cơ sở cắt gọt kim loại , chương 3

1 C BD MS GVC NGUYỄN THẾ TRANH - TRẦN QUỐC VIỆT Chương BIẾN DẠNG VÀ MA SÁT KHI CẮT KIM LOẠI Cắt kim loại dùng dụng cụ cắt hớt bỏ lớp dư gia công khỏi chi tiết để nhận bề mặt gia công chi tiết theo yêu cầu cho trước Lớp lượng dư gia công bị hớt bỏ khỏi chi tiết gọi phoi cắt Phần kim loại sát đầu dao liên kết với chi tiết phoi cắt gọi vùng cắt Phoi, bề mặt gia công vùng cắt đối tượng để nghiên cứu chế cắt gọt Phương hướng nghiên cứu chế cắt gọt tìm mối quan hệ tượng cắt gọt học Với phương hướng từ trước kỷ XIX tới thực nghiệm lẫn lý thuyết người đạt kết đáng kể Tuy nhiên, chế cắt gọt đề tài cần tiếp tục làm rõ 3.1 Quá trình hình thành phoi cắt kim loại Lúc đầu người ta cho rằng: cắt kim loại tương tự trình chẻ tre, chẻ nứa Tức phoi tách theo thớ kim loại Quan sát cắt gọt thực tế, ta dễ dàng phát hai nhận xét quan trọng: Phoi tánh khỏi chi tiết cắt không theo phương vận tốc cắt v (tức phương lực tác dụng) Phoi cắt bị uốn cong phía mặt tự do; kích thước phoi bị thay đổi so với lớp cắt chi tiết (hình 3.1) bF LF aF V V b a L Hình 3.1 Hai nhận xét trước hết bác bỏ quan niệm lúc đầu trình cắt kim loại không xác thực Như thực chất trình tạo thành phoi cắt gì? Trọng thời gian dài, đường lý thuyết người ta khơng tìm lời giải đáp đắn Do nhiều nhà nghiên cứu tiến hành hàng loạt thí nghiệm Để đơn giản, thí nghiệm tiến hành mẫu bào tiện tự theo phương pháp khái quát sau: Bằng cách ý quan sát mặt bên vật gia công Bằng cách chụp ảnh với độ phóng đại lớn vùng cắt Bằng cách quan sát cấu trúc tế vi vùng cắt, phoi mặt gia công 2 C BD MS GVC NGUYỄN THẾ TRANH - TRẦN QUỐC VIỆT Sau nghiên cứu số thí nghiệm điển hình nhằm khám phá chế cắt gọt 3.1.1 Thí nghiệm so sánh mẫu nén cắt: Mơ hình thí nghiệm mơ tả hình 3.2 a Thí nghiệm cắt nén mẫu b Thí nghiệm cắt mẫu với dao có  = 00  B  C P Dao B A  D A a/ b/ Hình 3.2 Khi quan sát thí nghiệm nén mẫu, người ta thấy rằng: phân tử kim loại sức ép đầu nén bị biến dạng, phương biến dạng phương AB CD tạo với phương ngoại lực tác dụng P góc  xác định loại vật liệu (thép  = 450) Điều tương tự xảy mẫu cắt (hình 3.2.b.), phương CD phân tố kim loại bị phần kim loại mẫu chặn lại Do phương biến dạng cịn AB Kết cho ta kết luận quan trọng là: thực chất trình tách phoi khỏi chi tiết trình biến dạng phần tử kim loại sức ép đầu dao 3.1.2 Thí nghiệm quan sát dịch chuyển phần tử kim loại cắt P' FR r F  A P  B Dao Foi R V 3' d 2' Chi tiÕt Hình 3.3 Để tiếp tục làm rõ chất trình cắt kim loại, người ta tiến hành thí nghiệm khác thí nghiệm này, phần tử kim loại mặt bên mẫu đánh dấu Khi cắt ta C BD MS GVC NGUYỄN THẾ TRANH - TRẦN QUỐC VIỆT quan sát dịch chuyển phần tử kim loại đánh dấu Ví dụ hình 3.3 mơ tả q trình dịch chuyển phần tử kim loại P cắt Từ P đến phần tử kim loại dịch chuyển gần song song với phương vận tốc cắt v Qua khỏi điểm 1, đáng lẻ phần tử kim loại chuyển đến điểm 2', thực tế dịch đến điểm Đoạn 2'2 gọi lượng trượt phần tử kim loại P thời điểm Điểm điểm bắt đầu trượt phần tử kim loại P cắt Tương tự thời điểm lượng trượt 3'3 Tiếp tục cắt, sau qua khỏi điểm phần tử kim loại P di chuyển đến điểm Đoạn đường 34 song song với mặt trước dao Điều có nghĩa đến thời điểm trình trượt phần tử kim loại P kết thúc chuyển thành phoi cắt Điểm gọi điểm kết thúc trượt phần tử kim loại P cắt Bằng cách đánh dấu ta xây dựng đường dịch chuyển phân tố kim loại P cắt P1234P' Trong đoạn 4P' cung cong phía mặt tự phoi có bán kính R?P Điểm xác định cách: từ điểm tách rời tiếp xúc phoi mặt trước dao (E) ta kẻ (EF) vng góc với mặt trước dao (EF  OE) EF cắt đường P1234P' Nếu quan sát vô số điểm mặt bên mẫu cắt, ta nhận vô số đường dịch chuyển phần tử kim loại tương ứng; đồng thời xác lập mặt cắt trượt OA mặt kết thúc trượt OC Vùng giới hạn mặt bắt đầu trượt OA mặt kết thúc trượt OC gọi vùng trượt Thí nghiệm tiến hành với tốc độ cắt v = 0,002 m/ph Trong thực tế, tốc độ cắt lớn nhiều so với tốc độ thí nghiệm, tốc độ biến dạng trượt lớn, Chính mặt bắt đầu trượt OA mặt kết thúc trượt OC gần trùng Kinh nghiệm cho thấy khoảng cách mặt nhỏ, khoảng 0,03 - 0,2 mm Để đơn giản cho việc nghiên cứu tính toán sau này, người ta coi mặt )A OC trùng nhau, gọi mặt trượt OM, tạo với phương vận tốc cắt v góc 1 gọi góc trượt (hay góc tách phoi) Nghiên cứu q trình cắt kim loại, thường người ta để ý tới trạng thái biến dạng: biến dạng dẻo, biến dạng đàn hồi gãy vỡ Những thí nghiệm chứng tỏ rằng: phoi cắt lớp kim loại mặt sau dao (bề mặt gia công) phát sinh biến dạng dẻo Điều khẳng định rằng: dịn khơng phải chất vật liệu mà trạng thái chúng mà Từ quan điểm cắt gọt, vật liệu dòn vật liệu dẻo xác định rõ giới hạn, vật liệu trở thành dòn dẻo tuỳ thuộc vào tải trọng tác dụng lên Khi cắt kim loại, tác dụng nhiệt gây nhiều khó khăn cho việc giải đáp tượng xảy trình cắt Theo kết thí nghiệm cho thấy: Khi tốc độ biến dạng tăng lên nhiệt vật thể biến dạng tăng lên Tính dẻo kim loại thay đổi theo nhiệt Với cản trở đến việc giải thích chế q trình cắt gọt tồn nhiều mâu thuẫn Song đó, ý kiến giải thích tập trung là: Q trình hình thành phoi cắt trình trượt dần hay trượt liên tục phần tử kim loại theo mặt trượt chúng [2] Hiện tượng phoi bị uốn cong phía mặt tư chúng sau khỏi mặt EF giải thích sau: Các phần tử kim loại sau khỏi vùng trượt trình trượt đủ kết thúc Nhưng phần tử kim loại nằm sát tiếp xúc với mặt trước dao bị mặt trước dao chèn ép ma sát, tiếp tục bị biến dạng Kết chèn ép hạt kim loại vùng tiếp xúc bị ép dài thành phoi Thể kéo dài OE > OF Mặt khác từ vùng OE bị mặt trước dao ma sát, sau khỏi điểm E, phần tử kim loại đột ngột tự Do tập hợp nguyên nhân trên, sau khỏi mặt EF phoi bị uốn cong phía mặt tự chúng - tức r < R 4 C BD MS GVC NGUYỄN THẾ TRANH - TRẦN QUỐC VIỆT 3.1.3 Các dạng phoi cắt kim loại: Phoi hình thành kết trình biến dạng ma sát cắt Tuỳ thuộc vào loại vật liệu gia công, điều kiện tiến hành cắt gọt mà phoi tạo thành có nhiều dạng khác Như cách ngược lại, từ dạng phoi cắt ta phán đốn vật liệu gia công điều kiện cắt thực Trong nghiên cứu chế cắt gọt, xuất phát từ mục đích nghiên cứu khác nhau, có nhiều cách phân loại dạng phoi khác Nói chung khơng dễ dàng việc phân biệt cách rõ ràng dạng phoi cắt Vì nói đến dạng phoi cắt giới thiệu trường hợp kiểm tra cụ thể mà thơi A Nhóm phoi gãy vụn (phoi vụn) B Nhóm phoi liên tục 3.1.3.1 Phoi gãy vụn Thường cắt vật liệu dòn vật liệu dẻo với tốc độ cắt tương đối nhỏ phoi tạo bị gãy vụn gọi phoi vụn (hình 3.4) phơi Dao Lùc c¾t (N) chi tiÕt Hình 3.4 Thêi gian t (ph) Các phần tử phoi chèn ép lẫn trước lưỡi cắt dao Lúc ứng suất phoi đạt tới giới hạn bền nén vật liệu cắt, gãy vụn Kích thước hạt phoi thường nhỏ, thường nhỏ 1cm3 Các hạt phoi gãy theo đường biên giới hạt, hình thành phoi vụn bề mặt gia công lưu lại nhấp nhô Mặt khác trình gãy vụn phoi xảy liên tục cắt, dao động lực cắt lớn Điều ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề mặt gia công Trong thực tế gia cơng tinh gia cơng có u cầu bề mặt cao, cần ý tránh tạo phoi vụn cách chọn chế độ cắt hợp lý 3.1.3.2 Phoi liên tục Sự hình thành phoi liên tục đặc trưng cắt vật liệu dẻo Các phần tử phoi tách không bị gãy rời mà cịn dính vào thành dãy liên tục Phoi liên tục lại phân thành nhóm: a Phoi xếp, C BD MS GVC NGUYỄN THẾ TRANH - TRẦN QUỐC VIỆT b Phoi dây, c Phoi lẹo dao Phoi xếp v v 1 v 1 a 1 b Hình 3.5 c Cũng điều kiện tạo phoi gãy vụn, ta tăng tốc độ cắt lên đến giới hạn phần tử phoi tạo không bị gãy thành hạt vụn, mà chúng tạo thành mảnh phoi có liên kết chồng xếp lên (Hình 3.5.a,b) Bằng mắt thường ta phân biệt phần tử phoi xếp Các phần tử phoi tách cắt, chúng bị hàn dính vào nhau, kết dính cần lực tác động nhỏ đủ tách miếng Phoi dây Phoi dây loại phoi liên tục, phần tử phoi liên kết thành chuỗi liên tục (hình 3.5.c) Phoi dây tạo thành cắt loại vật liệu dẻo với tốc độ tương đối lớn Biến dạng cắt tạo phoi dây bé Vì trường hợp gia cơng tinh ta cần cố gắng tạo phoi dây cách nâng cao tốc độ cắt Khi tạo phoi dây, phoi hình thành cách liên tục, lực cắt ổn định, rung động Nhờ dễ đạt độ bóng bề mặt cao Trong sản xuất cần lưu ý: phoi dậy mặt dễ gây tai nạn cho cơng nhân đứng máy, mặt khác vào chi tiết gây cào xước bề mặt gia công Do cắt phoi dây cần ý sử dụng cấu bẻ phoi Phoi lẹo dao: Nói chung cắt tạo phoi dây phoi liên tục thường xảy trượng: phần tử kim loại chi tiết gia cơng bị tách dính mặt trước, mặt sau dao; dính mặt gia cơng chi tiết Các khối kim loại dính gọi khối lẹo dao Hiện tượng gọi khối lẹo dao Độ cứng khối lẹo dao cao nhiều so với độ cứng thân vật liệu chi tiết Khối lẹo dao xuất hiện, lớn lên đến độ lớn bị phân làm thành phần: - Một phần dính mặt gia cơng chi tiết chi tiÕt   Dao  Dao  chi tiÕt chi tiÕt chi tiÕt  Dao Dao C BD MS GVC NGUYỄN THẾ TRANH - TRẦN QUỐC VIỆT Hình 3.6 - Một phần dính lên phoi bị phoi mang ngồi - Một phần dính mặt trước mặt sau dao, phần lại tiếp tục lớn lên đến mức độ lại chia làm thành phần Phoi lẹo dao thực chất phoi liên tục trọng điều kiện cắt cụ thể mang thoe khối lẹo dao (hình 3.6) Hiện tượng lẹo dao có ảnh hưởng lớn tới trình cắt kim loại Khối lẹo dao hình thành đầu dao làm thay đổi góc trước góc sau dao, đồng thời trực tiếp mài cà lên bề mặt trực tiếp tiếp xúc với Công tác nghiên cứu cắt gọt cho thấy: khối leo dao sinh ra, lớn lên mặt cách liên tục, gây rung động cho trình cắt, tạo nhấp nhơ bề mặt gia cơng chi tiết Nói chung, tượng lẹo dao cần nên tránh cắt kim loại Kinh nghiệm cho thấy: giảm triệt tiêu tượng lẹo dao cách giảm mức độ biến dạng ma sát cắt Mức độ biến dạng cắt giảm cách tăng tốc độ cắt gọt tăng góc trước dao Mức độ ma sát giảm cách mài bóng mặt trước mặt sau dao dùng dung dịch bôi trơn - làm nguội để vừa giảm ma sát vừa giảm nhiệt độ cắt Những biện pháp cần ý gia công tinh Như thấy, phoi cắt phân loại nhiều cách khác Nhưng nghiên cứu cách tổng quát hình dạng phoi phụ thuộc vào vật liệu chi tiết gia công điều kiện cắt gọt Nếu cắt với tốc độ nhỏ, vật liệu gia công ta nhận phoi gãy vụn Khi cắt vật liệu dẻo mà tăng tốc độ cắt lên hình thành phoi liên tục Tuỳ thuộc tăng lên vận tốc cắt xuất phoi xếp phoi dây Khi cắt vật liệu dòn với tốc độ cắt cao nhận phoi liên tục 3.2 Quá trình hình thành bề mặt gia công chi tiết phần "quá trình hình thành phoi", đối tượng nghiên cứu phoi nên ta lý tưởng hoá đầu dao hoàn toàn sắc nhọn Thực tế cho thấy rằng: dù dao chế tạo từ loại vật liệu mài sắc cách đầu dao khơng thể sắc nhọn lý tưởng mà luôn tồn phần có bán kính  Ví dụ: dao thép gió tuỳ thuộc vào điều kiện mài sắc, bán kính đầu dao tồn khoảng  = 10-18 m; dao hợp kim cứng =18-20 m Một thực tế khác bỏ qua nghiên cứu q trình hình thành bề mặt gia cơng tiếp xúc, ma sát bề mặt sau dao bề mặt gia công chi tiết cắt Sự tiếp xúc mặt trình mài mòn mặt sau dao gây nên, mặt khác biến dạng đàn hồi lớp kim loại sát bề mặt gia công gây nên Những thực tế khơng thể bỏ qua miêu tả mơ hình 3.7 Ta khảo sát khả dịch chuyển phần tử kim loại O, O1 O2 trình cắt Tương tự trường hợp cắt mẫu kim loại hình 3.2 ta dễ dàng có nhận xét aF Dao phoi V Vc1 a Phương vận tốc cắt a F E R R  h  Vc2 hs R Cs Phương trượt kim loại Phương lực ép C BD MS GVC NGUYỄN THẾ TRANH - TRẦN QUỐC VIỆT Hình 3.7 Phương trượt hạt kim loại tạo với áp lực pháp tuyến lên phần tử kim loại góc  Tại O (phân tử kim loại O) có phương trượt v c // v Tại O1 (phần tử kim loại O1) có phương trượt hướng phía phoi, có khả trượt để thành phoi Tại O2 (phần tử kim loại O2) có phương trượt hướng phía chi tiết gia cơng Do trượt bị chặn lại - thành phoi cắt Từ nhận xét cho ta rút kết luận quan trọng sau: Khi cắt, phần tử kim loại trên lớp cắt có chiều dày a nằm mặt OF bị trượt tạo thành phoi; phần tử kim loại nằm trước mặt OF bị đầu dao nén ép để tạo thành bề mặt gia công chi tiết Lớp kim loại bị nén ép có chiều dày a Lớp kim loại a bị biến dạng sức ép đầu dao mặt sau dao 1 V O   '  B O3 '  A     NhiƯt ®é ®o Hình 3.8 Dao phoi Bề mặt đà gia công 0,5mm Chi tiết Hỡnh 3.9 C BD MS GVC NGUYỄN THẾ TRANH - TRẦN QUỐC VIỆT Sự biến dạng lớp kim loại a xảy biến dạng dẻo biến dạng đàn hồi Do biến dạng đàn hồi nên khỏi mặt sau dao phần lớp kim loại phục hồi lượng h < a Phân tích trạng thái ứng lực phần tử kim loại khu vực bị chèn ép ta thấy: phần tử kim loại nằm vùng từ O đến O3 vừa chịu ứng lực nén  đầu dao ép, vừa chịu ứng suất kéo  ma sát mặt dao phần tử kim loại chi tiết sát Cũng tương tự phần tử kim loại khu vực O2 A Riêng vùng AB phần kim loại chi tiết giãn nở đột ngột từ vùng chèn ép trạng thái tự bị phần tử kim loại trước sau kéo (hình 3.8) Do tượng kéo giãn đột ngột nên bề mặt gia cơng dễ phát sinh vết nứt tế vi Bên cạnh tải lực phức tạp vậy, bề mặt gia cơng cịn nhận tác dụng nhiệt phức tạp (Hình 3.9) Tải trọng lực tải trọng nhiệt phức tạp cho bề mặt gia công tượng - lý phức tạp Những tượng là: ứng suất dư phát sinh lớp bề mặt sát bề mặt gia công Một lớp mỏng lớp bề mặt gia cơng bị hố bền (hay bị biến cứng) Trên bề mặt gia công xuất vết nứt tế vi A Chi tiÕt C II V phoi I III IV Dao Hình 3.10 Tổng hợp kết nghiên cứu trình thành phoi trình hình thành bề mặt gia cơng, đúc kết thành lý thuyết vùng biến dạng cắt (hình 3.10) Vùng I vùng bắt đầu phát sinh biến dạng cắt Hình thành biến dạng chủ yếu vùng biến dạng đàn hồi Những phần tử kim loại gần mặt OA mức độ biến dạng tăng OA giới hạn chuyển biến từ biến dạng đàn hồi sang trạng thái biến dạng dẻo (trượt) Vùng II vùng biến dạng dẻo vật liệu gia công Các phần tử kim loại gần mặt OC coi dần hoàn thành biến dạng dẻo sửa tách trở thành phần tử phoi Đây vùng biến dạng mảnh liệt 9 C BD MS GVC NGUYỄN THẾ TRANH - TRẦN QUỐC VIỆT Vùng III vùng ma sát mặt trước dao với phần tử kim loại phoi cắt sau khỏi vùng biến dạng dẻo II Do ma sát nên bề mặt phoi sau khỏi mặt trước dao nhẵn bóng Vùng IV vùng biến dạng ma sát mặt sau dao với phần tử kim loại bề mặt gia công nằm sát mặt dao Về biến dạng vùng vừa có biến dạng đàn hồi, vừa có biến dạng dẻo Vùng V vùng phần tử kim loại hoàn thành biến dạng trở thành phoi cắt 3.3 Các thông số đặc trưng mức độ biến dạng ma sát cắt Trong phần 3.1 3.2 ta nghiên cứu cách định tính chất trình cắt kim loại - q trình biến dạng ma sát cắt Để đặc trưng mặt định lượng mức độ biến dạng ma sát cắt, nhà nghiên cứu đưa hệ số: Hệ số co rút phoi K Hệ số trượt tương đối  Góc tách phoi 1 Hệ số ma sát  Những hệ số mặt giá trị xác định tính tốn đường thực nghiệm Ta nghiên cứu hệ số 3.3.1 Hiện tượng co rút phoi hệ số co rút phoi K 3.3.1.1 Khái niệm Như nhận xét phần 3.1 kích thước phoi tách khơng giống kích thước lớp cắt tương ứng cịn nằm chi tiết - Hiện tượng gọi tượng co rút phoi Theo kinh nghiệm thì: aF > a lF < l bF  b Trong đó: a aF chiều dày lớp cắt phoi lF l chiều dài phoi lớp cắt bF b chiều rộng phoi lớp cắt Theo lý thuyết kéo - nén thuận tuý sức bền vật liệu ta gọi tỉ số kích thước mẫu trước sau nén (hoặc kéo) hệ số co rút ứng dụng lý thuyết vào tượng co rút phoi ta có: Hệ số phoi rút theo chiều dày là: Ka = aF / a > Hệ số co phoi rút theo chiều dài là: Kl = l/ lF > Hệ số co phoi rút theo chiều rộng là: Kb = bF / b  Do định luật bảo toàn thể tíc, tức V = VF (thể tích lớp cắt thể tích phoi tách từ lớp cắt tương ứng), ta có: Ka = Kl = aF / a = l/lF (3.1) Đứng quan điểm tốn học t rõ ràng Ka = Kl = -  + Nhưng quan điểm cắt gọt Ka = Kl có nghĩa khơng xảy q trình biến dạng cắt Điều hồn tồn vơ lý, cắt gọt tất yếu xảy trình biến dạng ma sát 10 C BD MS GVC NGUYỄN THẾ TRANH - TRẦN QUỐC VIỆT Thực tế cắt gọt chứng minh: hệ số co rút phoi K = Ka = Kl có ý nghĩa vật lý K  1,5 Điều thể tính gần việc đặc trưng mức độ biến dạng ma sát cắt Các tài liệu nghiên cứu rằng: sai số đặc trưng biến dạng cắt hệ số co rút phoi khoảng 20%[1] Mặc dù hệ số co rút phoi K khơng đặc trưng hồn tồn cho q trình biến dạng ma sát cắt, song có ý nghĩa học chỗ K lớn tức mức độ biến dạng lớn Mặt khác việc xác định giá trị hệ số K tương đối đơn giản, mức độ định tính người ta hay dùng hệ số K để đặc trưng cho mức độ biến dạng cắt 3.3.1.2 Cách xác định giá trị hệ số K Giá trị hệ số K thường xác định thực nghiệm thông qua việc đo trực tiếp kích thước phoi lớp cắt, cách cân đo trọng lượng phoi Xác định K cách đo trực tiếp kích thước lớp cắt phoi t Phoi ®ång e D LF1 LF2 Hình 3.11 Để có lớp cắt phoi cắt đo dễ dàng, ta chuẩn bị mẫu thí nghiệm hình 3.11 Mẫu chuẩn bị trụ ngắn có đường kính D, chiều sâu cắt t Mẫu có kẻ rãnh đối xứng có bề rộng e Để giảm va đập cắt ta nhồi vào rãnh phoi đồng Mẫu cắt tự Theo hình 3.11, chiều dài trung bình lớp cắt tính được: L  (D  t) e LF  LF 2 Tương tự ta có: LF  Theo định nghĩa ta có: K  KL  Ka   ( D  t )  2e LF  LF (3.2) Xác định K cách cân phoi Với phương pháp không cần chuẩn bị mẫu Sau cắt ta tiến hành cân trọng lượng phoi cắt Giả thiết cân trọng lượng Q (G) 11 C BD MS GVC NGUYỄN THẾ TRANH - TRẦN QUỐC VIỆT Thể tích lớp cắt tương ứng dễ dàng tính theo công thức: V = Q /  (mm3)  tỉ trọng vật liệu chi tiết gia công (G/cm3) Thể tích lớp cắt cịn biểu diễn dạng: V = s.t.L (mm3) s lượng chạy dao cắt (mm/vg) t chiều sâu cắt cắt (mm) L chiều dài lớp cắt (mm) Kết hợp cơng thức trên, ta có: L = 1000 Q/s.t. (mm) (3.3) LF ta đo tương tự thí nghiệm đo Lúc ta có: K  KL  1000Q s.t. LF (3.4) 3.3.2 Biến dạng cắt hệ số trượt tương đối  Sức bền vật liệu nghiên cứu: có phân tố kim loại ABCD, tác dụng ngoại lực bị biến dạng trượt xơ lệch tới vị trí ABC'D' (hình 3.12) hệ số đặc trưng cho biến dạng trượt tuý hệ số trượt tương đối , viết dạng:  x y aF  y x D' D  C' C a y B x D’ I B D 1 V C’ A C A  Hình 3.12 Hình 3.13 Như phần 3.1 phân tích: thực chất q trình cắt kim loại biến dạng ma sát Trong biến dạng dẻo hình thức trượt tạo phoi coi đặc trưng ứng dụng kết học, người ta đưa hệ số trượt tương đối  cắt:  x = DI + ID'; y = BI; x y DI/BI = tg (1 - ); ID'/BI = cotg1 Vậy:  = tg(1 - ) + cotg1 = sin( 1   ) cos1  cos( 1   ) sin1 Qui đồng mẫu số ý công thức lượng giác: 12 C BD MS GVC NGUYỄN THẾ TRANH - TRẦN QUỐC VIỆT sin(1 - ) = sin1cos - sincos1 cos(1 - ) = sin1sin + cos1cos sin21 + cos21 = ta nhận công thức:  cos sin1cos(1   ) (3.5) Từ công thức (3.5) ta có nhận xét: Khi cắt nói chung góc độ dao xác định khơng đổi, trường đó, rõ ràng:  = f(1) Cơng tác nghiên cứu cho thấy: hệ số trượt tương đối  có đặc trưng cách chất q trình cắt kim loại, song q trình cắt khơng tuý có biến dạng trượt, hệ số  đặc trưng cho mức độ biến dạng ma sát cắt có sai số khoảng 4% 3.3.3 Góc tách phoi (hoặc góc hướng trượt) 1 Nếu hệ số co rút phoi K đưa sở kéo, nên tuý; hệ số trượt hướng đến  dẫn từ lý thuyết trượt t, góc tách phoi 1 thiết lập khơng kèm theo giả định Góc tách phoi 1 xác lập sở mơ hình cắt tự hình 3.14 Trên hình 3.14:  góc ma sát mặt trước dao  = arctg Tức là:  hệ số ma sát aF   N  R  a V 1  n m Hình 3.14 Từ hình 3.14 ta có: 1 +  =  =- 1 =  - arctg +  (3.6) 13 C BD MS GVC NGUYỄN THẾ TRANH - TRẦN QUỐC VIỆT  góc đặc trưng cho loại vật liệu bị biến dạng Sức bền vật liệu chứng minh được: với loại vật liệu thường dùng chế tạo máy  = 45 - 50 Cũng từ hình 3.14 ta có: tg1 = a , m m= aF -n cos n = a.tg Vậy tg1 = a.cos a F - a.sin Kết hợp với công thức (3.1) rút gọn, ta có: 1 = arctg cos K - sin (3.7) 3.3.4 Hiện tượng ma sát hệ số ma sát cắt Khi cắt có khu vực ma sát: Khu vực ma sát phoi mặt trước dao Khu vực ma sát bề mặt gia công mặt sau dao Chi tiết Phoi Dao Lớp bề mặt đá gia công Hỡnh 3.15 Trong quỏ trình cắt kim loại, tác dụng áp lực ma sát phần tử kim loại phoi với lớp bề mặt gia cồn xuất trễ Tức phần tử kim loại phoi, lớp bề mặt gia công cách xa mặt trước mặt sau dao di chuyển nhanh, phần tử kim loại tiếp xúc với mặt trước dao mặt sau dao di chuyển chậm lại (hình 3.15) Hiện tượng trễ gây nên cho nội phoi cắt lớp bề mặt gia công biến dạng ứng suất cắt Tổng lực biến dạng phần tử phoi lớp bề mặt gia công gọi Lực nội ma sát 14 C BD MS GVC NGUYỄN THẾ TRANH - TRẦN QUỐC VIỆT Thực nghiệm chứng minh rằng: lực ma sát mặt trước mặt sau dao chủ yếu lực nội ma sát Lực thắng lực nội ma sát ứng suất cắt thân vật liệu Theo định nghĩa chung hệ số ma sát ta có: c = F/N F lực ma sát N lực ép pháp tuyến F = c.A Trong đó: N = .A c c ứng suất cắt ứng suất nén trung bình lớp phoi sát mặt trước dao lớp bề mặt gia công A diện tích bề mặt tiếp xúc phoi mặt trước dao (hoặc bề mặt gia cơng mặt sau dao) Từ đó, ta có: c = c c (3.8) Kết thực nghiệm cho thấy: c c số mà số thay đổi theo điều kiện cắt gọt, trong thay đổi điều kiện cắt thay đổi giá trị c lớn c Chính thay đổi dẫn đến thay đổi c Nói chung hệ số ngoại ma sát vật liệu tiếp xúc có chuyển động tương số Trái lại hệ số nội ma sát vật liệu tiếp xúc có chuyển động tương số thay đổi phụ thuộc vào tải trọng tác dụng lên hệ Nghiên cứu chất trình cắt phát qui luật phát sinh q trình cắt Trên sở tìm hiểu tới yếu tố ảnh hưởng đến trình cắt gọt, nhằm mục đích điều khiển qui luật theo hướng có lợi cho người Trên sở hàng loạt thí nghiệm, người ta tìm yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng ma sát cắt là: Tính chất vật liệu chi tiết gia công Chế độ cắt Các thơng số hình học dao Qui luật ảnh hưởng yếu tố đến hệ số đặc trưng biến dạng ma sát cắt đc kết bảng 3.1 Bảng 3.1 Yếu tố ảnh hưởng Ki K c i Vật liệu chi tiết B Dung dịch trơn nguội Chế độ cắt t s v Lit/ph Thơng số hình học dao  r  C BD MS 15 GVC NGUYỄN THẾ TRANH - TRẦN QUỐC VIỆT ... tử kim loại sức ép đầu dao 3. 1.2 Thí nghiệm quan sát dịch chuyển phần tử kim loại cắt P'' FR r F  A P  B Dao Foi R V 3'' d 2'' Chi tiÕt Hình 3. 3 Để tiếp tục làm rõ chất trình cắt kim loại, người... tử kim loại P thời điểm Điểm điểm bắt đầu trượt phần tử kim loại P cắt Tương tự thời điểm lượng trượt 3'' 3 Tiếp tục cắt, sau qua khỏi điểm phần tử kim loại P di chuyển đến điểm Đoạn đường 34 ... sâu cắt cắt (mm) L chiều dài lớp cắt (mm) Kết hợp cơng thức trên, ta có: L = 1000 Q/s.t. (mm) (3. 3) LF ta đo tương tự thí nghiệm đo Lúc ta có: K  KL  1000Q s.t. LF (3. 4) 3. 3.2 Biến dạng cắt