4.3.1. Ảnh hưởng của vật liệu gia cơng đến lực cắt.
Khi cắt phoi, kim loại bị biến dạng mạnh, lực cắt chịu ảnh hưởng của lực ma sát của phoi và vật liệu gia cơng với mặt trước của dao. Tuy nhiên cần biết rằng, trong quá trình gia cơng thì kim loại trong vùng cắt bị nung nĩng mạnh. Điều này cĩ nghĩa là tính chất của kim loại khác xa tính chất của nĩ ở trạng thái tĩnh (trạng thánh khơng gia cơng). Vì vậy khơng thể cĩ cơng thức tính chính xác để tính tốn ảnh hưởng của các tính chất của vật liệu gia cơng như độ bền kéo
B, độ cứng HB và một số tình chất cơ lý khác tới lực cắt PZ. Trong thực tế để tính lực cắt PZ phụ thuộc vào B và HB cĩ thể dùng các cơng thức sau đây:
PZ= cvB
PZ= cv HB
4.3.2. Ảnh hưởng của vật liệu dao đến lực cắt.
Ảnh hưởng này tồn tại là do lực ma sát giữa vật liệu gia cơng và vật liệu dao. Đối với các nhĩm dụng cụ cắt như: thép giĩ, hợp kim cứng vơnphram – cơban hệ số ma sát và sự co rút phoi khơng khác nhau, do đĩ lực cắt Pz khơng thay đổi.
Khi gia cơng bằng dụng cụ hợp kim cứng vơnphram – titan – cơban, lực cắt Pz giảm nhẹ khi thành phần cacbit titan (TiC) tăng. Để so sánh, cĩ thể lấy ví dụ như sau: nếu gia cơng bằng dụng cụ thép giĩ, lực cắt Pz = 1 thì khi gia cơng bằng hợp kim cứng nhĩm BK: lực Pz = 1, cịn nhĩm TK: lực Pz = 0,9 ÷ 0,95.
Hình 4.4. Sơ đồ biểu thị sự phụ thuộc của lực cắt vào tớc độ cắt
Lực cắt đơn vị p cũng phụ thuộc vào vật liệu dao theo mức độ khác nhau. Ta thấy, cùng một tốc độ cắt nhưng lực cắt đơn vị khi gia cơng bằng dao thép giĩ P18 lớn hơn lực cắt đơn vị khi gia cơng bằng dao hợp kim cứng T5K10 và T48.
4.3.3. Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến lực cắt.
Trước đây người ta cho rằng tốc độ cắt hầu như khơng ảnh hưởng đến lực cắt. Quan điểm này được giải thích rằng các thí nghiệm được tiến hành trong phạm vi hẹp của sự thanh đổi tốc độ và sử dụng các lực kế cĩ độ nhạnh cảm thấp. Tuy nhiên về sau này người ta đã chứng minh được sự phụ thuộc của lực cắt Pz và tốc độ trong phạm vi biến đổi rộng, để giải thích quan hệ phụ thuộc này người ta làm thí nghiệm cắt thép 40X với tốc độ cắt biến đổi trong phạm vi lớn.
Trong vùng biến đổi của tốc độ cắt, khi co rút phoi giảm thì lực cắt cũng giảm và ngược lại. Tuy nhiên hiện tượng này khơng trùng lặp ngẫu nhiên mà tuân theo quy luật, bởi vi khi tăng tốc độ cắt, lực cắt thay đổi như hệ số cĩ rút phoi. Hệ số co rút phoi tăng chứng tỏ gĩc trượt 1 giảm và diện tích bề mặt trượt tăng. Trong trường hợp này, mức độ biến dạng của kim loại, cĩ nghĩa là tăng ứng suất mà ở đĩ sảy ra hiện tượng trượt làm cho lực cắt Pz tăng. Ngồi ra, lực cắt và hệ số co rút phoi cịn phụ thuộc vào hệ số ma sát khi lớp cắt biến dạng. Đường cong phụ thuộc Pz = f(v) cĩ chỗ lồi, chỗ lõm được giải thích là do xuất hiện lẹo dao ở mặt trước của dụng cụ. Điểm tiêu cực trên đường cong Pz = f(v) tương ứng với lẹo dao lớn nhất.Khi tốc độ cắt nhỏ, lẹo dao khơng xuất hiện, do đĩ lực cắt nhỏ. Trong vùng tốc độ cắt, nơi mà lẹo dao lớn nhất, lực cắt và độ co rút phoi giảm, bởi vi khi lẹo dao tăng thì gĩc trước tăng. Khi tốc độ cắt tiếp tục tăng, chiều cao lẹo dao và gĩc trước giảm, do đĩ hệ số co rút phoi và lực cắt tăng. Khi tốc độ cắt tăng cao, nhiệt độ cắt tăng mạnh làm cho hệ số ma sát giảm, do lực cắt Pz giảm.
4.3.4. Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến lực cắt.
Nhiều nghiên cứu cho thấy sử dụng dung dịch trơn nguội cho phép giảm lực cắt xuống 30% khi cắt băng tarơ.
Mức độ thay đổi lực cắt khơng chỉ phụ thuộc vào dung dịch trơn nguội mà con phụ thuộc vào vật liệu gia cơng, chiều dày cắt, các gĩc của dao và tốc độ cắt.
Khi sử dụng dung dịch trơn nguội thì lực cắt phải giảm càng rõ nét nếu vật liệu gia cơng càng cĩ độ dẻo cao. Điều này được giải thích như sau: Trong trường hợp này, lực ma sát giữa phoi và dao tăng do đĩ hiệu quả sử dụng dung dịch trơn nguội càng phải cao.
Tuy nhiên, một số nhà nghiên cứu lại khuyên khơng nên sử dụng dung dịch trơn nguội khi gia cơng với tốc độ cắt lớn. Ví dụ như khi gia cơng thép 10 với tốc độ cắt cao và dùng dung dịch trơn nguội emynxi, lực cắt Pz lớn hơn chút ít so với trường hợp gia cơng khơng cĩ dung dịch trơn nguội.
Mặc dù cĩ những lời khuyên trên, nhưng trong thực tế sử dung dung dịch trơn nguội trong mọi trường hợp vẫn cĩ ưu điểm bởi vì khi cĩ dung dịch trơn nguội, dụng cụ cắt làm việc êm hơn, tuổi bền của chúng cũng cao hơn, ngồi ra, độ chính xác và độ bĩng bề mặt cũng được cải thiện đáng kể.
Câu hỏi ơn tập
1) Trình bày cách phân tích lực (trường hợp tiện ngồi)?
2) Cách tính cơng suất cắt, lượng chạy dao theo sức bền thân dao, sức bền cơ cấu máy?
3) Các nhân tố ảnh hưởng đến lực cắt?
Chương 5: Nhiệt cắt và sự mài mịn Mục tiêu
- Giải thích được nguồn gớc của sự phân bớ nhiệt.
- Trình bày được các giai đoạn mịn dao, các tiêu chuẩn mịn dao.
- Giải thích được các nhân tớ ảnh hưởng đến nhiệt.
- Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cực sáng tạo trong học tập.
Nội dung 5.1. Nhiệt cắt.
5.1.1. Nguồn gốc phát sinh và phân bố nhiệt.
Hình 5.1: Các trường hợp phát sinh nhiệt
Trong quá trình cắt gọt kim loại cĩ sự chuyển hĩa cơng sang nhiệt cơng do máy cung cấp để:
+ Gây biến dạng dẻo trong lớp cắt.
+ Thắng lực ma sát trên mặt thốt và mặt sát dao. Đĩ chính là nguồn gốc sinh ra nhiệt cắt.
5.1.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến nhiệt cắt. - Vật gia cơng.
Chủ yếu ảnh hướng đến độ bền và tính dẫn nhiệt của kim loại. Thơng thường kim loại dẫn nhiệt kém khi σB tăng, lực cản lớn dần đến Qtc tăng, do đĩ Qd giảm.
- Chế độ cắt.
Khi t tăng dẫn đến Pz tăng do đĩ Qtc tăng dẫn đến Qd tăng. Nhưng t tăng làm cho rộng lớp cắt b tăng, kết hợp với lực cắt Fc tăng, làm cho nhiệt lượng thốt theo phoi (Qf) lớn dẫn đến Qd giảm.
Tổng hợp ta thấy rằng t tăng thì Qd tăng ít. + Bước tiến S.
Khi S tăng thì lực dọc trục Px tăng dấn đến diện tích lớp cắt Fc tăng, làm cho nhiệt lượng thốt theo phoi (Qf) tăng. Nhưng a tăng áp lực lên dao lớn, do đĩ khi S tăng, Qd tăng vừa phải (nhiều hơn khi tăng t).
+ Tốc độ cắt.
Khi tăng v: nhiệt lượng sinh ra do biến dạng giảm. Nhưng nhiệt cắt do ma sát lớn nên khi v tăng dấn đến Qd tăng nhưng mực độ chậm hơn sự tăng v.
5.2. Sự mài mịn.
5.2.1. Các giai đoạn mài mịn.
Trong suốt quá trình cắt gọt mặt trước của dao luơn tiếp xúc và cĩ chuyển động tương đối với mặt đã gia cơng của chi tiết. Sự tiếp xúc giữa các phần tử kim loại cĩ những đặc điểm đáng chú ý:
- Sự tiếp xúc thực hiện dưới áp lực lớn. - Quá trình diễn ra ở nhiệt độ cao.
- Hệ số ma sát tại vùng tiếp xúc cĩ chuyển động rất lớn ( =0.4 – 1 )
- Mỗi phần từ kim loại của dao chỉ tiếp xúc với phần tử phoi hay chi tiết cĩ một lần và khơng lập lại.
Từ lý thuyết về mài mịn Summer Smiht và Delepiereux đã khái quát thành 4 nguyên nhân dẫn đến mài mịn dao như sau:
+ Mài mịn do quá trình ma sát cơ học gây nên.
Khi cắt các bề mặt của dao luơn tiếp xúc và chuyển động tương đối với phoi và chi tiết. Dưới tác dụng của tải trọng các phần tử kim loại tại vùng tiếp xúc sẽ phát sinh mối liên kết kim loại. Nếu mối liên hệ này lớn hơn độ bền bản thân mỗi kim loại tham gia tiếp xúc thì bản thân các phần tử kim loại loại cĩ độ bền nhỏ sẽ bị bức ra và lơi đi.
+ Mài mịn do sự xuất hiện và mất đi liên tục của các khối lẹo dao:
Khi cắt tại vùng tiếp xúc gần mũi dao hình thành nên các khối lẹo dao cĩ độ cứng cao hơn độ cứng của bản thân kim loại tham gia tiếp xúc. Mặt khác do sinh ra và bị lơi đi liên tục dẫn đến tốc độ mài mịn trên các bề mặt dao tăng lên.
+ Mài mịn do hiện tượng khuếch tán tại vùng tiếp xúc:
Vật lý đã chứng minh: Cĩ hai kim loại ép vào nhau nếu ta đốt nĩng tại vùng tiếp xúc thì ở đĩ xuất hiện hiệu điện thế. Các phần tử kim loại của hai vật tiếp xúc sẽ khuếch tán vào nhau. Hiện tượng này cịn gọi là hiện tượng thẩm thấu.
+ Sự xuất hiện và phát triển các vết nứt tế vi dẫn đến gẫy vỡ dao
Lý thuyết mài mịn nĩi chung và kết quả thí nghiệm về mài mịn dao đã nĩi riêng đã chứng minh rằng: quá trình mài mịn dao diễn ra trong ba giai đoạn.
Hình 5.2. Biểu đồ biểu thị các giai đoạn mịn
+ Giai đoạn bắt đầu mài mịn O cĩ tốc độ mài mịn lớn diễn ra trong thời gian ngắn, mài mịn chủ yếu trong giai đoạn này là sang bằng cơ học các nhấp nhơ để lại khi gia cơng cơ.
+ Giai đoạn mài mịn bình thường cĩ tốc độ mài mịn nhỏ diễn ra trong thời gian dài, giai đoạn tương tự như giai đoạn làm việc bình thường của các chi tiết máy sau thời kỳ chạy rà.
+ Giai đoạn mài mịn khốc liệt (sau ) với tốc độ lớn diễn ra trong thời gian ngắn liền sau đĩ là dao bị cháy hoặc bị gãy vỡ mất khả năng cắt. Điểm
được gọi là điểm mịn tới hạn. Độ cứng mài mịn tương ứng với điểm gọi là độ mài mịn cho phép.
5.2.2. Các dạng mài mịn và độ mịn dao thích hợp.
- Mài mịn mặt sau - Mài mịn mặt trước - Mái mịn mũi dao - Mài mịn lưỡi cắt
Thơng thường cả 5 dạng mài mịn đồng thời xảy ra trên dao cắt. Song với một dao cho trước tại một thời điểm khảo sát với những điều kiện cắt cụ thể thì cĩ 1 hoặc 2 dạng mài mịn là đặc trưng. Loại mài mịn đặc trưng thường phụ thuộc vào vật liệu gia cơng, vật liệu dao, phương pháp cắt và tính chất cắt gọt.
+ Mũi dao bị mài mịn: Vị trí tiếp xúc giữa dao và chi tiết (theo phương t ) sẽ thay đổi dẫn đến thay đổi đường kính gia cơng, mặt khác bán kính mũi dao (R ) thay đổi sẽ dẫn đến sự thay đổi khi cắt.
+ Mặt sau khi bị mài mịn (gĩc sau Oo) làm tăng sự tiếp xúc giữa mặt sau dao và mặt đang gia cơng của chi tiết. Sự tiếp xúc làm tăng sự đáng kể tải trọng lực và nhiệt .
+ Mặt trước dao bị mài mịn ( gĩc trước dao âm ) làm tăng mức độ biến dạng khi cắt và cũng dẫn đến tăng tải trọng .
+ Mài mịn lưỡi liềm: làm tăng gĩc trước tăng lên phoi dễ thốt, nhưng ngược lại làm yếu dao (). Độ lớn lưỡi liềm này tăng đến mức nào đĩ dao khơng cịn khả năng chịu được lực cắt được nữa sẽ gây gãy vở dao.
+ Cùn lưỡi cắt: Dao cùn sẽ khơng thể hớt bớt lớp kim loại ra khỏi chi tiết mà chỉ trượt trên bề mặt gia cơng.
5.2.3. Các chỉ tiêu đánh giá độ mịn dao thích hợp. - Tiêu chuẩn vết sáng.
Khi mịn dao đến điểm B trên bề mặt gia cơng xuất hiện vết trắng sáng khi gia cơng thép, vệt nâu khi gia cơng gang (do cĩ sự trượt). Lúc đĩ ta đi mài dao, tiêu chuẩn này đơn giản, chỉ thích hợp với các dụng cụ cắt đơn giản.
Hình 5.3: Xác định mịn dao theo các tiêu chuẩn
- Tiêu chuẩn lực đấy.
Khi dao mịn, lực Py tăng thơng qua dao truyền qua lực kế, khi đến giai đoạn III lực kế thay đổi đột ngột ta đi mài lại dao. Tiêu chuẩn này dễ xác định, xong thiết bị cồng kềnh, phức tạp.
- Tiêu chuẩn độ mịn thích hợp.
Căn cứ vào độ mịn hs người ta xác định tuổi thọ dao T, căn cứ vào Tm ta xác định: TmT n chi tiết (n chi tiết gia cơng). Sau n chi tiết ta mang dao đi
mài.
Tiêu chuẩn này thích hợp với gia cơng sản xuất lớn, dụng cụ chính xác về kích thước cũng như yêu cầu kỹ thuật, độ mịn cho phép hs nhỏ.
- Tiêu chuẩn kỹ thuật.
Tiêu chuẩn này dùng cho gia cơng tinh phát hiện độ bĩng chi tiết khơng đạt thì đem dao đi mài, tiêu chuẩn này địi hỏi người sử dụng phải là thợ bậc cao.
Câu hỏi ơn tập
1. Trình bày về nhiết cắt và các nhân tố ảnh hưởng đến nĩ trên dao cắt. 2. Thế nào là mịn dao, các giai đoạn mịn dao?
Chương 6 Tiện Mục tiêu
- Trình bày được cơ sở lựa chọn chế độ cắt.
- Tính được t, S, V.
- Tra được chế độ cắt bằng bảng sớ.
- Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cực sáng tạo trong học tập.
Nội dung
6.1. Tính chất của tiện.
- Tiện là phương pháp gia cơng cắt gọt kim loại thơng dụng nhất. Trong các nhà máy cơ khí, máy tiện chiếm số lượng lớn nhất, khoảng 30% đến 40%.
- Chuyển động chính khi tiện là chuyển động quay trịn của phơi, chuyển động chạy dao là chuyển động thẳng của dao tiện theo phương dọc trục hoặc hướng kính của phơi.
- Tốc độ cắt trung bình khi tiện được xác định theo cơng thức: Trong đĩ: ) / ( 1000 m ph D n V
D- đường kính trung bình của bề mặt cần gia cơng và bề mặt đã gia cơng [mm].
n- số vịng quay của phơi trong một phút [vg/ph].
Lượng chạy dao (bước tiến) được biểu thị bằng quãng đường của mũi dao di chuyển sau một vịng quay của phơi, cĩ đơn vị tính là: mm/vịng.
Chiều sâu cắt được tính theo cơng thức: ( )
2 mm d D t Trong đĩ:
D - đường kính của bề mặt cần gia cơng[mm] d- đường kính của bề mặt đã được gia cơng [mm]
6.2. Khả năng cơng nghệ của tiện
Tiện chủ yếu để gia cơng các bề mặt cĩ dạng trịn xoay như mặt trụ ngồi, trụ trong, mặt cơn ngồi, cơn trong, các mặt đầu, mặt định hình trịn xoay, ren trong, ren ngồi.
Độ chính xác của gia cơng tiện phụ thuộc vào các yếu tố sau đây: - Độ chính xác của máy tiện.
- Độ cứng vững của hệ thống cơng nghệ. - Dụng cụ cắt.
- Trình độ tay nghề của cơng nhân.
Hình 6.2: Khả năng cơng nghệ của tiện
Chất lượng bề mặt chi tiết gia cơng phụ thuộc vào các yếu tố như vị trí bề mặt gia cơng (mặt ngồi, mặt trong, mặt đầu) và phương pháp gia cơng (tiện thơ, bán tinh, tiện tinh).
Độ chính xác về vị trí tương quan như độ đồng tâm giữa các bậc của trục, giữa mặt trong và mặt ngồi cĩ thể đạt tới 0.01mm tuỳ thuộc vào phương pháp gá đặt phơi.
Năng suất gia cơng tiện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ chính xác về hình dạng, kích thước và vị trí tương quan của các chi tiết, phương pháp gá đặt, vật liệu làm dao, kết cấu dao, vật liệu gia cơng ,dung dịch trơn nguội.v.v. Nhìn chung năng suất của tiện là thấp. Muốn nâng cao năng suất khi tiện phải cĩ