M Ở ĐẦU
1.2.1 Quá trình tạo phoi khi gia công kim loại
Sơ đồhình thành phoi khi gia công hợp kim nhôm A7075 được thể hiện trên Hình 1.8. Để hình thành được phoi trước đó lớp kim loại bị cắt đã trải qua một quá trình biến dạng nhất định, nghĩa là giữa lớp kim loại bị cắt và phoi luôn có một khu vực biến dạng. Ban đầu do tác dụng của lực F dao bắt đầu nén vật liệu gia công theo mặt trước của dụng cụ cắt. Lực F này yêu cầu phải đủ lớn để tạo ra trong vật liệu gia công một ứng suất lớn hơn sức bền của nó - tức là lớn hơn khảnăng liên kết của các tinh thể kim loại, đồng thời phải thắng được lực cản do ma sát trong quá trình gia công (ma sát giữa các tinh thể trượt lên nhau, ma sát giữa phoi và dao, ma sát giữa dao và vật liệu gia công). Khi dao tiếp tục chuyển động tương đối trong vật liệu gia công phát sinh biến dạng đàn hồi, biến dạng này nhanh chóng chuyển sang biến dạng dẻo và một lớp phoi được hình thành từ lớp kim loại bị cắt, di chuyển dọc theo mặt trước của dao (Hình 1.8 a). .
Như vậy quá trình tạo phoi xảy ra dọc theo mặt phẳng cắt. Khi dao tiếp cận mặt phẳng cắt, kim loại của phôi chưa bị biến dạng cho đến khi dao tiến đến mặt phẳng cắt thì biến dạng xảy ra. Biến dạng nhỏ xảy ra ởvùng cắt sơ cấp. Ngoài ra còn một lượng nhỏ biến dạng xảy ra dọc theo mặt trước của dụng cụ cắt và chuyển động cùng quá trình dịch chuyển của phoi và được coi tương tự chuyển động của thanh trượt có hệ số ma sát không đổi từ điểm A đến C (Hình 1.8 b). Khi phoi được hình thành trên bề mặt dụng cụ cắt thì biến dạng không còn.
a) b)
Hình 1.8. Phoi hình thành trong quá trình cắt [9]
Khi hình thành phoi phần mặt sau của phoi khá gồ ghề do có sự biến dạng không đồng nhất. Điều này là do tập trung ứng suất hoặc do tồn tại các điểm yếu của kim loại khi bị cắt. Khi mặt phẳng cắt qua một điểm có ứng suất tập trung sẽ kim loại sẽ bị biến dạng ở một giá trị nhỏhơn tại một điểm không có ứng suất tập trung. Biến dạng bắt đầu xuất trên mặt phẳng cắt, nó có xu hướng kéo dài khi tiếp tục chịu lực tác dụng. Do vậy một số kim loại trong trình cắt bị biến dạng nhiều hơn các kim loại ở vùng khác dẫn đến mặt sau của phoi bị gợn sóng. Những sóng này không liên tục trên mặt sau của phoi và bị giới hạn theo chiều rộng phoi (Hình 1.9). Tuy nhiên các nghiên cứu sau đó cũng cho rằng vùng biến dạng quanh đường AB có thay đổi gia công các vật liệu mềm, ủ mềm hoặc gia công bằng dụng cụ có bán kính cong lớn (Hình 1.10).
Hình 1.10. Trạng thái hình thành phoi [10]: a) Sựhình thành phoi cho vật liệu mềm, b) Hình thành phoi cho vật liệu ủ mềm, c) Sựhình thành phoi cho khi gia
công dao có bán kính cong lớn.
Hình 1.11. Trạng thái hình thành phoi; a) ảnh tếvi phoi hình thành khi gia công thép AISI1041; b) Biểu đồhình thành phoi; c) Vec tơ tốc độ cắt [10]
Theo Merchant [10] nghiên cứu sựhình thành phoi và đưa ra cơ chếhình thành phoi. Trên Hình 1.11 a) thể hiện dạng phoi được hình thành ổn định, Hình 1.11 b) cho thấy sự hình thành phoi với lực R bằng và ngược chiều với phản lực R’. Lực R
tác dụng lên mặt dụng cụ cắt được phân chia thành hai thành phần F và N, là góc ma sát, µ là hệ số ma sát với bề mặt tiếp xúc của dao. Tương tự R’ cũng được phân tích thành Fs và NS dọc theo mặt phẳng cắt.
Năm 1974 Nakayama cũng đề xuất lý thuyết mới về sự hình thành phoi xếp dựa trên nhiều thí nghiệm cắt đồng thau khi gia công nguội ở tốc độ rất thấp. Tại điểm C trên Hình 1.12 b), biến dạng trên bề mặt tự do bắt đầu tăng lên và hướng của đoạn CD song song với lực R tác dụng lên dụng cụ cắt. Một vết nứt do trượt bắt đầu tại điểm D chạy dọc xuống theo mặt phẳng cắt DO về điểm O của dao. Dụng cụ cắt tiếp tục tiến vào thì phoi được trượt ra ngoài như một thanh trượt dọc theo bề mặt vết nứt
cho đến khi vết nứt tiếp theo được hình thành tại D’ và chu kỳ hình thành phoi mới lại bắt đầu. Tại điểm D là nơi xuất hiện những ứng suất đầu tiên (Hình 1.12 a). Sau đó vết nứt sẽhình thành tại điểm D, trên bề mặt tự do nơi ứng suất pháp bằng 0 và tiếp tục dọc theo mặt phẳng cắt vềphía mũi dao O. Ban đầu vết nứt sẽphát triển liên tục theo chiều rộng của phoi (gọi là vết nứt thô) và phát triển liên tục khi ứng suất pháp lớn. Sựphát triển các vết nứt được thể hiện trên hình 1.13.
Hình 1.12. Cơ chế hình thành phoi [11]
Hình 1.13. Sơ đồhình thành vết nứt tếvi khi gia công [11].
Đề xuất của Nakayama cùng cho rằng sự hình thành phoi răng cưa được bắt đầu bằng sự hình thành các vết nứt định kỳ chứ không phải sự hình thành tuần hoàn của các dải cắt tập trung đoạn nhiệt. Như vậy nguyên nhân của sự hình thành phoi răng cưa là do đứt gãy theo chu kỳ, ngoài ra theo lý thuyết cắt lại là do nguồn gốc nhiệt. Thực tế các phoi răng cưa được hình thành ởtốc độ cắt thấp (nhiệt độ thấp), ở
xuống đầu dụng cụ cắt, điều này khẳng định rằng các vết gãy định kỳ là nguyên nhân của sự hình thành phoi răng cưa.