1 . Mục đích
Chọn vật liệu làm dao hợp lý bảo đảm được tính cắt gọt của dụng cụ, đảm bảo tuổi bền, tính công nghệ và kinh tế của sản phẩm.
2 - Điều kiện làm việc và yêu cầu đối với vật liệu gia công dụng cụ cắt.
Muốn hớt đi một lượng kim loại dư thừa ra khỏi bề mặt cần gia công để đạt được hình dáng, kích thước và các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết, trên các máy gia công kim loại bằng cắt ta phải dùng các dụng cụ thường gọi là dụng cụ cắt.
Dụng cụ cắt gồm hai phần: Phần cắt và phần thân
Phần cắt có nhiệm vụ ăn sâu vào vật liệu được cắt có tác dụng như một lưỡi dao nên nó phải được làm từ vật liệu riêng biệt có những tính năng cần thiết để đảm bảo cắt được và giữ được tính năng trong thời gian dài ( như độ cứng, độ chịu mài mòn...).
- Khi tạo phoi lưỡi cắt phải chịu một áp lực rất lớn tạo ra công cơ học tách kim loại ra khỏi vật liệu gốc, mặt khác vật liệu gia công trong cơ khí thường là thép, gang... có độ cứng cao do đó để cắt đư ợc vật liệu làm phần cắt dụng cụ phải có độ cứng cao hơn 60 65 HRC. Để đạt được điều này dao phải được làm bằng thép có lượng C tối thiểu là 0,7% và qua tôi cứng sau đó ram thấp thành mactenxit.
* Độ bền cơ học:
- Dụng cụ cắt thường làm việc trong điều kiệ n rất khắc nghiệt: tải trọng không ổn định, nhiệt độ cao, ma sát lớn, rung động ... dễ làm lưỡi cắt của dụng cụ mẻ. Do đó vật liệu làm phần cắt dụng cụ cần có độ bền cơ học( sức bền uốn, kéo, nén, va đập...) càng cao càng tốt.
*Tính chịu nóng:
- ở vùng cắt, nơi tiếp xúc giữa dụng cụ và chi tiết gia công, do kim loại bị biến dạng, ma sát ... nên nhiệt độ rất cao 7008000C, có khi đạt đến hàng
- ngàn độ( khi mài). ở nhiệt độ này vật liệu làm dụng cụ có thể bị thay đổi cấu trúc do chuyển biến pha làm cho các tín h năng cắt giảm xuống. Vì vậy vật liệu làm phần cắt dụng cụ cần có tính chịu nóng cao tức là vẫn giữ được tính cắt cao trong một thời gian dài.
*Tính chịu mài mòn:
- Làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao, ma sát lớn( mặt trước tiếp xúc với phoi mặt sau tiếp xúc với phôi) thì sự mòn dao là điều thường xảy ra. Thông thường vật liệu càng cứng thì tính chống mòn càng cao. Nhưng khi cắt nhiệt độ dến 700 8000C thì sự mòn cơ học không là chủ yếu nữa mà ở đây sự mài mòn chủ yếu do hiện tượng chảy dính là cơ bản. N goài ra sự giảm độ cứng phần cắt do nhiệt độ cao càng làm cho hiện tượng mòn xảy ra khốc liệt. Vì vậy vật liệu làm phần cắt dụng cụ phải có tính chịu mài mòn cao.
- Tính chống mòn của thép phụ thuộc những yếu tố sau:
+ Độ cứng càng cao tính chịu mòn càng tố t. Khi độ cứng 60 HRC thì cứ một đơn vị tuổi bền của dao được tăng lên khoảng 25 30%.
+ Lượng các bít dư càng cao thì tính chống mòn càng cao do đó thép làm dụng cụ cắt có lượng C 1% đôi khi đến 1,5% đặc biệt có thể tới 2%.
* Tính công nghệ:
- Tính thấm tôi tốt.
- Khả năng chịu gia công áp lực ở trạng thái nóng.
- Khả năng chịu gia công áp lực ở trạng thái ủ.
- Tính mài sau khi tôi tốt.
- Dễ rèn, dễ cán, dễ tạo hình bằng cắt gọt, dễ nhiệt luyện...
Ngoài ra vật liệu làm phần cắt dụng cụ phải có tính dẫn nhiệt tốt, độ dai chống va đập cao và giá thành rẻ.
* Chọn vật liệu làm dao:
Các loại vật liệu chế tạo dụng cụ cắt gồm có:
- Thép gió như: P9, P18,...
- Thép hợp kim cứng: T15K6, BK8,...
- Kim cương nhân tạo... `
Cơ tính sau khi tôi nóngĐộ0C
Tốc độ cắt(m/ph ) Độ dẫn nhiệt Tên thép HRC b n u x <250 45 C45 26 172 536 238 187 560 P9 63 190 445 340 172 600 3540 P18 64 237 354 300 170 800 21 BK8 87,5(HRA) 323 137 950 59 T15K6 90 (HRA) 407 115 500600 27 Từ bảng trên ta có nhận xét:
- Thép các bon dụng cụ và thép hợp kim dụng cụ chỉ phù hợp với các loại dụng cụ cắt thông thường không có yêu cầu cao về độ cứng, nếu sử dụng vào làm vật liệu chế tạo dao phay lăn răng thì hiệu quả sẽ không cao vì không có khả năng chịu mài mòn và độ cứng nóng thấp.
- Thép gió là loại vật liệu có cơ tính tốt, chịu va đập, chịu mài mòn và có độ cứng nóng cao giá thành vừa phải phù hợp chế tạo dao phay lăn răng.
- Hợp kim cứng có độ cứng cao, chống mài mòn tốt, tính cứng nóng cao nhưng chịu va đập kém và giá thành cao.
Từ đó việc chọn thép gió chế tạo dao phay lăn răng là hợp lý nhất. Với vật liệu làm dao bằng thép gió, thì có thể đạt tốc độ cắt từ 35 80 m/ph cao gấp 35 lần so với thép các bon dụng cụ.
Thép gió(HSS – High Speed Steel – Thép cắt ở tốc độ cao) có tính cắt cao hơn hẳn các loại thép các bon nêu trên, do đó từ khi thép gió ra đời, nó đã tạo ra một cuộc cách mạng về cắt gọt và năng suất gia công, làm xuất hiện một thế hệ các máy bán tự động và tự động tốc độ cao.
- Thép gió có khả năng tự tôi, tổng lượng hai nguyên tố Vonfram và Môlipđen cao( >10%) và lưọng khá lớn Crôm(4%).
- Nền cơ bản của thép gió vẫn là thép các bon, nhưng hàm lượng C cao hơn (0,71,5%), đặc biệt hàm lượng các nguyên tố hợp kim Crôm, Vonfram, Môlipđen, Coban, Vanadi tăng lên đáng kể nhất là Vonfram.
- Những nguyên tố hợp kim này hợp với C tạo nên cácbit kim loại có độ cứng cao, chịu mài mòn tốt, trong đó cácbit Vonfram(WC) đóng vai trò nòng cốt. Cácbit này ở nhiệt độ 6000c sẽ không thoát ra khỏi nmạng Mactenxit, nên vật liệu vẫn giữ được tính cắt tốt.
- Tác dụng chủ yếu của Crôm là tăng độ thấm tôi, Vanadi tạo thành cácbit Vanadi có độ cứng cao, chịu mài mòn tốt, Coban không tạo thành cácbit
mà hoà tan vào sắt, khi lượng các bon lớn hơn 5% thì tính chịu nhiệ t của thép gió được nâng cao.
- Thép gió với năng suất thường: Tính cứng và tính nóng 6156200c gồm: P18(80W18Cr4V),P9, M2, P6M5,...
- Thép gió năng suất cao: Là loại thép gió có tính cứng nóng cao hơn, khoảng nhiệt độ 6306500c, có thể cắt đến tốc độ 40m/ph, có tính chống mài mòn cao như:P18K52, T15, P12S4K5, T4...
Vì vậy ta chọn thép gió P18 làm vật liệu để chế tạo dao phay lăn răng .
2. Đăc điểm của thép gió P18:
Ưu điểm:
-Tính chịu nhiệt cao hơn hẳn so với thép cácbon dụng cụ, có thể chịu được nhiệt độ cắt gọt cao 5600C 6000C
- Tính chịu mài mòn cao (gấp 2 lần P9)
- Độ cứng sau nhiệt luyện đạt 6265 HRC
- Công nghệ chế tạo không đòi hỏi khắt khe, dễ chế tạo, dễ mài lại.
Nhược điểm:
- Chế độ nhiệt luyện phức tạp, đòi hỏi thiết bị phức tạp
- Dẫn nhiệt không tốt, cần chú ý khi nhiệt luyện để tránh nứt, cong, vênh. Thành phần hoá học của thép gió P18:
Thành phần Kí hiệu theoTCVN Tiêu chuẩn Mácthép C W Mo Cr V Co OCT P18 0,8 17,0 1,0 3,8 1,0 0,5 80W18Cr4V Bảng kết quả Module m = 4
Bước răng theo phương pháp tuyến tn = 12,56 Chiêù dày ở tiết diện pháp tuyến Sn= 6,283
Chiều cao đầu răng h1= 5
Chiều cao chân răng h2= 5
Chiều cao răng h = 10
Trị số góc profile theo mặt trước 1 = 19058’
Bán kính về đầu răng r1= 1
Lượng hớt lưng K = 5
Lượng hớt lưng lần dầu K1 = 7
Đường kính trung bình tính toán Dt = 69 Góc xoắn vít của rãnh răng = 3020’ Bước xoắn vít của của rãnh vít T = 3710
Chiều sâu rãnh thoát phoi H = 17
Góc sâu rãnh thoát phoi = 25
Bán kính đoạn cong đầu rãnh rk = 1,5
đường kính lỗ gá d = 27
Đường kính lỗ khoét rộng d1 = 29
Đường kính của gờ D1 = 46
Chiều dài phần làm việc của dao L1 = 68
Chiều dai toàn bộ dao L = 75
Chiều sâu rãnh then t = 3
Chương III:
Lập quy trình công nghệ chế tạo dao phay lăn răng