IV. KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ
1.9.Hiện tượng nhiệt trong quá trình 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. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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 trùng với mặt sau của dao, do ựó mặt trước của dao chỉ tồn tại vết lõm (hình 1.16c).
Dạng mòn của dụng cụ cắt phụ thuộc vào vật liệu gia công, chiều dày cắt a và tốc ựộ cắt v. Khi gia công các vật liệu dẻo (thép) mòn dao xảy ra theo dạng thứ nhất và dạng thứ hai. Khi gia công các vật liệu giòn (gang) mòn dao xảy ra theo dạng thứ nhất nhiều hơn dạng thứ hai .
Chiều dày lớp cắt và tốc ựộ cắt có ảnh hưởng như nhau ựến dạng mòn của dụng cụ. Khi cắt với chiều dày cắt nhỏ (< 0,1 mm) và tốc ựộ cắt thấp, dao mòn theo mặt sau (dạng mòn thứ nhất). Khi tăng chiều dày cắt và tốc ựộ cắt ngoài mặt sau ra, mặt trước của dao cũng bị mòn (dạng mòn thứ hai). Hơn nữa, chiều dày cắt a và tốc ựộ cắt v càng tăng thì mặt trước càng mòn nhanh hơn mặt sau .
Góc trước γ và dung dịch trơn nguội có ảnh hưởng không ựáng kể ựến dạng mòn của dao .
1.10.2. Bản chất vật lý của sự mài mòn dao
Mặc dù mài mòn của dụng cụ cắt là chỉ tiêu quan trọng của khả năng làm việc của dụng cụ, nhưng bản chất vật lý của mài mòn vẫn chưa ựược nghiên cứu sâu do tắnh phức tạp của quá trình tiếp xúc xảy ra ở mặt trước và mặt sau của dao. Có nhiều
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 27 giả thuyết giải thắch bản chất vật lý của sự mài mòn dụng cụ.
Hình 1.18.Mô hình mòn dụng cụ cắt Các hiện tượng mòn xuất hiện ở dụng cụ cắt như hình 1.18
Vùng a: Mòn do khuếch tán. Vùng b: Mòn do cào xước.
Vùng c: Mòn do kim loại bị ôxi hoá ở t ≥ 8000C.
Vùng d: Mòn do dắnh bám dẫn tới hiện tượng tróc lớp bề mặt Dưới ựây ta phân tắch từng trường hợp cụ thể:
- Mòn hạt mài: khi có ma sát của phôi với mặt sau và ma sát của phoi với mặt trước của dao, các hạt tinh thể cứng của vật liệu gia công làm xước vật liệu dao và dần dần phá hủy mặt dao. Cường ựộ mòn hạt mài tăng khi hàm lượng silic (Si ≤ 3.5%) trong gang (vật liệu gia công) vượt quá giới hạn. Lẹo dao có thể làm xước bề mặt dụng cụ nhanh hơn cả vật liệu gia công bởi ựộ cứng của lẹo dao cao hơn nhiều so với ựộ cứng của vật liệu gia công. Mòn hạt mài của dụng cụ bằng thép dụng cụ và thép gió nhanh hơn so với dụng cụ bằng hợp kim cứng, bởi vì dao hợp kim cứng có ựộ cứng rất cao.
- Mòn tiếp xúc: bề mặt của phoi và mặt trước của dao không phải là các bề mặt có ựộ nhẵn bóng tuyệt ựối, vì vậy chúng chỉ tiếp xúc với nhau theo các ựỉnh nhấp nhô. điều này gây ra áp lực lớn phá vỡ các màng bị oxi hóa, do ựó xảy ra hiện tượng hàn nguội giữa vật liệu phoi và bề mặt dụng cụ ở các ựiểm tiếp xúc thực tế.
Sự hàn nguội này xảy ra với xác suất lớn hơn khi nhiệt ựộ cắt cao. Khi phoi dịch chuyển theo bề mặt dao, tại các chỗ tiếp xúc xuất hiện ứng suất cắt và kết quả các hạt kim loại ở mặt trước của dao bị bóc tách, có nghĩa là bị mài mòn.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 28 - Mòn khuyếch tán: nhiệt ựộ và biến dạng dẻo ở bề mặt tiếp xúc gây ra quá trình khuyếch tán ở vật liệu dao và vật liệu gia công. Trong trường hợp này khuyếch tán không xảy ra ựối với các phân tử của liên kết hóa học, mà khuyếch tán chỉ xảy ra ựối với các phân tử riêng biệt của liên kết này. Vắ dụ, các phân tử Cácbon, Vônfram, Titan, Côban có trong thành phần của hợp kim cứng dụng cụ.
Hình 1.19 Mài mòn do khuếch tán
Hình 1.20 Mài mòn do chảy dẻo
Theo quy luật phát triển của lớp khuyếch tán thì tốc ựộ khuyếch tán tăng nhanh ở giai ựoạn ựầu của quá trình khuyếch tán. Trong quá trình cắt thời gian tiếp xúc của phoi và dao xảy ra rất nhanh (% hoặc phần nghìn giây), vì vậy những phần khác nhau của vật liệu gia công liên tục tiếp xúc với bề mặt dụng cụ, làm cho quá trình khuyếch tán ở giai ựoạn ựầu tăng mạnh, gây ảnh hưởng lớn ựến cường ựộ mòn của dụng cụ.
- Mòn oxy hóa: giả thuyết về mòn oxy hóa ựược ựưa ra trên cơ sở ăn mòn của các hợp kim cứng khi chúng bị nung nóng trong môi trường Oxy và sự không thay ựổi tắnh chất của lớp bề mặt hợp kim cứng khi chúng bị nung nóng trong các loại khắ như Acgôn, Nitơ và Gheli. Theo giả thuyết này, khi nhiệt ựộ cắt từ (700 ọ 800)0C Oxy của không khắ tham gia vào phản ứng hóa học với pha của Côban trong hợp kim cứng và Cácbắt Vônfram, Cácbắt Titan. Do hợp kim cứng có ựộ xốp lớn cho (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 29 nên quá trình oxy hóa không chỉ xảy ra trên các lớp bề mặt tiếp xúc của dụng cụ mà còn ở các hạt vật liệu (hợp kim cứng) nằm sâu dưới lớp bề mặt. Sản phẩm oxy hóa của Côban là các ôxắt Co3O4, CoO và cácbắt WO3, TiO2. độ cứng của các sản phẩm oxy hóa thấp hơn ựộ cứng của hợp kim cứng khoảng (40 ọ 60) lần. điều này tạo ựiều kiện thuận lợi cho lực ma sát ở mặt trước và mặt sau của dao san phẳng các hạt cácbắt và mài mòn các bề mặt này. Khi lượng Côban trong hợp kim cứng tăng thì tốc ựộ oxy hóa tăng, do ựó bề mặt dụng cụ bị mài mòn tăng. Khi cắt trong môi trường khắ Acgôn, Gheli và Nitơ có thể giảm ựược cường ựộ mòn của dụng cụ.
1.10.3 Quy luật mòn của dụng cụ cắt
Hình 1.21 Quan hệ giữa ựộ mòn và thời gian làm việc của dao
Hình 1.21 là quan hệ phụ thuộc giữa ựộ mòn δ của dụng cụ cắt và thời gian làm việc của nó τ (gọi là ựường cong mòn).
đường cong mòn có thể chia làm ba phần:
- Phần 1: Mòn ban ựầu với khoảng thời gian không lớn. Trong giai ựoạn này,
mòn xảy ra với cường ựộ rất lớn do sự mài mòn các ựỉnh nhấp nhô trên bề mặt dụng cụ.
- Phần 2: Mòn bình thường. Giai ựoạn này bắt ựầu từ thời ựiểm khi mà chiều cao nhấp nhô có giá trị rất nhỏ. Ở giai ựoạn này, ựộ mòn gần như tăng tỉ lệ tuyến tắnh với thời gian làm việc của dụng cụ. đây là giai ựoạn có thời gian làm việc lớn nhất của dụng cụ.
- Phần 3: mòn kịch liệt. Ở giai ựoạn này dao có thể bị xước lưỡi cắt hoặc bị
gãy ựầu dao. Mòn ở giai ựoạn này không cho phép dao tiếp tục làm việc, có nghĩa là cần phải mài lại dao hoặc thay dao mới.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 30
1.11. Dung dịch bôi trơn làm nguội khi phay
Dung dịch trơn nguội có tác dụng :
- Dung dịch có khả năng xâm nhập tốt nhất vào vùng cắt, ựặc biệt xâm nhập vào các vết nứt tế vi, khi ựó nó ựóng vai trò như cái chêm làm giảm lực liên kết giữa các nguyên tử, khiến lớp kim loại dễ bị biến dạng dẻo và quá trình cắt dễ dàng hơn. - Khả năng làm lạnh của dung dịch càng lớn khi nhiệt hóa hơi, ựộ dẫn nhiệt và nhiệt dung của nó càng lớn, nhờ ựó tuổi bền của dao tăng lên và biến dạng do nhiệt của dao giảm ựi.
- Khi gia công vật liệu dẻo, dung dịch trơn nguội giúp phá hủy mạng tinh thể ở lớp cứng nguội.
- Chất bôi trơn làm nguội luôn phải có xu hướng làm giảm lực cắt, giảm hệ số ma sát, giảm biến dạng phoi. Kết quả thể hiện ở việc kéo dài tuổi thọ dụng cụ cắt, giảm nhiệt tại vùng cắt, giảm ựộ mấp mô bề mặt.
Dung dịch trơn nguội có thể pha chế theo nhiều công thức khác nhau ựể thắch hợp với từng ựiều kiện gia công khác nhau. Các dung dịch dùng trong cắt gọt thường dùng có thể chia làm hai nhóm chắnh: dung dịch chủ yếu làm nguội và dung dịch chủ yếu bôi trơn. Khi gia công thô, dao bị nóng nhiều và không ựòi hỏi ựộ nhẵn cao, ta chỉ cần dùng dung dịch thuộc nhóm thứ nhất. Thành phần chủ yếu là keo của xà phòng và axit hữu cơ trong dầu mỏ pha với nước và pha cồn 900 ựể lâu hỏng. Khi gia công tinh ựòi hỏi ựộ nhẵn bề mặt cao nên dùng dung dịch thuộc nhóm thứ hai. Thành phần cơ bản là dầu mỏ, dầu thực vật, dầu ựộng vật, nước và xút có pha thêm cồn 900.
Trong gia công cắt gọt có các dạng bôi trơn làm nguội sau ựây :