Chuyển động của lưỡi cắt vừa tạo ra vết cắt vừa tạo nên các rãnh thoát phoi ở hai bên có xu hướng mở rộng ra xa vết nứt chính. Các rãnh này nhỏ khi tải trọng nhỏ và tăng dần khi tải trọng lớn. Ngoài ra kích thước của chúng còn phụ thuộc vào góc sắc của lưỡi cắt; nếu góc này nhỏ, tức là dao sắc, thì các rãnh này nông và phoi có xu hướng trồi lên khỏi bề mặt khi tải trọng lớn. Ngược lại nếu góc sắc của dao lớn, tức là dao cùn thì các rãnh này sâu hơn một chút, phoi có xu hướng bị đẩy ra xa vết nứt chính tuy nhiên không bị trồi lên.
Hình 2.1.Sự xuất hiện vết nứt
1- Lưỡi cắt; 2- rãnh chứa phoi; 3- vết nứt; 4- tấm kính; c- chiều sâu vết nứt;α- góc sắc
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
2.1.3. Hiện tƣợng phục hồi vết nứt.
Hai rãnh thoát phoi ở hai bên vết cắt khi chứa đầy phoi sẽ tạo nên hiệu ứng nêm khiến cho bề mặt tấm kính xung quanh vết cắt ở trong trạng thái bị kéo. Điều này có tác dụng tốt cho sự mở rộng vết cắt, kể cả khi tách tấm kính hay trong quá trình cắt. Dưới tác dụng của tải trọng, lưỡi cắt có xu hướng chuyển động xuống đẩy phoi trồi lên trên, khi phoi trồi lên tới bề mặt tấm kính nó sẽ bị văng đi. Nếu phoi sắp xếp bên trong rãnh thoát phoi một cách lỏng lẻo, hiệu ứng nêm sẽ không xuất hiện, đồng nghĩa với ứng suất kéo cũng không xuất hiện, và vết nứt được giữ nguyên. Hiện tượng này gọi là
sự phục hồi vết nứt.
2.1.4. Ứng suất dƣ.
Khi vết nứt được hình thành, một vết cắt sẽ xuất hiện theo sau lưỡi cắt giống như sự lan rộng của vết nứt trên bề mặt của tấm kính. Mặc dù thủy tinh là một vật liệu giòn tuy nhiên vẫn tồn tại tính đàn hồi. Vì lý do này, với những tấm thủy tinh được tôi sau khi tạo hình, bên trong nó xuất hiện ứng suất dư có lợi. Do tác dụng của ứng suất dư, trong khi lớp bên trong chịu ứng suất kéo, các lớp bề mặt của tấm kính lại chịu ứng suất nén, có chiều sâu về mỗi bên lên đến 18-22% bề dày của toàn bộ tấm kính. Điều này sẽ làm tăng cơ tính của tấm kính lên nhiều lần nhưng cũng khiến cho việc cắt kính trở nên khó khăn hơn, do tác dụng của hiệu ứng chêm bị hạn chế.
2.1. 5. Sự mở rộng vết cắt .
Để mở rộng vết cắt, người ta khiến cho bề mặt tấm kính chịu ứng suất kéo bằng cách cung cấp một mômen uốn xung quanh đường dấu đó. Trong quá trình làm gãy tấm kính, mômen uốn được cung cấp cho suốt chiều dài đường cắt, còn trong hành trình cắt, dưới tác dụng của tải trọng, mômen uốn chì được cung cấp ở 1 đầu của vết cắt, khi đó vết sẽ được mở rộng dần dần từ đầu này tới đầu kia. Trong cả hai trường hợp, để đảm bảo toàn bộ bề mặt tấm kính chịu ứng suất kéo, chiều sâu vết nứt phải đạt khoảng một nửa chiều sâu lớp kính chịu ứng suất nén, tương đương 8 đến 10% bề dày
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
tấm kính. Khi chiều dày tấm kính tăng, chiều sâu lớp kính bị nén cũng tăng, và tất nhiên, chiều sâu yêu cầu của vết nứt khi cắt cũng phải tăng theo.
2.1.6. Miền tiếp xúc, miền áp lực làm việc và ảnh hƣởng của các thông số lƣỡi cắt
Như đã đề cập ở trên, khi lưỡi cắt chuyển động sẽ nén đàn hồi lên bề mặt tấm kính trên một miền tiếp xúc xung quanh vết cắt. Lực cắt tác dụng lên miền tiếp xúc nhỏ sẽ sinh ra áp suất lớn và miền ứng suất nhỏ sẽ gây nên vết nứt nông. Bằng cách tăng diện tích miền tiếp xúc, ta có thể tạo nên miền ứng suất lớn hơn dẫn tới tạo được vết nứt sâu hơn. Người ta nhận thấy đường kính của lưỡi cắt quyết định chiều dài của miền tiếp xúc còn góc sắc của lưỡi cắt sẽ quyết định chiều rộng của miền tiếp xúc. Tăng đường kính lưỡi cắt và tăng góc sắc của nó lên có thể tăng chiều sâu của vết nứt lên tương ứng.
Đối với bất kì lưỡi cắt nào cũng đều có một khoảng áp lực làm việc nhất định, bắt đầu tại giá trị áp lực vừa đủ để sinh ra vết nứt có chiều sâu đủ để bẻ gãy tấm kính và kết thúc tại giá trị áp lực sinh ra vết nứt sâu nhất nhưng đủ để không gây hỏng vết cắt. Nói chung, lưỡi cắt có góc sắc lớn sẽ có khoảng làm việc lớn hơn lưỡi cắt có góc sắc nhỏ, và lưỡi cắt có đường kính lớn cũng có khoảng làm việc lớn hơn so với lưỡi cắt có đường kính nhỏ. Đối với các sản phẩm có chất lượng thấp, áp lực làm việc của lưỡi cắt thường ở mức thấp, do đó vết nứt sinh ra nông, còn các sản phẩm chất lượng cao thường sâu hơn do áp lực làm việc của lưỡi cắt ở giá trị cao hơn.
Nhận xét: Từ những kết quả nghiên cứu về các yếu tố trên, người sử dụng có thể lựa chọn lưỡi cắt phù hợp với mục đích sử dụng và yêu cầu chất lượng của sản phẩm. Ứng với mỗi giá trị góc sắc cũng như bề dày của tấm kính, có thể có một hoặc nhiều giá trị đường kính lưỡi cắt để lựa chọn. Thông thường trong các tiêu chuẩn, góc sắc được chọn sao cho lưỡi cắt khi ở giá trị áp lực bắt đầu miền làm việc có thể tạo ra được vết nứt có chiều sâu từ 8-10% bề dày tấm kính tương ứng. Có thể thấy rằng, do sự khác nhau của các điều kiện biên như độ cứng, các thông số thiết lập chế độ cắt, v.v… nên việc chọn áp lực cụ thể trong từng quá trình cắt sẽ do người thợ quyết định, miễn là giá trị đó nằm trong miền áp lực làm việc của lưỡi cắt.
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
2.2. Các chỉ tiêu chất lƣợng. 2.2.1. Yêu cầu chất lƣợng vết cắt:
Một vết cắt đạt yêu cầu phải đảm bảo không có sự tróc vảy hay vết nứt vỡ. Đáy của vết nứt phải đảm bảo phản chiếu tốt ánh sáng và vết nứt phải có chiều sâu đồng đều.
2.2.2. Yêu cầu chất lƣợng mặt cắt sau khi tách.
Việc kiểm tra mặt cắt của tấm kính sau khi tách có thể cho thấy chất lượng của quá trình tạo ra nó. Mặt cắt của tấm kính phải là một mặt phẳng và vuông góc với bề mặt tấm kính. Chiều sâu của vết nứt cũng không nên lớn hơn chiều sâu cần thiết tối thiểu và phải đồng đều. Các rãnh thoát phoi ở hai bên vết cắt cũng phải nhỏ nhất có thể. Ngoài ra trên mép vết cắt không được xuất hiện dấu hiệu của sự va đập giữa lưỡi cắt và bề mặt tấm kính.
Các sự sai hỏng của mặt cắt phát sinh trong quá trình cắt thường được tập trung hoặc xuất phát tại bề mặt trên của tấm kính. Còn phần lớn các sự sai hỏng mặt cắt phát sinh trong quá trình tách tấm kính lại tập trung ở bên dưới đáy của vết nứt, tức là tại phần kính bị bẻ gãy bởi ứng suất uốn trong quá trình tách.
2.3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình cắt.
Mỗi bộ các thông sơ được thiết lập cho quá trình cắt được xem như một hệ thống, trong đó mỗi thành phần của hệ thống có ảnh hưởng đến việc vận hành nó. Do đó, việc xem xét ảnh hưỡng của mỗi thành phần có thể giúp tạo nên một hệ thống hợp lí, đem lại hiệu quả tốt nhất. Phần này sẽ đề cập đến 8 vấn đề ảnh hưởng đến chất lượng vết cắt:
- Độ cứng vững của hệ thống công nghệ. - Kết cấu hệ thống lưỡi cắt.
- Áp lực của đầu cắt và các thông số hình học của lưỡi cắt. - Chế độ gia công tinh lưỡi cắt.
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn - Tốc độ cắt - chế độ chăm sóc lưỡi cắt. - Dung dịch cắt. - Ứng suất dư. - Tuổi thọ lưỡi cắt. 2.3.1. Độ cứng vững của hệ thống công nghệ.
Trong mọi quá trình cắt kính, thì hệ thống bệ đỡ luôn là điều không thể thiếu. Hệ thống này vừa nâng đỡ tấm kính vừa giữ chặt nó, nhờ đó tăng độ cứng vững cho tấm kính và ngăn không cho nó bị xê dịch trên bàn máy dưới tác dụng của tải trọng sinh ra bởi đầu cắt. Điều này cực kỳ quan trọng trong việc gia công những tấm kính mỏng.
Một yếu tố quan trọng khác là độ cứng vững của giá đỡ đầu cắt. Một giá đỡ đầu cắt đủ cững vững có tác dụng ngăn không cho đầu cắt bị đẩy ngược trở lên dưới tác dụng của phản lực gây ra bởi tải trọng do đầu cắt.
Sự kết hợp của bệ đỡ chắc chắn bên dưới tấm kính và một giá đỡ đầu cắt cứng vững sẽ tạo ra một vết nứt có chiều sâu xác định được ứng với mỗi giá trị tải trọng. Nếu như cả hai yếu tố trên đều không được đảm bảo, thì chất lượng của vết cắt sẽ không đạt yêu cầu. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong tất cả các trường hợp, đầu cắt được gắn ở một độ cao hợp lí đến tấm kính. Khi cắt, đầu cắt được đẩy xuống tiếp xúc với tấm kính, đồng thời trục của lưỡi cắt luôn đươc điều chỉnh sao cho lưỡi cắt luôn ở phương tiếp tuyến với quỹ đạo. Nếu giá đỡ đầu cắt không đủ cứng vững, đầu cắt bị đẩy ngược lên phía trên, lưỡi cắt có thể không còn ở phương vuông góc với tấm kính. Khi đó, trong quá trình nội suy, góc quay của lưỡi cắt không đủ để đảm bảo nó luôn ở phương tiếp tuyến của quỹ đạo, dẫn tới vỡ lưỡi cắt và vết cắt bị hỏng.
2.3.2. Kết cấu hệ thống đầu cắt.
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
động quay và các chi tiết tạo ra áp lực cắt. Một kết cấu điển hình thường được sử dụng bao gồm một giá đỡ được gắn chặt vào đầu của cơ cấu tạo áp lực (thường là xi lanh khí nén). Một trục được lắp bên trong giá đỡ này bằng các ổ bi, và có khả năng quay bên trong giá đỡ. Một đầu kia của trục được gắn với lưỡi cắt. Áp lực sinh ra bởi xilanh khí nén được truyền tới lưỡi cắt thông qua giá đỡ và trục. Thông thường sự quay của trục bên trong giá đỡ được điều khiển để đảm bảo lưỡi cắt luôn tiếp tuyến với quỹ đạo cắt.
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
Để lưỡi cắt tạo được các vết cắt trên tấm kính thỏa mãn các yêu cầu về chất lượng và tính đồng nhất, thì nó phải đảm bảo được hai yêu cầu sau: quay và tạo vết trên bề mặt tấm kính. Hệ thống lưỡi cắt được thiết kế để đảm bảo 2 chức năng này, cũng như đảm bảo giữ cho lưỡi cắt luôn thẳng góc với tấm kính. Chỉ cần một trong 3 điều kiện này không đảm bảo sẽ dẫn tới vết cắt không đạt yêu cầu hoặc tệ hơn, gây hỏng tấm kính và lưỡi cắt:
- Trong quá trình cắt, lưỡi cắt thực hiện 2 chuyển động: lăn không trượt trên bề mặt tấm kính và chuyển động quay xung quanh trục thẳng góc với tấm kính. Chuyển động lăn không trượt có tác dụng làm giảm ma sát, giảm sự mẻ mép cắt, tăng tuổi thọ của lưỡi cắt và tăng hiệu suất của quá trình cắt. Trong khi đó chuyển động quay quanh trục thẳng góc với tấm kính nhằm đảm bảo cho lưỡi cắt luôn nằm theo phương tiếp tuyến với quỹ đạo cắt. Nếu điều này không đảm bảo, có thể gây vỡ lưỡi cắt.
- Như đã nói ở trên, để có thể tách được tấm kính sau khi cắt thì vết nứt sinh ra phải đạt độ sâu xấp xỉ một nửa chiều sâu lớp kính chịu ứng suất dư nén, do đó nếu áp lực sinh bởi xilanh khí nén không đủ lớn, vết nứt sinh ra không đạt độ sâu cần thiết và không thể tách được tấm kính. Giá trị của áp lực này phụ thuộc cơ tính và chiều dày tấm kính, độ cứng, đường kính và góc sắc của lưỡi cắt. - Nếu trong khi cắt, vì một lí do nào đó lưỡi cắt bị nghiêng so với phương thẳng
góc tấm kính, thì trục quay của nó không còn nằm trong mặt phẳng lưỡi cắt nữa. Điều này dẫn đến góc quay của lưỡi cắt bị sai lệch khiến cho nó không giữ được phương tiếp tuyến với quỹ đạo cắt. Ngoài việc có thể gây vỡ lưỡi cắt, việc lưỡi cắt bị nghiêng còn khiến cho miệng vết cắt phát triển không đều, bề mặt vết cắt không vuông góc với bề mặt tấm kính.
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
2.3.3. Áp lực của đầu cắt và các thông số hình học của lƣỡi cắt.
Các khiếm khuyết bề mặt của một vật liệu giòn dẫn đến sự nứt gẫy của nó xuất hiện dưới ứng suất kéo sinh ra bởi tải trọng nhỏ hơn nhiều so với tải trọng lý thuyết. Điều này cũng xảy ra khi cắt kính bằng lưỡi cắt bánh xe kim cương. Khi bánh xe với lưỡi cắt hình chữ V di chuyển trên bề mặt tấm kính mẫu dưới tác dụng áp lực, nó tạo ra một rãnh mà từ đó vết gẫy phát triển dần vào trong tấm kính làm giảm độ bền uốn của tấm kính dọc theo vết cắt. Các thông số của rãnh và vết cắt phụ thuộc vào đường kính và góc nghiêng α của lưỡi cắt, áp lực nén P và cấu trúc của tấm kính.
Lưỡi cắt là “trái tim” của mọi quá trình cắt kính. Lưỡi cắt có tác dụng truyền áp lực từ đầu xilanh đến đường đỉnh của nó và tiếp xúc với tấm kính sao cho áp lực đó được phân bố đều trên miền tiếp xúc. Vật liệu chế tạo lưỡi cắt thường dùng là kim cương hoặc cácbit vonfram. Lưỡi cắt bằng vật liệu này bền hơn, độ cứng cao hơn và có tuổi thọ lâu hơn lưỡi cắt làm từ các vật liệu khác. Khi sử dụng lưỡi cắt này để gia công cũng cho chất lượng vết cắt và bề mặt sản phẩm cao hơn các vật liệu khác.
Lưỡi cắt được chế tạo với độ chính xác cao với tất cả các bề mặt đều được mài tinh. Tất cả kích thước được khống chế trong miền dung sai nhất định, và các bề mặt phải đảm bảo các yêu cầu về sai lệch hình học trong mức cho phép:
- Hai bề mặt bên đảm bảo độ phẳng và độ song song với nhau. - Bề mặt lỗ lắp trục đảm bảo độ vuông góc với hai bề mặt bên. - Đường đỉnh của lưỡi cắt đảm bảo độ đồng tâm với hai lỗ lắp trục.
- Đường đỉnh của lưỡi cắt phải đảm bảo trùng với mặt phẳng trung bình của bề dày lưỡi cắt. Nhờ đó góc sắc luôn đảm bảo đối xứng và bằng nhau ở mọi mặt cắt đi qua trục.
- Ở bước gia công cuối cùng, lưỡi cắt được mài để đảm bảo độ bóng.
Trục của lưỡi cắt phải được mài vô tâm để lưỡi cắt có thể quay dễ dàng quanh trục. Do lưỡi cắt được lắp vào một con trượt có thể xoay bên trong một giá đỡ (như mục 2
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
đã đề cập), nên để điều chỉnh phương của lưỡi cắt một cách chính xác, lưỡi cắt phải được lắp ráp sao cho đường tâm của con trượt phải nằm trong mặt phẳng trung bình của bề dày lưỡi cắt.
Ảnh hưởng của góc nghiêng lưỡi cắt và áp suất nén đến vết cắt trên một tấm thủy tinh mẫu được thể hiện trong bảng sau (bảng tra của nhà máy cắt kính Quế Võ –