Bài 3 : ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH CẮT KHI TIỆN
3.2 Lực và cơng suất cắt gọt
3.2.1 Lực cắt và lực cản cắt gọt
Lực cắt là trị số cần thiết khi ta thiết kế và sử dụng máy, dao cắt đồng thời nĩ cịn ảnh hưởng đến độ nhẵn bĩng bề mặt và độ chính xác của vật cắt. Vì vậy lực cắt là nhân tố quan trọng cho việc nghiên cứu các yếu tố của lực.
a. Nguồn gốc của lực cắt: Trong quá trình gia cơng, vật liệu gia cơng cản lại sự
cắt gọt kim loại và phát sinh lực tác dụng vào dao (tức là áp lực của phoi lên dao), lực này bao gồm lực làm phá vỡ các tinh thể kim loại, lực cản sự uốn của phoi và lực ma sát trên bề mặt làm việc của dao.v.v…
b. Các lực tác dụng vào dao trong quá trình cắt gọt: như hình 3.5
Hình 3.5 Các lực tác dụng vào dao trong quá trình cắt gọt
a) b) c) Px Px Py P Py P Py Px Pz φ = 600; Px > Py φ = 100; Px < Py Px = 0 Pz Py = 0 φ = 600 φ = 100
42
Tổng hợp lực P cĩ phương vuơng gĩc với mặt thốt phoi của dao, vị trí mặt thốt phoi của dao trong khi cắt phụ thuộc vào sự phối hợp giữa gĩc thốt phoi và gĩc nghiêng của lưỡi cắt chính nên phương của lực P khơng xác định.
Lực tổng hợp P cĩ các thành phần sau: Pz, Px, Py theo phương x, y, z.
- Thành phần thẳng đứng: Pz cĩ phương thẳng đứng theo chiều đi xuống nằm
trong mặt phẳng cắt gọt, lực Pz cĩ xu hướng uốn và bẻ gãy dao như hình 3.6a.
+ Phản lực của Pz là Pz’ cĩ phương trùng với Pz và ngược chiều Pz’. Lực Pz’ cĩ xu hướng cản lại sự quay trịn của phơi tạo thành momen cắt gọt như hình 3.5b.
- Thành phần lực nằm ngang : Py
+ Lực hướng kính Py: Cĩ phương dọc theo trục dao, cĩ xu hướng đẩy dao khỏi vật làm và tác dụng vào vít ổ dao.
+ Phản lực Py, cĩ xu hướng đẩy vật gia cơng như hình 3.7.
+ Căn cứ vào lực Py để tính tốn độ cứng vững của chi tiết khi kẹp và dùng giá đỡ.
- Thành phần nằm ngang thứ 2: Lực hướng trục Px ngược chiều với hướng tiến
của dao, làm cản trở chuyển động tiến của dao trong quá trình cắt.
+ Căn cứ vào lực Px để tính tốn các cơ cấu chuyển động tiến của máy.
+ Các gĩc độ của dao ảnh hưởng tới tỷ số giữa các thành phần, khi các gĩc của dao tiêu chuẩn (đúng cho dao đầu thẳng) thì:
Pz: Px: Py = 1:0.4:0.25
Tỷ số giữa Px và Py phụ thuộc vào trị số gĩc nghiêng chính φ, gĩc φ càng lớn thì Py càng nhỏ như hình 3.7a, b, c.
+ Lực Pz phụ thuộc vào vật liệu gia cơng.
3.2.2 Các nhân tố ảnh hưởng của lực cắt
a. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt và lượng chạy dao
Chiều dày cắt (a) và chiều rộng cắt (b) càng lớn thì lớp kim loại phải cắt đi càng nhiều làm cho lực cắt tăng lên.
Chiều sâu cắt (1) ảnh hưởng đến lực cắt nhiều hơn so với lượng chạy dao (s). Nếu lượng chạy dao tăng lên một lần thì lực cắt cũng tăng lên thêm một lần (100%).
Nếu lượng chạy dao tăng lên một lần thì lực cắt tăng lên 2/3 lần (68%).
b. Ảnh hưởng của gĩc thốt phoi đối với lực cắt
Gĩc thốt phoi càng lớn thì phoi biến dạng càng ít, dễ thốt phoi, lực cắt cũng giảm đi nhất là đối với Px và Py. Nếu dao cĩ gĩc thốt dương thì phoi thốt khĩ, biến dạng nhiều làm cho lực Pz tăng lên.
43
Gĩc nghiêng chính φ cĩ ảnh hưởng đến lực Pz, Px, Py nhưng đối với Px và Py ảnh hưởng nhiều hơn. Nếu gĩc φ càng nhỏ, bán kính mũi dao khơng thay đổi, chiều dài làm việc của lưỡi cắt tăng lên làm phoi biến dạng tăng lên nên lực cắt cũng tăng lên.
d. Ảnh hưởng của tốc độ cắt:
Vận tốc cắt cĩ ảnh hưởng tới lực cắt, khi cắt với vận tốc < 80m/phút thì vận tốc tăng, lực cắt sẽ tăng nhưng khơng đáng kể, khi cắt với vận tốc từ 80m/phút trở lên thì lực cắt gần như khơng đổi.
e. Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội
Nếu dung dịch trơn nguội cĩ khả năng bơi trơn và làm nguội cho lực ma sát giữa dao và vật gia cơng càng nhỏ thi lực cắt Pz càng nhỏ.
f. Ảnh hưởng của vật liệu gia cơng
Tính chất của vật liệu gia cơng như: độ cứng, sức bền, kết cấu của tinh thể, hệ số ma sát… đều ảnh hưởng đến lực cắt, ảnh hưởng đĩ sẽ khác nhau khi nhiệt độ cắt và tốc độ cắt khác nhau.
Khi cắt thép lực cắt thường sẽ lớn hơn khi cắt gang bởi vì sức bền của thép lớn hơn.
Ngồi tính chất cơ học của vật gia cơng ra, phương pháp chế tạo phơi phẩm cũng cĩ ảnh hưởng đến lực cắt như: thép cán nguội, cán nĩng, ủ, ram, thường hĩa,…
g. Ảnh hưởng của vật liệu làm dao
Vật liệu làm dao khác nhau thì hệ số ma sát giữa dao cắt và phoi cũng khác nhau. Khi dùng dao cắt là hợp kim cứng TK thì lực cắt nhỏ hơn 5 – 10% so với các loại vật liệu làm dao khác.
3.2.3 Cơng suất cắt gọt
Trong khi cắt kim loại sự biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo của kim loại và ma sát giũa mặt trước và mặt sau của dao với phoi và vật gia cơng đều cần tiêu hoa năng lượng. Năng lượng tiêu hao đĩ gọi là cơng suất cắt gọt.
Cơng suất tiêu hao trong quá trình cắt gọt gọi là cơng suất cĩ ích bằng cơng suất tiêu hao chuyển động chính của máy (chuyển động quay của trục chính).
Ký hiệu: Nci
Nci = Pz .V.60.120 (kW). Trong đĩ: Pz đo bằng kG, V là vận tốc cắt: m/phút
Khơng phải tồn bộ cơng suất của động cơ được sử dụng cho quá trình cắt gọt, mà thực tế nĩ bị tiêu hao ở nhiều khâu như: Truyền động bằng đai truyền, truyền động bằng bánh răng, các ổ đỡ trục.
Vì vậy muốn xác định được cơng suất cần thiết của động cơ (Nđc) mà phải tính đến hệ số tác dụng hữu ích của tồn bộ xích truyền động của máy gọi là hiệu suất của máy η, thường chọn η = 0,7 – 0,85.
44 Nđc = 1 ci N (kW)
Trong đĩ: Nci – Cơng suất cĩ ích; η – Hiệu suất của máy.