NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CẮT GỌT KIM LOẠI

Chương 1 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CẮT GỌT KIM LOẠI 1.1 Định nghĩa cắt gọt kim loại, các sản phẩm của quá trình cắt 1.1.1 Định nghĩa cắt gọt kim loại Là một phương pháp gia công kim

Chương 1

1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CẮT GỌT KIM LOẠI

1.1 Định nghĩa cắt gọt kim loại, các sản phẩm của quá trình cắt

1.1.1 Định nghĩa cắt gọt kim loại

Là một phương pháp gia công kim loại (KL) từ phôi, để đạt được chi tiết theo đúng yêu cầu kỹ thuật cho trước (hình dáng, kích thước, vị trí tương quan giữa các bề mặt và chất lượng bề mặt) bằng cách hớt bỏ dần những lớp KL thừa khỏi chi tiết nhờ các lưỡi cắt của dụng cụ cắt

- Lớp kim loại thừa trên chi tiết cần hớt bỏ đi gọi là lượng dư gia công

- Lớp kim loại bị cắt bỏ khỏi chi tiết gọi là phoi cắt

1.1.2 Các sản phẩm của quá trình cắt

Sản phẩm của quá trình cắt gồm: - Chi tiết đúng yêu cầu

- Phoi cắt

1.2 Hệ thống công nghệ cần thiết cho việc hoàn thành nhiệm vụ cắt gọt:

Muốn hoàn thành nhiệm vụ cắt gọt, con người phải sử dụng một hệ thống thiết bị nhằm tách được lớp kim loại thừa khỏi chi tiết, đồng thời phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật đã cho trên bản vẽ Hệ thống thiết bị đó hay còn gọi là hệ thống công nghệ, bao gồm:

- Máy: có nhiệm vụ cung cấp năng lượng cần thiết cho quá trình cắt gọt

- Dao: trực tiếp thực hiện việc cắt bỏ lớp lượng dư

- Đồ gá: xác định và giữ vị trí tương quan giữa dao và chi tiết gia công trong suốt quá trình

gia công chi tiết

- Chi tiết gia công: là đối tượng của quá trình cắt gọt Mọi kết quả của quá trình cắt đều

được phản ánh lên chi tiết gia công

 4 thành phần trên tạo thành hệ thống công nghệ, viết tắt là hệ thống M-D-G-C

1.3 Các bề mặt đƣợc hình thành trên chi tiết gia công trong quá trình cắt

Bất kỳ phương pháp gia công nào, quá trình hớt bỏ dần lớp lượng dư gia công cơ (quá trình cắt ) đều hình thành trên chi tiết ba bề mặt có đặc điểm khác nhau Xét tại một thời điểm nào đó trong quá trình gia công (ví dụ khi tiện), ba bề mặt trên chi tiết được phân biệt như hình 1.1:

Hình 1.1:Các bề mặt qui ước trên chi tiết gia công

n

t

s

Mặt đã GC Mặt đang GC

Mặt sẽ GC

Vùng cắt

Mặt sẽ gia công (chưa gia công): là bề mặt của phôi mà dao sẽ cắt đến theo qui luật

chuyển động Tính chất của bề mặt này là tính chất bề mặt phôi

Mặt đang gia công: là mặt trên chi tiết mà lưỡi dao đang trực tiếp thực hiện tách phoi

Trên bề mặt này đang diễn ra các hiện tượng cơ - lý phức tạp Theo hình vẽ, trường hợp khi tiện

là bề mặt côn

Mặt đã gia công là bề mặt trên chi tiết mà dao đã cắt qua Tính chất của bề mặt này là

phản ánh những kết quả của các hiện tượng cơ - lý trong quá trình cắt

Ngoài ba mặt phân biệt trên, khi gia công còn có vùng cắt Vùng cắt là phần kim loại của

chi tiết vừa được tách ra sát mũi dao và lưỡi cắt của dao nhưng chưa thoát ra ngoài Đây là vùng đang xảy ra các quá trình cơ - lý phức tạp nhất khi cắt

1.4 Các chuyển động cắt gọt và chế độ cắt khi gia công cơ:

1.4.1 Khái niệm

Tuỳ thuộc vào phương pháp gia công, tuỳ thuộc vào yêu cầu tạo hình bề mặt, hệ thống công nghệ cần tạo ra những chuyển động tương đối nhằm hình thành nên bề mặt cần gia công Những chuyển động

tương đối nhằm hình thành bề mặt gia công gọi là chuyển động cắt gọt

Những chuyển động cắt gọt được phân làm ba loại chuyển động:

- Chuyển động chính

- Chuyển động chạy dao

- Chuyển động phụ

1.4.2 Chuyển động (cắt) chính và tốc độ cắt v:

Chuyển động chính là chuyển động tạo phoi, nó tiêu hao năng lượng cắt lớn nhất

Chuyển động chính có thể là chuyển động quay tròn của chi tiết (tiện) hoặc của dao (phay, mài, ) hoặc cũng có thể là chuyển động tịnh tiến như bào, xọc, chuốt,

Để đặc trưng cho chuyển động chính, ta sử dụng hai đại lượng:

- Số vòng quay n (hoặc số hành trình kép) trong đơn vị thời gian Đơn vị đo tương ứng là

vg/ph (hoặc htk/ ph)

- Tốc độ chuyển động chính hay còn gọi là vận tốc cắt hoặc tốc độ cắt, ký hiệu là v Đơn vị

là m/ ph Riêng trong mài được lấy đơn vị là m/s

Tốc độ cắt v là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo phương vận tốc cắt

ứng với một đơn vị thời gian (ph,s)

- Nếu chuyển động chính là chuyển động quay tròn thì giữa vận tốc cắt (v), số vòng quay n (vg/ph) và đường kính chi tiết D (mm) có quan hệ sau:

v = (.D.n)/1000 (m/ph)

- Nếu chuyển động chính là chuyển động tịnh tiến (bào), điều khiển chuyển động là cơ cấu culic Nên tốc độ của hành trình cắt biến đổi từ 0 đến giá trị cực đại, sau đó ở cuối hành trình cắt lại trở về 0, do đó ta tính tốc độ cắt trung bình Vtb

Vtb = K L 1m

1000

(m/ph) Trong đó: K - số hành trình kép trên phút (htk/ph)

L - chiều dài hành trình (mm)

Hình 1.2: Sơ đồ phương pháp chuốt

m - tỷ số vận tốc hành trình làm việc trên vận tốc hành trình chạy không Thường với máy bào ngang: m = 0,75; máy xọc: m = 1

1.4.3 Các chuyển động chạy dao

Ngoài chuyển động chính cần phải có hai chuyển động nữa vuông góc với nhau và vuông góc với phương chuyển động chính để tham gia cắt gọt

a) Chuyển động chạy dao và lượng chạy dao s

Chuyển động chạy dao là chuyển động phụ nhằm cắt hết lượng dư trên bề mặt chi tiết Phương chuyển động chạy dao được ký hiệu là s

Để đặc trưng cho chuyển động chạy dao, ta thường dùng các đại lượng sau:

- Lượng chạy dao ký hiệu là s Là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo

phương chạy dao tương ứng với một vòng quay (hoặc 1 hành trình kép) của chuyển động chính Đơn vị đo là mm/vg hoặc mm/htk

- Tốc độ chạy dao ký hiệu Vs, là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo phương chạy dao tương ứng với một đơn vị thời gian, đơn vị đo là mm/ph

- Lượng chạy dao răng ký hiệu là Sz Đối với trường hợp dụng cụ cắt có nhiều lưỡi cắt (phay, khoét, doa, …), ngoài lượng chạy dao vòng  ta còn tính lượng chạy dao răng Sz Đó là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo phương chạy dao tương ứng với một lưỡi cắt Đơn vị đo là mm/ răng Đơn vị đo là

* Đối với phương pháp chuốt (hình 1.2)

Sz là lượng nâng răng, thay thế cho chuyển

động chạy dao

b) Chuyển động dao theo phương chiều sâu cắt và chiều sâu cắt t

Không phải luôn luôn trong một lượt mà ta cắt hết lượng dư của chi tiết Do đó sau 1 lượt cắt có khi ta phải cho dao tiến sâu thêm về phía chi tiết Chuyển động đó gọi là chuyển động dao theo phương chiều sâu cắt

Đại lượng đặc trưng cho chuyển động này là chiều sâu cắt t [mm] Đây là khoảng cách giữa bề mặt đã gia công và bề mặt chưa gia công đo theo phương thẳng góc với bề mặt gia công

+ Chiều sâu phay t:

Đây là kích thước lớp kim loại bị cắt đi

ứng với một lần chuyển dao đo theo phương

thẳng góc với trục dao phay

+ Chiều sâu cắt t0:

Đây là kích thước lớp kim loại bị cắt đi

ứng với một lần chuyển dao đo theo phương

vuông góc với bề mặt gia công

Tóm lại, ba thông số v, s, t gọi là chế độ cắt khi gia công cơ

1.4.4 Chuyển động phụ:

Là các chuyển động không trực tiếp tạo ra phoi (chuyển động tịnh tiến, lùi dao…)

1.5 Lớp cắt và tiết diện lớp cắt

1.5.1 Khái niệm

Lớp cắt là lớp kim loại cần hớt bỏ đi ứng với một lần chạy dao

Nếu cắt lớp cắt bằng một mặt phẳng chứa lưỡi cắt và vuông góc với vectơ vận tốc cắt v ta

sẽ nhận được những tiết diện lớp cắt

Tiết diện lớp cắt có ý nghĩa quan trọng trong công tác nghiên cứu cắt gọt kim loại

Các thông số đặc trƣng cho tiết diện lớp cắt:

- a là chiều dày lớp cắt, là khoảng cách giữa 2 vị trí liên tiếp của lưỡi cắt sau 1 vòng quay

của chi tiết đo theo phương vuông góc với lưỡi cắt chính [mm]

- b là chiều rộng lớp cắt, chính là chiều dài cắt thực tế của lưỡi cắt đo theo phương lưỡi

cắt chính [mm]

- s và t là hai thông số do chuyển động chạy dao

1.5.2 Mối quan hệ giữa chế độ cắt và các thông số đặt trƣng cho tiết diện lớp cắt

+ Trường hợp hình 1.4a, ta có: a  s, t  b và ta có mối quan hệ:

+ Trường hợp hình 1.4b, ta có : a = s và t = b

+ Trường hờp hình 1.4c ta thấy rằng: chiều dày cắt a thay đổi trên suốt chiều dài làm việc thực tế của lưỡi cắt Do vậy để đặc trưng cho chiều dày lớp cắt người ta dùng khái niệm chiều dày cắt trung bình - ký hiệu: atb

Gọi q là diện tích tiết diện lớp cắt (đơn vị tính là mm2

Độ lớn của tiết diện lớp cắt được đặc trưng bằng hai cặp thông số s, t và a, b Trong đó chiều rộng lớp cắt b là chiều dài cắt thực tế của lưỡi cắt và chiều dày cắt a là chiều dày lớp kim loại cần tách trong một lần chạy dao Đây là hai thông số mà độ lớn của nó ảnh hưởng rất lớn đến quá trình cắt gọt Vì vậy trong nghiên cứu cắt gọt, người ta thường dùng hai thông số này để giải thích nhiều hiện tượng cơ lý phức tạp xảy ra khi cắt kim loại Cũng chính vậy mà hai thông

số chiều dày cắt và chiều rộng cắt có ý nghĩa vật lý quan trọng trong công tác nghiên cứu

Tuy vậy, a và b là hai thông số không thể nhận được bằng cách điều chỉnh máy, mà khi điều chỉnh máy ta chỉ có thể nhận được chiều sâu cắt t và lượng chạy dao s Vì vậy , t và s đặc trưng cho quá trình cắt ở khía cạnh công nghệ, chúng được gọi là yếu tố công nghệ của chế độ cắt

Xuất phát từ yêu cầu lý thuyết giải thích bản chất của quá trình cắt gọt và xuất phát từ yêu cầu điều chỉnh máy, sử dụng thực tế mà người ta phải đồng thời sử dụng hai cặp thông số này đặc trưng cho tiết diện lớp cắt

Chương 2

2 NHỮNG HIỂU BIẾT CƠ BẢN VỀ DỤNG CỤ CẮT KIM LOẠI

Dụng cụ cắt (dao) là một bộ phận của hệ thống công nghệ, có nhiệm vụ trực tiếp tách phoi

để hình thành nên bề mặt gia công Kinh nghiệm cho thấy: dao có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình cắt gọt, nó không những tác động trực tiếp tới chất lượng chi tiết mà còn chi phối không nhỏ tới vấn đề năng suất và giá thành sản phẩm

Do đó, những hiểu biết về dao nhằm sử dụng chúng một cách hợp lý là một trong những trọng tâm của công tác nghiên cứu cắt gọt kim loại

2.1 Phân loại dụng cụ cắt kim loại

Trong thực tế bề mặt gia công rất đa dạng, do đó dao dùng để gia công cũng rất đa dạng Tuỳ thuộc vào mục đích nghiên cứu, yêu cầu sử dụng mà người ta phân loại dao thành các nhóm khác nhau, theo những phương pháp phân loại khác nhau

- Dựa vào vật liệu chế tạo dao thì có: dao thép cacbon dụng cụ, dao thép hợp kim dụng cụ, dao thép gió, dao hợp kim cứng, dao kim cương,

- Dựa vào yêu cầu tính chất gia công, dao được phân ra: dao gia công thô, dao gia công tinh, dao gia công bóng

- Dựa vào kết cấu và đặc điểm làm việc, ta có loại dao thường và loại dao định hình

- Dựa vào phương pháp gia công ta chia ra: dao tiện, dao phay, mũi khoan, dao khoét, dao doa, đá mài, dao chuốt, Đây là phương pháp gia công phổ biến hơn cả

Trong tất cả các loại dao, do đặc điểm cấu tạo, dao tiện được coi là dao điển hình nhất, các loại dao khác chẳng qua là sự phân tích hoặc tổng hợp của dao tiện Do vậy, khi nghiên cứu về dao thì những nét chung nhất đều được minh hoạ bằng dao tiện

2.2 Kết cấu chung của dụng cụ cắt kim loại

Dao cắt kim loại được chia ra ba phần: Phần làm việc (hay còn gọi là phần cắt ), phần gá đặt và phần thân dao

- Phần làm việc của dao (phần cắt): là phần của dao trực tiếp tiếp xúc với chi tiết gia công

để làm nhiệm vụ tách phoi, đồng thời là phần dự trữ mài lại dao khi dao đã bị mòn

Mặt trước Lưỡi cắt phụ

- Phần gá đặt: là một bộ phận của dao dùng để gá đặt dao lên máy nhằm đảm bảo vị trí

tương quan giữa dao và chi tiết

- Phần thân dao: là một phần trên dao nối liền giữa phần cắt và phần gá đặt dao

Về mặt kết cấu thì phần cắt của dao được tạo nên bởi các bề mặt và lưỡi cắt thích hợp, bao gồm:

+ Mặt trước dao: là mặt của dao để phoi trượt lên đó thoát ra khỏi vùng cắt trong quá trình

gia công

+ Mặt sau chính: là mặt của dao đối diện với bề mặt đang gia công trên chi tiết

+ Mặt sau phụ: là mặt trên phần cắt dao đối diện với bề mặt đã gia công trên chi tiết + Lưỡi cắt chính: là giao tuyến giữa mặt trước và mặt sau chính Trong quá trình cắt, phần

lớn lưỡi cắt chính tham gia cắt gọt Phần trực tiếp tham gia cắt gọt của lưỡi cắt chính gọi là chiều dài cắt thực tế của lưỡi cắt - đó chính là chiều rộng cắt b

+ Lưỡi cắt phụ: là giao tuyến giữa mặt trước và mặt sau phụ Khi cắt có một phần của lưỡi

cắt phụ cũng tham gia cắt

+ Mũi dao: là giao điểm của lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ Mũi dao là vị trí của dao dùng

để điều chỉnh vị trí tương quan giữa dao và chi tiết gia công

+ Lưỡi cắt chuyển tiếp: trong một số trường hợp (như dao phay mặt đầu) người ta cần tạo

nên lưỡi cắt chuyển tiếp giữa lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ

2.3 Hệ quy chiếu xác định dùng để nghiên cứu quá trình cắt gọt

Xác định các thông số hình học của dao tức là xác định vị trí tương quan giữa các bề mặt

và lưỡi cắt so với hệ tọa độ nào đó được chọn làm chuẩn Trong nghiên cứu ứng dụng dụng cụ cắt, hệ tọa độ chọn làm chuẩn được thành lập trên cơ sở của ba chuyển động cắt (v,s,t)

và bao gồm ba mặt phẳng cơ bản:

- Mặt cơ bản 1: được tạo bởi vectơ tốc độ cắt v

và vectơ chạy dao s

- Mặt cơ bản 2: được tạo bởi vectơ tốc độ cắt v

và vectơ chiều sâu cắt t

- Mặt cơ bản 3 (còn gọi là đặt máy): được tạo bởi vectơ chạy dao s

và vectơ chiều sâu cắt t



(Hình 2.2)

Ngoài 3 mặt trên, người ta còn sử dụng các mặt phẳng và tiết diện phụ trợ (hình 2.3):

- Mặt cắt đi qua điểm nào đó trên lưỡi cắt là một mặt phẳng đi qua điểm đó, tiếp tuyến với

mặt đang gia công và chứa vị trí vận tốc cắt v

- Các tiết diện phụ trợ bao gồm: tiết diện chính và tiết diện phụ

Tiết diện chính là tiết diện của đầu dao được cắt bởi mặt phẳng đi qua điểm khảo sát trên

lưỡi cắt chính và vuông góc với lưỡi cắt chính.Kí hiệu N – N

Tiết diện phụ là tiết diện của đầu dao do mặt phẳng vuông góc với lưỡi cắt phụ tại điểm

khảo sát tạo nên Kí hiệu N1 - N1

Tất cả các loại dụng cụ cắt đều có tiết diện chính và tiết diện phụ

2.4 Thông số hình học trên phần làm việc của dụng cụ cắt

2.4.1 Các góc độ của dao khi thiết kế

Các góc độ của dao nhằm xác định vị trí của mặt trước, mặt sau chính, mặt sau phụ , lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ của phần làm việc trên dao Những thông số này được xác định ở tiết diện chính N - N, ở mặt đáy, ở tiết diện phụ N1 - N1 và ở trên mặt cắt

2.4.1.1 Các thông số đo trên mặt đáy (hình 2.4)

- Góc nghiêng chính, kí hiệu : là góc tạo bởi lưỡi cắt chính của dao và phương chạy dao

đo trên mặt đáy

- Góc nghiêng phụ kí hiệu 1: là góc tạo bởi lưỡi cắt phụ của dao và phương chạy dao đo trên mặt đáy

Mặt cắt

- Góc mũi dao kí hiệu : là góc tạo bởi lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ đo trên mặt đáy Độ lớn của góc mũi dao biểu thị độ bền của mũi dao

Trên thực tế, lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ được nối với nhau bằng một đoạn cong có bán kính R, gọi là bán kính của mũi dao Độ lớn của R tuỳ thuộc vào vật liệu làm dao

Ta có mối quan hệ sau:

 + 1 +  = 1800 (2.1)

Trong đó: , 1 là những thông số độc lập, là thông số phụ thuộc (hình 2.4)

2.4.1.2 Các thông số đo trên tiết diện chính N – N: (Hình 2.4)

- Góc trước, kí hiệu : là góc tạo bởi mặt trước dao và mặt đáy đo trên tiết diện chính N -

N Độ lớn của góc trước  ảnh hưởng đáng kể đến khả năng thoát phoi

- Góc sau, kí hiệu : là góc tạo bởi mặt sau chính của dao và mặt cắt đo trên tiết diện chính N -N Độ lớn của góc sau xác định mức độ ma sát giữa mặt sau chính của dao và mặt đang gia công của chi tiết

- Góc sắc, kí hiệu : là góc tạo bởi mặt trước và mặt sau chính của dao, trong tiết diện cắt chính N -N Độ lớn của góc sắc quyết định độ bền của đầu dao

- Góc cắt, kí hiệu : là góc tạo bởi mặt trước của dao và mặt cắt đo trong tiết diện chính N

- N

Ta có mối quan hệ hình học sau:

 +  +  =  +  = 900 (2.2)

2.4.1.3 Các thông số đo trên tiết diện phụ N1 - N1

- Góc trước phụ kí hiệu 1, là góc tạo bởi mặt trước của dao và mặt đáy đo trên tiết diện phụ N1 - N1

- Góc sau phụ kí hiệu 1: là góc tạo bởi mặt sau phụ của dao và mặt cắt đo trên tiết diện phụ N1 - N1 Độ lớn của góc quyết định mức độ ma sát giữa mặt sau phụ của dao và mặt đã gia công của chi tiết (hình 2.4)

1

1

Hình 2.4: Thông số hình học của dụng cụ cắt

2.4.1.4 Thông số đo trên mặt cắt

- Góc nâng của lƣỡi cắt kí hiệu , là góc được tạo bởi lưỡi cắt chính của dao và mặt đáy

đo trên mặt cắt Giá trị của góc nâng lưỡi cắt  có thể lớn hơn, nhỏ hơn hoặc bằng không (hình 2.5) Giá trị của góc nâng không những quyết định hướng thoát phoi khi cắt mà còn quyết định đến điểm tiếp xúc đầu tiên của dao và chi tiết khi cắt Điều này có ý nghĩa lớn đối với độ bền của dao cũng như chất lượng gia công

Giá trị các thông số hình học của dao phải được xác định vừa đảm bảo điều kiện cắt, vừa đảm bảo khả năng làm việc của dao (tuổi bền dao)

Bằng thực nghiệm, người ta xác định được các giá trị hợp lý góc độ của dao phụ thuộc vào vật liệu gia công, vật liệu dao với các điều kiện cắt khác nhau

2.4.2 Sự thay đổi góc độ dao khi cắt

Trong quá trình gia công thực tế, do việc gá đặt không chính xác, do ảnh hưởng của các chuyển động cắt , do dao bị mài mòn, dẫn đến sự thay đổi hệ toạ độ xác định (theo định nghĩa),

do đó gây nên sự thay đổi các thông số hình học dao so với khi thiết kế

2.4.2.1 Sự thay đổi các góc độ dao do gá đặt không chính xác

a Gá dao không ngang tâm với chi tiết:

Khi gá dao thấp hơn (hình 2.6a) hoặc cao hơn (hình 2.6b) tâm chi tiết một đoạn h (khi tiện) thì vectơ vận tốc cắt thực tế Vt

bị sai lệch so với vectơ vận tốc lý tưởng Vlt

một góc  Do sai lệch hệ toạ độ xác định dẫn đến sự thay đổi góc trước và góc sau của dao một lượng tương ứng

Gọi góc độ dao khi cắt là c và c

- Đối với trường hợp gá dao thấp hơn tâm chi tiết hình 2.6a, ta có:

b Gá dao không đảm bảo vị trí tương quan với chi tiết:

- Trường hợp a, muốn tạo thành mặt trụ đáng lẽ phải gá đặt trục dao vuông góc với trục chi tiết gia công, nhưng khi gá trục dao bị lệch đi một góc  so với trục chi tiết

- Trường hợp b, muốn hình thành mặt côn thì trục dao phải được gá vuông góc với mặt côn cần gia công, nhưng do gá đặt không chính xác nên trục dao bị lệch đi một góc 

Cả hai trường hợp trên đều gây nên sự sai lệch góc nghiêng chính và góc nghiêng phụ so với thiết kế một lượng :

c =  + 

1c = 1 - 

2.4.2.2 Sự thay đổi góc độ dao do phối hợp chuyển động cắt

- Hình 2.8a thể hiện khi tiện dọc, phôi quay còn dao chạy dọc với tốc độ chạy dao dọc Vd Khi đó bề mặt cắt là bề mặt xoắn ốc Mặt cắt thực tế AA tạo với mặt cắt lý thuyết BB một góc

d Do đó, góc trước và góc sau dao bị thay đổi một lượng 





'd  d  'd d 

- Hình 2.8b thể hiện khi tiện ăn dao ngang (tiện cắt đứt, tiện mặt đầu), phôi quay còn dao chạy ngang với tốc độ chạy dao Vn, quỹ đạo chuyển động của lưỡi cắt theo đường cong Acsimet Tương tự như vậy ta có: 'nn 

Trong đó:

d

s arctg



 

Ví dụ:

Tiện cắt đứt một chi tiết

hình trụ với lượng chạy dao ngang

Sn = 0.2 mm/vòng Xác định góc

sau thực tế của dao khi cắt đến điểm

cách tâm một khoảng r = 1mm Dao

thiết kế có α = 120

Giải: Tính góc µ theo công thức

d

s arctg

2.0

2.5 Vật liệu chế tạo dao và khả năng ứng dụng

2.5.1 Điều kiện làm việc của dao

- Điều kiện nhiệt độ cao khi cắt, thường từ 800 - 10000C và có khi cao hơn Ở nhiệt độ cao thường có ảnh hưởng xấu đến cơ - lý tính của vật liệu

- Mỗi đơn vị diện tích trên bề mặt làm việc của dao phải chịu áp lực rất lớn trong quá trình cắt Do đó dễ gây ra hiện tượng rạng nứt và gãy vỡ dao khi cắt

- Khi cắt giữa các bề mặt tiếp xúc của dao với phoi và chi tiết gia công xảy ra quá trình ma sát khốc liệt Hệ số ma sát khi cắt từ 0,4 - 1

- Trong nhiều trường hợp khi cắt dao phải làm việc trong điều kiện va đập (phay, bào, xọc, chuốt, …) và sự dao động đột ngột về nhiệt độ Sự dao động về tải trọng lực và nhiệt có ảnh hưởng rất xấu đến khả năng làm việc của dao

- Điều kiện thoát phoi, thoát nhiệt khi cắt rất hạn chế ở một số phương pháp gia công (như chuốt, khoan) Do đó càng làm tăng nhiệt độ trên dao khi cắt và dễ gây ra hiện tượng kẹt dao

V n

2.5.2 Yêu cầu đối với vật liệu làm dao

Do dao được cấu tạo bởi ba phần có chức năng khác nhau trong quá trình cắt gọt, vì vậy vật liệu chế tạo các phần cũng không giống nhau Thông thường phần thân dao và phần gá đặt dao được chế tạo cùng vật liệu, phần cắt và phần cán khác vật liệu Vật liệu chế tạo phần cán phải đảm bảo độ bền, thường được chế tạo bằng thép 45 hoặc thép hợp kim 40X Vật liệu phần cắt tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng loại dao Do đó khi nói đến vật liệu chế tạo dao có nghĩa là nói đến vật liệu chế tạo phần cắt (Cũng có trường hợp toàn bộ dao đều chế tạo cùng vật liệu như mũi khoan ruột gà)

Từ những điều kiện làm việc đã nêu trên, dao muốn cắt gọt được phải thoả mãn các yêu cầu sau:

- Phải có độ cứng đảm bảo Theo thực nghiệm, độ cứng ở nhiệt độ bình thường phải đạt được từ 61 HRC trở lên Khi cắt ở nhiệt độ cao, độ cứng đó phải duy trì trên 55 HRC

- Độ bền và độ dẻo cần thiết để chịu được áp lực và va đập lớn

- Có khả năng chịu mài mòn cao

- Tính chịu nhiệt tốt của vật liệu

- Tính công nghệ tốt và tính kinh tế cao

Bảng 2.1 Lịch sử phát triển các loại vật liệu dụng cụ

Năm Vật liệu dụng cụ Ve,m/ph Nhiệt độ giới hạn

đặt tính cắt 0

C

Độ cứng HRC

200

300

300 300-500 100-200

300

200-300 300-500 500-600 500-600 600-650 1000-1200 1000-1200

91 91-92 100.000HV 92-94 8.000HV 18.000HV

2.5.3 Các loại vật liệu dùng để chế tạo dao và phạm vi sử dụng

2.5.3.1 Thép cacbon dụng cụ

Thành phần hoá học cơ bản của thép cacbon dụng cụ là Fe và C Trong đó, hàm lượng cacbon chiếm khoảng 0,7 - 1,3 % Hàm lượng cacbon càng cao thì độ cứng càng tăng và độ dòn cũng tăng

- Biến dạng sau khi nhiệt luyện rất lớn

Từ những nhược điểm trên, thép cacbon dụng cụ chỉ dùng để chế tạo các loại dao cắt ở tốc

độ thấp (dưới 15m/ph) và dao có hình dạng đơn giản, thường được dùng để chế tạo các loại dụng

cụ như: dao cưa, đục, dũa và các loại dụng cụ cắt bằng tay,

Hiện nay thường dùng các mác thép sau: Y7A, Y8A, Y9A, Y10A, Y12A, Y13A

2.5.3.2 Thép hợp kim dụng cụ

 Thành phần

Ngoài hàm lượng C còn có các nguyên tố hợp kim để làm thay đổi tính chất của vật liệu như: Crôm (Cr), Mangan (Mn), Silic (Si) làm tăng độ cứng và độ thấm tôi; Wolfram (W) làm tăng khả năng chịu nhiệt và chịu mòn của thép; Vanadi (V), Molypden (Mo) làm tăng độ bền của thép

 Thành phần: Thực chất, thép gió là thép hợp kim, nhưng có hàm lượng hợp kim

cao (thường  18% Wolfram,  4%Crôm,  1% Vanadi)

 Tính chất

- Nhờ hợp kim cao nên vận tốc cắt V =30 - 80m/ph

- Chịu được nhiệt độ cao 5506000C

Bảng 2.2 Công dụng của thép gió theo các tiêu chuẩn

2.5.3.4 Hợp kim cứng

 Thành phần: Hợp kim cứng được chế tạo bằng cách trộn một (hoặc nhiều) loại

bột carbit (WC, TiC, TaC) với bột Coban, sau đó đem nung nóng và ép lại thành những mãnh tiêu chuẩn (gọi là thiêu kết) Các loại và hàm lượng Carbit quyết định tính năng cắt gọt của hợp kim cứng, bột Coban chủ yếu có tác dụng dính kết, đồng thời làm tăng độ dẻo của hợp kim cứng Trong ngành chế tạo máy thường dùng 3 loại hợp kim sau:

- Hợp kim cứng 1 Carbit : gồm có bột Carbit Wolfram và bột kết dính Coban Chủ yếu

dùng để gia công gang

Ký hiệu công thức (theo Liên Xô) : BC + K = BK

Ví dụ: BK6 (94% WC; 6%Co)

BK8 (92%WC; 8%Co)

- Hợp kim cứng 2 Carbit: gồm có bột Carbit Wolfram, bột Carbit TiTan trộn với bột kết

dính Coban để thiêu kết Chủ yếu dùng để gia công thép

Ký hiệu công thức: ( BC + TiC) + K = TK

Ví dụ: T15K6 (79% WC; 15%TiC; 6%Co)

T5K10 (92%WC; 5%TiC; 10%Co)

- Hợp kim cứng 3 Carbit: được tạo bằng cách trộn Carbit Wolfram, bột Carbit TiTan và

bột Carbit Tantan với bột Coban để thiêu kết

Ký hiệu công thức: (BC + TiC + TaC) + K = TTK

- Khả năng chịu bền cao, do đó tuổi bền cao

- Tuy vậy HKC cũng có nhược điểm lớn là dòn, khả năng chịu uốn và chịu va đập kém

 Sử dụng:

- Lưỡi cắt dưới dạng mảnh gắn vào thân dao (Thân thường là thép CT60, CT70)

- Các mảnh có 3 loại: xanh, đỏ, vàng

- Không dùng dung dịch trơn nguội hoặc phải tưới mạnh và nhiều

- Khi mòn, lưỡi cắt chỉ được mài hợp lý và từ từ bằng đá mài cácbit Silic hoặc đá mài kim cương

- Dẫn nhiệt kém nên không dùng dung dịch trơn nguội (dễ gây nứt vỡ dao)

- Tính dẻo kém, nên sức bền uốn thấp, do đó không chịu được rung động va đập và lực cắt lớn Thường sử dụng để gia công tinh

Tuy nhiên, tính chịu nhiệt của kim cương không cao (8009000C)

Kim cương chủ yếu dùng làm hạt mài để mài các vật liệu có độ cứng và độ bền cao (ví dụ như mài hợp kim cứng), hay làm dao tiện kim cương

c) Vật liệu tổng hợp Nitrit bo:

Thành phần gồm các nguyên tố Bo, Silic và Cacbon

Nitrit bo có độ cứng thấp hơn kim cương (≈ 5090 Gpa) nhưng độ bền nhiệt cao (120014000C) Hiện nay vật liệu này chỉ dùng ở dạng bột trên đá mài hoặc gắn những mảnh nhỏ để gia công các loại thép tôi với năng suất cao hơn các loại vật liệu dụng cụ khác

d) Vật liệu mài (hạt mài, bột mài):

Được chế tạo từ vật liệu thiên nhiên hoặc nhân tạo có độ cứng cao Bột mài và hạt mài được trộn với chất kết dính tạo thành các dụng cụ mài (đá mài, thanh mài,…)

Các loại vật liệu mài thường dùng:

- Korun thiên nhiên: Al2O3 + Fe2O3 (9098%Al2O3), dùng mài thép có tính dẻo cao

- Cacborun (60%Al2O3): dùng chế tạo giấy nhám

- Korun điện thường (9295%Al2O3) dùng mài thép, gang, gỗ và làm giấy nhám

- Korun điện trắng (9899%Al2O3) dùng mài thép, gang và mài sắc dụng cụ thép gió

- Cacbit silic (9799%SiC) dùng mài gang cứng, thép gió, hợp kim cứng

Chương 3:

3 CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH CẮT KIM LOẠI

3.1 Quá trình hình thành phoi khi cắt kim loại:

3.1.1 Khái niệm chung:

Cắt kim loại là dùng dụng cụ hớt bỏ đi lớp lượng dư gia công cơ khỏi chi tiết để nhận được

bề mặt đã gia công trên chi tiết theo những yêu cầu cho trước

Lớp lượng dư gia công cơ đã bị hớt bỏ đi khỏi chi tiết gọi là phoi cắt

Phần kim loại sát đầu dao còn liên kết với chi tiết và phoi khi cắt gọi là vùng cắt

Phoi, bề mặt gia công và vùng cắt là đối tượng để nghiên cứu cơ chế cắt gọt

Phương hướng nghiên cứu cơ chế cắt gọt là tìm mối quan hệ giữa hiện tượng cắt gọt và cơ học, lý học Với phương hướng đó từ thế kỷ 19 tới nay cả về thực nghiệm lẫn lý thuyết con người đã đạt được những thành tựu đáng

kể Tuy nhiên, cơ chế cắt gọt còn đang

là đề tài cần tiếp tục làm rõ

Khi quan sát quá trình cắt gọt thực

tế, ví dụ khi bào, người ta rút ra hai nhận

xét:

1 Phoi được tách ra khỏi chi tiết

khi cắt không theo phương của vận tốc

cắt v (tức phương lực tác dụng)

2 Phoi khi cắt ra bị uốn cong về

phía mặt tự do; kích thước của phoi bị

thay đổi so với lớp cắt khi còn trên chi

tiết (hình 3.1)

3.1.2 Môt số thí nghiệm:

- Bằng cách chú ý quan sát mặt bên của vật gia công

- Bằng cách chụp ảnh với độ phóng đại lớn của vùng cắt

- Bằng cách quan sát cấu trúc tế vi của vùng cắt, phoi và mặt đã gia công

Sau đây chúng ta nghiên cứu một số thí nghiệm nhằm khám phá cơ chế cắt gọt

a) Thí nghiệm so sánh mẫu nén và cắt:

Mô hình thí nghiệm được mô tả ở hình 3.2

- Khi quan sát thí nghiệm nén mẫu (hình 3.2a), người ta thấy rằng: dưới sức ép của lực P, giữa các phần tử của kim loại sẽ phát sinh ra các ứng suất pháp và tiếp làm cho mẫu bị biến

v 

L a

af bf

dạng Phương biến dạng là phương AB và CD tạo với phương của ngoại lực tác dụng P

một góc  xác định với từng loại vật liệu (thép  = 450)

- Khi cắt tự do một mẫu KL (hình 3.2.b) (dao có γ = 00, chỉ có lưỡi cắt chính tham gia cắt)

Ta thấy cũng xảy ra biến dạng tương tự như khi nén nhưng lúc này theo phương CD thì các phần tử kim loại đã bị phần kim loại trên mẫu chặn lại Do đó phương biến dạng chỉ còn phương

AB

Từ đó ta rút ra được một kết luận quan trọng là: Cắt KL là thực hiện một quá trình biến dạng của các phần tử kim loại dưới sức ép của đầu dao

b) Thí nghiệm quan sát sự dịch chuyển của các phần tử kim loại khi cắt:

Để làm rõ bản chất của quá trình cắt kim loại, người ta tiến hành một thí nghiệm như sau: Tiến hành bào tự do một chi tiết Đánh dấu một phần tử P nào đó để quan sát trong quá trình cắt

P dịch chuyển như thế nào (Hình 3.3)

Trên hình 3.3 ta thấy được: từ P đến 1, phần tử kim loại dịch chuyển gần như song song

với phương vận tốc cắt v Qua khỏi điểm 1, đáng lẽ phần tử kim loại dịch chuyển đến điểm 2’, nhưng thực tế thì nó dịch chuyển đến điểm 2 Đoạn 22 gọi là lượng trượt của phần tử kim loại '

P tại thời điểm 2 Điểm 1 là điểm bắt đầu trượt của phần tử kim loại P khi cắt.Tương tự như vậy

ở thời điểm 3, lượng trượt là 33 Tiếp tục cắt, sau khi qua khỏi điểm 3 phần tử kim loại P di 'chuyển đến điểm 4 Đoạn đường 34 song song với mặt trước của dao Điều đó có nghĩa là đến thời điểm 3 thì quá trình trượt của phần tử kim loại P đã kết thúc và nó chuyển thành phoi cắt Điểm 3 được gọi là kết thúc trượt của phần tử kim loại P khi cắt Bằng cách đánh dấu như vậy ta xây dựng được đường dịch chuyển của phân tố kim loại P khi cắt là P1234P' Trong đó đoạn 4P’

là một cung cong về phía mặt tự do của phoi có bán kính RF Điểm 4 được xác định bằng cách:

từ điểm tách rời điểm tiếp xúc giữa phoi và mặt trước dao (E) ta kẻ EF vuông góc với mặt trước dao (EF  OE); EF sẽ cắt đường P1234P' tại 4

Nếu quan sát vô số điểm trên mặt bên của mẫu cắt, ta sẽ nhận được vô số đường dịch chuyển của các phần tử kim loại tương ứng; đồng thời xác lập được mặt bắt đầu trượt OA và mặt kết thúc mặt trượt OC

Vùng giới hạn bởi mặt bắt đầu trượt OA và kết thúc mặt trượt OC gọi là vùng trượt

r

4

3 3’

2 2’

Thí nghiệm trên được tiến hành với tốc độ cắt v = 0,002m/ph Trong thực tế, tốc độ cắt lớn hơn rất nhiều so với tốc độ đã thí nghiệm, do đó tốc độ biến dạng trượt cũng rất lớn Chính vì vậy mặt bắt đầu trượt OA và kết thúc mặt trượt OC gần như trùng nhau Kinh nghiệm cho thấy khoảng cách giữa 2 mặt này rất nhỏ, trong khoảng (0,03 - 0,2) mm Để đơn giản cho việc nghiên cứu tính toán sau này, người ta coi 2 mặt OA và OC trùng nhau, gọi chung là mặt trượt OM, tạo với phương vận tốc cắt v một góc 1 gọi là góc trượt (hay góc tách phoi)

Ngoài ra, khi cắt kim loại, tác dụng nhiệt cũng gây nhiều khó khăn cho việc giải đáp các hiện tượng xảy ra trong quá trình cắt Theo các kết quả thí nghiệm cho thấy: khi tốc độ biến dạng tăng lên thì nhiệt trong vật thể biến dạng cũng tăng lên Tính dẻo của kim loại thay đổi theo nhiệt

Từ các thí nghiệm như trên chúng ta có thể giải thích: quá trình hình thành phoi cắt là quá trình trượt dần hay trượt liên tục của các phần tử kim loại theo mặt trượt của chúng

 Hiện tượng phoi bị uốn cong về phía mặt tự do của chúng sau khi ra khỏi mặt EF được giải thích như sau: các phần tử kim loại sau khi ra khỏi vùng trượt thì quá trình trượt cơ bản

đã kết thúc Nhưng trong khi đó thì các phần tử kim loại nằm sát và tiếp xúc với mặt trước dao vẫn bị mặt trước dao chèn ép, ma sát, do đó vẫn bị tiếp tục biến dạng Kết quả của sự chèn ép này là các hạt kim loại ở vùng tiếp xúc bị ép dài ra khi thành phoi Mặt khác, từ ở vùng OE bị mặt trước dao ma sát, khi ra khỏi điểm E, các phần tử kim loại đột ngột được tự do Do tập hợp những nguyên nhân trên, khi ra khỏi mặt EF phoi bị uốn cong về phía mặt tự do của chúng

3.1.3 Các dạng phoi khi cắt kim loại và điều kiện hình thành:

Tuỳ thuộc vào vật liệu gia công, thông số hình học của dao và chế độ cắt gọt mà phoi được tạo thành có nhiều dạng khác nhau, được chia thành hai nhóm sau:

- Nhóm phoi gãy vụn (phoi vụn)

- Nhóm phoi liên tục

a) Phoi gãy vụn: Là phoi có dạng những phần tử rời riêng biệt (hình 3.4)

- Điều kiện hình thành: khi gia công vật liệu dòn (gang, đồng thau cứng, …) Trong quá trình cắt dao không làm cho các yếu tố phoi trượt mà dường như đứt lên

- Nguyên nhân: 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; mặt 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 vì vật liệu dòn có ứng suất kéo kém hơn ứng suất nén rất nhiều

Các hạt phoi được gãy theo đường biên giới các hạt, do đó khi hình thành phoi vụn thì bề mặt đã gia công lưu lại các nhấp nhô Mặt khác do quá trình gãy vụn phoi xảy ra liên tục khi cắt, cho nên dao động về lực cắt cũng lớn, điều đó cũng ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề mặt đã gia công (độ bóng chi tiết gia công không cao)

Chi tiết gia công

Dao Phoi

thời gian t(ph) Lực cắt (N)

Hình 3.4

Trong thực tế khi gia công tinh và gia công có yêu cầu bề mặt cao, cần chú ý tránh tạo phoi vụn bằng cách chọn chế độ cắt hợp lý

Khi gia công tao ra phoi gay vụn, dao bị mòn mãnh liệt ở mũi và mặt sau của dao

Điều kiện cắt trong trường hợp này xấu nên sinh ra nhiệt độ cao, dao sẽ bị mòn cả mặt trước và mặt sau

c) Phoi dây: (hình 3.6)

Là phoi có dạng dây dài liên tục, các phần tử

phôi liên kết nhau thành chuỗi liên tục

Phoi dây được tạo thành khi cắt các loại vật

vật liệu dẻo với tốc độ cắt tương đối lớn và chiều

dày cắt bé

Khi tạo phoi dây, biến dạng cắt là rất nhỏ, phoi

hình thành liên tục nên lực cắt khá ổn định Nhờ vậy

dễ đạt độ bóng bề mặt cao

Trường hợp này dao cắt bị mòn chủ yếu ở mặt

trước

Chú ý: Trong sản phẩm cần lưu ý: phoi dây

một mặt dễ gây tai nạn cho công nhân đứng máy,

mặt khác có thể cuốn vào chi tiết gây cào xướt

trên bề mặt đã gia công Do vậy khi cắt phoi ra

dây cần chú ý sử dụng các cơ cấu cuốn và bẻ

phoi

d) Phoi lẹo dao (hiện tượng lẹo dao):

 Khái niệm:

Khi hình thành phoi dây, thường có một ít

kim loại gia công dính trên mũi dao Các khối

kim loại dính như vậy gọi là khối loẹ dao, hiện

tượng này gọi là hiện tượng lẹo dao (hình 3.7)

 Nguyên nhân:

Do lực ma sát giữa phoi và bề mặt của dụng cụ cắt Khi cắt phải chịu áp lực lớn và nhiệt độ cao, do đó ở toàn bộ bề mặt tiếp xúc xuất hiện sự cọ sát của phoi với bề mặt dụng cụ Tuy được mài cẩn thận nhưng ở bề mặt dụng cụ vẫn không tuyệt đối nhẵn, cho nên phoi bị biến dạng có một phần dính vào mặt dao Các lớp kim loại này xếp chồng lên nhau tạo thành khối lẹo dao Độ cứng của khối lẹo dao cao hơn độ cứng của kim loại chi tiết khoảng 2,5 ÷ 3,5 lần

 Ảnh hưởng của lẹo dao đến quá trình cắt:

- Gây rung động cho quá trình cắt (do các khối lẹo dao sinh ra, lớn lên và mất đi một cách liên tục) Điều này làm cho độ nhám bề mặt gia

công tăng

- Làm thay đổi các góc độ của dao do khối lẹo

dao có độ cứng cao nên đóng vai trò như một lưỡi cắt (

Hình 3.8: thể hiện góc γ tăng khi có lẹo)

- Giảm độ mòn của dao, tăng tuổi bền của dao

nhờ khối lẹo dao bao bọc

Khi gia công thô, hiện tượng lẹo dao có lợi vì nó

làm tăng góc trước giúp quá trình tạo phoi dễ dàng và

bảo vệ lưỡi cắt ít bị mài mòn Tuy nhiên, khi gia công

tinh cần tránh hiện tượng lẹo dao bằng cách làm giảm

mức độ biến dạng và ma sát khi cắt

Mức độ biến dạng cắt có thể giảm bằng cách tăng tốc độ cắt gọt và tăng góc trước của dao Mức độ ma sát có thể giảm bằng cách mài bóng mặt trước và mặt sau của dao hoặc dùng dung dịch bôi trơn - làm nguội để vừa giảm ma sát vừa giảm nhiệt độ khi cắt những biện pháp này cần được chú ý khi gia công tinh

 Điều kiện hình thành và mất đi của lẹo dao:

Gọi Q , T lần lượt là lực ma sát trong nội bộ kim loại cắt và lực ma sát giữa phoi và

mặt dụng cụ cắt S là lực thoát phoi

Khi T > Q+S thì lẹo dao sẽ ổn định

Khi T ≤ Q+S thì lẹo dao bị phá hủy

3.2 Quá trình hình thành bề mặt đã gia công trên chi tiết:

phần có bán kính  Ví dụ: dao thép gió tuỳ thuộc vào điều kiện mài sắc, bán kính đầu dao tồn tại trong khoảng  = 10  18m; dao hợp kim cứng thì  = 18  32m (1m = 1/1000mm)

Mặt khác, do quá trình mài mòn mặt sau của dao và biến dạng đàn hồi của lớp kim loại sát

bề mặt đã gia công gây nên ma sát giữa bề mặt sau dao và bề mặt đã gia công của chi tiết khi cắt (mài mòn mặt sau làm α = 0)

3.2.2 Biến dạng và ma sát trong quá trình hình thành bề mặt gia công:

Mô hình thực tế được thể hiện ở hình 3.10 Ta hãy khảo sát khả năng dịch chuyển của các phần tử kim loại trong quá trình cắt, nhận xét rằng:

R: Lực tổng hợp do đầu dao tác dụng vào phần tử kim loại của chi tiết gia công

Tại O1 (phần tử kim loại O1): Trượt theo phương hướng về phoi do đó có khả năng trượt để thành phoi

Tại O2 (phần tử kim loại O2) có phương trượt hướng về chi tiết gia công Do đó không trượt thành phoi mà sẽ bị kim loại chi tiết phía dưới chặn lại và sẽ bị nén xuống

Từ hình vẽ, với O1 và O2 trượt theo 2 phương khác nhau do đó sẽ tìm được phần tử O có phương trượt V // C V Trong đó các phần tử kim loại nằm phía trên O trượt thành phoi và các phần tử kim loại nằm phía dưới O thì bị nén xuống

Như vậy, có một lớp kim loại Δa bị đầu dao nén xuống Sự biến dạng của lớp kim loại a xảy ra cả biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi Do biến dạng đàn hồi nên khi ra khỏi mặt sau dao, một phần của lớp kim loại được phục hồi một lượng h < a

Phân tích trạng thái ứng lực của các phần tử kim loại trong khu vực bị chèn ép ta thấy (Hình 3.11):

- Các phần tử kim loại nằm trong vùng từ O đến O3 và từ O3 đến A vừa chịu ứng lực nén 

do đầu dao ép, vừa chịu ứng suất kéo  do ma sát giữa mặt dao và các phần tử kim loại trên chi tiết sát đó

- Trong vùng AB thì các phần tử kim loại trên chi tiết do sự giãn nở đột ngột từ vùng chèn

ép ra trạng thái tự do bị các phần tử kim loại trước nó và sau nó kéo ra (hình 3.11) Do hiện tượng kéo giãn đột ngột đó nên bề mặt đã gia công dễ phát sinh các vết nứt tế vi

Bên cạnh tải trọng lực phức tạp như vậy, bề mặt đã gia công còn nhận tác dụng nhiệt hết sức phức tạp

Hình 3.10

V

hChi tiết

C3 hs

O1

R R

Tải trọng lực và nhiệt phức tạp như vậy tạo cho bề mặt đã gia công những hiện tượng cơ lý hết sức phức tạp Những hiện tượng đó là:

- Ứng suất dư sinh ra trong lớp bề mặt sát bề mặt đã gia công

- Một lớp mỏng của lớp bề mặt đã gia công bị hoá bền (hay bị biến cứng), gây khó khăn cho các bước gia công tiếp theo

- Trên bề mặt đã gia công xuất hiện các vết nứt tế vi

Tổng hợp những kết quả nghiên cứu quá trình hình thành phoi và quá trình hình thành bề mặt đã gia công người ta đúc kết thành thuyết 5 vùng biến dạng khi cắt (Theo hình 3.12)

Vùng I là vùng bắt đầu phát sinh biến dạng khi cắt Hình thành biến dạng chủ yếu trong

vùng này là biến dạng đàn hồi Những phần tử kim loại càng gần mặt OA thì mức độ biến dạng càng tăng OA là giới hạn chuyển biến từ biến dạng đàn hồi sang trạng thái biến dạng dẻo (trượt)

Vùng II là vùng biến dạng dẻo của vật liệu gia công Các phần tử kim loại càng gần mặt

OC được coi như dần hoàn thành biến dạng dẻo sắp sửa tách ra trở thành các phần tử phoi Đây

là vùng biến dạng mãnh liệt nhất

Vùng III là vùng ma sát giữa mặt trước của dao với các phần tử kim loại phoi cắt sau khi

ra khỏi vùng biến dạng dẻo II Do ma sát nên bề mặt này của phoi sau khi ra khỏi mặt trước dao rất nhẵn bóng

Vùng IV là vùng biến dạng và ma sát

giữa mặt sau dao với các phần tử kim loại trên

bề mặt đã gia công nằm sát mặt sau dao về biến

dạng thì đây là vùng vừa có biến dạng đàn hồi,

vừa có biến dạng dẻo

Vùng V là vùng của các phần tử kim loại

đã hoàn thành biến dạng và trở thành phoi cắt

3.3 Các thông số đặc trƣng mức độ biến

dạng và ma sát khi cắt:

Trong phần 3.1.và 3.2 ta đã lần lượt

nghiên cứu một cách định tính bản chất của quá

trình cắt kim loại - đó là quá trình biến dạng và

cứu đã lần lượt đưa ra các hệ số:

- Hiện tượng này gọi là hiện tượng co rút phoi

Theo kinh nghiệm thì: aF > a, lF <l, bF b

Trong đó: a và aF là chiều dày lớp cắt và phoi

lF và l là chiều dài phoi và lớp cắt

bF và b là chiều rộng phoi và lớp cắt

Theo lý thuyết kéo - nén thuần tuý trong sức bền vật liệu thì ta gọi tỷ số kích thước mẫu trước và sau khi nén (hoặc kéo) là hệ số co rút Ứng dụng lý thuyết đó vào hiện tượng co rút phoi

ta có:

Hệ số co phoi rút theo chiều dày là: Ka = aF / a >1

Hệ số co phoi rút theo chiều dài là : Kl = l/ lF >1

Hệ số co phoi rút theo chiều rộng là : Kb = bF / b  1

Do định luật bảo toàn về thể tích, tức là V = VF (thể tích lớp cắt bằng thể tích phoi được tách ra từ lớp cắt tương ứng), ta có:

Ka = Kl = aF / a = l/ lF (3.1)

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 khác) và có giá trị thay đổi trong một phạm vi rộng K= 18 Nếu K càng lớn tức là mức độ biến dạng càng lớn

b) Cách xác định giá trị hệ số K :

Giá trị hệ số K thường được xác định bằng thực nghiệm hoặc thông qua việc đo trực tiếp các kích thước phoi ở lớp cắt hoặc bằng cân đo trọng lượng phoi

 Xác định K bằng cách đo trực tiếp kích thước lớp cắt và phoi

Để có lớp cắt và phoi cắt có thể đo được dễ dàng, ta chuẩn bị mẫu thí nghiệm như hình 3.13 Mẫu được chuẩn bị là một trụ ngắn có đường kính D, chiều sâu cắt là t Mẫu có kẻ hai rãnh đối xứng có bề rộng e

Để giảm va đập khi cắt ta nhồi vào rãnh phoi đồng Mẫu được cắt tự do

Theo hình 3.13, chiều dài trung bình của lớp cắt tính được:

2

)tD(

L   

Tương tự ta có:

2

LL

F



Theo định nghĩa ta có:

2 F 1 F a

l

LL

e2)tD(KK

Thể tích lớp cắt tương ứng dễ dàng tính được theo công thức:

L s

Q1000K

K





3.3.2 Biến dạng khi cắt và hệ số trượt tương đối :

Sức bền vật liệu đã nghiên cứu: nếu có một phân tố kim loại ABCD, dưới tác dụng của ngoại lực bị biến dạng trượt - tức bị số lệch tới vị trí ABC’D’

Khi đó, hệ số đặc trưng cho mức độ biến dạng trượt thuần tuý đó là hệ số trượt tương đối 

được viết dưới dạng:

Hình 3.14

Như phần 3.1 đã phân tích: thực chất quá trình cắt kim loại là biến dạng và ma sát Trong

đó biến dạng dẻo dưới hình thức trượt khi tạo phoi được coi là đặc trưng

Ứng dụng kết quả của cơ học vào mô hình cắt gọt người ta cũng đưa ra hệ số trượt tương đối khi cắt là 

1

sin

cos)cos(

)sin(

)cos(

3.3.3 Góc tách phoi (hoặc góc hướng trượt) 1 :

Nếu như hệ số co rút phoi K được đưa ra trên cơ sở kéo, nén thuần tuý; hệ số trượt hướng đến  được dẫn ra từ lý thuyết trượt thuần tuý thì góc tác phoi 1 được thiết lập không kèm theo giả định nào cả

Góc tách phoi 1 được xác lập trên cơ sở mô hình cắt tự do như hình 3.15

minh được: với những loại vật liệu

thường dùng trong chế tạo máy thì

1

a a

a tg

F 

Kết hợp với công thức (3.1) và rút gọn , ta có:

cosarctg

Khi cắt có hai khu vực ma sát:

1 Khu vực ma sát giữa phoi và mặt trước dao

2 Khu vực ma sát giữa bề mặt đã gia công và mặt sau dao

Trong quá trình cắt kim loại, dưới tác dụng của áp lực và ma sát giữa các phần tử kim loại của phoi và lớp bề mặt đã gia công xuất hiện trễ Tức là các phần tử kim loại của phoi, của lớp bề mặt đã gia công cách xa mặt trước và mặt sau dao di chuyển nhanh, trong khi dó các phần tử kim loại tiếp xúc với mặt trước dao và mặt sau dao di chuyển chậm lại (hình 3.16)

Hiện tượng trễ gây nên cho nội bộ phoi cắt và bề mặt đã gia công biến dạng và ứng suất cắt Tổng lực biến dạng giữa các phần tử phoi và lớp bề mặt gia công gọi là lực nội ma sát

Thực nghiệm đã chứng minh rằng: lực ma sát trên mặt trước và mặt sau dao chủ yếu là do lực nội ma sát

Lực thắng lực nội ma sát đó là ứng suất cắt của bản thân vật liệu:

Theo định nghĩa chung về hệ số ma sát ta có:

c = F/N (F là lực ma sát N là lực pháp tuyến)

Trong đó: F = c.A ; N = c.A

c và c là ứng suất cắt và ứng suất nén trung bình của lớp phoi sát mặt trước dao và lớp

bề mặt đã gia công A là diện tích bề mặt tiếp xúc giữa phoi và mặt trước dao ( hoặc giữa bề mặt

đã gia công và mặt sau dao)

Hình 3.16

Lớp bề mặt đã gia công

n

Chi tiết Phoi

DAO

Nói chung hệ số ngoại ma sát giữa 2 vật liệu tiếp xúc có chuyển động tương đối với nhau

là một hằng số Trái lại hệ số nội ma sát giữa các vật liệu tiếp xúc có chuyển động tương đối với nhau là số thay đổi phụ thuộc vào tải trọng tác dụng lên hệ

Nghiên cứu bản chất của quá trình cắt là phát hiện các quy luật phát sinh ra trong quá trình cắt Trên cơ sở đó đi tìm hiểu tới các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cắt gọt, nhằm mục đích điều khiển các quy luật đó theo hướng có lợn cho con người

Trên cơ sở hàng loạt các thí nghiệm, người ta đã tìm ra sự ảnh hưởng của các yếu tố đến các thông số K, C, 1 như bảng sau:

Bảng 3.1: Sự ảnh hưởng của các yếu tố đến các thông số

YTAH

K, C, 1

Vật liệu Chi tiết

Chế độ cắt

DD trơn nguội

Khi nghiên cứu cắt gọt kim loại, người ta thường chú trọng đến các hiện tượng sau:

- Hiện tượng lực cắt

- Hiện tượng nhiệt cắt

- Hiện tượng biến cứng và ứng suất dư bề mặt

4.1 Hiện tƣợng lực cắt:

4.1.1 Khái niệm và nguồn gốc của lực cắt:

Để tách được phoi và thắng được lực ma sát khi cắt cần phải có lực Lực sinh ra khi cắt kim loại là kết quả của quá trình biến dạng và ma sát Theo cơ học thì lực được xác định bởi 3 yếu tố:

- Điểm đặt lực

- Phương và chiều của lực tác dụng

- Giá trị của lực

Trong cắt gọt kim loại ta gọi:

Lực sinh ra trong quá trình cắt tác dụng lên dao là lực cắt, lực có cùng độ lớn, cùng phương nhưng ngược chiều với lực cắt gọi là phản lực cắt

Lực cắt được ký hiệu là P

Phản lực cắt được ký hiệu là P '

Nguồn gốc của lực cắt là do biến dạng và ma sát Biến dạng khi cắt có biến dạng đàn hồi

và biến dạng dẻo Do đó lực sinh ra do biến dạng cũng có lực biến dạng đàn hồi (P ) và lực dh

biến dạng dẻo (P ) Điểm đặt của lực cắt nằm trên dao (hình 4.1) d

Ta có: Pbd 1 Pd h1P 1

2 h2 d 2

2 bd bd1

2 ms ms1

ms F P

P  bd Biểu thức trên cho ta thấy rõ nguồn gốc sinh ra lực cắt khi tiện tự do - Tức là hệ lực xét ở đây là hệ lực phẳng

Nói chung trong thực tế, lực cắt là một hệ lực không gian Để tiện cho việc nghiên cứu, tính toán và đo kiểm tra, người ta nghiên cứu lực cắt qua các thành phần của chúng

4.1.2 Phân tích các thành phần lực cắt:

Tuỳ thuộc vào mục đích nghiên cứu,

người ta có nhiều cách phân tích các thành

phần của lực cắt Ví dụ: khi nghiên cứu tải

trọng tác dụng lên hệ thống công nghệ, thì

người ta phân tích lực cắt thành các thành phần

có phương trùng với phương các chuyển động

cắt gọt Khi nghiên cứu bản chất của quá trình

cắt, người ta lại phân tích lực theo các mặt tác

dụng và hướng trượt phoi

a Phân tích lực cắt thành các thành phần

trùng với phương của các chuyển động cắt:

Trên hình 4.2 biểu diễn: v , s, t là 3

phương chuyển động cắt khi tiện mặt trụ ngoài

Hình 4.2

Về giá trị lực cắt P ta tính từ các thành phần lực cắt theo công thức:

2 t 2 s 2

b Phân tích lực cắt theo các mặt chịu tải và hướng trượt phoi

Trong nhiều nghiên cứu bản chất của quá trình cắt kim loại, lực cắt còn được tiến hành phân tích theo các mặt chịu tải Hình 4.3 biểu thị cách phân tích lực theo các mặt chịu tải khi bào

tự do

Giả sử bằng cách đo ta xác định được lực cắt chính Pv và thành phần lực cắt Ps, ta dễ dàng xác định được lực cắt P và phản lực cắt 'P

Sử dụng vòng tròn Thaless ta vẽ được:

- Lực ép lên mặt trước dao N1

- Lực ma sát lên mặt trước dao F1

- Lực ép lên mặt sau dao N2

- Lực ma sát lên mặt sau dao F2

- Lực để tách phoi P c

- Lực ép lên vùng cắt P e

Tương ứng ta có:

1 là góc ma sát giữa mặt trước dao và phoi (1 = tg1)

2 là góc ma sát giữa mặt sau dao và chi tiết gia công (2 = tg2)

Từ những kết quả tính toán thực tế người ta có nhận xét:

- Về giá trị lực cắt chính Pv và lực cắt tổng hợp P không chênh lệch nhau mấy Do vậy, trong nhiều tính toán người ta có thể coi Pv  P

- Hệ số ma sát khi cắt lớn hơn nhiều so với hệ số ma sát trong chi tiết máy đã nghiên cứu

- Điểm xuất phát của các tính toán là phải xác định cho được các thành phần lực cắt theo các phương chuyển động cắt

Ví dụ:

Đã biết trước các điều kiện:

- Chi tiết gia công bằng vật liệu thép 40

- Các góc độ của dao bào:  = 80,  = 900,  = 00,  = 60

Parctg 

sin.aa

cos.a

4.1.3 Các phương pháp xác định lực cắt:

Trong thực tế lực cắt thường được xác định theo 4 phương pháp sau:

- Bằng phương pháp đo trực tiếp

- Bằng cách đo thông qua công suất cắt

- Bằng tính toán

- Bằng bảng và biểu đồ

4.1.3.1 Xác định lực cắt bằng phương pháp đo trực tiếp:

Đo lực cắt là dùng dụng cụ đo trực tiếp xác định giá trị các thành phần lực cắt theo cắt phương chuyển động cắt

Tuỳ thuộc vào cấu tạo của thiết bị đo ta có thể xác định độ lớn tức thời hoặc độ lớn cực đại của lực cắt

Thiết bị đo lực cắt có thể chế tạo từ nhiều nguyên lý khác nhau Trong thực tế thường có

4 loại phổ biến

- Dụng cụ đo lực cắt theo nguyên lý cơ học

- Dụng cụ đo thủy khí

- Dụng cụ đo bằng điện

- Dụng cụ đo theo nguyên lý biến dạng dẻo

a Dụng cụ đo lực cắt theo nguyên lý cơ học:

Dao (1) được kẹp chặt lên cơ cấu kẹp dao (2) nhờ các vít (7) Cơ cấu kẹp dao (2) có thể quay quanh chốt (3), lò xo (4) có thể quay quanh chốt (9) Chốt (3) và chốt (9) gắn trên thân đồ

đo (5)

Dưới tác dụng của lực cắt Pv, dao được gắn chặt trên cơ cấu kẹp dao bị chuyển vị, độ lớn chuyển vị được đo ở đồng hồ đo (6) Từ độ lớn chuyển vị đọc được, thông qua xử lý số liệu ta nhận được giá trị lực cắt

Ưu điểm của loại thiết bị đo này là đơn giản về kết cấu, dễ dàng sử dụng, nhưng nhược điểm là độ chính xác thấp do ma sát tại các khớp quay

b Dụng cụ đo lực cắt theo nguyên lý thuỷ khí:

Khi cắt dao (3) gắn trên cơ cấu kẹp dao (2) chịu tác dụng của lực Pv, cơ cấu (2) có thể quay quanh chốt (1) Chuyển động của cơ cấu (4) di trượt lên xuống làm thay đổi áp suất trong buồng chất lỏng (5) Sự thay đổi áp suất có thể đọc trực tiếp ở đồng hồ (6)

Loại thiết bị này có ưu điểm là nhạy, độ chính xác cao, nhưng có nhược điểm là kết cấu phức tạp, chịu ảnh hưởng của nhiệt độ lớn

Hình 4.6 thể hiện nguyên lý đo bằng điện Giá đặt (1) là hai thanh kim loại được ghép lại, một đầu có thể biến dạng đàn hồi Hai bản của tụ điện (2) gắn cố định trên má đàn hồi (má trên liền với dao thành một khối, má dưới được cố định trên thân dụng cụ đo)

Dưới tác dụng của lực cắt Pv dao bị chuyển vị, má trên giá đặt

dao gắn liền với dao bị biến dạng đàn hồi, sự chuyển vị của má trên giá

đặt dao dẫn đến sự thay đổi khe hở giữa hai bản tụ điện làm cho điện

dung thay đổi Sự thay đổi của điện dung được ghi nhận ở dụng cụ đo

(5) Từ sự thay đổi này ta suy ra được lực cắt

d Dụng cụ đo theo nguyên lý biến dạng dư:

Trong sức bền vật liệu đã nghiên cứu: Nếu có lực P tác dụng lên

quả cầu, quả cầu sẽ ép lên bề mặt vật liệu kim loại A (hình 4.7) thì vật

liệu A sẽ bị biến dạng Sau khi bỏ tải trọng P, do có biến dạng dư nên

trên A vẫn còn tồn tại lõm cầu có đường kính D Như vậy ta thấy rằng

đường kính D do quả cầu ép còn tồn tại trên vật A ngoài phụ thuộc vào

2 Pv

3- Dao 4- Bộ khuếch đại 5- Dụng cụ đo điện

D

P

d

Hình 4.7

đường kính viên bi d đã được xác định, nó còn phụ thuộc vào tải trọng P

Khi d = constans thì: D = f(P)

Như vậy nhờ mối quan hệ trên bằng cách đo lõm cầu D ta suy ra được P

Ứng dụng lý thuyết trên, người ta đã chế tạo lực kế đo 3 thành phần lực cắt như hình 4.8

Ưu điểm lớn của dụng cụ này là đơn giản, dễ thao tác Nhưng nhược điểm là độ chính xác thấp do ngoại ma sát giữa các chi tiết trong dụng cụ đo

4.1.3.2 Xác định lực cắt thông qua đo công suất

Xác định lực cắt bằng cách đo trực tiếp chỉ có thể tiến hành bằng thí nghiệm Phương pháp đo nói chung có nhược điểm là tốn kém, nhất là phải có thiết bị đo Chính vì thế có thể xác định lực cắt theo phương pháp khác kinh tế hơn, đó là xác định lực cắt thông qua con đường đo công suất

Ta có mối quan hệ giữa lực cắt và công suất như sau:

)KW(102.60

v.P

Nv =

102.60

s

s v P

Nt =

102.60

t

t v P

v.PN

N

P dc V

1 

102.60

1

là hệ số chuyển đổi đơn vị

4.1.3.3 Xác định lực cắt bằng phương pháp tính:

Trong thực tế việc tính toán lực cắt được nghiên cứu theo 2 hướng:

- Hướng thứ nhất: tính lực cắt bằng con đường lý thuyết

- Hướng thứ hai: tính lực cắt bằng những công thức kinh nghiệm

a) Tính toán lực cắt bằng con đường lý thuyết

Lý thuyết về tính toán lực cắt được tiến hành bằng hai phương pháp:

 Phương pháp thứ nhất:

Dựa trên cơ sở phân tích cơ học của quá trình cắt Tức là ta tiến hành phân tích từ vị trí của mặt trượt OM (hay góc tách phoi 1), từ diện tích của tiết diện phoi cắt và tính chất của vật liệu chi tiết gia công Ta có thể xác định được lực cần thiết để cắt được một đơn vị diện tích phoi cắt (1 mm2

p c   (N/mm2) Trong đó:

c là ứng suất cắt sinh ra trong mặt trượt (N/mm2)

 là hằng số, trước hết là phụ thuộc vào vật liệu gia công

1 là góc tách phoi

Nếu ta gọi q là diện tích tiết diện lớp phoi được tách ra được tách ra, thì lực cắt được xác định theo công thức:

P = p.q (N) Với q = atb.b = s.t (mm2)

 Phương pháp thứ hai:

Được thực hiện dựa trên cơ sở phân tích biến dạng

Như phần trước ta đã phân tích: khi

các phần tử kim loại phoi di chuyển theo

mặt trước của dao thì trong phương trượt

xuất hiện ứng suất cắt và ứng suất nén (được

mô tả bằng lực P và c P ) e

Trong quá trình phoi dịch chuyển

phát sinh áp lực pháp tuyến N vuông góc

với mặt trước của dao và lực tiếp tuyến F

(F = .N) song song với mặt trước của dao

Để tách được phoi thì trong lực cắt phát sinh

lực cắt Pcvà lực ép lên vùng cắt Pe

Theo lý thuyết thì lực tác dụng lên

dao phải cân bằng với lực tác dụng lên vùng

cắt Để khảo sát lực sinh ra trong quá trình

cắt, ta lập một hệ toạ độ Decass trong

trường hợp cắt tự do như hình 4.9

Ta có:

- N.cos - .N.sin + Pe.sin1 + Pc.cos1 = 0 (1)

- N.sin + .Ncos - Pe.cos1 + Pc sin1 = 0 (2)

Biến đổi hai phương trình trên ta được:

)cos.(sin

).sin(cos

1

1 1 1

Mặt khác ta có:

c 1

tb

sin

b.a



Trong đó c là ứng suất cắt sinh ra trong mặt trượt (N/mm2)

Thay vào (3) ta được:

)cos.(sin

tg

]tgtg

1.[

.b.aN

1

1 1 c tb

cos

tg 1 (kết quả ở phần trước) Thay vào (5) và biến đổi ta được:

vY

X

NPe

PcF





1

Hình 4.9

]sin

coscos

sin.[

c tb



)sin)(

sin(cos

cos)cos.(sin

cos

]cos)

sin.[(

2

2 2

Biểu thức trên được thiết lập trên cơ sở chú ý đến ứng suất trượt sinh ra trên mặt trượt, nhưng trong khi cắt thì trong vật liệu gia công xuất hiện trạng thái ứng suất vô cùng phức tạp Theo kết quả thí nghiệm thì giá trị ứng suất nén cũng ảnh hưởng đáng kể đến kết quả biến dạng (cụ thể khi tăng áp lực của dao thì chiều dày của lớp biến dạng dư cũng sẽ tăng theo)

Trên cơ sở đó, tính được áp lực pháp tuyến như sau:

b) Tính toán lực cắt bằng phương trình kinh nghiệm:

Phương trình kinh nghiệm để tính lực cắt cũng được xây dựng bằng 2 phương pháp

 Phương pháp 1:

Lực cắt được xác định từ lực cắt đơn vị và diện tích tiết diện phoi cắt

Như ta đã biết: lực cắt trước hết phụ thuộc vào tính chất vật liệu gia công và diện tích tiết diện phoi cắt

Trên cơ sở đó, cùng với kết quả của nhiều thí nghiệm người ta đã xây dựng được công thức tính lực cắt như sau:

PV = p.q p: là lực cắt đơn vị, là hằng số phụ thuộc vào vật liệu gia công

q: là diện tích tiết diện phoi cắt

Theo các nhà nghiên cứu, thì lực cắt đơn vị p một cách gần đúng có thể biểu diễn trong mối quan hệ với độ bền vật liệu (nếu là vật liệu dẻo) hoặc độ cứng của vật liệu (nếu là vật liệu dòn)

Ví dụ: khi cắt gọt bằng dao một lưỡi cắt thì p= (2,5 - 4,5 )B (vật liệu dẻo) và p = (0,5 - 1)HB (vật liệu dòn) Trong đó giá trị nhỏ dùng khi cắt với chiều dày cắt lớn và ngược lại

Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ lớn của lực cắt, để tiện cho việc khảo sát nghiên cứu, người ta chia chúng ra làm 3 nhóm:

(1) Nhóm ảnh hưởng từ chi tiết gia công

(2) Nhóm ảnh hưởng từ điều kiện cắt

(3) Nhóm ảnh hưởng từ dao

<1> ảnh hưởng của vật liệu gia công đến lực cắt:

Vật liệu gia công có ảnh hưởng lớn tới quá trình hình thành phoi cắt và bề mặt đã gia công - tức là ảnh hưởng tới biến dạng và ma sát khi cắt Lực cắt là một kết quả của biến dạng và

ma sát khi cắt, do đó cũng chịu ảnh hưởng trực tiếp của vật liệu gia công

Thực nghiệm cho thấy rằng: vật liệu gia công ảnh hưởng đến lực cắt gồm có:

- Độ bền, độ cứng của vật liệu

- Thành phần hoá học tạo nên vật liệu

- Cấu trúc kim loại trong vật liệu

- Phương pháp chế tạo phôi

Trên thực tế, nếu tiến hành khảo sát riêng biệt từng yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt thì công việc quá phức tạp và kéo dài Do vậy, trong các công thức kinh nghiệm để tính lực cắt, người ta biểu thị mức độ ảnh hưởng của vật liệu cụ thể trong điều kiện cắt gọt được xác định bằng độ lớn lực cần thiết để tách 1 mm2

diện tích tiết diện phoi cắt ra khỏi chi tiết gia công (đây chính là lực cắt đơn vị p)

Độ lớn của lực cắt đơn vị p ngay cả cùng một loại vật liệu gia công cũng không phải là hằng số mà là một số thay đổi, trước hết phụ thuộc là chiều dày cắt trung bình (atb) Chứng tỏ lực cắt đơn vị p không chỉ đơn thuần đặc trưng ảnh hưởng của vật liệu gia công đến lực cắt

Do vậy trong công thức kinh nghiệm người ta định nghĩa:

Lực cắt đơn vị p là lực cần thiết để tách một lớp phoi có chiều dày trung bình a tb = 1mm và chiều rộng b = 1mm trong điều kiện dao tiêu chuẩn

Lực cắt đơn vị p đặc trưng cho một loại vật liệu xác định được gọi là hằng số lực cắt, ký hiệu là C'Pv

Trong thực tế hằng số lực cắt C'Pv được xác định bằng thực nghiệm và cho theo bảng trong sổ tay

Bảng 4.1 Hằng số lực cắt C' Pv khi tiện vật liệu dẻo

- Lực cần thiết để cắt gang nhỏ hơn

cắt thép (khi cắt gang một mặt biến dạng dẻo

nhỏ, mặt khác ma sát của gang nhỏ hơn thép)

<2> ảnh hưởng của điều kiện cắt tới lực cắt:

Tất cả các yếu tố có liên quan đến quá

trình cắt đều ảnh hưởng tới lực cắt Ví dụ

như: chế độ cắt (v, s, t), dung dịch bôi trơn -

làm nguội,

Giả sử ta có n yếu tố ảnh hưởng đến

lực cắt P, để nghiên sự ảnh hưởng của yếu tố

thứ i, ta giữ nguyên các yếu tố khác và lần

lượt thay đổi yếu tố thứ i Như vậy ta sẽ nhận

được hàng loạt cặp trị số tương ứng, sau khi

xử lý số liệu ta được mối quan hệ:

P = f(i) với i = 1, 2, 3, , n

(i) Ảnh hưởng của chiều rộng cắt b đến lực

cắt P

Với những giá trị khác nhau của chiều rộng cắt b, ta đo được giá trị lực cắt Pv

Ta nhận thấy khi tăng chiều rộng cắt b thì lực cắt chính Pv cũng tăng Khi cắt với chiều dày cắt atb = 1mm thì lực cắt Pv được biểu diễn:

Giữ nguyên các yếu tố khác, chỉ thay

đổi chiều dày cắt atb, khi cắt với chiều rộng

tuyến tính trên hệ toạ độ Log Pv - Log atb

Lực cắt PV (N) 6000

P (N)

Hình 4.11

atb (mm/vg)