Quy luật phân bố lực cắt khi phay khá phức tạp. Khi phay diện tích cắt thay đổi làm cho lực cắt thay đổi. Độ lớn của lực phụ thuộc vào số răng dao tham gia cắt gọt và diện tích cắt tức thời. Lực phay tổng cộng là tất cả các lực tác dụng lên răng dao phay.
2.3.1 Các thành phần lực cắt khi phay
Trên hình (2.1a) và (2.1b) biểu diễn hệ thống lực cắt mà răng dao phay tác dụng lên lớp cắt. Phản lực của P đợc phân tích ra 3 thành phần lực Pz, Py, Px theo hớng tiếp tuyến với đờng trỏn doa phay, pháp thuyến với nó và theo chiều trục dao.
Pz: lực tiếp tuyến (lực cắt chính) hay còn gọi là lực vòng tạo ra mô men xoắn cản lại chuyển động chính, làm tiêu hao công suất máy. Khi thiết kế, ngời ta tính toán động lực học máy theo Pz. Khi phay lực cắt thay đổi vì vậy khi tính toán chế độ cắt ta dùng mô men và công suất trung bình xác định theo lực vòng trung bình:
Mtb =
2000 .D Pz
Ncg =
102 . 60
.V Pz
Phản lực của Pz làm xoắn và làm cong trục dao
Hình 2.1: Lực cắt khi phay: a) Khi phay nghịch; b) Khi phay thuận
Px: lực hớng kính tác dụng vuông góc với phơng trục chính của máy phay có xu hớng đẩy chi tiết ra khỏi dao phay theo hớng kính. Lực này có xu hớng làm võng trục dao, đồng thời qua dố nó tạo ra một áp lực lên các ổ trục chính, do đó gây ra mômen ma sát phụ trên ổ. Khi tính toán sức bền trục gá dao cũng nh tính toán ổ trục chính thì lực này là một yếu tố quan trong để tính toán tải trọng phức hợp (độ cong của lực hớng kính và độ xoắn của lực tiếp tuyến) tâm xu hớng làm võng trục dao, đẩy dao khỏi bề mặt gia công, gây rung động.
Py: lực chiều trục làm xê dịch các chi tiết theo trục dao phay và phản lực của nó có chiều hớng dịch dao phay theo ổ trục. Khi chọn dao và gá dao sao cho Py hớng vào ổ trục máy hoặc khi gia công ghép 2 dao phay trụ soa cho hớng xoắn 2 dao là ngợc nhau để các lực Py triệt tiêu nhau.
Thờng các lực Pz, Py, Px không thuần nhất mà tuỳ thuộc vào điều kiện gia công cụ thể mà chúng thay đổi theo thông số hình học dao, vật liệu gia công, chiều dày cắt, số răng dao tham gia cắt đồng thời…Ngoài ra ta có thể phân tích lực Pxz thành các lực thành phần theo phơng ngang Pn và phơng thẳng đứng Pv. Lực thẳng đứng có xu hớng đè chi tiết xuống hoặc nâng chi tiết lên để tăng khả năng kẹp chặt hoặc ngợc lại tăng rung động do quá trình phay thuận hay phay nghịch.
Ví dụ với dao phay trụ, khi thay đổi lợng chạy dao răng trong điều kiện đợc chọn làm chuẩn thì tỉ lệ giữa các lực có có giá trị gần đúng nh sau:
- Phay thuËn:
÷
=
÷
=
÷
=
d z
z n
r z
P ) 9 , 0 7 , 0 ( P
P ) 9 , 8 0 , (0 P
P 8) , 0 6 , (0 P
- Phay nghịch:
÷
=
÷
=
÷
=
d z
z n
r z
P ) 3 , 0 2 , 0 ( P
P ) 2 , 1 1 ( P
P 8) , 0 6 , (0 P
Qua lực Pv ta có thể tính kết cấu đồ gá kẹp chi tiết và tính áp lực trên bề mặt của sống trợt bàn máy phay. Từ hình 2.1 ta có thể biểu diễn nh sau:
P® = Pz sinθ±Pr cosθ (+) Phay thuËn (-) Phay nghịch
Pn: thành phần ngang, còn gọi là lực chạy dao. Nó liên quan đến công suất chạy dao.
Pn = Pz cosθ± Pr sinθ (+) Phay thuËn (-) Phay nghịch
Đối với dao phay trụ răng xoắn, khi chạy dao còn xuất hiện lực dọc trục P0, và lực tác dụng dọc theo lỡi cắt Ps hình (2.2), nếu ta ký hiệu Q là tổng lực tác dụng lên răng xoắn thì có thể biểu diễn đợc nh sau:
+
= +
=
S N
o
P P Q
P Pxz Q
Gần đúng có:
Po =0,28Pztgω
PS =0,72Pztgω Trong đó:
PN: lực thành phần tác dụng vuông góc với lỡi cắt.
PS: lực thành phần tác dụng dọc theo lỡi cắt tạo ra do ma sát của phoi lên mặt trớc dao theo phơng xoắn vít, do đó gây ra sự co rút phoi theo chiều rộng lớp cắt.
o
P : lực dọc trục dao.
Hình 2.2: Thành phần lực cắt khi phay bằng dao phay trụ răng xoắn
* Khi phay bằng dao phay mặt đầu ngời ta phân biệt ra phay đối xứng và phay không đối xứng. Phay đối xứng khi đờng tâm dao trùng với đờng chia đ chi tiết, ộ còn phay không đối xứng ngợc lại.
Cũng nh dao phay trụ ta có thể phân tích tổng lực Q tác dụng lên dao phay mặt
đầu thành các lực thành phần nh sau: Pz, Pr, Pn, Pd, Po (hình 2.3).
Khi phay đối xứng thì các lực hớng kính sẽ triệt tiêu lẫn nhau.
Hình 2.3: Lực cắt khi phay đối xứng 2.3.2. Tính lực cắt khi phay
Giá trị của lực cắt vòng Pz khi phay đợc tính theo công thức:
P =Cp.txp.Szyp.Z.Bzp.Dqp(KG)
Với các hệ số và trị số mũ đợc tra ở bảng (2.1).
O
t=B
Pr
Pz Pd R
Pn n
θι
ϕ
S
Phay đối xứng
Bảng 2.1: Giá trị hệ số Cp và số mũ trong công thức tính lực cắt khi phay
Vật liệu
gia công Kiểu dao phay Cp xp yp zp qp
ThÐp
Phay trô, phay ngón phay mặt đầu khi cắt không đối xứng
68 0.68 0.74 1.00 -0.86
Phay mặt cầu khi cắt đối xứng phay
đĩa và cắt đứt
82 1.10 0.80 0.95 -1.10
Phay gãc 39 0.86 0.74 1.00 -0.86
Phay định hình lồi
và lõm 47 0.86 0.74 1.00 -0.86
Gang
Phay trô, phay ngón phay mặt đầu khi cắt không đối xứng
48 0.83 0.65 1.00 -0.83
Phay mặt đầu khi cắt đối xứng, phay bằng dao đĩa và phay cắt đứt
70 1.14 0.70 0.90 -1.14
Chó thÝch:
1. Giá trị của hệ số Cp trên đây ứng với khi phay có tốc độ cắt bằng 50 m/ph; dùng dao phay răng nhọn với góc trớc = 10 . Việc điều chỉnh hệ số º Cp phụ thuộc vào V tra ở tập bảng tra chế độ cắt. Lúc độ mòn của răng dao phay đạt đến giới hạn cho phép thì lực cắt khi gia công thép trung bình và gang t¨ng 20 40%.÷
2. Lực vòng P khi gia công hợp kim nhôm chỉ gần 25% lực khi gia công thép, khi gia công đồng thanh bằng 75% lực khi gia công gang.
2.3.3 Lực cắt trong quá trình phay mặt đầu
Thành phần tiếp tuyến của lực cắt trong quá trình phay mặt đầu đợc mô tả
trên hình 2.4
Hình 2.4 Diện tích cắt khi phay mặt đầu Cã thÓ viÕt
Pz = pA = pbSzsinθi
Trong trờng hợp phay mặt đầu có thể xác định lực cắt đơn vị theo công thức
i m m z m q
i
q b S
C a
b p C
θ sin
1
1 =
=
V× thÕ Pz = C1b1 q- ai1-msin1-mθi
Thay thÕ x = 1 – m; y = 1 – q ta cã Pz = C1byaixsinxθi
Bảng 2.2 cho giá trị các hệ số và số mũ trong công thức trên Bảng 2.2: Các hệ số Cp và số mũ x, y
Vật liệu gia công Khi phay phẳng Khi phay mặt đầu
C1 x C1 x y
ThÐp σpt = 450N/mm2 1200 0,63 1900 0,97 0,76 ThÐp σpt = 650N/mm2 1380 0,72 2030 0,93 0,80 ThÐp σpt = 850N/mm2 1000 0,72 1900 0,94 0,80
ThÐp Cr- Ni
σpt = 550N/mm2 1390 0,66 203 0,90 0,75
σpt = 800N/mm2 1440 0,72 2970 0,90 0,75
σpt = 900N/mm2 1740 0,74 2160 0,94 0,80
Gang
HB = 180÷200 800 0,67 1100 0,90 0,77
Hb = 220 950 0,67 1420 0,89 0,74
Đồng thanh 420 0,60 670 0,79 0,66