PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG LỖ BẰNG KHOAN, KHOÉT, DOA VÀ DỤNG CỤ

Khi khoan : Khi khoan, lực cắt được phân bố trên các lưỡi cắt của mũi khoan.. Để đơn giản ta xem như lực tác dụng trên lưỡi cắt chính tập trung tại diểm cách tâm mũi khoan là ρ = D/4 hìn

Chương 4

PHƯƠNG PHÂP GIA CÔNG LỖ BẰNG KHOAN, KHOĨT, DOA VĂ DỤNG CỤ

4.1 ĐẶC ĐIỂM VỀ ĐỘNG HỌC

Khoan , khoét và doa là những phương pháp gia công các lỗ rất phổ biến Để thực hiện khoan, khoét, doa thì ta cần những chuyển động sau :

- Chuyển động chính quay tròn, thường do dao thực hiện (khoan tren máy khoan, doa trên máy doa ), tuy nhiên cũng có lúc chuyển động này là chuyển động quay của chi tiết ( ví dụ khoan trên máy tiện : chi tiết được kẹp trên mâm cặp và quay tròn)

- Chuyển động chạy dao tịnh tiến, thường do dao thực hiện

Trong khoan, khoét, doa không có chuyển động theo phương chiều sâu cắt Chiều sâu cắt t sẽ do đường kính lỗ trước và sau gia công quyết định

4.2 KHẢ NĂNG VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG

Khoan có thể gia công thô các lỗ thông và không thông đường kính từ 0,25 ÷ 80 mm Trong ngành máy chính xác người ta còn khoan các lỗ nhỏ hơn Lỗ gia công bằng khoan có thể đạt độ chính xác cấp 11 ÷ 10, độ nhám đạt Ra = 6,3 ÷1,6 Căn cứ theo tỉ số giữa chiều sâu và đường kính lỗ khoan ta phân ra : L/D < 0,5 → lỗ ngắn, L/D = (0,5 ÷5)→ lỗ trung bình, L/D = (5 ÷10)→ lỗ dài, L/D >

10 → lỗ sâu Sự phân biệt các dạng lỗ như trên sẽ giúp ta sử dụng hợp lý các mũi khoan để đảm bảo thoát phoi tốt

Khoét là qúa trình gia công bán tinh lỗ dùng để mở rộng lỗ đã khoan, đúc hoặc rèn đồng thời để nâng cao độ chính xác về hình dáng hình học và độ nhẳn bóng bề mặt của lỗ Lỗ khoét có thể đạt độ chính xác cấp 9 ÷ 8, độ nhám bề mặt Ra = 3,2 ÷ 0,87

Doa thường là quá trình gia công lần cuối lỗ để đạt được các lỗ có độ chính xác và độ bóng cao bằng cách cắt đi một lượng dư rất mỏng Do lượng dư nhỏ nên doa không thể sửa được sai số hình dạng của lỗ Doa đạt cấp chính xác 7 ÷ 5 , độ nhám Ra = 3,2 ÷ 0,2

4.3 TÍNH TOÁN MỘT SỐ YẾU TỐ KHI KHOAN, KHOÉT, DOA 4.3.1 Tính lực cắt.

1 Khi khoan :

Khi khoan, lực cắt được phân bố trên các lưỡi cắt của mũi khoan Đặc biệt, khi khoan có 5 lưỡi cắt tham gia làm việc : 2 lưỡi cắt chính, 2 lưỡi cắt phụ và 1 lưỡi cắt ngang Để đơn giản ta xem như lực tác dụng trên lưỡi cắt chính tập trung tại diểm cách tâm mũi khoan là ρ = D/4 (hình 4.1) Lực cắt trên lưỡi cắt chính

này có thể phân tích thành các lực thành phần : lực PZ tiếp tuyến với vòng tròn bán kính ρ, lực PY đi qua trục mũi khoan và PX song song với trục mũi khoan Ba lực thành phần này tác dụng vào 2 lưỡi cắt chính như nhau, nên nếu 2 lưỡi cắt chính đối xứng thì thành phần lực cắt PY sẽ triệt tiêu lẫn nhau Lực tác dụng lên một nửa lưỡi cắt ngang cũng có thể phân tích thành 3 thành phần, tuy nhiên ngoài Pxn thì các thành phần lực cắt khác tác dụng lên nửa lưỡi cắt này không đáng kể Lực cắt tác dụng lên các lưỡi cắt phụ trong quá trình cắt cũng rất nhỏ, nên nếu cần ta chỉ quan tâm đến thành phần lực ma sát tiếp tuyến gây ra

do ma sát giữa cạnh viền và thành lỗ khoan PZΦ

Hình 4.1 Các thành phần lực cắt khi khoan

Như vậy tổng lực chiều trục tác dụng lên mũi khoan sẽ là: P0 = 2 PX + 2 Pxn (4.1)

Trong thực tế thì 2 PX chiếm khoảng 40 % lực P0, 2 Pxn chiếm khoảng 57 % lực P0 và còn lại 3 % là lực chiều trục trên hai lưỡi cắt phụ

Tổng mômen lực đối với trục X ( đây là mômen xoắn khi cắt) của mũi khoan là:

Mx = 2 PZΦ R + 2 PZ R/2 (4.2)

Thường ta tính lực chiều trục P0 và mômen xoắn khi cắt theo các công thức thực nghiệm :

xp yp p

Po

0 C D s K

P = (4.3)

xM yM M

M

x C D s K

M = (4.4)

Các hệ số CPo, CM, các số mũ xp, yp, xM, yM và các hệ số điều chỉnh có thể lấy theo [Cơ sở CGKL]

2 Khi khoét và doa :

Khi khoét và doa, vì diện tích cắt nhỏ nên lực chiều trục Po và mômen xoắn khi cắt Mx nhỏ hơn khi khoan nhiều Dạng của công thức thực nghiệm để tính Po và Mx cũng tương tự như (4.3) và (4.4) nhưng có thêm thành phần chiều sâu cắt t và có thể có cả σb hoặc HB làm biến số trong công thức Công thức cụ thể và các hệ số, số mũ xem [NLCKL], [NLGCVL]

4.3.2 Tính thời gian máy.

1 Khi khoan và khoan rộng lỗ bằng mũi khoan rãnh xoắn:

Công thức chung :

s.n

L

T0 = (4.5)

L - hành trình tổng của mũi khoan, [mm], L = l + la + lu

la - lượng ăn tới, [mm],

khi khoan lỗ đặc (hình 4.2a) :

ϕ 2tg

D 1

la = + (4.6)

khi khoan rộng lỗ (hình 4.2b) : 2tgϕ

d D 1

la = + − (4.7)

lu - lượng vượt quá, [mm], lu = 2mm khi khoan suốt, lu = 0 khi khoan lỗ không thông

s - lượng chạy dao sau một vòng quay của mũi khoan, [mm/vg]

n - số vòng quay trong một phút của mũi khoan, [vg/ph]

Hình 4.2 Lượng ăn tới và vượt quá khi khoan

a) khoan lỗ đặc b) khoan rộng lỗ

2 Khi khoét và doa :

Khi khoét và doa thì công thức tính thời gian máy vẫn giống như (4.5), nhưng lượng ăn tới la và vượt quá lu lấy như sau :

- Khi khoét : la ≈ 3 mm, lu = 3 mm

- Khi doa : la + lu = D Chú ý rằng khi doa thông thường tốc độ trở lại của mũi doa thường bằng tốc độ cắt, nên khi tính T0 ta cần phải tính đến thời gian quay trở lại của mũi doa

-4.4 DỤNG CỤ KHOAN, KHOÉT, DOA

4.4.1 Mũi khoan.

1 Các loại mũi khoan:

Để có thể gia công được các loại lỗ ngắn, trung bình, dài, sâu cũng như các loại lỗ đặc biệt người ta sử dụng nhiều loại mũi khoan khác nhau, mà ta có thể kể ra một số loại thường gặp như sau :

a) Mũi khoan dẹt : Đây có thể là tiền thân của mũi khoan rãnh

xoắn Kết cấu của nó rất đơn giản ( hình 4.3) ab và a’b’ là hai lưỡi cắt chính của mũi khoan dẹt Giao tuyến của hai mặt sau tạo thành lưỡi cắt ngang bb’ Trong hình S-S là mặt đáy, W là đường thẳng vuông góc với mặt đáy, T là vết của mặt cắt (tiếp tuyến với mặt gia công tại điểm C), N-N là vết của mặt phẳng thẳng góc với mặt cắt, γ vàα là góc trước và góc sau tĩnh, γp và αp là góc trước và góc sau trong quá trình cắt Mũi khoan dẹt có ưu điểm là dễ chế tạo và rẻ tiền nhưng năng suất và độ chính xác thấp, tuổi bền và tuổi thọ của dao cũng thấp Do đó trong ngành chế tạo cơ khí hiện nay, mũi khoan rãnh xoắn đã hầu như thay thế cho mũi khoan dẹt

Hình 4.3 Mũi khoan dẹt

b) Mũi khoan lỗ tâm (hình 4.4): đây là mũi khoan chuyên dùng để

khoan lỗ tâm trên các đầu trục Mũi khoan này có các lưỡi cắt ở cả hai đầu nên có thể gia công được cả hai đầu

Hình 4.4 Mũi khoan tâm.

c) Mũi khoan lỗ sâu: dùng để khoan các lỗ dài và các lỗ sâu, còn

có tên gọi là mũi khoan nòng súng Trên hình 4.5, ta thấy bên trong của mũi khoan này có rãnh dẫn dung dịch trơn nguội từ phần chuôi vào đến phần cắt Tiết diện của rãnh dẫn dung dịch này có dạng hình tròn ở phần chuôi (tiết diện B-B) và dạng hình lưỡi liềm ở phần có vát rãnh thoát phoi (tiết diện A-A) Mũi khoan này chỉ có một lưỡi cắt chính

Hình 4.5 Mũi khoan lỗ sâu.

d) Mũi khoan rãnh xoắn: đây là mũi khoan được sử dụng rộng rãi

nhất vì tuổi thọ của dao lớn, độ chính xác gia công cao hơn mũi khoan dẹt vì kết cấu có phần định hướng, đồng thời năng suất của mũi khoan này cũng cao hơn mũi khoan dẹt Mũi khoan này còn có tên gọi là mũi khoan ruột gà

2 Kết cấu mũi khoan rãnh xoắn.

B-B

L

Hình 4.6 cho ta kết cấu của mũi khoan rãnh xoắn Mũi khoan có đường kính D và chiều dài L bao gồm chiều dài làm việc lp, chiều dài cổ dao lcổ và chiều dài phần cán lx Trong phần làm việc thì gồm phần côn cắt lc và phần trụ định hướng Phần cán của mũi khoan có phần đuôi bẹt lđb ở cuối cùng Cán dao làm dạng côn ( côn Moóc tiêu chuẩn từ số 0 đến số 6) nếu D > 20mm, làm dạng trụ nếu D < 10 mm, còn khi D = 10 ÷ 20 mm thì có thể làm cán côn hoặc trụ Những đặc điểm về kết cấu mũi khoan như

sau :

Hình 4.6 Mũi khoan rãnh xoắn

- Mặt trước mũi khoan: là mặt xoắn vít để dễ dàng thoát phoi Mặt xoắn vít này được tạo nên bằng cách phay định hình rãnh xoắn hoặc cán rãnh xoắn

- Mặt sau mũi khoan : có thể là mặt côn ( trục đối xứng của mặt côn này không trùng với trục mũi khoan), mặt xoắn vít hoặc mặt phẳng

- Độ côn ngược : đường kính mũi khoan nhỏ dần về phía chuôi để giảm ma sát giữa mặt sau phụ và thành lỗ đã gia công Độ giảm đường kính mũi khoan trên 100mm chiều dài có thể từ 0,03 ÷ 0,12 mm phụ thuộc đường kính mũi khoan

- Cạnh viền : đối với nhũng mũi khoan đường kính D ≥ 0,75

mm để tăng khả năng dẫn hướng và tuổi thọ của mũi khoan, trên hai me khoan người ta tạo ra 2 dải cạnh viền chạy dọc theo hai rãnh xoắn với chiều rộng f = 0,2 ÷ 2,6 mm và chiều cao h = 0,15

÷0,8 mm (cho mũi khoan có D = 1 ÷ 50 mm)

- Đường kính lõi mũi khoan : phần kim loại còn lại giữa hai rãnh xoắn mũi khoan có đường kính d gọi là lõi mũi khoan Để tăng độ bền và độ cứng vững của mũi khoan, d được làm lớn dần về phía chuôi Lượng tăng d từ 1,4 ÷1,8 mm trên 100 mm chiều dài tuỳ theo vật liệu làm mũi khoan

3 Thông số hình học mũi khoan.

a) Góc ở đỉnh mũi khoan 2ϕ : tương tự như góc nghiêng chính ϕ ở dao tiện Tuy nhiên vì ở mũi khoan có đến hai lưỡi cắt chính đối xứng nên người ta thường biểu diễn góc nghiêng chính của 2 lưỡi cắt dưới dạng góc ở đỉnh 2ϕ Khi tăng giá trị của 2ϕ thì mômen xoắn sẽ giảm nhưng lực chiều trục sẽ tăng lên Góc 2ϕ có thể chọn theo vật liệu gia công như bảng 4.1

Côn Mooc

l c

l cổ l

đb

Mặt sau Mặt trước

Bảng 4.1 Giá trị góc 2ϕ và ω cho mũi khoan để gia công các vật

liệu khác nhau Vật liệu gia công 2ϕ0 ω0

Thép σB≤ 700 N/mm 2 116 ÷ 118 30 Thép σB = 700 ÷1000 N/mm 2 120 25

Thép σB > 1000 N/mm 2 125 20 Thép không gỉ 120 25 Gang 116 ÷ 120 25 ÷ 30 Đồng đỏ 125 34 ÷ 45 Đồng thau 130 25 ÷ 30 Đồng thanh HB ≥ 100 135 15 ÷ 20 Đồng thanh HB < 100 125 8 ÷ 12 Hợp kim nhôm 130 ÷ 140 35 ÷ 45 Chất dẻo, ê-bô-nít, ba-kê-lít 60 ÷ 100 8 ÷ 12

Đá 80 ÷ 90 10 ÷ 15 b) Góc nghiêng của rãnh xoắn ω: Rãnh xoắn ở mũi khoan có tác

dụng dẫn phoi trong quá trình cắt Góc nghiêng của rãnh xoắn ω có ảnh hưởng đến điều kiện thoát phoi, mômen xoắn Nếu khai triển rãnh xoắn ở đường kính ngoài cùng D và ở đường kính tại điểm A (DA ) lên mặt phẳng ( hình 4.7), với H là bước của rãnh xoắn, ta có :

- Tại điểm ngoài cùng của lưỡi cắt chính (ứng với đường kính D) :

H

πD tgω= (4.8)

- Tại điểm A trên lưỡi cắt chính ( ứng với đường kính DA) :

H

D π

A = (4.9)

Như vậy dọc theo lưỡi cắt chính ω giảm dần khi vào gần tâm Góc ω sẽ ảnh hưởng đến góc trước của lưỡi cắt Đối với mũi khoan công dụng chung thì ω chọn trong giới hạn từ 190 đến 330 phụ thuộc vào đường kính mũi khoan, còn đối với mũi khoan chuyên dùng thì trị số của ω ở đường kính ngoài cùng lấy theo vật liệu gia công như bảng 4.1

c) Góc trước của dao γ : góc trước của mũi khoan được đo trong

tiết diện chính N-N Ta hãy khảo sát xem góc trước γ phụ thuộc vào các thông số nào Xét một điểm A trên lưỡi cắt chính (hình 4.7), ta có thể chứng minh được :

ϕ sin

tgω

A = (4.10)

Từ (4.8), ta có : H = πD/tgω (4.11)

Thay (4.9) vào (4.10) và sau đó thay H theo (4.11) vào, cuối cùng ta có :

ϕ D.sin

.tgω D tgγ A

A =

(4.12)

Hình 4.7 Góc trước và góc nghiêng của rãnh xoắn của mũi khoan.

Từ (4.12) ta nhận thấy rằng dọc theo lưỡi cắt chính, điểm càng vào gần tâm mũi khoan thì góc trước càng giảm Ví dụ như đối với mũi khoan có ω = 300, ϕ = 600, nếu góc trước ở điểm ngoài cùng là 300 thì ở lỏi γ = -24005’

d) Góc sau mũi khoan α : Góc sau của mũi khoan được đo trên bề mặt của quỷ đạo chuyển động của các điểm trên lưỡi cắt, tức là trên bề mặt hình trụ đi qua điểm khảo sát và có trục trùng với trục mũi khoan Trên hình 11.8, khi mũi khoan quay quanh trục O-O thì điểm A vẽ nên một vòng tròn Dựng hình trụ trục O-O có bán kính DA, giao tuyến của mặt trụ này với mặt sau mũi khoan là đường cong C Qua điểm A ta vẽ hai đường tiếp tuyến : thứ nhất là với giao tuyến C, thứ hai là với vòng tròn do điểm A vẽ ra và tiếp tuyến này nằm trong mặt phẳng chứa vòng tròn đó Góc giữa hai đường tiếp tuyến này là góc sau α tại điểm A Để dễ hình dung hơn, ta khảo sát tiết diện chiều trục O-O của mũi khoan

D πD

H

ωA ω

ωA ω

như hình 4.7, góc sau tại A sẽ là αA trog tiết diện này Góc sau pháp tuyến αN trong tiết diện N-N không quan trọng

Để đảm bảo góc sắc β tại các điểm khác nhau trên lưỡi cắt không đổi hoặc thay đổi ít, người ta làm cho α thay đổi ngược với sự thay đổi của góc trước γ dọc theo lưỡi cắt, có nghĩa là càng vào gần tâm α càng tăng, ở đường kính ngoài cùng α = 8 ÷ 140 còn

ở gần tâm thì α = 25 ÷ 350 Mức độ thay đổi của α phụ thuộc vào dạng mài mặt sau mũi khoan

Hình 4.8 Góc sau ở mũi khoan Hình 4.9 Các thông số hình

học phần cắt mũi khoan

e) Các góc độ trên lưỡi cắt ngang : Do kết cấu của mũi khoan

tồn tại lưỡi cắt ngang với góc trước γn < 0 và góc sau làαn như hình 4.9 Với góc trước có trị số âm rất lớn nên lưỡi cắt ngang không cắt mà đè nạo lên bề mặt chi tiết gia công Vị trí của lưỡi cắt ngang được xác định bới góc nghiêng của lưỡi cắt ngang ψ (hình 4.6), đó là góc giữa hình chiếu của lưỡi cắt ngang và lưỡi cắt chính trên mặt phẳng vuông góc với trục mũi khoan

f) Các góc độ khác trên phần cắt của mũi khoan : được thể hiện

trên hình 4.9

4 Mài mặt sau mũi khoan.

Để đảm bảo kích thước lỗ gia công, mũi khoan sau khi mòn được mài lại theo mặt sau Có thể mài mặt côn theo 3 phương pháp sau :

a) Phương pháp mài theo mặt côn (hình 4.10 a, b): Đây là phương

pháp dùng phổ biến nhất Trục mũi khoan và trục của hình côn mặt sau đặt lệch nhau một khoảng K = (1/13÷1/10)D Gá mài mũi

C

khoan theo hình b tốt hơn hình a vì nó cho phép tăng góc sau theo hướng vào tâm nhiều hơn

b) Phương pháp mài theo mặt xoắn vít (hình 4.10 c): Phương pháp

này cũng khá phổ biến Khi mài, mũi khoan quay chậm quanh trục C-C, đá mài ngoài chuyển động quay chính quanh trục A-A còn nhận chuyển động phụ : quay quanh trục B-B và dịch chuyển tịnh tiến đi lại dọc trục nhờ cam mặt đầu Tất cả các chuyển động tương đối giữa đá mài và mũi khoan sẽ cho mặt sau mũi khoan là mặt xoắn vít Phương pháp này cho phép tăng góc sau nhiều hơn phương pháp mài theo mặt côn

c) Phương pháp mài theo mặt phẳng (hình 4.10 d): Phương pháp

này thực hiện đơn giản Thường người ta dùng phương pháp này khi D ≤ 3 mm Nếu D > 3 mm thì cũng có thể dùng phương pháp

này, nhưng nên mài theo 2 mặt phẳng

Hình 4.10 Các phương pháp mài mặt sau mũi khoan

4.4.2 Mũi khoét.

1 Kết cấu của mũi khoét.

Cam

Lò xo

Mài theo 1 mặt phẳng Mài theo

2 mặt phẳng

Mặt

Mặt phẳng II

b)

c)

d)

Hình 4.11 a là dao khoét chuôi liền, thường được chế tạo bằng thép gió Kết cấu của mũi khoét này rất giống mũi khoan, chỉ khác là nó có nhiều răng hơn (với D ≤ 35 mm thì thường làm 3 răng và khi D > 35 mm thì làm 4 răng, ở mũi khoét răng chắp có khi làm đến 6 răng) và không có lưỡi cắt ngang Cạnh viền dùng để định hướng mũi khoét, chiều rộng hợp lý của nó là f = 1,2 ÷ 1,3

mm Đối với các mũi khoét đường kính lớn, để tiết kiệm vật

liệu dụng cụ, người ta làm mũi khoét cán lắp với các răng liền hoặc răng chắp (hình 4.11 b)

Hình 4.11 Kết cấu mũi khoét a) Mũi khoét chuôi liền b) Mũi khoét cán lắp, răng chắp

Ngoài ra còn có mũi khoét côn dùng để sửa các lỗ côn, ví dụ lỗ tâm

2 Thông số hình học của mũi khoét.

a) Góc trước γ: được đo trong tiết diện chính N-N (hình 4.12) Góc

trước có giá trị từ 5 ÷ 300 phụ thuộc vật liệu gia công như bảng 4.2

Bảng 4.2 Giá trị của góc trước γ cho mũi khoét Vật liệu

thép đúc

Gang cứng trung bình cứng, Thép

gang cứng

a)

b)

ω