Nghiên cứu mòn và tuổi bền của dao tiện thép gió sản xuất tại việt nam

Khi gia công kim loại bằng cắt và nhận được từ đó các bề mặt đã gia công trên chi tiết, phôi và dụng cụ cắt cần có các chuyển động xác định.. Là lượng dịch chuyển của 1 điểm trên lưỡi c

-

CHU THÚC ĐỘ

NGHIÊN CỨU MÒN VÀ TUỔI BỀN CỦA DAO TIỆN THÉP GIÓ

SẢN XUẤT TẠI VIỆT NAM Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS TRẦN THẾ LỤC

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ luận văn này do chính bản thân tôi thực hiện dưới

sự hướng dẫn của PGS.TS Trần Thế Lục

Nếu sai tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định

Người thực hiện

Chu Thúc Độ

Chương 1: Khái quát về lý thuyết cắt gọt kim loại 12

1.1.1 Các chuyển động khi cắt 12

1.1.3 Các bề mặt hình thành trên phần cắt của dao 131.1.3.1 Các bề mặt hình thành trên phần cắt của dao 131.1.3.2 Các mặt toạ độ 14

1.1.5 Các yếu tố cắt 191.1.5.1 Các yếu tố của chế độ cắt 191.1.5.2 Thông số hình học của lớp cắt 221.2 Cơ sở vật lý của quá trình cắt 221.2.1 Sự biến dạng của kim loại, quá trình hình thành phoi và các

loại phoi

22

1.2.1.1 Sự biến dạng của kim loại 221.2.1.2 Bản chất của quá trình hình thành phoi 231.2.1.3 Khái niệm về biến dạng bình quân và biến dạng tộng cộng 241.2.1.4 Các nhân tố ảnh hưởng đến biến dạng 24

1.2.2 Các biểu hiện của biến dạng 27

1.2.2.3 Hiện tượng hoá cứng 32

1.2.3.1 Nhiệt cắt 331.2.3.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến nhiệt cắt 341.2.3.3 Dung dịch tưới nguội 361.2.4 Rung động trong quá trình cắt 381.2.4.1 Khái niệm 381.2.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến rung động 39

Chương 2 Tổng quan về nghiên mòn và tuổi bền 412.1 Tổng quan về một số vật liệu dụng cụ cắt 412.1.1 Những đặc tính cơ bản chung của vật liệu dụng cụ cắt 412.1.1.1 Tính năng cắt gọt 412.1.1.2 Tính công nghệ 422.1.1.3 Tính kinh tế 422.1.2 Các loại vật liệu dụng cụ cắt 422.1.2.1 Thép các bon dụng cụ 432.1.2.2 Thép hợp kim dụng cụ 44

2.1.2.4 Hợp kim cứng 492.1.2.5 Gốm (sứ) 522.1.2.6 Kim cương 532.1.2.7 Nitơrit – Bo lập phương (CBN (CBN=Cubic Boron Nitride) 542.1.2.7 Vật liệu dụng cụ cắt có lớp phủ 562.2 Mòn dụng cụ cắt 58

2.2.2 Các cơ chế mòn của dụng cụ cắt 59

công

69

2.3 Tuổi bền của dụng cụ cắt 692.3.1 Khái niệm chung về tuổi bền của dụng cụ cắt 692.3.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến tuổi bền của dụng cụ cắt 712.3.2.1 Ảnh hưởng của chế độ cắt đến tuổi bền của dụng cụ cắt 712.3.2.2 Ảnh hưởng của thông số hình học đến tuổi bền của dụng cụ

3.1.3 Mòn và tuổi bền của dao tiện 853.2 Nghiên cứu thực nghiệm mòn và tuổi bền của dao tiện thép gió

sản xuất tại Việt Nam

86

3.2.1 Xây dựng mô hình thực nghiệm 86

3.2.1.3 Thiết bị đo, kiểm tra 883.2.2 Quá trình thực nghiệm 893.2.2.1 Mô tả thí nghiệm 903.2.2.2 Phương pháp đo độ mòn dao tiện 923.2.3 Kết quả thí nghiệm 923.2.3.1 Kết quả đo lượng mòn hướng kính ∆(µm) 933.2.3.2 Xác tuổi bền của dao tiện 95

DANH MỤC CÁC BẢNG TrangBảng 2.1 Thành phần, tính chất cơ lý và phạm vi sử dụng của 1 số

mác thép cac bon dụng cụ 44Bảng 2.2 Tính chất cơ lý và phạm vi sử dụng của một số mác thép

hợp kim dụng cụ 45Bảng 2.3 Thành phần hoá học của một số loại thép gió 47

Bảng 2.4 Phạm vi sử dụng của một số loại thép gió ký hiệu ISO và 1 số

Bảng 2.5 Bảng phân loại hợp kim cứng theo ISO và Liên xô cũ 51Bảng 2.6 Thành phần hoá học, tính chất cơ lý và phạm vi sử dụng

của một số mác hợp kim cứng 52Bảng 2.7 Các thông số chế độ cắt khác nhau của Dawson và

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang

Hình 1-2 Các bề mặt hình thành trong quá trình cắt 13Hình 1-3 Các yếu tố trên phần cắt của dao tiện ngoài 14Hình 1-4 Các mặt tọa độ 15

Hình 1-7 Góc λ ảnh hưởng đến hướng thoát phoi: a) Góc l>0; b)

Hình 1-8 Dạng thực tế của lưỡi cắt 20

Hình 1-11 Tốc độ cắt khi tiện: a) Khi tiện ngoài, b) Khi tiện cắt 21

Hình 1-13 Dạng đặc trưng của biểu đồ kéo kim loại 23

Hình 1-15 Biến dạng của kim loại 24

Hình 1-20 Quan hệ giữa tốc độ cắt và chiều cao lẹo dao 30Hình 1-21 Lẹo dao ảnh hưởng đến độ chính xác gia công 31Hình 1-22 Độ cứng của các điểm trên chi tiết và phoi khi cắt thép

Hình 1-23 Nguồn sinh nhiệt trong quá trình cắt 33Hình 1-24 Các phương pháp tưới dung dịch trơn nguội 38

Hình 2.2: Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn khi cắt liên tục

Hình 2.4 Quan hệ giữa lượng mòn và thời gian gia công 65Hình 2.5 Các chỉ tiêu đánh giá lượng mòn của dao 67Hình 2.6: Quan hệ giữa một số dạng mòn của dụng cụ hợp kim cứng

với thể tích 0,6

c 1

V t , trong đó V tính bằng m/ph; t1 tính bằng mm/vg 68Hình 2.7: Các thông số đặc trưng cho mòn mặt trước và mặt sau –

ISO3685 69Hình 2.8: Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến mòn mặt trước và mặt sau

của dao thép gió S 12-1-4-5 dùng tiện thép AISI C1050 71

Hình 2.9: Tuổi bền dụng cụ tính theo thể tích phoi được bóc tách 72

Hình 2.11: Quan hệ giữa lượng mòn mặt sau và tuổi bền mảnh

Hình 3.1 Mô hình mòn dụng cụ cắt 75

Hình 3.3 Quan hệ giữa tuổi bền T và vận tốc cắt V 77Hình 3.4 Phạm vi sử dụng của mô hình tuổi bền T = Cv.Vk 78

Hình 3.9 Mài mòn do chảy dẻo 80

Hình 3.11 Quan hệ giữa tuổi bền và vận tốc cắt: a) Quan hệ hàm mũ;

b) Quan hệ hàm loga (tuyến tính hoá quan hệ T-V) 81Hình 3.12 Quan hệ giữa thời gian, tốc độ và độ mòn của dao 83

Hình 3.14 Dao tiện ngoài đầu thẳng 88

Hình 3.16 Phôi dùng để thí nghiệm 90Hình 3.17 Đồ thị mòn ∆ của dao tiện theo thời gian 95Hình 3.18 Mối quan hệ giữa vận tốc cắt V và tuổi bền T của dao 96Hình 3.19 Phạm vi tuổi bền cho phép ứng với vận tốc V 97Hình 3.20 Quan hệ logarit giữa tuổi bền T và vận tốc V 98

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật thì đối với

quá trình gia công cơ khí chế tạo ra các sản phẩm có chất lượng, độ chính xác và đặc biệt là năng suất cao để hạ giá thành sản phẩm

Tiện là một phương pháp gia công phổ biến nhất Nó có thể gia công được rất nhiều loại sản phẩm như Trục, bánh răng, bánh vít, tiện ren, mặt côn, mặt đầu, cắt đứt, tiện rãnh Dụng cụ gia công thường có nhiều nguồn gốc khác nhau và chề

độ gia công cắt gọt của đối với các loại dao vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ, đặc biệt là nghiên cứu mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt

Vì vậy sau khi được sự hướng dẫn tận tình của PGS TS Trần Thế Lục tác giả

đã chọn đề tài "Nghiên cứu mòn và tuổi bền của dao tiện thép gió sản suất tại

Việt nam"là rất cấp thiết nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm khi ứng dụng vào thực tế sản xuất

2 Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu mòn và cơ chế mòn của dụng cụ Xác định được mối quan hệ giữa mòn, chế độ cắt và tuổi bền của dụng cụ

- Xác định chế độ cắt hợp lý nhằm nâng cao tuổi bền của dụng cụ

- Ứng dụng và tham khảo trong thực tế sản xuất

3 Đối tượng nghiên cứu

Xác định mối quan hệ giữa chế độ cắt và tuổi bền của dao dao tiện thép gió khi gia công vật liệu thép S53C

Dụng cụ cắt là dao tiện ngoài đầu thẳng

Bề mặt gia công là mặt trụ ngoài

4 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp nghiên cứu bằng thực nghiệm

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

5.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Nghiên cứu lý thuyết về ảnh hưởng của các các thông số và chế độ cắt đến quá trình mòn và tuổi bền của dao tiện Từ kết quả nghiên cứu và thực nghiệm có thể đánh giá được tuổi bền của dao tiện thép gió sản xuất tại Việt nam

5.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Đề tài mang tính ứng dụng cao, kết quả của đề tài sẽ góp phần phát triển ngành công nghiệp chế tạo dụng cụ cắt tại Việt nam, nâng cao năng suất, chất lượng

và hạ giá thành sản phẩm

CHƯƠNG 1

KHÁI QUÁT VỀ LÝ THUYẾT CẮT GỌT KIM LOẠI

1.1 Những khái niệm và định nghĩa cơ bản

1.1.1 Các chuyển động khi cắt

Khi gia công kim loại bằng cắt và nhận được từ đó các bề mặt đã gia công trên

chi tiết, phôi và dụng cụ cắt cần có các chuyển động xác định Các chuyển động này được chia thành chuyển động cơ bản (để thực hiện quá trình cắt) và chuyển động phụ (để chuẩn bị và kết thúc quá trình cắt)

a Chuyển động cắt chính:

Là chuyển động cơ bản để tạo ra phoi Chuyển động chính có thể là chuyển động quay tròn hoặc là chuyển động tịnh tiến của phôi hoặc là của dụng cụ cắt Chuyển động này tiêu thụ chủ yếu công suất của máy

b Chuyển động chạy dao:

Là chuyển động cần thiết để duy trì quá trình cắt, nó có thể là liên tục (tiện, phay, khoan) hoặc gián đoạn (bào, sọc)

Ví dụ:

Tiện: + Chuyển động cắt chính: là chuyển động quay tròn của phôi

Hình 1-1 Các chuyển động cắt khi tiện và phay

+ Chuyển động chạy dao: là chuyển động của bàn xe dao

Phay: + Chuyển động cắt chính: là chuyển động quay tròn của dao

+ Chuyển động chạy dao: là chuyển động tịnh tiến của phôi

c Chuyển động phụ:

Là chuyển động cần thiết để chuẩn bị hoặc kết thúc quá trình cắt (đưa dao vào, rút dao ra, chuyển động để điều chỉnh máy trước khi cắt)

1.1.2 Các bề mặt hình thành trên phôi

Trong quá trình cắt, trên phôi hình thành ba loại bề mặt (hình 1-2):

1 Bề mặt đã gia công: là bề mặt được hình thành khi đã cắt đi 1 lớp kim loại

2 Bề mặt chưa gia công: là bề mặt của phôi đang chuẩn bị cắt đi 1 lớp kim loại

3 Bề mặt đang gia công: là bề mặt nối tiếp giữa bề mặt chưa gia công và bề mặt

đã gia công, nó luôn tiếp xúc với lưỡi cắt chính của dao

1.1.3 Các bề mặt hình thành trên phần cắt

1.1.3.1 Các bề mặt hình thành trên phần cắt của dao

Có nhiều loại dụng cụ cắt, kết cấu của chúng phức tạp, nhưng phần đầu dao vẫn được coi như những dao tiện ngoài ghép lại

Hình 1-2 Các bề mặt hình thành trong quá trình cắt

Do vậy lấy dao tiện ngoài làm cơ sở để nghiên cứu thông số hình học và những quy luật cơ bản về phần

với phoi Trong quá trình cắt phoi

được hình thành trên đó và thoát

ra ngoài

- Mặt sau chính: là mặt đối

diện với mặt đang gia công

- Mặt sau phụ: là mặt đối diện với mặt đã gia công

- Lưỡi cắt chính: là giao tuyến giữa mặt trước và mặt chính

- Lưỡi cắt phụ: là giao tuyến giữa mặt trước và mặt sau phụ

- Mũi dao: là phần nối tiếp giữa lưỡi cắt chính với lưỡi cắt phụ Lưỡi dao có thể

là điểm, đoạn thẳng, hoặc là cung tròn r=1÷2 mm

a Các góc xét trên tiết diện chính (N-N):

- Góc trước γ: tại 1 điểm trên lưỡi cắt chính là góc hợp bởi mặt trước và mặt đáy xét trong tiết diện chính tại điểm đó

Trị số của g có thể âm, dương hoặc bằng 0

γ = 0 mặt trước trùng với mặt đáy

γ > 0 mặt trước ở dưới mặt đáy

γ < 0 mặt trước ở trên mặt đáy

Hình 1-5 Các góc của dao tiện

- Góc sau α: tại 1 điểm trên lưỡi cắt chính là góc hợp bởi mặt sau chính và mặt cắt xét trong tiết diện chính tại điểm đó

b Các góc xét trên tiết diện phụ (N 1 -N 1 ):

Các góc xét trên tiết diện phụ cũng được xác định tương tự như trên tiết diện

chính Tuy nhiên ở sau ký hiệu các góc có thêm chỉ số 1 để phân biệt với các góc trên tiết diện chính

- Góc trước phụ γ1: tại 1 điểm trên lưỡi cắt phụ là góc hợp bởi mặt trước và mặt đáy xét trong tiết diện phụ tại điểm đó

Góc sau phụ α1: tại 1 điểm trên lưỡi cắt phụ là góc hợp bởi mặt sau phụ và mặt cắt xét trong tiết diện phụ tại điểm đó

c Góc độ của dao xét trên mặt cắt:

Góc nghiêng của lưỡi cắt chính λ (còn gọi là góc nâng): tại 1 điểm trên lưỡi cắt chính là góc hợp bởi hình chiếu của lưỡi cắt chính và mặt đáy trên mặt cắt (hình 1-6)

Góc λ ảnh hưởng đến độ cứng vững của dao và hướng thoát phoi (hình 1-7)

* Cần lưu ý:

Hình 1-6 Góc nghiêng của lưỡi cắt chính

Hình 1-7 Góc λ ảnh hưởng đến hướng thoát phoi

a) Góc l>0; b) l=0; c) l<0

Với lưỡi cắt của dao, ngay cả khi mài và mài bóng thật cẩn thận cũng không bao giờ sắc lý tưởng Thực tế chúng có dạng mặt trụ tròn có bán kính ρ (hình 1-8) Trị

số của ρ phụ thuộc vào loại vật liệu làm dao và công nghệ chế tạo dụng cụ cắt

Nếu dao tiện là hợp kim cứng

được mài bóng bằng đá kim cương thì ρ

có thể giảm đến (5÷8).10-3 mm

Trị số của ρ quyết định độ sắc của

lưỡi cắt Chiều dày cắt phụ thuộc vào độ sắc của lưỡi cắt, nghĩa là nó phụ thuộc vào

ρ Nếu chiều dày cắt quá bé so với ρ thì quá trình cắt không thực hiện được, dao sẽ nén kim loại và có hiện tượng trượt Các công trình thí nghiệm đã chứng tỏ, nếu chiều dày cắt lớn hơn hoặc bằng 1 nửa trị số của ρ thì quá trình cắt mới thực hiện được

1.1.5 Các yếu tố cắt

1.1.5.1 Các yếu tố của chế độ cắt

a Chiều sâu cắt t:

Là khoảng cách giữa bề mặt chưa gia công với bề mặt đã gia công sau 1 lát cắt và

đo theo phương vuông góc với bề mặt đã gia công

Khi tiện ngoài:

2

d D

Khi tiện trong (lỗ):

2

D d

(mm) (1-15)

Trong đó: D - đường kính của phôi

d - đường kính chi tiết gia công sau 1 lát cắt

b Lượng chạy dao (tốc độ chạy dao):

Hình 1-8 Dạng thực tế của lưỡi cắt

Là lượng dịch chuyển của 1 điểm trên lưỡi cắt chính so với bề mặt đã gia công,

đo theo phương chuyển động chạy dao trong 1 đơn vị quy ước (vòng quay, thời gian, hành trình kép )

Ví dụ: Tiện: (mm/vòng), phay: (mm/ph), bào: (mm/HTK)

Người ta phân biệt lượng chạy dao:

* Theo hướng chạy dao:

- Lượng chạy dao dọc: Là lượng chạy dao đo theo phương chuyển động chạy dao dọc (song song với trục của phôi)

- Lượng chạy dao ngang: Là lượng chạy dao đo theo phương chuyển động chạy dao ngang (vuông góc với trục phôi)

- Lượng chạy dao nghiêng: Là lượng chạy dao đo theo phương chuyển động chạy dao nghiêng (hợp trục phôi một góc)

c Tốc độ cắt: V (m/ph): Là lượng dịch chuyển tương đối của 1 điểm trên lưỡi cắt

của dao so với phôi đo theo phương chuyển động cắt trong 1 đơn vị thời gian

- Với dao lưỡi cắt thẳng a = const

- Với lưỡi cắt cong thì a tại 1 điểm là khoảng cách liên tiếp giữa 2 lưỡi cắt của điểm đó (a thay đổi)

- a phụ thuộc vào góc ϕ khi cắt với cùng bước tiến

t

b = (mm)

c Diện tích lớp cắt:

Diện tích danh nghĩa: F = a.b

1.2 Cơ sở vật lý của quá trình cắt

1.2.1 Sự biến dạng của kim loại, quá trình hình thành phoi và các loại phoi 1.2.1.1 Sự biến dạng của kim loại

Hình 1-12 Thông số hình học lớp cắt

Dưới tác dụng của tải trọng, trong phần

lớn kim loại xảy ra 3 quá trình nối tiếp nhau

Biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá

hủy Các quá trình này được biểu diễn trên

biểu đồ kéo nén mẫu kim loại (Hình 1-13)

a Giai đoạn biến dạng đàn hồi: Khi tăng tải

trọng đặt vào, độ biến dạng ∆l tăng tỷ lệ bậc

nhất với nó (quan hệ này tuân theo định luật

Húc)

Biến dạng bị mất đi ngay sau khi bỏ tải

trọng, tải trọng ứng với điểm P (Pp)

b Giai đoạn biến dạng dẻo: Là giai đoạn

tiếp theo giai đoạn biến dạng đàn hồi Độ

biến dạng ∆l tăng theo tải trọng với tốc độ nhanh hơn Sau khi bỏ tải trọng trong kim loại vẫn còn biến dạng dư (đoạn oa’ trên biểu đồ)

c Giai đoạn phá hủy: Khi tải trọng đạt đến giá trị lớn nhất (điểm b), trong kim loại

xuất hiện vết nứt, tại đó ứng suất thực tế tăng lên rất nhanh gây ra biến dạng tập trung, kích thước vết nứt tăng lên nhanh chóng dẫn đến phá hủy kim loại (điểm c)

1.2.1.2 Bản chất của quá trình hình thành phoi

Hình 1-14 Sơ đồ hóa miền tạo phoi

b) a)

Hình 1-13 Dạng đặc trưng của biểu đồ kéo kim loại

b

c

Khi lực cắt tác dụng vào kim loại cần cắt Lực đó làm cho phần kim loại bị biến dạng đàn hồi rồi xô lệch trượt lên nhau Khi lực cắt đủ lớn thắng được lực liên kết nội bộ của kim loại, trong vùng cắt gọt phát sinh kẽ nứt và tách ra thành phoi

Quá trình cắt diễn ra giống như quá trình kéo sinh ra biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá hủy Ở đây lớp kim loại vẫn còn dính vào lớp kim loại không cắt nên còn gọi là quá trình cắt không tự do

* Sự sắp xếp tinh thể kim loại trong vùng cắt (hình 1-14):

Vùng cắt gọt (miền tạo phoi): Các tinh thể kim loại bị méo đi, chúng trượt lên nhau theo phương CB trượt hợp với hướng chạy dao 1 góc β1 Mặt CB gọi là mặt trượt quy ước và góc β1 gọi là góc trượt Miền MNB gọi là miền tạo phoi

Vùng phoi: Giới hạn giữa vùng phoi và vùng cắt gọt là đường KB hợp với hướng chạy dao 1 góc β2 trị số của β2=250÷500 β2 > b2 nên

CB gọi là đường rạn nứt Do biến dạng mãnh liệt ở

vùng cắt và tách ra thành phoi b2 còn gọi là góc đứt

Vùng bề mặt gia công: Các tinh thể kim loại bị

kéo dài theo hướng chạy dao, do đó bề mặt gia công

có độ bóng và cơ tính cao hơn

1.2.1.3 Khái niệm về biến dạng bình quân và biến

Vậy: BD tổng cộng = BD bình quân x Fcắt

1.2.1.4 Các nhân tố ảnh hưởng đến biến dạng

a Kim loại gia công:

Kim loại cứng ít biến dạng (khó biến dạng)

Hình 1-15

S

Kim loại mềm biến dạng nhiều (dễ biến dạng)

Vận tốc cắt: Khi V = (0 ÷50) m/ph thì ma sát tăng, biến dạng tăng

Khi V>50 m/ph thì nhiệt cắt tăng, ma sát giảm, biến dạng giảm

c Ảnh hưởng của hình dáng hình học của dao:

Góc γ tăng thì d giảm, ít chèn ép kim loại, phoi thoát dễ nên biến dạng giảm Góc a tăng thì ma sát giảm nên biến dạng giảm

Bán kính mũi dao r: Khi r tăng thì biến dạng tăng

d Dung dịch trơn nguội: Khi có dung dịch trơn nguội thì ma sát giảm, nhiệt cắt

giảm, biến dạng giảm

1.2.1.5 Các loại phoi

Tuỳ theo vật liệu gia công, thông số hình học của dao và chế độ cắt Phoi cắt có thể có nhiều hình dạng khác nhau (hình 1-16)

a Phoi vụn (hình 1-16c): Nhận được khi gia công vật liệu dòn (ví dụ như gang, đồng thau cứng,

brôm…), vật liệu có độ cứng cao, độ dẻo thấp cắt ở tốc độ cắt thấp Phoi có dạng hạt riêng biệt, hình dạng khác nhau, không liên kết hoặc liên kết yếu với nhau Quá trình cắt chỉ có biến dạng đàn hồi và đứt

Khi cắt tạo thành phoi vụn, lực cắt thay đổi liên tục, gây rung động trên toàn bộ

hệ thống công nghệ Bề mặt nhận được với chiều cao nhấp nhô lớn, chất lượng bề mặt thấp (hình 1-16d)

b Phoi xếp (hình 1-16b): Nhận được khi gia công vật liệu dẻo (ví dụ như thép, đồng

thau, hợp kim các loại …) ở tốc độ cắt trung bình, chiều dày cắt lớn và góc cắt δ của dao có giá trị tương đối lớn Phoi xếp có dạng mảnh rời hoặc từng đoạn ngắn liên kết với nhau, mặt ma sát với dao nhẵn, mặt kia của phoi có dạng răng cưa

Khi cắt tạo thành phoi xếp, lực cắt có thay đổi nhưng ít hơn so với khi tạo phoi vụn Do đó bề mặt gia công nhận được có chất lượng cao hơn

c Phoi dõy (hỡnh 1-16a): Nhận được khi gia công vật liệu dẻo với tốc độ cắt cao và

chiều dày cắt a nhỏ Phoi là 1 dải kim loại dà hoặc cuộn tròn liên tục Mặt tiếp xúc với mặt trước của dao rất nhẵn bóng, mặt kia hơi bị gợn

Hình 1-16 Các loại phoi

Khi cắt tạo thành phoi dây, lực cắt ít thay đổi, do đó ít gây ra rung động cho hệ thống công nghệ, bề mặt gia công nhận được có chất lượng cao

1.2.2 Các biểu hiện của biến dạng

1.2.2.1 Hiện tượng co phoi

a Hiện tượng:

- Trong quá trình cắt, kim loại lớp cắt bị biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo chuyển thành phoi Hình dạng của nó không giữ nguyên như cũ mà chiều dài ngắn lại, chiều dày tăng lên Đó là hiện tượng co phoi

Gọi: Kd là hệ số co phoi dọc thì: Kd = lc/lp

Kn là hệ số co phoi ngang thì Kn = ap/lc

lp, ap là chiều dài và chiều dày phoi

lc, ac là chiều dài và chiều dày lớp cắt

Do phương tác dụng lực, chiều rộng b hầu như không thay đổi, khối lượng kim loại cắt và phoi luôn bảo toàn

Ta có: ac.bc.lc = ap.bp.lp vì bc = bp nên ac.bc = ap.bp

c

p p

a

a l

p p

c n d

F

F a

a l

l K K

b Các phương pháp xác định hệ số co phoi:

- Phương pháp đo trực tiếp: dùng thước hoặc kính hiển vi để đo chiều dày hoặc chiều dài của phoi và so sánh với chiều dài, chiều dày tương ứng trên phôi, sau đó tính hệ số K như trên

Ví dụ: Khi bào 1 phôi có chiều dài lc lấy 1 phoi và dùng dụng cụ đo xác định được chiều dài lf1, lf2 và chiều dày af của nó Chiều dày cắt ac xác định thông qua lượng chạy dao S: a=S.sinϕ Lúc đó ta có:

γ - khối lượng riêng của vật liệu gia công (g/cm3)

Thể tích lớp kim loại được cắt xác định trên phôi là: Vc=ac.bc.lc

Do Vc=Vf nên S.t.lc=Qf/γ

c

Q l S t

γ

Ta có; lc=1000.Qf/γ.S.t (mm)

Từ đó ta tính được K=lc/lf

Hệ số K càng lớn phoi biến dạng càng nhiều

1.2.2.2 Hiện tượng phoi bám (lẹo dao)

a Hiện tượng:

Trong quá trình cắt các vật liệu dẻo, khi có phoi dây, trên mặt trước của dao gần

kề ngay lưỡi cắt chính xuất hiện lớp vật liệu có cấu trúc và cơ lý tính khác với vật liệu gia công và vật liệu dụng cụ cắt (hình 1-18) Nó có dạng hình chêm và độ cứng cao hơn nhiều so với vật liệu gia công Lớp

vật này gắn chắc trên mặt trước của dao, tuy

nhiên không ổn định Nó được hình thành,

lớn dần rồi giảm dần và bị phá hủy, rồi lại

hình thành…

Hiện tượng này gọi là hiện tượng lẹo dao

b Nguyên nhân và điều kiện hình thành:

- Nguyên nhân: Do chịu áp lực lớn, nhiệt

độ cao trong vùng tiếp xúc và lực ma sát

giữa các phân tố phoi nằm kề sát với mặt

trước của dao lớn làm cho lớp mỏng kim loại trên mặt phoi bị chảy nhão Mặt khác mặt trước của dao không tuyệt đối nhẵn, có độ nhám nhất định Các phân tố phoi đó

có tốc độ di chuyển chậm lại và trong điều kiện nhất định bị giữ lại trên mặt trước của dao

Điều kiện hình thành: Xét 1 phân tố phoi trên dải phoi (tại vị trí tiếp xúc với mặt trước của dao), nó chịu tác dụng của các lực sau:

Hình 1-19 Điều kiện hình thành lẹo dao

Hình 1-18 Hiện tượng lẹo dao

c)

+ Lực thoát phoi S

+ Lực liên kết nội bộ dải phoi Q

+ Lực ma sát giữa phân tố phoi với mặt trước của dao T

Lực S và Q có xu hướng đẩy phân tố phoi ra ngoài trên bề mặt trước của dao, con lực T có xu hướng cản lại chuyển động này

Lúc này điều kiện để hình thành và mất đi của lẹo dao là: T≥Q+S

Lẹo dao sẽ ổn định khi Q+S<T Đến khi tổng của Q và S vừa lớn hơn T thì lập tức lẹo dao bị phá hủy 1 phần hoặc toàn bộ và quá trình cứ như vậy lặp đi lặp lại

c Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến lẹo dao:

Quan hệ giữa tốc độ cắt và chiều cao

lẹo dao biểu diễn trên hình 1-20

Khu vực I: Cắt ở tốc độ thấp

(Vc<V1), mức độ biến dạng của phoi bé,

nhiệt phát sinh ra trong quá trình cắt bé,

dẫn đến lực liên kết Q lớn, lẹo dao chưa

hình thành

- Khu vực II: Khi cắt ở tốc độ

V2≥Vc≥V1, với việc tăng Vc, mức độ

biến dạng của lớp cắt tăng lên, nhiệt cắt tăng làm cho chuyển động nhiệt giữa các phân tố tăng, lực liên kết Q nhỏ đi, lẹo dao hình thành và chiều cao của nó tăng lên, đạt trị số hmax khi Vc=V2

Khu vực III: Khi cắt ở tốc độ Vc≥V2 Lúc này nhiệt cắt tiếp tực tăng làm lực liên kết Q giảm đi, nhưng lại làm xuất hiện 1 lớp kim loại chảy nhão giữa phoi và mặt trước của dao, làm giảm lực ma sát giữa phoi và dao, dẫn đến chiều cao lẹo dao giảm dần

Khu vực IV: Khi cắt với tốc độ Vc≥V3, tốc độ cắt rất cao, ngoài việc làm giảm hệ

số ma sát giữa phoi và dao, nó còn làm giảm xu hướng hàn dính phoi vào mặt trước của dao, lẹo dao mất hẳn

d Ảnh hưởng của lẹo dao:

Hình 1-20 Quan hệ giữa tốc

độ cắt và chiều cao lẹo dao

* Có lợi:

- Lẹo dao làm tăng góc trước

của dao (hình 1-18c) dẫn đến sự

thoát phoi dễ dạng hơn

- Do lẹo dao là 1 lớp kim loại

có độ cứng cao dính chặt vào

mũi dao nên nó thay vật liệu làm

dao trong quá trình cắt Vì vậy,

lẹo dao bảo vệ được mũi dao

Như vậy: Khi gia công thô lẹo dao có lợi

Khi gia công tinh lẹo dao không có lợi

Để khống chế lẹo dao, cần cắt ở vùng tốc độ cắt không sinh ra lẹo dao Vc>V2hoặc Vc<V1, tăng độ bóng mặt trước của dao, chọn vật liệu làm dao có hệ số ma sát

và khuynh hướng hàn đính với vật liệu gia công bé

1.2.2.3 Hiện tượng hoá cứng

Hình 1-21 Lẹo dao ảnh hưởng đến độ chính xác gia công

a Hiện tượng:

Sự xô lệch mạng tinh thể kim

loại và sự biến dạng của hạt tinh

thể kim loại làm thay đổi độ

cứng bề mặt gia công gọi là hiện

tượng hoá cứng

Độ cứng lớp kim loại hoá

cứng gấp 3 ÷ 4 lần so với bên

trong và sâu tới 2mm và nó thay

đổi theo tính chất vật liệu, hình

dạng hình học của dao và điều

kiện cắt Độ cứng của phoi cao

nhất lên tới 290 đơn vị, vùng cắt

là 200, bề mặt gia công là 188 (hình 1-22) Hoá cứng làm thay đổi tính chất của bề mặt gia công

b Nguyên nhân:

Sau khi gia công do kết quả lan truyền biến dạng dẻo từ vùng tạo phoi

Do mũi dao không tuyệt đối nhọn mà có trị số bán kính cong ρ nào đó, vì vậy khi cắt, mũi dao ngoài nhiệm vụ tách phoi, nó còn nén bề mặt gia công, gây biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo lớp bề mặt, làm tăng xô lệch mạng của lớp bị nén và làm tăng độ cứng

Do ma sát giữa mặt sau của dao và bề mặt đã gia công, nên nó chịu thêm 1 biến dạng phụ trên bề mặt đã gia công làm tăng thêm độ cứng

c Tác dụng:

Hiện tượng cứng nguội có tác dụng nâng cao tính chống mòn

Bề mặt bị biến cứng có thể làm tăng độ biến cứng từ 15 ÷ 20%

Vì vậy, bề mặt gia công xong, nếu không có khuyết tật gì thì hiện tượng cứng nguội có tác dụng tốt Nếu hiện tượng này xuất hiện ở các nguyên công trung gian

Hình 1-22 Độ cứng của các điểm trên chi tiết và phoi khi cắt thép Y10A Đơn vị

độ cứng đo bằng KG/mm 2

sẽ gây khó khăn cho quá trình gia công tiếp theo Ngoài ra nó còn làm tính dòn tăng, tính dẻo, dai giảm làm giảm tính va đập của chi tiết máy

1.2.2.4 Chất lượng của bề mặt gia công

Được đánh giá bằng cơ lý tính và độ nhẵn bề mặt đã gia công Trong đó độ nhám ảnh hưởng chủ yếu đến chất lượng bề mặt gia công

Thông số đánh giá độ nhám là độ cao nhấp nhô trung bình Rz

+ Rz ảnh hưởng đến tính năng làm việc của chi tiết máy:

- Chịu mỏi kém vì tạo ra ứng suất tập trung

- Dễ bị ăn mòn do bụi bẩn, dung dịch tưới

- Làm thay đổi tính chất của mối ghép

+ Nguyên nhân gây ra chiều cao nhấp nhô trung bình Rz:

- Do diện tích lớp cắt dư để lại h:

Với dao mũi nhọn:

1

cot cotgϕ gϕ

S h

- Biện pháp nâng cao độ nhẵn bề mặt: S, j, j1 giảm và R tăng Nhưng S giảm

sẽ ảnh hưởng đến năng suất cắt, j và j1 giảm thì Py tăng nên phải tăng độ cứng vững cho thệ thống công nghệ Vì vậy

thường tăng R là chủ yếu

Ngoài ra để nâng cao độ nhẵn bề

a Nguồn gốc phát sinh nhiệt cắt

Hình 1-23 Nguồn sinh nhiệt trong quá trình cắt

Tổng nhiệt lượng phát sinh trong quá trình cắt được hình thành từ các thành phần sau:

Qvật = (3 ÷ 9)%Q∑ còn lại truyền vào không khí

Nhiệt truyền vào dao là có hại hơn cả vài nó làm thay đổi tính cắt và dao chóng mòn

1.2.3.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến nhiệt cắt

a Vật liệu gia công:

- Kim loại có σb và HB tăng thì Pz và Q tăng

- Kim loại có tính dẫn nhiệt tốt, nhiệt truyền vào phoi nhanh nên Qdao giảm

b Chế độ cắt:

- Chiều sâu cắt t tăng thì Pz tăng tỷ lệ Nhưng t tăng thì Fcắt tăng làm cho sự sự tiếp xúc gữa dao và phoi nhiều, nhiệt truyền vào phoi dễ nên Qdao giảm Hai ảnh hưởng này trái ngược nhau nên khi t tăng thì Qdao tăng ít

- Bước tiến S tăng thì Pz tăng, Qdao tăng Nhưng khi S tăng thì a tăng và áp lực của phoi lớn Q truyền vào dao nhiều hơn khi tăng t

- Tốc độ cắt V: chỉ xét khi V lớn

Khi V tăng thì Pz giảm nhưng so vơi sự tăng của V thì không đáng kể Do vậy Q∑ tăng nhanh Nhưng V tăng thì nhiệt truyền ra phoi nhiều, do đó khi V tăng thì Qdao tăng nhưng không tỷ lệ

Quan hệ giữa nhiệt trên dao và các yếu tố trên như sau:

θ0 = Cθ.tx.Sy.Vz (z>y>x) (1-9) Trong đó: Cθ - là hệ số phụ thuộc vào vật liệu gia công và điều kiện cắt

X, y, z - là số mũ chỉ mức độ ảnh hưởng của t, S, V đến nhiệt cắt

c Vật liệu làm dao:

Vật liệu dụng cụ cắt ảnh hưởng đến nhiệt độ thông qua hệ số ma sát với vật liệu gia công, độ dẫn nhiệt và nhiệt dung của nó

d Dung dịch trơn nguội:

Dung dịch trơn nguội làm giảm hệ số ma sát, kích thước các vết nứt tế vi phát

triển, làm công tiêu hao cho quá trình cắt giảm, dung dịch trơn nguội dẫn nhiệt ra khỏi vùng cắt

Với những tác dụng trên dung dịch trơn nguội làm giảm đáng kể nhiệt độ vùng cắt (khoảng 10÷15%)

e Các yếu tố khác:

- Góc γ tăng phoi thoát dễ, Pz giảm, Q giảm Nhưng g tăng thì b giảm nhiệt truyền từ đầu dao vào thân dao chậm Nên g tăng thì Q tăng nhưng không tỷ lệ

- Góc ϕ tăng thì b giảm, sự tiếp xúc giữa dao và vật ít, nhiệt truyền và vật kém

Do vậy khi ϕ tăng thì Q tăng

- Bán kính mũi dao r tăng thì biến dạng tăng, Q tăng Nhưng r tăng, sự tiếp xúc giữa dao và vật tăng nên khi r tăng thì Q giảm

- Tiết diện thân dao BxH tăng thì nhiệt lượng truyền và thân dao nhiều, Qđầu dao

1.2.3.3 Dung dịch tưới nguội

a Tác dụng và yêu cầu đối với dung dịch tưới nguội:

- Dung dịch tưới nguội tác động vào bề mặt phoi tạo ra lớp bọc cần thiết để phoi không bám vào nhau, thoát ra khỏi vùng tạo phoi dễ dàng

* Yêu cầu đối với dung dịch tưới nguội:

- Có tác dụng bôi trơn, giảm ma sát tốt

- Có tác dụng làm nguội tốt

- Không bị phân hủy dưới sự tác động của nhiệt độ cao, sử dụng được lâu dài

- Ít làm han gỉ hệ thống công nghệ (Máy – dao – gá - chi tiết)

- Không gây độc hại cho công nhân và không làm ô nhiễm môi trường

- Dễ kiếm và giá cả hợp lý

b Các loại dung dịch trơn nguội thường dùng:

* Dung dịch làm nguội là chủ yếu:

- Gồm các dung dịch với độ nhớt nhỏ, nhiệt dung và khả năng dẫn nhiệt tốt như: dung dịch nước khoáng điện ly, dung dịch Êmunxi …

Dung dịch Êmunxi được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, chế tạo Êmunxi từ Nước xà phòng + axit hữu cơ + cồn Dung dịch có màu trắng sữa, mùi khó chịu, hoạt tính cao nhưng khả năng thâm nhập kém Loại này được dùng nhiều khi mài Khi thay đổi tỷ lệ nước trong dung dịch Êmunxi, màu của nó chuyển từ màu trắng sữa sang nâu

* Dung dịch bôi trơn là chủ yếu:

- Được dùng khi gia công tinh và gia công lần cuối cần đạt độ bóng và độ chính xác bề mặt gia công cao

- Trong công nghiệp sử dụng phổ biến loại dầu Sul phi rê dôn, thành phần gồm 80% dầu cọc sợi số 3, 18% Nigron và 2% lưu huỳnh

c Cách sử dụng dung dịch trơn nguội (DDTN):

- Khi gia công thô, sử dụng DDTN có tính chất làm nguội là chủ yếu

- Khi gia công tinh, sử dụng DDTN có tính chất bôi trơn là chủ yếu

- Khi cắt tốc độ cao bằng dao hợp kim cứng, DDTN phải tưới liên tục, đẩy đủ, nếu không hợp kim cứng sẽ bị nứt

- Khi phay bằng dao phay mặt đầu, do dao làm việc không liên tục nên không cần tưới DDTN

- Khi gia công vật liệu dòn, nhận được phoi vụn, nhiệt phát sinh bé nên hiệu quả khi sử dụng DDTN thấp

- DDTN phải được đưa trực tiếp vào khu vực cắt bằng các phương pháp: tưới, phun vào mặt sau, phun sương mù, dùng áp suất đưa DDTN đi theo các rãnh của dụng cụ vào khu vực cắt (hình 1-24)

1.2.4 Rung động trong quá trình cắt

Dó đó khi nghiên cứu về rung động, tìm cách giảm rung (chủ yếu là giảm biên độ

và điều chỉnh tần số tránh cộng hưởng …) là nhiệm vụ cần thiết Trong quá trình cắt

có 2 loại rung động: rung động cưỡng bức và tự rung

a Rung động cưỡng bức: xuất hiện dưới tác động theo chu kỳ của các ngoại lực

Ví dụ:

Hình 1-24 Các phương pháp tưới dung dịch trơn nguội

+ Khi tiện chi tiết có rãnh, lực cắt thay đổi theo chu kỳ (P=0 khi dao đi qua rãnh, P≠0 khi cắt)

+ Lực ly tâm của các vật quay không cân bằng (chi tiết, mâm cặp, bánh đai…) + Lực va đập khi chế tạo không chính xác các bánh răng trong hộp tốc độ, các chi tiết máy bị mòn

b Rung động tự rung: xuất hiện dưới sự tác dụng của nội lực

Ví dụ:

+ Lực ma sát giữa phoi và mặt trước của dao thay đổi

+ Sự không đồng nhất về cơ lý tính của vật liệu gia công gây biến thiên

+ Lẹo dao xuất hiện rồi bị phá hủy, góc γ cắt thực tế thay đổi Lực thay đổi theo gây tự rung

+ Khi đã xuất hiện rung động, vị trí của phôi và dao thay đổi, chiều dày cắt a thay đổi, lực cắt thay đổi gây tự rung

1.2.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến rung động

a Chế độ cắt:

Tốc độ cắt: Khi tăng tốc độ cắt rung động bắt đầu tăng theo, tiếp tục tăng tốc độ cắt lên nữa, rung động đạt biên độ lớn nhất sau đó giảm đi Điều này được giải thích bởi quá trình cắt xảy ra ở vùng tốc độ cắt có và không có hiện tượng lẹo dao

Lượng chạy dao S và chiều sâu cắt t: Khi S và t tăng làm tăng diện tích lớp cắt Lực cắt tăng Song rung động xuất hiện khi lực cắt thay đổi

Khi tăng S và t nếu hệ thống công nghệ không đủ cứng vững, lực cắt lớn làm cho biến dạng của hệ thống công nghệ tăng Nếu trong hệ thống công nghệ vì các nguyên nhân khác (không phải do tăng S và t) đã bị rung động thì khi tăng S và t lực cắt tăng sẽ làm tăng biên độ của rung động

b Thông số hình học của dụng cụ cắt:

Tăng γ lực cắt giảm, lẹo dao khó hình thành, biên độ rung động giảm

Tăng α ma sát ở mặt sau giảm, lực cắt giảm, biên độ rung động giảm

Góc ϕ ảnh hưởng đến rung động như sau: