CÁC BIỆN PHÁP CẢI THIỆN ĐIỀU KIỆN CẮT GỌT

Chương CÁC BIỆN PHÁP CẢI THIỆN ĐIỀU KIỆN CẮT GỌT Hiệu trình cắt gọt kim loại đánh giá ba tiêu: chất lượng, suất giá thành gia công sản phẩm Khả đạt tiêu phụ thuộc vào điều kiện cắt gọt vật liệu chi tiết, vật liệu dao, hệ thống công nghệ, chế độ cắt gọt, trình độ công nhân, trình độ tố chức sản xuất, vấn đề bôi trơn làm nguội cắt Giáo trình "Công nghệ chế tạo máy" nghiên cứu cách toàn diện vấn đề Để làm sở cho việc tính toán, nghiên cứu tiếp theo, tài liệu đề cập tới hai vấn đề có liên quan, là: (1) Xác định chế độ cắt kinh tế (2) Bôi trơn làm nguội trình cắt 8.1 XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CẮT KINH TẾ KHI GIA CÔNG Việc xác định chế độ cắt kinh tế gia công tiến hành cách cụ thể theo phương pháp gia công đặc tính gia công (gia công thô, gia công tinh) Trong phần giới thiệu phương pháp tổng quát Trên sở chung mà vận dụng tính toán cụ thể cho phương pháp gia công 8.1.1 Khái niệm chế độ cắt kinh tế Chế độ cắt kinh tế giá trị thông số chế độ cắt (v,s,t) sử dụng để hoàn thành nhiệm vụ cắt gọt cho cách kinh tế tức chi phí cho trình cắt nhỏ Nhiệm vụ cắt gọt đặt yêu cầu khác tuỳ thuộc vào tính chất cắt gọt Ví dụ: nhiệm vụ gia công thô yêu cầu phải hớt bỏ hết lớp lượng dư gia công để đạt kích thước, hình dáng vị trí tương quan chi tiết cho vẽ chế tạo Khi gia công tinh, việc đảm bảo yêu cầu phải đạt chất lượng bề mặt yêu cầu Chính lẽ đó, nội dung, trình tự, phương pháp xác định chế độ cắt phụ thuộc vào tính chất gia công 8.1.2 Xác định chế độ cắt gia công thô Mục tiêu gia công thô tách hết lớp lượng dư gia công Như ta biết: yếu tố có liên quan đến giá thành gia công yếu tố thời gian quan trọng Vì cách gần ta quan niệm rằng: gia công thô đạt hiệu kinh tế cắt hết lớp lượng dư gia công thời gian ngắn - thể tích đơn vị phoi tách lớn Ta gọi V thể tích phoi tách đơn vị thời gian (cm 3/ph), tính theo biểu thức sau: V = q.v.K = s.t.v.K (cm3/ph) Trong đó: q diện tích tiết diện lớp cắt (mm2) v tốc độ cắt (m/ph) s lượng chạy dao (mm/vòng; mm/htk) t chiều sâu cắt (mm) K hệ số chuyển đổi đơn vị, K = Về nguyên tắc, rõ ràng để V đạt giá trị Vmax ta phải hoàn thành nhiệm vụ cắt gọt cho với : s = smax, t = tmax, v = vmax Tức là: Vmax = smax.tmax.vmax Như phần tuổi bền dao nêu rõ: tăng tốc độ cắt v tuổi bền dao T giảm nhanh Vì giá thành chi tiết gia công tăng phải thay mài lại dao nhiều lần Từ rõ việc ưu tiên tăng tốc độ cắt v để đạt hiệu kinh tế không hợp lý Vấn đề lại hai yếu tố diện tích tiết diện lớp cắt q (s t), nên ưu tiên tăng yếu tố trước hợp lý Ta có công thức quen thuộc: v= Cv ax by v (m/ph) v Cv sx t y v= v (m/ph) v Thay v V ta nhận được: V = s.t Cv = Cv s (1− xv ) t (1− yv ) s xv t yv (cm3/ph) Theo thực nghiệm xv > yv, (1-yv) > (1-xv) Từ phân tích ta có nhận xét: Nếu xuất phát từ mục đích tăng thể tích phoi cắt đơn vị (V) mà đảm bảo tuổi bền dao (T), điều kiện cho diện tích tiết diện lớp cắt (q = s.t = constant) tăng chiều sâu cắt t có lợi tăng lượng chạy dao s Bởi vì: (1) Nếu tăng t tăng s số lần, tăng t dẫn đến V tăng nhanh so với tăng s, (1-yv) > (1-xv) (2) Tương tự tăng t dẫn đến vận tốc v tăng tăng s Vì yv < xv Với nhận xét quan trọng trên, ta rút kết luận trình tự xét để tận lượng tăng giá trị yếu tốc chế độ cắt sau: h h tmax Vấn đề tận lượng tăng chiều sâu cắt t tmax t →s →v Rõ ràng: chiều sâu cắt t lớn tăng lượng dư gia công h: tmax = h a Chọn chiều sâu cắt t lượng dư gia công h nguyên tắc quan trọng gia công thô b Hình 8.1 - Chọn t Tuy nhiên ta cần ý hai trường hợp cụ thể sau đây: (1) Khi kết cấu dao không cho phép (hình 8.1) chọn t = h (2) Khi h lớn mà hệ thống công nghệ không đủ cứng vững để gia công ta phải phân cắt từ đến lần chuyển dao với t 1, t2, t3 (t1 + t2 + t3 = h) Sẽ giới thiệu cụ thể công nghệ chế tạo máy Vấn đề tận lượng tăng lượng chạy dao s Với chiều sâu cắt t lựa chọn, việc tăng lượng chạy dao s bị hạn chế lực cắt, lực cắt lớn làm cho hệ thống công nghệ biến dạng lớn dẫn đến sai số gia công vượt giới hạn cho phép Thường lý lịch máy (hoặc sổ tay cắt gọt) người ta có quy định giá trị cho phép lực tác dụng lên máy, lên dao lên chi tiết Vậy việc lựa chọn lượng chạy dao s phải ý thoả mãn: lực cắt thực tế sinh với chế độ cắt lựa chọn phải nhỏ (hoặc tối đa bằng) lực cắt cho phép Pϕ = [P] Trong phần phân tích lực cắt rõ: Thành phần lực cắt Pv tác dụng lên dao, lực cắt vượt giới hạn bền dao làm phá huỷ dao Muốn đảm bảo dao làm việc thì: Pv = C pv t s K pv ≤ [ Pv ] x pv y pv Từ công thức ta tính được: s1 ≤ y [ Pv ] x C pv t K pv pv pv (mm/vòng) Thành phần lực cắt theo phương chạy dao Ps tác dụng lên máy Nếu Ps lớn làm phá huỷ cấu yếu máy cấu chạy dao Như vậy, để máy làm việc an toàn thì: Ps = C ps t s K ps ≤ [ Ps ] x ps y ps Từ công thức ta có: s2 ≤ y ps [ Ps ] x C ps t K ps ps (mm/vòng) Thành phần lực cắt theo phương chiều sâu cắt P t tác dụng lên chi tiết gia công làm cho chi tiết bị biến dạng lượng f Để đảm bảo kích thước gia công biến dạng lực cắt gây nên phải nhỏ biến dạng cho phép [f] - tức là: f ≤ [f] [f] cho dựa sở giới hạn sai lệch cho phép - gia công thô tương đương với IT13 Từ quan hệ f ≤ [f] ta tính lực giới hạn [Pt] Tức Pt ≤ [Pt] Pt = C pt t s K pt ≤ [ Pt ] x pt Ta có: y pt Suy lượng chạy dao s3 s3 ≤ y yt [ Pt ] x C pt t K pt pt Sau có s1, s2, s3 ta so sánh chọn giá trị s ba giá trị s tính làm lượng chạy dao tính toán hợp lý, tức là: st = stính = smin = (s1, s2, s3 ) Dựa stính tra lý lịch máy ta chọn giá trị lượng chạy dao kinh tế (schọn = sc) Cần lưu ý rằng: từ st, tìm sc = sm (lượng chạy dao thực tế có máy) xuất khả năng: st = sm; st < sm ; st > sm Nếu st = sm sc = sm Nếu st < sm ta ý đảm bảo S.n ≈ constant tức sc < sm tăng cấp n ngược lại sc > sm giảm n cấp (n số vòng quay trục máy chọn sau tính vận tốc v) Cũng cần đặc biệt ý: s1, s2, s3 khác qua lớn, chọn smin không sử dụng hết khả hệ thống công nghệ Chính vậy, trước chọn s ta cần tìm cách để làm cho s1, s2, s3 có giá trị gần nhau, cách chọn hợp lý hệ thống công nghệ, cải thiện điều kiện cắt tưới dung dịch trơn nguội Tính tốc độ cắt kinh tế: Sau xác định s ta tiến hành tính toán tốc độ cắt kinh tế theo công thức tuổi bền dao Tiếp tục để đảm bảo máy chọn đảm bảo thực gia công, ta cần kiểm nghiệm công suất động Công thức kiểm nghiệm là: Nc ≤ Nđc η (KW) Nc = Pv v 6120 (KW) đó: Pv (KG); v(m/ph) η hiệu suất máy (η = 0,6 - 0,8) Tóm lại, xác định chế độ cắt kinh tế gia công thô tiến hành theo trình tự sau: (1) Lựa chọn phương pháp gia công dựa vào hình dạng, kích thước chi tiết gia công cho vẽ (2) Lựa chọn dao (hình dáng vật liệu) sở biết chi tiết phương pháp gia công Chi tiết gia công máy Chọn dao (3) Chọn chiều sâu cắt t sở lượng dư gia công h hình dáng dao t (4) Tra thành phần lực cho phép [Ps], [Pt], [Pv] lý lịch máy [P] (5) Tính toán lượng chạy dao hợp lý xác định lượng chạy dao chọn (6) Tính tốc độ cắt kinh tế với t, s biết điều kiện cắt khác chọn s v (7) Kiểm nghiệm công suất động Để dễ thấy trình tự, sở quan hệ bước tiến hành ta xây dựng sơ đồ hình 8.2 8.1.3 Xác định chế độ cắt gia công tinh NC ≤ N®c Hình 8.2 – Sơ đồ tính chế độ cắt Đối với gia công tinh yêu cầu tách lớp lượng dư gia công thời gian ngắn, yêu cầu đảm bảo độ bóng bề mặt ghi vẽ yêu cầu quan trọng Khi xác định độ lớn nhấp nhô, trước hết cần ý vật liệu gia công, hình dáng hình học dao, lượng chạy dao, đồng thời cần thấy rõ: tốc độ cắt cao độ bóng đạt cao Do đặc điểm gia công tinh trên, nên việc xác định chế độ cắt kinh tế gia công tinh cần thay đổi so với gia công thô Cụ thể trình tự tính toán sau: (1) Chọn phương pháp gia công sở vẽ chế tạo chi tiết cho (đặc biệt trọng yêu cầu độ bóng bề mặt) (2) Lựa chọn vật liệu hình dáng hình học dao sở biết chi tiết gia công (vật liệu), phương pháp gia công, độ bóng bề mặt chi tiết Chú ý gia công tinh cần chọn vật liệu dao cho phép cắt tốc độ cao (3) Chọn chiều sâu cắt xuất phát từ lượng dư gia công kết cấu dao (4) Tra bảng sổ tay cắt gọt để chọn lượng chạy dao theo độ bóng bề mặt, vật liệu gia công, hình dáng hình học dao với lưu ý đến gá trị tốc độ cắt thường dùng vật liệu dao chọn (5) Tính độ cắt theo tuổi bền dao Nếu tốc độ cắt tính không đảm bảo yêu cầu độ bống cần giảm lượng chạy dao tính lại đến thoả mãn yêu cầu (6) Kiểm nghiệm công suất động sở tính lực cắt Pv tốc độ cắt tính bước Những nguyên tắc xác định chế độ cắt kinh tế gia công thô gia công tinh nêu phổ biến cho tất phương pháp gia công Việc tính toán xác định chế độ cắt kinh tế bước quan trọng lập quy trình công nghệ gia công chi tiết Cụ thể là: Trong sản xuất hàng loạt, sau xác định chế độ cắt kinh tế, ta lựa chọn phân xưởng máy có khả hoàn thành việc gia công với chế độ cắt cắt cách kinh tế Trong sản xuất hàng khối, sở cắt kinh tế xác định (số liệu hướng dẫn theo thống kê cho bảng sổ tay cắt gọt) ta tiến hành lựa chọn thiết kế máy theo yêu cầu 8.2 BÔI TRƠN VÀ LÀM NGUỘI KHI CẮT Một biện pháp quan trọng nhằm cải thiện điều kiện cắt tưới dung dịch trơn nguội vào vùng cắt trình gia công Tưới dung dịch trơn nguội vào vùng cắt có ba tác dụng (1) Tác dụng bôi trơn để tăng độ bóng bề mặt gia công (2)Tác dụng làm nguội vùng cắt để tăng tuổi bền dao giảm tác dụng xấu nhiệt cắt đến hệ thống công nghệ (3) Đẩy phoi khỏi vùng cắt (nhất gia công phoi vụn, khoan lỗ sâu) Tác dụng bôi trơn làm nguội mục tiêu việc tưới dung dịch trơn nguội 8.2.1 Cơ sở vấn đề bôi trơn làm nguội cắt Cơ sở làm nguội cách tưới dung dịch Dung dịch tưới vào vùng cắt lan truyền bề mặt đốt nóng nhiệt cắt Một phần dung dịch nhận bớt nhiệt lượng vùng cắt, phần khác bị bốc mang nhiệt lượng định khỏi vùng cắt Như lượng dung dịch đưa vào chia xẻ bớt nhiệt lượng sinh vùng cắt nhờ làm giảm nhiệt độ vùng cắt Điều có lợi cho tuổi bền dao, đồng thời làm giảm bớt tác dụng nhiệt đến hệ thống công nghệ Từ phân tích trên, rõ ràng tác dụng làm nguội tác dụng đơn mặt vật lý Thật hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung, nhiệt hoá dung dịch lớn tác dụng làm nguội tăng Ở cần lưu ý tới khả gây ẩm ướt dung dịch Hình 8.3 cho ta phân biệt giọt dung dịch bề mặt gây ẩm bề mặt Hình 8.3.a biểu thị giọt chất lỏng bề mặt hình 8.3.b biểu thị gây ẩm bề mặt Khả gây ẩm phụ thuộc vào sức căng bề mặt dung dịch Những dung dịch có sức căng bề mặt lớn thời gian ngắn không dễ dàng vào lỗ hổng nhỏ Điều cho ta giải thích tưới nước có pha dung dịch gây ẩm có tác dụng làm nguội tốt tưới nước thường Mặt khác ta thấy bốc nhiệt cách bốc tăng lên dung dịch đưa vào vùng cắt với áp lực lớn, điều giải thích tác dụng liên tục sương dung dịch phun vào Thực nghiệm cho thấy, sử dụng hợp lý loại dụng dịch phun với áp lực phù hợp nhiệt độ cắt giảm 100 - 1500C τ τ a b Hình 8.3 - Sức căng bề mặt chất lỏng β1 V Hình 8.4 – Mô hình cắt Cơ sở việc bôi trơn cách tưới dung dịch: Tác dụng bôi trơn tưới dung dịch thể việc làm giảm ma sát mặt trước dao phoi, bề mặt sau dao chi tiết Trong việc giảm ma sát mặt trước dao phoi có tác dụng lớn đến việc nâng cao tuổi bền dao Như biết: chất hoạt tính bề mặt định tác dụng bôi trơn dung dịch Ta biết rằng: tưới chất lỏng lên bề mặt rắn, bề mặt vật rắn phủ màng mỏng chất lỏng Nếu cho vật rắn tiếp xúc chuyển động tương vật rắn khác, màng mỏng chất lỏng màng đệm có tác dụng làm giảm ma sát hai bề mặt tiếp xúc Khi cắt bề mặt tiếp xúc vùng cắt có áp suất lớn nhiệt độ cao Do dung dịch dùng để tưới vào muốn tạo màng đệm cần phải chất hoạt tính bề mặt mỡ, dầu thực vật, axit béo no Các khu vực tiếp xúc cắt gọt biểu diễn mô hình hình 8.4 Khi cắt vùng tiếp xúc xuất lỗ hỗng nhỏ Nguyên nhân hình thành lỗ hổng xuất cách đột ngột khối lẹo dao, rạn nứt đột ngột bề mặt tiếp xúc Vì nguyên nhân xuất vậy, nên hình thành lỗ hổng lỗ chân không Khi tưới dung dịch trơn nguội hút vào lỗ hổng chân đường mao dẫn (vết nứt tế vi) Đó nguyên nhân đưa dung dịch vào vùng tiếp xúc hình thành màng đệm Kết thí nghiệm cho thấy: sử dụng hợp lý dung dịch bôi trơn, lực cắt giảm đượ - 30%, mài mòn dao giảm nhờ cho phép tăng tốc độ cắt 10 - 40%, độ bóng bề mặt gia công tăng - cấp 8.2.2 Các loại bôi trơn làm nguội Các yêu cầu chất bôi trơn - làm nguội Để đạt mục đích bôi trơn làm nguội cắt, chất bôi trơn - làm nguội phải đáp ứng yêu cầu sau: (1) Giảm ma sát (2) Giảm nhiệt độ (3) Có khả giảm mài mòn (4) Làm tăng độ bóng bề mặt chi tiết (5) Tạo điều kiện đẩy phoi dễ dàng (6) Không gây tác hại đến sản phẩm gia công (như ăn mòn) (7) Không làm tổn hại đến hệ thống công nghệ (8) Không gây hại cho sức khoẻ người Các chất bôi trơn làm nguội - cắt Tuỳ thuộc vào vật liệu gia công, đặc điểm phương pháp gia công thiết bị gia công, sử dụng loại chất bôi trơn - làm nguội sau: (1) Thể khí CO2 (2) Thể lỏng nước, nước xà phòng (3) Thể rắn (như than chì, disulfatmôluypden) Trong cắt gọt kim loại thường dùng loại thể lỏng - gọi dụng dịch trơn - nguội Dung dịch trơn nguội phân làm ba nhóm chính: (1) Nhóm nhóm có tác dụng làm nguội chủ yếu (các dung dịch nước điện ly) (2) Nhóm nhóm dung dịch làm nguội; phần có tác dụng bôi trơn dung dịch nước xà phòng, dung dịch emulxi (3) Nhóm nhóm có tác dụng bôi trơn, phần có tác dụng làm nguội chất dầu, mỡ Một số kinh nghiệm sử dụng dung dịch trơn - nguội Về nguyên tác chung, muốn chọn sử dụng hợp lý dung dịch trơn - nguội ta vào ba yếu tố: (1) Vật liệu chi tiết gia công (2) Phương pháp gia công tính chất gia công (3) Loại thiết bị gia công Một cách cụ thể theo kinh nghiệm ta có: Chọn theo vật liệu gia công Khi gia công vật liệu dòn (gang, đồng thanh) thường không nên dùng dung dịch trơn nguội chủ yếu bảo vệ hệ thống công nghệ, cắt vật liệu dòn tạo phoi vụn, dung dịch trơn nguội dễ vào khe hở lắp ghép mát, đồ gá, làm tổn hại thiết bị Cùng gia công vật liệu dòn, hệ thống che chắn bảo vệ tốt, dẫn dung dịch trơn nguội vào vùng cắt phương pháp tiên tiến dẫn bên (khi khoan lỗ sâu), tưới, thổi (thể khí) với áp lực lớn sử dụng chất trơn - nguội cho phép tăng tốc độ cắt lên 15-30% so với không bôi trơn làm nguội Khi chọn loại dung dịch trơn - nguội cần đặc biệt ý tránh gây phản ứng hoá học dung dịch trơn - nguội vật liệu gia công Chọn vật liệu theo phương pháp gia công: cần lưu ý: (1) Khi gia công thô: nhiệt cắt, lực cắt công suất cắt lớn - Vì làm nguội yêu cầu chủ yếu, bên cạnh cần giảm bớt lực cắt cách giảm ma sát Vì nên chọn nhóm (2) Khi gia công mục đích làm tăng độ bóng bề mặt đảm bảo tuổi bền dao Thích hợp gia công tinh nên chọn nhóm (3) Khi cắt tốc độ cao dao hợp kim cứng thường không nên tưới dung dịch trơn nguội để tránh gây nứt vỡ hợp kim cứng đồng thời tránh gây bắn dung dịch tung toé xung quanh Cũng cần lưu ý rằng: nhiều trường hợp phải cần tưới dung dịch trơn nguội, lúc cần ý tưới liên tục lượng tưới lớn Chọn thiết bị gia công cần lưu ý tránh việc thâm nhập dung dịch vào thiết bị Để tiện việc lựa chọn sử dụng xin giới thiệu bảng sau: Bảng 8.1 Các dung dịch trơn nguội thường dùng Nhóm Tên gọi Công dụng Thành phần% Nước Cacbonatcanxi Dung dịch nước Làm nguội Nước Ninatrifotfat Nitritnatri Nước Chủ yếu Xà phòng Dung dịch nước làm nguội xà phòng Trinatrifotfat có tác dụng bôi trơn Nitritnatri Nước 10% Emulxi Emulxi Dầu cọc sợi số 80 Sulfattfrezon Nigron 180 Chủ yếu bôi trơn có Lưu huỳnh tác dụng làm nguội Sulfofrezon 70 Dầu phức hợp Dầu thực vật 30 98 99 0,8 0,2 98,2 0,9 0,5 0,4 90 10 Bảng 8.2 Kinh nghiệm sử dụng dung dịch trơn - nguội Vật liệu gia công Thép Thép dụng cụ Thép đúc Loại dung dịch Dùng phương pháp gia công tiện phay khoan dao cắt ren Cắt chuốt Emulxi + + + + + Sulfofrezon + + + + + + + + + + + + + + + + + + Dầu thực vật Emulxi + Dầu thực vật + + Sulfofrezon Gang Không dùng Nhôm Dura + + Dầu mỏ Thép đúc Emulxi Đặc biệt Đồng + + + + + + + + + + + + + Không dùng + + + + + Emulxi + + + Không khí + Không dùng + + + + Emulxi + + + + Dầu mỏ + + + + Không dùng + Dầu mỏ + Emulxi Silimin + + + + + Emulxi + Dầu + + + Dầu mỏ + + + ... sổ tay cắt gọt) ta tiến hành lựa chọn thiết kế máy theo yêu cầu 8.2 BÔI TRƠN VÀ LÀM NGUỘI KHI CẮT Một biện pháp quan trọng nhằm cải thiện điều kiện cắt tưới dung dịch trơn nguội vào vùng cắt trình... trước chọn s ta cần tìm cách để làm cho s1, s2, s3 có giá trị gần nhau, cách chọn hợp lý hệ thống công nghệ, cải thiện điều kiện cắt tưới dung dịch trơn nguội Tính tốc độ cắt kinh tế: Sau xác định... mãn: lực cắt thực tế sinh với chế độ cắt lựa chọn phải nhỏ (hoặc tối đa bằng) lực cắt cho phép Pϕ = [P] Trong phần phân tích lực cắt rõ: Thành phần lực cắt Pv tác dụng lên dao, lực cắt vượt giới