Tổng hợp tất cả các yếu tố ảnh huởng đến nhiệt cắt, có thể xác định nhiệt cắt qua công thức có dạng tổng quát nhu sau:
Ể: = C9V\V.f<.Vin.pị^ (3.5) Trong đó: Co - Là hệ số kể đến ảnh huởng của các yếu tố của quá trình cắt.
70
m, n, q - Là những số mũ thể hiện mức độ ảnh hưởng của các yếu tố tương ứng đến nhiệt cắt (q<n<m<1).
Vì q<n<m<1 nên để giảm nhiệt cắt khi diện tích lớp cắt f = S.t = const thì nên cắt với tỷ số t/S lớn đến mức có thể được (Xem hình 3.20 - S ảnh hưởng đến nhiệt cắt lớn hơn so với t) đồng thời giảm góc nghiêng chính.
A.M. Danhienla đã đề xuất các công thức tính nhiệt cắt trong 1 số trường hợp khi cắt thép hợp kim kết cấu bằng thép gió như sau:
- Khi tiện: Cỡ.v0<5°'24.t°'Msiníp)0'26
r — j-0,11 po,ữ6 (3.6)
Trong đó: r - Bán kính mũi dao. F - Tiết diện thân dao.
- Khi bào: e = C .v°XS°\t0,28 e (3.7)
- Khi khoan: e=C y°XS0,82 e (3.8)
- Khi phay: e = C .v0’39.Sz0,17.t °’15.B0’08 (3.9) 3.5. Hiện tượng rung động trong quá trình cắt.
Trong quá trình cắt gọt luôn luôn phát sinh rung động làm giảm độ bóng, độ chính xác gia công.Về cơ bản rung động được chia làm hai loại: - Rung động cưỡng bức.
- Rung động tự phát.
Sơ đồ bên dưới trình bày nguyên nhân hình thành và biện pháp khắc phục các rung động trên.
RUNG ĐỘNG Tự PHÁT (Rung động sinh ra bời quá trình cất.
sinh ra do sự thay đôi lực căt)
NGUYÊN NHẨN
- Lực cắt không đều, do cắt gian đoạn với lượng dư không đêu, độ cứng của vật liệu gia công không đều.
- Các chi tiết máy, chi tiết gia cộng, dao không được cân băng tôt khi quay nhanh gây ra lực ly tâm. - Rung động từ bên ngoải tác động
NGUYÊN NHÂN
- Lượng dư cắt không đều.
- Lực ma sát giữa phoi với dao thay đỗi.
- Kích thước lớp cat không phù
71 - Nâng cao độ cứng vững của hệ thông công nghệ (Máy - Dao - Đồ ga).
- Nâng cao độ chính xác của máy, dao và đồ gá, các chi tiết quay nhanh cân được cân băng tot. - Tránh cất gián đoạn.
Có nền móng tốt nhàm giảm rung động
- Cắt với lượng dư đều, hạn chể sự thay đẻi lực ma sát giữa phoi với dao.
- Không nên cất lóp phoi quá rộng vả quá mỏng.
- Chọn chế độ cắt hợp lý đế lẹo dao không xuât hiện.
- Dùng dung dịch trơn nguội đẻ giảm mòn dao.
- Nâng cao độ cứng vững của hệ thông công nghệ.
72 3.6. Trạng thái bề mặt gia công.
Khi nói đến trạng thái bề mặt gia công là nói đến đặc tính của hai yếu tố cơ bản đó là: hình dáng hình học lớp bề mặt gia công, ở đây ta quan tâm đến chiều cao nhấp nhô trên bề mặt gia công. Và trạng thái cơ lý lớp bề mặt gia công.
3.6.1. Chiều cao nhấp nhô trên bề mặt gia công.
Khi gia công bề mặt bằng dụng cụ cắt có luỡi cắt nói chung thì profin của luỡi cắt sẽ chép lại trên bề mặt gia công . Trong hình 3.23. ta thấy rằng thông số hình học của dao trong mặt phẳng cơ sở quyết định đến chiều cao nhấp nhô trên bề mặt do dao tiện (r = 0) để lại.
Khi đó chiều cao nhấp nhô h đuợc xác định theo công thức: h = — --- --- - -- - ---
cotg<p -I- colgtpỵ
Khi tiện, bào với luỡi cắt có r > 0 thì profin của nhấp nhô có dạng nhu trong hình 3.24 và chiều cao nhấp nhô đuợc xác định theo công thức:
(3.11)
h = 8r
Hình 3.24. Chiều cao nhấp nhô khi cắt với dao tiện có r>0.
Trong thực tế chiều cao nhấp nhô của bề mặt gia công không chỉ phụ thuộc vào các yếu tố ở trên mà còn phụ thuộc vào tốc độ cắt v, góc truớc, góc sau chính.. .Hình 3.25. cho thấy ảnh huởng của các nhân tố kể trên đến chiều cao nhấp nhô
trên bề mặt gia công.
(3.10)
73
3.6.2. Trạng thái cơ lý bề mặt gia công.
Tính chất cơ lý của lớp vật liệu nằm dưới bề mặt gia công ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc và tuổi thọ của chi tiết máy. Ứng suất dư và tình trạng cứng nguội là hai hiện tượng thường gặp trên bề mặt chi tiết sau khi gia công. Sự xuất hiện của hai hiện tượng này là do biến dạng dưới tác dụng của lực cắt, sự thay đổi cấu trúc kim loại do nhiệt cắt sinh ra.
3.6.2.I. Ứng suất dư:
Khi cắt gọt tạo phoi, ứng suất dư là do lực cắt là chủ yếu, ứng suất dư do nhiệt cắt là thứ yếu.
- Khi gia công vật liệu dẻo, thường ứng suất dư là kéo. - Khi gia công vật liệu giòn thì ứng suất dư thường là nén.
- Khi mài với nhiệt cắt cao, ứng suất dư lớp bề mặt luôn luôn là ứng suất dư kéo. Quan sát hình 3.26 có thể thấy được sự thay đổi ứng suất dư theo chiều sâu A. Khi gia công vật liệu dẻo ở lớp rất mỏng khoảng ]:4um - vùng I là ứng suất dư nén. Sang vùng II tùy thuộc vào góc trước Y, chế độ cắt v, S, t thường ứng suất dư là kéo. Chiều sâu của vùng II thường > 10 lần vùng I, cho nên vùng II quyết định đặc trưng ứng suất dư của bề mặt. Sang vùng III, ứng suất dư lại là nén.
ơ
Hình 3.26. Ứng suất dư và độ cứng nguội của lớp bề mặt. Hình 3.25. Ảnh hưởng của một số yếu tố đến chiều cao nhấp nhô.
74
Ứng suất dư trên bề mặt là kéo làm giảm sức bền mỏi của chi tiết, nếu như ứng suất dư kéo vượt quá giới hạn bền của vật liệu thì có thể gây ra hiện tượng nứt bề mặt.
3.6.2.2. Độ cứng nguội.
Khi cắt do ngoại lực làm các pha ferit bị biến dạng và hóa bền gây nên hiện tượng cứng nguội. Nghĩa là độ cứng bề mặt gia công lớn hơn nhiều so với độ cứng của chi tiết. Mức độ cứng nguội được xác định theo công thức:
(3.12) “ilfC
75
Trong đó: AH - Là chiều dày lớp cứng nguội. AHM - Là mức độ cứng nguội.
HMH - Là độ cứng tế vi lớn nhất của lớp biến cứng. HMC - Là độ cứng tế vi của vật liệu.
Nếu tăng luợng chạy dao S và giảm góc truớc Y, độ mòn và cùn của dao tăng thì chiều dày lớp cứng nguội và mức độ cứng nguội tăng lên.
3.7. Dung dịch trơn nguội.
3.7.1. Vai trò của dung dịch trơn nguội.
Một trong những biện pháp nhằm cải thiện điều kiện cắt gọt là tuới dung dịch trơn nguội vào vùng cắt trong quá trình gia công. Việc phun dung dịch trơn nguội có tác
dụng nhu sau:
3.7.2. Yêu cầu cơ bản của dung dịch trơn nguội.
Để đạt đuợc mục đích bôi trơn và làm nguội trong quá trình gia công thì các chất bôi trơn làm nguội phải đáp ứng đuợc những yêu cầu sau:
76 - Giảm nhiệt cắt.
- Giảm đuợc ma sát. - Giảm mài mòn.
77 - Cải thiện chất lượng, độ chính xác gia công.
- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị cũng như môi trường.
3.7.3. Một số chất bôi trơn làm nguội trong quá trình cắt.
Tùy thuộc vào vật liệu gia công, đặc điểm của phương pháp gia công, thiết bị gia công, có thể lựa chọn một trong các loại chất bôi trơn làm nguội sau:
- Thể khí như CO2.
- Thể lỏng như nước, nước xà phòng... - Thể rắn như than chì.
Trong cắt gọt kim loại, dung dịch trơn nguội thường được chia làm 3 nhóm chính:
- Nhóm 1: Là nhóm các dung dịch có tác dụng làm nguội là chủ yếu (Các dung dịch nước điện ly).
- Nhóm 2: Là nhóm mà ngoài chức năng làm nguội ra thì một phần có tác dụng bôi trơn (Dung dịch nước xà phòng, dung dịch êmunxi).
- Nhóm 3: là nhóm có tác dụng bôi trơn, một phần làm nguội như các loại dầu, mỡ.
3.7.4. Phương pháp tưới dung dịch trơn nguội.
3.7.4.1. Nguyên tắc chung khi tưới dung dịch trơn nguội.
Để lựa chọn được dung dịch trơn nguội hợp lý cần căn cứ vào các yếu tố, đó là:
- Vật liệu chi tiết gia công.
- Phương pháp gia công và tính chất gia công. - Thiết bị gia công.
Chẳng hạn, khi chọn dung dịch trơn nguội theo vật liệu gia công, phương pháp gia công cần lưu ý như sau:
79 3.7.4.2. Yêu cầu khi tưới.
- Tưới đúng vào vùng cần tưới.
Hình 3.28. Sơ đồ tưới nguội khi tiện, phay.
- Tưới đủ lượng cần thiết.
Lưu lượng tưới phụ thuộc vào phương pháp gia công và đặc tính của dung dịch: + Khi tiện: Tưới nước, dầu hòa tan với lưu lượng từ 10 đến 12 (lít/phút). + Khi phay: Tưới nước, dầu lưu hóa với lưu lượng từ 10 đến 20 (lít/phút).
+ Khi mài: Tưới nước, dầu hòa tan với lưu lượng 20 (lít/phút)
+ Khi cắt ren, cắt bánh răng: Tưới nước, dầu lưu hóa với lưu lượng từ 3 đến 4 (lít/phút).
+ Khi chuốt: Tưới dầu lưu hóa với lưu lượng từ 1 đến 3 (lít/phút).
- Khi tưới dung dịch cần phải đảm bảo an toàn cho công nhân và thiết bị. CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 3
1. Trình bày đặc điểm của quá trình hình thành phoi? 2. Đặc điểm của các loại phoi và điều kiện hình thành?
3. Trình bày khái niệm về hiện tượng lẹo dao? Nguyên nhân, điều kiện hình thành, ảnh hưởng của lẹo dao và biện pháp khác phục?
80
4. Nguồn gốc và sự phân bố nhiệt cắt? Ảnh hưởng của các nhân tố đến nhiệt cắt? 5. Phân tích ảnh hưởng của thông số hình học của dao đến độ bóng bề mặt của chi tiết?
81
Chương 4: Lực CẮT KHI TIỆN Lực cắt là một trong những thông số quan trọng của quá trình công nghệ. Do vai trò quan trọng của lực cắt mà trong công nghệ nguời ta luôn luôn tìm cách kiểm soát lực cắt bằng các biện pháp trực tiếp hoặc gián tiếp. Giá trị của lực cắt là
thông số quan trọng trong thiết kế dao, tính toán lựa chọn sơ đồ gá đặt, kẹp chặt cũng nhu tính toán lựa chọn công suất động cơ của máy
4.1. Cơ sở lý thuyết của lực cắt.
4.1.1. Khái niệm lực cắt.
Lực cắt là lực tác dụng từ dao lên phôi để tách ra phoi tạo nên bề mặt chi tiết gia
Hình 4.2. Mô hình tương tác giữa dao và phôi.
Hình 4.2 thể hiện mô hình tuơng tác giữa dao và phôi. Mũi dao có dạng hình nêm, chuyển động với vận tốc v, tác dụng một lực lên lớp vật liệu trên phôi có chiều dày a. Duới tác dụng của lực lớp vật liệu có chiều dày a bị biến dạng ở vùng 1, sau đó bị phá hủy và hình thành phoi. Để quá trình tạo phoi diễn ra liên tục thì lực còn phải thắng đuợc áp lực do phoi tạo ra trong quá trình cắt, ma sát giữa dao và phoi, ma sát giữa dao và chi tiết gia công. Giá trị thực của lực r chính là giá trị của lực cắt.
Hình 4.1. Lc ct khi tin l.
công c...
Trong chung ny, s mô t vn tt v bn cht ca lc ct, vai trò ca lc ct trong quá trình công ngh, các nhân t nh hung n lc ct v
82
4.1.2. Vai trò của lực cắt.
Nghiên cứu lực cắt là nghiên cứu nguyên nhân sâu xa của quá trình hình thành phoi. Dựa vào giá trị của lực cắt sẽ xác định đuợc:
- Công suất truyền động và độ cứng vững của hệ thống công nghệ.
83
Lực cắt cũng là yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất và trực tiếp đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của quá trình công nghệ như:
- Độ chính xác về kích thước và hình dáng hình học của chi tiết sau khi gia công. - Chất lượng bề mặt gia công cơ.
- Mức độ tiêu hao năng lượng.
4.1.3. Hệ thống lực tác dụng lên dụng cụ cắt.
Để đơn giản trong quá trình nghiên cứu động lực học của quá trình cắt, ta khảo sát hệ thống lực tác dụng lên mặt trước và mặt sau của dụng cụ cắt khi cắt tự do,
lưỡi cắt có r = 0.
Hình 4.3. Các lực tác dụng lên mặt trước và mặt sau khi cắt tự do. - Các lực trên mặt trước của dao.
Khi phoi trượt trên mặt trước của dao, mặt trước của dao chịu một áp lực 1. Đồng thời giữa phoi với mặt trước xuất hiện lực ma sát F- với L - .. .’.'■. Trong đó, .. là hệ số ma sát trên mặt trước của dao. Tổng hợp lực : và F- ta được lực ợ .
- Các lực tác dụng trên mặt sau của dao.
Do bề mặt gia công có tính đàn hồi, nên sau khi mũi dao đi khỏi thì lớp kim loại phục hồi trở lại tạo ra áp lực . Chuyển động tương đối giữa mặt sau của dao với bề mặt chi tiết gia công phát sinh lực ma sát F- với F-_ = .0 . Trong đó, V là hệ số ma sát
giữa mặt sau của dao với bề mặt chi tiết gia công. Tổng hợp lực và F- ta được lực
^ ■. , , ,
Tổng hợp véc tơ của các lực Fvà ợ ta được lực cắt tổng hợp X. Trong thực tế ta không quan tâm đến phương hướng và độ lớn của lực r, thay vào đó người ta quan tâm đến việc xác định giá trị của lực cắt trên các trục tọa độ Ox, Oy, Oz tương ứng là P . P„. P,. x, y, z.
84
85
4.1.4. Các thành phần của lực cắt khi tiện.
Hình 4.4. cho thấy các lực cắt thành phần khi tiện. Trong đó: Pz - Gọi là lực tiếp tuyến (Còn gọi là lực cắt chính).
Py - Gọi là lực hướng kinh. Px - Gọi là lực chạy dao.
Nói chung, các lực cắt Pz, Py, và Px chịu ảnh hưởng của các yếu tố chế độ cắt , thông số hình học của dao không theo cùng quy luật.
KHI TIỆN
Thông số hình học của dao
. (p = 45°, Ẵ = 0, Y = 15^ _______________________________ Chê độ căt t . í >10 Lực cất ' Pz.Py-.Px = 1: (0,4-ỉ- 0,5): (0,25-ỉ-0,3) Khi đó: p = JPỈ +Pj + pị a (1,1 -ỉ-1,15)PZ L_ _____ r r J 4.Ì.4.Ì. Thành phần lực tiếp tuyến Pz.
Lực tiếp tuyến Pz có phương thẳng đứng (Vuông góc với mặt phẳng cơ sở) theo chiều đi xuống. Lực Pz có xu hướng gây uốn dao và chi tiết gia công. Do đó, khi thiết kế dao phải căn cứ vào giá trị của lực Pz để tính toán độ bền uốn cho dao. Đồng thời, dựa vào giá trị của lực Pz để tính độ võng của chi tiết, từ đó lựa chọn phương án gá đặt sao cho hợp lý. Để đảm bảo độ bền uốn của thân dao cần:
Trong đó: l: Chiều dài gá dao côngxon.
Wx: Mô đun chống uốn. +) Tiết diện chữ nhật: Wx=B.H2/6.
+ Tiết diện hình tròn: Wx = n.D3/32.
Lưu ý: Tăng chiều cao H thì khả năng chống uốn tốt hơn khi tăng bề rộng thân dao B.
Phản lực của lực Pz là lực T. cùng phương, độ lớn và ngược chiều với lực Pz, Phản lực này cản lại chuyển động quay tròn của phôi tạo ra mô men cắt gọt (Hình 4.6).
P
(4.1)
86
(4.2)
Trong đó: D là đường kính của phôi. (Nếu P z đo bằng N thì D đo bằng m). Để có thể cắt gọt được thì cần thỏa mãn điều kiện:
P'.D ___ , .
Mca= [Af] (N.m) (Al}
87 Với I là mô men xoắn cho phép của động cơ.
Hình 4.6. Mô men cắt gọt. 4.1.4.2. Thành phần lực hướng kính Py.
Py có phương dọc theo trục của dao, có xu hướng đẩy dao ra khỏi chi tiết gia công. Phản lực P y có xu hướng gây uốn chi tiết gia công. Căn cứ vào lực Py để