Sự tưới nguơi

3.5.1. Tác dụng và các yêu cầu.

Để cải thiện điều kiện cắt gọt, nâng cao năng suất, tăng độ bĩng bề mặt gia cơng… Người ta tưới vào vùng cắt một loại dung dịch trơn nguội. Dung dịch trơn nguội cĩ hai tính năng quan trọng:

 Làm nguội để giảm nhiệt độ vùng cắt, giảm biến dạng nhiệt…

 Bơi trơn để giảm ma sát, giảm lực cắt để nâng cao năng suất.

Yêu cầu đối với dung dịch trơn nguội là phải luơn ổn định cĩ nghĩa là khơng bị biến chất trong một thời gian dài, mặt khác là khơng ảnh hưởng đến cơng nhân như gây mùi hơi hoặc ăn mịn da thịt – quần áo … ; khơng đơng đặc hay ngưng tụ làm cản trở cho việc bơm tưới; khơng làm gỉ sét hay ăn mịn máy, dao, chi tiết gia cơng.

3.5.2. Các loại dung dịch thường dùng.

Khi gia cơng thơ người ta thường dùng dung dịch nước cĩ pha chất chống ăn mịn như: Axit Nitơrít lỗng, Xút, Êmuxi, ….

Cịn khi gia cơng tinh thường dùng dung dịch chứa các chất hoạt tính như Axít béo hữu cơ, Axít béo, Kiềm hữu cơ, Dầu thực vật….

Để tưới dung dịch trơn nguội vào vùng cắt người ta người ta sử dụng hệ thống bơm kết hợp với vịi phun. Lưu lượng dung dịch trơn nguội được tính tốn và điều chỉnh sao cho đảm bảo được hiệu quả làm nguội và bơi trơn tại vùng cắt.

Câu hỏi ơn tập

1) Giải thích quá trình hình thành tạo phoi?

2) Có những loại phoi nào, đặc điểm và cách thức tạo ra các loại phoi đó?

3) Trình bày các biểu hiện biến dạng của kim loại (hiện tượng co phoi, lẹo

dao) và cách khắc phục?

4) Các hiện tượng xảy ra trong quá trình cắt?

Chương 4: Lực cắt khi tiện Mục tiêu

- Trình bày được phương pháp tổng hợp và phân tích lực cắt khi tiện.

- Giải thích được tác dụng của các lực lên dao cắt, phơi, máy.

- Giải thích được các nhân tớ ảnh hưởng đến lực cắt.

- Tính được lực cắt khi tiện.

- Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cực

sáng tạo trong học tập.

Nội dung

4.1. Phân tích và tởng hợp lực

Lực cắt là lực tác dụng từ dao vào phơi để tách ra phoi tạo nên bề mặt chi tiết gia cơng.

Như đã phân tích, quá trình hình thành phoi là một quá trình cơ nhiệt phức tạp. Việc nghiên cứu lực cắt là nghiên cứu nguyên nhân sâu xa của sự hình thành phoi. Mặt khác giá trị của lực cắt là thơng số để xác định lượng tiêu hao cơng suất máy, tính sức bền của thân dao, đồ gá,…

* Tổng hợp và phân tích lực cắt:

Hình 4.1: Phân tích lực khi cắt

Khi cắt, trên mặt trước của dao xuất hiện lực pháp tuyến NT và lực tiếp tuyến FT (lực ma sát giữa dao và phoi). Trên mặt sau của dao xuất hiện lực pháp tuyến NS và lực tiếp tuyến FS (lực ma sát giữa dao và phơi). Hợp các lực lại ta được lực cắt P. Lực cắt phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố và thay đổi trong một phạm vi rộng theo khả năng cắt của máy. Để thuận tiện cho nghiên cứu, ta thiết lập một hệ toạ độ Đề các và phân lực P thành 3 lực theo 3 phương x, y, z.

P FT NS FS NT

O PX PY PZ P n

Hình 4.2: Phân tích lực cắt trong hệ tọa độ

Trong đĩ:

Px _ Lực chiều trục, tác dụng lên cơ cấu chạy dao (cịn gọi là lực chạy dao). Py _ Lực hướng kính, gây võng chi tiết gia cơng, gây rung động trong mặt phẳng ngang xOy. Lực PY cĩ ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác hình dáng hình học và chất lượng bề mặt chi tiết gia cơng.

Pz _ Lực tiếp tuyến cĩ phương trùng với phương của chuyển động cắt chính. Nĩ cĩ trị số lớn nhất trong 3 thành phần lực phân tích, cịn gọi là lực cắt chính.

Lực PZ dùng để tính hoặc kiểm nghiệm về cơng suất cắt (mơmen), tính hoặc kiểm nghiệm sức bền thân dao.

Trong điều kiện gia cơng tiện bình thường với dao cĩ mũi được gá ngang tâm (với S < t ;  =  =150 ;  =0). Ta cĩ:

PZ : PY : PX = 1 : 0.4 : 0.25

* Những nhân tố ảnh hưởng đến lực cắt. Cĩ thể coi lực cắt là một hàm của các yếu tố:

P = f (V, t, S, , , , R, , 1,…,, , , ,…). Ở đây: z z y x P P P P P  2  2  2 1,11

, , , R, , 1,… _ Các thơng số hình học của dao cắt;

 - Lượng mịn của dao. O - Dung dịch trơn nguội. M - Vật liệu gia cơng. N - Vật liệu làm dao.

* Một số tính tốn liên quan đến các thành phần lực cắt.

+ Cơng suất khi tiện: - Cơng suất cắt: - Cơng suất chạy dao:

Cơng suất cần thiết để chọn động cơ cho máy gia cơng:

+ Mơmen cắt của trục chính máy tiện :

+ Độ võng của chi tiết gia cơng khi tiện. (chi tiết được coi như một dầm chịu lực tập trung PY):

Trong các cơng thức trên: PX, PY, PZ _ tính bằng N;

V – Vận tốc chuyển động chính (m/ph); N - Số vịng quay trục chính máy (vg/ph); S - Lượng chạy dao (mm/vg);

 - Hiệu suất các khâu truyền động trong máy tính từ động cơ; D - đường kính chi tiết gia cơng (mm);

[M]x - Mơmen xoắn cho phép trên trục chính (Nmm); l - Chiều dài chi tiết gia cơng (mm);

I - Mơmen quán tính tiết diện chính của chi tiết gia cơng (mm4);

KW V P N Z C , 1000 . 60 .  KW S n P N x dc , 10 . 60 . . 6   cd c dc N N N    M Nmm D P Mc z x, 2    Y mm KEI l P y y. , 3  

E - Mơđun đàn hồi vật liệu gia cơng (N/mm2); K - Hệ số phụ thuộc dạng liên kết ;

[y] - độ võng cho phép của chi tiết (mm).

4.2. Tác dụng của lực lên dao, máy, vật 4.2.1. Tác dụng của lực lên dao. 4.2.1. Tác dụng của lực lên dao.

Pz gây ra uốn dao theo phương thẳng đứng, do đĩ muơn dao làm việc ta phải đảm bảo sao cho

Trong đĩ: + L – chiều dai dao chịu uốn.

+ Wx – mơmen chống uốn, với thân dao hình chữ nhật Wx = HB2/6. Thân dao hình trịn Wx = πD3/32 (cm3)

+ Py – lực đẩy dao ra khỏi phơi gây nén lệch tâm dao nhưng do nhỏ nên người ta thường bỏ qua.

+ Pz – gây uốn dao theo phương ngang.

4.2.2. Tác dụng của lực lên vật gia cơng.

Hình 4.3: Lực tác dụng của dao vào phơi

Hợp lực Py, Pz tạo ra mơmen xoắn vật và uốn vật.

Q: gây ra sai số về đường sinh làm cho chi tiết cĩ hình tang

trống hoặc loa kèn, đây là sai số hình học chi tiết gia cơng, sai số đĩ phải đảm bảo:

4.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến lực.

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= cvB

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

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 tớ 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.

+ Chiều sâu cắt t.

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