Nghiên cứu tính gia công của Vật liệu chế tạo máy và ứng dụng

Với thành quả của chuyên đề nghiên cứu này sẽ cung cấp những kiến thức để xây dựng đợc phơng pháp đánh giá tính gia công của vật liệu bất kỳ của một quốc gia bất kỳ để từ đó xác định đợc

Lời nói đầu

Hiện nay khi đất nớc ta đang trên thời kỳ phát triển, sự nghiệp công nghiệp hóa , hiện đại hóa ngày càng nhanh đòi hỏi mỗi ngành khoa học phải phát triển để đáp ứng theo yêu cầu Trong ngành cơ khí những năm gần đây với sự phát triển đồng thời của công nghệ thông tin thì ngành cơ khí đã và đang phát triển ở mức cao phần nào đã nâng cao

về chất lợng, năng suất và hạ giá thành sản phẩm

Trong ngành chế tạo và sản xuất chi tiết máy cũng vậy, Nếu trong sản xuất chi tiết máy phục vụ cho sự phát triển của nền công nghiệp hiện đại mà theo gô tich truyền thống là ch a đủ mà cũng phải cập nhật, áp dụng những tri thức, kiến thức mới nhất của loài ng ời

“ Để nâng cao tính cạnh tranh trong quá trình hội nhập toàn cầu hoá, chúng ta cần phải phát triển theo h ớng hạ thấp giá thành chi phí gia công trên cơ ở đảm bảo và nâng cao chất l ợng sản phẩm .Tối u hoá quá trình sản xuất là một công cụ hữu hiệu để đạt đ ợc mục tiêu đó …

(Trích lời nói đầu trong “Tối u hoá quá trình cắt gọt ” của

PGS.TS.Nguyễn Trọng Bình).

Tuy nhiên để tốí u hoá đợc quá trình gia công thì không thể

không kể đến tầm quan trọng của việc xác định tính gia công của vật liệuchế tạo máy Có nh vậy ta mới xác định đ ợc chế độ cắt hợp lý và kinh tế nhất

Khi xác định chế độ cắt cho phôi liệu, ta chỉ việc nhân chế độ cắt của vật liệu làm chuẩn trong nhóm với hệ số tính gia công của vật liệu âý Việc nghiên cứu tính gia công của vật liệu là hết sức cần thiết với ngành chế tạo máy nói riêng và một quốc gia vói chung Với thành quả của chuyên đề nghiên cứu này sẽ cung cấp những kiến thức để xây dựng đợc phơng pháp đánh giá tính gia công của vật liệu bất kỳ của một quốc gia bất kỳ để từ đó xác định đợc hệ số tính gia công Với hệ số tính gia công này làm cơ sở để xác định chế độ cắt khi gia công trên máy truyền thống cũng nh khi gia công trên máy NC hay CNC hay trung yâm gia công

Là một giáo viên, đ ợc tham gia trong khoá học nâng cao này, sau

khi kết thúc môn học Nghiên cứu tính gia công của vật liệu chế tạo“

máy và ứng dụng của nó” em đã đợc nhận thực hiện chuyên đề tiểu luận với chủ đề:

I: Xây dựng phơng pháp luận xác định chế độ cắt cho vật liệu đã biết của

một nớc bất kỳ khi sử dụng hệ số tính gia công k.

II: Xây dựng phơng pháp đánh giá tính gia công của vật liệu khi cha biết

mác hoặc vừa sản xuẩt Bằng kiến thức về tính gia công của vật liệu hãy thực hiện việc phân loại, xép nhóm vật liệu theo tính gia công của chúng đối với phơng pháp tiện.

Cùng với kinh nghiệm của bản thân, thông qua kiến thức môn học, Trong bài luận em có sử dụng tài liệu:

1, “Nghiên cứu tính gia công của vật liệu chế tạo máy và ứng dụng

của nó”

Phần trình bày d ới đây của em đã nói lên phần nào sự hiểu biết của mình sau khi sau khi đã đ ợc lĩnh hội kiến thức mới của môn học

Vì là học viên mới, tiếp cận với kiến thức ở tầm vĩ mô, nhất là các kiến thức thuộc công nghệ cao nên không thể tránh khỏi còn nhiều thiếu sót Mong đợc sự đóng góp ý kiến của Thầy giáo h ớng dẫn và các bạn đồng nghiệp để đề tài đ ợc hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm

ơn

Phần I:

Xây dựng phơng pháp luận xác định chế độ cắt cho vật liệu đã biết của

một nớc bất kỳ khi sử dụng hệ số tính gia công k.

I khái niệm cơ bản về tính gia công của vật liệu:

1 Tính gia công của vật liệu:

Tính gia công của vật liệu là tổng hợp những tính chất của vật liệu đợc gia công từ quan điểm sự thích hợp của nó đối với gia công chi tiết bằng một phơng pháp cụ thể Mức độ tính gia công của vật liệu đã cho kết quả kinh tế và chất l ợng của quá trình gia công

Một vật liệu nhất định này có tính gia công tốt hơn vật liệu khác khi thời gian tiêu tốn cho cắt gọt nó càng ngắn, sự tiêu tốn dụng cụ, năng lợng về thiết bị sản xuất càng nhỏ với việc cùng đảm bảo yêu cầu kỹ thuật về độ chính xác kích

th-ớc, hình dáng của sản phẩm và độ nhám bề mặt

Tính gia công của vật liệu không đánh giá đợc bằng số cụ thể nh đồ bền, đồ cứng vật liệu Trong điều kiện nào đó thì cũng có thể đánh giá bằng một số cụ thể, nhng sang điều kiện khác thì số đó lại khác Cho nên ngời ta không cóêôs đo cụ thể cho tính gia công, mà ngời ta chỉ dùng số đo cụ thể để so sánh tính gia công của các vật liệu khác nhau mà thôi

Tính gia công của vật liệu chịu tác động của một loạtnhững nhân tố nh thành phần hoá học của vật liệu, phơng pháp sản xuất, gia công nhiệt, cấu trúc tế vi, độ lớn của hạt và mạng lới tinh thể Cácd nhân tố kể trên, nhiều khi ảnh hởng một cách tơng hỗ nhau đến tính gia công và không thể đánh giá độc lập, riêng lẻ nhau Tính gia công là một hàm số không chỉ riêng của vật liệu gia công mà còn của phơng pháp gia công, loại vật liệu làm dao Tính gia công của vật liệu có thể đánh giá theo chỉ tiêu nh hình dạng của phoi, độ ổn định của kích thớc sau khi gia công, lực cắt, độ nhám bề mặt, độ mòn của dụng cụ cắt

Tuỳ các chỉ tiêu đánh giá mà ta có các khái niệm:

2 Tính gia công động học:

Là khái niệm về tính gia công của vật liệu mà sự đánh giá nó dựa vào vận tốc cắt Nghĩa là vật liệu nào chịu đợc tốc độ cắt V càng cao thì tính gia công càng tốt

3 Tính gia công động lực học:

Là khái niệm về tính gia công của vật liệu mà sự đánh giá nó dựa trên chỉ tiêu lực cắt Nghĩa là vật liệu nào cho lực cắt càng nhỏ thì tính gia công càng tốt

4 Tính gia công hình học tế vi:

Là khái niệm về tính gia công của vật liệu mà sự đánh giá dựa trên chỉ tiêu hình học tế vi của lớp bề mặt (Ra ,Rz) Nghĩa là vật liệu nào cho độ nhám bề mặt sau khi cắt càng nhỏ thì có tính gia công càng tốt

5 Tính gia công tuyệt đối:

Là khái niệm về tính gia công của vật liệu mà sự đánh giá chúng dựa trên một chỉ tiêu nào đó với cùng một điều kiện nh nhau Sau đó so sánh các vật liệu đó với nhau hoặc với vật liệu làm chuẩn trên cơ sở giá trị chỉ tiêu đánh giá

Căn cứ vào sự so sánh này ta xác định đợc hệ số tính gia công và từ đó xem mức độ khó, dễ gia công của các vật liệu khác nhau

II Những quan điểm đánh giá tính gia công của vật liệu:

Hiện nay có rất nhiều quan điểm đánh giá tính gia công của vật liệu Các quan điểm đó đa ra đều có lý, đều đúng Nhng hiện nay ngời ta vẫn không ngừng

đ-a rđ-a các quđ-an điểm khác để đánh giá tính giđ-a công củđ-a vật liệu Những quđ-an điểm

đã có để đánh giá tính gia công nh sau:

1.Quan điểm đánh giá dựa trên độ lớn của tốc độ cắt:

Theo quan điểm này thì ngời ta xem xét các vật liệu, nếu vật liệu nào chịu

đ-ợc tốc độ cắt lớn thì sẽ có tính gia công tốt, hệ số tìm đđ-ợc là:

K =

e t

t V

V

.

Trong đó: - Vttốc độ cắt ứng với tuổi bền T của dao của vật liệucần nghiên cứu

- Vt e là tốc độ cắt ứng với tuổi bền T nào đó của vật liệu đợc chọn làm chuẩn (e:

etalon)

1.1 Dựa vào độ bền của vật liệu:

Để đánh giá tính gia công của vật liệu theo quan điểm này thì ngời ta đo độ bền của vật liệu, sau đó đi xây dựng công thức:

x

b

b V

V

) ( 2

45 .1

2 1

45







Trong đó: - V45 1 là tốc độ cắt ứng với tuổi bền 45 phút của vật liệu1

- V45 2 là tốc độ cắt ứng với tuổi bền 45 phút của vật liệu2

- x là số mũ

Vật liệu nào có độ bền cao thì tính gia công càng kém.

1.2 Dựa vào độ cứng của vật liệu:

Để đánh giá tính gia công của vật liệu, ngời ta tiến hành đo độ cứng của vật liệu và tốc độ cắt cung tuổi bền 45.1 với độ cứng của vật liệu nh sau:

y HB

HB V

V

) ( 2

2 1

45



- y là số mũ

- HB là độ cứng của vật liệu

Vật lệu nào càng cứng thì chịu đợc tốc độ cắt càng thấp, nghĩa là tính gia công càng tồi

1.3 Dựa trên độ dãn của vật liệu:

Để đánh giá tính gia công của vật liệu, ngời ta có thể đo độ dãn dài của vật liệu dới tác dụng của lực Nghiên cứu cho thấy vật liệu nào càng giãn dài thì cho tính gia công càng tốt

V = C.m

Trong đó: - C là hằng số

- m là số mũ

-  Độ dãn của vật liệu

1.4.Dựa trên độ dẫn nhiệt và độ bền:

Ngời ta thực hiện đo độ dẫn nhiệt của vật liệu và đo độ bền của vật

liệu, đợc thể hiện bằng công thức:

VT = C 1,8

5 , 0

b





Trong đó: - C : hằng số

- : hệ số dẫn nhiệt riêng của vật liệu

- b: Hệ số độ bền của vật liệu

1.5 Dựa vào độ mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt:

Ngời ta làm 3 thí nghiệm sau:

- Thí nghiệm với thời gian dài

- Thí nghiệm với thời gian ngắn

- Thí nghiệm bằng phơng pháp tiện mặt đầu

2 Quan điểm về lực cắt:

Theo quan điểm này ngời ta tiến hành đo lực cắt trên các mẫu khác nhau, vật liệu nào cho lực cắt càng nhỏ thì cho tính gia công càng lớn Xác định đợc hệ số:

K =

e z

z F

F

.

Trong đó: - Fz là lực cắt theo phơng z của vật liệu gia công

- Fz e là lực cắt pháp tuyến theo phơng z của vật liệu làm chuẩn

3.Quan điểm về chất lợng bề mặt sau khi gia công:

Theo quan điểm này ngời ta tiến hành cắt vật liệu sau đó đo dộ nhám bề mặt

và vật liệu nào cho độ nhám bề mặt càng nhỏ thì tính gia công của nó càng tốt

4 Đánh giá tính gia công dựa trên đo độ phóng xạ:

Trong quá trình cắt lỡi cắt của dao sẽ bị phóng xạ do dòng các hạt Nitơron và phần mòn của dao cũng bị phóng xạ Ngời ta đo độ phóng xạ của phoi cắt ra cùng một khối lợng phoi

Ta có hệ số phóng xạ:

K =

e

n n

Trong đó: - n: số xung khi đo phóng xạ của vật liệu nghiên cứu bất kỳ

- ne: số xung khi đo phóng xạ của vật liệu đợc chọn làm chuẩn

5 Dựa trên sự hình thành của phoi:

Với phơng pháp này ngời ta đem cắt vật liệu rồi sau đó đo độ co rút phoi Độ co rút phoi có hai hệ số:

+ Hệ số co rút phoi dọc:

Kl= l l1 + Hệ số co rút phoi ngang:

Ka =

1

a

a

 1

6 Phơng pháp đánh giá không trực tiếp:

Có 3 phơng pháp:

- Dùng búa thử

- Dùng khoan

- Phơng pháp không phá huỷ vật liệu

7 Đánh giá tính gia công cho phơng pháp mài:

Đối với phơng pháp gia công này, tức là mài với hạt tự do (hạt mài đợc gắn kết thành đá mài) ngời ta cũng dựa trên các chỉ tiêu đánh giá về lực cắt, công xuất cắt, lợng ăn dần vật liệu khi mài

thông dụng nhất ngời ta thờng sử dụng chỉ tiêu đánh giá dựa trên phơng pháp đờng cong phát tia lửa

III Xác định chế độ cắt cho một vật liệu bất kỳ:

1.Tiêu chuẩn hoá tính gia công của vật liệu:

Để dễ dàng chọn chế độ cắt ngời ta biến tiêu chuẩn hoá đối với tính gia công của vật liệu Theo các tiêu chuẩn này các vật liệu đợc chia thành các nhóm cơ bản

Để xác định đợc chế độ cắt ta phải tiến hành xác định bảng biểu theo các chỉ tiêu sau:

1.1 Phân chia vật liệu theo nhóm tính gia công:

Với kết quả nghiên cứu tính gia công, xác định chế độ cắt khi gia công

thì ngời ta phải chia phải chia tất cả các vật liệu chi tiết máy ra thành các họ vật liệu

và sau đó trong mỗi họ vật liệu lại chia thành các nhóm, nếu chúng có cùng hệ số tính gia công nh nhau

Nh vậy khi xác định chế độ cắt, nếu vật liệu đợc sếp cùng một nhóm thì sẽ dùng cùnh một chế độ cắt khi gia công cắt gọt, mặc dù mác vật liệu có thể khác nhau Đây là một ý tởng rất quan trọng, vì nó đã giảm đợc một số lợng các bảng tra cũng nh cách tính toán chế độ cắt cho các loại vật liệu chi tiết máy

a.Chia vật liệu theo các họ:

Trong tất cả các loại vật liệu chi tiết máy ngời ta chia ra các họ sau:

- Họ vật liệu gang: ký hiêu a

- Họ vật liệu gang xám và gang ủ: ký hiêu a

- Họ vật liệu thép và thép đúc: ký hiêu b

- Họ vật liệu đồng và hợp kim đồng: ký hiêu c

- Họ vật hợp kim nhẹ: ký hiêu d

Ngoài 4 loại cơ bản trên còn có:

- Chất dẻo: ký hiệu e

- Các chất khoáng tự nhiên: ký hiệu f

- Các chất tạo lớp: ký hiệu g

- Cao su: ký hiệu h

b Chia các vật liệu trong mỗi họ thành các nhóm :

Trong mỗi loại vật liệu, ngời ta chia thành 20 nhóm (120) và nhóm càng cao thì cao tính gia công càng tốt

- Gang: 1a, 2a ,3a, 4a, 5a, 6a, 7a 20a

- Thép: 1b, 2b, 3b ,4b ,5b, 6b ,7b 20b

- Đồng : 1c, 2c, 3c, 4c, 5c ,6c, 7c 20c

- Nhôm: 1d, 2d, 3d, 4d, 5d, 6d, 7d 20d

Với cách phân nhóm này thì vật liệu nhóm 1 là khó gia công nhất và ở nhóm thứ 20 là dễ gia công nhất Trong nghành chế tạo máy thì vật liệu thông dụng nhất thuộc nhóm 7 dến 18

Nguyên tắc đợc xếp vào cùng một nhõm tính gia công là điều kiện gia công

nh nhau, tuổi bền nh nhau và giá trị theo chỉ tiêu đánh giá nào đó phải nằm trong một giới hạn nhất định Phải có cùng điều nh sau;

- Chiều sâu cắt và độ lớn chạy dao

- Hình học lỡi cắt của dao

- kích thớc và dạng dao

- Loại vật liệu dao

- Độ lớn mòn của lỡi cắt

- Kích thớc và hình dạng chi tiết

- Phơng pháp gá vật mẫu

- Độ cứng vững của hệ thống công nghệ

1.2 Phân chia theo phơng pháp gia công:

Để tiêu chuẩn hoá tính gia công trong chế độ cắt ngời ta chia thành 4 nhóm cơ bản sau:

+ Tiện: gồm tất cả các phơng pháp về tiện, bào, xọc, bào răng, cắt ren bằng dao

định hình

+ Khoan: bao gồm tất cả các phơng pháp khoan khoét, doa

+ Phay: gồm các phơng pháp phay đứng, phay ngang, phay ren, phay lăn răng

+ Mài: gồm tất cả các phơng pháp về mài, mài hạt kết dính, mài tự do, mài ghiền, mài khôn

Trong phơng pháp mài có tài liệu lại đa ra sự phân thành các nhóm gồm: + Nhóm I : Cho những vật liệu khó gia công nh thép nitrid, crom, xementit, thép hợp kim và thép tôi

+ Nhóm II : Cho thép tôi

+ Nhóm III: Cho thép tinh luyện

+ Nhóm IV: Gang, kim loại không chứa sắt và những hợp kim của nó

1.3 Số hoá ký hiệu vật liệu:

Theo phơng pháp này thì tất cả các loại vật liệu đợpc ký hiệu bằng một hệ thống số Với hệ thống số đó thể hiện đợc mác vạt liệu, cơ tính của vật liệu, chất lợng vật liệu, trạng thái của vật liệu

a Vật liệu thép:

Với họ vật liệu thép lại đợc chia ra nhiều loại vật liệu khác nhau nh thép chịu gia công áp lực, thép đúc, thép các bon, thép kết cấu,thép dụng cụ, thép hợp kim

* Thép gia công áp lực:

Đợc ký hiệu bằng hệ thống số: 1X XXX XX

- Hai số đầu : 1X thể hiện nhóm thép theo hệ thống số này có các nhóm: 10, 11, 12,

13, 14, 15, 16, 1 7, 18, 19

Trong đó nhóm 11và12: là nhóm thép các bon chất lợng thờng

Nhóm 12 là thép các bon kết cấu đợc tinh luyện bằng nguyên tố các bon

Nhóm 13, 14, 15, 16: thép kết cấu đợc tinh luyện bằng hợp kim nhng với hàm lợng cao nh thép chịu nhiệt, thép chống gỉ

Nhóm 18: thép hợp kim đợc thiêu kết bột (kim loại bột)

Nhóm 19: thép dụng cụ ( thép các bon dụng cụ, thép hợp kim dụng cụ thép gió) + Cặp số thứ 3 và thứ 4 ở nhóm thứ 10 12 chỉ độ bền kéo bé nhất và trung bình + Số thứ 5 ở nhóm 10 12 thể hiện chất lợng của thép

+ Hai số sau cùng số thứ nhất thể hiện trạng thái của vật liệu

 Thép đúc:

Đợc ký hiệu bằng hệ thống số: 422XXX XX

- Hai số đầu tiên (42) là vật liệu bằng phơng pháp đúc

- Hai số tiếp theo (2X) thể hiện là nhóm thép

Nhóm 26: thép các bon đúc

Nhóm 17, 27, 29: thép hợp kim đúc

- Số thứ 5 cho biết ở nhóm 26 thể hiện chất lợng của thép, ở nhóm 27, 28, 29 thể hiện tên thép hợp kim

b Vật liệu gang:

Đợc ký hiệu bằng hệ thống số: 42 24 XX XX

Trong đó :42 là vật liệu đúc

24 là gang xám (25 là gang ủ, 26 là gang rèn)

Ví dụ: 42 24 15 trong đó:

42 là gang đúc

24 là gang xám

15 là độ bền kéo

1.4 Tính toán và xếp nhóm gia công:

Đối với một vật liệu mới đợc sản xuất hoặc mới nhập từ nớc ngoài về cha biết mác, do cha xác định đợc chế độ cắt khi gia công Ta phải thực hiện đánh giá tính gia công của vật liệu mới đó, theo một chỉ tiêu nào đó

VD: Theo chỉ tiêu về tốc độ cắt

Theo chỉ tiêu về lực cắt

Theo chỉ tiêu về diện tích dới đờng cong phát tia lửa