3.1.2.1 Mô tả hiện tượng nhiệt
Trong quá trình gia công cắt gọt, các tinh thể kim loại bị biến dạng. Biến dạng tinh thể bắt nguồn do sự lệch và trượt của các lớp tinh thể, sự trượt này phát sinh ra ma sát tạo thành nhiệt. Ngoài ra giữa phoi và dao, giữa dao và chi tiết gia công cũng có ma sát phát sinh ra nhiệt lượng.
Như vậy nhiệt lượng Q phát sinh ra trong quá trình cắt là kết quả của: - Công nội ma sát giữa các phần tử của vật liệu gia công trong quá trình biến dạng (Q1).
- Công ngoại ma sát giữa phoi và mặt trước của dao (Q2).
- Công ngoại ma sát giữa bề mặt chi tiết gia công và mặt sau của dao (Q3). - Công đứt phoi (Q4) (tạo nên những mặt mới).
Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4
Khi cắt có ba khu vực phát sinh nhiệt chính (hình vẽ 2.4)
Hình 3.2. Khu vực phát sinh nhiệt chính
3.1.2.2 Sự truyền nhiệt
Muốn điều khiển được quá trình cắt, điều quan trọng không chỉ là biết được lượng nhiệt sinh ra mà là nhiệt độ thực sự trên dao, phoi và chi tiết.
55
Đáng chú ý nhất là nhiệt độ ở dao vì nó có thể làm cho dao mất độ cứng và mài mòn nhanh.
Nhiệt sinh ra trong quá trình cắt được truyền vào dao, chi tiết, phoi và không khí:
Q = Qdao + Qchi tiết + Qphoi + Qkk
Kết quả thực nghiệm cho thấy toàn bộ nhiệt lượng Q phát sinh truyền vào phoi- dao - chi tiết và một phần tỏa ra ngoài không khí. Trong đó:
+ Nhiệt truyền vào phoi chiếm 60% − 80% + Nhiệt truyền vào dao chiếm 10% − 40% + Nhiệt truyền vào chi tiết chiếm 3% − 9% + Nhiệt tỏa ra ngoài không khí từ 1% − 3,5%
Bảng 3.10- Thực nghiệm lượng nhiệt phân bố khi gia công ở khoảng tốc độ khác nhau Vật liệu gia công Tốc độ cắt (m/ph) Lượng nhiệt %
Phoi Chi tiết Dao
Thép 40X 20 - 50 45 47 4,5 100 - 350 75 22 1,6 Thép chịu nóng 3 - 15 25 45 30 12 - 25 45 35 20
Qua bảng thực nghiệm về nhiệt cắt ta thấy rằng nguồn nhiệt truyền vào từng vùng còn phụ thuộc vào vân tốc cắt. Khi tăng tốc độ cắt, lượng nhiệt truyền vào dao giảm. Điều đó có thể giải thích bằng sự chậm trễ của tốc độ truyền nhiệt so với tốc độ chuyển động của phoi. Hay nói cách khác vì thời gian để thoát phoi rất ngắn nên chưa kịp truyền sang dao.
Trong đó nhiệt truyền vào dao gây tác hại hơn cả, vì nó làm dao nóng lên ảnh hưởng đến sự mài mòn, tuổi bền của dao và chất lượng bề mặt gia công.
3.1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt cắt
56
+ Ảnh hưởng của tốc độ cắt: Khi tăng tốc độ cắt, nhiệt cắt sinh ra do biến dạng kim loại giảm, nhưng nhiệt cắt do ma sát tăng lên kết quả là nhiệt cắt tăng nhưng tăng với mức độ chậm hơn tốc độ cắt.
+ Lượng chạy dao: Khi tăng lượng chạy dao, áp lực của phoi lên dao tăng. Tuy nhiên do tăng lượng chạy dao nên hệ số co rút phoi giảm, tổng công biến dạng tính cho một đơn vị thể tích giảm. Mặt khác do tăng lượng chạy dao, chiều dày phoi lớn nên điều kiện truyền nhiệt tốt hơn đồng thời diện tích tiếp xúc giữa dao và phoi mở rộng hơn nên nhiệt cắt tăng lên nhưng không tỷ lệ thuận.
Khi tăng lượng chạy dao thì tiết diện lớp cắt tăng lên, sự biến dạng tổng cộng của các tinh thể nhiều nên nhiệt lượng sinh ra sẽ tăng lên và nhiệt độ của dao cũng sẽ tăng lên.
+ Chiều sâu cắt : Ảnh hưởng ít hơn so với lượng chạy dao. Chiều sâu cắt tăng làm cho tiết diện lớp cắt tăng lên, sự biến dạng tổng cộng của các tinh thể nhiều hơn nên nhiệt lượng sinh ra tăng lên và nhiệt độ dao cũng tăng. Tuy nhiên nhiệt độ tăng chậm vì diện tích tiếp xúc giữa dao và chi tiết tăng lên làm một phần nhiệt tản sang chi tiết, do đó làm giảm bớt một phần nhiệt lượng.
- Ảnh hưởng của vật liệu gia công: Vật liệu gia công có ảnh hưởng lớn đến nhiệt cắt. Khi cắt vật liệu giòn (gang, đồng thau cứng…) do công biến dạng bé và lực cắt đơn vị không đáng kể nên nhiệt cắt thấp hơn khi cắt vật liệu dẻo. Khi cắt thép chịu nóng, do tính dẫn nhiệt của chúng kém nên nhiệt cắt cao hơn khi cắt thép khoảng 2 – 3 lần. Ngược lại khi cắt kim loại màu, nhiệt cắt thấp đó là một phần vì tải trọng cắt bé, mặt khác do độ dẫn nhiệt của kim loại màu lớn.
- Ảnh hưởng của vật liệu làm dao: có ảnh hưởng lớn đến nhiệt cắt. Vật liệu làm dao nào có tính dẫn nhiệt tốt thì khi cắt nhiệt cắt sẽ thấp.
57
- Thông số hình học của dao: Kích thước thân dao càng lớn thì điều kiện truyền nhiệt càng tốt. Khi tăng góc cắt δ sẽ làm tăng lực cắt nên dẫn đến nhiệt cắt tăng lên. Tuy nhiên do tăng góc cắt δ nên góc sắc β lớn, điều kiện truyền nhiệt tốt hơn làm nhiệt độ giảm một phần. Do đó nhiệt cắt tăng nhưng không tăng tỷ lệ thuận với góc cắt δ. Khi giảm góc φ thì chiều dài lưỡi cắt tham gia tăng, nên điều kiện truyền nhiệt tốt hơn do đó làm giảm nhiệt cắt.
- Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội:
Có ảnh hưởng rõ rệt đến nhiệt cắt. Khi dùng dung dịch trơn nguội, nhiệt cắt giảm nhanh vì dung dịch trơn nguội ngoài tác dụng làm nguội còn có tác dụng bôi trơn làm giảm ma sát va giảm biến dạng trong quá trình cắt. Thực nghiệm cho thấy: Nếu dung dịch trơn nguội ở 200C thì làm giảm được nhiệt cắt khoảng 1500C so với không tưới. Còn nếu dung dịch trơn nguội lạnh xuống ở 20C thì làm giảm được nhiệt cắt khoảng 2200C so với không tưới.