Giáo trình nguyên lý cắt kim loại

Giáo trình nguyên lý cắt kim loại

Trang 1

BỘ CÔNG THƯƠNG

aa ` TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HƠ CHÍ MINH

Trang 2

LỜI NÓI ĐẦU

Giáo trình này được soạn theo chương trình môn *'Nguyên lý cắt gọt kim loại"

của ngành Chế tạo máy trong các trường đại học kỹ thuật,

Giáo trình này nghiên cứu phương pháp gia công kim loại có phoi như: tiện, phay, khoan, khoét, doa,

Như đã biết quá trình cắt là một quá trình tương đối phức tạp, gồm nhiều yếu tố

đồng thời tác động và nhiều hiện tượng xảy ra Vì thế lý thuyết cắt gọt kim loại có

phoi nghiên cứu các quy luật chung của những yếu tố tác động và những hiện tượng kèm theo đó như sau:

— Quá trình tạo thành phoi

= Lực tác dụng và những ảnh hưởng của nó đến quá trình gia công

— Mai mon xảy ra trong quá trình cắt,

~ Ảnh hưởng của thông số hình học của đao đến quá trình cắt,

- Ảnh hưởng của việc chọn chế độ cắt đến lực cắt, tuổi bền của dao và năng suất cắt, đảm bảo tính kinh tế, giảm giá thành sản phẩm

¬ Ảnh hưởng của từng vật liệu gia công đến quá trình cắt

— Cách lựa chọn vật liệu làm dao cắt thích hợp

Ngoài ra còn có những biện tượng vật lý kèm theo như biến dạng, tỏa nhiệt, biến cứng, lẹo dao, tìm hiểu về bản chất của những hiện tượng đó có một ý nghĩa quan trọng về mặt kinh tế Từ đó chứng ta có thê điều khiển quá trình cắt gọt để đạt năng suất cao, chất lượng tốt khi gia công

Để hoàn thành tập giáo trình này ngoài sự cổ găng của tác giả còn có sự gop y của đồng nghiệp sao cho phù hợp với mục tiêu đào tạo của trường Đại học công nghiệp Tp.HCM

Ngoài giáo trình này, trong quá trình học tập sinh viên còn có thé tham khảo các

tài liệu sau:

Nguyên lý cắt gọt kim loại

+ Nhà xuất bản Đại học và trung học chuyên nghiệp

+ Tác giả: Nguyễn Đuy - Trần Sỹ Túy — Trịnh Văn Tự

Trang 3

~ Bảng tra các hệ số ,

Chắc chắn trong quá trình soạn tác giả không tránh được những thiếu sót Vì vậy

cdc the gid rat mong sự đóng góp tận tình của các thầy cô đồng nghiệp và sinh viên

Tác giả

Trang 4

Chương 1: THƠNG SĨ HÌNH HỌC PHẢN CÁT CỦA DAO 1.1 Khái niệm về quá trình cắt gọt

1.1.1 Khái niệm

Cắt gọt là phương pháp tạo nên những bề mặt mới bằng cách làm biến dạng, sau đó tách ra những lớp vật liệu bề mặt khỏi chỉ tiết gia công để có chỉ tiết đạt hình

dạng, kích thước và độ bóng bề mặt theo yêu cầu

Các dạng, gìa công truyền thống là: tiện, phay, bào, xọc, mài, cà 1.1.2 Chuyến động cắt gọt

Để thực hiện một quá trình cắt nào đó, cần thiết phải có 2 chuyển động: chuyển

động chính và chuyển động chạy dao |

Chuyển động chính là chuyên động tạo ra vận tốc cắt để thực hiện quá trình cắt gọt Chuyển động chính trên máy tiện là chuyển động quay vòng do chỉ tiết gia

công thực hiện

Chuyên động chạy dao là chuyển động đảm bảo cho quá trình cắt được thực hiện liên tục Chuyên động chạy dao trên máy tiện gồm có chuyển dộng chạy dao theo

phương dọc và chuyên động chạy dao theo phương ngang (Hình 1.1)

a)

Hình 1.1 Các chuyển động khi cắt

1.1.3 Các bề mặt trên chỉ tiết gia công

- Bề mặt chưa gia công: Là bề mặt của chỉ tiết gia công mà từ đó cần cắt đi một lớp kim loại

- Bề mặt đã gia công: là bề mặt được hình thành trên chỉ tiết sau khi đã cắt đi một lớp kim loại

- Bề mặt đang gia công: là bề mặt do lưỡi đao trực tiếp tạo thành

1.1.4 Kết cấu của đao

Gồm 2 phân chính: phần cắt và phần cán dao

Trang 5

— Mặt trước (mặt thoát): là bề mặt mà theo đó phoi được thoát ra trong quá trình căt

— Mặt sau chính (mặt sát): là mặt dao đối điện với bề mặt đang gia công của chi tiết

— Mặt sau phụ: là mặt đao đối diện với bề mặt đã gia công của chỉ tiết — Lưỡi cắt chính: là giao tuyến giữa mặt trước và mặt sau chính của dao — Lưỡi cắt phụ: là giao tuyến giữa mặt trước và mặt sau phụ của dao — Mũi dao: là giao điểm của lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ Đầu đao âu đạo Mặt trước Lưỡi cất chính N Lưỡi cất phụ Mũi đao.- Mặt sau chính Mãi sau phụ Hình 1.2 1.1.4.2 Phần thân đao Dùng để gá lắp dao vào bàn máy hoặc trên trục dao Thân dao có thê có tiết diện vuông, trụ tròn, trụ côn, 1.2 Các thông số hình học của đao ở trạng thái tĩnh 1.2.1 Các mặt phẳng tọa độ

- Mặt phẳng cắt gọt: là mặt phẳng tạo thành bởi lưỡi cắt chính và vecto tốc độ cắt v, tại điểm đang xét trên lưỡi cắt chính, còn khi lưỡi cắt chính cong, mặt phẳng

cắt gọt được tạo thành bởi đường tiếp tuyến của lưỡi cắt chính tại diém đang xét và

vecto tốc độ cắt tại chính điểm đó (Hình 1.3)

- Mặt phẳng đáy (mặt phẳng cơ bản): là mặt phẳng vuông góc với vectơ tốc độ cắt v„ (tại điểm đang xét) và do đó mặt phẳng đáy luôn vuông góc với mặt phẳng

cat

Trang 6

— Tiết diện phụ (mặt cắt phụ): là mặt phẳng thẳng góc với hình chiếu của lưỡi

cắt phụ trên mặt phăng đáy Mặt pháng chính Mặt phẳng Bước tiến đọc cất gạt “đã CMS) Bước tiến ngang Mặt phẳng co bin Các mặt phẳng quy ước đửng dé Nghiền cứu hình đáng hình học của dao Hình 1.3

1.2.2 Các thông số hình học của dao ở trạng thái tĩnh

Trạng thái tĩnh hay còn gọi là trạng thái thiết kế Lúc này không kể đến ảnh

hưởng của chuyên động chạy dao vì vậy vectơ tốc độ cắt v có phương trùng với vectơ tốc độ vòng, v,

1.2.2.1 Xét trên tiết diện chính và tiết điện phụ

Trang 7

— Góc trước (y, y¡): (Hình 1.4)

+ Góc trước chính Y là góc tạo bởi mat trude va mat phang, day do trong det dién chinh Góc trước có trị sô dương khi mặt trước thap hon mat day, trị sô âm khi ngược lại và bằng không khi mặt trước trùng với mặt đáy (hình 1.5) Hình 1.5 + Góc trước phụ y¡ là góc tạo bởi mặt trước và mặt phẳng đáy đo trong tiết diện phụ — Góc sau (œ, œ\)

+ Góc sau chính œ là góc hợp bởi mặt sau chính và mặt phẳng cắt gọt khi đo trong tiết điện chính

Góc œ có tác dụng đảm bảo cho phoi thoát ra dễ dàng, tức là giảm sự bién dang

của phoi và giảm ma sát giữa phoi và mặt trước của dao Khi góc trước nhỏ, phoi

thoát ra khó khăn và bị uến cong nhiều làm tăng lực cản cắt gọt

Bảng 1-1: Cách chọn giá trị góc y và œ dựa vào vật liệu gia công Vật liệu gia công y° a? . Nhôm 20 _ ãN Đồng cứng _ 0 5 Thép mém 10-12 8

' Thép cứng vừa và gang mêm 8 12

Gang cung ¬ khung - 9 15

Thép cứng 5 5

+ Góc sau phụ œ; là góc hợp bởi mặt sau chính và mặt phẳng cắt gọt khi đo

trong tiết diện phụ

— Góc sắc (B, 8;)

+ Góc sắc chính B 1a géc duge tao giữa mặt trước và mặt sau chính đo

trong tiết diện chính

+ Góc sắc phụ 1 là góc được tạo giữa mặt trước và mặt sau phụ đo trong

tiết điện phụ

— Góc cắt (6, 5)):

+ Góc cắt chinh 6 la géc duge tạo giữa mặt trước và mặt phẳng cắt gọt đo trong tiết điện chính

Trang 8

œ + /+>y = 90°

ở +ỡ=90?

1.2.2.2 Xét trên mặt đáy

- Góc nghiêng chính @: Là góc hợp giữa hình chiếu của lưỡi cắt chính trên mặt phẳng đáy và phương chạy dao

Khi chiều sâu cắt không thay đổi, nếu ( có giá trị nhỏ thì chiều dài lưỡi cắt trực tiếp tham gia cắt gọt tăng, làm tăng khả năng truyền nhiệt nên làm tăng tuôi bền của đao (Hình 1.6) Ngoài ra góc @ con ảnh hưởng đến độ cứng vững của chỉ tiết gia cong Khi chi tiết có độ cứng vững kém cần chọn BÓC nghiêng @ có giá trị lớn dé giam lực đây chỉ tiết gia công theo phương vuông góc với đường tâm của chỉ tiết gia công, còn chỉ tiết gia công có độ cứng cứng, vững cao thì nên chọn góc nghiêng ( có giá trị nhỏ (Hình 1.7 và 1.8)

Trang 9

Ảnh hưởng của góc lệch chỉnh @ đền lực hướng trục 7, vá lực hướng kinh /2, Hình 1.8 Chiều đài của lưỡi cắt chính trực tiếp tham gia cắt gọt phụ thuộc vào góc nghiêng chính ‹p và chiêu sâu cắt t Bảng 1-2: Quan hệ giữa chiều dài của lưỡi cắt chính và góc ~ Góc Chiêu sâu cắtt(mm) | _ nghigng |] “ZT “3T” 4 |_— § | 6 7 § | chính ? Chiều dài của lưỡi cắt trực tiếp tham gia cắt gọt (mm) 90° | 2 3 4 5 6 7 8 75° 1,1 2,1 3,1 4,2 5,2| 6,2 73 | 8,3 609 | 12| 2,3 3,5 4,7 5.8 7,0] 7 821 9,3 45° 1,4 2,9 4,3 5,7 7,1 | 8,5 J0| — 12 30° 2,0 4,0 6,0 8,0 10 12 14 16

Góc nghiêng phụ @¡: Là góc tạo bởi hình chiếu của lưỡi cắt phụ trên mặt phẳng đáy và phương chạy dao

lac dung chủ yếu của góc nghiêng phụ là giảm ma sát giữa lưỡi cắt phụ với bề mặt đã gia công

- Góc mỗi dao e: Là góc tạo bởi hình chiếu của lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ

trên mặt phăng đáy

1.2.2.3 Góc nâng của lưỡi cắt chính ^

Trang 10

Hình 1.9

+ Khi À = 0: lưỡi cắt chính song song với mặt phẳng đáy (Hình 1.10)

+ Khi À > 0: mũi đao là điểm cao nhất so với tất cả các điểm khác trên lưỡi cắt chính + Khi À < 0: mũi dao là điểm thấp nhất so với tất cả các điểm khác trên lưỡi căt chính Góc nghiêng của lưỡi cất chính 2 Hình 1.10

1.3 Các thông số của đao ở trạng thái động

Trong quá trình cắt, các thông số hình học của đao có thể thay đổi so với các

thông số ở trạng thái tĩnh Sự thay đổi này bắt nguồn từ các nguyên nhân: Khi gá dao không đảm bảo vị trí tương quan với chỉ tiết, gá dao không đúng tâm chỉ tiết, ảnh hưởng của chuyển động chạy đao

1.3.1 Khi gá hướng đao không đảm bảo vị trí tương quan với chỉ tiết

_Xét trường hợp tiện trụ trơn, nếu trục đao được gá không vuông góc với trục chỉ

Trang 11

~=ø+/t — Gá dao nghiêng phải (Hình 1.1 l): Q=-P-#H )_ x ? L4 Hình 1.11 , vs X „=ø-#

—~ Gá dao nghiêng trái, tương tự ta có: oa + fl

1.3.2 Do mii dao gá không ngang tâm máy

Các góc trước y và góc sau œ sẽ thay đổi nếu gá dao không đúng tâm của máy

Khi gá dao lệch so với tâm máy một khoảng h thì mặt phẳng cắt gọt và mặt phăng

Trang 12

Hình 1.12 - Tiện lỗ + Nếu gá dao cao hơn tâm máy (Hình 1.12c) : “are y=}y7-/

+ Nếu gá thấp hơn tâm máy (Hình 1.124): z=a-“ y=Ƒ+/

Trang 13

Nếu kế đến ảnh hưởng của chuyển động chạy dao thì quỹ đạo chuyển động cắt là một đường xoắn ốc (với chuyên động chạy dao doc) hoặc đường xoăn acsimet (với

chuyển động chạy dao ngang), do đó vectơ tốc độ cắt v luc này lệch đi một góc pb so với trạng thái tĩnh (Hình 1.13) Hình 1.13 Œ`= Œ ~ yu y=y+ự Giá trị ¡ được tính theo công thức: ,¿= aver *) = arete{ | ụ Các góc bị thay đổi:

Trong đó: s - Lượng chạy dao (mm/vg) D - Đường kính chi tiêt (mm)

Trang 14

Chuong 2 VAT LIEU LAM DAO

2.1 Nhing yêu cầu co bản của vật liệu làm đao

Năng suất cắt gọt của dụng cụ cắt phụ thuộc rất nhiều vào khả năng bên cắt trong

khoảng thời gian dài của dao Trong quá trình cắt, ngoài việc chịu các điều kiện áp

lực và nhiệt độ cao, vật liệu làm đao còn chịu sự rung động, mài mòn khiến cho

tính cắt gọt của vật liệu làm dao bị giảm Do đó để đảm bảo khả năng làm việc trong khoảng thời gian mong muốn, vật liệu làm đao phải đảm bảo những yêu cầu Sau:

2.1.1 Độ cứng

Muốn cắt được kim loại thì vật liệu làm dao phải cứng hơn hơn vật liệu cần gia

công Thông thường kim loại có độ cứng từ 200 — 240HB, do đó vật liệu làm đao phải có độ cứng lớn hơn 60HRC Khi gia công các loại thép cứng thì độ cứng phải lớn hon 65HRC,

2.1.2 DO bén co hoc

Khi cắt vật liệu, dụng cụ cắt chịu áp lực, xung lực rất lớn, một số dụng cụ cắt có

thể bị vỡ ngay khi làm việc nên vật liệu làm dao phải càng có độ bền cơ học càng

cao thì tính năng sử dụng càng tốt

2.1.3 Tính chịu nóng

Vật liệu cảng bị nung nóng thì độ cứng càng giảm Nếu trong quá trình nung

nóng, vật liệu không bị biến đối về câu trúc kim loại thì sau khi làm nguội độ cứng

của vật liệu sẽ được phục hồi Tính chịu nóng là khả năng giữ được độ cứng cao và các tính năng cắt gọt khác ở nhiệt độ cao trong một thời gian dài 7 2.1.4 Tính chịu mài mòn

Khi độ cứng càng cao thì tính chịu mòn càng tốt Nguyên nhân dao chóng bị mài

mòn là do hiện tượng dính giữa vật liệu làm dao và vật liệu gia công Tính dính được đặc trưng băng nhiệt độ chảy dính giữa hai vật liệu tiếp xúc nhau Vật liệu làm

đao càng tốt thì nhiệt độ chảy dính càng cao

2.1.5 Tính công nghệ

Gồm nhiều mặt: Tính tôi được, độ thấm tơi cao, mức thốt Cacbon khi nhiệt

luyện cao, độ đẻo ở trạng thái nguội và nóng, tính đễ gia công bằng cắt gọt 2.2 Các loại vật liệu làm dao cắt

2.2.1, Thép cacbon dụng cụ

Là thép có hàm lượng %° € từ 0,75 + 1,5%

Ký hiệu CD (tiêu chuẩn Việt nam)

Y (tiêu chuẩn Liên xô)

— Đặc tính

+ Độ cứng sau khi tôi, ram: HRC = 60 +62

Trang 15

+ Độ thấm tôi thấp: do phải tôi trong, nước nên dụng cụ cắt giòn, dễ vỡ

do tính thấm tôi thấp nên phần lõi dẻo.Vì vậy có thể dùng để chế tạo dụng cụ đục,

giũa

+ Tính chịu nóng thấp: độ cứng giảm nhanh khi nhiệt độ tăng

- Công dụng |

+ Ché tao dụng cụ chịu va đập (do có độ dẻo cao): đục, các dụng cụ nguội,

dao, kéo, khuôn dập

+ Chế tạo dụng cụ ít va đập và có độ cứng: mũi khoan, taro, bàn ren, dao

tiện, dao phay

+ Chế tạo dụng cụ có độ cứng và tính mài mòn cao: đao tiện, dụng cụ đo, dụng cụ khắc 2.2.2 Thép hợp kim dụng cụ Thép có %4 € cao và hàm lượng một số nguyên tố hợp kim (0,5+3%) Cae nguyên tố hợp kim có tác dụng: ~ Làm tăng tính chịu nóng — Làm tăng tính thấm tôi

Thép hợp kim được phân loại thành 4 nhóm:

— Nhóm I: % hợp kim ít hơn 1%, chủ yếu là Crôm Tính chất cơ bản giống

thép dụng cụ

— Nhóm II: % Crôm từ 1+1,5% Si và Cr trong thép làm tăng nhanh độ thấm

tôi Có 2 loại mác thép:

Thép X: Chịu nhiệt đến 220°C

Thép 9XC: Chịu nhiệt đến 330°C Tính mài thấp hơn thép X, dùng làm những

dụng cụ có độ chính xác cao như mũi doa, tarô, dụng cụ đo,

5 Nhóm III: Độ cứng rất cao do chứa nhiều Cacbic vonfram nhé min, độ thắm tôi thâp

Tôi trong đầu: HIRC = 64 — 65

Tôi trong nước: HIRC = 67 — 68

Dùng để làm dụng cụ gia công vật liệu rất cứng hoặc cần có lưỡi cắt sắc trong

thời gian dài

2.2.3 Thép gió

~ Được sử dụng rộng rãi nhất

= Trong thép gió, hàm lượng vonfram cao (tir 9% - 18%) — Ký hiệu P9, PI0, , P18 (ký hiệu Liên xô)

~ Thép gió cắt lâu mòn, ít gỉ nên có thể cắt ở tốc độ cao,

Trang 16

Bảng 2-1 : Vận tốc cắt của một số loại thép gió

Vật liệu gia công Vật liệu làm dao

'Thép gió Thép gió Thép gió tôt Hop kim thường trung bình cứng Thép mêm 26 33 40 200 Thép bán cứng 17 22 27 150 Thép cứng _ 10 13 16 120 Gang xám 17 22 27 100 Gang trang 8 12 14 60_ _| Đông thau 35 45 55 200 Nhôm 60 80 100 200 2.2.4 Hợp kim cứng Hợp kim cứng được chế tạo bằng phương pháp luyện kim bột (không qua nóng chảy)

Hop kim cứng có thê làm việc ở nhiệt độ từ 800 — 1000°C với tốc độ cắt cao

Thành phần chủ yếu là Cacbit vonftam (WC), Cacbit titan (TiC), Cacbit tangtan (TaC) dang hat min

Có 3 nhóm hợp kim cứng:

= Nhóm | Cacbic (Cacbic vonfam): ký hiệu BK Thành phần gồm Cacbic

Vonfram + Coban Dùng để gia công gang và kim loại màu

— Nhém 2 Cacbic (Cacbic vonfram + Cacbic titan): ky hiéu T K (WC + TiC + Co) Số sau chữ T chỉ lượng TiC, sé sau chit K chỉ lượng Coban

Vi du: T30K4 (30%TIC, 4%Co, 66%WC)

Độ cứng cao hơn BK và có tính chịu nóng cao, dùng gia công thép

Nhóm 3 Cacbic (Cacbic vonfram, Cacbic Tian, Cacbic Tăngtan) Gồm WC +

TiC + Tac + Co Ky hiéu TT K

Chỉ số sau TT chỉ lượng Tic + TaC, chữ số sau K chỉ lượng Co

Ví dụ: TT7K12 (7% TÍC + TaC, 12% Co, 81% WC)

Có độ bền cao, tính chóng mòn cao Thường dùng gia công các vật liệu có độ

cứng và độ bền cao

2.2.5 Vật liệu sứ (thành phần Al;O:)

Có tính chất cắt tốt, tính chịu nóng, tính chịu mòn cao Do độ bền uốn thấp nên

vật liệu sứ chỉ được sử dụng để gia công ban tinh và gia công tinh khi không có va

chạm và rung động

2.2.6 Vật liệu tông hợp

Kim cương nhân tạo: dùng để chế tạo đá mài Dao tiện kim cương dùng dé gia

công tỉnh hợp kim cứng kim loại màu ở tốc độ cắt cao Tính chịu nóng kém (800 —

1000°C)

Nitric Bo lap phương: tính năng tương tự như kim cương nhưng nhiệt độ làm việc đên 2000°C Được dùng chế tạo đá mài

Trang 17

Bảng 2-2: Tính năng cắt gọt của một số loại vật của dao Vật liệu làm đao Tốc độ cắt Nhiệt độ giới Độ v(m/ph) han (°C) cứng (HRC) Thép cacbon dụng cụ 5 200-300 60 _ Thép hợp kim dụng cụ 8 _| _ 300-500 60 Thép gió thường 12 300-500 60 ~ Thép gió trung bình 15-20 500-600 60-64 | Thép gid tot (Co&WC) 20-30 600-650 | 60-64 | Hop kim cimg WC 200 1000-1200 $1 Hop kim cimgWC&TiC 300 1000-1200 91-92

Gôm 300-500 _ 1500 92-94

Trang 18

Chương 3: CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH CẮT GỌT

3.1, Biến dạng của kim loại

Biến dạng là quá trình thay đổi hình dạng của lớp kim loại đưới tác dụng của các hiện tượng vật lý từ bên ngoài

Bin dann”

Hình 3.1 Biểu đồ kéo kim loại

3.1.1 Biến dạng đàn hồi

Dưới tác dụng của tải trọng, một vật sẽ bị biến dạng Nếu đỡ bỏ tải trọng mà hình

dạng ban đầu được phục hôi thì biến dạng này gọi là biến đạng đàn hồi Biến dạng đàn hồi ứng với đoạn ÓP (Hình 3.1)

3.1.2 Biến dạng dẻo

Nếu đỡ bỏ tải trọng mà hình dạng ban đầu vẫn bị thay đổi, biến đạng chỉ được

phục hồi một phần thì ta gọi biến dạng này là biến dạng đẻo, tức là kim loại không

trở về theo đường biến đạng ban đầu OP mà theo đường aa” song song với ỐP Kết

quả mẫu bị kéo đài thêm mốt đoạn Oa',

Sau khi vật bị biến dạng dẻo, cơ tính của kim loại bị thay đổi Độ bền và độ cứng, tăng lên, còn độ dẻo và độ dai lại giảm đi

3.1.3 Biến dạng vĩnh cửu (biến dạng phá hủy)

Là quá trình làm đứt liên kết giữa các liên kết trong mạng khiến cho các phần

kim loại bị rời ra nhau 3.2 Quá trình tạo phoi

3.2.1 Quá trình cắt kim loại và việc tạo phoi

Thực chất quá trình cắt gọt kim loại là quá trình lấy đi khỏi bề mặt chỉ tiết gia

công một lớp kim loại để tạo thành một chỉ tiết có hình dạng, kích thước và chất

lượng bề mặt mong muốn Lớp kim loại được lấy khỏi bề mặt chỉ tiết gia công được

gọi là phoi —, ¬

Đề có thể cắt được, lực tác dụng vào chỉ tiết cần phải đủ lớn để tạo ra trong lớp

kim loại bị cắt một ứng suất lớn hơn sức bền của vật liệu gia công

Trang 19

Khi cắt, dưới tác dụng của lực P, phần vật liệu gia công theo mặt trước bị nén lại Vật `" phát sinh ra biển dạng đàn hồi, sau đó dao tiếp tục ăn sâu vào thì biến dạng đàn hôi nhanh chóng trở thành biến dạng dẻo và tiếp theo hình thành một lớp kim

loại bị tách ra Các phần tử này dịch chuyển lên trên mặt trước của dao, bị mặt trước

của đao chèn ép, ma sát do đó tiếp tục bị biến dạng Kết quả của sự chèn ép này là các hạt kim loại ở vùng tiếp xúc bị ép đài ra khi tạo thành phoi (Hình 3.2)

Quá trình tạo phoi

I)Phới; 2)Cức phần tử cửa phoi; 3)Dao |

Hình 3.2 3.2.2 Cac dang phoi

Phoi là lớp kim loại bị biến dạng và bị tách ra khỏi chỉ tiết gia công Người ta

phân bát các đạng phoi như: phoi xếp, phoi bậc, phoi xoăn, phoi dãi, phoi vụn Tuy

nhiên đề đơn giản hơn ta xét ba dạng phoi cơ bản sau:

3.2.2.1 Phoi xếp

Phoi thu được khi gia công vật liệu dẻo (đồng thau, thép .) ở tốc độ cắt thấp,

chiều đầy cắt lớn và góc cắt của dao có giá trị tương đối lớn Phoi xếp chịu biên dạng rất lớn do đó vật liệu gia công bị mắt tính dẻo và hóa bên Phoi xếp thu được khi gia công thép có độ cứng cao hơn độ cứng của vật liệu gia công từ 2 — 3 lân

(Hình 3.3a) 3.2.2.2 Phoi dây

Phoi thu được khi gia công vật liệu đẻo với tốc độ cắt cao, chiêu dây cắt bé Phoi kéo dài liên tục, mặt kề với mặt trước của dao rất bóng còn mặt kia thì hơi bị gon Mức độ biến dạng dẻo khi tạo thành phoi dây ít hơn so với khi hình thành phoi xếp 3.2.2.3 Phoi vụn

Phoi vụn thu được khi gia công vật liệu giòn (gang, đồng thau cứng .)(Hình

3,3©)

Trang 20

Các loại phoi tiện:

a)Phoi xếp; b)Phoi bậc; c)Phoi dây xoắn

đ)Phoi đây hình đải; e)Phoi vụn

Hình 3.3

3.3 Độ bóng bề mặt

3.3.1 Khái niệm

Chất lượng của chỉ tiết được đánh giá qua những tiêu chuẩn về:

— Hình dang hình học thực tế của bề mặt gia công

—= Độ chính xác kích thước

—_ Các đặc tính cơ lý của lớp bề mặt

3.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhấp nhô bề mặt

3.3.2.1 Ảnh hưởng của thông số hình học của dao :

- Anh hưởng của góc sau œ: tăng góc sau œ thì độ nhấp nhô giảm vì diện tích tiếp xúc giữa dao và chỉ tiết giảm nên ma sát giảm

— Ảnh hưởng của góc cắt ỗ: giảm góc cắt ồ thì điều kiện thoát phoi khi cắt tốt hơn, phoi ít bị biển dạng nên chiều cao nhấp nhô giảm

— Ảnh hưởng của các góc nghiêng chính ọ, nghiêng phụ @¡ cũng như bán kính mũi dao r: Góc (, @¡ càng giảm hoặc r càng lớn thì chiều cao nhấp nhô bể mặt do ảnh hưởng của bình đáng dao để lại giảm Tuy nhiên góc càng nhỏ hay r càng lớn

thì dễ gây ra rung động trong quá trình cắt, do thành phần lực đẩy chỉ tiết gia công

theo phương vuông góc với đường tâm chỉ tiết gia công càng lớn, nên độ bóng càng giảm

3.3.2.2 Ảnh hướng của vật liệu gia công

— Khi cắt thép, chiều cao độ nhấp nhô trung bình R„ được tính theo công thức:

0,21,s*97

R= ng (aan)

Trang 21

— Khi cắt gang, chiều cao độ nhấp nhô trung bình r„ được tính theo công thức: it

= 9:89:5"" (an), r - Bán kính mũi dao (mm) ;

— Vat ligu cang déo thi bién dạng càng lớn nên độ nhấp nhô lớn và ngược lại

3.3.2.3 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội | Trong quá trình cắt, nếu có tưới dung dịch trơn nguội thì độ bóng tăng do ma sát,

biến dạng giảm Mặc khác nếu chọn dung dịch trơn nguội thích hợp, trong cùng một

điều kiện gia công thì độ bóng có thể nâng lên được một cấp so với điều kiện không

dùng dung dịch trơn nguội 7

3.3.2.4 Ảnh hưởng cũa chế độ cắt

- Vận tốc cắt

Là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất trong các yếu tố của chế độ cắt đến độ nhấp nhô

Khi tốc độ cắt tăng thì biến dạng dẻo giảm nên dẫn đến độ bóng tăng lên Khi cắt vật liệu giòn ở tốc độ cắt thấp thì độ bóng bề mặt không cao Ở tốc độ cao thì độ

bóng bề mặt tăng lên nhiều — Chiều sâu cắt

Chiều sâu càng nhỏ thi chiều cao nhấp nhô càng nhỏ vì lực cắt nhỏ Tuy nhiên chiều sâu cắt quá nhỏ có thể bị cào xước bề mặt vì dao không cắt được mà chỉ trượt

trên bể mặt

— Lượng chạy dao

Lượng chạy dao càng nhỏ thì chiều cao nhấp nhô bề mặt do ảnh hưởng của hình đáng đao để lại giảm

3.4 Hiện tượng hoá cứng bề mặt gia công (hiện tượng cứng nguội) 3.4.1 Mô tả hiện tượng

Sau khi gia công, do kết quả lan truyền của biến dạng đẻo nên lớp kim loại bề

mặt của chỉ tiết có độ cứng cao hơn phân bên trong chí tiết Ta gọi bề mặt kim loại

bị hố cứng

Ngồi ra khi gia công, lớp bề mặt kim loại còn bị biến dạng phụ do ma sát trượt

với các phần tử phoi và với mặt sau của dao Ở những điểm càng xa bề mặt cắt thì độ cứng càng thập, vì vậy bề mặt gia công có tính chất cơ lý thay đổi

Mức độ hoá cứng: là tỉ số giữa độ gia tăng độ cứng trên bề mặt đã gia công với

Trang 22

Hình 3.4 3.4.2 Nguyên nhân hóa cứng

Do dao không nhọn như lý tưởng mà luôn có bán kính cong nhất định Khi bắt đầu cắt, sự tiếp xúc bắt đầu từ điểm A Dao càng đi sâu vào chỉ tiết thì điểm có ứng, suất lớn nhất càng hạ thấp và khi quá, trình cắt đã ổn định thì chiếm vị trí B Do đó chỉ có lớp kim loại có chiều dày a” nằm trên đường BC bị cắt thành phoi Lớp kim loại nằm đưới đường BC không được cắt mà bị nén, do đó chịu biến dạng đàn hỏi,

biến đạng dẻo và sau gia công nó bị cứng nguội (Hình 3.4)

Khi mũi đao đi qua, lớp bê mặt do sự đàn hồi được nâng lên được chiều cao h, do

đó gây nên một áp lực pháp tuyển \ và ma sát với mặt sau của dao Kết quả lớp mỏng

kim loại bi biên đạng thêm Nêu bán kính dao càng lớn, ma sát càng lớn mà mức độ biến dang bé mat cang tang

Két quả của cứng nguội là các tinh thé kim loại bị nát vụn khiến cho lớp bề mặt trở nên bền và cứng hơn

3.4.3 Chiều sâu hoá cứng: a

La chiéu sâu của lớp kim loại trên mặt đã gia công có độ cứng lớn hơn độ cứng ở sâu trong vật cắt

Trong những điều kiện gia công bình thường, khi gia công thép kết cấu có độ cứng trung bình, chiều sâu lớp cứng vào khoảng:

~ Khi gia công thô bằng dao thép tiện: 0,4 — 0,5 mm ~ Khi gia công tỉnh: 0,07 — 0,08 mm

— Khi mài: 0,04 ~ 0,06 mm — Khi đánh bóng: 0,02 — 0,04mm

3.4.4 Đặc điểm lớp cứng nguội và các nhân tố ãnh hưởng đến lớp cứng nguội Bề mặt chỉ tiết đã được gia công xong nếu như không có khuyết tật gì thì hiện

tượng cứng nguội có tác dụng tốt

Mặt khác hiện tượng cứng nguội gây khó khăn cho nguyên công gia công tỉnh

lần sau

Tính chất vật liệu gia công, chế độ cắt, hình dạng hình học của đao và các thông,

số cắt khác đều ảnh hưởng đên mức độ và chiều sâu cứng nguội theo cùng quy luật

như khi ảnh hưởng đên biên dạng dẻo

Sự mài mòn của đao có ảnh hưởng lớn nhất đến cứng nguội Dao càng bị mòn thì bản kính cong của lưỡi cắt càng tăng, do đó biến đạng dẻo càng tăng khiến cho mức độ và chiều sâu cứng nguội càng lớn

Trang 23

3.5 Hiện tượng phoi bám (lẹo dao)

3.5.1 Mô tả hiện tượng

Trong quá trình cắt kim loại đẻo, nhiều khi xảy ra hiện tượng đáng chú ý, đó là ở

mặt trước gần với lưỡi cắt chính xuất hiện một lớp kim loại rất cứng bám chặt vào

mỗi dao Tại đó miếng kim loại rất cứng có thể đóng vai trò là lưỡi cắt chính để

tham gia cắt gọt (Hình 3.5a)

Đứng về mặt tổ chức và tính chất của lớp kim loại này không có gì giống vật liệu làm dao cắt, đồng thời cũng khác vật liệu gia công Trong quá trình cắt, nó cũng không phải cố định mà có lúc xuất hiện có lúc mắt đi, có lúc cao, có lúc thắp, Tân số xuất hiện lẹo dao có thể lên đến 100 lần trong một giây Miếng kim loại này gọi là phoi bám (hay còn gọi là lẹo dao) Vì biến dạng rất lớn nên độ cứng của phoi bám

lớn hơn độ cứng của vật liệu gia công từ 2,5 đến 3,5 lần, do đó có thể đóng vai trò là lưỡi cắt chính để tham gia cắt gọt

Hiện tượng lẹo dao thường có 2 loại: - Lẹo đao én định:

Dang leo dao nay nam dọc theo lưỡi cắt trong suốt quá trình cắt Loại này gồm có số lớp gần như song song với mặt trước của đao và thường xuất hiện khi cắt thép với chiều dày cắt a nhỏ,

~ Lẹo dao chu kỳ: gồm 2 phan

+ Phần nền: nằm sát với mặt trước của dao, về cơ bản là lẹo dao ổn định + Phân sinh ra: lớn lên và mắt di theo chu ky, phần này nằm trên phần nên,

3.5.2 Nguyên nhân phoi bám

Trong quá trình cắt, lớp dưới cùng của phoi ở sát mép mũi dao khơng kịp thốt ra ngoài mà dính chặt vào mũi dao Đó là do ma sát giữa nó với mặt trước của dao lớn hơn sức liên kết của nó với các lớp kim loại khác Dưới điều kiện áp suất và nhiệt

độ cao, lớp kim loại đừng lại này dần dần trở nên cứng lên rất nhiều, đó cũng là lúc

bắt đầu hình thành phoi bám Quá trình này diễn ra liên tục, cho đến khi chiều cao phoi bám h đạt đến mức độ nào đó thì nó trở nên kém vững và bị phoi cuộn mắt đi Một quá trình hình thành phoi bám khác lại bắt đầu theo chu kỳ cũ (Hình 3.5a) 3.5.3 Ảnh hưởng của các yếu tố đến độ cao, hình dáng và tính ỗn định của lẹo dao

— Ảnh hưởng của tốc độ cắt

Mối quan hệ giữa tốc độ cắt và chiều cao lẹo dao được thể hiện ở hình 3.5b

Trang 24

a} Lod a, Chaos hn pen, et “ 1 NM HM HM 80 6 7 82 —*> Tác độ cẩi v, mựpkrit - ,„_ Hình3.5 „

Khi gia công với tộc độ cắt thấp (0,7 m/ph) tại vùng I, nhiệt độ vùng cắt không

đủ thiêu kết và tôi cứng lớp kim loại bám trên mặt trước Mặt khác phoi cắt ra thường ở dạng phoi vụn nên hiện tượng lẹo đao không xuất hiện (inh 3.5c) „

Khi cắt ở tốc độ cắt tại vùng II sẽ hình thành phoi dây, lẹo dao bắt đầu xuất hiện Trong khu vực này nêu tăng tốc độ cắt thì chiều cao lẹo dao tăng lên Giới hạn trên của vùng II là tộc độ cắt ứng với chiều cao lẹo dao lớn nhật |

_ Khi cat ở tôc độ cắt tại khu vực II thì chiều cao lẹo dao sẽ giảm dần khi tốc độ cát tăng lên Giới hạn trên của ving nay là tốc độ cắt vy= 80 m/ph ứng với thời điểm

không còn lẹo dao

~ Ảnh hướng của chiều dầy cắt a -

Chiều đầy cắt càng lớn thì tốc độ để hình thành lẹo dao càng thấp và chiều cao

lẹo đao càng cao (Hình 3.6) H, a MS AGC Asay <adsca, KX Chiéu cae les das “Ss Té6ed§ hình thì nhicc da v Hinh 3.6

~ Anh hung cha góc trước `

Khi tăng góc trước, tốc độ để hình thành lẹo dao cảng cao và chiêu cao lẹo dao càng thấp (Hình 3.7)

Trang 25

H TY, > 3a >Yš >, >¥s5> Ye œ Chiểu cao leo đáo Tốc đệ hình thể th lẹo dao V Hình 3.7

— Ảnh hưởng của vật liệu gia công

Vật liệu gia công dẻo khi cắt dễ hình thành lẹo dao hơn vật liệu giòn, vật liệu A dẻo hơn vật liệu B (Hình 3.8) HA 1 | 1 0 Tốc độ bình tảnhieodao + Chiểu cao lẹc dao > Hình 3.8 3.5.4 Lợi ích và tác hại cúa lẹo đao

— Khi gia công thô: phoi bám có tác dụng che chở cho lưỡi đao, dao lâu n mòn Mặt khác góc thoát y ở chỗ có phoi bám lớn hơn nên làm thoát phoi dé dang hon Như vậy phoi bám có tác dụng tốt

~ Khi gia công tỉnh: phoi bám lúc xuất hiện, lúc mất đi làm cho bề mặt gia công trở nên xù xì Trường hợp này phoi bám có hại

~ Mặt khác sự xuất hiện va mat đi của lẹo dao làm cho góc cắt của dao trong quá trình cắt luôn luôn thay đổi dẫn đến lực cắt cũng thay đổi tạo ra rung động trong

quá trình cắt làm ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt g1a công

3.5.5 Các biện pháp hạn chế lẹo dao

~ Chon tốc độ cắt thích hợp, nên tránh vùng tốc độ cắt thường gây ra lẹo dao

v= 7+80m/ ph

— Mai bóng mặt trước của đao tiện để hạn chế ma sát với phoi

— Có thê tăng góc trước — Dùng dung địch trơn nguội

3.6 Sự co rút phoi va các yếu tố ảnh hướng

3.6.1 Su co rut phoi

Khi cắt lớp kim loại bị biến dạng và tạo thành phoi Quan sát mẫu phoi, ta thấy

hình dáng của nó thay đổi

Trang 26

Chiều dài phoi ngắn lại (L¿<L) và chiều dầy của phoi a; lớn hơn chiều day a

Hiện tượng này gọi là hiện tượng co rút phoi (Hình 3.9)

Nếu chiều dài của phoi nhỏ hơn chiêu dài lớp cắt, người ta gọi nó là hiện tượng, co phoi theo chiêu dai

Khi chiều dài của phoi rút ngắn, chiều dây của phoi sẽ tăng lên so với chiều dầy

lớp cắt thì đó là hiện tượng co phoi theo chiều ngang Hình 3.9 Người ta biểu thị k là hệ số co phoi: Keb ate Ly oa

L: la chiều đài của mặt đã gia công, Le la chiều đài của phoi đã cắt ra

Hệ số k luôn luôn lớn hơn 1 (k = 1,1 - 10)

Căn cứ vào hệ số k ta biết được sức bền cắt của kìm loại gia công

3.6.2 Các yếu tổ ảnh hưởng đến hệ số co rút phoi ,

Hệ số phoi càng lớn thì phoi biến dạng càng nhiều và ngược lại Các nhân tố có

liên quan đến biến dạng và ma sát trong quá trình cắt ít nhiều ảnh hưởng đến sự biến dạng của phoi Khi cắt biến dạng càng nhiều, năng lượng tiêu hao càng lớn Do đó việc nghiên cứu biến dạng phoi có ý nghĩa rất thực tế

Ảnh hưởng vật liệu gia công,

Tính chất của vật liệu gia công có ảnh hưởng lớn đến hệ số co rút phoi Khi giữ

nguyên các điều kiện cắt, vật liệu càng đẻo biến dạng càng nhiều, thì hệ số co rút

phoi càng lớn

~ Ảnh hưởng của thông số hình học của dao

+ Ảnh hưởng của góc trước : góc trước càng lớn thì phoi thoát càng dễ,

biến dạng giảm

~ Ảnh hưởng của góc nghiêng chính œp

Khi r = 0, góc @ càng lớn thì hệ số co rút phoi càng giảm, vì khi @ ting thì chiều day cắt sẽ tăng, do đó phoi càng dầy càng khó biến dạng Nếu r # Ö, khi @ thay đổi

thì hệ số co rút phoi phức tạp Tăng @œ thì chiều dầy cắt tăng, hệ số co rút phoi giảm Khi ø>60° +70° thì hệ số co rút phoi tăng lên vì chiều dầy phần cong của lưỡi cắt

làm việc tăng lên

Trang 27

— Ảnh hưởng của chế độ cắt + Tốc độ cắt Raa 0 0 VỊ VỊ Vị (mg a) Hinh 3.10 Quan sát trên hình vẽ ta thấy:

Khi tốc độ cắt đến một giá trị nào đó thì xuất hiện phoi bám, lúc này góc cắt giảm do đó hệ 36 co rút phoi giảm (đoạn AB) (Hình 3.10a)

Tiếp tục tăng tốc độ cắt, chiều cao của phoi bám giảm làm cho góc cắt tăng lên khiến cho hệ số co rút phoi tăng lên (đoạn BC) Ta tiêp tục tăng tốc độ cắt lên nữa, vượt qua khu vực hình thành phoi bám thì hệ số co rút phoi lại giảm đi (đoạn CD)

vì lúc này hệ sô ma sát giữa phoi và mặt trước giảm đi

Trên hình 3.10b cho ta quan hệ giữa tốc độ cắt và hệ số ma sát Điểm A trên hình này tương đương điểm C & hinh 3.10a

Khi tăng tốc độ cắt, chiều tiếp xúc giữa phoi và mặt trước của đao giảm đi, do đó

làm giảm ma sát và giảm sự co rút phoi

Khi tốc độ cắt đạt giá trị 200 — 300 (m/ph), hệ số co rút phoi hầu như không thay đổi

+ Ảnh hưởng của chiều dầy cắt

Khi chiều đầy cắt tăng lên thì hệ số co rút phoi giảm đi Vì do sự biến dạng của

phoi dọc theo chiều đầy không đồng đều Lớp phoi càng gần mặt trước của dao

càng chịu biến dạng lớn

+ Chiều sâu cắt có ảnh hưởng không đáng kể đến sự co rút phoi

-— Dung dịch tưới nguội có tác dụng làm giảm ma sát, biến dạng khi cắt, do đó

làm giảm sự co rut phoi

3.7 Hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt gọt

3.7.1 Mô tả hiện tượng nhiệt

Trong quá trình gia công cắt gọt, các tỉnh thể kim loại bị biến dạng Biến dạng tinh thể bắt nguồn do sự lệch và trượt của các lớp tính thê, sự trượt này phát sinh ra

ma sát tạo thành nhiệt Ngoài ra giữa phoi và dao, giữa dao và chỉ tiết gia công cũng

có ma sát phát sinh ra nhiệt lượng

Như vậy nhiệt lượng Q phát sỉnh ra trong quá trình cắt là kết quả của:

- Công nội ma sát giữa các phần tử của vật liệu gia công trong quá trình biến

dạng (Q1)

— Công ngoại ma sát giữa phoi và mặt trước của dao (Q2)

~ Công ngoại ma sát giữa bề mặt chỉ tiết gia công và mặt sau của đao (Q3)

Trang 28

— Công đứt phoi (Q4) (tạo nên những mặt mới) Q=Q¡+Q;+Q; + Qa Khi cắt có ba khu vực phát sinh nhiệt chính (Hinh 3.11) Hình 3.11 3.7.2 Sự truyền nhiệt

Muốn điều khiển được quá trình cắt, điều quan trọng không chỉ là biết được lượng nhiệt sinh ra mà là nhiệt độ thực sự trên đao, phoi và chỉ tiệt Đáng chú ý nhất là nhiệt độ ở đao vì nó có thể làm cho dao mắt độ cứng và mài mòn nhanh

Nhiệt sinh ra trong quá trình cắt được truyền vào dao, chỉ tiết, phoi và không khí

Q = Qaao + Qeni tide + Qphoi + Qk

Két qua thực nghiệm cho thấy toàn bộ nhiệt lượng Q phát sinh truyền vào phoi — đao — chỉ tiết và một phần toa ra ngoai không khí Trong đó:

+ Nhiệt truyền vào phoi chiếm 60 — 80%

+ Nhiệt truyền vào đao chiếm 10 — 40%

+ Nhiệt truyền vào chỉ tiết chiếm 3 — 9%

+ Nhiệt tỏa ra ngồi khơng khí từ 1 — 3,5%

Bảng 3-1: Thực nghiệm lượng nhiệt phân bố khi gia công ở khoảng tốc độ khác nhau

Vật liệu gia Toc độ cắt Lượng nhiệt %

công (m/ph) Phoi Chỉ tiết Dao Thép 40X 20-50 45 47 4,5 100-350 75 22 1,6 Thép chịu 3-15 25 45 30 nong 12-25 45 35 20

Qua bang thuc nghiệm về nhiệt cắt ta thấy rằng nguồn nhiệt truyền vào từng

vùng còn phụ thuộc vào vận tốc cắt Khi tăng toc d6 cat, lugng nhiét truyén vao dao

giam điều đó có thể giải thích bằng sự chậm trễ của tốc độ truyền nhiệt so với tốc

độ chuyển động của phoi Hay nói cách khác vì thời gian để thoát phoi rất ngắn nên

nhiệt chưa kịp truyền sang đao

Trong đó nhiệt truyền vào dao gây tác hại hơn cả, vì nó làm dao nóng lên ảnh hưởng đến sự mài mòn, tuổi bền của dao và chất lượng bề mặt gia công

Trang 29

3.7.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt cắt — Ảnh hưởng của chế độ cắt

+ Anh hưởng của tốc độ cắt

Khi tăng tốc độ cắt, nhiệt cắt sinh ra do biến dạng kim loại giảm, nhưng nhiệt cắt do ma sát tăng lên kết quả là nhiệt cắt tăng nhưng tăng với mức độ chậm hơn tốc độ

cắt

+ Lượng chạy dao

Khi tăng, lượng chạy đao, áp lực của ,phoi lên dao tăng Tuy nhiên do tăng lượn chạy dao nên hệ số co rút phoi giảm, tổng công biến dạng tính cho một đơn vị thê tích giảm Mặc khác do tăng lượng chạy đao, chiều dày phoi lớn nên điều kiện truyền nhiệt tốt hơn đồng thời diện tích tiép xúc giữa dao và phoi mở rộng hơn nên

nhiệt cắt tăng lên nhưng không tý lệ thuận

Khi tăng lượng chạy đao thì tiết điện lớp cắt tăng lên, sự biến dạng tống cộng của

các tinh thê nhiều nên nhiệt lượng sinh ra sẽ tăng lên và nhiệt độ của dao cũng tăng

lên

+ Chiêu sâu cắt t:

Ảnh hưởng ít hơn so với lượng chạy dao Chiều sâu cắt tăng làm cho tiết diện lớp cắt tăng lên, sự biến dạng tổng cộng của các tỉnh thể nhiều hơn, nên nhiệt lượng sinh ra tăng lên và nhiệt độ dao cũng tăng, tuy nhiên nhiệt độ tăng chậm vì diện tích tiếp xúc giữa dao và chị tiết tăng lên làm một phần nhiệt tản sang chỉ tiết, do đó làm

giảm bớt một phần nhiệt lượng

- Ảnh hưởng của vật liệu gia công

Vật liệu gia công có ảnh hưởng lớn đến nhiệt cắt Khi cắt vật liệu giòn (gang, đồng thau cứng ) do công biến dạng bé và lực cắt đơn vị không đáng kê nên nhiệt cắt thấp hơn khi cắt vật liệu dẻo

Khi cắt thép chịu nóng, do tính dẫn nhiệt của chúng kém nên nhiệt cắt cao hon

khi cắt thép khoảng 2 — 3 lần Ngược lại khi cắt kim loại màu, nhiệt cắt thấp đó là

một phần vì tải trọng cắt bé, mặt khác do độ dẫn nhiệt của kim loại mắu lớn — Anh hướng của vật liệu làm dao

Có ảnh hưởng lớn đến nhiệt cắt Vật liệu làm dao nào có tính dẫn nhiệt tốt thì khi cắt nhiệt cắt sẽ thấp

- Thông số hình học của đao

Kích thước thân dao càng lớn thì điều kiện truyền nhiệt càng tốt

Khi tăng góc cắt õ sẽ làm tăng lực cắt nên dẫn đến nhiệt cắt tăng lên Tuy nhiên

do tăng góc cắt ö nên góc sắc B lớn, điều kiện truyền nhiệt tốt hơn làm nhiệt độ giảm một phan Do đó nhiệt cắt tăng nhưng không tăng tỉ lệ thuận với góc cat 8

Khi giảm góc ọ thì chiều dài lưỡi cắt tham gia cắt tăng, nên điều kiện truyền nhiệt tốt hơn do đó làm giảm nhiệt cắt

- Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội

Có ảnh hướng rõ rệt đến nhiệt cắt Khi dùng dung dịch trơn nguội, nhiệt cắt giảm nhanh vì dụng dịch trơn nguội ngoài tác dụng làm nguội còn có tác dụng bôi trơn làm giảm ma sát và giảm biến dạng trong quá trình cắt

Thực nghiệm cho thấy: Nếu dung dịch trơn nguội ở 20 °C thi lam giam được nhiệt cat khoảng 150°C so với không tưới Còn nêu dung dịch trơn nguội lạnh xuống ở

2°C thì làm giảm được nhiệt cắt khoảng 220C so với không tưới

Trang 30

3.8 Sự mài mòn của dao

Mài mòn dụng cụ cắt là một quá trình phức tạp xây ra kèm theo các hiện tượng hoá lý ở nơi tiếp xúc của dụng cụ cắt, phoi và vật liệu gia công

, Sự mài mòn của đao cắt xây ra khốc liệt hơn nhiều so với sự mài mòn của các chỉ

tiết máy Khi cắt, áp lực lên dao lớn hơn áp lực lên các chỉ tiết máy từ 300 — 400

lần, nhiệt độ cắt cao hơn nhiệt độ làm việc của chỉ tiết máy từ 15 — 20 lần

3.8.1 Hiện tượng mòn dao

Trong quá trình cắt kim loại, dao luôn bị mài mòn, mức độ mòn nhanh hay chậm tùy thuộc vào điều kiện cắt Có thể nhận biết được hiện tượng mòn dao qua những dâu hiệu sau:

~ Bé mt gia công có nhiều vết gợn, xước, độ bóng giảm

— Lưỡi đao bị sứt mẻ, trầy mép hay cháy tím

— Màu phoi thay đổi

— Bàn máy, đồ gá rung khác thường

~ Kích thước thực tế trên chỉ tiết gia công bị thay đổi

3.8.2 Các vùng bị mài mòn dao — Các giai đoạn mài mòn: (Hình 3.12)

BS mon

ae ;

a.) l Thời gian

Hình 3.12 Qui luật mài mòn dao

+ Mài mòn sơ bộ (đoạn OA): Giai đoạn này dao mòn rất nhanh, trong thời

gian ngắn Do khi mài sửa dao còn lại những vết xước, ba via, các mặt dao không được nhẫn bóng, phẳng

Dao mòn ở giai đoạn này chủ yếu do ma sát giữa dao và phoi, giữa dao và chỉ tiết

gia công

+ Giai đoạn mài mòn ổn định (đoạn AB): Do sau khi qua giai đoạn mài

mòn sơ bộ, các bề mặt làm việc của dao tương đối trơn nhẫn Hầu như giai đoạn này

mài mòn đao không đáng kể, giai đoạn này mài mòn chủ yếu do ngoại ma sát

+ Trị số hs giai đoạn mài mòn nhanh : khi mài mòn đạt đến một trị số hy nhất định (điểm B), đao mòn rất nhanh (đoạn BC) Do ảnh hưởng của nhiệt độ vùng

cắt tăng cao, tổ chức tỉnh thể vật liệu làm đao thay đổi làm cho dao bị mài mòn

Giai đoạn này mài mòn chủ yếu do nhiệt độ tương đối lớn

Trang 31

Nếu cứ tiếp tục cho dao cắt thì đao sẽ nhanh chóng mất hình dạng hình học, dao không thể cắt được nữa Trị số mài mòn h, (điểm B) đó được chọn làm chuẩn mài

mòn, điểm B còn gọi là điểm mòn tiêu chuẩn, lúc đó phải mài sửa lại dao,

Các dạng mài mòn dao (Hình 3.13)

Tùy theo điều kiện cắt, tính chất vật liệu gia công và vật liệu làm dao, dụng cụ

cắt có thể mài mòn theo các hình thức sau: + Mài mòn ở mặt sau

Thường xảy ra khi gia công với chiều dầy cắt nhỏ (a<0,1 mm) đặc biệt khi gia

công với vật liệu giòn như gang Trị số mài mòn theo mặt sau là h, (Hình 13b)

+ Mài mòn ở mặt trước ,

Thường gặp khi gia công với vật liệu dẻo, chiều dầy cắt lớn (a>0,6mm)

Mai mon tạo thành rãnh chiều sâu ở mặt trước, trị số mài mòn theo mặt trước là

hy

Do ma sát giữa phoi và mặt trước và mài mòn vì khuếch tán Dạng mài mòn này

thường xảy ra khi cắt thép hợp kim bằng dao hợp kim cứng

+ Mài mòn cả mặt trước và mặt sau

Khi cắt kim loại dẻo, cứng vừa, chiều dầy cắt từ 0,1 — 0,5 mm

+ Làm tròn bán kính mỗi dao ,

Khi gia công tỉnh những vật liệu dẫn nhiệt kém Nhiệt cắt tập trung ở mũi dao, do

nhiệt độ cao lưỡi cắt bị mêm và mài mòn nhanh

a by — <}

a)Theo mgt trudc; b) Theo mgt sau

Hinh 3.13

Trong các dạng mài mòn trên thì mài mòn mặt sau là chủ yếu và có tính quyết

định đến tuôi thọ của đao

3.8.3 Cơ chế mòn dao

~ Mòn do cào xước

Ở tốc độ cắt thắp, sự mài mòn chủ yếu do kết quả của ma sát giữa mặt trước của

đao với phoi và giữa chỉ tiết gia công với mặt sau Do nhiệt cắt thắp, độ cứng, của

một số tạp chất có trong vật ne gia công còn cao hơn độ cứng đao cắt nên trong

quá trình cắt chúng cào xước bê mặt dao tạo nên những rãnh song song với phương

thoát pho

Trang 32

— Mai mòn do nhiệt

Khi nhiệt độ đạt đến giá trị nào đó thì cấu trúc vật liệu làm dao thay đổi và độ

bền giảm nhanh dẫn đến dao chóng mài mòn

~ Mài mòn vì dính

Do áp suất và nhiệt độ cao, phoi thoát ra đính vào mặt trước của dao Khi chuyển động, phoi sẽ tách từng mảnh vật liệu nhỏ ở phần trước của đao dẫn đến dao xuất

hiện những, vết lỗi lõm

~ Mài mòn vì khuếch tán

Khi gia công với các loại thép và hợp kim chịu nóng, lúc đó dao tương tác hoá học giữa vật liệu làm dao và vật liệu gia công, sự tương tác này làm cho các phân tử của vật liệu làm đao khuếch tán vào phoi và vào lớp bề mặt chỉ tiết gia công Kết

quả là đao bị mài mòn nhanh

3.9 Dung dịch trơn nguội và phương pháp tưới

3.9.1 Ý nghĩa

Trong quá trình gia công cắt gọt, do ảnh hưởng của biến dạng và ma sát nên xảy ra hiện tượng toả nhiệt nhiều làm giảm độ cứng của dao nên cần thiết phải làm

nguội dao Dung dịch trơn nguội được dùng với mục ‹ đích:

— Lam thoát nhiệt, bảo vệ dao luôn ở nhiệt độ cố định „

~ Đề phòng sự biến dạng của chỉ tiết gia công do nhiệt cắt gây nên

— Làm sạch phoi ở mặt cắt gọt

— Giảm sự cọ xát của phơi vào mặt trước của đao, giúp thoát phoi tốt

3.9.2 Yêu cầu của dung dịch trơn nguội

— Phải có tác đụng làm nguội cao

— Phải có tác dụng bôi trơn tốt =

~ Tính chất ôn định, không thay đổi theo nhiệt độ và thời gian

— Mùi của chất bôi trơn không khó chịu, không gây ảnh hưởng sức khỏe của người trực tiếp gia công

— Không gây gỉ sét

3.9.3 Phân loại dung dịch trơn nguội

— Dung dịch trơn nguội được chia thành 3 nhóm sau:

+ Nhóm I: có tác dụng làm lạnh chủ yếu: dung dịch nước điện ly Vi du: dung dich CaCO; 2%, dung dich (NaPO, 0,8% + NaNO; 0,2%)

+ Nhóm II: nhóm có tác dụng làm lạnh và một phần bôi trơn

Ví dụ: dung dịch nước xà phòng (xà phòng 0,9% + NaPO¿ 0,5% + NaNO; 0,4%), dung dịch E-mun-si

+ Nhóm HH: có tác dụng bôi tron và một phần làm lạnh Ví dụ: các chất đầu

Ngoài ra trong một số trường hợp, người ta còn có thể làm lạnh bằng khí CO;

hoặc bằng chất rắn (than chỉ, bột tan ) Khi làm nguội bằng khí CO; phải đảm bảo an toàn

Trang 33

Bảng đưới đây thành phần của một vài dung dịch trơn nguội: Nhóm Tên Thanh phan % Nước 98 Cacbonat canxi 2 I Dung dịch nước Nước 99 Tờ-ri natri photphat 0,8 Natri nitrit 0,2 Nước 98,2 Dung dịch nước và xà phòng Xà phòng 0.9 H Tờ-ri natri photphat 0,5 Natri nitrit 0,4 Nước 90 10% Emunsi Emunson 10 Dâu cọc sợi số 3 80 Sulfophorezon HI Ni-gờ-rôn 18 Lưu huỳnh Z Dau phức tạp Sulfophorezon 70 Dầu thực vật 30

3.9.4 Chọn dung dịch trơn nguội

— Việc lựa chọn dung dịch trơn nguội hoàn toàn phụ thuộc vào điều kiện cắt,

vật liệu gia công, vật liệu làm phần cắt của dao

+ Khi gia công thô dùng dung dịch có tính làm nguội là chủ yếu + Khi gia công tinh dùng dung dịch có tính bôi trơn là chủ yếu - Chú ý:

+ Khi gia công gang, đồng thau, đồng thanh, nhôm, người ta không tưới nguội, Trường hợp đặc biệt có tưới thì dùng dầu lửa pha với nhựa thông có pha

thêm các chất chống rỉ

Trang 34

+ Dùng dao hợp kìm cứng để gia công: khi tưới phải tưới ngay từ đầu và

tưới liên tực, mục đích đề tránh cho thỏi hợp kim đang nóng gặp lạnh sẽ bị nứt vỡ

Ta

3.9.5 Các phương pháp tưới nguội

Chọn phương pháp tưới nó quyết định định đến tác dụng của tưới nguội và bôi trơn Có 3 phương pháp tưới nguội vào khu vực cắt

~ Phương pháp tưới rót: Là phương pháp dùng phd bién nhat hién nay

+ Khi tưới bảo đảm hết toàn bộ vùng bề mặt cắt gọt

+ Lưu lượng dung dịch cần tưới là (0,17 — 0,25)10° m

Phương pháp tưới này có nhược điểm:

+ Cần tiêu tốn dung dịch nhiều trong quá trình gia công + Dung dịch khó xâm nhập vào khu vực cắt

— Phương pháp phun

+ Lượng nước cần phun là (0,07 — 0,10)102 m3⁄s

+ Phun trực tiếp vào dao cắt do đó chúng có tác dụng giảm nhiệt rất nhanh Nhược điểm:

+ Phải đảm bảo hướng phun, nếu không thì nó không còn tác dụng + Máy cần có thiết bị bơm nước đặc biệt

+ Dung dịch trơn nguội bị bắn tung toé khó che đậy

— Phương pháp sa mù

+ Đưa áp suất (2 - 3)10” N/mm?, chất lỏng, và không khí đã được hòa trộn

trong một bình đặc biệt, sẽ được phun vào khu vực cắt, phía sau của dao với tốc độ khoảng 1800 m/ph

+ Phuong pháp này cho phép nâng cao tuổi bền của dao, không cần hướng

phun chính xác, có thể làm nguội cả các dụng cụ cắt nhiều lưỡi

Trang 35

Chuong 4 GIA CONG TIEN

4.1 Các yếu tố của chề độ cắt

„ Quá trình gia công, cắt gọt được đặc trưng bởi một chế độ xác định gọi là chế độ

cất Trong gia công cắt gọt, các thông số cần quan tâm là tốc độ quay của chỉ tiết gia

công, kích thước lớp kim loại bị cắt đi và chiêu sâu cắt, Tổng hợp các yếu tế đó gọi là chế độ cắt

4.1.1 Chiều sâu cắt t(mm)

Là khoảng cách giữa hai bề mặt đã gia công và bề mặt chưa gia công do theo phương vuông góc với phương chạy dao

Hay nói cách khác là lượng dư cân bóc ra sau một lần chạy dao

Khi tiện trụ ngoài, chiều sâu cắt được tính theo công thức:

f=

(mm)

d - đường kính của chỉ tiết trước khi thực hiện chạy dao (mm),

D - đường kính của chỉ tiết sau khi thực hiện chạy dao (mm)

Khi vạt mặt đầu, chiều sâu cắt t là chiều dây lớp kim loại được hớt đi sau một lần chạy đao, đo theo phương vuông góc với mặt đầu của chỉ tiết đã gia công (Hình 4 1c) — Khi cắt đứt và cắt rãnh, chiều sâu cắt t bằng chiều rộng của rãnh do lưỡi cắt tạo ra (Hình 4 1d) a) Flinh 4.1 4.1.2, Luong chay dao (s — mm/vg) ` s A M £ J A «fh * ˆ

Là khoảng dịch chuyên của dao theo hướng chuyển động tiến của dao sau một a * wk * A vòng, quay của chi tiét gia công

Trang 36

Lượng chạy dao trên máy tiện bao gồm:

- Lượng chạy đao đọc: khi dao dịch chuyển đọc theo đường tâm của chỉ tiết

gia công

- Lượng chạy dao ngang: khí dao dịch chuyển theo phương thẳng góc với

đường tâm của chỉ tiết gia công

- Lượng chạy dao nghiêng: khi phương chuyển động của dao hop một góc bất kỳ đối với đường tâm của chỉ tiết gia công

4.1.3 Vận tốc cắt v, (m/phút)

Là khoảng địch chuyển của lưỡi cắt đối với bề mặt chi tiết gia công, trong một đơn vị thời gian

Tính một cách chính xác: Vận tốc cắt là tổng hợp của 2 thành phần là vận tốc vòng của chỉ tiết gia công và vận tốc của chuyên động chạy đao: v, = Vg + Vs

Tính một cách gần đúng: Vận tốc cắt gần bằng vận tốc vòng của chỉ tiết gia công:

% = Veg

Với v a T000

4.2 Tốc độ cắt

Trong gia công tiện, tốc độ cắt là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng

đến chất lượng bê mặt gia công, năng suất và giá thành sản phẩm

Nếu tăng tốc độ cắt thì thời gian gia công giảm xuống, nhưng đồng, thời dao mài mòn rất nhanh Dao mòn thì tôn thời gian mài lại, tốn công thay dao, tốn vật liệu làm đao những chỉ phí này đều tính vào giá thành sản phẩm,

Vậy tốc độ cắt hợp lý là tốc độ vừa đảm bảo năng suất cao nhất, vừa đảm bảo Biá

thành hạ thấp

Các yêu tô ảnh hưởng đến tốc độ cắt khi tiện

~ Tuổi bền của dao: là thời gian giữa hai lần mài sửa lại

7 Chiều sâu cắt và lượng chạy dao (hoặc chiều day và chiều rộng lớp kim loại

bị cắt di)

~ Các thông số hình học của dao (z,z,Â,ø.ø,./8,e và kích thước thân đao) — Vật liệu làm đao

— Vật liệu gia cơng (thành phần hố học, cấu trúc mạng tỉnh thể, tính năng cơ lý, trạng thái của phoi)

— Dung dịch tưới nguội và phương pháp tưới

— Ngoài ra còn có các nhân tố khác như: độ mòn của dao, hình dạng mặt trước, hình dạng lưỡi cắt (ở dao tiện định hình), điều kiện gia cơng (tiện ngồi, tiện trong,

), rung động khi cắt, hệ thống công nghệ, cũng ảnh hưởng đến tốc độ cắt 4.3 Thông số hình học của tiết điện lớp cắt

Tiết điện lớp kim loại bị cắt ra, nếu không, kế đến ảnh hưởng của biến đạng trong quá trình cắt, được đặc trưng bởi 2 thông số: chiều day cắt a và chiều rộng cắt b

Tiết diện lớp cắt này được đo trong mặt phẳng chứa mũi dao và trục của chi tiết gia

công (Hình 4.2b)

4.3.1 Chiều rộng lớp kim loại bị cắt bạmmm)

Trang 37

4322,

43.4 F

Chiều rộng cắt là khoảng cách giữa bề mặt đã gia công và bề mặt chưa gia công đo dọc theo phương của lưỡi cắt chính ri có thê định nghĩa chiéu réng cat chinh là chiều dài đoạn của lưỡi cắt chính trực tiếp tham gia cắt,

Trong trường hợp lưỡi cắt chính thẳng, góc nâng của lưỡi cắt chính 2 = 0 và dao

được gá đúng tâm máy thì chiều rộng cắt b phụ thuộc vào chiều sâu cắt t và góc t sing nghiêng chính: » = i SIN Q, Trong trường hợp géc 4 * 9 thì chiều rộng cắt được tính theo géc @: b= ị Cae 2

Giá tr] cla @p dug tinh theo céng thite: tgứ, = —

Chiều dầy lớp kim loại bị cắt a(mm)

Chiều đầy cắt là khoảng cách giữa bai vị trí liên tiếp của lưỡi cắt sau một vòng

quay của chỉ tiệt gia công đo theo phương vuông góc với lưỡi cắt chính

Chiều day cắt cũng phụ thuộc vào góc nghiêng chính œ và lượng chạy dao s

Trong trường hợp lưỡi cắt chính thẳng, góc nâng của lưỡi cắt chính 2 = 0, y = 0

và dao được gá đúng tâm máy thì chiều đầy cắt a được tính theo công thức: a=s$.Sin øØ S.sing cosy Với cùng điều kiện trên, nếu y #0, chiéu day cắt a được tính: a= (mm) ` vÃ: vua cớ JỀ VÀ , S.sin g, Với cùng điêu kiện trên, nêu y # 0 và 4 z0, chiều dầy cat a được tính: a=————° cosy + 2 2 Giá trị của œo được tính theo công thức: /gợ, = VỀ" Ø+4 4 cosy , Diện tích lớp cắt

Trong quá trình cắt kim loại, người ta phân biệt diện tích cắt danh nghĩa và diện

tích cắt còn đư của tiết điện lớp kim loại bị cắt

Khi dao gá đúng tâm, đao có góc trước y = 0 và 2 = 0 thì diện tích cắt danh nghĩa

của lớp kim loại bị cắt được tính theo công thức:

fq = a.b = s.t (mm?)

Trên thực tế, diện tích cắt thực của lớp kim loại bị cắt nhỏ hơn diện tích cắt danh

nghĩa một lượng dư bằng điện tích hình học còn dé lại trên bề mặt đã gia công, diện tích để lại đó được gọi là điện tích du fy

ft= fin - fy

Chiều cao nhấp nhô H

— Mũi dao nhọn (bán kính cong r = 0) (Hình 4.2a) Theo hình vẽ, ta có:

Trang 39

Sau đây là biêu đỗổ thực nghiệm minh họa cho quan hệ giữa chiều cao nhấp nhô

lượng chạy đao và bán kính r của đao:

Trong thực tế thì độ nhấp nhô của bề mặt chỉ tiết gia công lớn hơn nhiều so với

các trị sô tính toán trên vi trong quá trình cắt bể mặt chỉ tiết gia công còn chịu ảnh hưởng của biến dạng đẻo, biến đạng đàn hôi và hiện tượng rung động,

4.4 Các loại đao tiện

Trong gia công tiện, người ta sử dụng nhiều loại dao tiện khác nhau Có thể phân loại đao tiện theo các đặc điểm:

4.4.1 Phân loại theo vị trí của lưỡi cắt

Có 3 loại: dao trái, đao phải (Hình 4.4)

my ”)

a)

Các loại đao tùy theo hud ng tién dao

a)Dao trdi; b)Dao phải

Trang 40

— Dao phải: trong quá trình làm việc, dao tiến từ phải sang trái

— Dao trai: trong quá trình làm việc, đao tiến từ trái sang phải

4.4.2 Phân loại theo hình dáng đâu dao

Có các loại: dao thắng (Hình 4.5a), đao cong (Hình 4.5b), đao cắt (Hình 4.5c) -

a) [ BỊ

|

dal Phải Đớốixứng Trai

Hình đáng cửa đầu dao

a)Dao thing; b)Dao đầu cong; c)Đac 1 - Hinh 4.5 4.4.3 Phân loại theo công dụng: gồm các loại dao

— Dao tiện suốt: gồm dao tiện suốt đầu thẳng (Hình 4.5a) và dao tiện suốt đầu cong (Hình 4.5b)

— Dao vạt mặt đầu: dao vạt mặt đầu thẳng (Hình 4.6) và dao vạt mặt đầu cong

(Hình 4.7) Có thể sử dụng dao vạt mặt đầu cong để tiện trụ suốt