01-Hoàng Thanh Hiếu-10518095-Nguyên lý và dụng cụ cắt

Tiểu luận môn học Nguyên lý dụng cụ cắt TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN BỘ MƠN: TỰ ĐỘNG HĨA THIẾT KẾ CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ BÀI TIỂU LUẬN HỌC PHẦN NGUYÊN LÝ VÀ DỤNG CỤ CẮT Sinh viên thực hiện: HOÀNG THANH HIẾU Mã sinh viên : 10518095 Lớp : 117182 Giáo viên giảng dạy: VŨ THỊ QUY Học kỳ - Năm học: 2020-2021 SVTH: Hồng Thanh Hiếu Lớp: 117182 Tiểu luận mơn học Nguyên lý dụng cụ cắt TÊN BÀI TIỂU LUẬN Tiểu luận môn học Nguyên lý dụng cụ cắt Chủ đề: 01 Tìm hiểu loại vật liệu làm dụng cụ cắt trình cắt tiện Yêu cầu: Các yêu cầu vật liệu làm dao? Trình bày đặc điểm - phạm vi sử dụng thép gió? Cho ví dụ minh họa Trình bày đặc điểm phạm vi sử dụng hợp kim - cứng? Giải thích ký hiệu vật liệu: BK8, TT7K12, T15K6? Trình bày thơng số hình học dao tiện ngồi - trạng thái tĩnh? -Nêu trình tự xác định chế độ cắt tiện? Viết giải thích cơng thức tính vận tốc cắt theo tuổi bền dao? Bài tập: Cho sơ đồ tiện trụ ngồi hình Các thơng số cho trước: dao tiện gắn mảnh hợp kim BK12 Vật liệu gia công thép C45 Tiện trụ ngồi kích thước 70 x 39.15, lượng dư gia cơng hai phía 2,5 mm Tính ch ế độ cắt (V, S, t), lực cắt, công suất cắt tiện? SVTH: Hoàng Thanh Hiếu Lớp: 117182 Tiểu luận môn học Nguyên lý dụng cụ cắt MỤC LỤC I LỜI MỞ ĐẦU II NỘI DUNG Phần 1: Tìm hiểu loại vật liệu làm dụng cụ cắt trình cắt tiện 1.1 : Các yêu cầu vật liệu làm dao 1.2 : Trình bày đăc điểm phạm vi sử dụng thép gió 1.3 : Trình bày đặc điểm phạm vi sử dụng hợp kim cứng 1.4 : Trình bày thơng số hình học dao tiện ngồi trạng thái tĩnh 1.5 : Trình tự xác định chế độ cắt tiện 1.6 : Viết giải thích cơng thức tính vận tốc cắt theo tuổi bền dao Phần 2: Bài tập III NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN SVTH: Hoàng Thanh Hiếu Lớp: 117182 Tiểu luận môn học Nguyên lý dụng cụ cắt I LỜI MỞ ĐẦU Cắt kim loại nghành khoa học nghiên cứu quy luật việc gia công kim loại cắt cách gia tăng suất lao động, nghiên cứu đặc tính dụng cụ cắt kim loại, đồng thời cách thức chế tạo chúng Hiện có nhiều phương pháp gia công kim lo ại: Gia công không phoi (đúc, cán, rèn, dập…), luyện kim bột, gia công tia, gia cơng có phoi.v v… Các phương pháp kể trên, sử dụng rộng rãi sản xuất chủ yếu để tạo phôi hoạc tạo sản phẩm với yêu cầu chất lượng không cao lý kinh tế, chưa dùng rộng rãi sản phẩm Phần lớn chi tiết có yêu cầu chất lượng cao phải qua gia cơng cắt (gia cơng có phoi) Q trình cắt kim loại tách khỏi phôi lớp kim loại định (dưới dạng phoi) để nhận từ phơi chi tiết có hình dáng, kích thước độ xác theo yêu cầu Trong phần ta trình bày nội dung sau: ❖ Các yêu cầu vật liệu làm dao? Trình bày đặc điểm phạm vi sử dụng thép gió? ❖ Trình bày đặc điểm phạm vi sử dụng hợp kim cứng ❖ Trình bày thơng số hình học dao tiện ngồi trạng thái tĩnh? ❖ Nêu trình tự xác định chế độ cắt tiện? Viết giải thích cơng thức tính vận tốc cắt theo tuổi bền dao? SVTH: Hoàng Thanh Hiếu Lớp: 117182 Tiểu luận môn học Nguyên lý dụng cụ cắt II NỘI DUNG Phần Tìm hiểu loại vật liệu làm dụng cụ cắt trình cắt tiện 1.1 Các yêu cầu vật liệu làm dao Độ cứng đâm xuyên cao nhiệt độ cao để tăng tính chống mịn cào sước; Độ bền biến dạng cao để bảo tồn hình dáng lưỡi cắt khỏi biến dạng cong oàn tác động ứng suất phát sinh tạo phoi; Tính dẻo dai chịu va đập để chống lại mẻ vỡ lưỡi cắt, đặc biệt cắt khơng liên tục (có va đập); Tính trơ hóa học (ái lực hóa học thấp) với vật liệu gia cơng để chống lại mịn oxy hóa, mịn hóa học mịn khuyếch tán; Tính dẫn nhiệt cao để giảm nhiệt cắt gần lưỡi cắt; Độ bền mỏi cao, đặc biệt với dụng cụ sử dụng cắt không liên tục; Độ bền mỏi nhiệt cao (thermal shock resistance) để bảo vệ dụng cụ không bị vỡ cắt không liên tục; Độ bền hình dạng cao (high stiffness) để đảm bảo độ xác gia cơng; Tính trơn trượt thỏa đáng (adequate lubricity) – ma sát nhỏ với vật liệu gia cơng để hạn chế việc hình thành lẹo dao, đặc biệt gia công vật liệu mềm dẻo 1.2 Trình bày đặc điểm phạm vi sử dụng thép gió Thép gió loại thép dụng cụ có tính chịu nóng cao độ cứng lớn, loại thép bao gồm mác thép hợp kim hóa cao, dùng chủ yếu để làm dụng cụ cắt gọt Ở đa số quốc gia khác thép gió gọi “thép cắt nhanh” (thí dụ, tiếng Anh: high speed steel) thép làm dụng cụ cắt gọt cho phép làm việc với tốc độ cao mà không giảm độ cứng dụng cụ cắt gọt SVTH: Hoàng Thanh Hiếu Lớp: 117182 Tiểu luận môn học Nguyên lý dụng cụ cắt - Thép gió thép HK dụng cụ có chứa hàm lượng W từ 6-19% Cr từ 3- 4.6% Được phát minh năm 1902 Vương Quốc Anh Ngày sử dụng rộng rãi để chế tạo DCC Khối lượng riêng thay đổi phạm vi rộng: 7.9-8.75 kg/dm3 + Ưu điểm: - Độ cứng cao –độ cứng thứ HRC 62-67 (HRA 80) - Độ bền nhiệt đến 7000C; vận tốc cắt đạt 30 -40 m/min - Độ thấm tơi lớn; tính tơi tốt - Độ bền học cao σn = σu = 4000MPa + Nhược điểm: - Khó gia cơng biến dạng dẻo Tính mài - Dễ gây khơng đồng MeC thép làm giảm tính cắt - Đắt tiền - Độ dẫn nhiệt thấp: λ = 16.75 – 25.12 W/m.0K + Thép gió chia thành nhóm chính: - Thép gió xuất thường: gồm ngtố HK chủ yếu W, Mo & Cr - Thép gió xuất cao: thêm ngtố Va, Co - Thép gió phủ (sẽ giới thiệu kĩ phần vật liệu phun phủ) SVTH: Hoàng Thanh Hiếu Lớp: 117182 Tiểu luận môn học Nguyên lý dụng cụ cắt + Phạm vi sử dụng: Thích hợp với nhiều loại DCC, đặc biệt với DC gia công định hình dụng cụ có hình dáng phức tạp mà việc sử dụng HKC vật liệu siêu cứng tổng hợp khác gặp nhiều khó khăn Phải ram sau nhiều lần (3 lần) mổi lần (nhiệt độ ram 560oC) Sau lần ram phải để nguội đến nhiệt độ thường - Ứng dụng: Do có độ cứng cao đạt mức tiêu chuẩn nên thép gió ứng dụng chủ yếu chế tạo dụng cụ cắt gọt, loại thép làm dao có suất cao Ngồi ra, thép gió cịn dùng chế tạo mũi khoan thép cường độ cao, dùng làm dụng cụ cắt lớn, hình dạng phức tạp, điều kiện cắt nặng với suất cao (tốc độ lớn) tuổi thọ cao Chế tạo mũi khoan SVTH: Hồng Thanh Hiếu Lớp: 117182 Tiểu luận mơn học Nguyên lý dụng cụ cắt VD: Thép gió HSS Thép gió HSS (High Speed Steel) Là dịng thép cơng cụ có độ cứng lớn chun dụng dể sản xuất dụng cụ cắt gọt Thép có khả chịu mài mòn tốt, khả chịu nhiệt độ cao luyện gió ➢ Các đặc tính thép gió HSS: • Tốc dộ cắt 25-80m/min (3-7 lần so với loại trên) • Tính chống mài mịn tuổi bền cao (8-10 lần) • Độ thấm tơi đặc biệt cao (tôi thấu với tiết diện bất kỳ) ➢ Ứng dụng thép gió HSS Thép gió HSS biết đến loại thép làm dao quan trọng nhất, tốt nhất, thỏa mãn cao yêu cầu vật liệu làm dao, mũi khoan, vòi nước, dao phay, lưỡi cưa, … ➢ Các loại thép gió HSS phổ biến thị trường SVTH: Hồng Thanh Hiếu Lớp: 117182 Tiểu luận mơn học Nguyên lý dụng cụ cắt 1.3 Trình bày đặc điểm phạm vi sử dụng hợp kim cứng Từ năm 1915-1925 Mỹ Đức tiến hành thử nghiệm chế tạo hợp kim cứng Ơ Liên Xô cũ, hợp kim cứng đời vào năm 1930-1935 Hợp kim cứng hợp kim chế tạo phương pháp luyện kim bột, thành phần chủa yếu cacbit titan TiC, cacbit vonfram WC cacbit khác dạng hạt kết dính với nguyên tố coban Thành phần chủ yếu HKC Cácbit số kim loại khó nóng chảy Vonfran, Titan, Tantan liên kết kim loại Tính cắt HKC pha Cácbit kim loại định Độ bền học Coban tạo nên Những tính HKC so với loại vật liệu làm dao khác sau: -Độ cứng cao HRA = 80 – 90 (HRC >70-71) -Độ chịu nhiệt cao:800-10000C, tốc độ cắt cho phép HKC đạt đến V >100 m/ph SVTH: Hoàng Thanh Hiếu Lớp: 117182 Tiểu luận môn học Nguyên lý dụng cụ cắt -Độ chịu mịn gấp 1,5 lần so với thép gió -Chịu nén tốt chịu uốn (hàm lượng Coban lớn sức bền uốn cao) Hợp kim cứng chế tạo qua giai đoạn sau: -Tạo bột Vonfram, Titan Tantan nguyên chất - Tạo Cácbit tương ứng từ bột nguyên chất W, Ti, Ta -Trộn bột Cácbit vời bột Coban theo thành phần tương ứng với loại hợp kim cứng -Ép hỗn hợp áp suất lớn (100-140MN/mm2) nung sơ đến 900oC khoảng -Tạo hình theo dạng yêu cầu -Thêu kết lần cuối nhiệt độ cao1400- 15000C đến tạo thành HKC Sau thêu kết, HKC có độ cứng cao nên gia công phương pháp mài phương pháp đặc biệt (điện hoá, tia lửa điện…) Hợp kim cứng loại kim loại bột nên có độ xốp (khoảng 5%) Hạt cácbit mịn, phân bố tính tính hợp kim cứng cao, chủ yếu độ cứng tính chịu mài mòn Độ cứng hợp kim cứng phụ thuộc vào lượng Cácbit Vonfram, Cácbit Titan Cácbit Tantan Lượng Cácbit lớn độ cứng cao Lượng coban nhiều độ cứng giãm, nhiên độ bền tính dẽo tăng Có ba nhóm hợp kim cứng thường gặp sau: a Nhóm Cácbit – kí hiệu K (ISO) BK (Nga) thành phần gồm: Cácbitvonfram (WC) Coban (Co) nhóm chủ yếu để gia cơng vật liệu giịn: gang, kim loại màu… SVTH: Hồng Thanh Hiếu Lớp: 117182 10 Tiểu luận mơn học Nguyên lý dụng cụ cắt b Nhóm hai cácbit – kí hiệu P (ISO) TK (Nga) thành phần gồm: Cácbit Vonfram (WC), Cácbit Titan (TiC) Coban (Co) Nhóm hai Cácbit có tính chóng dính cao nên dùng để gia công kim loại dẽo thép, … (thường hình thành phoi dây cắt có nhiệt độ căt cao mặt trước) c Nhóm ba cácbit – kí hiệu M (ISO) TTK (Nga) thành phần gồm: Cácbit Vonfram (WC), Cácbit Titan (TiC) Coban (Co) Cácbit Tantan (TaC) Loại thường dùng để gia cơng loại vật liệu khó gia công ❖ Phạm vi sử dụng hợp kim cứng Hợp kim cứng sử dụng rộng rãi làm dao cắt, khuôn kéo sợi, khuôn dập chi tiết máy Hiệu sử dụng hợp kim cứng cắt gọt cao hẳn thép gió Tuy nhiên khơng thể làm vị trí thép gió do: • Khơng tạo hình phức tạp dùng cách ép bột tạo mảnh nhỏ đơn giản • Khơng thể gia cơng định hình q cứng sau chế tạo Do hợp kim cứng thường dùng làm dao đơn giản lưỡi cắt Hầu hết dao lưỡi cắt hợp kim cứng • Tính giịn hợp kim cứng tương đối cao, dễ gãy, vỡ, mẻ tải trọng va đập • Tính dẫn nhiệt kém: ~ 50% thép Vật liệu: ❖ BK8: Dùng cho loại dụng cụ gia công gang loại kim loại màu, vật liệu phi kim - Có thành phần WC: 92, Co: - Giới hạn bền uốn thấp: σu = 1000 Mpa - Độ cứng HRA: 87 ❖ TT7K12: Gia công loại thép có sức bền cao SVTH: Hồng Thanh Hiếu Lớp: 117182 11 Tiểu luận môn học Nguyên lý dụng cụ cắt - Có thành phần: WC: 81%, TiC:15%, TaC:3%, Co:12% - Giới hạn bền uốn thấp: σu = 1800 Mpa - Độ cứng HRA: 84 ❖ T15K6: Gia cơng thép loại - Có thành phần: WC: 79%, TiC: 15%, Co: 6% - Giới hạn bền uốn thấp: σu = 1150 Mpa - Độ cứng HRA: 89.5 1.4 Thơng số hình học dao tiện ngồi trạng thái tĩnh - Thơng số hình học dao xét trạng thái tĩnh (khi dao chưa làm việc) Góc độ dao xét sở: dao tiện đầu thẳng đặt vng góc với phương chạy dao, mũi dao gá ngang tâm phôi - Các thông số hình học dao nhằm xác định vị trí góc độ dao nằm đầu dao Những thơng số xác định tiết diện N – N, mặt đáy, tiết diện phụ N1 – N1 mặt phẳng cắt gọt +Góc trước  : góc tạo thành mặt trước mặt đáy đo tiết diện N – N với mặt đáy Góc trước có giá trị dương mặt trước thấp mặt đáy tính từ mũi dao, có giá trị âm mặt trước cao mặt đáy không mặt trước song song Khi góc trước lớn biến dạng phoi nhỏ, việc phoi dễ dàng, lực cắt công tiêu hao giảm, suất tăng +Góc sau  : góc tạo thành mặt sau mặt phẳng cắt gọt đo tiết diện Góc sau thường có giá trị dương Góc sau lớn mặt sau bị ma sát vào bề mặt gia công nên chất lượng bề mặt gia cơng tốt SVTH: Hồng Thanh Hiếu Lớp: 117182 12 Tiểu luận môn học Nguyên lý dụng cụ cắt +Góc cắt  : góc tạo mặt trước mặt cắt đo tiết diện +Góc sắc  : góc tạo mặt trước mặt sau đo tiết diện Ta có quan hệ :  +  +  =90o ;  =  +  +Góc trước phụ 1 : tương tự góc trước, đo tiết diện phụ N – N, +Góc sau phụ 1 : tương tự góc sau , đo ti ết diện phụ N–N +Góc mũi dao  : góc hợp hình chiếu lưỡi cắt hình chiếu lưỡi cắt phụ mặt phẳng đáy +Góc nghiêng  : góc hình chiếu lưỡi cắt với phương chạy dao đo mặt đáy SVTH: Hoàng Thanh Hiếu Lớp: 117182 13 Tiểu luận môn học Nguyên lý dụng cụ cắt +Góc nghiêng phụ 1 : góc hình chiếu lưỡi cắt phụ với phương chạy dao đo mặt đáy Ta có :  +  + 1 =180o +Góc nâng lưỡi cắt chính : góc tạo lưỡi cắt hình chiếu mặt đáy  >0, mũi dao điểm thấp lưỡi cắt 