Bài dịch kỹ thuật chế tạo 2 chương 24

Bài tập và bài dịchManufacturing Engineering and Technology chapter 24 Phần đầu giới thiệu về phương pháp phay – một trong nhữngquá trình cắt gọt linh hoạt nhất, trong đó dao phay xoay loại bỏvật liệu khi di chuyển dọc theo một đường xác định trên phôi. Các quá trình cắt gọt khác được miêu tả tiếp theo, bao gồm bàovà giũa, trong đó dao cắt hoặc phôi di chuyển dọc theo mộtđường thẳng, tạo ra mặt phẳng hoặc mặt phẳng biên dạng. Tiếp đến là phương pháp cưa, thường được sử dụng để tạo ra cácphần phôi chuẩn bị cho các nguyên công tiếp theo như áp lực,hàn hay cắt gọt. Sau đó là giới thiệu ngắn gọn về giũa, đượcdùng để loại bỏ một lượng nhỏ vật liệu, thường là ở các cạnhhay các góc. Phần cuối của chương giới thiệu về quá trình chế tạo bánh răngbằng gia công cắt gọt, các dao cắt đặc biệt được sử dụng, cácthiết bị liên quan, chất lượng và tính chất của bánh răng đượcsản xuất.Các bộ phận điển hỉnh được thực hiện: Các bộ phận hay các phầncó đặc điểm trong và ngoài phức tạp, then hoa, và bánh răng.Các quá trình thay thế: đúc ép, đúc chính xác, luyện kim bột, épphun bột, mài creepfeed, gia công tia lửa điện, tạo mẫu nhanh.

• Phần đầu giới thiệu về phương pháp phay – một trong nhữngquá trình cắt gọt linh hoạt nhất, trong đó dao phay xoay loại

bỏ vật liệu khi di chuyển dọc theo một đường xác định trênphôi

• Các quá trình cắt gọt khác được miêu tả tiếp theo, bao gồmbào và giũa, trong đó dao cắt hoặc phôi di chuyển dọc theomột đường thẳng, tạo ra mặt phẳng hoặc mặt phẳng biêndạng

• Tiếp đến là phương pháp cưa, thường được sử dụng để tạo racác phần phôi chuẩn bị cho các nguyên công tiếp theo như áplực, hàn hay cắt gọt Sau đó là giới thiệu ngắn gọn về giũa,được dùng để loại bỏ một lượng nhỏ vật liệu, thường là ở cáccạnh hay các góc

• Phần cuối của chương giới thiệu về quá trình chế tạo bánhrăng bằng gia công cắt gọt, các dao cắt đặc biệt được sử dụng,các thiết bị liên quan, chất lượng và tính chất của bánh răngđược sản xuất

-Các bộ phận điển hỉnh được thực hiện: Các bộ phận hay cácphần có đặc điểm trong và ngoài phức tạp, then hoa, và bánhrăng

-Các quá trình thay thế: đúc ép, đúc chính xác, luyện kim bột, épphun bột, mài creep-feed, gia công tia lửa điện, tạo mẫunhanh

Ví dụ

24.1 Độ thoát vật liệu,

công suất, momen

xoắn và thời gian cắt

trong phay mặt

phẳng

24.2 Độ thoát vật liệu,

công suất yêu cầu và

thời gian cắt trong

phay mặt đầu

Nghiên cứu tình

huống

24.1 Chuốt then hoa

24.2 Gậy gold Ping

24.1 Giới thiệu

Ngoài việc sản xuất các chi tiết với biên dạng tròn ngoài hoặc trong khác nhau, nhưđược mô tả trong Chương 23, các nguyên công cắt gọt có thể tạo ra nhiều hình dạngphức tạp khác (Hình 24.1) Mặc dù các quá trình như đúc áp lực, rèn chính xác, vàluyện kim bột cũng có thể tạo ra các chi tiết có dung sai nhỏ và chất lượng bề mặt ổn,nhưng thường vẫn cần thực hiện các nguyên công gia công phức tạp để đáp ứng các yêucầu thiết kế và thông số kỹ thuật

Chương trước mô tả quá trình gia công tạo ra các dạng tròn Trong khi các quá trình vàmáy móc trong chương này cũng có thể tạo ra hình dạng tròn, đối xứng trục Nói chung,nên sử dụng các quá trình của Chương 23 bất cứ khi nào có thể, vì thiết bị đơn giản, rẻhơn và các quá trình được thiết lập và thực hiện dễ dàng hơn Điều này, tuy nhiên,không phải lúc nào cũng có thể được thực hiện, vì vậy các hoạt động gia công được mô

tả trong chương này thường rất cần thiết Chương này mô tả nhiều quá trình cắt và máy

công cụ có thể tạo ra những hình dạng bằng cách sử dụng dụng cụ cắt đơn điểm, đa lưỡicắt và dụng cụ cắt định hình (xem thêm Bảng 23.1)

Hình 24.1 Các hỉnh dạng và bộ phận điển hình có thể được sản xuất bằng các quá

trình gia công được mô tả trong chương này

24.2 Phay và máy phay

Phay bao gồm một số hoạt động gia công linh hoạt cao diễn ra theo nhiều loại (Hình24.2), với việc sử dụng một dao phay, một công cụ cắt có nhiều lưỡi cắt có thể tạo ramột lượng phoi trong mỗi vòng quay (Hình 24.3)

Hình 24.2 Một vài loại cơ bản của các dao phay và nguyên công phay Nguồn:

Courtesy of Sandvik Coromant

Hình 24.3 Hoạt động cắt của một dao phay sử dụng nhiều đầu (insert) để loại bỏ vật

liệu Nguồn: Courtesy of Sandvik Coromant

24.2.1 Phay bao hình

Trong phay bao hình, hay còn gọi là phay mặt phẳng, trục xoay của dao song song với

bề mặt phôi, như Hình 24.4 Thân dao, thường được làm bằng thép tốc độ cao (Phần22.2), có một số lưỡi cắt dọc theo chu vi của nó; mỗi lưỡi cắt hoạt động như một dụng

cụ cắt đơn điểm Khi dao cắt dài hơn chiều rộng cắt, thì quá trình này được gọi là phaymặt phẳng

Hình 24.4 Minh hoạ phay bao hình

Dao cắt trong phay bao hình có thể có lưỡi cắt thẳng hay lưỡi cắt xoắn, tương ứng tạo rahoạt động cắt trực giao hoặc cắt xiên (xem thêm Hình 21.9) Lưỡi xoắn thường được ưadùng hơn lưỡi thẳng, bởi vì lưỡi cắt luôn luôn ăn khớp một phần với phôi khi dao cắtxoay Do đó, lực cắt và mô-men xoắn trên dao phay thấp hơn, kết quả là sự vận hành êmhơn và giảm sự rung động

Phay nghịch và phay thuận

Chú ý Hình 24.5a, dao phay có thể xoay cùng chiều hoặc ngược chiều kim đồng hồ;điều này quan trọng trong phay Ở phay nghịch, còn gọi là phay lên, chiều dày phoi lớnnhất tại cuối quá trình phay khi dao phay rời khỏi bề mặt phôi Do đó, (a) sự ăn khớpcủa lưỡi cắt không phải là một hàm của đặc điểm bề mặt phôi và (b) lớp oxit trên bề mặtkhông ảnh hưởng xấu đến tuổi thọ dụng cụ Đây là phương pháp phay phổ biến hơn.Tuy nhiên, lưỡi cắt phải bén, hoặc không thì lưỡi cắt sẽ chà xát lên bề mặt được phay vàbôi nó lên một đoạn trước khi nó bắt đầu chạm vào và cắt Cũng có thể có xu hướng làmrung động dao (Phần 25.4), và phôi có xu hướng bị kéo lên (vì hướng quay của máycắt), do đó đòi hỏi phải kẹp chặt các phôi trên bàn máy

Ở phay thuận, còn gọi là phay xuống, quá trình cắt bắt đầu từ bề mặt phôi, nơi mà phoidày nhất Ưu điểm của phương pháp này là hướng xoay của dao phay sẽ đẩy phôi đixuống, do đó giữ chặt phôi, một yếu tố đặc biệt quan trọng cho các chi tiết mảnh Tuynhiên, do kết quản lực va chạm khi lưỡi cắt tác động vào phôi, phương pháp phay nàyphải được gá kẹp chắc chắn, và cần khử độ rơ ở cơ cấu chạy dao Phay thuận không phùhợp đối với gia công các phôi có lớp bề mặt chẳng hạn như kim loại được gia công

nóng, rèn hay đúc Lớp phôi đấy cứng và có tính mài mòn, và do đó gây ra hao mòn và

hư hỏng lưỡi cắt, cũng như rút ngắn tuổi thọ dụng cụ

Các tham số phay

Tốc độ cắt, V, trong phay bao hình là tốc độ bề mặt của dao cắt hoặc

Trong đó: D là đường kính dao, N là tốc độ xoay của dao (Hình 24.5)

Chú ý Hình 24.3b, chiều dày phoi trong phay mặt phẳng sẽ thay đổi theo chiều dàicủa nó, bởi vì chuyển động dọc tương đối giữa dao phay và phôi Đối với dao phaylưỡi thẳng, chiều dày phoi không biến dạng (còn gọi là chiều sâu phoi cắt), tc, có thểđược tính từ phương trình

Trong đó f là lượng chạy dao mỗi lưỡi cắt của dao (khoảng cách mà phôi đi trongmỗi lưỡi cắt của dao, đơn vị mm/lưỡi cắt), và d là chiều sâu cắt Khi tc tăng, lực trênlưỡi cắt sẽ tăng

Lượng chạy dao mỗi lưới cắt (feed per tooth) được xác định từ phương trình

Trong đó v là tốc độ tuyến tính (còn gọi là tốc độ cắt) của phôi và n là số lưỡi cắttrên dao phay bao hình

Thời gian cắt, t, được cho bởi phương trình

Trong đó l là chiều dài của phôi (Hình 24.5c) và lc là kích thước ngang của lần tiếpxúc đầu tiên của dao phay với phôi Dựa trên giả định rằng lc << l (mặc dù khôngđúng trong mọi trường hợp), thì độ thoát vật liệu (MRR) là

Trong đó w là chiều rộng cắt, trong phay phẳng, bằng với chiều rộng của phôi

Khoảng cách dao phay đi trong một chu trình không cắt của phay cần được cân

nhắc quan trọng, và nên được tối thiểu bằng biện pháp di chuyển nhanh của các chitiết công cụ máy Các phương trình nói trên và thuật ngữ được tòm tắt trong Bảng24.1

Công suất yêu cầu trong phay bao hình có thể được đo hoặc được tính toán, nhưngcác lực tác động lên dao (tiếp tuyến, xuyên tâm, dọc trục; xem thêm Hình 23.5) thìkhó tính toán vì có nhiều biến số liên quan, nhiều trong số đó liên quan đến hìnhhọc dao phay Những lực này có thể được đo đạc bằng thực nghiệm trong nhiềuđiện phay khác nhau, và momen xoắn trên trục cắt có thể tính dựa trên công suất(xem Ví dụ 24.1) Mặc dù rằng momen xoắn là kết quả giữa bán kính cắt và lực tiếptuyến, nhưng lực tiếp tuyến với mỗi lưỡi cắt sẽ phụ thuộc vào việc có bao nhiêulưỡi cắt tiếp xúc trong quá trình cắt

Hình 24.5 (a) Minh hoạ phay thuận và phay nghịch (b) Phay mặt phẳng (c) Minh hoạ

Bảng 24.1

Tóm tắt các thông số phay và các công thức

N = Tốc độ quay của dao phay, rpm

F = Lượng chạy dao, mm/tooth

D = Đường kính dao, mm

n = Số lưỡi cắt của dao

v = Tốc độ tuyến tính của phôi hoặc tốc độ cắt, mm/phút

t = Thời gian cắt, giây hoặc phút

= (l + lc)/v, trong đó lc = kích thước ngang của lần tiếp xúc đầutiên của dao phay với phôi

= wdv, trong đó w là chiều rộng cắtMomen

xoắn

= FcD/2

= (Momen xoắn)(ω), trong đó ω = 2πN

Ví dụ 24.1 Độ thoát vật liệu, Công suất, Momen xoắn và Thời gian cắt trong Phayphẳng

Một nguyên công phay phẳng được thực hiện trên một tấm thép nóng nhẹ dài 300mm,rộng 100mm với lượng chạy dao f = 0.25 mm/tooth và chiều sâu cắt d = 3.0 m Daophay có đường kính D = 50mm, có 20 lưỡi cắt thẳng, xoay với tốc độ N = 100rpm, vàtheo định nghĩa, rộng hơn tấm thép được gia công Tính độ thoát vật liệu, ước tính côngsuất và momen xoắn yêu cầu cho nguyên công này, tính thời gian cắt

Giải:

Từ dữ kiện đã cho, tốc độ tuyến tính của phôi, v, được tính bằng phương trình 24.3:

Từ phương trình 24.5, độ thoát vật liệu:

Vì phôi là tấm thép nóng nhẹ, ước tính công suất đơn vị từ Bảng 21.2 là 3Ws/mm3 Từ

đó, công suất yêu cầu ước tính

Momen xoắn tác động lên trục dao xoay được tính bằng cách để ý rằng công suất là kếtquả của momen xoắn và tốc độ xoay trục (radian trong mỗi đơn vị thời gian) Do đóThời gian cắt được tính bằng phương trình 24.4, trong đó lc có thể được tính từ các mốiquan hệ hình học đơn giản và được xấp xỉ bằng

Vậy, thời gian cắt

Do sự chuyển động tương đối giữa các răng cắt và phôi, nên để mặt phay các dấu hiệuthức ăn trên bề mặt gia công (Hình 24.8), tương tự như các mặt cắt còn lại bằng cácthao tác quay như thể hiện trong hình 21.2 Lưu ý rằng độ gồ ghề bề mặt của phôi phụthuộc vào hình dạng góc của chèn và lượng ăn dao

Hình 24.6 (a) Phay khuôn mặt (với máy cắt cắt) thể hiện hành động của một chèn đơn; (b) xay xát; (c) phay thông thường; và (d) kích thước trong phay mặt Lưu ý rằng chiều rộng cắt, w, không nhất thiết phải giống như bán kính cắt.

Các thuật ngữ cho một máy cắt mặt, cũng như các góc độ khác nhau, được hiển thịtrong Hình 24.9 Như trong hình 24.10, góc nghiêng của chèn trong phay mặt có ảnhhưởng trực tiếp đến chiều dày chip không được tạo ra, cũng như trong hoạt động quay(xem hình 23.3) Khi góc dẫn (tích cực, như thể hiện trong hình 24.10b) tăng, độ dàychip không được tạo ra giảm (như độ dày chip), và chiều dài của tiếp xúc, và do đóchiều rộng chip, tăng Tuy nhiên, lưu ý rằng diện tích mặt cắt ngang của chip khôngthay đổi vẫn không đổi Góc dẫn cũng ảnh hưởng đến các lực lượng trong việc xay xát

Có thể thấy rằng khi góc đầu giảm, có một thành phần lực thẳng đứng nhỏ hơn (nghĩa làlực dọc trên trục chính của máy cắt) Các góc dẫn đối với hầu hết các máy phay mặtphay thường dao động từ 0 ° đến 45 °

Có nhiều loại máy phay và chèn sẵn (xem Hình 24.2 và 24.11) Đường kính của máy cắt

phần khác trong thiết lập Trong hoạt động xay xát điển hình, tỷ lệ đường kính máy cắt,

D, chiều rộng cắt, w, không được nhỏ hơn 3: 2

Hình 24.7 Máy phay mặt với chèn có thể lập chỉ mục Nguồn: Được phép của IngersollCutting Tool Company

Mối quan hệ của đường kính cắt để chèn góc, và vị trí của chúng tương đối với bề mặtđược xay xát, rất quan trọng, vì nó sẽ xác định góc mà tại đó một bộ phận chèn vào vàthoát khỏi phôi Chú ý ở hình 24.6b cho việc xay xát, nếu chèn có các góc nghiêngkhông hướng trục và xuyên tâm (xem hình 24.9), mặt lõm của bộ phận chèn trực tiếpvào phôi Như đã thấy trong hình Figs 24.11a và b, tuy nhiên, cùng một chèn có thểtham gia các phôi ở các góc độ khác nhau, tùy thuộc vào vị trí tương đối của máy cắt vàchiều rộng của phôi

Mối quan hệ của đường kính cắt để chèn góc, và vị trí của chúng tương đối với bề mặtđược xay xát, rất quan trọng, vì nó sẽ xác định góc mà tại đó một bộ phận chèn vào vàthoát khỏi phôi Chú ý ở hình 24.6b cho việc xay xát, nếu chèn có các góc nghiêngkhông hướng trục và xuyên tâm (xem hình 24.9), mặt lõm của bộ phận chèn trực tiếpvào phôi Như đã thấy trong hình Figs 24.11a và b, tuy nhiên, cùng một chèn có thểtham gia các phôi ở các góc độ khác nhau, tùy thuộc vào vị trí tương đối của máy cắt vàchiều rộng của phôi

Lưu ý ở hình 24.11a rằng đầu của chèn làm cho tiếp xúc đầu tiên, do đó có một khảnăng cho các cạnh cắt để chip off Mặt khác, trong hình 24.11b, các đầu mối đầu tiên(tại lối vào, quay trở lại, và hai lối ra) nằm ở một góc và cách xa đầu mũi chèn; do đó,

có khuynh hướng giảm chèn bởi vì lực trên chèn thay đổi chậm hơn Chú ý từ hình 24.9rằng các góc rake xuyên và trục rake cũng sẽ có ảnh hưởng đến hoạt động này

Hình 24.11c cho thấy các góc xuất phát cho các vị trí cắt khác nhau Lưu ý rằng tronghai ví dụ đầu tiên, chèn ra khỏi phôi ở một góc, do đó gây ra lực trên chèn để giảmxuống với tốc độ chậm hơn (mong muốn cho cuộc sống của dụng cụ lâu hơn) hơn trong

ví dụ thứ ba, nơi chèn ra khỏi phôi đột ngột (không mong muốn)

Hình 24.11c cho thấy các góc xuất phát cho các vị trí cắt khác nhau Lưu ý rằng tronghai ví dụ đầu tiên, chèn ra khỏi phôi ở một góc, do đó gây ra lực trên chèn để giảmxuống với tốc độ chậm hơn (mong muốn cho cuộc sống của dụng cụ lâu hơn) hơn trong

ví dụ thứ ba, nơi chèn ra khỏi phôi đột ngột (không mong muốn)

Hình 24.8 Hình minh hoạ về ảnh hưởng của hình dạng chèn lên nhãn thức ăn trên bềmặt khuôn mặt: (a) bán kính góc nhỏ; (b) góc phẳng trên chèn; và (c) khăn lau, bao gồmmột bán kính nhỏ tiếp theo là một bán kính lớn hơn, dẫn đến các dấu hiệu thức ăn mượthơn (d) Nhãn thức ăn có hình dạng chèn khác nhau

Hình 24.9 Thuật ngữ cho máy phay mặt.

Hình 24.10 Hiệu quả của góc dẫn đối với độ dày chip không được tạo ra trong phaymặt Lưu ý rằng khi góc đầu tăng, độ dày chip giảm, nhưng độ dài của tiếp xúc (nghĩa là

chiều rộng chip) tăng Các cạnh của chèn phải đủ dài để thích hợp với sự gia tăng chiềudài liên lạc.

FIGURE 2 4 11 (a) Relative position of the cutter and insert as they first engage theworkpiece in face milling (b) Insert positions toward the end of cut (c) Examples ofexit angles of the insert, showing desirable (positive or negative angle) and undesirable(zero angle) positions (In all figures, the cutter spindle is perpendicular to the page.)

Ví dụ 24.2 Tỷ lệ loại bỏ vật liệu, yêu cầu về công suất, và thời gian cắt trong khuôn mặtCho biết: Xem hình 24.6 và giả sử rằng D = 150 mm, w = 60 mm, l = 500 mm, d = 3

mm, v = 0,6 m / min, a n d N = 100 vòng / phút Máy cắt có 10 chèn, và vật liệu phôi làhợp kim nhôm có độ bền cao

Tìm: Tính toán tỷ lệ loại bỏ vật liệu, thời gian cắt, và lượng ăn dao cho mỗi răng, và ướctính điện năng yêu cầu

Giải pháp: Đầu tiên lưu ý rằng mặt cắt ngang của cắt là w d = (60) (3) = 180 mm2 Sau

đó, lưu ý rằng tốc độ phôi, v, là 0,6 m / phút = 600 mm / phút, tỷ lệ loại bỏ vật liệu(MRR) có thể được tính như sau

Thời gian cắt cho bởi

Lưu ý từ hình 24.6 rằng, đối với vấn đề này, 75 mm Do đó thời gian cắt

Lượng ăn dao cho mỗi răng có thể thu được từ Eq (24.3), trong đó N = 100 vòng / phút

= 1,67 vòng / giây, và do đó

Đối với tài liệu này, chúng ta hãy ước tính công suất đơn vị từ Bảng 21.2 là 1.1 Ws /mm3; do đó, công suất là

24.2.3 Phay Cuối

Phay cuối là một hoạt động gia công quan trọng và phổ biến, vì tính linh hoạt và khảnăng tạo ra các mặt cắt khác nhau và bề mặt cong Máy cắt, được gọi là máy xay xát(Hình 24.12), có hoặc một thân thẳng (cho các kích thước cắt nhỏ)

hoặc một cái côn (với kích thước lớn hơn), và được gắn vào trục chính của máy phay.Các nhà máy cuối có thể được làm bằng thép cường độ cao, cacbua rắn hoặc với cacbuađược tráng hoặc không tráng phủ, tương tự như các máy phay mặt Máy cắt thườngxoay trên một trục vuông góc với bề mặt phôi, nhưng cũng có thể nghiêng để phù hợpvới các bề mặt được làm phẳng hoặc cong

Các nhà máy cuối có các đầu bán cầu (máy nghiền mũi, xem hình 24.13) để sản xuất bềmặt điêu khắc, như khuôn và khuôn; chúng cũng có thể được sản xuất với một bán kính

cụ thể, một đầu phẳng, hoặc với một chamfer Các máy xay rỗng có răng cắt bên trong,

và được sử dụng để chế tạo các bề mặt hình trụ bằng các vật liệu dạng tròn Phay cuối

có thể tạo ra nhiều bề mặt ở mọi độ sâu, chẳng hạn như cong, lát, và bỏ túi (Hình 24.2f).Máy cắt có thể tháo vật liệu ở cả đầu và trên các cạnh cắt hình trụ

Các máy phay dọc và trục ngang (xem Phần 24.2.8), cũng như các trung tâm gia công(xem hình 25.7), tất cả có thể được sử dụng cho các phôi gia công cuối cùng có kích cỡ

và hình dạng khác nhau Các máy móc có thể được lập trình để máy cắt có thể thực hiệntheo một loạt các đường dẫn phức tạp để tối ưu hóa toàn bộ hoạt động gia công để tăngnăng suất và chi phí tối thiểu

Hình 2 4 12 Một số nhà máy cuối; số răng và góc xoắn được lựa chọn dựa trên việc liệu

sẽ cắt tỉa hoặc cắt hoàn thiện Nguồn: Được phép của Kennametal Inc

Hình 24.13 Các nhà máy mũi mũi; những máy cắt này có thể sản xuất các đường néttinh xảo và thường được sử dụng trong gia công khuôn dập và khuôn (Xem thêm Hình24.2d.) Nguồn: Được phép của Dijet, Inc

Gia công phay tốc độ cao Phay tối đa tốc độ cao đã trở thành một quá trình quan trọng,với nhiều ứng dụng, chẳng hạn như xay xát các thành phần không gian bằng nhôm lớn

và cấu trúc tổ ong (Xem phần gia công tốc độ cao, mục 25.5) Với tốc độ trục chínhtrong khoảng 20.000 đến 80.000 rpm, máy phải có độ cứng cao, thường đòi hỏi vòng bithuỷ tĩnh hoặc không khí, cũng như các thiết bị giữ sức lao động chất lượng cao Cáccọc có độ chính xác xoay 10 μm; do đó các bề mặt phôi được sản xuất có độ chính xácrất cao Ở mức cao như vậy của việc loại bỏ vật liệu, thu thập và xử lý chip có thể làmột vấn đề đáng kể, như đã thảo luận trong Phần 23.3.7

Sản xuất các lỗ khoan bằng khuôn kim loại (được gọi là chìm đúc, chẳng hạn như rènhoặc tạo khuôn kim loại) cũng được thực hiện bằng máy phay đầu tốc độ cao, thường sửdụng máy cán đầu mũi bóng TiAlN (Hình 24.13) Các máy thường có các khả năngchuyển động 4 trục hoặc 5 trục, nhưng các trung tâm gia công (Phần 25.2) có thể thêmnhiều trục cho các hình học phức tạp hơn Những máy này có thể chứa các khuôn to

bằng 3 m × 6 m và nặng 55 tấn, và có chi phí hơn 2 triệu USD Ưu điểm của máy trục 5trục là: (a) có khả năng gia công các hình dạng rất phức tạp và trong một thiết lập duynhất, (b) có thể sử dụng các dụng cụ cắt ngắn hơn, làm giảm xu hướng rung động vànhạo báng, và (c) cho phép khoan các lỗ ở các góc pound khác nhau.

24.2.4 Các loại máy phay khác và máy phay cắt

Một số hoạt động xay xát khác và máy cắt được sử dụng để chế tạo các phôi Trong máyphay, hai hoặc nhiều máy cắt được gắn trên một cây arbor, và được sử dụng để đồngthời máy hai mặt phẳng (hình 24.14a) Phay khuôn tạo các đường cong, sử dụng máycắt có hình răng đặc biệt (hình 24.14b); các máy cắt này cũng được sử dụng để cắt cácrăng bánh răng, như mô tả trong Phần 24.7

Các thao tác rãnh và rạch được thực hiện với các máy cắt hình tròn, như thể hiện tronghình 24.14c và d tương ứng Răng có thể bị xáo trộn một chút, giống như trong lưỡi cưa(Phần 24.5), để tạo độ rộng cho chiều rộng của máy cắt khi gia công khe sâu Cưa xẻtương đối mỏng, thường dưới 5 mm Máy cắt khe T được sử dụng để nghiền các khecắm T, chẳng hạn như các dụng cụ tìm thấy trong bảng công cụ máy công cụ để kẹp cácphôi Như hình 24.15a, một khe được gia công lần đầu tiên bằng máy xay cuối, và máycắt sau đó sẽ chế tạo toàn bộ mặt cắt của khe chữ T, trong một lần

Máy cắt ghế an toàn được sử dụng để chế tạo các ghế có hình bán nguyệt hoặc bằng gỗWoodruff cho trục Máy cắt góc, cả hai góc hoặc hai góc, được sử dụng để tạo ra các bềmặt có độ dốc với nhiều góc độ khác nhau Các nhà máy vỏ (Hình 24.15b) được rỗngbên trong và được gắn trên một thân, do đó cho phép sử dụng cùng một cần cẩu cho cácmáy cắt khác nhau Việc sử dụng các nhà máy vỏ cũng tương tự như đối với các nhàmáy cuối

Phay bằng một chiếc răng cắt, được gắn trên trục quay tốc độ cao, được biết đến như làcắt bằng máy bay, và thường được sử dụng trong các hoạt động nghiền và khoan đơngiản Công cụ này có thể được định hình như một công cụ cắt đơn điểm, và có thể đượcđặt ở các vị trí xuyên tâm trên trục chính, trong một sắp xếp tương tự như trong hình23.24b

Hình 24.15 (a) Cắt rãnh T bằng một máy cắt (b) Một lưỡi dao phay

24.2.5 Bộ dụng cụ

Độ cứng của dụng cụ và dao cắt là rất quan trọng đối với chất lượng bề mặt và giảmrung động và nhạo báng trong quá trình xay xát Máy phay được phân loại như là máycắt tỉa hoặc máy cắt thân Các máy cắt rơm được gắn trên một cây bút (xem hình 24.14

và 24.18a), cho các hoạt động như máy phay, mặt, mặt nạ, và phay khuôn Trong máycắt thân, máy cắt và thân được làm thành một mảnh, ví dụ phổ biến nhất là máy xay xát.Các máy xay nhỏ có gờ thẳng, nhưng những cái lớn hơn có các cọc xẻ, để gắn tốt hơntrong trục chính của máy để chống lại các lực và mô men xoắn cực mạnh trong quátrình cắt Dao cắt có đai thẳng được gắn trong các mâm cặp hoặc trong các loại mâm xôiđặc biệt; những người có bộ giảm dần được gắn kết trong các dụng cụ tapered Ngườigiữ dụng cụ thủy lực và các cây cột cũng có sẵn

24.2.6 Khả năng của quá trình phay

Ngoài các đặc tính của quá trình phay được mô tả cho đến nay, quá trình phaybao gồm các thông số như gia công tinh bề mặt, dung sai kích thước, tỷ lệ sản phẩm vàcuối cùng là sự xem xét về chi phí Dữ liệu về khả năng của quá trình được trình bàytrong bảng 23.1 và 23.8, hình 23.13 và 23.14 và chương 40

Các phạm vi thông thường của tốc độ cắt và sự ăn dao cho việc phay được chotrong bảng 24.2 Tùy thuộc vào vật liệu và điều kiện của nó, vật dụng cắt và các thông

số quá trình, tốc độ dao cắt dao động rất lớn trong vùng từ 30 đến 3000 m/min Sự ăndao cho mỗi răng thường dao động từ 0.1 đến 0.5mm, và chiều sâu cắt thường là 1-8

mm Đối với các khuyến cáo về việc cắt chất lỏng, xem bảng 23.6 để biết thêm chi tiếtHướng dẫn khắc phục sự cố chung cho các hoạt động phay được trình bày trongbảng 24.3; bốn mục cuối cùng trong bảng này được minh họa trong hình 24.16 và24.17 Chú ý rằng bảng 24.3 chứa một số gợi ý (như thay đổi thông số phay hoặc dụng

cụ cắt) thì dễ thực hiện hơn so với việc thay đổi những cái khác (như thay đổi góc cắt,khuôn cắt, độ cứng của trục chính và thiết bị làm việc)

Bảng 24.2: Những đề xuất chung cho các hoạt động phay (Lưu ý rằng những giá trị này dành cho gia công hình học đặc biệt và thường bị vượt quá trong thực tế) Nguyên

liệu Dụng cụ cắt Các điều kiện bắt đầu Vùng điều kiện

Sự ăndao,mm/răng

Tốc độ,m/phút Sự ăndao,

mm/răng

Tốc độ,m/phút

0.10–

Thép hợp Kim loại

Các hợp

kim đồng

- Cacbua không tráng, cacbua tráng,PCD

Bảng 24.3: Hướng dẫn khắc phục sự cố chung cho hoạt động phay

Sự ăn dao của mỗi răng quá cao, có quá ít răng trên máy cắt, dụng

cụ bị sứt hoặc mòn, cạnh dụng cụ quá sắc bén, sự rung động

Dung sai quá

lớn Thiết bị trục chính có độ bền yếu, nhiệt độ đột ngột tăng cao, daocắt bị mẻMặt phôi

không trùng khớp, độ ăn dao và chiều sâu cắt quá cao

bán thành phẩm (b)Hình 24.6 Đặc điểm bề mặt gia

công trong phay bề mặt(xem ví dụ như trong hình 24.8)

Hình 24.7 Các khuyết điểm của măt cắt trong

24.2.7 Hướng dẫn thiết kế và vận hành cho việc phay

Các hướng dẫn cho việc tiện và khoan được đưa ra trong chương 23.3.6 và 23.4 cũng thường được áp dụng cho các hoạt động phay Các yếu tố bổ sung liên quan đến hoạt động phay bao gồm:

-Máy cắt tiêu chuẩn phải được sử dụng càng nhiều càng tốt, tùy thuộc vào các tính năngthiết kế của từng bộ phận; các loại máy cắt đặc biệt tốn kém nên tránh sử dụng

-Góc vát nên được xác định rõ ràng hơn thay vì bán kính, do đó khó có thể kết hợp với các

bề mặt giao nhau khác nhau nếu bán kính được chỉ định

-Cần tránh các lỗ khoét bên trong vì khó khăn khi phay

-Mặc dù máy phay nhỏ có thể được sử dụng để phay bất kỳ bề mặt nào, chúng ít bị gồ ghềhơn và dễ bị rung lắc và vỡ ra so với các máy cắt lớn

-Các phôi phải đủ cứng để giảm thiểu độ lệch có thể xảy ra từ lực kẹp và cắt

-Các phôi phải được thiết kế để chúng có thể được kẹp hoặc giữ trong đồ đạc trong quátrình gia công Hơn nữa, thiết bị cố định cần được thiết kế để giảm thiểu số lần định vịlại để hoàn thành thao tác phay

Các hướng dẫn để tránh rung động và phát ra âm thanh lạch cạch trong quá trình phay làtương tự với các hướng dẫn của quá trình tiện; ngoài ra, cần xem xét các hoạt động sau:

-Dụng cụ cắt nên được gắn gần trục chính nhất có thể, để giảm sự dao động của dụng cụ

-Dụng cụ cầm tay và thiết bị cố định phải càng cứng càng tốt

-Trong trường hợp xảy ra rung động và âm thanh lạ, khuôn mẫu và trạng thái quy trình cầnđược sửa đổi, bao gồm việc sử dụng máy cắt có ít răng hơn hoặc, bất cứ khi nào có thể,với khoảng cách răng ngẫu nhiên (xem phần 25.4)

24.2.8 Máy phay

Bởi vì người công nhân có khả năng thực hiện nhiều loại hoạt động cắt, máy phay làmột trong những loại máy linh hoạt nhất và hữu ích trong tất cả các máy công cụ Máyphay đầu tiên được xây dựng vào năm 1820 bởi E Whitney (1765-1825) Đã có nhiềulựa chọn máy phay với nhiều tính năng, trong đó phổ biến nhất được mô tả dưới đây.Những máy này hiện đang được thay thế nhanh chóng bằng máy CNC và các trung tâmgia công; mặc dù các loại máy kiểm soát bằng tay không tốn kém vẫn được sử dụngrộng rãi, đặc biệt là cho việc sản xuất nhỏ hoặc để sản xuất nguyên mẫu Máy móc hiệnđại rất linh hoạt và có khả năng phay, khoan, doa, và cắt, với độ chính xác cao và lặp lại(Hình 24.20)

Column-and-knee-type Machines Được sử dụng cho các máy phay đa dụng, cácmáy column-and-knee-type là những máy phay phổ biến nhất Trục chính máy phay cóthể được lắp đặt nằm ngang (hình 24.18a) với máy phay quanh trục, hoặc dọc, dùng chophay mặt và phay cuối, khoan và doa (hình 24.18b) Các thành phần cơ bản của các máynày là:

-Bàn làm việc: trên đó phôi được kẹp bằng cách sử dụng khe T, bàn di chuyển theo chiềudọc tương đối với bàn trượt

-Bàn trượt: hỗ trợ bàn và có thể di chuyển theo chiều ngang

-Khớp xoay: hỗ trợ eto và cho phép di chuyển theo chiều dọc của bảng, sao cho độ sâu cắt

có thể được điều chỉnh và các phôi với các chiều cao khác nhau có thể thích nghi được

Hình 24.18 Sơ đồ minh họa(a) máy phay kiểu công xôn(b) máy phay nằm ngang kiểu công xôn

Nguồn: After G Boothroyd.

-Cần trục: dùng cho máy phay kiểu công xôn, nó có thể điều chỉnh để phù hợp với độ dàicủa các thanh ngang khác nhau

-Thanh ngang: chứa trục chính và bộ dao cắt; trong các máy đứng, đầu có thể được cố địnhhoặc có thể điều chỉnh theo chiều dọc, và nó có thể được xoay trong một mặt phẳngthẳng đứng trên cột để cắt các bề mặt bị xước

Các máy phay đơn thường có ít nhất ba trục có thể di chuyển, với chuyển độngthường được truyền bằng tay, hoặc với bộ truyền động trục vít hoặc bằng cách đưa cácđộng cơ truyền động lên động cơ Trong các máy phay kiểu công xôn, bảng có thể xoaytrên một mặt phẳng ngang; theo cách này, các khuôn mẫu phức tạp, chẳng hạn như cácđường xoắn ốc ở các góc độ khác nhau, có thể được gia công để sản xuất các bộ phậnnhư bánh răng, khoan, vòi và máy cắt

Máy phay giường Trong các loại máy giường, bàn làm việc được đặt trực tiếp trên

giường, thay thế cho khớp công xôn và di chuyển theo chiều dọc (Hình 24.19) Mặc dùkhông linh hoạt như các loại khác, những máy này có độ cứng cao và thường được sửdụng cho công việc sản xuất cao Các cọc có thể là ngang hoặc dọc và các loại gấp đôihoặc gấp ba (với hai hoặc ba trục chính tương ứng), để gia công đồng thời hai hoặc bamặt

Hình 24.9 Sơ đồ minh hoạ của một máy phay giường

Các loại máy phay khác Một số loại máy phay khác có sẵn (xem các máy tại chương

25.2) Máy phay dường tương tự như máy phay giường, đều được trang bị một số đầudao và máy cắt để phay các bề mặt khác nhau Chúng thường được sử dụng cho phôinặng và có hiệu quả hơn máy baò đơn giản (mục 24.3) khi được sử dụng cho các mụcđích tương tự Máy phay mâm quay tương tự như máy phay đứng, và được trang bị mộthoặc nhiều đầu cho các hoạt động gia công phay Cũng có sẵn là các máy phay địnhhình, có năm trục chuyển động (Hình 24.21); lưu ý ba đường và hai góc chuyển độngcủa các thành phần máy

Hình 24.20 Một máy tính điều khiển bằng số (CNC) trục đứng thẳng máy phay; đây làmột trong những công cụ máy đa năng nhất Máy phay đứng trục chính, được sử dụngtrong các cửa hàng bán đồ nghề, vẫn còn được gọi là "Bridgeport", sau nhà sản xuất ởBridgeport, Connecticut

Nguồn: Được phép của Phòng Máy Bridgeport, Textron, Inc

Thiết bị và phụ kiện làm việc Các phôi được phay phải được kẹp chặt vào bàn

làm việc để chống lại lực cắt và tránh trượt trong quá trình phay Nhiều đồ gá và mâmcặp được sử dụng cho mục đích này (xem thêm phần 37.8) Được gắn và đóng chặt vàobàn làm việc, việc sử dụng khe T như trong hình 24.18a và b, mâm cặp được sử dụngcho sản xuất nhỏ trên các bộ phận nhỏ, trong khi đồ gá được sử dụng cho việc sản xuấtcao hơn và có thể được tự động bằng các phương pháp cơ học và thủy lực khác nhau

Phụ tùng cho máy phay bao gồm nhiều đồ gá và phụ tùng cho đầu máy, cũng nhưbàn làm việc được thiết kế để thích ứng với các hoạt động phay khác nhau Các phụkiện đã được sử dụng phổ biến nhất, thường là trong quá trình job shop Vận hành theocách thủ công, đồ gá xoay (đánh dấu) các công việc đến các góc độ nhất định giữa cácbước gia công riêng lẻ Thông thường, nó đã được sử dụng để phay các bộ phận với mặt

đa giác và để làm bánh răng

Hình 24.21 Hình minh hoạ của máy phay 5 trục; lưu ý rằng có ba đường chính vàhai góc chuyển động của các thành phần máy.

24.3 Bào và định hình

Bào Đây là một hoạt động gia công tương đối đơn giản, theo đó các bề mặt

phẳng, cũng như các mặt cắt ngang có rãnh và các góc, có thể được sản xuất dọc theochiều dài của phôi (hình 24.22) Bào thường được thực hiện trên các phôi lớn, rộng 25

m × 15 m, mặc dù chiều dài 10 m là điển hình hơn Trong một máy bào, còn được gọi làmáy sàng ống khi một lớp được gia công từ một phôi đúc, phôi được gắn trên một tấmbảng đi qua và đi lại dọc theo một đường thẳng Một đường ngang có thể di chuyển theochiều dọc theo các đường của cột Các dụng cụ cắt được gắn trên đầu và việc gia côngđược thực hiện theo một đường thẳng để tránh các vết cắt bằng dụng cụ khi cắt chẻ khichà xát dọc theo phôi trong suốt hành trình quay trở lại của phôi

Do chuyển động nghiêng của phôi, thời gian không cắt được trong quá trình quaytrở lại là rất lớn Do đó, các hoạt động này không hiệu quả và cũng không kinh tế, ngoạitrừ việc sản xuất số lượng thấp, mà nói chung là trường hợp các phôi lớn và dài Hiệuquả của thao tác này có thể được cải thiện bằng cách trang bị cho các máy bào với dụng

cụ bào và dụng cụ cắt theo cả hai hướng của bàn Ngoài ra, do chiều dài của phôi, cầnthiết phải trang bị cho các dụng cụ cắt bằng máy nghiền; nếu không, các con chip sảnxuất có thể rất dài, do đó gây trở ngại cho hoạt động gia công và trở thành mối nguyhiểm

Định hình Việc gia công bằng cách định hình về cơ bản giống như bằng bào,

ngoại trừ nó là công cụ, chứ không phải là phôi, mà các phôi thì nhỏ hơn, thường ít hơn

1 m × 2 m diện tích bề mặt Trong một máy cưa ngang, dụng cụ cắt di chuyển qua lạidọc theo một đường thẳng Công cụ được gắn vào đầu công cụ, bị còi cọc trên thanhram; ram có một chuyển động đi ngang Trong hầu hết các máy móc, cắt được thực hiệntrong quá trình chuyển động về phía trước của ram; ở các nước khác, nó được thực hiệntrong quá trình quay trở lại của ram Máy cán đứng (còn gọi là máy khâu) được sử dụng

để đóng các khe, chốt, và khuôn Do tỷ lệ sản xuất thấp, chỉ có những máy bào chuyêndụng (như máy cạp bánh răng, mục 24.7.2) mới được sử dụng phổ biến ngày nay