Ở trên ta đã biết rằng, chính ma sát lớn, áp lực lớn của phoi với mặt truớc là nguyên nhân gây nên hiện tuợng lẹo dao. Vì thế, để khắc phục hiện tuợng lẹo dao thì cần phải có biện pháp nhằm làm giảm ma sát, áp lực giữa phoi với mặt
61
truớc, giảm nhiệt cắt để hạn chế ảnh huởng của hiện tuợng chảy dính. Vì vậy, một số biện pháp cơ bản để khắc phục hiện tuợng lẹo dao thuờng dùng nhu sau: - Phun dung dịch trơn nguội để giảm ma sát giữa phoi và mặt truớc của dao, đồng thời giảm nhiệt cắt sinh ra.
62
- Lựa chọn thông số hình học của dao phù hợp để quá trình cắt được dễ dàng, biến dạng của phoi giảm và phoi thoát nhanh ra khỏi trước của dao (Y, Ọ).
- Lựa chọn chế độ cắt v, S, t hợp lý, người ta đã chứng minh được lẹo dao chủ yếu chịu ảnh hưởng của tốc độ cắt v, đồng thời chỉ có một vùng tốc độ cắt nhất định mới xuất hiện lẹo dao. Vì vậy, biện pháp hiệu quả nhất là cắt ở vùng tốc độ cắt không có sự hình thành lẹo dao, nên gia công ở vùng tốc độ cắt cao để bảo đảm năng suất gia công.
- Giảm độ dẻo của vật liệu gia công trong điều kiện cho phép. 3.4. Nhiệt cắt.
3.4.1. Nguồn nhiệt và sự truyền nhiệt cắt.
Hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt đóng vai trò rất quan trọng, nó ảnh hưởng đến quá trình tạo phoi, lẹo dao, co rút phoi, lực cắt và cấu trúc lớp bề mặt. Ngoài ra, nhiệt cắt còn ảnh hưởng rất lớn đến cường độ mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt.
Hình 3.15. Nguồn sinh nhiệt và sự phân bố nhiệt cắt.
Trong quá trình tạo phoi, ở vùng cắt sinh ra một nhiệt lượng lớn. Các nguồn sinh nhiệt chủ yếu gồm có:
- Nội ma sát do các phân tử trượt lên nhau trong quá trình biến dạng ở miền biến dạng thứ nhất, sinh ra lượng nhiệt Q1 xung quanh mặt trượt OE. Đây là nguồn sinh nhiệt chính trong quá trình cắt. Phần lớn lượng nhiệt do Q1 sinh ra được truyền vào phoi, một tỉ lệ nhỏ vào chi tiết.
- Ma sát giữa phoi với mặt trước của dao, biến dạng ở vùng biến dạng thứ hai sinh ra lượng nhiệt Q2. Nhiệt lượng do Q2 truyền vào phoi là chính, một phần vào dao.
- Ma sát giữa mặt sau của dao với bề mặt gia công sinh ra lượng nhiệt Q3. Nhiệt lượng Q3 thường nhỏ và truyền vào chi tiết và dao.
Phương thức truyền nhiệt ở trên là truyền nhiệt bằng tiếp xúc, chỉ có một lượng nhiệt nhỏ truyền vào môi trường xung quanh bằng bức xạ.
Nói chung các vật liệu làm dụng cụ cắt (trừ kim cương) đều có hệ số truyền nhiệt nhỏ. Do đó, nhiệt lượng được truyền vào phần cắt không lớn so với nhiệt lượng được
64
Hình 3.16 mô tả tỷ lệ phân bố nhiệt giữa phoi, chi tiết gia công và dao khi tiện với dao gắn mảnh HKC T60K6, với chế độ cắt t=1,5 mm, S=0,12 mm/vg. Phân tích biểu đồ trong hình 3.18 có thể thấy rằng khi tăng v thì nhiệt lượng truyền vào phoi tăng lên, còn nhiệt truyền vào chi tiết gia công và dao thì giảm đi và lượng nhiệt truyền vào dao là nhỏ nhất. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy:
- Khi gia công với tốc độ cắt không lớn, v = 30:40 (m/ph), tỷ lệ phân bố nhiệt cắt như sau: Qphoi « 60:70%;, ọChl tiết'« 30:40% ; Qdao « 3%.
- Khi cắt cao tốc với tốc độ cắt v = 400:500 (m/ph), Qphoi ~ 97:98%, Qdao ~ 1%. Thực nghiệm cũng khẳng định tính dẫn nhiệt của chi tiết gia công càng nhỏ thì nhiệt tỏa vào dao càng lớn.
Hình 3.17.So sánh sự phân bố nhiệt cắt khi cắt thường và cắt cao tốc. Tuy tỷ lệ % nhiệt cắt truyền vào dao nhỏ nhưng vì độ dẫn nhiệt của vật liệu dụng cụ cắt thấp, tiết diện phần cắt nhỏ nên nhiệt độ tại phần cắt thường tập trung và rất cao. Thông thường khi gia công thép với chế độ cắt trung bình thì nhiệt độ phần cắt khoảng 600:650°C. Nếu bỏ qua % nhiệt lượng truyền vào môi trường thì phương trình cân bằng nhiệt được biểu diễn như sau:
= Q-. - Qz - QỊ (3.3)
Người ta xác định rằng trên 99,5% công cắt biến thành nhiệt. Nên có thể xác định Q theo biểu thức: „ - , _ ,
„ P-.I7 R..V kcal
E 427 ph J Trong đó: Pz - Là lực cắt chính, kG. V - Là vận tốc cắt, m/phút.
E - Là đương lượng nhiệt của công (E = 427 kGm/kCal).
3.4.2. Trường phân bố nhiệt trên bề mặt dao.
Khi nói về nhiệt cắt cần nhớ rằng nó không phải là hằng số tại bất kỳ điểm nào trong vùng cắt. Nhiệt cắt phân bố trên bề mặt dụng cụ cắt cũng vậy, nhiệt cắt tại mỗi điểm không chỉ khác nhau mà còn có thể thay đổi theo thời gian.
65
Quan sát trường phân bố nhiệt độ trên mặt trước của dao, hình 3.18a, khi tiện thép 40X với t =1,5 mm; S = 0,21 mm/vg; v = 115 m/ph. Ta thấy, trong vùng tiếp xúc giữa mặt trước của dao với phoi thì nhiệt cắt lớn nhất nằm giữa vùng tiếp xúc, tức là tại điểm C/2 nhiệt cắt là lớn nhất 3... Điểm này cũng chính là trung tâm của áp lực trên mặt trước và là nơi xuất hiện vết mòn (hình 3.18b) có dạng lưỡi liềm.
66
3.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt cắt. 3.4.3.1. Chế độ cắt. 3.4.3.1. Chế độ cắt.
Tích của 3 yếu tố chế độ cắt là thể tích vật liệu được cắt ra trong một đơn vị thời gian W = v.S.t (mm3). Một trong 3 yếu tố tăng làm thể tích W tăng đồng nghĩa năng lượng cần thiết cung cấp cho quá trình cắt cũng tăng lên. Như trên đã trình bày thì khoảng 99,5% công cắt biến thành nhiệt và vì thế nhiệt cắt sẽ tăng theo khi v, S, t tăng lên.
Qua nghiên cứu, người ta xác định được quan hệ giữa tốc độ cắt v, lượng chạy
dao S, chiều sâu cắt t với nhiệt cắt 0° được mô tả trong hình 3.19.
Hình 3.19. Quan hệ giữa nhiệt cắt với các yếu tố chế độ cắt.
Phân tích hình 3.19, thấy rằng khi v, S, t tăng thì nhiệt cắt tăng. Tuy nhiên, đường cong có độ dốc giảm dần, phía cuối độ dốc giảm đến mức gần như nằm ngang, lý do cụ thể như sau:
- Đối với quan hệ ỡ° - v.
Khi tăng v làm cho tốc độ biến dạng giảm, lượng nhiệt sinh ra do biến dạng giảm, tốc độ cắt tăng làm phoi trượt với vf lớn nên nhiệt sinh ra do ma sát giữa dao với phoi cũng giảm, kết quả làm nhiệt cắt tăng chậm khi tăng v.
- Đối với quan hệ ỡ° - S. 9 °C c
67
Khi S tăng đương nhiên nhiệt cắt tăng. Khi S tăng thì chiều dày cắt a tăng lên làm cho tâm áp lực lùi xa ra lưỡi cắt. Do đó nhiệt độ cắt trung bình sẽ tăng chậm lại khi tăng S.
- Đối với quan hệ ỡ° -1.
Tăng chiều sâu cắt t, chiều dài lưỡi cắt tham gia cắt tăng lên, điều kiện truyền nhiệt tố hơn vì vậy mà nhiệt cắt tăng chậm khi tăng chiều sâu cắt t.
3.4.3.2. Vật liệu gia công.
Độ bền ơb, tính dẫn nhiệt và độ dẻo dai của vật liệu gia công ảnh hưởng khá
68
3.4.3.3. Thông số hình học của dao. - Ảnh hưởng của góc trước y.
Khi góc truớc tăng, lực cắt giảm do đó công suất cắt giảm vì vậy luợng nhiệt tỏa ra cũng giảm. Tuy nhiên, điều đó đồng nghĩa với góc sắc p giảm, tiết diện phần cắt giảm khi đó điều kiện truyền nhiệt và thoát nhiệt sẽ kém dẫn đến nhiệt cắt tăng.
Vì thế tồn tại một giá trị góc truớc Yo tối uu để cho nhiệt cắt và lực cắt đều giảm.
Hình 3.20. Ảnh hưởng của góc trước đến nhiệt cắt. - Ảnh hưởng của góc nghiêng chính
Khi góc nghiêng chính ọ giảm thì chiều dài luỡi cắt tham gia cắt tăng, đồng thời góc đỉnh dao £ tăng do đó điều kiện thoát nhiệt tốt cho nên nhiệt độ cắt giảm và nguợc lại.
<p 0
Hình 3.21. Ảnh hưởng của góc ọ đến nhiệt cắt.
Nếu vật liệu gia công có tính dẫn nhiệt tốt, điều kiện truyền nhiệt, tản nhiệt tốt hơn, khi đó nhiệt cắt tích tụ tại vùng cắt sẽ giảm.
69
3.4.4. Công thức xác định nhiệt cắt.
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.