liệu gia công phát sinh biến dạng đàn hồi và ứng suất nén theo phương chuyển động của dao, phương thẳng góc với chuyển động xuật hiện ứng suất kéo

Góc cắt càng lớn, chiều dày cắt càng bé thì biến dạng của phoi càng lớn, nên bán kính cuộn phoi càng nhỏ

Dạng mặt trước của dao cũng ảnh hưởng rất lớn đến bán kính của cuộn phoi

Diện tích tiếp xúc của phoi với mặt trước của dao phụ thuộc vào tính chất của vật liệu gia công, tốc đọ cắt, chiều dày cắt và các điều kiện khác

Trong quá trình tạo phoi gây ra hiện tượng lẹo dao, trong phần tiếp theo ta sẽ nghiên cứu cụ thể hơn về hiện tượng lẹo dao

1.1.3 Hiện tượng lẹo dao khi cắt

Trong quá trình tạo phoi, trên mặt trước của dao xuất hiện những lớp kim loại có cấu trúc khác với lớp kim loại gia công và vật liệu làm dao Lớp kim loại bám vào lưỡi cắt của dụng cụ được gọi là lẹo dao

Quá trình lẹo dao là do dao chịu một áp lực lớn, nhiệt độ cao và độ nhám trên mặt trước của dao Khi tạo phoi với tốc độ chậm, lực cản lớn hơn lực ma sát, lớp kim loại nằm ở mặt trước của dao tạo thành lẹo dao Độ cứng của lẹo dao lớn hơn

độ cứng của vật liệu gia công

Các loại lẹo dao gồm có:

-Lẹo dao ổn định:

Là loại nằm dọc theo lưỡi cắt trong suốt quá trình cắt Loại này được hình thành khi cắt thép với chiều dày cắt nhỏ

-Lẹo dao chu kỳ:

Loại này gồm có 2 phần: Phần nền nằm sát với mặt trước của dao, trên nền này hình thành phần thứ 2 Phần này sinh ra và mất đi theo thời gian tạo phoi

Điều này làm cho các thông số hình học của dao bị thay đổi Trị số, hình dạng, tính ổn định của lẹo dao của cặp vật liệu gia công và vật liệu làm dao phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như lực ma sát giữa phoi với mặt trước của dụng cụ, lực liên kết bên trong và vật liệu gia công

Trong quá trình tạo phoi lực ma sát chịu ảnh hưởng của nhiệt độ cắt

Những yếu tố ảnh hưởng đến lẹo dao gồm có:

Tốc độ cắt còn ảnh hưởng đến nhấp nhô của bề mặt gia công (hình 1.5) Khi tăng tốc độ cắt đến một giá trị nào đó thì độ nhám đạt giá trị max, sau đó giảm dần khi tiếp tục tăng tốc độ cắt

1.1.3.2 Ảnh hưởng của vật liệu gia công

Trong quá trình tạo phoi vật liệu gia công cũng ảnh hưởng đến chiều cao lẹo dao

Khi vật liệu gia công càng dẻo thì chiều cao lẹo dao càng cao

Khi tăng lượng cacbon trong thép thì chiều cao lẹo dao giảm

1.1.3.3 Ảnh hưởng của chiều dày cắt

Khi chiều dày càng lớn thì tốc độ hình thành lẹo dao càng thấp, chiều cao lẹo dao tăng

Qua nghiên cứu trên thì lẹo dao sẽ làm giảm chất lượng bề mặt gia công, gây

ra rung động Lẹo dao có thể bám vào bề mặt gia công làm cho độ bóng bề mặt gia công giảm

Để khắc phục hiện tượng này bằng cách làm giảm ma sát trên mặt trước của dao, dùng dung dịch trơn nguội, mài bóng lưỡi cắt

Có thể khử hiện tượng lẹo dao bằng cách giảm chiều cao nhấp nhô, tức là gia công trong vùng chế độ cắt khi lẹo dao không xuất hiện (chế độ cắt thấp) Có thể gia công ở vùng tốc độ cao khi lẹo dao không xuất hiện, hoặc có thể giảm độ dẻo của vật liệu gia công bằng các phương pháp nhiệt luyện, sử dụng thép có thêm chất phụ gia như: thép có hàm lượng mangan và lưu huỳnh thấp, phương pháp thường hóa để tăng khả năng cắt của vật liệu gia công

Như vậy, chúng ta vừa nghiên cứu sơ bộ về vấn đề lẹo dao do phoi cắt ra ảnh hưởng tới Trong phần tiếp theo sẽ trình bày tiếp về sự co rút phoi, là một quá trình không thể không đề cập trong quá trình tìm hiểu về phoi tạo ra trong quá trình gia công cắt gọt

1.1.4 Sự co rút phoi

Trong quá trình tạo phoi

chiều dày của phoi được cắt ra lớn

hơn chiều dày cắt (a1 > a) (hình

1.6) Đó là có sự thay đổi về hình

dáng, còn thể tích vẫn được giữ

nguyên Do vậy chiều dài L của

phoi được cắt ra ngắn hơn quãng

đường mà dao đi qua L0

Hiện tượng bị ngắn lại theo chiều dài và rộng ra theo chiều dày được gọi là

sự co rút phoi

Đại lượng của co rút phoi được đặc trưng bằng hệ số co rút phoi K[3]:

Trị số của hệ số co rút phoi phụ thuộc vào tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến sự biến dạng của phoi như: tính chất cơ lý của vật liệu gia công, hình dáng hình học của dao, chế độ cắt và các điều kiện cắt khác

Quá trình co rút phoi là do ảnh hưởng của vật liệu gia công, ảnh hưởng của góc cắt, ảnh hưởng của góc nghiêng chính φ và chế độ cắt

Vấn đề ảnh hưởng sẽ gồm có:

1.1.4.1 Ảnh hưởng của vật liệu gia công

Vật liệu gia công ảnh hưởng đến hệ số co rút phoi Khi gia công vật liệu dẻo thì biến dạng kim loại càng nhiều Khi thay đổi vật liệu gia công thì hệ số co rút phoi thay đổi theo

Khi gia công các hợp kim titan thì chiều dài phoi được tạo ra lớn hơn chiều dài mà dao đã đi qua Khi tăng tốc độ cắt thì hệ số co rút phoi giảm xuống Điều này

là do hợp kim ít dẻo, tính dẫn nhiệt kém, nên khi ở nhiệt độ cao nó hấp thụ nhiều

ni-tơ và ô-xy của không khí trở nên giòn và giảm hệ số co rút phoi

1.1.4.2 Ảnh hưởng của góc cắt

Ảnh hưởng của góc cắt đến hệ số co rút phoi, ta xét sơ đồ hình 1.7

Hệ số co rút phoi [2]:

Do vậy khi tăng góc γ hoặc β thì hệ số co rút phoi giảm

1.1.4.3 Ảnh hưởng của góc nghiêng chính

Góc nghiêng chính φ cũng ảnh hưởng đến hệ số co rút phoi Vì khi góc nghiêng tăng thì chiều dày cắt tăng (a=S.sinφ), tức là phoi dày thì biến dạng khó

dẫn đến hệ số co rút phoi giảm Khi góc nghiêng nằm trong khoảng 60 ÷ 700 thì hệ

số co rút phoi tăng lên, vì chiều dày phần cong của lưỡi cắt tham gia làm việc tăng lên

1.1.4.4 Ảnh hưởng của chế độ cắt

Chế độ cắt ảnh hưởng nhiều đến hệ số co rút phoi là tốc độ cắt, vì khi tăng tốc độ cắt đến một giá trị nào đó thì xuất hiện lẹo dao làm giảm góc cắt của dao dẫn đến thay đổi hệ số co rút phoi Khi tốc độ cắt vượt quá khu vực hình thành lẹo dao, thì hệ số co rút phoi giảm, vì lúc đó hệ số ma sát giữa phoi và mặt trước giảm làm

hệ số co rút phoi giảm

Hệ số co rút phoi là một thông số quan trọng quyết định chất lượng gia công trong quá trình cắt Sự thay đổi hệ số co rút phoi làm thay đổi lực cắt, chất lượng bề mặt gia công Ngoài ra hệ số co rút phoi còn đặc trưng cho mức độ biến dạng dẻo Trong quá trình gia công cắt gọt phần kim loại cần phải cắt bỏ sẽ tạo thành phoi và bề mặt sản phẩm sau quá trình tạo phoi gây ra một lớp biến cứng Lớp biến cứng sẽ ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm và được trình bày ở phần kế tiếp

1.1.5 Lớp biến cứng khi tạo phoi

Khi bắt đầu tạo phoi thì biến dạng dẻo xuất hiện trước biến dạng đàn hồi Do

có biến dạng đàn hồi nên mặt gia công được nâng lên một đoạn Vì có biến dạng dẻo, bề mặt gia công bị biến cứng, lớp biến cứng này cao hơn kim loại của chi tiết gia công

Lớp biến cứng có hai đặc tính đó là: mức độ biến cứng và chiều sâu biến cứng Để kiểm tra độ biến cứng của bề mặt gia công ta dùng phương pháp đo độ cứng tế vi, tức là dùng đầu kim cương tác động lên bề mặt gia công, sau đó xác định diện tích bề mặt do đầu kim cương ấn xuống

Độ biến cứng được xác định:

Trong đó: Hv – độ cứng tế vi (N/mm2)

P – lực tác động của đầu kim cương (N)

F – diện tích bề mặt do đầu kim cương ấn xuống (mm2)

1.2 NHIỆT CẮT VÀ SỰ PHÂN BỐ CỦA NHIỆT CẮT TRONG QUÁ TRÌNH

GIA CÔNG

Trong quá trình gia công kim loại, trại vùng cắt xuất hiện một lượng nhiệt Nhiệt xuất hiện bằng sự chuyển đổi từ công cắt Tất cả các công cần thiết trong quá trình cắt đều chuyển thành nhiệt trừ công biến dạng đàn hồi Thực tế thì khoảng 98% công cắt chuyển hóa thành nhiệt phát sinh sau 1 phút

Nhiệt cắt là số lượng nhiệt xuất hiện trong quá trình cắt sau một phút (Kcal/ph) Số lượng nhiệt trên một đơn vị thể tích hay khối lượng của vật liệu được cắt, gọi là nhiệt riêng (Cal/cm3, Cal/g)

Trong quá trình gia công cắt gọt nhiệt sinh ra làm nóng chi tiết gia công và dụng cụ cắt Nhiệt độ tại các điểm trên chi tiết và dụng cụ khác nhau

Do vậy nhiệt độ trung bình giữa các bề mặt tiếp xúc của vật liệu gia công và vật liệu cắt gọi là nhiệt cắt

1.2.1.1 Nhiệt sinh ra trong miền tạo phoi

Nhiệt sinh ra trong miền tạo phoi do công ma sát giữa các phần tử của vật liệu gia công trong quá trình biến dạng Sự chuyển đổi công của vùng biến dạng đàn hồi bặc nhất (ký hiệu A1)

1.2.1.2 Nhiệt sinh ra trên bề mặt tiếp xúc của phoi và mặt trước của dao

Nhiệt sinh ra trên bề mặt tiếp xúc của phoi và mặt trước của dao, do sự truyền công của biến dạng đàn hồi bậc hai và ma sát ngoài (ký hiệu A2)

1.2.1.3 Nhiệt sinh trên bề mặt sau tiếp xúc với mặt cắt

Nhiệt sinh trên bề mặt sau tiếp xúc với mặt cắt, do sự chuyển đổi công ma sát (ký hiệu A3)

Các nguồn nhiệt trên làm ảnh hưởng đến cường độ mòn, tuổi bền dụng cụ, ảnh hưởng đến quá trình lẹo dao, co rút phoi, lực cắt và cấu trúc lớp bề mặt

Vậy tổng công A được tính như sau [3]:

Ps – lực trong mặt phẳng trượt (kG);

Vs – tốc độ trượt (m/ph);

F – lực ma sát ở măth trước của dao (kG);

F1 – lực ma sát ở mặt sau của dao (kG);

Vf = V/K – tốc độ chuyển động của phoi ở mặt trước

của dao (m/ph);

K – hệ số co rút phoi;

VF1 – tốc độ chuyển động của bề mặt gia công tương đối

so với mặt trước của dao (m/ph), VF1 = V

Lượng nhiệt tỏa ra trong quá trình cắt được tính theo công thức sau:

Nhiệt cắt Q được tính bằng k.cal/ph

Nhiệt tỏa ra trong quá trình cắt

chủ yếu tập trung ở phoi và một phần ở

dụng cụ Nhiệt do ma sát ở mặt trước và

mặt sau sinh ra (hình 1.8)

Nhiệt truyền vào dụng cụ cắt còn

phụ thuộc vào tốc độ cắt và vật liệu gia

công Khi tăng tốc độ cắt thì lượng nhiệt

truyền vào dao giảm, vì thời gian thoát

phoi rất ngắn nên nhiệt truyền sang dao

rất nhỏ

Vật liệu gia công cũng ảnh hưởng đến nhiệt tỏa ra Khi gia công thép chịu nóng, lượng nhiệt truyền vào dao tăng lên nhiều so với thép kết cấu Lượng nhiệt ở dao cao do thép chịu nóng có sức bền và độ dẻo cao hơn nên công suất cắt lớn Vì vậy nhiệt sinh ra lớn

Nhiệt trong dao tuy thấp nhưng vẫn cao hơn nhiệt trong phoi và chi tiết, vì tính truyền nhiệt của vật liệu làm dao thấp

1.2.1.4 Các nhân tố ảnh hưởng đến nhiệt cắt

Nhiệt cắt sinh ra chủ yếu do biến dạng của phoi, ma sát giữa mặt trước của dao với phoi, ma sát giữa mặt sau của dao với phoi

Nhiệt cắt sinh ra làm thay đổi tính chất cơ lý của dụng cụ cắt và vật liệu gia công, nghĩa là ảnh hưởng đến quá trình mài mòn của dụng cụ cắt và chất lượng của

bề mặt gia công

Các thí nghiệm cho thấy nhiệt cắt là hàm số của cơ tính vật liệu gia công, vật liệu dụng cụ, các điều kiện cắt và các thông số hình học của dụng cụ

a) Ảnh hưởng của vật liệu gia công và dụng cụ: Khi gia công các loại vật liệu khác

nhau thì nhiệt sinh ra khác nhau Hai loại vật liệu gia công ảnh hưởng rõ đến nhiệt

là vật liệu giòn và vật liệu dẻo Cụ thể như sau:

- Vật liệu dòn: mức độ biến dạng nhỏ, lực cắt đơn vị nhỏ nên nhiệt cắt sinh

ra nhỏ hơn nhiệt cắt khi gia công vật liệu dẻo

- Vật liệu dẻo: mức độ biến dạng lớn, lực cắt đơn vị lớn, do vậy nhiệt cắt sinh ra khi gia công vật liệu dẻo lớn hơn khi gia công vật liệu giòn

Sự khác nhau về nhiệt của hai loại vật liệu là khi gia công vật liệu giòn phoi biến dạng ít và không ở lại trên mặt trước của dụng cụ Do vậy khi tăng tốc độ cắt cũng không tăng nhiệt do biến dạng và nhiệt ma sát Khi gia công vật liệu dẻo, nếu

ta tăng tốc độ cắt thì sẽ làm ảnh hưởng đến mức độ biến dạng do ma sát giữa dao và vật liệu gia công, dẫn đến nhiệt cắt thay đổi

Thực nghiệm đã đưa ra quan hệ giữa nhiệt độ và tính chất cơ học của vật liệu gia công và được mô tả bằng các hàm số [2]:

Khi gia công thép các bon

b) Ảnh hưởng của vận tốc cắt: Tốc độ tăng thì nhiệt cắt tăng

Bằng phương pháp thực nghiệm người ta đưa ra quan hệ giữa nhiệt cắt và vận tốc cắt tương ứng với các vật liệu khác nhau (hình 1.10)

Quan hệ giữa các đường cong trên dưới dạng hàm số [2]:

Thực nghiệm cho thấy rằng khi cắt ở tốc độ cao thì trị số mũ x càng nhỏ Giá trị mũ x trung bình khi vận tốc cắt trong khoảng 15 ÷ 45 m/ph

+ Gia công thép x = 0,5 + Gia công gang x = 0,45 Khi gia công với tốc độ cắt từ 45 ÷ 180 m/ph thì

+ Gia công thép x = 0,23 + Gia công gang x = 0,18

Từ quan hệ hàm số θ = C.vx, ta thấy khi vận tốc tăng đến một giá trị nhất định thì nhiệt cắt đặt giá trị cực đại, nhiệt cắt trong vùng đó bằng nhiệt độ nóng chảy của vật liệu gia công

Vậy thực nghiệm đã đưa ra quan hệ hàm số giữa nhiệt độ và vận tốc cắt, cho thấy khi tăng vận tốc cắt đến một giá trị nào đó thì nhiệt độ tăng đến giá trị cao nhất, tương ứng với mỗi loại vật liệu riêng

c) Ảnh hưởng của chiều dày cắt:

Khi tăng lượng chạy dao thì áp lực của phoi trên dao tăng, hệ số co rút phoi giảm, chiều dày phoi tăng lên và nhiệt cắt tăng

Thực nghiệm đã đưa ra quan hệ giữa nhiệt cắt và chiều dày cắt dưới dạng hàm [2]:

Quan hệ này cho thấy nhiệt cắt phụ thuộc vào chiều dày cắt

Thực nhiệm đưa ra giá trị trung bình của hệ số mũ như sau:

+ Thép y = 0,3 + Gang y = 0,2

Ngoài ra nhiệt cắt còn ảnh hưởng bởi chiều sâu cắt t, nhưng thay đổi ít hơn khi thay đổi lượng dao

Khi tăng chiều sâu cắt t thì phần làm việc của lưỡi cắt tăng, dẫn đến điều kiện truyền nhiệt tốt hơn Do vậy khi tăng chiều sâu cắt thì nhiệt cắt cũng thay đổi

Thực nghiệm đưa ra quan hệ giữa nhiệt độ và chiều rộng cắt dưới dạng hàm sau [2]:

Giá trị trung bình thực nhiệm đưa ra đối với thép z = 0,05 ÷ 0,14, còn khi gia công gang z = 0,04

d) Ảnh hưởng của thông số hình học dụng cắt:

Khi thay đổi thông số hình học của dao lực cắt thay đổi, làm cho nhiệt cắt thay đổi

Khi giảm góc nghiêng chính φ, phần tiếp xúc của lưỡi cắt tăng, góc mũi dao tăng Do vậy điều kiện truyền nhiệt tốt hơn, làm cho nhiệt cắt giảm

Thực nghiệm cho quan hệ giữa nhiệt độ và góc nghiêng φ như hình 1.11

Đường cong trên là một

hàm dạng:

θ = C4.φk (1.16)

Hệ số k phụ thuộc vào

các loại vật liệu của dụng cụ

Đối với dao thép gió k = 0,18,

dao hợp kim cứng k = 0,14

e) Ảnh hưởng của sự mài mòn dụng cụ cắt

Ngoài các thông số ảnh hưởng trên thì mài mòn dụng cụ cắt cũng làm cho nhiệt cắt thay đổi Mài mòn các thông số hình học của dao thay đổi, làm tăng diện tích tiếp xúc của lưỡi cắt với vật liệu gia công, tăng lực cắt, dẫn đến nhiệt cắt thay đổi

1.2.2 Sự phân bố của nhiệt cắt

1.2.2.1 Nhiệt truyền vào chi tiết gia công

Nhiệt truyền vào chi tiết gia công gồm có dòng nhiệt hướng từ mặt trượt và dòng nhiệt hướng từ mặt sau

Lượng nhiệt truyền vào chi tiết gia công trong một phút ở mặt trước được xác định [2]:

Q1 = q1.S1 (1.17)

Trong đó:

S1 – diện tích truyền nhiệt ở mặt trước;

q1 – là dòng nhiệt hướng mặt trượt

Lượng nhiệt truyền vào chi tiết gia công trong một phút ở mặt sau được xác định [2]:

Q 2 = q 2.S2 (1.18)

S2 – diện tích truyền nhiệt ở mặt sau;

q2 – dòng nhiệt hướng từ mặt sau

Vậy tổng nhiệt truyền vào chi tiết gia công ký hiệu Qc và xác định:

Qc = Q1 + Q2 (1.19)

Q1 – lượng nhiệt truyền vào chi tiết gia công ở mặt trước

Q – lượng nhiệt truyền vào chi tiết gia công ở mặt sau

Theo kết quả nghiên cứu cho thấy khi gia tốc với tốc độ cắt không lớn (từ 30

÷ 40 m/ph) thì lượng nhiệt truyền vào chi tiết Qc ≈ 30 ÷ 40%

1.2.2.2 Nhiệt truyền vào dụng cụ

Nhiệt truyền vào dụng cụ gồm phần nhiệt sinh ra trên bề mặt tiếp xúc của phoi với mặt trước và một phần nhiệt khác sinh ra từ ma sát của bề mặt sau với bề mặt cắt Nhiệt truyền vào dụng cụ ký hiệu Qd Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy khi gia công với vận tốc cắt không lớn từ 30 ÷ 40 m/ph, thì Qd ≈ 3% Nhiệt trong dao hầu như tập trung xung quanh lưỡi cắt

Khi cắt với tốc độ khoảng 10 m/ph thì nhiệt độ lớn nhất trên mặt trước của dao khoảng 5400C, còn cách mặt trước của dao 0,2mm nhiệt độ khoảng 4500C Khi tốc độ cắt lên tới 200 m/ph thì nhiệt độ lên tới 12650C

Ở mỗi điểm trên dụng cụ có nhiệt độ khác nhau, tại mỗi điểm đó nhiệt độ thay đổi theo thời gian Nhiệt độ cao nhất ở tâm áp lực (ở lưỡi cắt chính)

1.2.2.3 Nhiệt truyền vào phoi

Nhiệt truyền vào phoi gồm nhiệt của vùng biến dạng và nguồn trên mặt trước

ký hiệu Qp Lượng nhiệt này tăng khi tăng tốc độ cắt, giảm cường độ biến dạng và giảm độ dẫn nhiệt của vật liệu gia công

Nhiệt truyền vào phoi là do ma sát trên mặt trước của dao Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy khi gia công ở tốc độ cắt khoảng 30 ÷ 40 m/ph thì Qp = 60 ÷ 70% Khi tốc độ cắt tăng, tỷ lệ nhiệt vào phoi tăng, khi tốc độ cắt ở khoảng 400 ÷

500 m/ph thì nhiệt truyền vào phoi khoảng Qp = 97 ÷ 98%

1.2.2.4 Nhiệt truyền vào môi trường

Ngoài các nguồn nhiệt: nhiệt truyền vào phoi, nhiệt truyền vào dụng cụ, nhiệt truyền vào chi tiết còn có nhiệt truyền vào môi trường Đó là một phần nhiệt khác của quá trình cắt là nhiệt truyền từ bề mặt tự do của phoi, dụng cụ và chi tiết gia công vào môi trường xung quanh, ký hiệu Qm Nhiệt truyền vào môi trường xung quanh phụ thuộc vào tính chất vật lý của môi trường, tức là phụ thuộc vào hệ

số truyền nhiệt và sự chênh lệch nhiệt giữa môi trường và chi tiết, dụng cụ và phoi, phụ thuộc vào các bề mặt làm lạnh

Khi gia công khô có làm nguội thì lượng nhiệt môi trường ở xung quanh phoi bằng 4 ÷ 8% số nhiệt tổng thể chứa trong phoi, do vậy nhiệt truyền từ phoi vào môi trường là rất nhỏ

Những yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt môi trường:

- Ảnh hưởng của vật liệu dụng cụ và chi tiết đến nhiệt môi trường

Khi gia công vật liệu tạo thành phoi dây, phần nhiệt xuất hiện lớn nhất là nguồn nhiệt do biến dạng đàn hồi, còn nhiệt sinh ra do chuyển đổi công ma sát là rất nhỏ Các giá trị nhiệt ở môi trường phụ thuộc vào tính chất cơ học của vật liệu gia công như: khả năng biến cứng, tính chất dính kết của vật liệu…

Khi gia công thép thì tỷ lệ giữa nhiệt môi trường do biến dạng đàn hồi bà nhiệt môi trường do tiếp xúc của phoi và mặt trước của dao lớn hơn khi gia công hợp kim nhôm

- Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến nhiệt môi trường

Khi tăng tốc độ cắt thì nhiệt cắt tại khu vực tiếp xú thay đổi làm cho nhiệt môi trường thay đổi Khi vận tốc cắt khoảng 30 ÷ 40 m/ph thì tổng nhiệt lượng truyền ra môi trường xung quanh Qm = 1 ÷ 2%

Nghiên cứu bằng thực nghiệm người ta xác định được sự phân bố của nhiệt cắt sinh ra trong quá trình gia công như sau ( hình 1.12) [2]:

Hình 1.12 Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến sự phân bố nhiệt cắt

Sơ đồ cho thấy ảnh hưởng của tốc độ cắt đến sự thu nhận nhiệt: Nhiệt lượng trong phoi lớn nhất và nhiệt truyền ra môi trường là nhỏ nhất

Ngoài các ảnh hưởng trên thì phương pháp gia công cũng làm ảnh hưởng đến nhiệt môi trường như: Khi khoan thì nhiệt truyền ra môi trường nhỏ hơn khi tiện và phay, vì không gian thoát phoi là kín, nên nhiệt chủ yếu truyền vào chi tiết, còn nhiệt truyền ra môi trường là rất nhỏ

1.3 QUÁ TRÌNH MÒN DAO KHI GIA CÔNG

Quá trình mòn của dụng cụ cắt tùy thuộc vào điều kiện cắt, tính chất của vật liệu gia công và vật liệu làm dao

1.3.2 Các dạng mài mòn phần cắt dụng cụ

1.3.2.1 Mòn theo mặt sau

Dạng mòn này ở mặt sau của dao

tạo thành tiết diện mòn có chiều cao là Δ

(hình 1.13) [1], nó được đặc trưng bởi

một lớp vật liệu dụng cụ bị tách khỏi mặt

sau trong quá trình gia công Trị số Δ

được đo trong mặt cắt theo phương

vuông góc với lưỡi cắt từ lưỡi cắt thực tế

đến điểm mòn tương ứng

Mài mòn theo mặt sau thường xảy

ra khi gia công với chiều dày cắt nhỏ ( a

< 0,1mm), đối với các loại vật liệu dòn

(gang…)

1.3.2.2 Mòn theo mặt trước

Mài mòn theo mặt trước là do phoi trượt, trên mặt trước tạo thành một trung

áp lực cách lưỡi cắt một khoảng f trên mặt trước tạo thành dạng lưỡi liềm (hình 1.13) Vết lõm đó là do vật liệu dụng cụ bị bóc theo phoi trong quá trình chuyển động Vết lóm đó được đánh giá bởi chiều rộng lưỡi liềm B và chiều sâu Δf

Mài mòn theo mặt trước thường xảy ra khi gia công các loại vật liệu dẻo với chiều dày cắt lớn ( a > 6 mm) Trong trường hợp này thì nhiệt độ ở mặt trước cao hơn nhiệt độ ở mặt sau

1.3.2.3 Mòn mặt trước – mặt sau

Mài mòn này tạo thành lưỡi cắt mới Chiều rộng vát trên mặt trước giảm dần

từ hai phía do đó độ bền của lưỡi cắt giảm Dạng mài mòn này thường gặp khi gia công vật liệu dẻo với chiều dày a = 0,1 ÷ 0,5 mm

1.3.2.4 Mòn tù lưỡi cắt

Dạng mòn này là dụng cụ bị mòn dọc theo lưỡi cắt, tạo thành dạng cung và

có bán kính R Dạng này thường gặp khi gia công các vật liệu có tính dẫn nhiệt kém, đặc biệt khi gia công các chất dẻo Do nhiệt cắt tập trung ở mũi dao nên dao bị

tù nhanh

Tóm lại trong các dạng mòn trên thì mài mòn theo mặt sau thường dùng để xác định tuổi bền của dụng cụ cắt Chiều cao mòn Δ được dùng làm tiêu chuẩn để đánh giá lượng mòn, tức là lượng mòn cho phép [Δ]

Lượng mòn được xác định phụ thuộc vào yêu cầu độ bóng và độ chính xác chi tiết gia công, phụ thuộc vào vật liệu dụng cụ và các thông số hình học phần cắt dụng cụ

1.3.3 Bản chất vật lý của sự mài mòn dụng cụ

Chỉ tiêu đánh giá mài mòn của dụng cụ cắt là rất quan trọng, bản chất mài mòn chưa được nghiên cứu sâu do tính phức tạp của quá trình tiếp xúc xảy ra ở mặt trước và mặt sau của dao

Các nhà nghiên cứu đưa ra nguyên nhân gây ra mòn các bề mặt tiếp xúc của dụng cụ là:

-Tác dụng hạt mài do vật liệu gia công gây ra (gọi là mòn hạt mài)

-Tác động qua lại giữa vật liệu dụng cụ và vật liệu gia công (mòn tiếp xúc)