Động lực học quá trình cắt nghiên cứu nhiều vấn đề ảnh hưởng đến năng suất, chất lượng, hiệu quả của công nghệ cắt gọt như: sự cân bằng năng lượng trong quá trình cắt, lực cắt, độ ổn định quá trình cắt,v.v…Trong luận văn chỉ đề cập đến lực cắt khi bào và ảnh hưởng của một số yếu tố thuộc chế độ cắt đến lực cắt để làm cơ sở cho nghiên cứu thực nghiệm.
Hệ thống lực cắt khi bào, xét về mặt cắt gọt là gần với cắt gọt cơ bản. Theo qui luật thứ hai của lực cắt [15], khi các điều kiện của các thông số
khác khơng đổi thì lực cắt là hàm số trực tiếp của lượng chạy dao S và chiều sâu cắt t. Mối quan hệ được biểu diễn bằng công thức;
.Xz. yz
z z
P C t S (3.2)
Khi lấy G = t/S (G được gọi là tỷ lệ “thon” – “Slenderness ratio”) và diện tích lớp cắt A = St thì t AG , S A
G
ta có thể biểu diễn lực cắt như sau: 2 1 1 2 2 2 . z z z z z z y X X y X y z z z A P C AG C A G G hay . 2 . 2 z z z z X y X y z z t P C A S (3.3)
Công thức (3.3) được gọi là qui luật thứ hai của lực cắt.
Khi gia công thép nếu Xz = 1.00 và yz = 0.75 thì các số mũ mới được tính sau khi thay số vào (3.3) và ta nhận được qui luật thứ hai để gia công thép: 0.125 0.85 . . z z t P C A S (3.4)
Ở qui luật thứ hai này chúng ta thấy rõ, khi tăng chiều sâu cắt và lượng chạy dao thì lực cắt tăng. Khi tăng chiều sâu cắt thì lực biến dạng và ma sát tăng do đó lực cắt tăng. Tuy nhiên khi chỉ tăng chiều sâu cắt thì chiều rộng cắt b = t/sinφ tăng tỷ lệ thuận với nó, cịn hệ số co rút phoi và hệ số ma sát hầu như khơng đổi. Do đó ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến lực cắt là khá lớn. Trong khi đó khi tăng lượng chạy dao thì lực biến dạng và ma sát đều tăng bởi vậy lực cắt tăng. Song khi tăng lượng chạy dao thì chiều dày cắt a cũng tăng tỷ lệ với nó (a = S.sinφ), hệ số co rút phoi và hệ số ma sát giảm, do đó lượng chạy dao ảnh hưởng đến lực cắt ít hơn so với chiều sâu cắt.
Về ảnh hưởng của vận tốc cắt đến lực cắt. Cho đến những năm 1930
cắt. Những nghiên cứu mới nhất của Zorev, Rokenberg, Bhattacharya v.v..đã chỉ ra rằng: vận tốc cắt, đặc biệt là vùng vận tốc cắt thấp, có ảnh hưởng đến lực cắt.
Sự thay đổi vận tốc cắt ảnh hưởng đến lực cắt cũng giống như ảnh hưởng của vận tốc cắt đến hệ số co rút phoi. Khi cắt vật liệu khơng có khả năng hình thành lẹo dao quan hệ giữa vận tốc cắt với lực cắt là phi tuyến, theo chiều tăng của vận tốc lúc đầu lực cắt giảm nhanh sau đó giảm chậm hơn.
Khi cắt vật liệu có xu hướng hình thành lẹo dao quan hệ giữa vận tốc cắt với lực cắt cũng là phi tuyến, theo chiều tăng của vận tốc lúc đầu chiều cao lẹo dao tăng, lực cắt giảm và hệ số co rút phoi giảm và đạt đến trị số cực tiểu khi lẹo dao đạt chiều cao cực đại. Ở vùng tiếp theo chiều cao lẹo dao giảm, lực cắt bắt đầu tăng. Với vận tốc lớn lẹo dao bị mất, lực cắt giảm liên tục khi càng tăng vận tốc cắt.
Nhiều tác giả đã đưa ra nhiều quan điểm khác nhau để giải thích ảnh hưởng của vận tốc cắt tới lực cắt. Cụ thể: có thể coi vận tốc cắt là tốc độ tải trọng, trong trường hợp này tăng vận tốc cắt tức là tăng lực cản biến dạng của vật liệu. Mặt khác, vận tốc cắt có ảnh hưởng đến nhiệt độ của vật liệu gia công. Khi tăng vận tốc cắt tức là tăng nhiệt cắt thì lực cản biến dạng của vật liệu lại giảm dẫn đến lực cắt giảm.
Trong trường hợp tổng quát lực cắt khi bào cũng được phân ra các lực thành phần Px, Py, Pz . các thành phần lực này không thông nhất. Trị số của Pz là hình chiếu chính, xác định bằng lực pháp tuyến tác dụng lên mặt trước của dao. Các lực Py, Px phụ thuộc vào độ lớn và hướng của lực ma sát. Do đó tỷ lệ giữa các lực Pz, Py, Px thay đổi khi đổi vật liệu gia cơng, thơng số hình học dụng cụ cắt và chế độ cắt.
Góc trước và góc nghiêng chính cũng ảnh hưởng nhiều đến tỷ lệ giữa các lực Pz, Py, Px . Khi giảm góc trước và đặc biệt khi trị số góc trước âm
thì tỷ lệ Py/Pz và Px/Pz tăng rõ rệt. Do có chuyển động chạy dao nên khi thay đổi góc nghiêng chính thì vị trí của lưỡi cắt chính thay đổi, do đó ảnh hưởng đến tỷ lệ Px/Py . Tỷ lệ Px/Py được xác định theo biểu thức:
Px/Py = tg (φ ± ηxy ).
Trong đó góc ηxy là hình chiếu của góc thốt phoi lên mặt phẳng vuông xy. Từ đó có thể thấy rằng khi tăng góc nghiêng chính thì tỷ lệ Px/Py tăng và đạt cực đại khi φ = 900. Khi φ cực đại thì Px cực đại còn Py cực tiểu.