Nghiên cứu, tính toán và lựa chọn chế độ cắt khi gia công hợp kim nhôm trên máy tiện CNC

Trong quá trình cắt, mặt trước dụng cụ tiếp xúc với phoi, mặt sau tiếp xúc với mặt đang gia công của chi tiết, với tốc độ trượt lớn, nên vật liệu dụng cụ phải có tính chống mòn cao.. Đối

1

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Phạm Ngọc Thưởng MSHV: CB130522;

Học viên cao học lớp: CĐT-13B;

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử

Viện Cơ khí - Đại học Bách Khoa Hà Nội

Sau hai năm học tập nghiên cứu, được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và

đặc biệt là sự giúp đỡ của PGS.TS Hoàng Vĩnh Sinh, thầy giáo hướng dẫn tốt

nghiệp của tôi, tôi đã đi đến cuối chặng đường để kết thúc khóa học

Tôi đã quyết định chọn đề tài ―Nghiên u t nh to n và h n h

ắt khi gi ông hợp kim nhôm trên m y tiện CNC “

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng

dẫn của PGS.TS Hoàng Vĩnh Sinh, các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc xuất

xứ rõ ràng, không sao chép dưới mọi hình thức Nếu có vấn đề gì trong nội dung luận văn tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Hà Nội, ngày tháng năm 2015

Người cam đoan

Phạm Ngọc Thưởng

-

2

MỤC LỤC

Lời cam đoan 1

Mục lục 2

Các ký hiệu và chữ viết tắt 5

Danh mục các bảng biểu 7

Danh mục các hình vẽ và đồ thị 8

MỞ ĐẦU 10

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CẮT 12

1.1 Các loại vật liệu dụng cụ thường dùng trong ngành chế tạo máy 12

1.1.1 Yêu cầu- Các đặc tính cơ bản chung của vật liệu dụng cụ 12

1.1.1.1 Độ cứng 12

1.1.1.2 Độ bền cơ học 12

1.1.1.3 Tính chịu mòn 12

1.1.1.4 Tính chịu nhiệt 13

1.1.1.5 Tính công nghệ 13

1.1.2 Các loại vật liệu dụng cụ 13

1.1.2.1 Thép cacbon dụng cụ 13

1.1.2.2 Thép hợp kim dụng cụ 13

1.1.2.3 Thép gió 14

1.1.2.4 Hợp kim cứng 17

1.1.2.5 Vật liệu sứ 19

1.1.2.6 Vật liệu tổng hợp 19

1.2 Cơ sở vật lý quá trình cắt kim loại 20

1.2.1 Quá trình cắt và tạo phoi 20

1.2.2 Các dạng phoi 23

1.2.2.1 Phoi xếp 24

1.2.2.2 Phoi dây 24

1.2.2.3 Phoi vụn 24

1.2.3 Nhiệt cắt 25

3

1.2.3.1 Nhiệt lượng sinh ra khi cắt 25

1.2.3.2 Nhiệt độ khi cắt 26

1.2.3.3 Ảnh hưởng của các nhân tố đến nhiệt cắt 26

1.2.4 Sự co rút phoi và các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số co rút phoi 30

1.2.4.1 Ảnh hưởng của vật liệu gia công 30

1.2.4.2 Ảnh hưởng của góc cắt δ 31

1.2.4.3 Ảnh hưởng của góc nghiêng chính υ 32

1.2.4.4 Ảnh hưởng của chế độ cắt 33

1.2.5 Hiện tượng lẹo dao 34

1.2.6 Kết luận 39

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT GIA CÔNG CƠ KHÍ 40 2.1 Tổng quan về các công trình nghiên cứu xác lập quan hệ giữa độ nhám bề mặt với thông số công nghệ 40

2.2 Khái niệm về độ nhám bề mặt 41

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt 43

2.3.1 Ảnh hưởng của thông số hình học dụng cụ cắt và chế độ cắt tới độ nhám bề mặt 43

2.3.2 Các yếu tố phụ thuộc biến dạng dẻo lớp bề mặt 45

2.3.3 Ảnh hưởng do rung động của hệ thống công nghệ đến chất lượng của bề mặt gia công 47

2.4 Ảnh hưởng của nhám bề mặt tới khả năng làm việc của chi tiết máy 48

2.4.1 Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt đến tính chống mòn 48

2.4.2.Ảnh hưởng của nhám bề mặt đến độ bền mỏi của chi tiết máy 50

2.4.3.Ảnh hưởng của nhám bề mặt tới tính chống ăn mòn hóa học của lớp bề mặt chi tiết 50

2.4.4: Ảnh hưởng của nhám bề mặt đến độ chính xác mối lắp ghép 51

Chương 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN ĐỘ NHẤP NHÔ BỀ MẶT VÀ ĐỘ MÒN 53

3.1 Thiết bị thực nghiệm 53

3.1.1 Máy tiện CNC CK6240ZX 53

4

3.1.2 Máy đo độ nhám Mitutoyo, ký hiệu 178–954-3E 55

3.1.3 Vật liệu làm dao 56

3.1.4.Vật liệu gia công 56

3.2 Thiết kế thí nghiệm 57

3.3 Tiến hành thực nghiệm chọn dao cắt 57

3.4 Thực nghiệm tính toán lựa chọn chế độ cắt 59

3.4.1 Mô hình toán học xác định mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt với chế độ cắt 60

3.4.2 Tiến hành thực nghiệm 62

3.4.3 Kiểm tra tính đồng nhất của thí nghiệm cần xác định tỷ số giữa phương sai lớn nhất và tổng phương sai 63

3.4.4 Tính các hệ số của phương pháp hồi quy 64

3.5 Thực nghiệm tính toán độ mòn của dao 67

3.5.1 Mô hình toán học xác định mối quan hệ giữa độ mòn với chế độ cắt 67 3.5.2 Tiến hành thực nghiệm 67

3.5.3 Kiểm tra tính đồng nhất của thí nghiệm cần xác định tỷ số giữa phương sai lớn nhất và tổng phương sai 68

3.5.4 Tính các hệ số của phương pháp hồi quy 69

3.6 Xây dựng đồ thị : 72

3.6.1 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Ra với V và t khi S= 0,1 mm/vg 72

3.6.2 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Ra với V và S khi t= 0,5 mm 73

3.6.3 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Ra với S và t khi V= 60 m/ph 73

3.7 Kết luận chương 3 74

Chương4 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75

4.1 Kết luận 75

4.2 Kiến nghị 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

hmin: chiều dày phoi min (mm)

hi : chiều cao nhấp nhô tế vi (m)

kbd: mức độ biến dạng của phoi trong miền tạo phoi

kms: mức độ biến dạng của phoi do ma sát với mặt sau của dao K: hệ số co rút phoi

6

A: biên độ dao động (m)

Hv: độ biến cứng bề mặt

Hm : độ mòn dụng cụ cắt

7

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1 Thành phần hóa học của một số loại thép gió (%) 15

Bảng 2 Công dụng của thép gió theo ký hiệu ISO và một số nước tương ứng 17

Bảng 3 Giá trị của hệ số co rút phoi 31

Bảng 4: Các giá trị Ra, Rz và chiều dài chuẩn l ứng với các cấp độ nhám bề mặt 43

Bảng 5: Thông số máy tiện CNC CK6240ZX 54

Bảng 6: Thông số máy đo độ nhám 56

Bảng 7: Thành phần hóa học dao cắt 56

Bảng 8: Thành phần hóa học hợp kim nhôm ADC12 56

Bảng 9 Bảng thông số độ mòn dao trên cơ sở tiến hành thực nghiệm 59

Bảng 10 Bảng tính toán các thông số công nghệ 59

Bảng 11 Bảng thông số công nghệ đầu vào 61

Bảng 12 Kết quả đo độ nhám với mẫu thực nghiệm nhôm ADC12 62

Bảng 13 Bảng kiểm tra tính đồng nhất của thực nghiệm nhôm ADC12 63

Bảng 14 Hệ số của phương trình hồi quy mẫu nhôm ADC12 64

Bảng 15 Giá trị hàm số của vật liệu nhôm ADC12 66

Bảng 16 Kết quả đo độ mòn với mẫu thực nghiệm nhôm ADC12 68

Bảng 17 Bảng kiểm tra tính đồng nhất của thực nghiệm 68

Bảng 18 Hệ số của phương trình hồi quy mẫu nhôm ADC12 69

Bảng 19 Giá trị hàm số 71

8

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sơ đồ tôi và ram thép gió 16

Hình 1.2 Sơ đồ hóa miền tạo phoi 20

Hình 1.3 Miền tạo phoi ứng với tốc độ cắt khác nhau 22

Hình 1.4 Tính góc trượt 22

Hình 1.5 Các dạng phoi 23

Hình 1.6 Các vùng sinh nhiệt 26

Hình 1.7 Ảnh hưởng của tốc độ cắt v đến θ 0 C 27

Hình 1.8 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt t 27

Hình1 9 Ảnh hưởng của chiều rộng cắt b đến nhiệt cắt 28

Hình 1.10 Ảnh hưởng của góc cắt δ đến nhiệt cắt 28

Hình1 11 Ảnh hưởng của góc  đến nhiệt cắt , v= 100 m/ph, S= 0,5 mm/vòng 29

Hình 1.12 Sơ đồ tính toán sự co rút phoi 32

Hình 1.13 a) Ảnh hưởng của góc υ đến hệ số co rút phoi 32

Hình1 13 b) Phương thoát phoi khi lưỡi cắt cong 33

Hình 1.14 Quan hệ giữa chế độ cắt và hệ số co rút phoi 34

Hình 1.15 Dạng lẹo dao 35

Hình 1.16 Quan hệ giữa tốc độ cắt và chiều cao lẹo dao 36

Hình 1.17 Quan hệ giữa độ dẻo của vật liệu gia công với chiều cao lẹo dao 36

Hình1 20 Điều kiện hình thành lẹo dao 38

Hình 2.1:Độ nhám bề mặt 41

Hình 2.2 Quan hệ giữa chiều cao nhấp nhô tế vi và lượng tiến dao khi tiện 44 Hình 2.3 Biểu thị ảnh hưởng của hình dạng hình học và chế độ cắt tới độ nhám 45

9

bề mặt khi tiện 45

Hình 2.4 Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến chiều cao nhấp nhô tế vi Rz 46

Hình 2.6 Quá trình mài mòn của một cặp chi tiết ma sát(tiếp xúc) với nhau.48 Hình 2.7 Quan hệ giữa lượng mòn ban đầu (U) và sai lệch profin trung bình Ra 49

Hình 2.8 Quá trình ăn mòn hóa học trên lớp bề mặt chi tiết máy 51

Hình 3.1.Máy tiện CNC CK6240ZX 53

Hình 3.2.Máy đo độ nhám SJ301 55

Hình 3.3.Sơ đồ gá đặt phôi trên máy tiện CNC 58

Hình 3.4.Quy ước các chiều dài của dao tiện 58

Hình 3.5 Đồ thị quan hệ giữa Ra – V – t khi gia công nhôm bằng dao thép gió 72

Hình 3.6 Đồ thị quan hệ giữa Ra – S – V khi gia công nhôm bằng dao thép gió 73

Hình 3.7 Đồ thị quan hệ giữa Ra – S – t khi gia công nhôm bằng dao thép gió 73

ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu về kiểm tra chất lượng bề mặt chi tiết sau gia công

Chất lượng bề mặt gia công là một hàm đa biến của các yếu tố công nghệ (chế độ cắt, thông số hình học dụng cụ, vật liệu ) vì vậy chất lượng bề mặt là nghiên cứu các yếu tố liên quan ảnh hưởng trực tiếp tới chúng

Chính vì tính cấp thiết của yếu tố này nên tôi chọn đề tài “Nghiên u t nh

to n và h n h ắt khi gi ông hợp kim nhôm trên m y tiện CNC” làm

đề tài nghiên cứu

II N i dung nghiên u

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

- Nghiên cứu lý thuyết về chế độ cắt và ảnh hưởng của chế độ cắt tới chất

lượng bề mặt

- Tổng quan về các nghiên cứu độ nhám bề mặt

- Nghiên cứu thực nghiệm ở chế độ cắt (v, s, t) để chọn dao tiện về mặt hình dáng hình học ( góc cắt α, γ )

- Nghiên cứu thực nghiệm ở các chế độ cắt (v, s, t) độc lập khác nhau, lần lượt thay đổi từng thông số chế độ cắt

- Ghi chép kết quả, phân tích, tổng hợp và đánh giá chế độ cắt phù hợp nhất

III Đối tượng và phạm vi nghiên u:

Đối tượng nghiên cứu là tìm hiểu sự ảnh hưởng của chế độ cắt đối với độ nhám bề mặt Việc nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành với các điều kiện sau:

- Máy thực nghiệm: Máy tiện CNCCK6240ZX

- Vật liệu gia công là Hợp kim nhôm ADC12

- Vật liệu làm dao làthép gió sản xuất tại CHLB Đức

- Đối tượng gia công là mặt trụ ngoài

- Thiết bị đo độ nhấp nhô tế vi bề mặt của hãng Mitutoyo, ký hiệu 4E

178–954-IV Phương ph p nghiên u

Dùng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm

11

- Nghiên cứu lý thuyết về chế độ cắt và ảnh hưởng của chế độ cắt tới chất

lượng bề mặt

- Tổng quan về các nghiên cứu độ nhám bề mặt

- Nghiên cứu thực nghiệm ở chế độ cắt (v, s, t) để chọn dao tiện về mặt hình dáng hình học ( góc cắt α, γ )

- Nghiên cứu thực nghiệm ở các chế độ cắt (v, s, t) độc lập khác nhau, lần lượt thay đổi từng thông số chế độ cắt

- Ghi chép kết quả, phân tích, tổng hợp và đánh giá chế độ cắt phù hợp nhất

V Ý nghĩ kho h và th tiễn ủ ề tài

12

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CẮT

1.1 Các loại vật liệu dụng cụ thường dùng trong ngành ch tạo máy

Dụng cụ làm việc trong điều kiện cắt khó khăn không những phải chịu áp lực lớn, nhiệt độ cao mà còn bị mài mòn và rung động trong quá trình cắt

Việc nghiên cứu vật liệu dụng cụ (phần cắt) sẽ góp phần quan trọng trong việc lựa chọn dụng cụ khi sử dụng nó, góp phần giảm chi phí dụng cụ, tăng năng suất và đảm bảo chất lượng gia công

1.1.1 Yêu cầu- C ặ t nh ơ bản chung của vật liệu dụng cụ

Vật liệu dụng cụ phải đảm bảo các yêu cầu cơ bản sau:

1.1.1.1 Đ ng

Để gia công được vật liệu thì vật liệu phải có độ cứng cao hơn vật liệu gia công Lựa chọn độ cứng vật liệu dụng cụ phụ thuộc vào độ cứng của vật liệu gia công

Thông thường khi gia công vật liệu có độ cứng khoảng 160 ’ 220 HB vật liệu phần cắt dụng cụ phải có độ cứng lớn hơn 60 HRC

1.1.1.2 Đ bền ơ h

Trong quá trình gia công phần cắt dụng cụ chịu tải trọng cơ học và dung động lớn, vì vậy vật liệu dụng cụ phải có sức bền cơ học tốt để tránh gãy vỡ trong quá trình gia công Vật liệu dụng cụ có sức bền cơ học càng cao thì tính năng sử dụng của nó càng tốt

1.1.1.3 T nh hịu mòn

Trong quá trình cắt, mặt trước dụng cụ tiếp xúc với phoi, mặt sau tiếp xúc với mặt đang gia công của chi tiết, với tốc độ trượt lớn, nên vật liệu dụng cụ phải có tính chống mòn cao

Phần cắt dụng cụ khi đủ độ bền cơ học, thì dạng hỏng chủ yếu của là dụng cụ

bị mài mòn Tính chịu mòn của vật liệu tỷ lệ thuận với độ cứng

Một trong những nguyên nhân chủ yếu gây ra mòn dao là hiện tượng chảy dính của vật liệu làm dao Tính chảy dính của vật liệu làm dao được đặc trưng bởi nhiệt độ chảy dính giữa hai vật liệu tiếp xúc với nhau, …

13

Vật liệu làm dao tốt là loại vật liệu có nhiệt độ chảy dính cao.Qua các nghiên cứu thực nghiệm, nhiệt độ chảy dính của các loại hợp kim cứng có cacbit confram (WC), cacbit titan (TiC) với thép (11000C) cao hơn các hợp kim coban với thép (6750C)

1.1.1.4 T nh hịu nhiệt

Tính chịu nhiệt là một đặc tính quan trọng nhất quyết định chất lượng của loại vật kiệu dụng cụ Trong quá trình cắt nhiệt cắt lớn, phần cắt dụng cụ ngoài chịu tải trọng cơ học lớn còn chịu tải trọng nhiệt cao

Tính chịu nhiệt của vật liệu dụng cụ là khả năng giữ được đặc tính cắt (độ cứng, độ bền cơ học, …) ở nhiệt độ cao trong thời gian dài

Nhiệt cắt thường rất lớn có thể lên đến hàng ngàn độ C, do vậy tính chịu nhiệt là một trong những đặc tính quan trọng nhất của vật liệu dụng cụ

1.1.2.1 Thép bon dụng ụ

Thép cacbon dụng cụ phải có đủ độ cứng, tính chịu nhiệt và chịu mài mòn nên lượng cacbon trong thép không nhỏ hơn 0,7%, thường tử 0,7 ÷ 1,3% và hàm lượng P, S thấp (P < 0,035%, S < 0,025%) Độ cứng sau khi tôi và ram đạt 60 ’ 62 HRC Sau khi ủ độ cứng khoảng 107 ’ 217 HB nên dễ gia công bằng cắt gọt và gia công bằng áp lực

Nhiệt độ làm việc khoảng 2000

C ÷ 2500C , vận tốc cắt tối đa 25 m/phút

Thép cacbon dụng cụ có độ thấm tôi thấp nên được tôi trong nước Vì vậy nó thường được dùng làm các dụng cụ gia công bằng tay như dũa, đục,…

1.1.2.2 Thép hợp kim dụng ụ

14

Thép hợp kim dụng cụ là loại thép có hàm lƣợng cacbon cao và với một số nguyên tố hợp kim khoảng 0,5 ’ 3%

Các nguyên tố hợp kim Cr, W, Co, V có tác dụng tăng khả năng chịu nhiệt

và tính thấm tôi của thép hợp kim dụng cụ Nó đƣợc tôi trong dầu và chịu đƣợc nhiệt độ đến 3000C ÷ 4000C

Các loại thép hợp kim dụng cụ hiện nay đƣợc dùng chủ yếu để chế tạo các loại dụng cụ cầm tay và gia công ở tốc độ thấp v < 25 m/phút

1.1.2.3 Thép gió

Thép gió là loại thép hợp kim có hàm lƣợng vonfram rất cao Ngoài ra còn

có các thành phần hợp kim khác nhƣ vanadi, coban, crom để tạo nên thép gió với những tính năng đặc biệt

Thép gió là loại vật liệu dụng cụ đƣợc dùng rộng rãi Thép gió có thể cắt với tốc độ gấp 2 ’ 4 lần các loại thép cacbon dụng cụ và hợp kim dụng cụ Thép gió làm việc đƣợc ở nhiệt độ 550 ’ 6500C , vận tốc cắt đạt từ 20 m/phút ÷ 50 m/phút Thành phần vonfram là nguyên tố hợp kim quan trọng nhất trong thép gió Cùng với crom, vanadi chúng tạo thành với cacbon những cacbit hợp kim phức tạp Các cacbit này có đặc điểm là nâng cao tính chịu nhiệt của thép gió

Tác dụng chủ yếu của Cr là tăng độ thấm tôi, vanadi tạo thành cacbit vanadi

có độ cứng cao, tính chịu mòn cao Coban không tạo thành cacbit mà hòa tan vào sắt Khi thép gió có hàm lƣợng coban > 5% thì nhiệt độ làm việc của thép gió đƣợc nâng cao

Mn < 0,4%, Si < 0,4%, Mo < 0,5%, Ni < 0,4%, P < 0,03%, S < 0,03%

Bảng 1 Thành phần hóa học của một số loại thép gió (%)

Ngoài ra, chất lượng thép gió phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt luyện Vì vậy khi nhiệt luyện thép gió cần chú ý một số điểm sau :

- Không nung nóng thép gió đột ngột đến nhiệt độ cao (nhiệt độ tôi bằng

13000C) mà phải tăng nhiệt dần dần từ 6500

C , vì thép gió có độ dẫn nhiệt kém Thông thường thép gió được nung nóng qua 3 lò với nhiệt độ lần lượt là 6500

16

Hình 1.1 Sơ đồ tôi và ram thép gió [ 1]

- Phạm vi sử dụng thép gió đƣợc trình bày trong bảng 2

Ký hiệu các loại thép gió thông dụng

Phạm vi sử dụng

(Vịêt Nam)

JIS (Nhật)

AISI (Mỹ)

OCT (Nga)

Dùng cho tất cả các loại dụng cụ cắt để gia công thép cacbon, thép hợp kim

Dùng để chế tạo các loại dụng cụ đơn giản, gia công các loại thép kết cấu

1.3343 85W6Mo5Cr4V

Dùng nhƣ loại trên, đặc biệt để chế tạo các loiaj dụng cụ cắt ren và dụng cụ cắt chịu va đập

SG-5-3 M3 PGM53

Dùng chế tạo các dụng cụ gia công tinh (dao tiện định

17

hình, mũi doa, dao chuốt, dao phay), gia công các loại thép kết cấu hợp kim và không hợp kim

Dùng chế tạo các dụng cụ gia công tinh, gia công các loại thép ostenit dẻo

M4 P18K52

Dùng chế tạo các dụng cụ gia công thô

và bán tinh khi cắt các loại thép và hợp kim nóng, không rỉ

và sức bền cao

Dùng chế tạo các dụng cụ gia công thô

và bán tinh, gia công các loại thép không

So với các loại vật liệu dụng cụ thông thường thì HKC là loại vật liệu có độ cứng cao (80 ’ 90 HRA) và chịu được nhiệt độ cao ( 800 ’ 10000C) Do đó dụng cụ cắt bằng HKC có thể cắt đến tốc độ Vc> 100m/ph

18

Thành phần chủ yếu của các loại HKC là các loại bột mịn: cacbit vonfram (WC), cacbit titan (TiC), cacbit tantan (TaC) và thành phần coban (Co) làm nhiệm

vụ liên kết

Hợp kim cứng được chế tạo qua các giai đoạn chủ yếu sau:

- Tạo bột vonfram, titan, tantan nguyên chất

- Tạo ra các cacbit tương ứng từ các bột nguyên chất W, Ti, Ta là WC, TiC, TaC

- Trộn bột cacbit với bột coban theo thành phần tương ứng với các loại HKC

- Ép hỗn hợp dưới áp suất lớn ( 100 ’ 140 MN/mm2 ), nung sơ bộ ở nhiệt độ

9000C trong khoảng 1 giờ

- Tạo hình theo các dạng yêu cầu

- Thiêu kết lần cuối ở nhiệt độ cao 1400 ’ 15000C trong 1 đến 3 giờ tạo thành HKC

Ở nhiệt độ cao coban nóng chảy tạo thành chất dính kết liên kết các hạt cacbit thành HKC Sau khi thiêu kết, HKC có độ cứng cao lớn hơn 85 HRC, nên chỉ

có thể gia công bằng hạt mài hoặc bằng các phương pháp đặc biệt ( điện hóa, tia lửa điện )

Độ cứng của HKC phụ thuộc vào lượng cacbit TiC, TaC và coban Coban càng nhiều thì độ cứng càng giảm, độ bền và tính dẻo càng lớn TiC, TaC càng nhiều thì độ cứng càng cao

ISO phân hợp kim cứng theo 3 nhóm chính :

- Nhóm ký hiệu P cho các loại vật liệu cắt ra phoi dây

- Nhóm ký hiệu M là loại vạn năng dùng gia công các loại vật liệu cắt ra phoi dây và phoi xếp

- Nhóm ký hiệu K dùng gia công các loại vật liệu cắt ra phoi hạt và phoi vụn Hợp kim cứng được chế tạo thành các dạng theo tiêu chuẩn (các mảnh HKC) Các mảnh đó được hàn hoặc kẹp lên thân dụng cụ tiêu chuẩn Ngày nay các mảnh HKC được phủ lên một lớp mỏng vài micromet ( µm) bằng các loại cacbit cứng như TiC, TiC/TiN (cacbit titan, nitrit titan ) Các lớp phủ làm tăng độ cứng, tính chịu mài mòn và tính chịu nhiệt của HKC ( độ cứng > 90 HRA, chịu được nhiệt độ khoảng 10000C , ứng với tốc độ cắt Vc> 300 m/ph )

19

1.1.2.5 Vật iệu s

Vật liệu sứ đã được nghiên cứu từ những năm 1930 và phát triển sau những năm 1950 Quá trình chế tạo giống như HKC Đất sét kỹ thuật ( oxit nhôm AL2O3 ) được nung nóng đến nhiệt độ khoảng 1400 ’ 16000C Sau đó nghiền nhỏ thành bột mịn Bột mịn AL2O3 được ép thành các mảnh dao tiêu chuẩn và được thiêu kết

Hiện nay có 3 loại vật liệu sứ được sử dụng:

- Loại oxit nhôm thuần khiết, loại này hầu như chỉ có oxit nhôm

- Loại vật liệu sứ trộn Thành phần cơ bản của loại này vẫn là oxit nhôm ngoài ra còn trộn thêm các cacbit: TiC, TaC, WC, TiN

- Loại vật liệu sứ không có oxit Loại này được chế tạo từ nitrit silic

( Si3N4 ) có sức bền uốn cao hơn nhiều hai loại trên

Đặc tính chủ yếu của các loại vật liệu sứ là:

- Độ cứng và tính dòn cao do đó tính chịu mòn cao, tính chịu nhiệt cao được dùng cắt ở tốc độ cao

- Tính dẫn nhiệt kém nên không dùng dung dịch trơn nguội Nếu tới dung dịch trơn nguội dễ gây nứt các mảnh sứ

- Tính dẻo kém do đó sức bền uốn thấp vì vậy vật liệu sứ không chịu được rung động, va đập cũng như lực cắt lớn

- Mài sắc mảnh sứ rất khó và chỉ có thể mài bằng đá mài kim cương

1.1.2.6 Vật iệu tổng hợp

Các loại vật liệu tổng hợp dùng làm vật liệu dụng cụ là kim cương và nitrit

Bo Các loại vật liệu này thường được gọi là vật liệu siêu cứng: Độ cứng Vicker lớn hơn 50000 N/mm2

( tức lớn hơn 50 GPa )

Kim cương tự nhiên HVm ≈ 100 GPa

Kim cương tổng hợp HVm ≈ 90 ’ 100 GPa

Kim cương tự nhiên và kim cương tổng hợp được sử dụng cho các dụng cụ gia công tinh để gia công các bề mặt chất lượng cao ( độ bóng và độ chính xác cao ) như dao tiện kim cương, bút sửa đá mài, …

Kim cương nhân tạo được tổng hợp từ graphit ở áp suất và nhiệt độ cao ( khoảng 100000 atm và 25000C )

Đối với loại vật liệu dụng cụ nền là nitrit Bo có độ cứng thấp hơn kim cương một ít nhưng sức bền nhiệt cao ( khoảng 1200 ’ 14000C ) Vật liệu dụng cụ nitrit Bo

20

được dùng để gia công các loại thép tôi với năng suất cao hơn các loại vật liệu dụng

cụ khác

1.2 Cơ sở vật lý quá trình cắt kim loại

Đối tượng khảo sát của quá trình cắt là nghiên cứu sự biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo của vật liệu gia công và dụng cụ cắt, lực, ứng suất, công tiêu hao khi cắt, … Từ đó, xác định các quy luật ảnh hưởng của điều kiện cắt đến những đặc tính

cơ học của quá trình cắt

Nghiên cứu sự biến dạng dẻo của vật liệu gia công trong quá trình cắt là một trong những hướng nghiên cứu chủ yếu Như đã biết sự biến dạng dẻo của vật liệu gia công đồng thời rảy ra trong miền tạo phoi, ở phần phoi tiếp xúc với mặt trước của dụng cụ cũng như ở miền tiếp xúc của bề mặt gia công với mặt sau dụng cụ Trạng thái ứng suất và biến dạng giữa các vùng kể trên ở một mức nào đó ( tùy điều kiện cắt cụ thể) có quan hệ tương hỗ, do đó xác lập được mối quan hệ đó giúp ta hiểu được sâu hơn về các quy luật phức tạp của quá trình cắt

21

Khi cắt do tác dụng của lực P ( hình 2.a ), dao bắt đầu nén vật liệu gia công theo mặt trước Khi dao tiếp tục chuyển động trong vật liệu gia công phát sinh biến dạng đàn hồi, biến dạng này nhanh chóng chuyển sang biến dạng dẻo và một lớp phoi - có chiều dày aP - được hình thành từ lớp kim loại bị cắt có chiều dày a, di chuyển dọc theo mặt trước của dao.Có thể nói, quá trình cắt là quá trình nén dẻo kim loại rồi đứt ra tạo thành phoi

Việc nghiên cứu kim tương khu vực tạo phoi chứng tỏ rằng trước khi biến thành phoi, lớp kim loại bị cắt đã trải qua một giai đoạn biến dạng nhất định, nghĩa

là giữa lớp kim loại bị cắt và phoi có một khu vực biến dạng Khu vực này gọi là miền tạo phoi

Trong miền tạo phoi – như đã sơ đồ hóa ở hình 2 – có những mặt trượt OA, OB,

OC, OD, OE Vật liệu gia công trượt theo những mặt đó

( những mặt trên đó ứng suất tiếp có giá trị cực đại )

Miền tạo phoi được giới hạn bởi đường OA – dọc theo đường đó phát sinh những biến dạng dẻo đầu tiên, và đương OE - đường kết thúc biến dạng dẻo và đường AE - đường nối liền khu vực chưa biến dạng của kim loại và phoi

Trong quá trình cắt miền tạo phoi AOE di chuyển cùng với dao

Ngoài ra lớp kim loại bị cắt, sau khi đã bị biến dạng trong miền tạo phoi, khi chuyển thành phoi còn chịu thêm biến dạng phụ do ma sát với mặt trước của dao

Những lớp kim loại phái trước của phoi, kề với mặt trước của dao ( hình 2 ) chịu biến dạng phụ thêm nhiều hơn các lớp phía trên Mức độ biến dạng của chúng lớn đến mức là các hạt tinh thể trong chúng bị kéo dài ra theo một hướng nhất định, tạo thành techtua

Như vậy phoi cắt ra chịu biến dạng không đều

Mức độ biến dạng của phoi:

Kf = Kbd + Kms Trong đó :

Kf : 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

Vì biến dạng dẻo của phoi có tính lan truyền, do đó lớp kim loại nằm phía dưới đường cắt ON ( hình 2 khu II ) cũng chịu biến dạng dẻo

mà chậm đi một thời gian – theo đường OA‘ ( hình 4 ) Tương tự như vậy, nơi kết thúc quá trình biến dạng trong miền tạo phoi sẽ là đường OE‘ chậm hơn so với OE.

Như vậy ở tốc độ cắt cao miền tạo phoi sẽ là A‘OE‘ A‘OE‘ quay đi một góc theo chiều quay của kim đồng hồ và có chiều dày cắt giảm đi so với trước ( a1 ‘

<

a1 ) vì biến dạng dẻo giảm đi

Khi tốc độ cắt rất lớn miền tạo phoi co hẹp đến mức mà chiều rộng của nó chỉ vào khoảng vài phần trăm mm Trong trường hợp đó sự biến dạng của vật liệu



C

B

Sin OC a

a r







Sin r

Cos r tg

1

Cos tg





24

1.2.2.1 Phoi x p

Phoi thu được khi gia công vật liệu dẻo ( thép, đồng thau, …) ở tốc độ cắt thấp, chiều dày cắt lớn và góc cắt của dao có giá trị tương đối lớn Phoi kéo dài thành từng đoạn ngắn mặt đối diện với mặt trước của dao rất bóng, mặ kia có nhiều gợn nẻ Nhìn chung phoi có dạng từng đốt xếp lại ( hình 5.a )

Phoi xếp chịu biến dạng rất lớn, do đó vật liệu gia công bị mất tính dẻo và được hóa bền đến mức là các phần tử của phoi đều bị trượt theo mặt OF Phoi xếp thu được khi gia công thép, có độ cứng cao hơn độ cứng của vật liệu gia công từ 2 ữ

3 lần Điều đó chứng tỏ vật liệu bị hóa bền ở mức độ cao

1.2.2.2 Phoi dây

Phoi thu được khi gia công vật liệu dẻo với tốc độ cắt cao, chiều dày nhỏ Phoi kéo dài liên tục, mặt kề với mặt trước của dao rất bóng, còn mặt đối diện hơi gợn ( hình 5.b ) ở phoi dây ta khó quan sát mặt trượt như phoi xếp Điều đó chứng

tỏ mức độ biến dạng dẻo khi tạo thành phoi dây ít hơn khi hình thành phoi xếp

1.2.2.3 Phoi vụn

Khi gia công vật liệu giòn ( gang, đồng thau cứng, …) ta thường thu được loại phoi này Trong quá trình cắt dao không làm cho các yếu tố phoi trượt mà dường như bứt nó lên Có thể giải thích quá trình hình thành phoi vụn như sau :

Khi gia công, lớp kim loại bị cắt không qua giai đoạn biến dạng dẻo Do 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, măt khác theo phương thẳng góc với chuyển động xuất hiện ứng suất kéo Các yếu tố của phoi bị tách ra chủ yếu do tác dụng của ứng suất kéo, bởi vì vật liệu giòn là loại vật liệu có ứng suất kéo kém hơn ứng suất nén rất nhiều

Độ bóng đạt được khi cắt ra phoi vụn không cao, bề mặt có cấu tạo gần giống như bề mặt kim loại khi bị phá hủy giòn

Khi cắt ra phoi xếp và phoi dây, phoi tiếp xúc với mặt trước của dao một đoạn L trước khi rời khỏi dao Sau đoạn tiếp xúc đó phoi tách ra khỏi mặt trước và cuộn lại theo hình xoắn ốc Sở dĩ như vậy vì phoi ở phần tiếp xúc với dao dày thêm, làm cho các yếu tố của phoi có dạng hình thang

Nếu giữ nguyên các điều kiện cắt khác và tăng tốc độ cắt thì sự biến dạng của phoi giảm đi, khiến cho bán kính của cuộn phoi tăng lên

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

đó giảm đi thì khi cùng một giá trị lực cắt, tải trọng đơn vị lên dao sẽ tăng lên

1.2.3 Nhiệt ắt

1.2.3.1 Nhiệt ượng sinh r khi ắt

Nhiệt lượng Q sinh ra trong quá trình cắt là do kết quả của :

- Công ma sát trong giữa các phần tử của vật liệu trong quá trình biến dạng (Nhiệt biến dạn Qbd)

- Công giữa ma sát ngoài giữa phôi và mặt trước của dao: Qmst

- Công ma sát ngoài giữa chi tiết và mặt sau của dao : Qmss

Do phương trình cân bằng nhiệt:

Q = Qbd + Qmst + QmssNếu cho rằng toàn bộ công cơ học khi cắt biến thành nhiệt thì có thể viết :

.v (kcalo/ ph)

A P Q

Trong quá trình cắt có thể giả thiết rằng nhiệt cắt sinh ra tại các vùng sau :

- Vùng I : các lớp kim loại trượt và tạo thành phoi Vùng các lớp kim loại bị biến dạng dẻo lớn và trượt đứt theo mặt đó : Qbd

- Vùng II : vùng tiếp xúc giữa phoi và mặt trước của dao - Qmst

- Vùng III : vùng tiếp xúc giữa mặt sau của dụng cụ và chi tiết gia công - Qmss

26

Hình 1.6 Các vùng sinh nhiệt

Mỗi nguồn sinh nhiệt có một phạm vi xác định nhất định Phần lớn nhiệt lượng sinh ra do biến dạng truyền vào phoi, một phần nhỏ truyền sang chi tiết gia công Nhiệt lượng sinh ra ở vùng ma sát giữa mặt trước của dụng cụ và phoi phần lớn truyền vào phoi, một phần nhỏ truyền vào dụng cụ (3 ’ 5%) Nhiệt lượng sunh

ra do ma sát với mặt sau của dao được truyền vào chi tiết và dao

Lượng nhiệt sinh ra ở 3 vùng sinh nhiệt được truyền vào phoi Qf , truyền vào chi tiết Q ct , truyền vào dao Qd và một phần nhỏ truyền vào không khí Qkk Từ đó ta có thể viết phương trình cân bằng nhiệt khi cắt :

Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm chứng tỏ rằng nhiệt độ cao nhất nằm ở vùng cắt nằm ở giữa khu vực tiếp xúc của phoi và dao (trung tâm áp lực) tại điểm cách lưỡi cắt một khoảng bằng 0,3 ’ 0,5 chiều dài tiếp xúc của phoi lên mặt trước l

1.2.3.3 Ảnh hưởng ủ nhân tố n nhiệt ắt

- Ảnh hưởng của tốc độ cắt v :

- Ảnh hưởng của lượng chay dao S :

Tăng lượng chạy dao S thì nhiệt cắt tăng nhưng không tăng tỷ lệ thuận (Hình 8)

Hình 1.8 Ảnhhưởng của chiều sâu cắt t

- Ảnh hưởng của chiều sâu cắt t : chiều sâu cắt ảnh hưởng đến nhiệt cắt ít hơn lượng chay dao (hình 9)

28

Hình1 9 Ảnh hưởng của chiều rộng cắt b đến nhiệt cắt

Khi tăng chiều sâu cắt t, chiều dài phần làm việc của lưỡi cắt tăng (b tăng), truyền nhiệt tốt hơn nên nhiệt cắt thay đổi ít

Góc trước của dao ảnh hưởng đến nhiệt cắt Tăng góc cắt  giảm góc trước 

thì nhiệt cắt tăng

Hình 1.10 Ảnh hưởng của góc cắt δ đến nhiệt cắt

Tăng góc  giảm b, giảm chiều dài lưỡi cắt tham gia cắt nên nhiệt cắt tăng

29

Hình1.11 Ảnh hưởng của góc  đến nhiệt cắt , v= 100 m/ph, S= 0,5 mm/vòng

Vật liệu làm dao và vật liệu gia công có ảnh hưởng đến nhiệt cắt Khi cắt vật liệu giòn nhiệt cắt thấp hơn khi cắt các vật liệu dẻo Nhiệt cắt phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt dung và tính dẫn nhiệt của vật liệu gia công và vật liệu làm dao

Vật liệu làm dao có tính dẫn nhiệt tốt, nhiệt cắt sẽ thấp hơn Kích thước thân dao cũng ảnh hưởng đến nhiệt cắt do khả năng truyền nhiệt của thân dao Kích thước thân dao càng lớn thì nhiệt cắt càng thấp

Dung dịch trơn nguội có ảnh hưởng lớn đến nhiệt cắt Khi dùng dung dịch trơn nguội thì nhiệt cắt giảm nhanh Ngoài tác dụng làm nguội, dung dịch trơn nguội còn có tác dụng giảm ma sát giữa phôi với mặt trước và mặt sau của dao làm giảm nhiệt cắt

Trên cơ sở thực nghiệm có thể viết công thức tổng quát tính nhiệt cắt như sau: 0C = C vn Sytx K 

0C – Nhiệt độ khi cắt

C - Hệ số ảnh hưởng đến phương pháp gia công

n, y, x- các số mũ chỉ ảnh hưởng của tốc độ cắt v, lượng chạy dao S, chiều sâu cắt t

v, S, t – Tốc độ cắt (m/ph) , Lượng chạy dao (mm/vg), chiều sâu cắt (mm)

K - hệ số ảnh hưởng của các điều khiện ngoài khác như vật liệu gia công, vật liệu làm dao, thông số hình học của dao

Trong công thức thực nghiệm trên x<y<n, có nghĩa là ảnh hưởng lớn nhất đến nhiệt cắt là tốc độ cắt , ảnh hưởng của chiều sâu cắt t đến nhiệt cắt là nhỏ nhất

Như vậy theo kết quả thực nghiệm khi muốn tăng năng suất tức là tăng v, S, t thì đứng trên quan điểm nhiệt cắt thì ta nên tăng t vì t ít ảnh hưởng đến nhiệt cắt

30

1.2.4 S o rút phoi và y u tố ảnh hưởng n hệ số o rút phoi

Về mặt hình thức, sự biến dạng dẻo của lớp kim loại bị cắt được biểu hiện: chiều dài của lớp phoi cắt ra Lf ngắn hơn quãng đường mà dao phải đi L dọc theo

bề, mặt gia công, còn chiều dày của phoi af lớn hơn chiều dày cắt a Chiều rộng của phoi bf khi góc λ nhỏ ( λ< 300 ) thay đổi không đáng kể so với chiều rông cắt b

Sự biến đổi kích thước của lớp kim loại bị cắt, do kết quả của biến dạng dẻo, được đánh giá bằng hệ số co rút phoi và được ký hiệu là K

Nếu cho rằng thể tích khối kim loại trước và sau khi biến dạng không đổi và

bf = b thì ta có:

K = =

Trị số của hệ số co rút phoi phụ thuộc vào tất cả các yếu tố có ảnh hưởng đến

sự biến dạng của phoi ( tính chất cơ lý của vật liệu gia công, hình dạng hình học của dao, chế độ cắt và các điều kiện cắt khác ) và có giá trị thay đổi trong một phạm vi rộng K = 1 ’ 8

Để xác định hệ số co rút phoi, ta dùng các phương pháp sau:

- Đo trực tiếp chiều dài hoặc chiều dày của phoi cắt ra bằng dụng cụ đo chiều dài hoặc bằng kính hiển vi

- Đo theo phương pháp trọng lượng Trong trường hợp phoi cắt quá ngắn ( 5 ’ 10 mm), chọn lấy một phoi tương đối phẳng để đo chiều dài và cân trọng lượng Diện tích của phoi cắt ra sẽ là:

Ff = Trong đó Ff - trọng lượng phoi ( G )

- tỷ trọng của vật liệu ( G/cm2 )

Lf - chiều dài của phoi ( mm )

Vì thể tích của phoi không thay đổi nên : Lf Ff = L.s.t

F f

.

t S L

Q

f .

1000



31

Tính chất của vật lệu gia công có ảnh hưởng lớn đến hệ số co rút phoi Khi giữ nguyên các điều kiện cắt khác, vật liệu càng dẻo thì sự liên kết giữa các nguyên

tử trong kim loại càng yếu, khiến cho sự sắp xếp của mạng tinh thể kim loại càng dễ

bị phá hủy, do đó khi cắt kim loại sẽ bị biến dạng nhiều hơn

Bảng 3 cho giá trị của hệ số co rút phoi khi cắt các kim loại khác nhau ở cùng một điều kiện cắt

Vật liệu gia công Hệ số co

rút phoi

στ(N/mm2)

σb(N/mm2)

HB (N/mm2)

Độ co tương đối ( % )

- Không tồn tại một quan hệ rõ ràng nào giữa hệ số co rút phoi và các thông

số đặc trưng cho tính chất cơ lý của vật liệu gia công

1.2.4.2 Ảnh hưởng ủ gó ắt δ

Xét ( hình 12) trong tam giác OCF ta có: CF = OF.Sinθ = a

Trong tam giác OBF ta có: BF = OF.Cos(θ - ) = af

Do đó:

K = = Mặt khác  = 900 - δ

K =

Từ phương trình trên ta thấy khi góc cắt tăng thì hệ số co rút phoi tăng Vì góc cắt càng lớn thì dụng cụ càng khó ăn sâu vào vật liệu gia công khiến cho vật liệu gia công chịu biến dạng càng lớn







Sin Sin(  )

÷ 700 thì hệ số co rút phoi tăng lên vì chiều dày phần cong của lưỡi cắt tham gia làm việc tăng lên (AB > A‘B‘) Phoi khi thoát ra còn bị biến dạng thêm do

sự giao nhau trên cung cong (phương thoát phoi coi như thẳng góc với lưỡi cắt, hình 13b) Ngoài ra chiều dày cắt lúc này thay đổi dọc theo đoạn cong của lưỡi cắt

và có giá trị nhỏ hơn chiều dày cắt trên đoạn thẳng, do đó phoi trên đoạn cong bị biến dạng nhiều hơn trên đoạn thẳng

Hình 1.13 a) Ảnh hưởng của góc φ đến hệ số co rút phoi

A/

33

Hình1 13 b) Phương thoát phoi khi lưỡi cắt cong

Trên đoạn cong của lưỡi cắt (khi λ > 00) giá trị của góc trước thay đổi và giảm dần (theo chiều kim đồng hồ) khiến cho hệ số co rút phoi tăng

Khi tăng bán kính mũi dao, hệ số co rút phoi tăng do chiều dài đoạn cong của lưỡi cắt tăng

Khi tăng tốc độ cắt, chiều dài tiếp xúc giữa phoi và mặt trước của dao giảm

đi do đó làm giảm ma sát, hệ số co rút phoi giảm

Khi tốc độ cắt đạt 200 ’ 300 m/ph, thì hệ số co rút phoi hầu như không thay đổi

34

Từ hình 14c có thể thấy rằng: khi chiều dày cắt a tăng thì hệ số co rút phoi giảm do sự biến dạng của phoi dọc theo chiều dày không đồng đều , lớp phoi càng gần mặt trước của dao càng bị biến dạng lớn, nên khi giữ nguyên các điều kiện cắt khác phoi mỏng có trị số hệ số co rút phoi lớn hơn phoi dày

Chiều sâu cắt có ảnh hưởng không đáng kể đến sự co rút của phoi

Dung dịch trơn nguội có tác dụng làm giảm ma sát khi cắt,do đó làm giảm sự

co rút của phoi

Hệ số co rút phoi là một thông số quan trọng quyết định sự tiến triển của quá trình cắt, bởi vì sự thay đổi của hệ số co rút phoi kéo theo sự thay đổi của lực cắt, chất lượng của bề mặt gia công

Trong một chừng mực nào đó, hệ số co rút hoi có thể đặc trưng cho mức độ biến dạng dẻo

Tuy nhiên hệ số co rút phoi không thể dùng làm tiêu chuẩn định lượng chính xác cho biến dạng dẻo, bởi vì ngay cả khi hệ số co rút phoi K = 1 thì vẫn có biến dạng dẻo

Để đăc trưng cho biến dạng dẻo về mặt số lượng, có thể dùng độ trượt tương đối

Hình 1.14 Quan hệ giữa chế độ cắt và hệ số co rút phoi

1.2.5.Hiện tượng ẹo d o

Trong quá trình cắt khi cắt ra phoi dây, trên mặt trước của dao kề ngay lưỡi cắt thường xuất hiện những lớp kim loại coa cấu trúc kim tương khác hẳn với vật liệu gia công và vật liệu làm dao Nếu lớp kim loại này bám chắc và lưỡi cắt của dụng cụ thì được gọi là lẹo dao

Cơ chế của quá trình hình thành lẹo dao có thể giải thích như sau: do chịu áp lực lớn và nhiệt độ cao, mặt khác vì mặt trước của dao không tuyệt đối nhẵn nên các lớp kim loại bị cắt nằm kề sát với mặt trước của dao trong quá trình cắt có tốc độ di chuyển chậm và trong những điều kiện nhất định lực cản thắng được lực ma sát

35

trong nội bộ kim loại thì lớp kim loại sẽ nằm lại ở mặt trước tạo thành lẹo dao Vì bị biến dạng rất lớn nên độ cứng của lẹo dao lớn hơn độ cứng của vật liệu gia công từ 2,5 ’ 3,5 lần và do đó có thể thay thế vật liệu làm dao để thực hiện quá trình cắt được

Thông số đặc trưng cho kích thước của lẹo dao là chiều cao của lẹo dao Khi tiện thép 45 không có dung dịch trơn nguội chiều cao của lẹo dao có thể biểu diễn bằng công thức thực nghiệm sau:

Bán kính cong ρncủa lẹo dao nằm trong giới hạn ( 8 ’ 15 ) 10-3

mm bằng bán kính cong của lưỡi cắt được mài Ngoài ra khi cắt, ρn hầu như không đổi ( còn bán kính cong của lưỡi dao thì tăng lên vì bị mòn ) Vì lẽ đó khi cắt phoi mỏng, lẹo dao ổn định có ý nghĩa rất lớn Nó có tác dụng như một cái chêm cho phép dao cắt được một chiều dày cắt rất nhỏ

Trị số, hình dạng, tính ổn định của lẹo dao của cặp vật liệu gia công và vật liệu làm dao phụ thuộc vào nhiều yếu tố :

195 0 8 1

7.90

S V

36

- Tốc đô cắt Quan hệ giữa tốc độ cắt và lẹo dao (hình 16)

Hình 1.16 Quan hệ giữa tốc độ cắt và chiều cao lẹo dao

Ở khu vực I khi tốc độ cắt thấp, phoi cắt ra là phoi vụn, không có hiện tƣợng lẹo dao

Ở khu vực II khi cắt tạo thành phoi dây, lẹo dao bắt đầu xuất hiện Tăng tốc

độ cắt thì chiều cao lẹo dao tăng Giới hạn trên của khu vực II là tốc độ cắt ứng với chiều cao lẹo dao lớn nhất

Ở khu vực III khi tiếp tục tăng tốc độ thì chiều cao lẹo dao giảm Giới hạn trên của khu vực này là tốc độ cắt ứng với thời điểm lẹo dao bắt đầu biến mất

Ở khu vực IV khi tốc độ cắt đã khá cao, không có hiện tƣợng lẹo dao

- Tính chất của vật liệu gia công

Hình 1.17 Quan hệ giữa độ dẻo của vật liệu gia công với chiều cao lẹo dao

Khi vật liệu gia công càng dẻo thì tốc độ hình thành lẹo dao càng thấp và chiều cao lẹo dao càng lớn Vật liệu có cấu tạo peclit hạt có độ dẻo cao hơn của vật

B

m/ph m/ph

37

liệu có cấu tạo peclit mảnh Chiều cao của lẹo dao càng lớn khi lượng peclit có trong thép càng nhiều

- Chiều dày cắt

Hình 1.18 Quan hệ giữa chiều dày cắt và với tốc độ hình thành và chiều cao lẹo dao

Chiều dày cắt càng lớn tốc độ hình thành lẹo dao càng thấp và chiều cao lẹo dao càng cao

- Góc trước của dao

Hình 19 Quan hệ giữa góc trước ó với tốc độ hình thành và chiều cao lẹo dao

Tăng góc trước của dao thì tốc độ hình thành lẹo dao càng cao và chiều cao lẹo dao càng nhỏ

Điều kiện hình thành và mất đi của lẹo dao có thể giải thích bằng quan hệ sau ( hình 19 ) :

38

T ≥ Q + S Trong đó :

Q – lực ma sát trong nội bộ kim loại bị cắt

T – lực ma sát giữa phoi và mặt trước của dao

S – lực thoát phoi Lẹo dao sẽ ổn định khi tổng Q và S nhỏ hơn lực T Đến khi tổng Q và S lớn hơn lực T thì ngay lập tức lẹo dao bị phá hủy một phần hoặc toàn bộ và quá trình cứ như vậy lặp lại

Khi gia công thô, hiện tượng lẹo dao có lợi vì nó làm tăng góc trước khiến cho quá trình tạo phoi dễ dàng Ngoài ra lẹo dao bảo vệ lưỡi cắt khỏi bị mài mòn

Khi gia công tinh không mong muốn có lẹo dao vì nó làm giảm chất lượng

bề mặt gia công Thực vậy do sinh ra và mất đi liên tục, hiện tượng lẹo dao gây ra rung động, mặt khá khi lẹo dao bị cuốn đi nó có thể bám vào bề mặt gia công làm cho độ bóng của bề mặt gia công bị giảm đi

Để khắc phục hiện tượng lẹo dao người ta sử dụng mọi biện pháp làm giảm bớt ma sát trên mặt trước của dao, tăng góc trước, dùng dung dịch trơn nguội, mài bóng lưỡi cắt, …

Hình1 20 Điều kiện hình thành lẹo dao