Trong thực tế sản xuất chi tiết có bề mặt phức tạp, nhiều trƣờng hợp không thể gia công theo đúng hình dáng hình học bề mặt cho trƣớc nhƣ bản vẽ kỹ thuật do khi gia công có thể xảy ra các hiện tƣợng sau:
- Cắt lẹm prôfin: trong quá trình gia công, một phần của chi tiết bị dao thâm nhập vào là do khi profin của dao và chi tiết tiếp xúc thì mặt khởi thuỷ của dụng cụ có phần thâm nhập vào bề mặt chi tiết.
Khi phay mặt cong có bán kính r bằng dao phay đầu cầu với bán kính r1, có vị trí bán kính dao r1>r bán kính của rãnh thì xảy ra hiện tƣợng cắt lẹm (hình 1.14).
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
31
r r1
Hình 1.14. Khi bán kính dao lớn hơn bán kính cong chi tiết.
Khi gia công tinh các chi tiết phức tạp cần khảo sát tiếp xúc giữa bề mặt chi tiết và bề mặt khởi thuỷ của dụng cụ ngƣời ta thƣờng áp dụng phƣơng pháp mặt cắt. Trong mặt phẳng cắt đi qua điểm tiếp xúc có thể nhìn thấy một số dạng tiếp xúc của prôfin sau:
Khi tiếp xúc tại điểm lồi (tiếp xúc ngoài) của cặp prôfin thì không cần quan tâm đến bán kính cong nơi tiếp xúc (hình 1.15).
Khi tiếp xúc mà ở điểm đó tồn tại một prôfin lồi tiếp xúc với một prôfin lõm (tiếp xúc trong) (hình 1.16), để không có hiện tƣợng cắt lẹm thì bán kính cong của prôfin lõm phải lớn hơn bán kính cong của prôfin lồi.
Hai prôfin có thể tiếp xúc với nhau tại những điểm đặc biệt, đó là điểm dừng (điểm lùi). Ở đây ta chỉ xét điểm lùi loại I: Trong hình 1.17 chỉ ra điểm lùi của đƣờng cong lồi. Trong trƣờng hợp này có thể xảy ra hiện tƣợng cắt lẹm nếu điểm lùi đƣợc tiếp xúc với một prôfin khác không phải là điểm đặc biệt. Hiện tƣợng cắt lẹm sẽ không xảy ra khi điểm lùi là điểm giới hạn của hai prôfin tiếp xúc ở phần lồi. Trong hình 1.18 chỉ ra điểm lùi của đƣờng cong lõm. Trong trƣờng hợp này, hiện tƣợng cắt lẹm chỉ không xảy ra khi tiếp xúc với phần lồi của prôfin khác.
Do vậy khi nghiên cứu đặc tính tiếp xúc của cặp prôfin dao và phôi ở trong các tiết diện tƣơng ứng cần phải biết bán kính cong của prôfin dao, profin chi tiết gia công và xác định các điểm đặc biệt trên bề mặt chi tiết.
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
32
Hình 1.15. Tiếp xúc ngoài Hình 1.16. Tiếp xúc trong
Hình 1.17. Điểm lùi của đường cong lồi Hình 1.18. Điểm lùi của đường cong lõm
Do vậy để gia công đƣợc chính xác về mặt hình học của các chi tiết theo bản vẽ cần đảm bảo không có hiện tƣợng cắt lẹm của bề mặt khởi thuỷ của dụng cụ vào bề mặt chi tiết. Nếu điều kiện trên không đảm bảo ở sơ đồ gia công hay bề mặt chi tiết
đã cho thì phải thay đổi đặc tính tiếp xúc giữa dụng cụ và chi tiết, từ đó dẫn đến sự thay đổi kích thƣớc và các thông số kết cấu của dụng cụ cắt hay kiểu dụng cụ khác nhau, ví dụ nhƣ trong hình 1.19.
Hình 1.19. Thay đổi kích thước và thông số kết cấu của dụng cụ.
- Khi gia công dao không cắt hết lƣợng dƣ (ở phần đƣờng cong chuyển tiếp của phần cầu của dao).
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
33
- Độ nhấp nhô bề mặt chi tiết không đồng đều tại vị trí có độ cong thay đổi là do điểm tiếp xúc giữa lƣỡi cắt và bề mặt chi tiết thay đổi:
Hình 1.20 b). Độ nhấp nhô bề mặt chi tiết
Độ nhám bề mặt:
Một trong những nhƣợc điểm khi gia công bằng dao phay cầu đó là nhám bề mặt lớn. Bởi vì ngoài việc chịu ảnh hƣởng của những yếu tố: Nhƣ độ cứng vững của hệ thống công nghệ, quá trình mòn của dao, góc nghiêng giữa dao và phôi ….độ nhám bề mặt chi tiết gia công còn phụ thuộc vào chiều cao nhấp nhô bề mặt sau mỗi lần chuyển dao hth và do kết cấu của đầu dao.
Bằng phƣơng pháp phân tích hình học 2 đƣờng chuyển dao liên tiếp với lƣợng dịch chuyển là p khi gia công mặt phẳng có thể biết đƣợc giá trị của hth nhƣ hình 1.21.
Hình 1.21. Sự hình thành bề mặt khi gia công bằng dao phay cầu hth = Ro - 2 2 0 4 2 p R (1.34) p hth De/2 Ro D ap
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
34
Trong đó:
hth là chiều cao nhấp nhô bề mặt p là lƣợng dịch dao ngang R0 là bán kính của đầu cầu ap Chiều sâu cắt Có thể nhận thấy rằng Ro > 2 2 0 4 2 p R vì thế giá trị của hth > 0
Nếu nhƣ xét cho trƣờng hợp gia công mặt cong phức tạp bất kỳ thì công thức (1.34) vẫn đúng khi xét tại từng tiết diện vuông góc với hƣớng tiến của dao.
Vì vậy khi gia công bằng dao phay đầu cầu muốn giảm giá trị hth thì áp dụng một hoặc đồng thời hai giải pháp:
Sử dụng dao có bán kính lớn nhất trong điều kiện có thể
Giảm lƣợng dịch chuyển dao ngang p. - Đối với dụng cụ xảy ra một số hiện tượng:
Mòn dao không đều ở các vùng lƣỡi cắt khác nhau, do các điểm tiếp xúc giữa profin của lƣỡi cắt và bề mặt chi tiết thay đổi trong quá trình cắt.
Có hiện tƣợng tì dao lên bề mặt chi tiết nên gây nứt vỡ ở vùng đỉnh dao do tại đây vận tốc cắt giảm dần đến không.
Tuổi thọ của dao không ổn định.
Do vậy nhiệm vụ đặt ra đối với ngƣời lựa chọn dụng cụ đó là xác định, phân tích một cách đầy đủ các nguyên nhân gây ra sai lệch prôfin chi tiết trong quá trình cắt để từ đó đƣa ra đƣợc những điều kiện chọn lựa thông số hình học dụng cụ tối ƣu nhằm nâng cao độ chính xác hình học của bề mặt chi tiết.
1.3. Kết luận
Hiện nay đã có nhiều nghiên cứu về quá trình phay tinh các bề mặt phức tạp bằng
dao phay đầu cầu nhƣ:
Nghiên cứu nâng cao chất lƣợng bề mặt chi tiết khi gia công tinh bằng chọn cách gá phôi và kiểu đƣờng chạy dao phù hợp. [10]
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
35
Nghiên cứu ảnh hƣởng của lực cắt và góc nghiêng trong gia công với tốc độ cao. [11]
Ảnh hƣởng của hình học bề mặt chi tiết đến điều kiện cắt gọt. [14]
Nghiên cứu cơ chế tạo hình bề mặt chi tiết gia công. [15]
Ảnh hƣởng các yếu tố hình học phôi đến các thông số hình học của dao , chế độ cắt đến chất lƣợng bề mặt chi tiết.[16]
Nghiên cứu gia công trên máy công cụ CNC các chi tiết có bề mặt hình học phức tạp. [13]
Qua đó nhận thấy rằng quá trình phay tinh bằng dao phay đầu cầu các bề mặt có biên dạng phức tạp với một số đặc điểm cơ bản:
Dao phay cầu là một dụng cắt có tính ứng dụng cao trong việc gia công các bề mặt phức tạp trong kĩ thuật.
Khi gia công bằng dao phay cầu giữa hai đƣờng chuyển dao cũng còn lại một lƣợng kim loại với chiều cao hth theo công thức (1.34).
Khi phay tinh xảy ra một số phần chi tiết bị cắt lẹm do bán kính của đầu cầu lớn hơn bán kính cong của mặt cong tại một số vị trí đặc biệt của bề mặt chi tiết.
Mối quan hệ hình học giữa profin của dao và phôi là phức tạp vì bề mặt chi tiết là bề mặt phức tạp có độ cong thay đổi trên toàn bộ bề mặt, dao cũng có bán kính cong thay đổi trên toàn lƣỡi cắt. Nhƣ vậy có thể kết luận rằng biên dạng của bề mặt gia công cũng là một trong những yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng bề mặt chi tiết.
Cơ chế cắt gọt của dao cầu là rất phức tạp.
Vận tốc cắt phụ thuộc vào vị trí cắt của lƣỡi cắt. Đỉnh dao phay cầu là vị trí có vận tốc cắt bằng không, là nơi quá trình cắt gọt diễn ra phức tạp nhất, điều kiện cắt khốc liệt nhất, nên độ bóng bề mặt gia công thấp.
Trong quá trình cắt gọt, tuỳ theo vị trí cắt, sự phân bố tải trọng dọc theo lƣỡi cắt của dao phay cầu là khác nhau.
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
36
Để tránh hiện tƣợng cắt ở đỉnh dao khi phay mặt phẳng hay các bề mặt phức tạp thì thay đổi thông số hình học của quá trình tiếp xúc giữa profin của dao và phôi bằng cách gá nghiêng phôi hoặc trục dao.
Từ xem xét trên càng khẳng định rằng đỉnh dao là nơi quá trình cắt gọt diễn ra khó khăn, nặng nhọc nhất và đây là nơi mà chất lƣợng bề mặt đạt đƣợc thấp nhất. Do kết cấu của chi tiết gia công có thể có phần chuyển tiếp (đáy khuôn, đáy hốc…). Vì thế việc khảo sát độ nhám bề mặt và các điểm cắt tại đỉnh cầu cũng là một nhiệm vụ cần thiết nâng cao chất lƣợng bề mặt khi phay tinh bằng dao phay đầu cầu.
Trong thực tế việc nghiên cứu quá trình cắt của dao phay cầu khi gia công bề mặt phức tạp để hạn chế các điểm cắt ở đỉnh dao với từng chủng loại dao và những điều kiện gia công cụ thể còn chƣa có nhiều nghiên cứu.
Nghiên cứu mối quan hệ hình học giữa profin của dao và phôi để chọn đƣợc kích thƣớc dụng cụ tối ƣu kết hợp với chọn góc nghiêng giữa trục dao và bề mặt chi tiết để chọn đƣợc phƣơng của pháp tuyến trên bề mặt chi tiết so với trục dao tối ƣu và chọn vận tốc cắt tối ƣu nhằm nâng cao chất lƣợng bề mặt đồng thời đảm bảo yêu cầu làm việc tốt nhất của các chi tiết đó là vấn đề cấp thiết hiện nay.
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
37