I. Đặc điểm và vai trò của gia công cắt gọt : Cắt gọt kim loại là quá trình công nghệ tạo nên những sản phẩm cơ khí có hình dáng kích thước độ bóng bề mặt … theo yêu cầu kỹ thuật từ một phôi liệu ban đầu nhờ sự cắt bỏ lớp kim loại dưới dạng phoi. Gia công cắt gọt được thực hiện ở nhiệt độ bình thường của môi trường (cả trước và sau nguyên công nhiệt luyện ). Nó cho độ bóng và độ chính xác cao hơn các phương pháp gia công hàn, đúc, rèn, dập nóng… Phương pháp gia công bằng cắt gọt chiếm 30% khôi lượng công việc gia công cơ khí và trong tương lai có thể nhiều hơn.
HỌC TRÌNH NGUYÊN LÝ CHUNG Bài CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ NGUYÊN LÝ CẮT GỌT ♦♦ I Đặc điểm vai trò gia công cắt gọt : - Cắt gọt kim loại trình công nghệ tạo nên sản phẩm khí có hình dáng kích thước độ bóng bề mặt … theo yêu cầu kỹ thuật từ phôi liệu ban đầu nhờ cắt bỏ lớp kim loại dạng phoi - Gia công cắt gọt thực nhiệt độ bình thường môi trường (cả trước sau nguyên công nhiệt luyện ) Nó cho độ bóng độ xác cao phương pháp gia công hàn, đúc, rèn, dập nóng… - Phương pháp gia công cắt gọt chiếm 30% khôi lượng công việc gia công khí tương lai nhiều II Những khái niệm định nghiã : Chuyển động trình cắt gọt : - Mỗi loại máy cắt kim loại có quỹ đạo chuyển động tương đối dao chi tiết khác Người ta phân ba loại chuyển động : a> Chuyển động : (chuyển động cắt chính) chuyển động máy cắt thực hiên qua dụng cụ cắt hay chi tiết gia công Nó chuyển động quay, tịnh tiến dạng kết hợp … Ví dụ: Khi tiện chuyển động chuyển động quay tròn phôi gá mâm cặp; phay, khoan, mài chuyển động chuyển động quay tròn dao phay, khoan đá mài; bào xọc chuyển động tịnh tiến qua lại lên xuống dao… b> Chuyển động chạy dao: chuyển động dao hay chi tiết gia công kết hợp với chuyển động tạo nên trình cắt gọt Chuyển động chạy dao liên tục hay gián đoạn Chuyển động thường thực xu hướng vuông góc với chuyển động chính, cụ thể : - Khi tiện, chuyển động chạy dao kà chuyển động ngang – dọc bàn dao cắt: - Khi phay chuyển động ngang- dọc- đứng bàn máy mang phôi; - Khi bào chuyển động ngang (đứng) bàn máy chuyển động lên xuống đầu dao; 1 - Khi mài chuyển đông tịnh tiến ngang (dọc) bàn máy mang phôi hay trục đá mài - Khi khoan chuyển động ăn xuống mũi khoan c> Chuyển động phụ: chuyển động không trực tiếp tạo phoi chuyển động tịnh tiến, lùi dao ( không cắt vào phôi) Chế độ cắt: *Vận tốc cắt (Vc) lượng dịch chuyển tương đối lưỡi cắt chi tiết gia công đơn vị thời gian (hoặc lượng dịch chuyển tương đối điểm bề mặt chi tiết gia công lưỡi cắt đơn vị thời gian) ta có : Vc = V + S Đa số trường hợp trị số vận tốc chuyển đông chay dao S nhỏ nên coi vận tốc cắt vận tốc chuyển động V ≈ V Ví dụ tiện chi tiết đường kính D (mm) số vòng quay trục n (vg/ph) trị số tốc độ cắt tính theo công thức: V = π D.n , ( m / ph ) 1000 “Khi tiện lỗ D đường kính lỗ sau gia công, khoan D đường kính mũi khoan, phay D đường kính dao phay, mài D đường kính đá mài“ Vtb = 2.L.n , ( m / ph ) 1000 Nếu chuyển động tịnh tiến (bào, xọc ) trị số vận tốc lấy theo giá trị vận tốc trung bình: Trong đó: L: chiều dài hành trình chạy dao (mm) n: số hành trình kép phút *Chiều sâu cắt (t) : chiều sâu lớp kim loại bị hớt sau lần cắt (hoặc khoảng cách hai bề mặt chưa gia công kề đo theo phương vuông góc với phương chạy dao) Ví dụ: Khi tiện chiều sâu cắt tính: t = (D – d)/2 (khi tiện ngoài)mm t = (d – D)/2 (khi tiện trong)mm 2 *Lượng chạy dao (S) quãng đường tương đối lưỡi cắt so với chi tiết theo phương chuyển động chạy dao sau đơn vị thời gian, sau vòng quay phôi hay sau hành tình kép Khi tiện, lượng chạy dao S lượng dịch chuyển dao theo phương chạy dao dọc theo bề mặt gia công vòng quay phôi (mm/vg) Khi bào xọc lượng chay dao S lượng dịch chuyển dao hay bàn máy sau hành trình kép bàn máy (hoặc dao) – mm/h.t.kép Đối với dao nhiều lưỡi cắt dao phay tính lượng chạy dao sau dao (mm/rg), lượng chạy dao sau vòng quay dao (mm/vg), lượng chạy dao sau phút làm việc dao (mm/ph) => Tập hợp yếu tố vận tốc cắt V, chiều sâu cắt t, lượng chạy dao S gọi chế độ cắt Một chế độ cắt xác lập hệ thống công nghệ bao gồm : Máy – Dao – Đồ gá Chi tiết gia công III Sự hình thành bề mặt chi tiết trình cắt: Bất kỳ phương pháp gia công nào, trình hớt bỏ dần lớp lượng dư gia công (quá trình cắt) hình thành chi tiết bề mặt có đặc điểm khác Xét thời điểm trình gia công (khi tiện), ba bề mặt phân biệt sau: 3 +Mặt gia công: bề mặt phôi mà dao cắt đến theo qui luật chuyển động Tính chất bề mặt tính chất bề mặt phôi +Mặt gia công: bề mặt chi tiết mà dao cắt qua Tính chất bề mặt phản ánh kết tượng lý trình cắt +Mặt gia công: bề mặt chi tiết mà lưỡi dao trực tiếp thực tách phoi Cũng mặt nối tiếp mặt gia công mặt gia công Trên bề mặt diễn tượng phức tạp +Vùng cắt : Là phần kim loại cuả chi tiết vừa tách gần mũi dao lưỡi cắt chưa thoát Đây vùng xảy trình lý phức tạp IV Các mặt phẳng dao cắt kim loại: Để xác định góc độ dao khảo sát lực cắt, vận tốc cắt, nhiệt cắt … người ta qui định mặt phẳng toạ độ dao ( dao tiện) Hệ toạ độ xác định sở ba phương chuyển động cắt ( S, t, V) +Mặt phẳng : Được tạo vectơ tốc độ V vectơ chạy dao S +Mặt phẳng : Được tạo vectơ tốc độ V vectơ chiều sâu cắt t +Mặt phẳng :(còn gọi mặt đáy) Được tạo vectơ chạy dao S vectơ chiều sâu cắt t Là mặt phẳng qua điểm lưỡi cắt vuông góc với vectơ vận tốc cắt điểm Đối với dao có tiết diện hình lăng trụ mặt đáy song song với mặt tỳ thân dao ổ gá dao 4 +Mặt phẳng cắt mặt phẳng qua điểm lưỡi cắt tiếp xúc với mặt gia công Mặt cắt chứa vectơ vận tốc cắt V Hay mặt phẳng chứa lưỡi cắt vectơ vận tốc cắt mà vuông góc với mặt đáy (gọi mặt phẳng cắt gọt Tiết diện N – N :là mặt phẳng qua điểm lưỡi cắt vuông góc với hình chiếu lưỡi cắt mặt đáy Tiết diện phụ N1 – N1 :là mặt phẳng qua điểm lưỡi cắt phụ vuông góc với hình chiếu lưỡi cắt phụ mặt đáy V Những phận dụng cụ cắt: Dao cắt kim loại giữ vai trò quan trọng trình gia công, trực tiếp tác động vào phôi liệu để tách phoi tạo thành bề mặt gia công 5 Mỗi dao ( điển hình dao tiện) thường gồm hai phần: *Thân dao: dùng để gá vào bàn dao, phải đủ độ bền độ cứng vững,… Nhằm đảm bảo vị trí tương quan dao chi tiết *Đầu dao: phần làm nhiệm vụ cắt gọt Đầu dao hợp thành bề mặt sau: - Mặt trước(1): bề dao tiếp xúc với phoi phoi trực tiếp trượt trên thoát - Mặt sau chính(2): bề dao đối diện với mặt gia công - Mặt sau chính(3): bề dao đối diện với mặt gia công - Lưỡi cắt chính: giao tuyến mặt trước và mặt sau chính, trực tiếp cắt vào kim loại Độ dài lưỡi cắt có liên quan đến chiều sâu cắt bề rộng phoi - Lưỡi cắt phụ: giao tuyến mặt trước và mặt sau phụ, phần lưỡi cắt phụ gần mũi dao tham gia cắt với lưỡi cắt - Lưỡi cắt nối tiếp: (chỉ có số loại dao tiện) phần nối tiếp lưỡi cắt lưỡi cắt phụ Khi lưỡi cắt nối tiếp dao tiện có mũi Mũi dao nhọn lượng tròn (bán kính mũi dao R = – 2mm) Các lưỡi cắt thẳng cong đầu dao nên có hai lưỡi cắt phụ Một dao có nhiều đầu dao nên có nhiều lưỡi cắt Tuỳ theo số lượng lưỡi cắt chính, người ta chia : +Dao lưỡi cắt : dao tiện, dao bào… +Dao hai lưỡi cắt : mũi khoan +Dao nhiều lưỡi cắt : dao phay, dao doa, dao cưa… +Dao có vô số lưỡi cắt đá mài, (mỗi hạt mài có vai trò lưỡi cắt) VI Thông số hình học dao trạng thái tĩnh (dao tiện): 6 Để đảm bảo suất – chất lượng bề mặt gia công, dao cắt cần phải có hình dáng góc độ hợp lý Thông số hình học dao xét trạng thái tĩnh (khi dao chưa làm việc) Góc độ dao xét sở : dao tiện đầu thẳng đặt vuông góc với phương chạy dao, mũi dao gá ngang tâm phôi Các thông số hình học dao nhằm xác định vị trí góc độ dao nằm đầu dao Những thông số xác định tiết diện N – N, mặt đáy, tiết diện phụ N1 – N1 mặt phẳng cắt gọt +Góc trước γ : góc tạo thành mặt trước mặt đáy đo tiết diện N – N Góc trước có giá trị dương mặt trước thấp mặt đáy tính từ mũi dao, có giá trị âm mặt trước cao mặt đáy không mặt trước song song với mặt đáy Khi góc trước lớn biến dạng phoi nhỏ, việc thoát phoi dễ dàng, lực cắt công tiêu hao giảm, suất tăng +Góc sau α : góc tạo thành mặt sau mặt phẳng cắt gọt đo tiết diện Góc sau thường có giá trị dương Góc sau lớn mặt sau bị ma sát vào bề mặt gia công nên chất lượng bề mặt gia công tốt +Góc cắt δ : góc tạo mặt trước mặt cắt đo tiết diện +Góc sắc β : góc tạo mặt trước mặt sau đo tiết diện ta có quan hệ : α + β + γ =90o ; δ = α + β +Góc trước phụ γ1 : tương tự góc trước, đo tiết diện phụ N – N, +Góc sau phụ α1 : tương tự góc sau , đo tiết diện phụ N – N 7 +Góc mũi dao ε : góc hợp hình chiếu lưỡi cắt hình chiếu lưỡi cắt phụ mặt phẳng đáy +Góc nghiêng ϕ : góc hình chiếu lưỡi cắt với phương chạy dao đo mặt đáy +Góc nghiêng phụ ϕ1 : góc hình chiếu lưỡi cắt phụ với phương chạy dao đo mặt đáy Ta có : ϕ + ε + ϕ1 =180o +Góc nâng lưỡi cắt chínhλ : góc tạo lưỡi cắt hình chiếu mặt đáy λ Có giá trị dương, mũi dao điểm thấp lưỡi cắt λ Có giá trị âm, mũi dao điểm cao lưỡi cắt λ = Khi lưỡi cắt nằm ngang ( song song với mặt đáy) Các định nghĩa cho loại dao khác VII Thông số hình học dao trình cắt: Sự thay đổi giá trị góc ϕ ϕ gá trục dụng cụ cắt không thẳng góc với đường tâm chi tiết: Dụng cụ sau mài sắc có góc nghiêng góc nghiêng phụ Nếu gá dao, trục dao không vuông góc với đường tâm thì: +Nếu gá dao nghiêng bên trái: *Góc nghiêng làm việc ϕc = ϕ - (900 -τ) *Góc nghiêng phụ làm việc ϕ1c = ϕ1 + (900 -τ) +Nếu gá dao nghiêng bên phải: *Góc nghiêng làm việc ϕc = ϕ + (900 -τ) *Góc nghiêng phụ làm việc ϕ1c = ϕ1 - (900 -τ) 2.Sự thay đổi giá trị góc mũi dao gá không ngang tâm máy : 8 Cao tâm (tiện ngoài) Thấp tâm (tiện ngoài) Gá cao tâm (tiện trong) 9 Gá thấp tâm (tiện trong) - Khi tiện ngoài, mũi dao gá cao đường tâm máy góc trước dụng cụ làm việc γtt tăng lên, góc sau αtt giảm ; gá dao thấp đường tâm máy góc trước làm việc γtt gảm đi, góc sau làm việc αtt tăng lên - Khi tiện kết ngược lại 10 10 a/- Góc trước γ : Ảnh hưởng γ giới thiệu bảng Tác dụng chủ yếu γ tạo điều kiện thoát phoi (làm giảm biến dạng phoi), ảnh hưởng đến trị số phương lực cắt, chất lượng bề mặt gia công, tuổi bền dao - Vật liệu dẽo chọn γ lớn : lực cắt nhỏ, thoát phoi dễ - Vật liệu dòn có khuynh hướng giảm γ để tăng góc cắt, tăng độ bền dao - Dao thép gió chọn γ lớn so với dao hợp kim cứng hay vật liệu chịu bền uốn - Gia công thô nên chọn γ lớn (α nhỏ ), gia công tinh nên chọn γ nhỏ để tăng góc sau α điều kiện β = const - Dao hợp kim cứng: gia công thô, γ âm, song hệ thống công nghệ phải đủ cứng vững + Đối với dao tiện thép gió : góc trước cạnh viền thưòng nhỏ: γf = 50 ÷ 80 Mặt trước phẳng : chọn γ = 80 ÷ 150 Mặt trước cong : chọn γ = 250 ÷ 300 + Đối với dao hợp kim cứng: góc trước cạnh viền thường chọn:γf = -3o ÷ -100 Gia công vật liệu dòn : gang, đồng chọn γ = 80 ÷ 150 Gia công vật liệu cứng σ > 100 Kg/cm2 chọn γ = -50 ÷ -250 Chọn góc trước γ dao tiện tra bảng sổ tay kỹ thuật b/- Góc sau α : Góc sau α có ảnh hưởng lớn đến số yếu tố trình cắt bảng nêu Đặc biệt ảnh hưởng đến tuổi bền dao độ nhẵn bề mặt gia công Góc sau α1 phụ thuộc vào bước tiến S trị số β Để tránh ma sát mặt sau α phải nhỏ µ : S ΠD tg µ = Trong : S _ bước tiến (mm/vòng) D _ Đường kính chi tiết gia công (mm) Khi S tăng lực cắt tăng, µ tăng, nên α tăng : để giảm lực cắt α phải tăng cho phù hợp với µ Điều dẫn đến β bị giảm độ bền mũi dao giảm Người ta có khuynh hướng chọn αmin Khi S giảm lực cắt giảm, µ giảm α giảm nên β tăng : lúc lực cắt nhỏ, để giảm bán kính mũi dao giảm ma sát, người ta có khuynh hướng chọn αmax Gia công vật liệu giòn, cắt phoi mỏng, dao chủ yếu bị mòn mặt sau: chọn α tăng Tiện tinh nên chọn α tăng để giảm ma sát Góc sau phụ α1 : thông thường chọn α1= α Riêng dao tiện rãnh α1 = 10÷ 20 140 140 Một số giá trị góc sau loại dao thông dụng : Khi : S ≤ o.25 mm S > 0.25 mm - Dao tiện thông tiện mặt đầu : α = 120 α = 60 ÷ 80 - Dao cắt đứt, tiện rãnh : α = 120 ÷150 α = 80 ÷ 100 - Dao tiện lỗ : α = 120 ÷150 α = 80 ÷ 100 Chọn α tham khảo sổ tay kỹ thuật c/- Góc nghiêng ϕ : Góc nghiêng ϕ ảnh hưởng đến độ nhẵn bề mặt gia công; ảnh hưởng đến chiều rộng, chiều dày lớp cắt; đến phương trị số lực cắt PY , PX ; đến độ bền dao Nguyên tắc chọn: + Nếu độ cứng vững hệ thống công nghệ cao chọn ϕ giảm, để tăng độ bền dao + Nếu độ cứng vững hệ thống công nghệ giảm chọn ϕ tăng để giảm lực cắt Tuy nhiên có giới hạn tùy theo điều kiện cụ thể : l - Điều kiện hệ thống công nghệ cứng vững, với D < ϕ = 100 ÷ 300 l Điều kiện cứng vững trung bình, với D = ÷ 12 ϕ = 300 ÷ 450 l - Điều kiện cứng vững : D = 12 ÷ 15 ϕ = 600 ÷ 750 l D > 15 ϕ = 800 ÷ 900 - Tiện mặt đầu : ϕ = 300 ÷ 700 lên đến 900 Tiện lỗ bậc, không suốt ϕ ≥ 900 d /- Góc nghiêng phụ ϕ : Góc nghiêng phụ ảnh hưởng đến độ nhẵn bề mặt gia công, độ bền dao lực cắt Khi ϕ1 giảm độ nhẵn tăng rung động tăng + Khi hệ thống công nghệ cứng vững lấy : ϕ1 = 100 ÷ 150 + Khi hệ thống công nghệ cứng vững lấy ϕ1 = 200 ÷ 300 e /- Góc nâng lưỡi cắt λ : Góc nâng λ ảnh hưỏng đến hình dạng phoi, phương thoát phoi, sức bền lưỡi cắt + λ = phoi thoát theo hướng vuông góc luỡi cắt + λ > phoi có khuynh hướng thoát vào hướng bề mặt gia công : gia công thô + λ < phoi thoát có khuynh hướng xa bề mặt gia công : gia công tinh + Điều kiện bẻ phoi tốt mà không cần cấu bẻ phoi : dao co γ = -50 ÷ -100, ϕ = 600 ÷ 700 λ = 100 ÷ 150 + Dao thép gio : tiện tinh, bán tinh λ = 00 Gia công thô lượng dư không λ = 00 ÷ 50 141 141 Bào tiiện bề mặt không liên tục λ = 100 ÷ 200 + Dao hợp kim cứng : gia công với lượng dư đều, không va đập : λ = 00 ÷ 50 Gia công với lượng dư không đều, cắt không liên tục : λ = 120 ÷ 150 Khi gia công thép dã : λ = 250 ÷ 350 Khi λ nhỏ ( λ ≤ 60 ) ảnh hưởng góc đến trình cắt không lớn, thường λ = 00 λ = 40 ÷ 50 P P Z Khi tăng λ lên chất lượng bề mặt gia công giảm, λ > Y tăng PX giảm g /- Hình dạng lưỡi cắt bán kính mũi dao r : Hình dạng lưỡi cắt dao tiện đơn thẳng, cong, gẫy khúc, Nó ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công, lực cắt, độ bền dao: + Lưỡi cắt cong : Nếu bán kính lưỡi dao r tăng R a giảm tức độ nhẵn bề mặt tăng, tuổi bền dao tăng, đồng thời PY PZ tăng ( PX giảm ) làm rung động tăng Do dó, dao có r lớn dùng gia công tinh hệ thống công nghệ cứng vững +Thường chọn : Dao tiện r = 0,5 ÷ mm Dao bào r lớn ( ÷ 2,5 ) lần so với dao tiện + Lưỡi cắt cong khó chế tạo Để khắc phục, dễ chế tạo dao người ta mài lưỡi cắt gẫy khúc tạo thêm góc nghiêng phụ ϕ0 nhằm tăng độ bền dao : ϕ0 ≈ 200 Dao cải tiến IV Thiết kế phần kẹp mảnh lưỡi cắt vào thân dao : Khi gia công cắt gọt, số lượng dao tiện dùng ngày tăng lên, việc dùng dao hàn gặp nhiều khó khăn: tốn vật liệu làm thân dao, nguyên công hàn tốn thời gian, suất thấp Vấn đề đặt phải có phương pháp nhằm khắc phục nhược điểm Từ người ta nghĩ cách kẹp dao khí lực cắt, phương pháp tiện lợi sử dụng nhiều nước có công nghiệp phát triển Đặc điểm phương pháp là: mảnh dao chế tạo theo tiêu chuẩn có hình dáng đa dạng, theo yêu cầu công dụng tính sử dụng loại dao Quá trình 142 142 làm việc, mảnh dao bị mòn, đến lúc không dùng nữa, ta tháo thay mảnh khác, xoay sang cạnh khác dao để tiếp tục sử dụng - Phương pháp hàn: Hàn có dạng: - Dạng hở : dễ làm nhất, hàn mảnh lưỡi cắt có tiết diện lớn (Ha) - Hàn nửa kín: mảnh lưỡi cắt có kích thước trung bình (Hb) - Dạng kín: mảnh lưỡi cắt mỏng có kích thước nhỏ (Hc) + Ưu điểm: - Tiện lợi sử dụng: thay dao nhanh, thời gian thay điều chỉnh mảnh lưỡi cắt + Nhược: - Khi mài lưỡi cắt bị phạm vào thân dao - Tốn nhiều vật liệu làm thân dao: mảnh lưỡi cắt tốn thân dao - Các vết hàn dễ bị rạn nứt trình cắt - Phải tốn công mài vết lõm, phận để cuốn, bẻ phoi - Thời gian chuẩn bị dao tốn nhiều thời gian (do hàn) - Phương pháp kẹp khí: Có dạng sau: - Kẹp vít kẹp - Kẹp cam lệch tâm - Kẹp vít + đòn bẩy Hiện người ta dùng nhiều mảnh hợp kim cứng sứ có dạng nhiều cạnh + Ưu diểm: - Dễ phục vụ, dễ thay mảnh hợp kim, dễ sửa chữa cần thiết - Khi mài dao cần mài mảnh lưỡi cắt, nên cán dao sử dụng nhiều lần + Nhược: - Chế tạo phức tạp - Sự mài lại dao khó khăn phải bảo đảm góc độ dao trước kẹp mảnh lưỡi cắt vào thân dao - Dao kẹp lực cắt: Sử dụng lực cắt để kẹp mảnh hợp kim vào thân dao tiện, phương pháp thuận lợi P Trong trình cắt, lực kẹp hợp lực hai lực thành phần N PZ : P R = Pz + Pn Hướng lực Pn đặc trưng góc ϕ : + Nếu ϕ < α : mảnh hợp kim bị dập xuống + Nếu ϕ > α : mảnh hợp kim bị tung lên 143 143 Điều kiện để dao làm việc bình thường là: α