Giáo trình Nguyên lý cắt (Nghề Công nghệ kỹ thuật cơ khí)

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VÀ THƯƠNG MẠI GIÁO TRÌNH Tên mơn học: Ngun lý cắt NGHỀ: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: , ngày tháng năm 2018 Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Công nghiệp Thương mại Vĩnh Phúc, năm 2018 LỜI NÓI ĐẦU Q trình gia cơng cắt gọt sản xuất khí đuợc thực cách hớt lớp luợng du bề mặt phơi để đạt đuợc kích thuớc hình dáng theo yêu cầu cụ thể Và tùy thuộc vào điều kiện sản xuất cụ thể nhu dạng sản xuất mà ta lựa chọn phuơng pháp gia cơng phù hợp, ví dụ nhu: tiện, phay, bào, khoan, mài Về mặt cơng nghệ suất gia công chất luợng bề mặt gia công phụ thuộc lớn vào chế độ cắt, dụng cụ cắt, tuợng - lý - hóa xảy q trình cắt Do đó, nguời làm cơng nghệ nói chung cần phải có kiến thức vững đặc điểm cụ thể phuơng pháp gia cơng Qua đó, lựa chọn đuợc dụng cụ cắt nhu chế độ cắt phù hợp với yêu cầu kỹ thuật cụ thể, nhằm tăng suất chất luợng sản phẩm nhu nâng cao tuổi bền tuổi thọ dụng cụ cắt Riêng sinh viên chun ngành khí chế tạo máy “Ngun lý cắt” học phần bắt buộc, kiến thức học phần sở để sinh viên tiếp tục nghiên cứu học phần khác, đặc biệt học phần “Công nghệ chế tạo máy” “Đồ án công nghệ chế tạo máy ” Giáo trình “Nguyên lý cắt” đuợc biên soạn tập thể giáo viên khoa Cơ Khí Truờng Cao đẳng công nghiệp Phúc Yên nhằm phục vụ cho công tác đào tạo, giảng dạy hệ “Cao đẳng quy” thuộc chuyên ngành khí chế tạo máy Mặc dù cố gắng trình biên soạn, nhiên cịn thiếu sót Chúng tơi mong nhận đuợc đóng góp ý kiến để nội dung giáo trình đuợc hồn thiện Các tác giả LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC MỤC LỤC Chươngl: VẬTLIỆUDỤNG CỤ CẮT 1.1 Yêu cầu chung vật liệu dụng cụ cắt 1.1.1 Độ cứng 1.1.2 Độ bền học 1.1.3 Độ bền nóng 1.1.4 Tính chịu mài mịn 1.1.5 Tính cơng nghệ vàtính kinh tế 10 1.2 Vật liệudụng cụcắt 11 1.2.1 Thép bon dụng cụ 11 1.2.2 Thép hợp kim dụng cụ 11 1.2.3 Thép gió 13 1.2.4 Hợp kim cứng 14 1.2.5 Vật liệu sứ 18 1.2.6 Vật liệu hạt mài 19 1.3 Các biện pháp cải thiện tính cắt cho vật liệu dụng cụ cắt 21 1.3.1 Thấm bề mặt 21 1.3.2 Phủ bề mặt 21 Chương 2: CẤU TẠO VÀ THƠNG SỐ HÌNH HỌC CỦA DỤNG CỤ CẮT22 2.1 Cấu tạo dao tiện chuyển động cắt tiện 22 2.1.1 Cấu tạo dao tiện 22 2.1.2 Phân loại dao tiện 24 2.1.3 Các chuyển động cắt tiện 26 2.2 Các thơng số hình học dao tiện 26 2.2.1 Các mặt phẳng tọa độ 26 2.2.2 Các góc dao tiện mặt phẳng sở 27 2.2.3 Các góc dao tiết diện tiết diện phụ 28 2.2.4 Góc nâng lưỡi cắt 29 2.3 Các yếu tố chế độ cắt lớp cắt tiện 30 2.3.1 Chiều sâu cắt t (mm) 30 2.3.2 Lượng chạy dao S (mm/vòng) 30 2.3.3 Tốc độ cắt v (m/phút) 31 2.3.4 Chiều dày lớp cắt a (mm) 32 2.3.5 Chiều rộng lớp cắt b (mm) 32 2.3.6 Diện tích lớp cắt f (mm2/vòng) 32 Chương 3: QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHOI 34 3.1 Cơ chế tạo phoi tượng co rút phoi 34 3.1.1 Cơ chế trình tạo phoi 34 3.1.2 Hiện tượng co rút phoi 35 3.2 Các dạng phoi 36 3.2.1 Phoi phân tố 36 3.2.2 Phoi xếp 37 3.2.3 Phoi dây 37 3.2.4 Phoi vụn 37 3.3 Hiện tượng lẹo dao 37 3.3.1 Khái niệm tượng lẹo dao 37 3.3.2 Các loại lẹo dao 38 3.3.3 Nguyên nhân điều kiện hình thành lẹo dao 38 3.3.4 Ảnh hưởng lẹo dao 39 3.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến chiều cao lẹo dao 40 3.3.6 Biện pháp khắc phục tượng lẹo dao 41 3.4 Nhiệt cắt 42 3.4.1 Nguồn nhiệt truyền nhiệt cắt 42 3.4.2 Trường phân bố nhiệt bề mặt dao 43 3.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt cắt 44 3.4.4 Công thức xác định nhiệt cắt 45 3.5 Hiện tượng rung động trình cắt 46 3.6 Trạng thái bề mặt gia công 47 3.6.1 Chiều cao nhấp nhô bề mặt gia công 47 3.6.2 Trạng thái lý bề mặt gia công 48 3.7 Dung dịch trơn nguội 49 3.7.1 Vai trò dung dịch trơn nguội 49 3.7.2 Yêu cầu dung dịch trơn nguội 49 3.7.3 Một số chất bơi trơn làm nguội q trình cắt 50 3.7.4 Phương pháp tưới dung dịch trơn nguội 50 Chương 4: Lực CẮT KHI TIỆN 52 4.1 Cơ sở lý thuyết lực cắt 52 4.1.1 Khái niệm lực cắt 52 4.1.2 Vai trò lực cắt .52 4.1.3 Hệ thống lực tác dụng lên dụng cụ cắt 53 4.1.4 Các thành phần lực cắt tiện .54 4.1.5 Công suất cắt tiện .55 4.2 Các nhân tố ảnh huởng đến lực cắt 55 4.2.1 Ảnh hưởng chế độ cắt đến lực cắt thành phần 56 4.2.2 Ảnh hưởng thơng số hình học dao đến lực cắt 57 4.2.3 Công thức tính lực cắt tiện 57 Chương 5: MÒN VÀ TUỔI BỀN CỦA DỤNG CỤ CẮT .60 5.1 Mòn dụng cụ cắt 60 5.1.1 Hiện tượng mòn dụng cụ cắt .60 5.1.2 Cơ chế mòn 61 5.1.3 Quy luật mài mòn 61 5.1.4 Tiêu chuẩn đánh giá mài mòn 62 5.2 Tuổi bền dụng cụ cắt 63 5.2.1 Ảnh hưởng tốc độ cắt v đến T .63 5.2.2 Ảnh hưởng t S đến tuổi bền T 64 5.2.3 Vận tốc cắt tối ưu 64 Chương 6: TỐC ĐỘ CẮT CHO PHÉP - LựA CHỌN CHẾ ĐỘ CẮT 66 6.1 Khái niệm tốc độ cắt cho phép .66 6.2 Các nhân tố ảnh huởng đến tốc độ cắt v 66 6.2.1 Kim loại gia công 66 6.2.2 Kết cấu thơng số hình học dao 66 6.2.3 Cơng thức tính tốc độ cắt v tiện 67 6.3 Chọn chế độ cắt 70 6.3.1 Quan điểm lựa chọn chế độ cắt 70 6.3.2 Chọn chế độ cắt tiện phương pháp tính 70 Chương 7: KHOAN - KHOÉT - DOA 73 7.1 Khoan 73 7.1.1 Khái niệm, đặc điểm 73 7.1.2 Phân loại mũi khoan 73 7.1.3 Cấu tạo thơng số hình học mũi khoan xoắn 75 7.1.4 Chế độ cắt khoan 76 7.1.5 Lực cắt, mô men xoắn công suất cắt khoan 77 7.1.6 Dạng mòn tốc độ cắt cho phép khoan 78 7.2 Khoét doa 79 7.2.1 Khoét 79 7.2.2 Doa 80 7.2.3 Chế độ cắt khoan,khoét doa 82 Chương 8: PHAY 83 8.1 Khái niệm, đặc điểm phay 83 8.2 Phân loại dao phay thơng số hình học dao phay 84 8.2.1 Phân loại dao phay 84 8.2.2 Kết cấu thơng số hình học dao phay trụ 85 8.2.3 Kết cấu thơng số hình học dao phay mặt đầu 86 8.3 Các yếu tố lớp cắt chế độ cắt phay 88 8.3.1 Kích thước lớp cắt phay 88 8.3.2 Chiều dày chiều rộng lớp cắt phay dao phay trụ 89 8.3.3 Sơ đồ phay thuận phay nghịch 90 8.3.4 Chiều dày cắt chiều rộng cắt phay dao phay mặt đầu 91 8.4 Lực cắt phay 91 8.4.1 Lực cắt phay dao phay trụ 91 8.4.2 Lực cắt phay dao phay mặt đầu 92 Chương 9: GIA CÔNG REN 93 9.1 Phân loại ren kết cấu ren 93 9.1.1 Khái niệm phân loại ren 93 9.1.2 Các yếu tố ren 93 9.2 Các phương pháp gia công ren 94 9.2.1 Tiện ren 94 9.2.2 Cắt ren ta rô bàn ren 95 9.2.3 Phay ren 97 9.2.5 Cán ren 98 Chương 10: MÀI 99 10.1 Mài đặc điểm mài 99 10.2 Đá mài thông số đá mài 100 10.2.1 Cấu trúc chung đá mài 100 10.3 Các phương pháp mài 101 10.3.1 Mài trịn ngồi 101 10.3.2 Mài tròn 101 10.3.3 Mài phẳng 102 10.3.4 Mài vô tâm 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO 104 Chương 1: VẬT LIỆU LÀM DAO 1.1 Yêu cầu chung vật liệu dụng cụ cắt Khi cắt, dao làm việc điều kiện nhiệt độ cao, nhiệt độ vùng cắt có làm ành hààng xàu ààn chàt lààng bà màt chi tiàt gia công, ààng thài bàn làm càa giàmdàng tuàicà càt Hình 1.2.Quá trình mài phát sinh nhiệt lớn thể đến 700 + 800°C có đạt đến hàng nghìn độ mài Nhiệt độ vùng cắt cao Điều kiện làm việc dụng cụ cắt khắc nghiệt, dụng cụ cắt phải chịu tải trọng lớn, va đập, rung động , ma sát lớn (hệ số ma sát lên đến 0,4 đến 1) làm cho lưỡi cắt dễ bị mẻ, đặc biệt lưỡi cắt có độ cứng cao dễ bị vỡ q giịn Một số phương pháp gia cơng chuốt, khoan điều kiện phoi khó khăn nên dễ nên dễ gây tượng kẹt dao dẫn đến gẫy dao Như vậy, vật liệu chọn làm dụng cụ cắt gọt phải đảm bảo yêu cầu sau 1.1.1 Độ cứng Muốn cắt kim loại vật liệu làm dao phải có độ cứng cao vật liệu cần gia công Quan sát hình 1.3 để thấy tương quan vật liệu dụng cụ cắt vật liệu gia công 1.1.2 Độ bền học Như biết dụng cụ cắt làm việc điều kiện khắc nghiệt dễ làm lưỡi cắt dễ bị mẻ, vỡ, với lưỡi cắt có độ cứng cao dễ vỡ q giịn Vì vật liệu dụng cụ cắt phải có độ bền học cao, đặc biệt với dụng cụ có tiết diện bé, lưỡi cắt yếu cần phải quan tâm đến độ bền thân dao 1.1.3 Độ bền nóng Trong điều kiện gia công cụ thể như: vật liệu gia công cứng, chiều sâu cắt bước tiến lớn, tốc độ cắt nhanh nhiệt cắt cao, có đến hàng nghìn độ Ở nhiệt độ này, vật liệu dụng cụ cắt thay đổi cấu trúc làm cho độ cứng dụng cụ cắt giảm đi, làm giảm suất gia công, giảm tuổi bền dụng cụ cắt, ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề mặt gia cơng Vì mà vật liệu chọn làm dụng cụ cắt phải đảm bảo độ bền nóng Như vậy, ta hiểu độ bền nóng - tính chất quan trọng vật liệu dụng cụ cắt khả giữ độ cứng cao tính cắt khác nhiệt độ cao thời gian dài 1.1.4 Tính chịu mài mòn Khi dụng cụ cắt làm việc điều kiện nhiệt độ cao, ma sát lớn tất yếu xảy tượng mòn dao Ở điều kiện nhiệt độ bình thường độ cứng vật liệu làm dao cứng tính chịu mài mịn cao Khi độ cứng 60HRC, độ cứng tăng lên đơn vị tính chống mài mịn tăng 25 +• 30% Tuy nhiên, nhiệt độ cắt lên đến 700 +• 800 :c ngun nhân mịn học khơng chủ yếu, nguyên nhân chủ yếu chảy dính, bám dính vật liệu làm dao vật liệu gia công Kết hợp với giảm độ cứng vật liệu làm cho tượng mài mòn xảy khốc liệt phức tạp Bảng 1.1 cho ta biết nhiệt độ chảy dính số cặp vật liệu Bảng 1.1 Nhiệt độ chảy dính số cặp vật liệu Cặp vật liệu Nhiệt độ chảy dính Cácbít Vơnfram - Thép 1100°C Cácbít Titan - Thép 1150 °C Hợp kim Cô ban (5%) - Thép 675 °C Hợp kim Cô ban (20%) - Thép 600 °C Vì vậy, dụng cụ cắt phải có tính chịu mài mịn cao 10 Hình 1.4 Độ cứng, độ bền tính dẻo dai số nhóm vật liệu 1.1.5.Tính cơng nghệ tính kinh tế Những tính chất vật liệu nhằm đảm bảo khả cắt gọt dụng cụ cắt, nhiên chế tạo gặp khó khăn so với vật liệu thơng thường Do đó, u cầu chọn vật liệu dụng cụ cắt phải có tính cơng nghệ tốt Tính cơng nghệ thể qua việc chế tạo dao dễ hay khó Vì mà số vật liệu làm dao có tính cắt tốt sử dụng tính cơng nghệ khơng cao Tùy thuộc vào đặc điểm loại vật liệu mà u cầu tính cơng nghệ khác nhau, chẳng hạn u cầu tính cơng nghệ thép bon dụng cụ là: - Dễ cắt gọt, dễ rèn dập cán - Dễ nhiệt luyện (Khó bị cháy, bon ít, tính tơi độ thấm tơi cao, bị biến dạng vết nứt tế vi ) - Sau nhiệt luyện dễ mài Đối với hợp kim cứng hai yêu cầu khơng cần thiết, tính dễ mài quan trọng khơng có vết nứt 11 - Các sơ đồ cắt tiện ren Hình 9.8 Các sơ đồ cắt tiện ren Các sơ đồ cắt ren khác có ảnh hưởng tới độ xác, độ bóng ren tuổi bền dao khác Với sơ đồ cắt hình 9.8a sau lần chuyển dao, dao tiện dịch chuyển vuông góc với đường tâm chi tiết Cả hai lưỡi cắt tham gia cắt gọt nên lực cắt lớn độ bóng bề mặt ren cao Thường dùng cho ren có bước L Smm Theo sơ đồ hình 9.8b lưỡi cắt bên phải khơng làm việc độ bóng bề mặt ren khơng cao, lưỡi dao chóng mịn Song lưỡi cắt bên trái lại cắt với lớp phoi có chiều dày lớn lực cắt đơn vị giảm, điều kiện phoi tốt Thường áp dụng cho gia cơng thơ ren có bước s >2 mm Sơ đồ hình 9.8c,d kết hợp hai sơ đồ cắt để tận dụng ưu điểm chúng - Chế độ cắt tiện ren Lượng chạy dao ngang Sz : Giá trị Sz định số lần chuyển dao Thường lần cắt Sz lớn, hành trình sau lấy Sz nhỏ để tăng độ bóng ren + Khi cắt thô chọn: Sz = 0,4-0,25 mm + Khi cắt tinh chọn: Sz = 0,15-0,1 mm Tốc độ cắt Trong Ụó: T: Là tuổi bền dao S: Là bước gia công Sz : Lượng chạy dao ngang sau hành trình chạy dao 155 9.2.2 Cắt ren tarơ bàn ren 9.2.2.I Cắt ren tarô Thường dùng để gia cơng lỗ ren có đường kính ren nhỏ M20, thực tay máy với dụng cụ cắt mũi tarô Về phân loại, ta rơ chia làm nhóm: - Tarơ tay: Thường cắt phải sử dụng gồm 2-3 tarô Tarô cắt trước dùng cắt thô đạt 50%, tarô cắt đạt 30% tarơ cuối dùng để cắt hồn tất đạt 20% Như tránh lượng dư gia công lớn, giảm sức lao động, bề mặt ren tốt - Tarơ máy: Chỉ có mũi, xoắn tarơ tay 156 Hình 9.9 Bộ ta rơ tay (a) ta rơ máy (b) Hình 9.10 Các phận yếu tố ta rô Tay quay; Gá lắp mũi tám; Thanh tý Hình 9.11 Sơ đồ cắt ren ta rơ máy Cắt ren máy gá đặt hình 9.11 Vận tốc cắt từ 2-4 m/ph với thép gang, kim loại màu