Dạng mòn này ở mặt sau của dao tạo thành tiết diện mòn có chiều cao là Δ
(hình 1.13) [1], nó được đặc trưng bởi một lớp vật liệu dụng cụ bị tách khỏi mặt sau trong quá trình gia công. Trị số Δ được đo trong mặt cắt theo phương vuông góc với lưỡi cắt từ lưỡi cắt thực tế đến điểm mòn tương ứng.
Mài mòn theo mặt sau thường xảy ra khi gia công với chiều dày cắt nhỏ ( a < 0,1mm), đối với các loại vật liệu dòn (gang…).
Mài mòn theo mặt trước là do phoi trượt, trên mặt trước tạo thành một trung áp lực cách lưỡi cắt một khoảng f trên mặt trước tạo thành dạng lưỡi liềm (hình 1.13). Vết lõm đó là do vật liệu dụng cụ bị bóc theo phoi trong quá trình chuyển
động. Vết lóm đó được đánh giá bởi chiều rộng lưỡi liềm B và chiều sâu Δf.
Mài mòn theo mặt trước thường xảy ra khi gia công các loại vật liệu dẻo với chiều dày cắt lớn ( a > 6 mm). Trong trường hợp này thì nhiệt độ ở mặt trước cao hơn nhiệt độở mặt sau.
1.3.2.3. Mòn mặt trước – mặt sau
Mài mòn này tạo thành lưỡi cắt mới. Chiều rộng vát trên mặt trước giảm dần từ hai phía do đó độ bền của lưỡi cắt giảm. Dạng mài mòn này thường gặp khi gia công vật liệu dẻo với chiều dày a = 0,1 ÷ 0,5 mm.
1.3.2.4. Mòn tù lưỡi cắt
Dạng mòn này là dụng cụ bị mòn dọc theo lưỡi cắt, tạo thành dạng cung và có bán kính R. Dạng này thường gặp khi gia công các vật liệu có tính dẫn nhiệt kém, đặc biệt khi gia công các chất dẻo. Do nhiệt cắt tập trung ở mũi dao nên dao bị
tù nhanh.
Tóm lại trong các dạng mòn trên thì mài mòn theo mặt sau thường dùng để
xác định tuổi bền của dụng cụ cắt. Chiều cao mòn Δđược dùng làm tiêu chuẩn để đánh giá lượng mòn, tức là lượng mòn cho phép [Δ].
Lượng mòn được xác định phụ thuộc vào yêu cầu độ bóng và độ chính xác chi tiết gia công, phụ thuộc vào vật liệu dụng cụ và các thông số hình học phần cắt dụng cụ.
1.3.3. Bản chất vật lý của sự mài mòn dụng cụ
Chỉ tiêu đánh giá mài mòn của dụng cụ cắt là rất quan trọng, bản chất mài mòn chưa được nghiên cứu sâu do tính phức tạp của quá trình tiếp xúc xảy ra ở mặt trước và mặt sau của dao.
Các nhà nghiên cứu đưa ra nguyên nhân gây ra mòn các bề mặt tiếp xúc của dụng cụ là:
-Tác dụng hạt mài do vật liệu gia công gây ra (gọi là mòn hạt mài).
-Sự khuếch tán của vật liệu dụng cụ vào vật liệu gia công (mòn khuếch tán). -Các hiện tượng hóa học xảy ra ở mặt trước và mặt sau của dao (mòn ô-xy hóa).
Nguyên nhân chính mài mòn của dụng cụ gồm có các loại mòn sau:
1.3.3.1. Mòn hạt mài
Mòn do ma sát giữa mặt cắt với mặt sau, ma sát giữa phoi với mặt trước của dao, các hạt tinh thể của vật liệu gia công cứng làm xước vật liệu dao và dần dần phá hủy mặt dao. Cường độ mòn tăng khi lượng xementit trong thép tăng. Lẹo dao cũng có thể làm xước bề mặt dụng cụ vì độ cứng của lẹo dao cao hơn độ cứng của vật liệu gia công.
1.3.3.2. Mòn tiếp xúc
Khi tiếp xúc thì chúng chỉ tiếp xúc với nhau theo các đỉnh nhấp nhô, gây ra áp lực lớn phá vỡ các màng bị ô-xy hóa, do đó xảy ra hiện tượng hàn nguội giữa vật liệu phoi và vật liệu dụng cụ ở các điểm tiếp xúc. Sự hàn nguội xảy ra với xác suất lớn hơn khi khi nhiệt độ cắt cao. Khi phoi dịch chuyển theo bề mặt dao tại các chỗ
tiếp xúc xuất hiện ứng suất cắt và cuối cùng là các hạt kim loại ở mặt trước của dao bị bóc tách.
1.3.3.3. Mòn khuếch tán
Mòn khuếch tán là mòn do nhiệt độ và biến dạng dẻo cao ở bề mặt tiếp xúc gây ra quá trình khuếch tán ở vật liệu dao và vật liệu gia công. Trong quá trình tiếp xúc của phoi, mặt cắt và dao xảy ra rất nhanh (phần trăm hoặc phần nghìn giây), vì vậy những phần khác nhau của vật liệu gia công liên tục tiếp xúc với bề mặt dụng cụ, làm cho quá trình khuếch tán ở giai đoạn đầu tăng nhanh, gây ra mòn dụng cụ. 1.3.3.4. Mòn ôxy hóa
Dạng mòn này là do chúng bị nung nóng trong môi trường ôxy. Chúng bị
vôn-ph-ram, cac-bit titan. Hợp kim cứng có độ xốp lớn nên quá trình ôxy hóa không chỉ xảy ra ở các lớp bề mặt tiếp xúc của dụng cụ mà còn ở các hạt vật liệu nằm sâu dưới lớp bề mặt. Sản phẩm của ôxy hóa coban là các oxit CO3O4, WO3, TiO2. Độ
cứng của các sản phẩm ôxy hóa thấp hơn độ cứng của hợp kim cứng khoảng 40 ÷ 60 lần, do đó dễ dàng bị san phẳng lớp kim loại ở mặt trước và mặt sau của dụng cụ
dẫn đến mài mòn dụng cụ cắt. 1.3.3.5. Mòn chảy dính
Trong quá trình gia công các phần tử nhỏ của dụng cụ dính vào chi tiết và phoi. Nguyên nhân này là do áp lực và nhiệt độ cao tạo điều kiện cho quá trình dính. Kích thước chảy dính phụ thuộc vào đặc tính của vật liệu gia công, vật liệu dụng cụ và điều kiện cắt.
Khi bề mặt dụng có sức bền cao thì mức độ xảy ra dính trên bề mặt dụng cụ
nhỏ. Thực nghiệm cho thấy khi cắt nhiệt độ tới khoảng 4000C, kích thước chảy dính trên bề mặt dụng cụ hợp kim cứng cao hơn vật liệu bằng thép gió. Điều đó xảy ra là do sức bền tế vi của lớp bề mặt thép gió cao hơn hợp kim cứng, các phần tử tách khỏi bề mặt dụng cụ do chảy dính phụ thuộc cơ tính của vật liệu gia công.
Tóm lại:
Qua nguyên cứu sự mài mòn, tác giả thấy chủ yếu mài mòn là do ma sát giữa mặt trước của dụng cụ cắt với phoi, giữa chi tiết với mặt sau của dao.
Bề mặt của dụng cụ bị cào xước là do độ cứng của một số tạp chất có trong vật liệu gia công cao hơn độ cứng của vật liệu làm dao, nên trong quá trình cắt chúng cào xước trên bề mặt dụng cụ cắt tạo thành những rãnh song song theo phương thoát phoi.
Sự mài mòn của dụng cụ cũng do ảnh hưởng của tốc độ cắt. Khi thay đổi tốc
độ cắt thì lượng mòn thay đổi. 1.3.4. Quy luật mài mòn của dụng cụ
Mài mòn của dụng cụđược thể hiện quan hệ giữa độ mòn Δ của dụng cụ cắt và thời gian làm việc τ của nó (gọi là đường cong mòn). Đường cong mòn được thể
Phần I: Mòn ban đầu với khoảng thời gian không lớn, mòn xảy ra với cường độ rất lớn do sự mài mòn các đỉnh nhấp nhô trên bề mặt dụng cụ.
Phần II: Mòn bình thường. Giai đoạn này bắt đầu từ thời
điểm khi chiều cao nhấp nhô có giá trị rất nhỏ. Ở
giai đoạn này này độ mòn tăng gần như tỷ lệ tuyến tính với thời gian làm việc của dụng cụ. Đây là giai
đoạn có thời gian làm việc lớn nhất của dụng cụ. Phần III:Mòn khốc liệt. Ở giai đoạn này dao có thể bị xước
lưỡi cắt hoặc bị gãy đầu dao. Mòn ở giai đoạn này không cho phép dao làm việc. Cần phải mài lại hoặc thay dao.
1.3.5. Các chỉ tiêu đánh giá sự mài mòn của dụng cụ
Quá trình mòn mặt trước và mặt sau của dụng cụ cắt được dánh giá bởi các chỉ tiêu mài mòn tiêu chuẩn cho phép. Khi dụng cụ mòn đến giá trị cho phép thì dụng cụ phải dừng làm việc và được mài lại (hình 1.15).
Chỉ tiêu mài mòn theo mặt sau được đánh giá bởi chỉ tiêu chiều cao mòn ΔS. Chiều cao mài mòn ΔS được xác định chủ yếu phụ thuộc vào phương pháp gia công thô và gia công tinh, vật liệu làm dao, vật liệu gia công. Khi gia công thô bằng dụng cụ hợp kim cứng, lượng mài mòn ΔS của dụng cụ lấy trong khoảng [ΔS] = 0,8 ÷ 1 mm đối với thép, khi gia công gang [ΔS] = 0,8 ÷ 1,7 mm, khi gia công tinh thép [ΔS] = 0,2 ÷ 0,25 mm.
1.3.5.1. Mòn tối ưu
Dấu hiệu mà dụng cụ được xem là mòn thì được gọi là chỉ tiêu mòn. Trong trường hợp không yêu cầu cao về chất lượng của bề mặt gia công, dùng dụng cụ cho
đến khi mòn đạt thời gian gia công lớn nhất và độ mòn như vậy được gọi là mòn tối
ưu.
Để khắc phục được lượng mòn này cần phải được mài lại. Số lần mài lại cho phép được ký hiệu K.
Tổng thời gian sử dụng của dụng cụđược xác định theo công thức [3]:
T = T(Kml + 1) (1.20)
Trong đó: T – tuổi bền của dụng cụ (phút);
Lượng mòn tối ưu được ký hiệu Δ0 là lượng mòn tại một điểm trên dường cung mòn, điểm này bắt đầu ở giai đoạn mòn kịch liệt.
Để xác định chính xác lượng mòn này ta tiến hành nhiều thí nghiệm. 1.3.5.2. Mòn công nghệ
Dấu hiệu độ nhám bề mặt chi tiết gia công tăng, kích thước gia công không chính xác, dao động của hệ thống công nghệ, nhiệt độ của chi tiết tăng, dụng cụ bị
nứt… gọi là mòn công nghệ. Chỉ tiêu này được dùng để nghiên cứu dụng cụ trong quá trình gia công tinh.
1.4. ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH CẮT KHI KHOAN
1.4.1. Các thông số cơ bản của dao khoan
Khoan là một trong những phương pháp gia công lỗ thường dùng. Độ chính xác và độ nhẵn bóng lỗ không cao. Khoan thường dùng trong gia công thô. Phoi tạo ra khi khoan có thể là phoi dây hoặc phoi xếp. Các dạng phoi tạo ra tùy thuộc vào vật liệu gia công. Ngoài ra khi khoan còn có thể xảy ra hiện tượng lẹo dao.
Các lưỡi cắt của dao khoan tham gia vào quá trình cắt như sau:
Lưỡi cắt ngang làm việc trong khu tốc độ cắt thấp. Góc trước ở tâm mũi khoan nhỏ và có giá trị âm ở lưỡi cắt ngang làm cho biến dạng của phoi tăng, lực ma sát tăng, do đó nhiệt độở vùng cắt cao.
Lưỡi cắt phụ có góc sau bằng 0, góc sắc β nhỏ, mũi dao chịu nhiệt kém nên chóng mòn. Còn lưỡi cắt chính các góc cắt thay đổi theo chiều dài lưỡi cắt. Từ
ngoài vào tâm góc trước giảm, làm tăng công biến dạng và ma sát khi tạo phoi,
đồng thời làm tăng nhiệt lượng và nhiệt độở vùng cắt.
Dao khoan trong quá trình cắt luôn tiếp xúc với phoi và bề mặt gia công làm cho điều kiện thoát phoi khó khăn. Phoi ra khỏi lỗ gia công, ngăn cản dung dịch trơn nguội đi vào vùng cắt và làm giảm điều kiện thoát nhiệt. Do đó nhiệt cắt khi khoan lớn, truyền nhiệt khó khăn, tốc đọ khoan thấp. Tốc đọ cắt khác nhau ở các
điểm của lưỡi cắt trong quá trình khoan, làm ảnh hưởng xấu đến quá trình tạo phoi. 1.4.1.1. Các thông số cơ bản của chếđộ cắt
- Tốc độ cắt:
Tốc độ cắt khi khoan được xác định theo công thức:
Mặt khác tốc độ cắt khi khoan được tính theo công thức
Trong đó:
D – đường kính của dao khoan (mm);
N – số vòng quay của dao (v/ph)
T – tuổi bền của dao khoan;
m, xv, yv, zv – các chỉ số mũ xét đến ảnh hưởng của tuổi bền trung bình, lượng chạy dao, chiều sâu cắt đối với vận tốc và ảnh hưởng của
đường kính đến tốc độ cắt;
Cv – hệ sốảnh hưởng của điều kiện cắt đối với tốc độ cắt; Kv – hệ số hiệu chỉnh chung về tốc độ cắt:
Kv = Kmv.Knv.Klv.Kuv (1.23)
Trong đó: các hệ số Kmv, Knv, Klv, Kuv – xét đến ảnh hưởng của vật liệu gia công, trạng thái của phôi, vật liệu làm dao và chiều sâu lỗ
Ngoài các thông số trên, lượng chạy dao cũng là thông số cơ bản ảnh hưởng
đến quá trình cắt khi khoan. - Lượng chạy dao:
Lượng chạy dao khoan gồm có lượng chạy dao vòng, chạy dao răng và chạy dao phút.
+ Lượng chạy dao răng được xác định theo công thức:
Sz = S/2 (mm/răng) (1.24)
Trong đó: Sz – lượng chạy dao răng; S – lượng chạy dao vòng. + Lượng chạy dao theo phút Spđược tính:
Sp = S.n (1.25)
Với n – tốc độ vòng quay của dao.
Người ta còn tính lượng chạy dao theo sức bền của dao khoan: + Lượng chạy dao vòng S được tính theo công thức [6]:
Khi khoan thép:
Khi khoan gang:
1.4.1.2. Các thông số hình học cơ bản của dao khoan -Kết cấu hình học -Kết cấu hình học Kết cấu hình học của dao khoan hình 1.17 gồm có các phần sau: Phần làm việc L1, ngõng trục L3 và đuôi L4. Phần làm việc L1 được chia ra thành phần trụ dẫn hướng và phần cắt L2. Phần trụ dẫn hướng có tác dụng định hướng mũi khoan khi làm việc và còn là phần dự trữ
khi mài lại phần cắt khi bị mòn.
Phần trụ định hướng được chế tạo giảm dần về phá chuôi để tạo ra góc nghiêng phụ φ1. Lượng giảm dần từ 0,01mm đến 0,08mm trên 100mm chiều dài. Phần định hướng sẽ có hai rãnh xoắn để thoát phoi, góc xoắn từ 18 đến 30o. -Phần cắt của dao:
Phần cắt của dao gồm: Lưỡi cắt phụ 1, lưỡi cắt ngang 2, rãnh 3, hai lưỡi cắt chính 4, mặt trước 6 và mặt sau 5, hai răng 6.
(Chi tiết như hình 1.17).
Đuôi dao có thể côn hoặc trụ. Phần vát L5 được dùng để tháo dao ra khỏi lỗ
côn của trục chính hoặc lỗ côn của ống gá trung gian. Ngõng trục L3 dùng để thoát
đá mài khi chế tạo.
Tính chất cắt gọt của dao phụ thuộc vào các thông số hình học và vật liệu phần cắt của nó.
- Góc nghiêng của rãnh xoắn:
Góc nghiêng của rãnh xoắn là góc giữa đường tâm dao và đường xoắn khai triển (ký hiệu ω). Góc ω không cố định: càng gần tâm dao góc nghiêng càng nhỏ. Góc này là một thông số quan trọng đối với dao khoan. Trị số của nó ảnh hưởng
đến quá trình cắt như sự thoát phoi, lực cắt, độ bền và tuổi thọ của dao. Khi khai triển bước xoắn ta có:
Trong đó: H – bước xoắn;
D – đường kính của dao khoan;
Tùy theo vật liệu gia công, góc nghiêng của rãnh xoắn được chọn như sau: + Đối với đồng thanh, đồng thau: ω = 8 ÷ 12o
+ Đối với thép và gang: ω = 25 ÷ 30o
+ Đối với nhôm, đồng đỏ: ω = 35 ÷ 40o
+ Đối với dao khoan thép gió: ω = 18 ÷ 35o
Góc xoắn ω còn phụ thuộc vào đường kính của dao khoan. - Góc nghiêng của lưỡi cắt ngang ψ:
Góc nghiêng của lưỡi cắt ngang (được ký hiệu ψ) là góc giữa các hình chiếu của lưỡi cắt ngang và một trong các lưỡi cắt chính trên mặt phẳng vuông góc với tâm dao. Thông thường ψ = 55o.
-Góc đỉnh dao 2φ:
Góc đỉnh dao 2φ là góc giữa các lưỡi cắt chính của dao, góc này phụ thuộc vào vật liệu gia công và nằm trong khoảng 80 ÷ 140o.
Góc đỉnh dao được chọn phụ thuộc vào vật liệu gia công. Khi gia công vật liệu dẻo thì góc 2φđược chọn lớn hơn so với khi gia công vật liệu giòn:
+ Khi gia công nhôm, thì chọn 2φ = 140o
+ Khi gia công thép và gang, chọn 2φ = 116 ÷ 120o
-Góc nghiêng phụφ1:
Góc nghiêng phụ φ1 được hình thành do chế tạo phần làm việc của dao có côn ngược. Góc φ1 = 1 ÷ 2’.
-Góc sau phụα:
Góc sau α là góc tiếp tuyến với mặt sau của lưỡi cắt và tiếp tuyến của vòng