IV. KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ
1.6 Các sơ ựồ phay trên máy phay CNC
1.6.1 Phay contour
được thực hiện chủ yếu bằng dao phay ngón. Quỹ ựạo chuyển ựộng của dao gồm 3 phần: lại gần contour, gia công contour và rời xa contour.
Sự lại gần contour là quá trình di chuyển của dao tới bề mặt gia công kể cả ăn dao vào chi tiết. Phần ăn dao ựược thực hiện từ từ theo tiếp tuyến của biên dạng chi tiết ựể lực cắt không tăng ựột ngột. Tuy nhiên khi phay thô có thể thực hiện ăn dao vuông góc với biên dạng chi tiết.
Gia công contour là quá trình di chuyển của dao theo biên dạng chi tiết. Trong phần lượn theo contour hướng chuyển ựộng của dao có thể thay ựổi ựột ngột, do ựó gây ra sai số contour (do biến dạng ựàn hồi của dao trong quá trình cắt và sai số
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 16 ựộng lực học của cơ cấu chạy dao). để giảm sai số contour ta cần giảm lượng chạy dao, giảm lượng dư hoặc thay ựổi kắch thước dao.
Rời xa contour là quá trình di chuyển của dao từ bề mặt gia công ra khỏi vùng gia công. Sự rời xa contour cũng ựược thực hiện theo quĩ ựạo tương tự như sự lại gần contour.
1.6.2 Phay mặt phẳng
Phay mặt phẳng hở ựược thực hiện theo sơ ựồ chạy dao ziczắc (hình 1.9 a không ăn dọc theo contour, hình 1.9b ăn dao dọc theo contour ở bước cuối cùng, hình 1.9c ăn dao sơ bộ dọc theo contour), còn phay các mặt phẳng nửa hở ựược thực hiện theo sơ ựồ răng lược (hình 1.9 f,g,h). để phay các mặt phẳng kắn ựược giới hạn bằng ựường tròn người ta dùng sơ ựồ chạy dao theo ựường xoắn ốc (hình 1.9 d,e)
1.6.3 Phay thể tắch
Khi phay thể tắch quỹ ựạo dịch chuyển của dao phay diễn ra ựồng thời ắt nhất theo 3 trục. Thông thường ựể phay thể tắch người ta dùng dao phay với bán kắnh cầu.
Việc lập trình phay thể tắch rất phức tạp, do ựó ựể nâng cao năng suất và ựộ chắnh xác người ta lập trình với sự trợ giúp của máy tắnh. Tuy nhiên phương pháp phay thể tắch với quĩ ựạo dịch chuyển của dao theo 4 hoặc 5 tọa ựộ chỉ ựược dùng cho một số loại chi tiết hạn chế.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 17 Hình 1.9 Sơ ựồ các bước khi phay
1.7 Quá trình hình thành phoi 1.7.1. Khái niệm và phân loại phoi 1.7.1. Khái niệm và phân loại phoi
Khi dao dịch chuyển các phân tử kim loại lúc ựầu bị nén ựàn hồi (hình 1.10a),
sau ựó bị biến dạng dẻo, quá trình biến dạng dẻo tăng dần cho ựến khi bị lực liên kết bên trong của các phân tử chặn lại. Ở thời ựiểm này xảy ra sự xếp lớp của các phần tử phoi và sự trượt của chúng trên mặt phẳng BC (hình 1.10b). Hiện tượng tương tự cũng xảy ra ựối với các phần tử tiếp theo từ 1ọ5 (hình 1.10c).
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 18 .
Hình 1.10 Sơ ựồ quá trình hình thành phoi khi cắt vật liệu dẻo
Biến dạng dẻo xảy ra trong vùng ựược giới hạn bằng góc Ψ, góc này ựược gọi là góc tác ựộng. Góc β1 gọi là góc trượt, còn mặt phẳng BC gọi là mặt phẳng trượt. Quá trình hình thành phoi trên ựây xảy ra khi gia công các vật liệu dẻo với chiều sâu cắt lớn và góc cắt δnhỏ.
Hình 1.11 là các loại phoi ựược hình thành trong quá trình gia công các loại vật liệu khác nhau.
Phoi dây (hình 1.11a) ựược hình thành khi gia công vật liệu dẻo với chiều sâu cắt nhỏ, tốc ựộ cắt và góc trước γ lớn .
Phoi xếp lớp (hình 1.11b) ựược hình thành khi gia công các vật liệu dẻo với chiều sâu cắt lớn, tốc ựộ cắt và góc trước γ nhỏ .
Phoi vụn (hình 1.11c) ựược hình thành khi gia công các vật liệu dẻo với chiều sâu cắt lớn, tốc ựộ cắt và góc trước γ nhỏ .
Khi gia công các vật liệu giòn (gang) với chiều sâu cắt và góc trước γ lớn thì phoi vụn (hình 1.11d) có hình dạng không giống nhau ựược hình thành.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 19 Hình 1.11 Các loại phoi
1.7.2 Sự co rút phoi
Biến dạng dẻo khi cắt kim loại ựược thể hiện ở chỗ chiều dày phoi a1 lớn hơn chiều dày cắt a (hình 1.12). Nhưng trong trường hợp này có sự thay ựổi về hình dáng, còn thể tắch vẫn ựược giữ nguyên, cho nên chiều dài phoi L sẽ ngắn hơn quãng ựường mà dao ựi qua L0 (chiều dài cắt). Hiện tượng phoi bị ngắn lại theo chiều dài và lớn lên theo bề dày ựược gọi là sự co rút phoi K:
1 1 0 > = = a a L L K
Hệ số co rút phoi là chỉ tiêu gián tiếp ựánh giá cường ựộ biến dạng dẻo khi cắt kim loại
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 20 Hình 1.13 Sơ ựồ xác ựịnh hệ số co rút phoi
Khi xét một phần tử phoi (hình 1.13), hệ số co rút phoi sẽ bằng:
Trong thực tế, K = 1,5ọ 4.
Sử dụng dung dịch trơn nguội cho phép giảm sự co rút của phoi.
1.8. Lực cắt gọt
1.8.1. Cơ sở lý thuyết của lực cắt
Trong quá trình cắt, dụng cụ cắt chịu tác dụng của các lực. Các lực này tác dụng lên phôi và lưỡi cắt. Hình 1.14a là sơ ựồ lực tác ựộng lên phôi khi cắt tự do.
Hình 1.14. Sơ ựồ tác dụng của lực khi cắt tự do
Mặt trước của dao chịu tác dụng của lực R0, lực R0 là tổng hợp lực pháp tuyến N và lực ma sát của phoi lên mặt trước F0, có nghĩa là:R0 = N + F0. Mặt sau của
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 21 dao (gần lưỡi cắt) chịu tác dụng của lực pháp tuyến NỖ và lực ma sát lên mặt sau của dao F0Ỗ. Tổng của hai lực NỖ và F0Ỗ là R1. Vì góc sau α nhỏ và có ựộ mòn ở mặt sau của dao, cho nên ta có thể tắnh lực như trên hình 1.14b, có nghĩa là phương của lực F0Ỗ ngược với phương tốc ựộ cắt V. để thực hiện ựược quá trình cắt hoặc ựể giữ trạng thái cân bằng của dao thì từ ngoài phải có một lực tác dụng lên dao
R = R0 + R1 (hình 1.14c).
Phân tắch lực R tác dụng lên dao ra hai thành phần:
- Thành phần lực Pz theo phương chuyển ựộng chắnh hoặc theo phương dịch chuyển của dao và ta gọi Pz là lực tiếp tuyến.
- Thành phần lực Py theo phương trùng với ựường tâm dao và ta gọi Py là lực hướng kắnh. Khi chiếu các lực lên phương của trục y và trục z ta ựược:
PZ = N.cosγ + F0sinγ + F0Ỗ Py = -N.sinγ + F0cosγ+ NỖ
Lực pháp tuyến N có thể xác ựịnh theo công thức gần ựúng sau ựây:
N = σ0tSKm
Trong ựó:
σ0: giới hạn chảy của vật liệu gia công khi bị nén (kG/mm2); t: chiều sâu cắt (mm);
S: lượng chạy dao (mm/vòng); K: hệ số co rút phoi;
m: số mũ của K (phụ thuộc vào vật liệu gia công).
Ngoài hai thành phần lực Pz và Py còn có thêm thành phần lực Px (lực tác dụng theo phương trục chi tiết).
Tương quan của các thành phần lực này trong ựiều kiện gia công bình thường có thể ựược tắnh như sau :
Px = (0,2ọ0,3)Pz Py = (0,3ọ0,4)Pz
1.8.2. Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội ựến lực cắt
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 22 xuống 30%, thậm chắ xuống 45% khi cắt ren bằng tarô .
Khi sử dụng dung dịch trơn nguội thì lực cắt phải càng giảm rõ rệt nếu vật liệu gia công càng có ựộ dẻo cao. điều này ựược giải thắch như sau: trong trường hợp này lực ma sát giữa dao và phoi tăng, do ựó hiệu quả của việc sử dụng dung dịch trơn nguội càng phải cao .
Tuy nhiên, một số nhà nghiên cứu lại khuyên không nên sử dụng dung dịch trơn nguội khi gia công với tốc ựộ cắt lớn. Vắ dụ khi gia công thép với tốc ựộ cắt cao và dùng dung dịch trơn nguội emunxi, lực cắt Pz lớn hơn chút ắt so với trường hợp gia công không có dung dịch trơn nguội .
Mặc dù có lời khuyên trên, nhưng trong thực tế sử dụng dung dịch trơn nguội trong mọi trường hợp (kể cả gia công tốc ựộ cao) vẫn có ưu ựiểm vì khi có dung dịch trơn nguội, dụng cụ cắt làm việc êm hơn, tuổi bền dụng cụ cao hơn, ngoài ra ựộ chắnh xác và ựộ nhám bề mặt cũng ựược cải thiện ựáng kể .
1.9. Hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt 1.9.1 Nhiệt cắt 1.9.1 Nhiệt cắt
Hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt ựóng vai trò rất quan trọng, bởi vì nó ảnh hưởng ựến quá trình tạo phoi, lẹo dao, co rút phoi, lực cắt và cấu trúc lớp bề mặt. Ngoài ra, nhiệt cắt còn ảnh hưởng rất lớn ựến cường ựộ mòn và tuổi bền dao.
Sự tỏa nhiệt khi cắt là do một công A (kGm) sinh ra trong quá trình hớt phoi. Công A ựược xác ựịnh theo công thức:
A = A1 + A2 + A3 (1) Trong ựó:
A1: công sinh ra biến dạng ựàn hồi và biến dạng dẻo; A2: công sinh ra ựể thắng lực ma sát ở mặt trước của dao; A3: công sinh ra ựể thắng lực ma sát ở mặt sau của dao. Mặt khác, công A ựược tắnh theo công thức:
A = Pz.L Trong ựó:
Pz: lực cắt tác dụng theo phương tốc ựộ cắt (kG);
L: quãng ựường mà dụng cụ ựi qua hay chiều dài cắt (m).
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 23 A2 =35%, A3 = 10%. Nếu lấy quãng ựường mà dụng cụ ựi qua trong một phút, ta có công thức trong một phút:
A = Pz.V = Ps.Vs + F.VF + F1.VF1 Ở ựây:
V: tốc ựộ cắt (m/phút);
Ps: lực trong mặt phẳng trượt hay lực trượt (kG); Vs: tốc ựộ trượt (m/phút);
F: lực ma sát ở mặt trước của dao (kG); F1: lực ma sát ở mặt sau của dao (kG);
K V
VF =
K: hệ số co rút phoi;
VF1: tốc ựộ chuyển ựộng của bề mặt gia công tương ựối so với mặt trước của dao (m/phút), VF1 = V.
Thực tế cho thấy, phần lớn công cắt gọt A (hơn 99,5%) sinh ra nhiệt cắt. Vì vậy, lượng nhiệt tỏa ra trong quá trình cắt là :
427 . 427 V P A Q= = Z
Nhiệt cắt Q ựược tắnh bằng kcal/phút.
Nhiệt trong quá trình cắt lan tỏa từ ựiểm có nhiệt ựộ cao nhất ựến ựiểm có nhiệt ựộ thấp nhất. Nhiệt trong quá trình cắt chủ yếu tập trung ở phoi và một phần ở dụng cụ. Nhiệt do ma sát ở mặt trước và mặt sau sẽ tập trung ở mặt trước III và mặt sau IV, ở phoi II và chi tiết gia công I (hình 1.15). Có một phần nhỏ nhiệt tỏa ra vào môi trường xung quanh.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 24 Hình 1.15. Sơ ựồ hình thành và lan toả nhiệt
Khi biết lượng nhiệt sinh ra trong quá trình cắt lan tỏa giữa phoi, chi tiết gia công và dụng cụ, có thể viết phương trình nhiệt như sau:
Q = Q1 + Q2 + Q3 = Qp + Qd + Qc + Qm Trong ựó:
Q1, Q2, Q3: là nhiệt ứng với các công ở công thức 1;
Qp, Qd, Qc, Qm: là nhiệt ở phoi, ở dụng cụ, ở chi tiết và ở môi trường xung quanh.
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy khi gia công với tốc ựộ cắt không lớn (30 ọ 40 m/phút) tỉ lệ nhiệt như sau: Qp≈ 60ọ 70%; Qd≈ 3%; Qc≈ 30ọ 40%; Qm≈ 1ọ
2%. Khi tốc ựộ cắt tăng, tỉ lệ nhiệt vào phoi tăng. Vắ dụ, khi tốc ựộ cắt V = 400ọ
500 m/phút, nhiệt vào phoi Qp≈ 97ọ 98%; Qd≈ 1%. Thực nghiệm cũng ựã khẳng ựịnh rằng tắnh dẫn nhiệt của chi tiết gia công càng nhỏ thì nhiệt tỏa vào dụng cụ càng lớn
Khi cắt với tốc ựộ V = 10 m/phút, nhiệt ựộ lớn nhất trên mặt trước của dao khoảng 540oC, còn trên khoảng cách 0,2 mm của mặt trước nhiệt ựộ khoảng 450oC. Khi tốc ựộ cắt là V = 200 m/phút nhiệt ựộ ở các nơi tương ứng là 12650C và 4000C. Khi gia công vật liệu có tắnh dẫn nhiệt thấp, vắ dụ hợp kim Titan BT2 thì nhiệt ựộ vào dao lớn hơn khi gia công các vật liệu thông thường khác.
Khi nói về nhiệt ựộ cắt, cần nhớ rằng nó có giá trị không như nhau ở các ựiểm khác nhau của vùng cắt. Ở các ựiểm khác nhau của bề mặt dụng cụ và phoi có nhiệt ựộ khác nhau. Ngoài ra, tại mỗi ựiểm nhiệt ựộ có thể thay ựổi theo thời gian. Nhiệt ựộ cao nhất tồn tại ở tâm áp lực của phoi xuống dao và ở lưỡi cắt chắnh.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 25
1.9.2 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội ựến nhiệt cắt
Dung dịch trơn nguội xâm nhập vào vùng cắt có tác dụng làm mát và tải nhiệt ra khỏi vùng cắt, do ựó làm nhiệt ựộ vùng cắt giảm xuống .
1.10. Lượng mòn dao 1.10.1. Sự mài mòn dao 1.10.1. Sự mài mòn dao
Trong quá trình phay, phoi ựược hình thành và trượt lên mặt trước và mặt sau của dao phay khi chuyển ựộng luôn luôn tiếp xúc với chi tiết gia công gây nên hiện tượng mòn dụng cụ cắt. Mòn dụng cụ cắt là một quá trình phức tạp, xảy ra theo các hiện tượng lý hoá ở các bề mặt tiếp xúc phoi và chi tiết với dụng cụ cắt gia công. Khi bị mài mòn, dạng và thông số hình học phần cắt dụng cụ thay ựổi, gây nên các hiện tượng vật lý trong quá trình cắt ( lực cắt, nhiệt cắt,Ầ) và ảnh hưởng xấu ựến chất lượng bề mặt chi tiết gia công.
Do áp lực, nhiệt ựộ và tốc ựộ cắt, các bề mặt tiếp xúc của dao trong quá trình sử dụng bị mài mòn. Tất cả các loại dụng cụ ựều bị mài mòn: theo mặt sau (dạng mài mòn thứ nhất) hoặc theo mặt sau và mặt trước (dạng mòn thứ hai). Cả hai loại mòn này ựều tồn tại khi gia công với mọi chế ựộ cắt ựược dùng trong sản xuất.
Khi mòn theo dạng thứ nhất (hình 1.16a) ở mặt sau của dao tạo thành tiết diện mòn có bề rộng là δ. Dọc theo lưỡi cắt chắnh bề rộng của tiết diện mòn nhìn chung rất nhỏ.
Về nguyên tắc, bề rộng lớn nhất của tiết diện mòn tồn tại ở mặt sau của dao hoặc ở chỗ chuyển tiếp giữa lưỡi cắt chắnh và lưỡi cắt phụ (hình 1.17a). Trong một số trường hợp ở ựiểm của lưỡi cắt chắnh tương ứng với bề mặt gia công tồn tại mòn cục bộ có hình dạng như cái lưỡi (hình 1.17b).
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 26 Hình 1.17 Mòn của dụng cụ cắt dọc theo lưỡi cắt
Khi mòn theo dạng thứ hai thì ngoài mặt sau bị mòn, mặt trước cũng bị mòn
(hình 1.16.b). Mòn mặt trước có hình dạng ựặc thù riêng. Dưới tác dụng của phoi ở mặt trước của dao tồn tại một vết lõm có bề rộng l và chiều sâu δ1(hình 1.16b).
Cạnh ngoài của vết lõm nằm gần song song với lưỡi cắt chắnh, còn chiều dài b của vết lõm bằng chiều dài làm việc của lưỡi cắt chắnh. Tùy thuộc vào tốc ựộ cắt và khoảng cách giữa cạnh ngoài vết lõm và lưỡi cắt chắnh có thể thay ựổi. Khi gia công thép với tốc ựộ cắt thấp và trung bình bằng dao thép gió, lưỡi cắt chắnh và cạnh ngoài của vết lõm tồn tại khoảng cách f (gọi là ựoạn nối ngang), ựoạn f này giảm dần theo chiều tăng của diện tắch vết lõm. điều này có liên quan ựến lẹo dao, lẹo dao giữ cho mặt trước không bị phoi cọ sát nhiều. Khi gia công thép với tốc ựộ cắt lớn bằng dao hợp kim cứng không tồn tại lẹo dao cho nên cạnh ngoài của vết lõm