Cỏc hiện tượng xảy ra trong quỏ trỡnh cắt

BÀI 3 : NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN

2. Cơ sở vật lý của quỏ trỡnh cắt khi tiện

2.2. Cỏc hiện tượng xảy ra trong quỏ trỡnh cắt

2.2.1. Hiện tượng lẹo dao a) Hiện tượng

Trong quỏ trỡnh cắt, khi cắt ra phoi dõy, trờn mặt trước của dao kề ngay lưỡi cắt thường xuất hiện những lớp kim loại cú cấu trỳc khỏc hẳn với vật liệu gia cụng và vật liệu làm dao. Nếu lớp kim loại này bỏm chắc vào lưỡi cắt của dụng cụ thỡ được gọi là lẹo dao. Cơ chế của quỏ trỡnh hỡnh thành lẹo dao cú thể giải thớch như sau:

Do chịu ỏp lực lớn và nhiệt độ cao, mặt khỏc vỡ mặt trước của dao khụng tuyệt đối nhẵn nờn cỏc lớp kim loại bị cắt nằm kề sỏt với mặt trước của dao trong quỏ trỡnh cắt cú tốc độ di chuyển chậm và trong những điều kiện nhất định lực cản thắng được lực ma sỏt trong nội bộ kim loại thỡ lớp kim loại sẽ nằm lại ở mặt trước tạo thành lẹo dao. Vỡ bị biến dạng rất lớn nờn độ cứng của lẹo dao lớn hơn độ cứng của vật liệu gia cụng từ 2,5  3,5 lần và do đú cú thể thay thế vật liệu làm dao để thực hiện quỏ trỡnh cắt gọt.

b. Cỏc dạng lẹo dao

Cú hai dạng lẹo dao: lẹo dao ổn định và lẹo dao theo chu kỳ.

- Lẹo dao ổn định nằm dọc theo lưỡi cắt trong suốt quỏ trỡnh cắt, loại này gồm một số lớp gần như song song với mặt trước và hỡnh thành khi cắt thộp với chiều dày cắt nhỏ.

- Lẹo dao chu kỳ gồm hai phần: phần nền nằm sỏt với mặt trước của dao, về cơ bản là lẹo dao loại một. Trờn nền đú hỡnh thành phần thứ hai, phần này sinh ra, lớn lờn và mất đi nhiều lần trong một đơn vị thời gian. Sự xuất hiện và mất đi của lẹo dao làm

37 cho cỏc gúc cắt của dao trong quỏ trỡnh cắt luụn luụn biến đổi. Thụng số quan trọng đặc trưng cho kớch thước của lẹo dao đú là chiều cao của lẹo dao.

2.2.2. Hiện tượng co rỳt phoi

Hỡnh 3.5 Hiện tượng co rỳt phoi

Về mặt hỡnh thức, sự biến dạng của lớp kim loại bị cắt được biểu thị ở chiều dài của lớp phoi cắt, ký hiệu là Lfngắn hơn quóng đường mà dao phải di chuyển, ký hiệu là L dọc theo bề mặt gia cụng, cũn chiều dày của phoi af lớn hơn chiều dày cắt a (hỡnh

3.5).

Sự biến đổi kớch thước của lớp kim loại bị cắt, do kết quả của biến dạng dẻo được đỏnh giỏ bằng hệ số co rỳt phoi và được ký hiệu là K. Nếu thể tớch khối kim loại trước và sau khi biến dạng khụng đổi và bf b,thỡ f

f a L K L a   . Trị số của hệ số co rỳt phoi phụ thuộc vào tất cả cỏc yếu tố cú ảnh hưởng đến sự biến dạng của phoi (tớnh chất cơ lý của vật liệu gia cụng, hỡnh dỏng hỡnh học của dao, chế độ cắt và cỏc điều kiện cắt khỏc) và cú giỏ trị thay đổi trong một phạm vi khỏ rộng với K = 1 8.

2.2.3. Hiện tượng cứng nguội

Sau khi gia cụng xong, do kết quả lan truyền của biến dạng dẻo, nờn bề mặt của chi tiết bị biến cứng.

Kết quả của cứng nguội là cỏc tinh thể kim loại bị nỏt vụn khiến cho lớp bề mặt trở nờn bền và cứng hơn. Bề mặt đó được gia cụng xong, nếu như khụng cú khuyết tật gỡ thỡ hiện tượng cứng nguội cú tỏc dụng tốt. Trong trường hợp ngược lại thỡ giới hạn bền mỏi của chi tiết sẽ giảm đi và tuổi thọ của chi tiết cũng sẽ giảm. Mặt khỏc hiện tượng cứng nguội cũn gõy khú khăn cho cỏc nguyờn cụng gia cụng tinh.

2.2.4. Hiện tượng rung động trong quỏ trỡnh cắt

Khi nghiờn cứu rung động cần quan tõm đến những vấn đề sau: độ cứng vững nhất định của hệ thống cụng nghệ (mỏy - dao - đồ gỏ - chi tiết gia cụng); lực tỏc động vào hệ thống thay đổi thỡ gõy rung động; thụng số đặc trưng cho rung động (biờn độ A

38 và tần số f); hiện tượng cộng hưởng khi cú rung động.

Trong quỏ trỡnh cắt nếu chi tiết và dụng cụ cắt cú độ cứng vững thấp, mỏy khụng đủ độ cứng vững, lực cắt thay đổi sẽ sinh ra rung động.

Rung động ảnh hưởng trực tiếp đến độ chớnh xỏc về kớch thước, về hỡnh dỏng hỡnh học và độ nhỏm bề mặt gia cụng. Nú cũng làm tăng độ mũn của dụng cụ cắt, làm tổn hại đến bộ phận mỏy và gỏ lắp, ...

Trong quỏ trỡnh cắt cú hai loại rung động, đú là: rung động cưỡng bức và rung động tự rung.

Rung động cưỡng bức xuất hiện dưới tỏc động theo chu kỳ của cỏc nguồn lực. Như lực ly tõm của cỏc chi tiết mỏy quay khụng cõn bằng, lực va đập của cỏc bỏnh răng truyền động do chế tạo khụng chớnh xỏc hoặc khi tiện chi tiết cú rónh, quay khụng trũn đều làm lực cắt thay đổi theo chu kỳ, ...

Rung động tự rung xuất hiện dưới tỏc dụng của nội lực. Như lực ma sỏt giữa phoi trờn mặt trước của dao thay đổi, sự khụng đồng nhất về cơ lý tớnh của vật liệu gia cụng gõy cho lực cắt biến thiờn, lẹo dao xuất hiện và mất đi, ...

2.2.5. Hiện tượng nhiệt cắt

Nhiệt phỏt sinh trong quỏ trỡnh cắt tỏc động đến:

- Dụng cụ cắt. Do nhiệt cắt làm giảm độ cứng, độ bền cơ học, tăng độ mũn dao ảnh hưởng đến khả năng cắt gọt của dụng cụ cắt.

- Vật liệu gia cụng. Nhiệt cắt làm núng chi tiết gia cụng, gõy biến dạng nhiệt dẫn đến độ chớnh xỏc gia cụng giảm. Nhiệt cắt gõy biến đổi cấu trỳc kim loại lớp bề mặt, tạo ra ứng suất dư kộo tỏc động xấu đến chất lượng lớp vật liệu bề mặt chi tiết.

- Tỏc động vào hệ thống cụng nghệ (mỏy- đồ gỏ - dao - chi tiết). Nhiệt cắt làm hệ thống cụng nghệ biến dạng, ảnh hưởng xấu đến năng suất và chất lượng khi cắt gọt.

Nhiệt lượng phỏt sinh khi cắt lớn thỡ cụng cơ học tiờu hao cho quỏ trỡnh cắt sẽ lớn. Từ những lý do trờn, khi cắt mong muốn nhiệt cắt càng nhỏ càng tốt.

Tổng lượng nhiệt phỏt sinh trong quỏ trỡnh cắt được hỡnh thành từ cỏc thành phần sau: QQbdQmst Qmss. Trong đú:

39

bd

Q - nhiệt lượng sinh ra do cụng làm biến dạng vật liệu chi tiết gia cụng trong vựng tạo phoi.

mst

Q - nhiệt lượng sinh ra do cụng ma sỏt của phoi với mặt trước của dụng cụ cắt.

mss

Q - nhiệt lượng sinh ra do cụng ma sỏt giữa mặt sau của dụng cụ cắt với bề mặt đó gia cụng của chi tiết.

Tổng nhiệt phỏt sinh trong quỏ trỡnh cắt được truyền vào phoi, chi tiết, dao và mụi trường được tớnh theo cụng thức: QQpQctQd Qmt

Trong đú: Qp- nhiệt truyền vào phoi (khoảng 20  80%)

ct

Q - nhiệt truyền vào chi tiết khoảng (3  10%)

d

Q - nhiệt truyền vào dao khoảng (10  40%)

mt

Q - nhiệt truyền vào mụi trường khoảng (1  5%).

Thực tế cho thấy nhiệt lượng do biến dạng ở vựng tạo phoi cơ bản làm núng phoi, phần nhỏ lan truyền vào mặt trước của dao. Mặt trước của dao bị nung núng đến nhiệt độ cao cũn do yếu tố ma sỏt giữa nú với phoi. Mặt sau của dao và bề mặt đó gia cụng cũng sinh nhiệt. Nhiệt này truyền vào dao và chi tiết nhiều hay ớt tựy thuộc vào độ dẫn nhiệt của chỳng. Nhiệt lượng truyền vào mụi trường lớn sẽ làm giảm nhiệt độ vựng cắt. Do đú dựng dung dịch trơn nguội vừa làm giảm ma sỏt, vừa giảm nhiệt lượng phỏt sinh và đưa nhiệt ra khỏi vựng cắt làm giảm nhiệt độ vựng cắt.

2.2.6. Dung dịch trơn nguội

Để giỳp cho quỏ trỡnh cắt được dễ dàng, người ta thường dựng dung dịch trơn nguội. Dung dịch trơn nguội cú cỏc tỏc dụng:

- Dẫn nhiệt ra khỏi vựng cắt làm giảm nhịờt độ vựng cắt và độ mũn của dụng cụ cắt. Vỡ thế độ chớnh xỏc, chất lượng bề mặt gia cụng được nõng lờn đỏng kể.

- Làm giảm hệ số ma sỏt của phoi trượt trờn mặt trước và giảm ma sỏt của mặt sau với bề mặt đó gia cụng. Do vậy dung dịch trơn nguội làm giảm lực cắt và giảm nhiệt phỏt sinh trong vựng cắt.

- Khi trong vựng tạo phoi xuất hiện cỏc vết nứt tế vi đầu tiờn, dung dịch trơn nguội xõm nhập, kớch thớch quỏ trỡnh phỏt triển cỏc vết nứt, lực cắt cần thiết để tạo phoi sẽ giảm.

- Dung dịch trơn nguội tỏc động vào bề mặt phoi tạo ra lớp bọc cần thiết để phoi khụng bỏm vào nhau, thoỏt khỏi vựng tạo phoi dễ dàng.

Yờu cầu đối với dung dịch trơn nguội:

- Cú tỏc động bụi trơn, giảm ma sỏt tốt. Cứ ứng với mỗi loại vật liệu gia cụng, vật liệu làm dao và điều kiện cắt cụ thể cú chất bụi trơn phự hợp sẽ cho hệ số ma sỏt

40 nhỏ.

- Cú tỏc động làm nguội tốt. Dung dịch trơn nguội phải cú độ dẫn nhiệt và tỷ nhiệt cao. Trong thực tế phải lựa chọn cỏc dung dịch làm lạnh, bụi trơn phự hợp. Tuỳ từng trường hợp mà sử dụng với tỏc dụng bụi trơn là chủ yếu, hoặc làm nguội là chủ yếu và ngược lại.

- Khụng bị phõn huỷ dưới tỏc động của nhiệt độ cao, sử dụng lõu dài. - Khụng làm han gỉ hệ thống cụng nghệ.

- Khụng gõy độc hại cho cụng nhõn và khụng làmụ nhiễm mụi trường. - Dễ tỡm, giỏ cả phự hợp.

- Dung dịch trơn nguội phải đảm bảo khụng làm gỉ mỏy, dụng cụ và chi tiết gia cụng. Mặt khỏc, dung dịch trơn nguội khụng được gõy ra tỏc hại đến da và sức khoẻ của cụng nhõn.

Để tăng hiệu quả, phải tỡm cỏch đưa dung dịch trơn nguội trực tiếp vào vựng tạo phoi, vào cỏc trung tõm tạo ra biến dạng, ma sỏt và phỏt nhiệt. Đồng thời phải sử dụng dung dịch trơn nguội đỳng cỏch và đỳng lỳc thỡ mới cú hiệu quả.

2.2.7. Sự mài mũn dao tiện a. Hiện tượng

Trong quỏ trỡnh cắt, phoi trượt trờn mặt trước và chi tiết chuyển động tiếp xỳc với mặt sau của dao gõy nờn hiện tượng mũn ở phần cắt của dụng cụ cắt.

Mài mũn dụng cụ cắt là một quỏ trỡnh phức tạp, xảy ra theo cỏc hiện tượng lý hoỏ ở cỏc bề mặt tiếp xỳc phoi và chi tiết với dụng cụ cắt khi gia cụng.

Khi bị mài mũn, hỡnh dạng và thụng số hỡnh học phần cắt dụng cụ cắt thay đổi làm cho cỏc hiện tượng vật lý phỏt sinh trong quỏ trỡnh cắt (nhiệt cắt, lực cắt,...) và ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề mặt chi tiết gia cụng.

b. Cỏc dạng mài mũn

Trong quỏ trỡnh cắt, ỏp lực trờn bề mặt tiếp xỳc lớn hơn rất nhiều so với ỏp lực làm việc trờn cỏc chi tiết mỏy (15  20 lần) và dụng cụ cắt bị mài mũn theo nhiều

41 dạng khỏc nhau.

Phần cắt của dụng cụ cắt trong quỏ trỡnh gia cụng thường bị mài mũn theo cỏc dạng chủ yếu sau: mài mũn theo mặt sau (hỡnh 3.7.a); mài mũn mặt trước (hỡnh 3.7.b);

mài mũn đồng thời cả mặt trước và mặt sau (hỡnh 3.7.c); mũn tự lưỡi cắt (hỡnh 3.7.d). Mài mũn theo mặt sau: thường xảy ra khi gia cụng với chiều dầy cắt nhỏ (a < 0,1 mm) và với cỏc vật liệu giũn (gang).

Mài mũn theo mặt trước: Trong quỏ trỡnh cắt, do phoi trượt trờn mặt trước của dao cắt hỡnh thành một trung tõm ỏp lực cỏch lưỡi cắt một khoảng nào đú nờn mặt trước bị mũn theo dạng lưỡi liềm. Mài mũn theo mặt trước thường xảy ra khi cắt cỏc loại vật liệu dẻo với chiều dầy cắt lớn (a > 0,6mm). Trong trường hợp đú nhiệt cắt ở mặt trước cao hơn nhiệt độ ở mặt sau.

Mài mũn đồng thời mặt trước và mặt sau: Dụng cụ cắt bị mài mũn cả ở mặt trước và mặt sau tạo thành lưỡi cắt mới. Trường hợp này thường gặp khi gia cụng vật liệu dẻo với chiều dầy cắt a = (0,1  0,5 mm).

Mũn tự lưỡi cắt: thường gặp khi gia cụng cỏc loại vật liệu cú tớnh dẫn nhiệt kộm, đặc biệt là khi gia cụng cỏc chất dẻo. Do nhiệt cắt tập trung ở mũi dao (tại vựng cắt) nờn mũi dao bị tự nhanh.

Như võy, trong cỏc dạng mài mũn nờu trờn thỡ mài mũn theo mặt sau là quan trọng và dễ xỏc định nhất. Chiều cao mài mũn h, được dựng để làm chỉ tiờu để đỏnh giỏ lượng mài mũn. Lượng mài mũn cho phộp được xỏc định phụ thuộc vào yờu cầu độ búng và độ chớnh xỏc chi tiết gia cụng.