Bài giảng Cơ khí đại cương - Chương IX: Nguyên lý cắt gọt kim loại - Vũ Đình Toại

n Chuyển động phụ Chuyển động chớnh Chuyển động chạy dao giường Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại 1.1. Chuyển động chớnh: là chuyển động cơ bản cú tốc độ lớn hơn tất cả cỏc chuyển động khỏc 1.2. Chuyển động chạy dao (chuyển động bước tiến): là chuyển động cơ bản cú tốc độ nhỏ hơn chuyển động chớnh 2. Cỏc thụng số cơ bản của chế độ cắt gọt: Những thụng số cơ bản của chế độ cắt gọt là: vận tốc cắt, lượng chạy dao (bước tiến), chiều sõu cắt, diện tớch lớp cắt (chiều rộng cắt và chiều dày cắt), thời gian để gia cụng một chi tiết và thời gian mỏy 2.1. Vận tốc cắt - v: là đoạn đường đi trong một đơn vị thời gian của một điểm trờn bề mặt gia cụng hoặc một điểm trờn lưỡi dụng cụ cắt 1000 πDn v Đối với mỏy cú phụi hoặc dụng cụ cắt quay trũn (vớ dụ: tiện) vận tốc cắt tớnh theo cụng thức: m/ph D: Đường kớnh của phụi (mm); n: Số vũng quay của phụi hoặc của dụng cụ cắt trong một phỳt Đối với mỏy cú dụng cụ cắt hoặc phụi chuyển động thẳng (vớ dụ: bào), vận tốc cắt tớnh theo cụng thức: t L v .1000 m/ph L: Chiều dài hành trỡnh (mm); t: Thời gian của một hành trỡnh (phỳt) Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại 2.2. Lợng chạy dao - S: Lợng chạy dao (bớc tiến) S khi tiện là khoảng di động của dụng cụ cắt theo chiều dọc khi phôi quay một vòng [mm/vòng] Lợng chạy dao khi phay là sự di chuyển của phôi (tính bằng mm) khi dao phay quay một vòng (So) hoặc khi dao phay quay một răng (Sz), hoặc là sự di chuyển của phôi (tính bằng mm) trong một phút (Sm) So = Sz . Z Sm = So . n = Sz . Z . n Z: số răng của dao phay n: số vòng quay của dao phay trong một phút Lợng chạy dao khi khoan là khoảng di động của mũi khoan dọc theo trục trong 1 vòng quay của mũi khoan 2.3. Chiều sâu cắt - t: là khoảng cách giữa mặt cần đợc gia công và mặt đã gia công sau một lần dụng cụ cắt chạy qua (lợt cắt) Khi tiện ngoài, chiều sâu cắt đo theo đờng vuông góc với trục phôi và tính theo công thức: mm dD t 2 D: đờng kính của mặt cần đợc gia công (mm) d: đờng kính của mặt đã gia công (mm) Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại Chiều sâu cắt khi phay đo trong mặt phẳng vuông góc với trục dao phay và bằng chiều dày của lớp kim loại bị hớt đi sau một lần chạy dao Chiều sâu cắt khi khoan bằng nửa đờng kính của mũi khoan: mm D t 2 D: đờng kính của mũi khoan [mm] 2.4. Diện tích lớp cắt - f: là tích số giữa bớc tiến S và chiều sâu cắt hoặc là tích số giữa chiều dày cắt a và chiều rộng cắt b f = s. t = a. b 2.5. Thời gian để gia công một chi tiết trên máy gồm thời gian máy, thời gian phụ, thời gian phục vụ và thời gian nghỉ ngơi Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại 2.5.1. Thời gian máy (còn gọi là thời gian chính) là thời gian trực tiếp dùng để cắt gọt kim loại Thời gian máy Tm dùng để tiện một chi tiết với nhiều lần chạy dao đợc tính theo công thức: nS iL Tm . . [phút] L: Chiều dài hành trình của dao theo hớng chạy dao (mm) i: số lần chạy dao (số lượt cắt) S: lợng chạy dao của dao (mm/vòng) n: số vòng quay của phôi trong một phút 2.5.2. Thời gian phụ TP là thời gian mà ngời thợ dùng để bảo đảm hoàn thành nhiệm vụ công nghệ cơ bản nh thời gian đặt, kẹp và tháo chi tiết, thời gian điều khiển các cơ cấu của máy, thời gian di chuyển dụng cụ và thời gian đo chi tiết 2.5.3. Thời gian phục vụ chỗ làm việc Tpv là thời gian để ngời thợ dùng để chuẩn bị chỗ làm việc (máy, dụng cụ, đồ gá) trong vòng một ca 2.5.4. Thời gian nghỉ ngơi Tn gồm thời gian hạn định bởi các điều kiện làm việc của máy và của sản xuất  Thời gian để gia công một chi tiết trên máy (mức thời gian cho một sản phẩm) đợc tính theo công thức: Tc = Tm + Tp + Tpv + Tn [phút ]  Năng suất trong một phút của máy có thể tính theo công thức: cT N 1 [cái/phút] Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại II. Hình dáng hình học và các thông số của dụng cụ cắt: 1. Cấu tạo của dụng cụ cắt: Dao tiện Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại II. Hình dáng hình học và các thông số của dụng cụ cắt: 1. Cấu tạo của dụng cụ cắt: Các hình dạng lỡi cắt bằng mảnh HK cứng Dao tiện Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại Mũi khoan Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại Phay nghịch Phay thuận Ta rô ren Dao phay Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại Phay định hình Dao phay mặt phẳng Dao chuốt Sơ đồ chuốt Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại Lỡi ca Dao phay bánh răng Dao tiện bằng mảnh HK cứng Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại 2. Các mặt trên phôi : Có ba loại bề mặt khi gia công chi tiết: - Bề mặt cần gia công là bề mặt cần hớt phoi - 1 - Bề mặt đã gia công là bề mặt có đợc sau khi hớt phoi - 3 - Bề mặt đang gia công là bề mặt do lỡi cắt chính tạo nên - 2 3. Các thông số hình học của đầu dao: - Mặt phẳng cắt gọt là mặt phẳng tiếp tuyến với bề mặt đang gia công và đi qua lỡi cắt chính. - Mặt phẳng cơ sở là mặt phẳng song song với hớng chạy chạy dao dọc và hớng chạy dao ngang Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại - Góc sau chính : là góc hợp thành bởi mặt phẳng cắt gọt và mặt sau chớnh. Góc sau chớnh cú tỏc dụng giảm ma sát giữa bề mặt đang gia công và mặt sau của dao. - Góc trớc chính :(gúc thoỏt phoi) là góc hợp thành bởi mặt trớc của dao và mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng cắt gọt và đi qua lỡi cắt chính. Góc trớc chính làm cho quá trình cắt đợc dễ dàng, phoi dễ thoỏt. - Góc sắc : là góc hợp bởi mặt trớc và mặt sau chính. Góc này có ảnh hởng đến độ sắc khi cắt và quan hệ với góc trớc , góc sau theo công thức sau: + + = 900 - Góc cắt : là góc hợp bởi mặt trớc và mặt phẳng cắt. Góc này xác định vị trí của điểm cắt và có quan hệ với góc theo conge thc sau: + = 900 hoặc = + - Góc nghiêng chính - là góc giữa hình chiếu của lỡi cắt chính lên mặt phẳng cơ sở và hớng chạy dao - Góc nghiêng phụ 1 - là góc giữa hình chiếu của lỡi cắt phụ lên mặt phẳng cơ sở cơ sở và hớng chạy dao - Góc đỉnh dao - là góc tạo bởi: hình chiếu của lỡi cắt chính và phụ lờn mặt phẳng cơ sở. Cùng với hai góc nghiêng và 1 , góc đỉnh có quan hệ sau: + + = 1800 - Góc nâng : ảnh hởng đến hướng cuộn phoi và thoát phoi Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại III. Các hiện tợng vật lý trong quá trình cắt gọt: Trong quá trình cắt gọt xảy ra nhiều hiện tợng vật lí và cơ học trong vùng cắt nh: quá trình hình thành phoi, lực cắt; sự tạo thành nhiệt cắt; sự mài mòn dao v.v 1. Quá trình tạo thành phoi: phoi dây phoi vụn phoi vụn tạo phoi 1- phôi 2- các phần tử của phoi 3- dao (dụng cụ) cắt Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại Các dạng phoi tuỳ thuộc VL đợc cắt: a- phoi xếp b- phoi bậc c- phoi dây xoắn d- phoi dây hình dải đ- phoi vụn Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại 2. Nhiệt khi cắt kim loại và ảnh hởng của nhiệt đến quá trình cắt:  Nhiệt sinh ra ở vùng cắt do biến dạng dẻo của kim loại vùng đó và một phần do ma sát giữa dao và phôi hoặc dao và phoi  Lợng nhiệt sinh ra phụ thuộc vào vật liệu phôi; dao cắt; chế độ cắt (v, t, s); các yếu tố hình học của dao Q = Qc + Qp + Qd + Qkk Qc - lợng nhiệt truyền vào chi tiết ( 4%) Qd - lợng nhiệt truyền vào dao ( 15 20%) Qp - lợng nhiệt truyền vào phoi ( 75 80%) Qkk - lợng nhiệt truyền vào không khí (khoảng 1%) Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại 3. Sự mài mòn của dụng cụ cắt: a- mài mòn mặt sau b- mài mòn mặt trớc c- mài mòn cả hai mặt Độ mài mòn dao theo thời gian Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại 4. Lực cắt: Trong quá trình cắt, dao cát chịu tác dụng của một số thành phần lực cắt nh lực ma sát giữa phôi và dao; lực sinh và do biến dạng dẻo, biến dạng đàn hồi, - Lực cắt chớnh PZ (cú tỏc dụng hớt phoi) PZ có xu hớng uốn cong thân dao hoặc làm gãy dao. Ngời ta dùng lực Pz để tính công suất động cơ chính của máy và kiểm nghiệm độ bền thân dao - Lực chạy dao PX - cú chiều ngược với chiều chạy dao Bề mặt đang gia công cản trở sự tiến dao, gây ra PX, tác dụng lên bàn xe dao. Giá trị của PX so với lực cắt chính PZ rất nhỏ - Lực hớng kính PY - là phản lực của phôi, ngợc chiều sâu cắt của dao và dọc theo thân dao PY gây mất ổn định, làm uốn cong phôi và tác dụng lên cơ cấu kẹp dao, bàn xe dao. Giá trị PY không lớn lắm, nhưng ảnh hưởng trực tiếp đến độ búng và độ chớnh xỏc gia cụng 222 XYZ PPPP Giá trị các lực thành phần thờng theo tỉ lệ sau: PZ : PY: PX = 1 : 0,4 : 0,25 P 1,11 PZ Tổng hợp lực P được tớnh: Tớnh gần đỳng P : Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại IV. Vật liệu chế tạo dụng cụ cắt kim loại: 1. Yêu cầu: - Độ cứng phần lỡi cắt phải cao hơn nhiều so với độ cứng vật liệu phôi - Chịu mài mòn cao để tăng tuổi bền dụng cụ cắt - Có độ bền nhiệt cao - Có độ bền bảo đảm và độ dẻo cần thiết để chống lại lực va đập, lực uốn, - Phải phục hồi đợc và công nghệ chế tạo tốt - Giá thành hạ 2. Các loại vật liệu đợc dùng để chế tạo dụng cụ cắt gồm: 2.1. Thép cacbon dụng cụ: - Thép này sau khi nhiệt luyện đạt độ cứng 60 63 HRC, dễ mài sắc và có độ bóng cao. - Thép cacbon dụng cụ có tính nhiệt luyện kém, chịu nhiệt độ thấp. Nóng đến 200 3000C thép mất độ cứng.  Ngày nay chỉ dùng thép này chế tạo dụng cụ cắt trong gia công nguội nh ca, dũa, đục,  Mác thép hay dùng là CD80, CD80A, CD100, 2.2. Thép hợp kim dụng cụ: - Đặc tính cơ học của loại này cũng tơng tự nh thép cacbon dụng cụ - Điểm nổi bất của loại này là tính nhiệt luyện tốt, chiều sâu nhiệt luyện cao hơn, chiều sâu nhiệt luyện lớn hơn, ít biến dạng hơn, chịu mài mòn,  Có thể dùng các mác 9XC, XB để chế tạo các dụng cụ cắt nh ta rô, bàn ren, ... Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại 2.3. Thép gió: - Làm dụng cụ cắt rất phổ biến. - Nú cú độ cứng khụng cao hơn hai loại trờn nhiều (62 65 HRC) nhưng độ chịu nhiệt cao hơn (đến 6500C). - Thộp giú dựng để chế tạo dao tiện, mũi khoan và lưỡi cắt của dao phay 2.4. Hợp kim cứng: 2.6. Kim cơng: 2.5. Gốm: