CHƯƠNG 3 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT CẮT GỌT VÀ CÔNG NGHỆ TIỆN
3.1. Cơ sở lý thuyết cắt gọt
3.1.2. Lý thuyết về quá trình tiện [13]
3.1.2.1 Các chuyển động khi tiện
Gồm 2 chuyển động: Chuyển động chính (ký hiệu
V hoặc n): là chuyển quay tròn của chi tiết. Chuyển động tiến: là chuyển động tịnh tiến của dao, gồm 2 chuyển động:
+ Chuyển động tiến dọc (Sd): là chuyển động dọc theo đường tâm chi tiết gia công. + Chuyển động tiến ngang (Sn): là chuyển động vng góc với đường tâm chi tiết gia cơng.
31
Hình 3.2: Các chuyển động khi tiện. 3.1.2.2. Các yếu tố cắt khi tiện 3.1.2.2. Các yếu tố cắt khi tiện
a. Tốc độ cắt V(m/ph)
Là khoảng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo hướng chuyển động chính trong một đơn vị thời gian.
Vectơ vận tốc Vt
là tổng hình học của vectơ vận tốc chuyển động chính (
V ) với vectơ vận tốc của chuyển động tiến (VS
). t V =V +VS Vì VS
nhỏ hơn rất nhiều so với V nên bỏ qua, ta có V =Vt
. V =
1000
Dn
(m/ph). Với n(v/ph) là số vòng quay của chi tiết trong một phút, D
(mm) là đường kính lớn nhất của chi tiết.
32
Hình 3.3: Tốc độ cắt khi tiện b. Bước tiến S (mm/v) b. Bước tiến S (mm/v)
Là khoảng dịch chuyển tương đối của dao theo hướng chuyển động tiến sau một vòng quay của chi tiết.
c. Chiều sâu cắt t (mm)
Là khoảng cách giữa bề mặt chưa gia công và bề mặt đã gia công sau một lần cắt (lát cắt).
Khi tiện ngoài: t =
2
0
D
D . Với Do là đường kính chi tiết đã gia cơng, D là
đường kính chi tiết chưa gia công.
d. Chiều rộng cắt b (mm)
Là chiều dài lưỡi cắt tham gia cắt. Ta có cơng thức: sin t b với là góc nghiêng chính. e. Chiều dày cắt a (mm)
Khoảng cách giữa hai vị trí của lưỡi cắt khi dao tiến một bước S. Ta có cơng thức: aS.sin
f. Diện tích lớp cắt F(mm2)
Diện tích cắt được xác định trên mặt phẳng chứa lưỡi cắt chính và cắt ngang qua vùng cắt gọt. Khi lưỡi cắt song song với mặt phẳng ngang thì diện tích lớp cắt được tính như sau:
33 b a t S F . . , khi R = 0.
Hình 3.4: Các yếu tố cắt khi tiện g. Thời gian chạy máy Tm(ph) g. Thời gian chạy máy Tm(ph)
Tm dùng để định mức thời gian ứng dụng trong việc lập quy trình cơng nghệ.
Cơng thức: i S n L Tm . . Với: L ll1 l2 + L(mm): Chiều dài hành trình:
+ l: Chiều dài chi tiết gia công. + l1: Khoảng chạy tới
g t
l1 .cot
+ l2: Khoảng chạy quá.
2 1
2
l (mm)
+ i: số lần cắt.
34
Hình 3.5: Sơ đồ tính thời gian chạy máy 3.1.2.3. Kết cấu dao tiện 3.1.2.3. Kết cấu dao tiện
Hình 3.6: Kết cấu dao tiện
Kết cấu dao tiện chia làm 2 phần: thân dao và phần cắt.
Thân dao (cán dao)
Có 3 kích thước cơ bản: - Chiều cao thân dao H. - Chiều rộng thân dao B. - Chiều dài thân dao L.
35
Các kích thước của thân dao được chọn theo tiêu chuẩn để phù hợp với ổ gá dao trên máy tiện.
Phần cắt (đầu dao hay phần làm việc)
Hình 3.7: Các bề mặt khi gia công chi tiết.
Trước khi xác định kết cấu của phần cắt, ta có một số định nghĩa sau: Mặt chưa gia công (1): là bề mặt của chi tiết mà dao sẽ cắt đến. Mặt đang gia công (2): là bề mặt của chi tiết mà dao đang cắt. Mặt đã gia công (3): là bề mặt của chi tiết mà dao đã cắt qua.
Kết cấu phần cắt
- Mặt trước (mặt thoát): là mặt của dao mà phoi trượt lên đó (phoi thốt ra trên mặt này).
- Mặt sau chính (mặt sát chính): là bề mặt của dao đối diện với bề mặt đang gia công của chi tiết.
- Mặt sau phụ (mặt sát phụ): là bề mặt của dao đối diện với bề mặt đã gia công của chi tiết.
- Lưỡi cắt chính là giao tuyến giữa mặt trước và mặt sau chính. Giữ nhiệm vụ chủ yếu trong q trình cắt.
36
- Lưỡi cắt phụ: là giao tuyến giữa mặt trước và mặt sau phụ. Khi cắt có một phần lưỡi cắt phụ tham gia cắt.
- Mũi dao: là giao điểm của lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ.
Hình 3.8: Kết cấu phần cắt 3.1.2.5. Lực cắt khi tiện. 3.1.2.5. Lực cắt khi tiện.
- Nghiên cứu lực cắt rất quan trọng vì từ lực cắt ta có thể tính được cơng suất tiêu hao trong q trình cắt.
- Lực cắt cịn thể hiện tính chất của q trình gia cơng, đánh giá q trình gia cơng cho các loại vật liệu khác nhau và các loại dụng cụ cắt khác nhau.
- Xác định lực cắt chính xác cho phép tối ưu hóa thiết kế hệ thống cơng nghệ, tính và đưa ra được giải pháp giảm rung động trong quá trình cắt.
- Đặc biệt trong q trình gia cơng lực cắt là cơ sở nói lên tính chất q trình gia cơng, cơ sở chọn chế độ cắt phù hợp cho từng loại vật liệu, tối ưu hóa q trình cắt giúp tăng năng suất và nâng cao độ chính xác gia cơng.
Người ta phân tích lực làm 3 phần:
- Lực dọc trục PX : có phương song song với bước tiến, chiều ngược với bước tiến S.
- Lực hướng kínhPY : có phương vng góc với bước tiến, chiều đẩy dao ra
khỏi chi tiết gia công.
Hai lực PX , PY hợp thành lực PN và nằm trên mặt phẳng cơ bản.
37
- Lực tiếp tuyến PZ : có phương trùng với vectơ vận tốc V nhưng chiều ngược
lại.
Tổng hợp 3 lực PX , PY , PZ ta có:
R = PX + PY + PZ
Thực nghiệm cho thấy nếu φ = 45o, γ = 15o thì: Px = 0,25 PZ ; Py = 0,4 PZ Z Z Z Z Z Y X P P P P P P P R 2 2 2 (0,25 )2(0,4 )2 2 1,1
Ta nhận thấy PZ nhỏ hơn R không bao nhiêu nên lấy R = PZ làm lực cắt khi tiện. - Với dao vai ta có Py = 0
- Với dao tiện cắt đứt ta có Px = 0
3.1.2.6. Hợp lực
Ta đã biết tổng hợp lực R⃗⃗ ở trên, nhưng lực này do đâu mà có.
- Khi cắt phoi tác dụng lên mặt trước của dao sinh ra áp lực N1 (để thắng lực liên kết nội bộ kim loại) và lực ma sát F1 . Ta có hợp lực:
1 1
1 N F
Q
Hình 3.9: Phân tích lực cắt khi tiện.
38
- Tương tự trên mặt sau của dao xuất hiện áp lực N2 và lực ma sátF2 . Ta có hợp lực: 2 2 2 N F Q - Hợp lực RQ1Q2. Đó là tất cả các lực tác dụng lên dao.
3.1.2.7. Tác dụng của lực lên máy – dao – chi tiết gia công a. Tác dụng của lực lên dao
- Lực PZ : gây uốn thân dao, dao phải thỏa mãn điều kiện an tồn:
u x z u W l P . Trong đó:
- u: ứng suất uốn do lực PZ tạo ra.
- PZ: lực cắt (Kg).
- l: chiều dài dao chịu uốn (mm).
- Wx : moment chống uốn của tiết diện chịu uốn (mm3).
- u : ứng suất uốn cho phép của vật liệu làm thân dao.
2 / 25 20 KG mm thép u . 6 2 bh
Wx : khi thân dao là hình chữ nhật.
6 3
a
Wx : khi thân dao là hình vng.
Hình 3.10: Hợp lực cắt khi tiện.
39
3 01 , 0 D
Wx : khi thân dao là hình trịn.
Đối với dao gắn hợp kim cứng hoặc sứ thì khơng cần kiểm nghiệm uvì lực
PZ gây mẻ mãnh hợp kim hoặc sứ trước khi thân dao gãy.
- Lực PY : đẩy dao ra khỏi chi tiết gia công, gây nén lệch tâm, nhỏ, thường bỏ qua, chỉ tính đối với dao tiện cắt đứt.
- Lực PX : gây uốn thân dao theo phương ngang, nhỏ, thường bỏ qua, chỉ tính
đối với dao tiện vai.
Hình 3.11: Lực tác dụng của dao vào phôi b. Tác dụng của lực lên máy [13] b. Tác dụng của lực lên máy [13]
- Lực PZ : tạo nên moment cản quay, gây xoắn trục chính, uốn các bánh răng
trong hộp tốc độ. Điều kiện để cắt gọt được là Mc Mt
Với Mt là moment cho phép của trục chính, tra thuyết minh máy.
2 .D P M z c - Lực Py
: kết hợp với lực PZ tạo nên lực Q gây uốn trục chính, thơng qua bàn xa dao làm uốn trục trơn và trục vitme.
40
- Lực Px : làm nén trục chính, nhỏ, chỉ tính đến khi chọn ổ lăn trục chính, cản
lại chuyển động tiến, gây uốn các chi tiết truyền động trong hộp bước tiến, tăng áp lực của bàn xa dao lên rãnh trượt làm mau mòn rãnh trượt.
c. Tác dụng của lực lên chi tiết gia công
Hợp lực Qct PZct Pyct tạo ra moment xoắn và uốn chi tiết gây ra: chi tiết có dạng trống nếu chống tâm hai đầu, chi tiết có dạng loa kèn khi cặp bằng mâm cặp…
Vì vậy khi gia cơng phải đảm bảo:
f J E m L Q f . . . 3 - f: là độ võng chi tiết
- L: là chiều dài chi tiết gia công chịu lực - E: là modul đàn hồi của vật liệu.
Ethép =2.104 KG/mm2; Egang =8.103 KG/mm2 - J: là moment quán tính
J = 0,05D4 khi tiết diện chi tiết hình trịn.
- f : là độ võng cho phép + Gia công thô: f =0,4
+ Gia công tinh: f
=0,050,1
- m: là hệ số cứng vững, phụ thuộc vào cách gá chi tiết. + m = 3: chi tiết kẹp trên mâm cặp.
+ m = 48: chi tiết chống trên 2 mũi chống tâm.
+ m =79: chi tiết được kẹp một đầu mâm cặp, một đầu chống tâm.
41
- Lực Py : gây nén lệch tâm chi tiết, nhỏ, bỏ qua.