Hiện tượng nhiệt và sự truyền nhiệt trong quá trình cắt rất quan trọng vì nhiệt độ sinh ra trong quá trình cắt và sự phân bố nhiệt độ làm thay đổi tính chất cơ lý của vật liệu gia cơng ảnh hưởng đến tuổi thọ của dao, làm giảm năng suất và độ chính xác gia cơng.
a) Nguồn nhiệt.
Trong quá trình cắt cơng tiêu hao được chuyển hĩa thành nhiệt. Nếu gọi Q là nhiệt lượng sinh ra trong quá trình cắt thì nĩ là kết quả của:
- Cơng ma sát trong giữa các phần tử vật liệu gia cơng trong quá trình biến dạng Q1 - Cơng ma sát ngồi giữa phoi và mặt trước dao Q . 2
- Cơng ma sát giữa bề mặt chi tiết gia cơng và mặt sau dao Q . 3 - Cơng cắt đứt phoi Q . 4
Phương trình cân bằng nhiệt được viết:
-40-
Q = Q + Q + Q + Q1 2 3 4
Nếu cho rằng tồn bộ cơng cơ học khi cắt biến thành nhiệt thì:
427 V Pz E V Pz E R Q × = × = =
Trong đĩ: Q – Lượng nhiệt (Kcal/phút). R – Cơng cắt (KGm/phút).
E – Tương đương giữa nhiệt và cơng (E = 427 KGm/Kcal). Pz – Lực cắt (KG).
V – Vận tốc cắt (m/phút).
Trong thực tế khơng phải tồn bộ cơng tiêu hao chuyển thành nhiệt. Một phần cơng được tiêu hao để làm thay đổi thế năng của mạng tinh thể. Tuy nhiên tiêu tốn đĩ rất ít, nên trong tính tốn cĩ thể bỏ qua.
Hình 2.29
Khu vực phát sinh nhiệt khi cắt Khi cắt cĩ ba khu vực phát sinh nhiệt chính (hình
2.29):
- Khu vực tiếp xúc giữa dao và phoi ở mặt trước (1).
- Khu vực tiếp xúc giữa mặt sau của dao với chi tiết gia cơng (2).
- Ở mặt đứt phoi (3).
b) Sự truyền nhiệt
Muốn điều khiển được quá trình cắt, điều quan trọng khơng chỉ là biết được lượng nhiệt sinh ra mà là nhiệt độ thực sự ở dao, phoi và chi tiết. Đáng chú ý nhất là nhiệt độ ở dao vì nĩ cĩ thể làm cho dao mất độ cứng và bị mài mịn nhanh.
Nhiệt sinh ra trong quá trình cắt được truyền qua dao, chi tiết, phoi và khơng khí. Q + Q + Q + Q = Q + Q1 2 3 4 dao chi tiết + Qphoi + Qkk
Ví dụ qua thí nghiệm lượng nhiệt phân bố khi gia cơng thép 40Cr phân bố như sau:
V (m/phút) Phoi Chi tiết Dao Khơng khí 25 ÷ 50 45% 50% 2,5% 1 ÷ 2,5% 100÷350 75% 22% 1,5% 1 ÷ 1,5%
Như vậy qua thí nghiệm, khi cắt với tốc độ cao lượng nhiệt truyền vào phoi lớn nhất, rồi đến chi tiết, sau cùng mới là dao. Điều này giải thích như sau: phoi chịu hai nguồn sinh nhiệt (1 và 3) nên lượng nhiệt vào phoi lớn hơn cả; Lượng nhiệt ở dao ít vì tính dẫn nhiệt của dao kém; Lượng nhiệt ở chi tiết lớn hơn vì tính dẫn nhiệt của chi tiết tốt hơn.
Vận tốc cắt càng lớn, biến dạng và masát chủ yếu nằm trong phoi do thời gian tiếp xúc với dao và chi tiết ít nên nhiệt truyền ít đi, vì vậy nhiệt độ truyền vào chi tiết và dao càng giảm.
Qua nghiên cứu chứng tỏ nhiệt độ cao nhất nằm ở giữa khu vực tiếp xúc giữa dao và phoi, nghĩa là tại điểm cách lưỡi cắt vào khoảng (0,3 ÷ 0,5)l ; trong đĩ l là khoảng cách chiều dài tiếp xúc của phoi và mặt trước của dao. Nhiệt độ đĩ quy ước là nhiệt độ cắt.
c) Những nhân tố ảnh hưởng đến nhiệt cắt
Tất cả nhân tố ảnh hưởng đến biến dạng đều ảnh hưởng đến nhiệt độ cắt, dưới đây là một vài nhân tố ảnh hưởng chính:
- Chế độ cắt: V, s, t tăng nhiệt độ cắt tăng, nhưng khơng tỷ lệ thuận (hình 2.30).
Hình 2.30
Quan hệ giữa nhiệt độ cắt và chế độ cắt - Thơng số hình học của dao:
+ Gĩc trước γ tăng, biến dạng giảm nên nhiệt độ cắt giảm. Song gĩc trước tăng, khả năng truyền nhiệt kém đi, kết quả nhiệt độ cắt giảm ít.
+ Gĩc nghiêng chính ϕ tăng, a tăng (a= S sinϕ ) đưa đến K giảm, điều kiện truyền nhiệt xấu, kết quả nhiệt độ cắt tăng.
- Vật liệu gia cơng dịn, biến dạng ít, nhiệt độ cắt thấp so với vật liệu dẻo.
- Vật liệu làm dao nào cĩ hệ số ma sát càng lớn và tính truyền nhiệt càng bé thì nhiệt độ trên dao càng cao.
- Khi cắt cĩ tưới dung dịch trơn nguội thì ma sát và nhiệt độ trên dao giảm.