Trong quá trình phay chi tiết gia công, dụng cụ cắt và phoi bị nung nóng. Khi tăng tốc độ cắt, đặc biệt là khi cắt phoi mỏng, nhiệt độ vùng cắt sẽ tăng tới 600oC. Nếu tốc độ cắt tiếp tục tăng trong nhiều trƣờng hợp phoi cắt sẽ bị nung nóng tới 900oC.
Tƣơng tự nhƣ các phƣơng pháp cắt gọt thông thƣờng, khi phay sẽ xuất hiện nhiệt cắt. Nắm vững các quy luật về nhiệt cắt, cho phép giải thích đƣợc nhiều hiện tƣợng vật lí trong quá trình cắt nhƣ: sự mài mòn và tuổi bền của dụng cụ gia công, chất lƣợng bề mặt gia công.
Trong quá trình cắt nhiệt đƣợc sinh ra bởi các nguyên nhân sau:
- Hiện tƣợng nội ma sát xuất hiện trong quá trình biến dạng của vật liệu gia công;
- Ma sát giữa phoi với mặt trƣớc của dụng cụ gia công; - Ma sát giữa mặt sau của dao và bề mặt chi tiết gia công. Các yếu tố chính ảnh hƣởng hiện tƣợng nhiệt cắt:
Khi tăng tốc độ cắt, nhiệt cắt sinh ra do biến dạng giảm, nhƣng nhiệt cắt do ma sát tăng, dẫn tới nhiệt cắt tăng với mức độ chậm hơn tăng tốc độ cắt.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Khi áp lực của phoi lên dao tăng. Tuy nhiên tăng lƣơng chạy dao lên hệ số co rút phoi giảm, tổng công biến dạng tính cho một đơn vị thể tích giảm. Mặt khác do tăng lƣợng nhiệt chạy dao, chiều dày dao lớn nên điều kiện truyền nhiệt tốt hơn đồng thời diện tích tiếp xúc giữa dao và phoi mở rộng, khiến cho tăng lƣợng chạy dao nhiệt cắt tăng lên nhƣng không tăng theo tỉ lệ thuận.
Chiều sâu cắt t0 ảnh hƣởng đến nhiệt cắt ít hơn lƣợng chạy dao S. Khi tăng chiều sâu cắt t0 một mặt tải trọng trên đơn vị chiều dài lƣỡi cắt không đổi, mặt khác khi tăng t0 do góc không đổi nên phần chiều dài phần làm việc của lƣỡi cắt tuy có tăng nhƣng điều kiện truyền nhiệt lại tốt hơn, kết quả nhiệt chạy tốt.
Khi cắt vật liệu giòn, do công biến dạng bé và lực cắt đơn vị không đáng kể nên nhiệt cắt thấp hơn vật liệu dẻo.
Nhiệt cắt phụ thuộc vào nhiệt dung và đặc biệt phụ thuộc vào tính dẫn nhiệt của vật liệu làm dao và vật liệu gia công.
Tăng góc cắt, lực cắt tăng dẫn đến nhiệt cắt tăng, nhƣng khi đó góc tăng, điều kiện truyền nhiệt lại tố hơn. Do đó khi tăng góc cắt nhiệt cắt tăng nhƣng không tăng tỉ lệ thuận.
Tăng góc nghiêng chính, tải trọng có tăng dẫn đến nhiệt cắt tăng nhƣng khi đó chiều dài lƣỡi cắt tham gia cắt tăng nên điều kiện thoát nhiệt tố hơn với mức độ cao hơn khi tăng tải trọng do đó nhiệt cắt lại giảm.
Dung dịch trơn nguội có tác dụng giảm nhiệt cắt rõ rệt. Ngoài tác dụng làm nguội còn có tác dụng bôi trơn làm giảm ma sát trong quá trình cắt.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
1.3.2 Hiện tượng rung động trong quá trình cắt.
Rung động trong suốt quá trình cắt ảnh hƣởng nhiều đến độ chính xác và độ bền của dao và năng suất gia công. Rung động đƣợc chia làm hai loại: rung động cƣỡng bức và tự rung.
Hiện tƣợng rung động cƣỡng bức xảy ra trong quá trình phay đƣợc gây ra bới các nguyên nhân sau:
- Do sự không cân bằng của hệ thống đầu dao;
- Khi phay xuất hiện sự va đập lúc bắt đầu cắt của răng dao và chiều dày cắt không đều;
- Do phôi khi gia công có lƣợng dƣ không đều;
- Do bộ phận truyền động máy có bộ phận nào đó không cân bằng.
Hiện tƣợng tự rung động khi phay đƣợc gây ra bởi các nguyên nhân sau: - Do sự thay đổi lực ma sát ở mặt trƣớc và mặt sau của dao trong quá trình cắt;
- Do sự thay đổi tính dẻo của vật liệu gia công trong suốt quá trình cắt; - Do sự phát sinh và biến mất của lẹo dao;
- Do sự biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ.
1.3.3 Hiện tượng cứng nguội trong quá trình gia công.
Dƣới tác dụng của lực cắt, cấu trúc mạng tinh thể ở lớp bề mặt vật liệu gia công bị thay đổi do đó dẫn tới tính chất cơ lí tính lớp bề mặt nhƣ độ cứng bề mặt nhƣ độ cứng bề mặt ứng suất dƣ hiện tƣợng trên đây gọi là hiện tƣợng cứng nguội sau quá trình cắt. Sau khi gia công do kết quả lan truyền của biến dạng dẻo nên cấu trúc mặt tinh thể thay đổi do đó lớp bề mặt của chi tiết bị biến cứng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Mức độ cứng nguội xảy ra sau quá trình cắt phụ thuộc vào mức độ biến dạng của lớp bề mặt trong quá trình cắt. Nói cụ thể hơn mức độ cứng nguội phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Bán kính góc lƣợn của mũi dao; - Góc trƣớc và góc sau của dao.
1.4 Tuổi bền và tốc độ cắt khi phay. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tuổi bền của dao phay là khoảng thời gian giữa hai lần mài lại sau khi mặt sau của dao đã mòn đến giới hạn cho phép. Tuổi bền của dao phay thay đổi trong phạm vi tƣơng đối rộng, nó phụ thuộc vào các yếu tố: tốc độ cắt, loại dao, đƣờng kính dao và dạng gia công.
Giữa tốc độ cắt và tuổi bền có quan hệ nhƣ sau:
m T
A
v (1.43)
Đối với dao thép gió: m = 0,15 ÷ 0,33
Đối với dao hợp kim cứng: m = 0,2 ÷ 0,6
Tốc độ cắt đƣợc tính theo công thức: v p u y z x m q v K Z B S t T D C v v v v v v . . . . . . (m/phút) (1.44) Trong đó:
Cv : hệ số ứng với một nhóm vật liệu gia công nhất định;
Kv = Kvl.Kvd.Kbm.Khh.Kdd.Khs;
Kvl : hệ số tính đến ảnh hƣởng của vật liệu gia công;
Kvd : hệ số tính đến ảnh hƣởng của vật liệu làm dao;
Kbm : hệ số tính đến ảnh hƣởng của trạng thái lớp bề mặt gia công;
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Kdd : hệ số tính đến ảnh hƣởng của dung dịch trơn nguội;
Khs : hệ số tính đến độ mòn của dao phay. Từ đó rút ra:
- Khi tăng D nhiệt cắt trong một đơn vị thời gian giảm, điều kiện thoát nhiệt tốt, giảm lực cắt đơn vị trên một đơn vị chiều dài;
- Tăng thông số cắt B, t, Sz sẽ tăng thể tích lớp cắt do đó tăng lực cắt và nhiệt cắt. Trƣờng hợp này phải giảm tốc độ cắt;
- Nếu tăng số răng dao Z, sẽ tăng đồng thời nhiều răng tham gia cắt, dẫn đến tăng lực cắt và nhiệt cắt. Trƣờng hợp này cũng phải giảm tốc độ cắt;
- Khi dùng dung dịch trơn nguội, tốc độ cắt có thể tăng lên rất nhiều.
1.5 Giới thiệu máy phay đƣ́ng NIIGATA 2UMB.
Hình 1.13 Hình ảnh máy phay NIIGATA - Model 2UMB
Bảng 1.1 Thông số của máy phay NIIGATA 2UMB
Hãng sản xuất NIIGATA
Kiểu máy 2UMB
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Năm sản xuất 1978
Kích thƣớc bàn máy Kích thƣớc rãnh chữ T
Dịch chuyển của bàn máy theo phƣơng dọc
Dịch chuyển bàn máy theo phƣơng ngang (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Dịch chuyển đầu phay theo phƣơng thẳng đƣ́ng
Phần chìa công xôn của đầu phay Chạy dao nhanh dọc và ngang thẳng đƣ́ng 300 x 1370 3 x 18 870 280 380 330 3 (m/ phút) 1,37 (m/ phút) Các động cơ: - Động cơ trục chính
- Động cơ chạy dao
- Động cơ bơm nƣớc làm mát
3,7 KW 1,5 KW 0,075 KW Bƣớc tiến dao (mm/ phút):
- Theo phƣơng dọc và ngang - Theo phƣơng thảng đƣ́ng
20; 31,5; 50; 80; 125; 200; 315; 500; 800
9; 14; 22,4; 35,5; 56; 90; 140; 224; 355 Số vòng quay của trục chính (12
cấp tốc độ) (vòng/ phút)
40; 55; 80; 115; 160; 230; 300; 430; 610; 870; 1240; 1750
Thông số khác:
- Trọng lƣợng tịnh - Tổng trọng lƣợng - Không gian chiếm chỗ
2400 kg 2600 kg 7,2 m2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Không gian yêu cầu Dài x Rộng Chiều cao
1750 x 2700 1700
Khả năng công nghệ của máy : Cũng giống nhƣ các máy phay đứng vạn năng khác, trên máy phay NIIGATA 2 UMB có thể thƣ̣c hiện một số nguyên công điển hình sau:
- Phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu;
- Phay mặt nghiêng và góc nghiêng (đầu phay của máy có thể xoay đƣợc);
- Phay bậc, rãnh, hốc;
- Phay rãnh then bằng dao phay ngón; - Phay rãnh chƣ̃ T.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU ĐỘ CỨNG VỮNG CỦA HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ
2.1 Lý thuyết độ cứng vững.
Trong quá trình gia công thì việc giảm bớt những sai số gia công là một trong những yêu cầu luôn đƣợc coi trọng. Có những nguyên nhân dẫn đến sai số gia công nhƣ:
- Biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ;
- Độ chính xác của máy;
- Sai số đồ gá;
- Sai số của dụng cụ cắt; - Biến dạng nhiệt của máy; - Biến dạng nhiệt của dao; - Biến dạng nhiệt của chi tiết; - Rung động trong quá trình cắt;
- Phƣơng pháp gá đặt; (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Dụng cụ đo và phƣơng pháp đo.
Trong đó sai số do biến dạng của hệ thống công nghệ có một ý nghĩa rất quan trọng.
Hệ thống công nghệ bao gồm: máy, dao, đồ gá và chi tiết gia công không phải có độ cứng một cách tuyệt đối. Khi chịu tác dụng của ngoại lực chúng đều bị biến dạng. Nguyên nhân là do vật liệu của các chi tiết có tính đàn hồi, bản thân các bộ phận máy, chi tiết, đồ gá, dao tuy đã đƣợc thiết kế tối ƣu về hình dáng song vẫn có kích thƣớc xác định có nghĩa vẫn chịu biến dạng theo thuyết biến dạng đàn hồi của cơ học vật rắn.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Những biến dạng trong hệ thống công nghệ đều mang tính đàn hồi. Nhƣ vậy khi gia công bằng phƣơng pháp cắt gọt trên các máy cắt kim loại, dƣới tác dụng của lực cắt thì các thành phần của hệ thống công nghệ đều bị biến dạng đàn hồi. Ngoài sự biến dạng thể tích còn có biến dạng tiếp xúc bề mặt do các bộ phận đều có sự lắp ghép của nhiều chi tiết.
Do có biến dạng đàn hồi và biến dạng tiếp xúc làm cho vị trí tƣơng đối giữa dao và chi tiết không ổn định dẫn tới sai số gia công.
Mức độ biến dạng của vật liệu, phụ thuộc vào ứng suất sinh ra trong nó và mô đun đàn hồi của vật liệu. Mức độ biến dạng tiếp xúc, phụ thuộc vào áp suất tiếp xúc, chiều cao nhấp nhô, hƣớng của nhấp nhô và độ cứng của vật liệu lớp bề mặt.
Khi gia công chi tiết, ngƣời ta mong muốn vừa có năng suất cao, vừa đảm bảo độ chính xác. Thế nhƣng năng suất cao thƣờng gắn với tăng lực và tăng biến dạng. Vì vậy ta phải tìm cách giảm bớt biến dạng của hệ thống công nghệ khi chịu tác dụng của lực cắt.
Độ cứng vững của hệ thống công nghệ là khả năng chống lại biến dạng của nó do ngoại lực gây ra. Độ cứng vững của hệ thống công nghệ đƣợc biểu diễn định lƣợng bằng công thức sau:
y P
J y (2.1)
Trong đó:
J : độ cứng vững (KN/mm hoặc KG/mm);
Py : lực tác dụng theo phƣơng hƣớng kính của bề mặt gia công (KN hoặc KG);
y : lƣợng dịch chuyển của mũi dao theo phƣơng tác dụng của lực (mm).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Cùng một chi tiết hay cùng một hệ thống và tại một vị trí nhƣng theo những phƣơng khác nhau thì độ cứng vững cũng khác nhau. Vậy cần phải phân tổng các lực tác dụng thành ba thành phần Px , Py , Pz theo ba trục tọa độ vuông góc nhau ox, oy, oz để nghiên cứu. Trên thực tế chỉ có những biến dạng thẳng góc với bề mặt gia công là ảnh hƣởng nhiều nhất tới sai số gia công nên ta chỉ nghiên cứu lực và biến dạng theo phƣơng này.
Độ cứng vững của hệ thống công nghệ cũng có thể đƣợc biểu diễn qua số gia. y y i P J (2.2) Trong đó: ; y P
y: là số gia của lực tác dụng và của lƣợng dịch chuyển. Từ (2.1) ta rút ra: y P y J 1 (2.3) Đặt J 1
là độ mềm dẻo của phần máy hoặc hệ thống, và để tiện sử dụng ta dùng độ mềm dẻo để tính toán biến dạng thay cho dùng độ cứng vững.
Biến dạng tổng hợp của hệ thống công nghệ đƣợc tính thông qua:
d f g m ht y y y y y (2.4)
Cũng tƣơng tự, độ mềm dẻo của hệ thống:
d f g m ht (2.5)
Hoặc độ mềm dẻo đƣợc viết dƣới dạng khác:
d g f m ht J J J J J 1 1 1 1 1 (2.6)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
m
: độ mềm dẻo của máy;
f (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
: độ mềm dẻo của phôi gia công;
g
: độ mềm dẻo của đồ gá;
d
: độ mềm dẻo của dao cắt;
m J : độ cứng vững của máy; f J : độ cứng vững của phôi; g J : độ cứng vững của đồ gá; d J : độ cứng vững của dao cắt; ht J : độ cứng vững của hệ thống.
Biến dạng của hệ thống bằng tổng biến dạng của các khâu thành phần đo tại một điểm trên cùng một phƣơng.
Độ cứng vững của hầu hết các khâu trong hệ thống công nghệ phải xác định bằng thực nghiệm, chỉ có những phôi có hình dạng tƣơng đối đơn giản nhƣ: trục trơn, thanh, dầm,… và một số loại dao là có thể xác định bằng phƣơng pháp tĩnh. Sở dĩ nhƣ vậy vì bất kì độ cứng vững của bất kì một hệ thống nào cũng đều do hai thành phần quy định:
- Thành phần thứ nhất là khả năng chống lại biến dạng đàn hồi của hệ thống. Thành phần này có thể đƣợc tính toán khá chính xác nhờ các công thức về sức bền vật liệu hoặc về lý thuyết đàn hồi cho những chi tiết đơn giản. Nhƣng thƣờng hệ thống máy lại đƣợc nối ghép từ nhiều chi tiết nên nó trở nên phức tạp vậy mà việc tính toán cũng rất khó khăn.
- Thành phần thứ hai là khả năng chống lại biến dạng tiếp xúc giữa bề mặt nối ghép với nhau. Có thể định nghĩa độ cứng vững tiếp xúc là tỉ số giữa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
áp lực đơn vị q trên mặt tiếp xúc theo phƣơng pháp tuyến và chuyển vị y của nó y q (2.7) Trong đó:
: độ cứng vững của bề mặt tiếp xúc. (N/mm3 hoặc kG/mm3);
q: áp suất đơn vị (N/mm2 hoặc kG/mm2);
y: chuyển vị tƣơng đối giữa hai bề mặt (mm).
Biến dạng tiếp xúc có thể bao gồm các nguyên nhân: khi chƣa chịu tải giữa các bề mặt bị ngăn cách bởi đệm không khí hoặc dầu bôi trơn nhƣng khi chịu tải chúng bị đẩy ra khỏi vùng tiếp xúc. Điểm đầu các bề mặt chỉ tiếp xúc trên các điểm nhấp nhô, khi tăng tải trọng áp suất cục bộ quá lớn gây biến dạng dẻo làm san phẳng một phần chiều cao nhấp nhô. Các nhấp nhô giữa hai bề mặt có thể cài xen kẽ nhau. Nếu vật liệu một bên quá cứng một bên quá mềm thì đỉnh nhọn phần nhô ra của vật liệu cứng bị lún sâu vào vật liệu mềm. Tất cả các nguyên nhân trên đều dẫn đến khe hở tiếp xúc giữa hai bề mặt