CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP CẮT KÍNH SỬ DỤNG LƯỠI CẮT KIM CƯƠNG
2.1. Các yếu tố cơ bản trong quá trình cắt
Phần này đề cập đến các yếu tố cơ bản thường gặp trong quá trình cắt kính bằng lưỡi cắt kim cương, bao gồm:
- Chiều sâu vết nứt.
- Rãnh thoát phoi.
- Hiện tượng phục hồi vết nứt.
- Vết cắt.
- Ứng suất dư trên tấm kính.
- Vùng tiếp xúc.
- Ảnh hưởng của các thông số hình học của lưỡi cắt.
- Miền làm việc của lưỡi cắt.
2.1.1. Chiều sâu cần thiết của vết nứt.
Khi di chuyển trên bề mặt tấm kính, bánh xe lăn tròn sẽ tạo nên 1 vết cắt, vết cắt này sinh ra trên chiều dày tấm kính các vết nứt dạng bậc. Trong số các vết nứt này, có một đường cơ bản rõ nét nhất nằm sâu nhất ở chính giữa, khoảng cánh từ bề mặt tấm kính đến đường cơ bản đó được gọi là chiều sâu vết nứt.
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
2.1.2. Rãnh chứa phoi.
Chuyển động của lưỡi cắt vừa tạo ra vết cắt vừa tạo nên các rãnh thoát phoi ở hai bên có xu hướng mở rộng ra xa vết nứt chính. Các rãnh này nhỏ khi tải trọng nhỏ và tăng dần khi tải trọng lớn. Ngoài ra kích thước của chúng còn phụ thuộc vào góc sắc của lưỡi cắt; nếu góc này nhỏ, tức là dao sắc, thì các rãnh này nông và phoi có xu hướng trồi lên khỏi bề mặt khi tải trọng lớn. Ngược lại nếu góc sắc của dao lớn, tức là dao cùn thì các rãnh này sâu hơn một chút, phoi có xu hướng bị đẩy ra xa vết nứt chính tuy nhiên không bị trồi lên.
Hình 2.1.Sự xuất hiện vết nứt
1- Lưỡi cắt; 2- rãnh chứa phoi; 3- vết nứt; 4- tấm kính;
c- chiều sâu vết nứt;α- góc sắc
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
2.1.3. Hiện tƣợng phục hồi vết nứt.
Hai rãnh thoát phoi ở hai bên vết cắt khi chứa đầy phoi sẽ tạo nên hiệu ứng nêm khiến cho bề mặt tấm kính xung quanh vết cắt ở trong trạng thái bị kéo. Điều này có tác dụng tốt cho sự mở rộng vết cắt, kể cả khi tách tấm kính hay trong quá trình cắt.
Dưới tác dụng của tải trọng, lưỡi cắt có xu hướng chuyển động xuống đẩy phoi trồi lên trên, khi phoi trồi lên tới bề mặt tấm kính nó sẽ bị văng đi. Nếu phoi sắp xếp bên trong rãnh thoát phoi một cách lỏng lẻo, hiệu ứng nêm sẽ không xuất hiện, đồng nghĩa với ứng suất kéo cũng không xuất hiện, và vết nứt được giữ nguyên. Hiện tượng này gọi là sự phục hồi vết nứt.
2.1.4. Ứng suất dƣ.
Khi vết nứt được hình thành, một vết cắt sẽ xuất hiện theo sau lưỡi cắt giống như sự lan rộng của vết nứt trên bề mặt của tấm kính. Mặc dù thủy tinh là một vật liệu giòn tuy nhiên vẫn tồn tại tính đàn hồi. Vì lý do này, với những tấm thủy tinh được tôi sau khi tạo hình, bên trong nó xuất hiện ứng suất dư có lợi. Do tác dụng của ứng suất dư, trong khi lớp bên trong chịu ứng suất kéo, các lớp bề mặt của tấm kính lại chịu ứng suất nén, có chiều sâu về mỗi bên lên đến 18-22% bề dày của toàn bộ tấm kính.
Điều này sẽ làm tăng cơ tính của tấm kính lên nhiều lần nhưng cũng khiến cho việc cắt kính trở nên khó khăn hơn, do tác dụng của hiệu ứng chêm bị hạn chế.
2.1. 5. Sự mở rộng vết cắt .
Để mở rộng vết cắt, người ta khiến cho bề mặt tấm kính chịu ứng suất kéo bằng cách cung cấp một mômen uốn xung quanh đường dấu đó. Trong quá trình làm gãy tấm kính, mômen uốn được cung cấp cho suốt chiều dài đường cắt, còn trong hành trình cắt, dưới tác dụng của tải trọng, mômen uốn chì được cung cấp ở 1 đầu của vết cắt, khi đó vết sẽ được mở rộng dần dần từ đầu này tới đầu kia. Trong cả hai trường hợp, để đảm bảo toàn bộ bề mặt tấm kính chịu ứng suất kéo, chiều sâu vết nứt phải đạt khoảng một nửa chiều sâu lớp kính chịu ứng suất nén, tương đương 8 đến 10% bề dày
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn tấm kính. Khi chiều dày tấm kính tăng, chiều sâu lớp kính bị nén cũng tăng, và tất nhiên, chiều sâu yêu cầu của vết nứt khi cắt cũng phải tăng theo.
2.1.6. Miền tiếp xúc, miền áp lực làm việc và ảnh hưởng của các thông số lưỡi cắt Như đã đề cập ở trên, khi lưỡi cắt chuyển động sẽ nén đàn hồi lên bề mặt tấm kính trên một miền tiếp xúc xung quanh vết cắt. Lực cắt tác dụng lên miền tiếp xúc nhỏ sẽ sinh ra áp suất lớn và miền ứng suất nhỏ sẽ gây nên vết nứt nông. Bằng cách tăng diện tích miền tiếp xúc, ta có thể tạo nên miền ứng suất lớn hơn dẫn tới tạo được vết nứt sâu hơn. Người ta nhận thấy đường kính của lưỡi cắt quyết định chiều dài của miền tiếp xúc còn góc sắc của lưỡi cắt sẽ quyết định chiều rộng của miền tiếp xúc.
Tăng đường kính lưỡi cắt và tăng góc sắc của nó lên có thể tăng chiều sâu của vết nứt lên tương ứng.
Đối với bất kì lưỡi cắt nào cũng đều có một khoảng áp lực làm việc nhất định, bắt đầu tại giá trị áp lực vừa đủ để sinh ra vết nứt có chiều sâu đủ để bẻ gãy tấm kính và kết thúc tại giá trị áp lực sinh ra vết nứt sâu nhất nhưng đủ để không gây hỏng vết cắt. Nói chung, lưỡi cắt có góc sắc lớn sẽ có khoảng làm việc lớn hơn lưỡi cắt có góc sắc nhỏ, và lưỡi cắt có đường kính lớn cũng có khoảng làm việc lớn hơn so với lưỡi cắt có đường kính nhỏ. Đối với các sản phẩm có chất lượng thấp, áp lực làm việc của lưỡi cắt thường ở mức thấp, do đó vết nứt sinh ra nông, còn các sản phẩm chất lượng cao thường sâu hơn do áp lực làm việc của lưỡi cắt ở giá trị cao hơn.
Nhận xét: Từ những kết quả nghiên cứu về các yếu tố trên, người sử dụng có thể lựa chọn lưỡi cắt phù hợp với mục đích sử dụng và yêu cầu chất lượng của sản phẩm. Ứng với mỗi giá trị góc sắc cũng như bề dày của tấm kính, có thể có một hoặc nhiều giá trị đường kính lưỡi cắt để lựa chọn. Thông thường trong các tiêu chuẩn, góc sắc được chọn sao cho lưỡi cắt khi ở giá trị áp lực bắt đầu miền làm việc có thể tạo ra được vết nứt có chiều sâu từ 8-10% bề dày tấm kính tương ứng. Có thể thấy rằng, do sự khác nhau của các điều kiện biên như độ cứng, các thông số thiết lập chế độ cắt, v.v… nên việc chọn áp lực cụ thể trong từng quá trình cắt sẽ do người thợ quyết định, miễn là giá trị đó nằm trong miền áp lực làm việc của lưỡi cắt.
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn