Giáo trình Công nghệ kim loại - Phần II: Gia công cắt gọt (Dùng cho sinh viên ngành Cơ khí)

Lưu hành nội bộ Mục lục Chương 1. Những khái niệm cơ bản 1.1. Khái niệm gia công kim loại bằng cắt gọt 1.1.1. Định nghĩa gia công kim loại bằng cắt gọt 13 1.1.2.Vai trò, vị trí phương pháp gia công cắt gọt 13 1.1.3. Công cụ dùng trong gia công cắt gọt 13 1.2. Các bề mặt trên vật đang gia công 14 1.2.1. Mặt đã gia công 14 1.2.2. Mặt chưa gia công 14 1.2.3. Mặt đang gia công 14 1.3. Các chuyển động cần thiết trong quá trình cắt 1.3.1. Nguyên lý tạo hình cho bề mặt gia công 14 1.3.2. Chuyển động tạo hình khi cắt 15 1.3.3. Các chuyển động phụ 16 1.4. Dụng cụ cắt kim loại 1.4.1. Phân loại dụng cụ cắt theo phương pháp cắt 17 1.4.2. Kết cấu dao tiện ngoài đầu thẳng 17 1.4.3. Vật liệu làm dao 19 1.5. Thông số hình học phần cắt của dao (góc độ dao) 1.5.1. Các mặt toạ độ 23 1.5.2. Góc độ của dao ở trạng thái tĩnh 24 1.5.3. Góc độ của dao trong quá trình cắt (trạng thái động) 30 1.6. Các yếu tố chế độ cắt khi tiện 33 1.6.1. Chiều sâu cắt - t 33 1.6.2. Lượng chạy dao 34 1.6.3. Tốc độ cắt - V 35 1.6.4. Thời gian máy - To 35 1.7. Thông số hình học mặt cắt ngang lớp cắt 36 1.7.1. Chiều rộng lớp kim loại bị cắt (gọi tắt là chiều rộng cắt) b 36 1.7.2. Chiều dày lớp kim loại bị cắt (gọi tắt là chiều dày cắt) a 36 1.7.3. Diện tích lớp kim loại bị cắt (gọi tắt là diện tích lớp cắt) 37 1.8. Khái niệm chung về máy cắt kim loại 1.8.1. Khái niệm về máy cắt kim loại 38 1.8.2. Phân loại và ký hiệu 38 1.8.3. Ký hiệu máy cắt kim loại 40 1.8.4. Khái niệm về động học máy cắt kim loại 41 Chương 2. Các hiện tượng vật lý khi cắt 2.1. Quá trình biến dạng khi cắt gọt kim loại 46 2.2. Quá trình hình thành phoi vàcác dạng phoi 2.2.1. Quá trình hình thành phoi 47 2.2.2. Các dạng phoi 49 2.3. Lẹo dao trong quá trình cắt kim loại 2.3.1. Hiện tượng 50 2.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến lẹo dao 52 2.4. Hiện tượng cứng nguội 54 2.5. Hiện tượng co rút phoi 2.5.1. Hiện tượng: 56 2.5.2. Các yếu tố ảnh hưởng 57 2.6. ứng suất dư 60 2.7. Nhiệt sinh ra khi cắt kim loại Quá trình sinh nhiệt khi cắt 61 2.7.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt cắt 62 2.8. Rung động khi cắt 2. 8.1. Các dạng rung động 64 2.8.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến rung động 65 2.9. Độ mòn của dụng cụ cắt 2.9.1. Cơ chế mài mòn 67 2.9.2. Các nguyên nhân mài mòn dao 68 2.9.3. Các dạng mòn dao 69 2.9.4. Tuổi bền của dao - T 70 2.10. Làm nguội và bôi trơn khi cắt 2.10.1. Công dụng của bôi trơn - làm nguội khi cắt 71 2.10.2. Yêu cầu chất bôi trơn - làm nguội 72 2.10.3. Các chất trơn - nguội dùng khi cắt 73 2.10.4. Các phương pháp đưa chất trơn - nguội vào vùng cắt 74 Chương 3. Gia công trên máy tiện 3.1. Đặc điểm, công dụng, khả năng 75 3.1.1. Đặc điểm 3.1.2. Công dụng 75 3.1.3. Khả năng công nghệ 76 3.2. Các loại dao tiện 76 3.2.1. Theo phương pháp công nghệ 76 3.2.2. Theo tính chất gia công 77 3.2.3. Theo hình dáng đầu dao 78 3.2.4. Theo hướng chạy dao 78 3.2.5. Theo vật liệu phần cắt của dao 78 3.3. Các loại đồ gá vạn năng kèm theo máy tiện 78 3.3.1. Các loại mâm cặp 78 3.3.2. Các loại mũi tâm 80 3.3.3. Tốc kẹp 81 3.3.4. Giá đỡ 82 3.4. Lực cắt khi tiện 83 3.4.1. Các thành phần lực tác dụng lên dao 83 3.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới lực cắt 86 3.4.3. Công thức tổng quát tính các thành phần lực cắt 91 3.5. Tốc độ cắt khi tiện 92 3.5.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ cắt 92 3.5.2. Công thức tổng quát tính tốc độ cắt 97 3.6. Xác định các thông số cắt hợp lý 3.6.1. Thông số cắt hợp lý và cơ sở ban đầu để xác định 98 3.6.2. Trình tự xác định thông số cắt 99 3.7. Máy tiện 3.7.1. Các loại máy tiện và công dụng 111 3.7.2. Máy tiên ren vít vạn năng 1K62 115 3.8. Điều chỉnh máy tiện ren vít vạn năng để tiện ren và tiện côn 3.8.1. Khái niệm 120 3.8.2. Điều chỉnh máy tiện ren vít vạn năng để tiện côn 120 3.8.3. Điều chỉnh máy tiện ren vít vạn năng để tiện ren 120 Chương 4. Gia công trên nhóm máy Bào-Xọc-Chuốt 4.1. Gia công trên máy Bào, máy Xọc 131 4.1.1. Công dụng, khả năng, đặc điểm 4.1.2. Kết cấu dao bào, dao xọc 132 4.1.3. Các yếu tố chế độ cắt 133 4.1.4. Lực cắt và công suất cắt 136 4.1.5. Máy bào, máy xọc 137 4.2. Gia công trên máy chuốt 142 4.2.1. Công dụng, khả năng, đặc điểm 142 4.2.2. Dao chuốt 143 4.2.3. Các yếu tố chế độ cắt 146 4.2.4. Lực cắt và công suất 147 4.2.5. Máy chuốt 150 Chương 5. Gia công trên máy khoan - Máy doa 5.1 Công dụng, khả năng 5.1.1 Công dụng 152 5.1.2. Khả năng 152 5.2. Dụng cụ cắt trên máy khoan, máy doa 5.2.1. Mũi khoan 153 5.2.2. Mũi khoét 158 5.2.3. Mũi doa 160 5.3. Đặc điểm của quá trình cắt khi khoan 163 5.4. Các yếu tố cắt khi khoan- khoét -doa 5.4.1. Các yếu tố chế độ cắt 164 5.4.2. Thông số tiết diện ngang lớp cắt 165 5.5. Lực cắt 5.5.1. Lực cắt khi khoan 166 5.5.2 Lực cắt khi khoét và doa 168 5.5.3. Công suất cắt 165 5.6. Tốc độ cắt 5.6.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến mòn dao và tuổi bền 169 5.6.2. Công thức tổng quát xác định tốc độ cắt 174 5.7. Xác định các yếu tố chế độ cắt hợp lý 5.7.1. Chọn dụng cụ cắt 174 5.7.2. Chọn chiều sâu cắt 174 5.7.3. Xác định lượng chạy dao 175 5.7.4. Tính tốc độ cắt và số vòng quay 178 5.7.5. Kiểm nghiệm kết quả tính toán theo máy 178 5.7.6. Tính thời gian máy 178 5.8. Máy khoan, máy doa 179 5.8.1. Các loại máy khoan và công dụng 179 5.8.2. Máy khoan đứng 2H135A 184 Chương 6. Gia công trên máy phay 6.1. Công dụng, khả năng, đặc điểm khi phay 6.1.1. Công dụng máy phay 191 6.1.2. Khả năng công nghệ của máy phay 191 6.1.3. Đặc điểm khi phay 191 6.2. Dao phay 6.2.1. Các loại dao phay 193 6.2.2. Kết cấu và thông số hình học của dao phay 195 6.3. Các yếu tố cắt khi phay 6.3.1. Các yếu tố chế độ cắt 198 6.3.2. Các yếu tố lớp cắt 200 6.4. Lực cắt khi phay 6.4.1. Các thành phần lực tác dụng lên dao khi phay 205 6.4.2. Tính lực cắt khi phay 207 6.5. Tốc độ cắt khi phay 6.5.1. Mài mòn và tuổi bền của dao 209 6.5.2. Tốc độ cắt khi phay 210 6.5.2. Tốc độ cắt khi phay 212 6.6. Chọn yếu tố cắt hợp lý khi phay 214 6.7. Máy phay 6.7.1. các loại máy phay và công dụng 214 6.7.2. Máy phay ngang vạn năng 6M82. 221 6.8. Một số đồ gá vạn năng trang bị kèm theo máy phay 6.8.1. Trục gá dao 224 6.8.2. Bàn tròn quay (mâm chia) 225 6.8.3. Đầu phân độ vạn năng có đĩa chia độ 226 Chương 7. Gia công trên máy mài 7.1. Công dụng, khả năng, đặc điểm của mài 236 7.1.2. Khả năng của mài 236 7.1.3. Đặc điểm của mài 236 7.2. Dụng cụ mài 237 7.2.1. Các yếu tố kết cấu của dụng cụ mài 237 7.2.3. Ký hiệu dụng cụ mài 242 7.2.4. Lắp đá mài và sửa đá mài 243 7.3. Các phương pháp mài 7.3.1. Mài tròn ngoài 244 7.3.2. Sơ đồ mài côn 246 7.3.3. Mài tròn trong 246 7.3.4. Mài phẳng 247 7.3.5. Mài không tâm 249 7.4. Lực cắt và công suất khi mài 250 7.5. Các yếu tố chế độ cắt khi mài 251 7.5.1. Chiều sâu cắt t 251 7.5.2. Lượng chạy dao 252 7.5.3. Tốc độ cắt V 254 7.5.4. Thời gian máy T0 254 7.6. Một số phương pháp gia công tinh khác dùng hạt mài 7.6.1. Mài khôn 255 7.6.2. Mài nghiền 258 7.6.3. Mài siêu tinh 260 7.6.4. Đánh bóng 262 7.6.5. Gia công tinh bằng dòng chất lỏng mang hạt mài 264 7.7. Máy mài 7.7.1. Các loại máy mài và công dụng 265 7.7.2. Sơ đồ động máy mài tròn ngoài kiểu 3150 270 Chương VIII. Gia công bánh răng 7.1. Đặc điểm quá trình gia công bánh răng 8 .1.1. Các phương pháp tạo prôfin răng 273 8.1.2. Đặc điểm cần chú ý khi gia công bánh răng 274 8.2. Cắt răng bằng dao phay mô đun 8.2.1. Nguyên lý gia công 275 8.2.2. Dao phay mô đun 275 8.2.3. Ưu, nhược điểm của phương pháp 278 8.3. Cắt răng bằng dao phay lăn răng 8.3.1. Nguyên lý cắt răng bằng dao phay lăn răng 279 8.3.2. Dao phay lăn răng 280 8.3.3. Các yếu tố cắt khi phay lăn răng 281 8.3.4. Khả năng ứng dụng của phương pháp 282 8.4. Cắt răng bằng dao xọc răng 8.4.1. Nguyên lý cắt bánh răng bằng dao xọc răng 283 8.4.2. Dao xọc răng 284 8.4.3. Các yếu tố cắt khi xọc răng 285 8.4.4. Khả năng ứng dụng của phương pháp 286 8.5. Ưu, nhược điểm của phương pháp gia công bao hình 286 8.6. Các phương pháp gia công tinh bánh răng 8.6.1. Nghiền răng 287 8.6.2. Mài răng 288 8.6.3. Cà răng 290 8.6.4. Lăn răng 291 8.6.5. Khôn răng 292 8.7. Máy chuyên môn ho ádùng để gia công bánh ră ng 8.7.1. Máy phay lăn răng 293 8.7.2. Máy xọc răng 299 Chương 9. Máy công cụ điều khiển theo chương trình số CNC 304 9.1. Hệ thống điều khiển theo chương trình số 304 9.1.1. Nguyên tắc cấu trúc 304 9.1.2. Các dạng điều khiển 306 9.1.3. Vật mang tia và cốt mã hoá 309 9.1.4. Đặc trưng cơ bản của kỹ thuật điều khiển số 311 9.2. Máy công cụ điều khiển theo chương trình số (NC-M) 315 9.2.1. Chức năng của NC-M 315 9.2.2. Cấu trúc tổng thể của NC-M 321 9.2.3. Đường hướng của NC-M 321 9.2.4. Các xích động học của NC-M 325 9.2.5. Hệ thống điều khiển theo chương trình số 328 Lời nói đầu Giáo trình công nghệ kim loại - Phần gia công kim loại bằng cắt gọt được biên soạn theo chương trình môn học “Công nghệ kim loại” dùng cho học viên gốc ngành cơ khí học tại Học viện Kỹ thuật Quân sự. Sách này cũng có thể làm tài liệu tham khảo cho cán bộ giảng dạy cũng như sinh viên đại học và cao đẳng ngành cơ khí trong và ngoài Quân đội. So với giáo trình cùng tên được biên soạn trước đây, lần biên soạn này chúng tôi mạnh dạn đưa vào một số nội dung mới (Chương IX “Máy công cụ điều khiển theo chương trình số - CNC”), đồng thời thay đổi về phương pháp trình bày một số vấn đề cho phù hợp với sự phát triển của khoa học và công nghệ cũng như yêu cầu chuẩn hóa trình độ theo tinh thần cải cách giáo dục của Bộ giáo dục và đào tạo nhằm nâng cao tính cơ bản, tính hệ thống và tính thực tiễn của môn học. Giáo trình này gồm hai phần chính: Phần I trình bày những khái niệm cơ bản về quá trình cắt và các hiện tượng vật lý khi cắt. Phần II trình bày các phương pháp gia công. Tham gia biên sọan giáo trình này có các đồng chí: GVC-TS Lại Anh Tuấn viết chương Chương IX. GVC-ThS Nguyễn Văn Hoài viết các Chương IV, V. GVC- KS Lưu Văn Bồng, KS Dương Quốc Dũng viết các Chương I, II, III, VI. GVC-ThS Vũ Hữu Nam Chủ biên và viết các Chương VII, VIII. Hiệu đính: GVC- KS Lưu Văn Bồng. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn PGS -TSKH Phan Bá, TS Nguyễn Đức Phương, các đồng nghiệp trong bộ môn Chế tạo máy - Học viện Kỹ thuật Quân sự đã có nhiều đóng góp quý báu trong quá trình biên soạn và chuẩn bị xuất bản tài liệu này. Chúng tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp của bạn đọc và các bạn đồng nghiệp để trong lần tái bản sau giáo trình được hoàn chỉnh hơn. Mọi ý kiến xin gửi về địa chỉ “Bộ môn Chế tạo máy - Học viện Kỹ thuật Quân sự”. Các tác giả Chương 1 Những khái niệm cơ bản 1.1. Khái niệm gia công kim loại bằng cắt gọt 1.1.1. Định nghĩa gia công kim loại bằng cắt gọt Gia công kim loại bằng cắt gọt là phương pháp tạo hình cho chi tiết gia công bằng cách cắt bỏ một lớp kim loại dư trên bề mặt vật gia công (phôi) để thu được một chi tiết có kích thước, hình dáng chất lượng bề mặt và các yêu cầu vật lý khác trên bề mặt chi tiết phù hợp với bản vẽ thiết kế. Lớp kim loại bị cắt bỏ gọi là phoi. Gia công kim loại bằng cắt gọt còn được gọi là phương pháp gia công có phoi (dưới đây gọi tắt là: gia công cắt gọt GCCG). 1.1.2.Vai trò, vị trí phương pháp gia công cắt gọt GCCG là phương pháp không thể thiếu trong ngành chế tạo cơ khí nhằm nâng cao độ chính xác kích thước, hình dáng, chất lượng bề mặt các chi tiết máy, đặc biệt các chi tiết có yêu cầu độ chính xác lắp ghép cao. GCCG là phương pháp gia công tiếp theo sau các phương pháp gia công tạo phôi. Chọn phương pháp gia công đúng, hợp lý không những nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết gia công mà còn góp phần nâng cao năng suất lao động và hiệu quả kinh tế chế tạo các chi tiết máy nói riêng và sản phẩm nói chung. Hiểu biết một cách thấu đáo kiến thức về GCCG và các phương pháp cắt là một yêu cầu không thể thiếu đối với các kỹ sư cơ khí đảm nhiệm công việc công nghệ hay công việc thiết kế. Không thể có một thiết kế tốt khi không hiểu biết về công nghệ. 1.1.3. Công cụ dùng trong gia công cắt gọt a.Máy cắt kim loại: là thiết bị dùng để tạo ra các chuyển động tạo hình và động lực cần thiết cho quá trình cắt gọt. b. Dụng cụ cắt (dao cắt) kim loại: là công cụ trực tiếp cắt lớp kim loại còn dư trên bề mặt vật đang gia công trong quá trình cắt. c. Đồ gá: là một loại trang bị công nghệ góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả kinh tế quá trình GCCG. d. Dụng cụ đo kiểm: là một loại trang bị công nghệ dùng để đo lường và kiểm tra các yêu cầu kỹ thuật cho trên bản vẽ thiết kế của vật gia công. 1.2. Các bề mặt trên vật đang gia công Trên vật đang gia công người ta phân biệt ba mặt (hình 1-1): 1.2.1. Mặt đã gia công Mặt đã gia công là bề mặt của chi tiết được tạo thành sau khi dao đã cắt đi một lớp kim loại (mặt 1). 1.2.2. Mặt chưa gia công Mặt chưa gia công là bề mặt của vật gia công (phôi), từ đó một lớp kim loại dư sẽ được cắt thành phoi (mặt 2) 1.2.3. Mặt đang gia công Mặt đang gia công là bề mặt của vật đang gia công nối giữa bề mặt đã gia công và bề mặt chưa gia công. Trong quá trình gia công mặt đang gia công luôn luôn tiếp xúc với lưỡi cắt chính của dao (mặt 3). Hình 1-1. Các mặt trên vật đang gia công 1.3. Các chuyển động cần thiết trong quá trình cắt 1.3.1. Nguyên lý tạo hình cho bề mặt gia công Nếu cho một đường sinh chuyển động theo một đường dẫn hướng sẽ tạo nên một bề mặt. Hình dáng của đường sinh và đường dẫn hướng khác nhau sẽ tạo hình dạng bề mặt khác nhau. Hình 1-2a, đường sinh 1 là đường thẳng và đường dẫn hướng 2 cũng là đường thẳng thì bề mặt được tạo là mặt phẳng. Nếu đường sinh là đường tròn còn đường dẫn hướng là đường thẳng, bề mặt được tạo là mặt trụ (hình 1-2b). Hình 1-2. Đường sinh và đường dẫn hướng Bề mặt chi tiết được tạo nên trong quá trình cắt gọt dựa vào nguyên lý trên. Đường sinh và đường dẫn hướng là những đường không có thực trên máy, chúng được tạo nên do các chuyển động tương đối giữa dao và phôi trong quá trình cắt. Bề mặt chi tiết được tạo nên do cắt gọt không phẳng như lý thuyết mà có những nhấp nhô tế vi. 1.3.2. Chuyển động tạo hình khi cắt Chuyển động của các cơ cấu công tác mang dao và phôi của máy để tạo nên đường sinh và đường dẫn hướng cho bề mặt gia công trong quá trình cắt được gọi là chuyển động tạo hình. Các thành phần của chuyển động tạo hình: a. Chuyển động chính: là chuyển động tạo tốc độ cắt lớn nhất cần thiết để tách phoi ra khỏi phôi, được ký hiệu bằng chữ V hoặc chữ n. Chuyển động chính có thể là chuyển động quay tròn của phôi (như tiện- hình 1-3a) hoặc của dụng cụ (như khoan - hình 1-3b, mài- hình 1-3c); cũng có thể là chuyển động thẳng đi - về hoặc liên tục do dao thực hiện (như bào ngang - hình 1-3c; xọc; chuốt) hoặc do phôi thực hiện (bào giường) b. Chuyển động chạy dao: là chuyển động đưa lưỡi cắt từ vị trí này đến vị trí khác để tiếp tục tách phoi ra khỏi phôi trên toàn bộ bề mặt cần gia công, được ký hiệu bằng chữ S. Chuyển động chạy dao có thể thẳng liên tục do dao thực hiện (như tiện hình 1-3a, khoan hình 1-3b) hoặc do chi tiết thực hiện (phay). Chuyển động chạy dao có thể không liên tục, được thực hiện sau một hành trình đi - về của chuyển động chính (như bào - hình 1-3c; xọc). Hầu hết các phương pháp gia công đều có một chuyển động chạy dao (tiện, phay...) hoặc hai chuyển động chạy dao trở lên (như mài) riêng phương pháp chuốt không có chuyển động chạy dao. Hình 1-3. Chuyển động tạo hình khi cắt 1.3.3. Các chuyển động phụ Chuyển động phụ là những chuyển động của các cơ cấu công tác của máy không trực tiếp tham gia vào quá trình tách phoi khỏi phôi song không thể không có khi gia công. Các chuyển động phụ bao gồm: a. Chuyển động phân độ: là chuyển động để chia bề mặt phôi thành những phần theo một quy luật đã định. Chuyển động phân độ được thực hiện sau một lần chuyển động chạy dao (phân độ để gia công bánh răng theo nguyên lý chép hình trên máy phay vạn năng) b. Một số chuyển động phụ khác * Chuyển động đưa dao vào vị trí gia công. * Chuyển động đưa nhanh dao về vị trí ban đầu. * Chuyển động điều chỉnh vị trí ban đầu của dao và phôi. 1.4. Dụng cụ cắt kim loại 1.4.1. Phân loại dụng cụ cắt theo phương pháp cắt Tuỳ theo mục đích sử dụng, có thể phân loại dụng cụ cắt kim loại (DCC) theo phương pháp cắt, theo tính chất gia công, theo hình dáng dụng cụ. Theo phương pháp cắt, DCC được phân thành: - Dao tiện: là dụng cụ dùng để thực hiện các công việc tiện trên máy cắt kim loại - Mũi khoan, mũi khoét, mũi doa: là dụng cụ để thực hiện các công việc khoan, khoét, doa trên máy cắt kim loại. - Dao phay: là dụng cụ dùng để thực hiện các công việc phay trên máy cắt kim loại - Dao bào, dao xọc: là dụng cụ dùng để thực hiện các công việc bào, xọc trên máy bào, máy xọc. - Dao chuốt: là dụng cụ dùng để thực hiện các công việc chuốt trên máy chuốt. - Dao cắt răng: là dụng cụ dùng để gia công răng các loại bánh răng. - Dao cắt ren: là dụng cụ dùng để gia công các loại ren trên máy cắt kim loại hoặc thủ công (không cần máy cắt kim loại). - Dụng cụ mài: là dụng cụ dùng để thực hiện các công việc mài hoặc cắt. 1.4.2. Kết cấu dao tiện ngoài đầu thẳng Các yếu tố kết cấu của dao tiện ngoài đầu thẳng được thể hiện trên hình 1-4. Hình 1-4. Kết cấu dao tiện ngoài đầu thẳng Về kết cấu, dao tiện nói chung và dao tiện ngoài đầu thẳng nói riêng gồm hai phần: a. Đầu dao (phần cắt): Đầu dao là phần trên đó có các lưỡi cắt trực tiếp cắt kim loại trong quá trình gia công. Đầu dao dó các mặt sau đây tạo nên: * Mặt trước: Mặt của đầu dao theo đó phoi thoát ra trong quá trình cắt (còn gọi là mặt thoát) Tuỳ theo vật liệu làm phần cắt của dao, vật liệu gia công, điều kiện cắt, chế độ cắt mà mặt trước của dao tiện có thể có dạng: phẳng không có cạnh vát (hình 1-5a), phẳng có cạnh vát (hình1-5b), cong không có cạnh vát (hình 1-5c), mặt trước cong có cạnh vát âm (hình1-5g). Chiều rộng cạnh vát f phụ thuộc lượng chạy dao được chọn trong khoảng (0,21)mm. Lượng chạy dao càng lớn thì f lấy càng lớn. Hình 1-5. Các dạng mặt trước của dao tiện * Mặt sau chính: Mặt của đầu dao đối diện với bề mặt đang gia công của chi tiết (còn gọi là mặt sát). *Mặt sau phụ: Mặt của đầu dao đối diện với bề mặt đã gia công của chi tiết. Có thể có một, hai hay nhiều mặt sau phụ. Giao tuyến của các mặt tạo thành các lưỡi cắt của dao. * Lưỡi cắt chính: Giao tuyến giữa mặt trước và mặt sau chính, giữ nhiệm vụ cắt chủ yếu trong quá trình gia công. Tuỳ thuộc hình dạng mặt trước và mặt sau chính mà lưỡi cắt chính có thể thẳng hoặc cong. * Lưỡi cắt phụ: Giao tuyến giữa mặt trước và mặt sau phụ. Trong quá trình cắt, một phần lưỡi lưỡi cắt phụ tham gia cắt. Lưỡi cắt phụ có thể thẳng hoặc cong phụ thuộc vào dạng mặt trước và mặt sau phụ. Tuỳ theo số lượng mặt sau phụ, mà dao cắt có thể có một, hai hoặc nhiều lưỡi cắt phụ. * Mũi dao: Phần nối tiếp giữa lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ. Mũi dao có thể nhọn (r = 0) hoặc có bán kính cong r (r = 0,1 2)mm. b. Thân dao: thân dao dùng để đỡ đầu dao và gá kẹp dao lên máy. Mặt cắt ngang của thân dao có thể tròn, vuông hoặc chữ nhật. Kích thước mặt cắt ngang thân dao được tiêu chuẩn hoá. 1.4.3. Vật liệu làm dao Để tiết kiệm các loại thép tốt, đắt tiền nhằm giảm giá thành của dụng cụ, người ta làm phần cắt của dụng cụ bằng các loại vật liệu có tính cắt tốt, còn thân dao làm bằng thép kết cấu thông dụng. a. Vật liệu làm phần cắt của dao: Trong quá trình cắt, ngoài điều kiện áp lực và nhiệt độ cao, dụng cụ cắt còn chịu rung động, mài mòn... khiến cho tính cắt của vật liệu làm phần cắt của dao chóng bị giảm thấp. Do đó, muốn giữ được tính cắt trong một khoảng thời gian dài, vật liệu làm phần cắt của dao cần phải bảo đảm những yêu cầu cơ bản sau đây. * Độ cứng cao: Muốn cắt được kim loại, vật liệu làm phần cắt phải có độ cứng cao hơn độ cứng của vật liệu gia công. Yêu cầu độ cứng của vật liệu làm dao phụ thuộc vào độ cứng của vật liệu gia công. Thông thường độ cứng của vật liệu gia công nằm trong khoảng 200  240HB, do đó độ cứng của dao trung bình phải nằm trong khoảng (60  65)HRC. * Tính chịu nóng cao: Tính chịu nóng của vật liệu phần cắt của dụng cụ cắt là khả năng giữ được độ cứng cao và các tính cắt khác ở nhiệt độ cao (không bị chuyển biến về tổ chức kim loại) trong một thời gian dài. Dụng cụ cắt khi làm việc thường chịu nhiệt độ rất cao (ở vùng cắt có khi nhiệt độ cao hơn 10000C), do đó tính chịu nóng là một trong những tính năng rất quan trọng của vật liệu làm phần cắt của dao. * Tính chịu mài mòn tốt. Phần cắt của dụng cụ bị mài mòn là một trong những dạng hỏng chủ yếu của dụng cụ cắt. Một trong những nguyên nhân chủ yếu làm cho phần cắt của dao chóng bị mài mòn là hiện tượng dính giữa vật liệu gia công và vật liệu làm dao. Tính dính được đặc trưng bằng nhiệt độ chảy dính giữa hai loại vật liệu khi tiếp xúc nhau. Loại vật liệu làm phần cắt của dao tốt là loại vật liệu có nhiệt độ chảy dính cao. Người ta cũng thấy rằng khi độ cứng của vật liệu càng cao thì khả năng chống mài mòn của vật liệu càng tốt, nghĩa là tính mài mòn của vật liệu tỷ lệ thuận với độ cứng. * Độ bền cơ học cao. Trong khi cắt dụng cụ thường chịu những lực và xung lực rất lớn. Kinh nghiệm cho thấy một số lớn dụng cụ cắt bị gãy, vỡ phần cắt ngay trong quá trình cắt, do đó vật liệu làm phần cắt của dao nào có độ bền cơ học càng cao thì tính năng sử dụng của nó càng tốt. * Tính công nghệ cao: tính công nghệ của vật liệu làm phần cắt của dao được thể hiện ở các mặt: tính tôi được, độ thấm tôi, mức thoát các bon khi nhiệt luyện, độ dẻo ở trạng thái nguội và nóng, tính dễ gia công bằng cắt. Có một số loại vật liệu tuy có tính cắt tốt nhưng không được sử dụng làm phần cắt của dụng cụ cắt một phần vì tính công nghệ của chúng không cao. Ngoài những yêu cầu chủ yếu nói trên, vật liệu làm phần cắt của dao còn cần phải có những tính năng quan trọng khác như độ dẫn nhiệt cao, sức chống va chạm cao và giá thành phải thấp. Để làm phần cắt của dụng cụ, người ta thường dùng các nhóm vật liệu sau: thép các bon dụng cụ, thép hợp kim dụng cụ, hợp kim cứng, vật liệu gốm...(Các nhãn hiệu vật liệu dùng dưới đây theo tiêu chuẩn của Liên Xô cũ.) * Thép các bon dụng cụ: Để bảo đảm độ cứng và tính chịu mòn cao có thể dùng thép các bon dụng cụ có hàm lượng các bon trong thép không thấp hơn 0,7%. Một số nhãn hiệu hay được dùng: Y7  Y13 và các loại thép tốt: Y7A  Y13A (có hàm lượng phốt pho <0,03% và lưu huỳnh <0,025%). Thép các bon dụng cụ có các đặc tính sau: - Độ cứng sau khi tôi và ram đạt (60  62)HRC. Sau khi ủ có độ cứng khoảng (170  220)HB nên dễ gia công bằng áp lực và cắt gọt. - Độ bền nhiệt thấp. Khi nhiệt độ ở vùng cắt khoảng (200  250)0C độ cứng giảm nhanh, nên chỉ dùng cắt ở tốc độ thấp (V = 4  5) m/ph. - Độ thấm tôi thấp nên thường phải tôi trong nước làm cho dụng cụ sau khi tôi dễ bị nứt, vỡ ... vì vậy không được dùng làm những dụng cụ có kích thước lớn. Với những đặc tính trên, thép các bon dụng cụ thường chỉ dùng để chế tạo các dụng cụ nguội như đục, dũa...; các dụng cụ rèn và các loại khuôn. Thép hợp kim dụng cụ: là loại thép có hàm lượng các bon cao và hàm lượng một số nguyên tố hợp kim vào khoảng (0,5  3)%. Các nguyên tố hợp kim có tác dụng tăng độ thấm tôi hoặc cải thiện tính dễ tôi cứng của thép, làm tăng khả năng chịu nóng của thép. Các nhãn hiệu của thép hay được dùng để làm phần cắt của dụng cụ: 9XC, XB5, XB, 13X... Thép hợp kim dụng cụ có độ cứng (62  68) HRC và độ bền nhiệt khoảng (300  350)0C. Người ta thường dùng 9XC để chế tạo tarô, bàn ren, mũi khoan, mũi khoét, dao phay; thép XB dùng để chế tạo những dụng cụ có độ chính xác cao và hình dáng phức tạp như mũi doa, ta rô, dao chuốt, dụng cụ làm ren, dụng cụ đo...; còn thép có nhãn hiệu XB5 dùng làm dụng cụ gia công các vật liệu rất cứng hoặc các dụng cụ có lưỡi cắt sắc trong thời gian dài. Thép gió: là loại thép các bon dụng cụ nhưng có hàm lượng crôm (Cr), vonfram (W), vanadi (V) cao. Thép gió là loại vật liệu làm dao có tính cắt tốt và được sử dụng rộng rãi nhất. Thép gió có thể cắt với tốc độ cao gấp (2  4) lần, có tuổi bền bằng (8 15) lần so với các loại thép các bon dụng cụ khác và thép hợp kim dụng cụ. Thép gió có độ cứng sau nhiệt luyện HRC = (62  65) và độ bền nhiệt t = (600  650)0C. Thép gió của Liên Xô cũ và của Công hoà Liên bang Nga ngày nay có kí hiệu bằng chữ “P” và sau đó là chữ số chỉ số phần trăm trung bình của von phờ ram. Có thể tạm chia thép gió thành hai nhóm: Nhóm có độ bền nhiệt trung bình (hay nhóm có năng suất trung bình) gồm các thép có nhãn hiệu P18, P12 và P9; nhóm có độ bền nhiệt cao (hay nhóm có năng suất cao) bao gồm các thép có nhãn hiệu: P95; P144; P182; P9K5; P9K10; P10K55; P18K52 (Trong các nhãn hiệu trên chữ - kí hiệu vanađi; chữ K- kí hiệu cô ban, còn các chữ số đứng sát sau các chữ cái chỉ số phần trăm trung bình của các nguyên tố đó). Thép gió dùng để chế tạo nhiều loại dụng cụ cắt khác nhau như các loại dao phay, các loại mũi khoan, mũi khoét, mũi doa, dao chuốt, các loại dụng cụ gia công ren, gia công răng và dao tiện. Hợp kim cứng. Khác với các loại thép dụng cụ, hợp kim cứng (HKC) được chế tạo bằng phương pháp luyện kim bột. Các các bít vonfram (WC), các bít titan (TiC) và các bít tantan (TaC) ở dạng hạt mịn được trộn với chất dính kết cô ban theo tỉ lệ thích hợp trong 24 giờ. Sau đó đem ép theo hình dạng cần thiết ở áp lực (100  140)MN/mm2 và thiêu kết ở nhiệt độ (1400  1500)0C. Các các bít quyết định tính chịu nhiệt của HKC; hàm lượng chất dính kết càng tăng thì độ bền, tính dẻo của HKC càng tăng nhưng tính chịu nóng lại giảm. Có thể phân các nhãn hiệu HKC thành 3 nhóm: - Nhóm một các bít. Tổ chức của nó gồm các bít vonfram (WC) và chất dính kết cô ban (Co), ký hiệu là (BK). Nhóm BK gồm các nhãn hiệu: BK2, BK4, BK6, BK8, BK10, BK15, BK25. Chữ số đứng sau chữ K chỉ tỉ lệ phần trăm cô ban, còn lại là lượng WC. Phần cắt của dao làm bằng HKC nhóm BK dùng để gia công các loại vật liệu dòn (gang, đồng thau) và vật liệu phi kim loại. - Nhóm hai các bít. Tổ chức của nó gồm WC +TiC + Co, ký hiệu là “TK”. Nhóm TK có các nhãn hiệu sau: T30K4, T15K6, T14K8, T60K6, T5K10. Chữ số đứng sau chữ T chỉ tỉ lệ phần trăm của TiC, còn chữ số đứng sau chữ K chỉ tỉ lệ phần trăm của cô ban, còn lại là lượng WC. Phần cắt của dao làm bằng HKC nhóm TK dùng để gia công các vật liệu dẻo, vật liệu có độ bền và độ cứng cao, vật liệu chịu nóng và dùng để gia công tinh. - Nhóm ba các-bít. Tổ chức của nó gồm WC + TiC + TaC + Co, ký hiệu là “TTK”. Nhóm TTK có các nhãn hiệu sau: TT7K12, TT7K15. Chữ số đứng sau hai chữ TT chỉ tỉ lệ phần trăm của TiC + TaC, sau chữ K chỉ tỉ lệ phần trăm của Co, còn lại là lượng WC. Phần cắt của dao làm bằng HKC nhóm TTK dùng để gia công các loại vật liệu cứng và có độ bền cao. HKC có độ cứng HRC = (71 75), độ bền nhiệt khoảng (9001000)0C nên phần cắt các loại dụng cụ cắt chế tạo từ các loại vật liệu này có thể cắt với tốc độ cao. Vật liệu gốm. Nhờ có tính cắt tốt, độ bền nhiệt cao (12000C), độ cứng cao HRC =(75  80), nên loại vật liệu này ngày càng được chú ý nhiều trong ngành chế tạo dụng cụ cắt. Song vì giới hạn bền uốn thấp và độ dẫn nhiệt kém nên vật liệu gốm mới chỉ sử dụng có kết quả để gia công bán tinh và tinh kim loại khi quá trình cắt không có va đập và rung động. Các loại vật liệu tổng hợp. Các loại vật liệu tổng hợp bao gồm kim cương nhân tạo, Nitrit Bo lập phương (elbo). Kim cương có độ cứng tế vi cao hơn HKC khoảng (5  6) lần, tính dẫn nhiệt cao hơn (1,5  2,5) lần nhưng còn nhược điểm là giòn, độ chịu nhiệt không cao (800 1000)oC và giá thành chế tạo còn cao nên chỉ dùng để mài sắc và mài bóng dụng cụ cắt. Dao tiện kim cương chủ yếu được dùng để gia công HKC, kim loại màu, cũng như vật liệu phi kim loại ở tốc độ cắt cao. Ngoài những ưu điểm như kim cương, elbo còn có độ bền nhiệt cao t=(20000C) nên nó rất có triển vọng trong ngành chế tạo dụng cụ. Hiện nay elbo được sử dụng rộng rãi để làm đá mài. b. Vật liệu làm thân dao: vật liệu làm thân dao phải có độ bền uốn và độ dẫn nhiệt tốt, giá thành không cao. Thường người ta dùng các loại vật liệu có nhãn hiệu sau để làm vật liệu thân dao: C40, C45, C40X hoặc Y7  Y9. c. Phương pháp gắn vật liệu phần cắt lên thân dao: * Hàn dính (Hình 1-6a) * Kẹp bằng cơ khí (Hình 1-6b) Hình 1-6. Phương pháp gắn vật liệu phần cắt lên thân dao 1.5. Thông số hình học phần cắt của dao (góc độ dao) 1.5.1. Các mặt toạ độ Để xác định các góc độ phần cắt của dao, người ta quy ước các mặt toạ độ (hình 1-7) sau: mặt phẳng cắt, mặt phẳng đáy, mặt cắt chính (tiết diện chính) và mặt cắt phụ (tiết diện phụ). Hình 1-7. Các mặt phẳng toạ độ a. Mặt phẳng cắt Mặt cắt tại một điểm của lưỡi cắt chính là mặt phẳng tạo thành bởi đường tiếp tuyến với lưỡi cắt chính tại điểm ta xét và véc tơ tốc độ cắt tại điểm đó. Tốc độ cắt ở đây được hiểu là tốc độ dịch chuyển tương đối giữa lưỡi cắt và bề mặt được gia công tức là tốc độ tổng hợp của tốc độ của chuyển động chính và tốc độ của chuyển động chạy dao. b. Mặt phẳng đáy (gọi tắt là mặt đáy) Mặt phẳng đáy tại một điểm của lưỡi cắt chính là mặt phẳng chứa đường tiếp tuyến với lưới cắt chính tại điểm đang xét và vuông góc với véc tơ tốc độ cắt tại điểm đó. Trong trường hợp mũi dao gá ngang tâm chi tiết gia công và bỏ qua chuyể...ộng trong xích cắt ren phải đảm bảo sao cho khi trục chính mang chi tiét gia công quay được một vòng thì bàn dao phải tịnh tiến được một lượng đúng bằng bước xoắn KC.PC của ren. Bởi vậy, xích cắt ren phải có khâu đầu là trục chính mang chi tiết gia công và khâu cuối là vít me chạy dao dọc 3. Chuyển động quay từ trục chính truyền qua chạc bánh răng thay thế, qua hộp chạy dao có tỷ số truyền điều chỉnh iS tới vít me dọc 3 có đai ốc lắp cố định trên bàn dao dọc làm cho bàn dao tịnh tiến dọc theo dẫn hướng dọc trên thân máy. Phương trình xích động tổng quát của xích cắt ren được viết dưới dạng sau: 1 vg. i cđ . i tt .i s . kv. Pv = kc . Pc [mm/vg] Trong công thức trên kV, PV và kC , Pc là số đầu mối và bước ren của vít me chạy dao dọc và của ren cần cắt trên chi tiết gia công. Khi cắt ren một đầu mối thì bước ren cần cắt đúng bằng bước xoắn của ren. b. Khái niệm về sơ đồ động Biểu thị qui ước các khâu truyền dẫn theo thứ tự nhất định của xích động học được trải phẳng và tổ hợp tất cả các xích đó lại thành một sơ đồ thống nhất gọi là sơ đồ động của máy. Sơ đồ động dùng để nghiên cứu động học của máy, dùng để điều chỉnh máy đạt tốc độ cần thiết, dùng trong sửa chữa máy khi cần thiết. Trên sơ đồ động sử dụng các ký hiệu các cặp truyền như đã qui định trong môn học “Chi tiết máy”. Cần ghi nhớ: các trục trên sơ đồ động được ký hiệu bằng các chữ số La mã theo thứ tự của xích truyền, các bánh đai được ký hiệu bằng các con số tự nhiên hoặc trị số thực của đường kính các bánh đai, các bánh răng được ký hiệu bằng các số tự nhiên hoặc số lượng răng trên từng bánh răng, chạc bánh răng thay thế trong xích tốc độ đựơcc ký hiệu là A, B , C, D còn trong xích chạy dao chúng được ký hiệu là a, b, c, d có họăc không có chỉ số kèm theo. c. Phương trình xích động Phương trình xích động là phương trình biểu thị sự tương quan chuyển động giữa khâu đầu và khâu cuối của xích truyền động. Khi cả khâu đầu và khâu cuối của xích truyền động đều có chuyển động quay tròn thì tương quan chuyển động của xích là : n[vòng ] của khâu đầu  n[vòng ] của khâu cuối. Phương trình xích động tổng quát của xích có dạng: nđ. i = nc [vòng/ phút]  i = nc/ nđ; i = icđ.iđc iđc= i/ icđ. Trong công thức trên: nđ và nc- số vòng quay của khâu đầu và khâu cuối, vòng/phút i- tỷ số truyền chung của toàn xích icđ- tích các tỷ số truyền của các cặp truyền cố định trong xích iđc- tỷ số truyền của khâu điều chỉnh dùng để thay đổi tốc độ của khâu cuối. Từ phương trình xích động tổng quát trên có thể rút ra công thức tính toán tỷ số truyền điều chỉnh để điều chỉnh tốc độ quay cần thiết của cơ cấu công tác (khâu cuối ) như sau: dcd c dc ni ni .  (1.21) Tương quan chuyển động của xích có chuyển động của khâu cuối là chuyển động thẳng là: Khi khâu đầu quay được n vòng vòng thì khâu cuối tịnh tiến được một lượng S (mm ). Tuỳ theo đơn vị thời gian tính ta có thể có các tương quan sau: n [ vg/ph] của khâu đầu  S [mm/ ph ] của khâu cuối. 1 [vg/ ph] của khâu đầu  S V [ mm/ vg] của khâu cuối. Phương trình xích động biểu thị sự tương quan chuyển động trên có thể đượcthể hiện như sau: n [vg/ ph] .i . H = S [ mm /ph] 1 vòng .i . H = S [ mm / vòng] Trong công thức: H là bước của cơ cấu đẩy (cơ cấu biến chuyển động quay tròn của trục đầu ra thành chuyển động thẳng). Nếu cơ cấu đẩy là cặp vít - đai ốc thì H = K. Pv [ mm]; nếu cơ cấu đẩy là cặp bánh răng - thanh răng thì H= . m . Z [mm]. Vậy phương trình xích động có thể viết đầy đủ hơn như sau: S ph = n .i cđ . iđc . K v .Pv [ mm/ph] . S ph = n . icđ .i đc .  . m . Z [mm / ph] . S 0 = 1 vòng . icđ .i đc . K v . Pv [ mm / vòng ] . S 0 = 1 vòng . icđ .i đc .  . m . Z [ mm / vòng] . Phương trình điều chỉnh có dạng : Hi S i ii cd V cd dc .  (1.22) Chương 2 Các hiện tượng vật lý khi cắt Cắt gọt kim loại là một quá trình phức tạp có nhiều hiện tượng vật lý kèm theo như biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, toả nhiệt... Tìm hiểu bản chất vật lý của quá trình cắt có một ý nghĩa thực tế rất lớn vì qua đó góp phần điều khiển quá trình cắt để đạt được năng suất cao, chất lượng tốt khi gia công chi tiết. 2.1. Quá trình biến dạng khi cắt gọt kim loại Bằng tính toán và thực nghiệm đã chứng minh quá trình cắt kim loại tương tự như quá trình chèn ép kim loại, nghĩa là lớp kim loại bị cắt qua 3 giai đoạn biến dạng: biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và biến dạng phá huỷ. Đặc tính và lượng biến dạng của lớp cắt phụ thuộc vào tính chất cơ lý của vật liệu gia công, chế độ cắt, hình dáng hình học của dụng cụ cắt, việc sử dụng nước bôi trơn và làm lạnh. Chúng ta có thể giải thích hiện tượng biến dạng của kim loại khi cắt như sau: kim loại là một vật thể đa tình thể, nghĩa là gồm nhiều hạt tinh thể gộp lại. ở trạng thái bình thường các nguyên tử được bố trí đều đặn trên các nút mạng và các mặt mạng không gian của tinh thể. Khi có lực tác dụng mạng tinh thể bị biến dạng, nếu khi ngừng tác dụng lực, mạng tinh thể trở lại dạng ban đầu, biến dạng đó gọi là biến dạng đàn hồi. Nếu tiếp tục tăng lực làm cho vị trí giữa các nguyên tử trên mạng bị xê dịch rất nhiều và khi ngừng tác dụng lực, mạng tinh thể không trở lại trạng thái ban đầu - kim loại đã bị biến dạng dẻo. Hiện tượng đặc trưng đầu tiên cho biến dạng dẻo là sự trượt, đó là sự dịch chuyển song song giữa các phần tinh thể dọc theo các mặt gọi là mặt trượt (mặt trượt là mặt có số lượng nguyên tử bố trí dày đặc nhất). Thực tế không phải khi cắt các mặt trượt trong lớp kim loại cùng trượt một lúc. Đầu tiên trượt xảy ra theo những mặt dễ trượt nhất (mặt có ứng suất tiếp lớn nhất), và đến lúc nào đó sự trượt theo mặt đó dừng lại, nếu tiếp tục tăng tải trọng bên ngoài thì sự trượt chuyển sang mặt khác và cứ tiếp tục như thế. Vậy kim loại càng bị trượt ứng suất trong nội bộ kim loại càng tăng, kim loại trở nên bền hơn, đó là quá trình hoá bền của kim loại. Ngoài ra quá trình biến dạng dẻo của kim loại còn kèm theo hiện tượng toả nhiệt, làm thay đổi tính chất của vật liệu. Nếu tiếp tục tăng lực, biến dạng càng lớn và ứng suất nén trong lớp kim loại do ngoại lực tạo nên lớn hơn lực liên kết trong nội bộ kim loại, các hạt kim loại tách khỏi sự liên kết ở mặt trượt 0B - đó là giai đoạn phá huỷ kim loại (giai đoạn tạo phoi) (hình 2-2). Hình 2-1. Sơ đồ quá trình biến dạng và tạo phoi Khi gia công kim loại dòn (gang xám chẳng hạn) biến dạng dẻo xảy ra rất ít, hầu như biến dạng đàn hồi chuyển ngay sang giai đoạn phá huỷ. 2.2. Quá trình hình thành phoi vàcác dạng phoi 2.2.1. Quá trình hình thành phoi Quá trình hình thành phoi tương tự quá trình nén kim loại (hình 2-1 và hình 2-2). Quá trình hình thành phoi có thể chia thành 4 giai đoạn: Giai đoạn1: Khi tác dụng một lực P vào dao, dao dần dần ép vào phôi (hình 2.2b), lớp kim loại tiếp xúc với mặt trước của dao bị nén lại làm cho kim loại bị biến dạng đàn hồi (tương tự đoạn 0.a hình 2-2a) Giai đoạn 2: dao tiếp tục tiến, kim loại càng bị nén, ứng suất trong nội bộ kim loại tăng lên. Khi đạt tới giới hạn chảy, bên trong kim loại phát sinh biến dạng dẻo và xuất hiện sự trượt tương đối giữa các phần tử trên mặt trượt - (hình 2-2b) nhưng kim loại vẫn chưa tách rời nhau. Góc 1 giữa mặt trượt và phương chuyển động của dao gọi là góc trượt (tương ứng đoạn ab hình 2-2a) Hình 2-2a. Giản đồ nén kim loại Hình 2-2b. Sơ đồ tạo phoi (theo TI ME) Giai đoạn 3: Khi dao tiếp tục tiến thêm, ứng suất và biến dạng trong nội bộ kim loại tiếp tục tăng lên, khi vượt quá giới hạn bền của kim loại thì kim loại phát sinh những gợn nứt theo góc đứt 2 tương ứng đoạn bc (hình 2-2a). Góc 1 và 2 phụ thuộc điều kiện cắt và không trùng nhau. Giai đoạn 4: Dao tiến thêm, yếu tố thứ nhất của phoi có chiều dày cắt a1 được hình thành từ lớp kim loại bị cắt a trượt dọc theo mặt trước của dao và dao lại bắt dầu ép lớp kim loại tiếp theo, quá trình lặp lại như trên. Các giai đoạn của quá trình hình thành phoi cắt liên tục. Khi cắt các vật liệu khác nhau, các giai đoạn trên có lúc thấy rõ có lúc khó phân biệt, chẳng hạn khi cắt gang xám giai đoạn 2 hầu như không có vì biến dạng dẻo rất ít. Việc nghiên cứu tổ chức kim loại khu vực tạo phoi chứng tỏ rằng trước khi biến thành phoi, lớp kim loại bị cắt đã trải qua một giai đoạn biến dạng nhất định, nghĩa là giữa lớp kim loại bị cắt và phoi có một khu vực biến dạng - gọi là miền tạo phoi. Trong miền này (như sơ đồ hoá ở hình 2-1) có các mặt trượt 0A, 0B, 0C, 0D. Kim loại gia công trượt theo các mặt đó. Miền tạo phoi được giới hạn bởi đường 0A, dọc theo đường này phát sinh những biến dạng dẻo đầu tiên; đường 0D, đường kết thúc biến dạng dẻo. Trong quá trình cắt miền tạo phoi 0AD di chuyển cùng dao cắt. Ngoài bị biến dạng trong miền tạo phoi khi thành phoi, lớp kim loại bị cắt còn chịu biến dạng phụ do ma sát với mặt trước của dao. Những lớp kim loại của phoi kề với mặt trước của dao (hình 2-1, khu vực I) chịu biến dạng phụ nhiều hơn, các lớp càng xa mặt trước biến dạng phụ càng giảm dần. Như vậy phoi cắt ra chịu biến dạng không đều. Gọi kf- mức độ biến dạng toàn bộ của phoi. kbd- mức độ biến dạng của phoi trong miền tạo phoi. kms- mức độ biến dạng của phoi do ma sát với mặt trượt của dao (biến dạng phụ). Vậy: kf =kbd+ kms Vì biến dạng dẻo có tính lan truyền nên lớp kim loại nằm phía dưới đường cắt 0N (hình 2-1, khu vực II) cũng bị biến dạng dẻo. Diện tích miền tạo phoi phụ thuộc vào tính chất vật liệu gia công, thông số hình học của dao, chế độ cắt... . Tốc độ cắt ảnh hưởng lớn nhất đến diện tích miền tạo phoi. Tốc độ cắt càng tăng thì miền tạo phoi càng hẹp, vì khi tăng tốc độ cắt, vật liệu gia công sẽ dịch chuyển qua miền tạo phoi với tốc độ nhanh hơn làm biến dạng dẻo không kịp xảy ra theo đường 0A mà chậm hơn. Tốc độ cắt lớn, diện tích miền tạo phoi 0. 2.2.2. Các dạng phoi Trong quá trình cắt kim loại, tuỳ tính chất cơ lý của vật liệu chi tiết gia công, chế độ cắt, thông số hình học của dụng cụ cắt và việc sử dụng dung dịch trơn nguội mà phoi có hình dạng và kích thước khác nhau. Do đó, căn cứ vào phoi cảt có thể đánh giá được dụng cụ cắt tốt hay xấu, sự tiêu hao năng lượng nhiều hay ít, bề mặt gia công nhám nhiều hay nhám ít. Có thể chia phoi thành 3 dạng chủ yếu sau: a. Phoi vụn: Phoi cắt ra thành những hạt rời rạc có kích thước không đều nhau (hình 2-3). Khi gia công vật liệu dòn (gang, đồng thau...) ta thường thu được loại phoi này. Có thể giải thích quá trình hình thành phoi vụn như sau: khi cắt, một phần tử phoi đồng thời chịu hai ứng suất, ứng suất nén do dao đè vào kim loại gia công tạo nên, ứng suất này có phương theo phương chuyển động của dao và ứng suất kéo theo phương thẳng góc với chuyển động, ứng suất này là yếu tố chủ yếu tách phoi. Vật liệu dòn có ứng suất kéo nhỏ nên dễ bị tách thành từng đoạn nhỏ. Độ nhám bề mặt gia công đạt được khi cắt ra phoi vụn không cao, bề mặt có cấu tạo như bề mặt bị phá huỷ dòn. Hình 2-3. Phoi vụn b. Phoi xếp: Phoi cắt ra thành từng mảnh rời hoặc đoạn ngắn (hình 2-4). Mặt phoi tiếp xúc với mặt trước của dao bóng, mặt kia có những gợn nẻ. Nhìn chung phoi có dạng từng đốt xếp lại. Thường gặp loại phoi này khi cắt vật liệu dẻo ở tốc độ trung bình và thấp với chiều dày cắt và góc cắt của dao lớn. Khi cắt ra phoi xếp, lực cắt thay đổi ít hơn loại phoi vụn nên rung động ít vì vậy độ nhám bề mặt gia công tốt hơn. Phoi xếp chịu biến dạng dẻo rất lớn và có độ cứng cao. Hình 2-4. Phoi xếp Hình 2-5. Phoi dây c. Phoi dây: Phoi cắt kéo dài liên tục. Mặt phoi tiếp xúc với mặt trước của dao rất bóng, mặt kia hơi gợn nứt nhưng đôi lúc khó phân biệt (hình 2-5). Cắt vật liệu dẻo ở tốc độ cao và chiều dày cắt bé thường được loại phoi này. Khi cắt được phoi dây năng lượng tiêu hao ít hơn phoi xếp vì mức độ biến dạng dẻo chậm, trung tâm áp lực của phoi cách xa mũi dao, lực cắt hầu như không thay đổi, rung động ít nên nhám bề mặt gia công nhỏ. Cắt được phoi dây là tốt nhất, song có nhược điểm do phoi dài nên gây trở ngại khi cắt, không bảo đảm an toàn cho người đứng máy. Vì vậy, khi gia công được phoi dây cần làm các cơ cấu bẻ phoi. Nên nhớ rằng, tuỳ thuộc vào điều kiện cắt (thông số hình học của dao, chế độ cắt ...), khi cùng một loại vật liệu mà có thề được những loại phoi khác nhau, chẳng hạn khi bào thép ở tốc độ thấp được phoi xếp nhưng khi bào ở tốc độ cao lại được phoi dây. Tuy nhiên, với điều kiện cắt đã cho, quá trình tạo phoi lại phụ thuộc vào biến dạng dẻo của kim loại gia công. Khi cắt, phoi trượt trên mặt trước của dao, do phoi bị ứ đọng và có những gợn nẻ nên chúng bị xoắn lại. Độ cong của phoi phụ thuộc vào tính chất cơ lý của vật liệu gia công, điều kiện cắt và hình dạng mặt trước của dụng cụ cắt. Phoi bị cuộn cong là do các yếu tố phoi bị nén theo dạng hình thang. Sự cuộn của phoi ảnh hưởng đến tính không đồng nhất của nhiệt cắt theo chiều dày và lực ly tâm khi phoi quay. Vậy qua nghiên cứu các dạng phoi chúng ta có thể phán đoán xem hình dáng hình học của dao, chế độ cắt đã hợp lý chưa, và dựa vào dạng phoi ta điều chỉnh chế độ cắt và mài lại dao để đảm bảo năng suất và chất lượng chi tiết gia công cao. Trên đây chúng ta đã nghiên cứu quá trình biến dạng của kim loại khi cắt và sự hình thành phoi. Có thể rút ra được những kết luận sau: * Quá trình cắt là quá trình nén kim loại không tự do, kim loại bị biến dạng và phoi tách khỏi vật gia công. * Kết quả biến dạng dẻo sinh nhiệt cắt làm ảnh hưởng đến phoi, chi tiết và dao. Mặt khác do biến dạng dẻo, ứng xuất nội bộ kim loại tăng nên lực cắt tăng. * Do biến dạng của kim loại trong quá trình cắt, một số hiện tượng vật lý khác xảy ra như: co rút phoi, lẹo dao, ứng suất dư mà chúng ta sẽ lần lượt nghiên cứu sau đây. 2.3. Lẹo dao trong quá trình cắt kim loại 2.3.1. Hiện tượng Khi cắt kim loại ra phoi dây, ở đầu mũi dao và mặt trước của dao kề ngay lưỡi cắt thường xuất hiện một lớp kim loại có cấu trúc kim loại và tính chất không giống vật liệu gia công cũng như vật liệu dao. Nếu lớp kim loại này bám vào lưỡi cắt của dao thì được gọi là lẹo dao và hiện tượng trên gọi là hiện tượng lẹo dao. Nhiều công trình nghiên cứu đã chứng tỏ rằng có hai loại lẹo dao: a. Lẹo dao ổn định: Thường hình thành khi gia công thép với chiều dày cắt nhỏ. Loại lẹo dao này gồm một số lớp kim loại gần như song song với mặt trước và nằm dọc theo lưỡi cắt trong quá trình gia công. b.Lẹo dao chu kỳ: Loại này gồm hai phần: phần nằm sát với mặt trước của dao, về cơ bản là lẹo dao ổn định và trên nền này hình thành lẹo dao chu kỳ. Phần lẹo dao chu kỳ sinh ra, lớn lên và mất đi nhiều lần trong một đơn vị thời gian. Quá trình lẹo dao có thể mô tả một cách đơn giản theo sơ đồ hình 2-6. Hình 2-6. Sơ đồ tạo lẹo dao Giai đoạn I: Tương ứng với vị trí của dao khi bắt đầu cắt, lúc này chưa có lẹo dao, giai đoạn II bắt đầu xuất hiện lẹo dao, ở giai đoạn III kích thước của lẹo dao tăng lên vì vậy một phần lẹo dính vào bề mặt gia công, còn một phần tách ra khỏi phoi. ở giai đoạn IV lẹo dao đạt kích thước lớn nhất và tự huỷ. ở giai đoạn V lẹo dao bị cuốn theo phoi và tự huỷ. Quá trình đó lặp đi lặp lại một cách chu kỳ. Nên nhớ rằng lẹo lần sau có kích thước và hình dáng không giống các lần trước. Nguyên nhân xuất hiện hiện tượng lẹo dao được giải thích như sau: Khi cắt do áp lực và nhiệt cắt cao, mặt khác do mặt trước của dao không tuyệt đối nhẵn nên lực ma sát của phoi và mặt trước của dao lớn làm lớp kim loại của phoi sát mặt trước có tốc độ dịch chuyển chậm so với các lớp khác, đó là hiện tượng chảy chậm. Nếu lực liên kết trong nội bộ kim loại bé hơn lực ma sát giữa mặt trước của dao và phoi thì một lớp kim loại gần mặt trước của dao sẽ tách khỏi phoi và nằm lại trên mặt trước của mũi dao - lớp kim loại đó chính là lẹo. Gọi: Q  - lực liên kết trong nội bộ kim loại bị cắt T - lực ma sát giữa phoi và mặt trước của dao S  - lực đẩy phoi Điều kiện để hình thành và mất đi của lẹo dao có thể thể hiện bằng quan hệ sau: SQT   (2.1) Vậy lẹo dao sẽ ổn định khi SQ   nhỏ hơn T  , nếu ( SQ   ) > T thì lẹo dao bị phá huỷ một phần hay toàn bộ và quá trình cứ như vậy lặp lại. Do lớp kim loại lẹo dao chịu áp lực cao, đồng thời chịu nhiệt độ và ma sát lớn nên biến dạng dẻo của nó lớn hơn biến dạng dẻo của lớp phoi cắt rất nhiều, làm tổ chức kim loại hoàn toàn thay đổi nên độ cứng tăng từ (2,53,5) lần. Độ cứng này có thể thay thế vật liệu làm dao để cắt. Thông số quan trọng nhất đặc trưng cho kích thước lẹo dao là chiều cao lẹo hl (hình 2-7). Chiều cao lẹo, hình dáng lẹo cũng như vùng tạo lẹo phụ thuộc vào tính dẻo của vật liệu gia công, điều kiện cắt và góc độ của dao. Hình 2-7. Kích thước lẹo 2.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến lẹo dao a. Vật liệu gia công. Vật liệu gia công càng dòn khi cắt càng khó tạo thành lẹo dao và chiều cao của lẹo dao càng thấp vì vật liệu dòn khi cắt biến dạng dẻo ít, đồng thời khi cắt ra đứt ngay. b. Tốc độ cắt. Cắt ở tốc độ thấp (V=58m/ph) và cao (V >60m/ph) không có lẹo dao. Lẹo dao chỉ phát sinh trong một phạm vi tốc độ cắt nhất định (gia công thép chiều cao lẹo lớn nhất khi V = 20  30[m/ph), phạm vi này có thể thay đổi tuỳ theo điều kiện gia công (hình 2-8). Khi cắt ở tốc độ thấp, nhiệt cắt nhỏ nên nhiệt độ thấp, lực liên kết trong nội bộ kim loại vẫn lớn tuy lực ma sát bên ngoài lớn nhưng chưa thắng lực liên kết trong nội bộ kim loại nên không có lẹo dao. Tốc độ cắt tăng, nhiệt cắt tăng, nhiệt độ khu vực cắt tăng, lực liên kết trong nội bộ kim loại càng giảm, trong khi đó ma sát ngoài vẫn tiếp tục tăng và khi lớn hơn lực liên kết trong nội bộ kim loại sẽ sinh hiện tượng lẹo dao. Hình 2-8. Tốc độ cắt ảnh hưởng tới chiều cao lẹo Tốc độ cắt cao hơn nữa, nhiệt độ tiếp tục tăng và lực liên kết trong nội bộ kim loại tiếp tục giảm nhưng hệ số ma sát giữa mặt trước của dao và phoi giảm nhanh hơn, mặt khác lớp kim loại gần mặt trước của dao ở nhiệt độ cao gần như chảy loãng, nó có tác dụng làm nhờn do đó lực ma sát ngoài nhỏ hơn lực liên kết trong nội bộ kim loại nên mất hiện tượng lẹo dao. c. ảnh hưởng của góc . Góc trước càng lớn càng khó hình thành lẹo dao và chiều cao lẹo dao càng thấp (hình 2-9). Góc trước càng lớn phoi biến dạng càng ít, nhiệt cắt càng thấp nên tốc độ hình thành của lẹo dao càng cao, chiều cao của lẹo dao càng thấp. d. ảnh hưởng của chiều dày cắt a. Chiều dày cắt a càng lớn, nhiệt độ cắt càng cao nên giới hạn hình thành của lẹo dao càng thấp đồng thời chiều cao lẹo càng lớn (hình 2-10). Hình 2-9. Quan hệ hL=f(V) Hình 2-10. Quan hệ hL=f(V) khi V khác nhau khi a khác nhau Hiện tượng lẹo dao làm thay đổi điều kiện cắt. Khi cắt đầu dao có lẹo dao, góc trước tăng nên lực cắt giảm, đồng thời lẹo bảo vệ lưỡi cắt nên lưỡi cắt ít mòn khi cắt và có thể thay lưỡi cắt để cắt. Nhưng do lực luôn luôn biến đổi gây rung động nên làm tăng độ nhám bề mặt gia công. Khi lẹo tự huỷ sẽ dính vào bề mặt gia công làm tăng độ nhấp nhô bề mặt gia công. Độ nhám không đồng đều trên bề mặt gia công nên nảy sinh hiện tượng vết nứt. Như vậy lẹo dao có tác dụng tốt khi gia công thô, còn khi gia công tinh có ảnh hưởng xấu. Muốn tránh lẹo dao cần khống chế nhiệt độ cắt và ma sát trên mặt trước của dao như thay đổi thông số hình học của đầu dao (ví dụ giảm góc cắt...), thay đổi chế độ cắt (ví dụ sử dụng v thật cao hoặc thấp ...), dùng dung dịch trơn nguội, mài mịn mặt trước của dụng cụ cắt... 2.4. Hiện tượng cứng nguội Sau khi gia công, một lớp mỏng kim loại trên bề mặt đã gia công có tính chất cơ lý khác với tính chất ban đầu của nó và có độ cứng cao hơn - lớp kim loại đó gọi là lớp cứng nguội và hiện tượng đó gọi là hiện tượng cứng nguội. Nguyên nhân: * Do kết quả biến dạng lan truyền của biến dạng dẻo (hình 2-1) khi cắt nên lớp bề mặt của chi tiết bị biến cứng. * Do lưỡi cắt của dao bao giờ cũng có bán kính cong nhất định nên khi bắt đầu cắt sự tiếp xúc giữa dao và chi tiết là điểm A (hình 2-11) Dao càng đi sâu vào chi tiết thì điểm có ứng suất lớn nhất càng hạ thấp và khi quá trình cắt đã ổn định thì điểm tiếp xúc là điểm B (nằm ngay trên mặt trượt), do đó chỉ có lớp kim loại Hình 2-11 có chiều dày a’ nằm trên đường BC là được cắt thành phoi, lớp kim loại nằm dưới đường BC không bị cắt mà bị nén, do đó chịu biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo. * Sau khi lưỡi cắt đi qua, do biến dạng đàn hồi của kim loại, lớp bề mặt đã gia công nâng lên với chiều cao h nên gây áp lực pháp tuyến và ma sát với mặt sau của dao làm cho một lớp kim loại trên bề mặt đã gia công bị biến dạng thêm và sinh cứng nguội. Do biến dạng dẻo lớp cắt giảm dần từ ngoài vào tâm chi tiết nên kết quả là lớp ngoài cùng trên bề mặt chi tiết bị phá huỷ, tiếp theo là là lớp cứng nguội và trong cùng là vật liệu ban đầu. Bề mặt chi tiết độ cứng lớn nhất. Trạng thái vật lý lớp bề mặt chi tiết được đánh giá bằng các thông số (hình 2-12) * Mức độ cứng nguội (H) được tính như sau: %100. H HHH 0 0 (2.2) Trong đó: H- độ cứng lớp bề mặt sau khi biến dạng dẻo H0 - độ cứng lớp bề mặt trước khi biến dạng dẻo. * Chiều sâu lớp cứng nguội (h) Hình 2-12. Sự thay đổi độ cứng H theo chiều sâu lớp bề mặt gia công * Trị số, chiều sâu, dấu của ứng suất dư lớp bề mặt. Mức độ cứng nguội cũng như chiều sâu lớp cứng nguội phụ thuộc vào tính chất vật liệu gia công, thông số hình học của dụng cụ cắt và điều kiện gia công (hình 2-13). Khi các điều kiện khác như nhau, vật liệu gia công càng dẻo thì mức độ cứng nguội càng cao (ví dụ: gia công nhôm thì H = (90  100)% còn thép thì H = (40  50)%). Lớp cứng nguội tuy có độ cứng cao nhưng lại dòn, bề mặt cứng nguội bị rạn nứt nên ứng suất bền mỏi thấp, đồng thời ảnh hưởng đến khả năng gia công tiếp theo. Lớp cứng nguội có tác dụng tốt khi bề mặt sau khi gia công không có khuyết tật. Hình.2-13. Đồ thị biểu thị ảnh hưởng của tốc độ cắt V và góc trước  đến H và h 2.5. Hiện tượng co rút phoi 2.5.1. Hiện tượng: Do biến dạng dẻo của kim loại trong quá trình cắt nên chiều dài phôi (Lf) ngắn hơn chiều dài gia công (L), còn chiều dày phoi (af) lớn hơn chiều dày lớp cắt (a) - gọi hiện tượng đó là hiện tượng co rút phoi (hình 2-14) Bằng thực nghiệm cho thấy biến dạng theo phương chiều rộng của lớp cắt bằng 0 hoặc rất nhỏ nên có thể bỏ qua. Theo định luật thể tích không đổi ta có: L . a .b = Lf . af. bf Hình 2-14. Sơ đồ tính co rút phoi Rút ra: K a a L L f f  (2.3) K- gọi là hệ số co rút phoi. Thực nghiệm cho thấy K1 Dựa vào hệ số co rút phoi, sơ bộ đánh giá về mức độ biến dạng dẻo sinh ra trong lớp cắt. Cần nhớ rằng không được phép coi trị số co rút phoi và trị số biến dạng khi cắt kim loại là một vì khi lập công thức tính hệ số co rút phoi K chỉ dựa trên tương quan hình học mà không dựa vào hiện tượng trượt. Vì vậy, độ co rút phoi chỉ có ý nghĩa so sánh mức độ biến dạng khi cắt kim loại, không dùng để tính lượng biến dạng khi cắt. Qua mức độ co rút phoi có thể đánh giá được quá trình cắt là khó hay dễ, tiêu tốn năng lượng nhiều hay ít. Muốn đo chiều dài phoi để tính hệ số co rút phoi K có thể dùng một trong các phương pháp sau đây: đo trực tiếp L và Lf bằng các dụng cụ đo cơ khí; phương pháp cân (dựa vào định luật thể tích không đổi); phương pháp đồ giải vv... 2.5.2. Các yếu tố ảnh hưởng Hệ số co rút phoi phụ thuộc rất nhiều yếu tố nhưng có thể gộp lại thành ba nhóm sau: - Vật liệu gia công: tính chất cơ lý, thành phần hoá học, cách tạo phôi. - Dụng cụ cắt: vật liệu làm dụng cụ cắt, hình dạng hình học của phần cắt. - Điều kiện cắt: chế độ cắt, dung dịch trơn nguội. Dưới dây lần lượt xét từng yếu tố: a. ảnh hưởng của vật liệu gia công và vật liệu làm dao: vật liệu gia công ảnh hưởng rất lớn đến độ co rút của phoi. Trong cùng điều kiện cắt, vật liệu gia công càng dẻo hệ cố co rút phoi càng lớn. Vì vật liệu dẻo có lực liên kết giữa các phần tử nhỏ nên vị trí của chúng dễ bị phá vỡ do đó biến dạng dẻo khi cắt sẽ tăng lên. Chẳng hạn khi cắt với điều kiện cắt  = 00; V = (5270)m/ph; a = (0,1250,170)mm, nếu cắt thép 20X (b= 438N/mm2; HB =1500) thì K =3,64 nhưng nếu cắt đồng thanh (B= 245N/mm2; HB =726) thì K = 6,5. Vật liệu làm dao có hệ số ma sát càng lớn, hệ số co rút phoi càng lớn. b. ảnh hưởng của hình dạng hình học phần cắt * ảnh hưởng của góc cắt : ảnh hưởng của góc cắt  đến hệ số co rút phoi K có thể chứng minh như sau (hình 2-14). Từ biểu thức (2.2) a a K f Trong đó: a= CF = 0Fsin1 (theo  0CF) af = BF = 0F cos (1 - ) (theo  0BF) K =   sin ).(cos 1  (2.4) Thay giá trị  = 900 -  vào (2.4) Rút ra: K = 1sin )sin(    (2.5) Từ phương trình (2.5) chúng ta có nhận xét, góc cắt càng tăng hệ số co rút phoi càng lớn vì  tăng dao tiến vào kim loại càng khó và lực biến dạng càng lớn. * ảnh hưởng của góc nghiêng chính . Khi r=0, nếu tăng góc  làm chiều dày cắt a tăng nên phoi dày do đó biến dạng khó vì vậy biến dạng bình quân (Ktb) giảm (hình 2-15c) đường gạch gạch ứng với k = f() khi r = 0. Hình 2-15. ảnh hưởng của góc nghiêng chính  đến hệ số co rút phoi Khi r0, ảnh hưởng của  đến k phức tạp hơn (hình 2-15a). Tại trị số  = (60  70)0, khi tăng góc nghiêng chính , hệ số co rút phoi tăng, vì khi đó nếu t = const, chiều dài làm việc phần cong của lưỡi cắt tăng (ABA’B’hình 2-15). Trên đoạn cong đó có biến dạng rất phức tạp bởi vì mặt phẳng biến dạng giao nhau và vuông góc với lưỡi cắt (hình 2-16), phoi thoát ra chạm vào nhau nên mức độ biến dạng tăng. Ngoài ra chiều dày cắt thay đổi dọc theo phần cong của lưỡi cắt và ở đoạn lưỡi cắt thẳng chiều dày lưỡi cắt lớn nhất, vì vậy phoi đoạn lưỡi cắt cong sẽ biến dạng Hình 2-16 nhiều hơn ở đoạn lưỡi thẳng. Trên đoạn lưới cắt cong góc trước thay đổi và giảm khi  0 nên góc cắt tăng do đó hệ số co rút phoi tăng. *ảnh hưởng của bán kính mũi dao r: bán kính mũi dao tăng làm biến dạng phoi tăng vì chiều dài phần cong lưỡi cắt tăng (hình 2-17). Hình 2-17. ảnh hưởng của bán kính mũi dao đến hệ số co rút phoi K c. ảnh hưởng của chế độ cắt tới biến dạng của phoi * ảnh hưởng của tốc độ cắt V Tốc độ cắt là yếu tố chế độ cắt ảnh hưởng rất lớn đến biến dạng của phoi và quá trình ảnh hưởng rất phức tạp (hình 2-18) Khi tăng tốc độ cắt từ V1V2, nhiệt cắt tăng nên xuất hiện lẹo dao làm góc cắt giảm do đó hệ số co rút phoi giảm (khu vực I: đoạn AB). Tiếp tục tăng tốc độ cắt từ V2 V3, nhiệt cắt tiếp tục tăng, chiều cao lẹo giảm vì vậy góc cắt tăng nên hệ số rút phoi tăng (đoạn BC). Khi tốc độ vượt quá V3, biến dạng của phoi giảm (đoạn CD). Khi Vcàng tăng nhiệt cắt càng cao, một lớp phoi gần mũi dao bắt đầu chảy làm hệ số ma sát giảm. Mặt khác tốc độ càng cao biến dạng dẻo của kim loại càng giảm vì thời gian cắt rất ngắn (tương tự như kim loại bị phá huỷ dưới tác dụng của lực va chạm) nên biến dạng của phoi giảm. Khi V>V4 (V = 300m/ph) hệ số co rút phoi hầu như không đổi vì tốc độ cắt cao tuy nhiệt cắt lớn nhưng không kịp truyền vào lớp cắt nên ma sát ổn định. Hình 2-18. ảnh hưởng của tốc độ cắt đến hệ số co rút phoi Qua nghiên cứu cắt với tốc độ cao, chúng ta thấy biến dạng dẻo và ảnh hưởng của chúng đến tiêu phí năng lượng trong quá trình cắt không lớn. Do đó hiện nay có xu hướng “cắt vật liệu ở tốc độ trên”.  ảnh hưởng của chiều dày cắt a Hình 2-19. Hình 2-19 biểu diễn sự thay đổi của hệ số co rút phoi theo chiều dày lớp cắt khi gia công thép 45 với  = 250, = 450 và V = 52m/ph (không có lẹo dao). Theo đồ thị chúng ta có nhận xét: chiều dày cắt càng tăng độ biến dạng của phoi càng giảm. Như đã biết, biến dạng của phoi theo chiều dày cắt khác nhau, lớp phoi sát mặt trước của dao có biến dạng lớn nhất và giảm dần đến lớp xa nhất. Vì vậy khi tất cả các điều kiện khác như nhau, phoi càng mỏng biến dạng càng lớn. Ngoài ra các yếu tố như dung dịch trơn nguội, đường kính phôi cũng ảnh hưởng tới K. Chiều sâu cắt ảnh hưởng đến độ co rút phoi không đáng kể. Qua nghiên cứu ở trên chúng ta rút ra kết luận: có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng của phoi, do đó hệ số co rút phoi dao động trong một khoảng rất rộng, thường k = 18, cũng có trường hợp k <1. 2.6. ứng suất dư Việc phát sinh ứng suất dư ở lớp bề mặt là một hiện tượng quan trọng có ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công cũng như đến khả năng sử dụng của chi tiết. Thường ứng suất dư nén làm tăng tuổi thọ chi tiết và độ bền khi chịu tải dao động. Nguyên nhân phát sinh ứng suất dư là do biến dạng dẻo không đồng nhất, lớp bề mặt bị nung nóng cao và có thể có sự thay đổi cấu trúc kim loại của chi tiết gia công. Quá trình tạo thành ứng suất dư có thể khái quát như sau. Khi cắt, lớp kim loại ngoài bị biến dạng dẻo làm thể tích tăng nhưng bị lớp biến dạng đàn hồi bên trong cản lại do đó lớp ngoài chịu ứng suất nén, bên trong chịu ứng suất kéo. Sau khi dao đi qua, lớp kim loại bên trong bị biến dạng đàn hồi có xu hướng trở lại vị trí ban đầu nhưng lại bị lớp biến dạng dẻo ở bên ngoài ngăn lại. Kết quả là lớp trong bề mặt còn dư một phần ứng suất kéo và lớp bề ngoài xuất hiện ứng suất nén. Đồng thời, dưới tác dụng của nhiệt, chi tiết bị nung nóng làm cho lớp ngoài có xu hướng giãn nở nhưng lớp trong chưa bị nung nóng nên gây sức cản lớn làm lớp bề mặt chịu ứng suất dư nén. Lúc chi tiết nguội, ở những lớp bên trong xuất hiện ứng suất dư nén, còn lớp bề mặt xuất hiện ứng suất dư kéo. Ngoài ra, còn một số nguyên nhân khác như sự thay đổi pha trong kim loại làm tăng thể tích cũng gây ứng suất dư. Trị số, dấu và chiều ứng suất dư phụ thuộc vào chế độ cắt, điều kiện làm lạnh, tính chất vật liệu gia công, thông số hình học phần cắt, chẳng hạn khi tăng V,  và tưới...đây: A: B = 30 : 67 = 0 Dư 30 = C B : C = 67 : 30 = 2 dư 7 = D C : D = 30 : 7 = 4 dư 2 = E D : E = 7 : 2 = 3 dư 1 = G E : G = 2 : 1 = 2 dư 0 Có thể viết dưới dạng phân số liên tục như sau: 2 13 14 12 10 67 30    tti Ta có thể có các tỉ số truyền ở mức độ chính xác khác nhau so với 67 30 tti như sau: 2 1 2 101 tti (bỏ số dư D = 7) 9 4 4 12 102   tti (bỏ số dư E = 2) 29 13 3 14 12 103    tti (bỏ số dư G = 1) Trong ba tỉ số truyền trên, i’tt3 không đáp ứng yêu cầu bộ bánh răng thay thế đi theo máy. Tuỳ theo mức chính xác của bước ren cần gia công mà chọn i’tt1 hoặc i’tt2 để thoả mãn công thức (3.41). Khi tiện ren, để bảo đảm độ chính xác bước ren, góc đỉnh ren (góc prôphỉnen), biên dạng ren, chất lượng bề mặt ren... Ngoài việc phải bảo đảm độ chính xác động học của đường truyền động trong máy, chọn chế độ công nghệ đúng (chẳng hạn bước chạy dao dọc phải bằng bước xoắn cần gia công, nghĩa là S = kc . pc,, còn phải bảo đảm chọn góc độ dao tiện ren và gá dao phải chính xác. Dao tiện ren phải bảo đảm góc mũi sao  bằng góc đỉnh ren cần gia công (chẳng hạn nếu tiện ren hệ mét thì góc  = 600; khi tiện ren Anh thì góc = 550,...); các góc nghiêng  = 1 = 1/2 (1800-) và góc trước  = 00 (đặc biệt khi gia công tinh). Khi gá dao phải bảo đảm các lưỡi cắt phải nằm trong mặt phẳng đáy đi qua tâm chi tiết gia công; đường đối xứng của mũi dao phải vuông góc với đường tâm chi tiết. Nếu không bảo đảm các điều kiện trên sẽ gây sai số biên dạng ren, góc đỉnh ren, ren bị lệch và sai số về bước. Phương pháp tiến dao khi tiện ren cũng là yếu tố quan trọng không những ảnh hưởng đến năng suất, điều kiện cắt... mà còn ảnh hưởng lớn tới độ nhám bề mặt. Nếu tiến dao hướng kính (hình 3-37a) thì đạt độ nhấp nhô bề mặt thấp nhưng thoát phoi khó và chế độ cắt (t,V) thấp, còn dùng sơ đồ tiến dao xiên (hình 3-37b) tuy dễ thoát phoi, có thể cắt với chiều sâu cắt t và tốc độ cắt V cao hơn (nên năng suất cao hơn) nhưng độ nhấp nhô bề mặt cao (nhám bề mặt kém) sơ đồ cắt này dùng khi tiện thô ren và đường chuyển dao cuối cùng phải tiến dao hướng kính để bảo đảm độ nhám bề mặt tốt. Hình 3-37. Sơ đồ tiến dao khi tiện ren Chương 4 Gia công trên nhóm máy Bào-Xọc-Chuốt 4.1. Gia công trên máy Bào, máy Xọc 4.1.1. Công dụng, khả năng, đặc điểm a. Công dụng Trên máy bào có thể gia công các mặt phẳng nằm ngang, mặt phẳng thẳng đứng, mặt phẳng nghiêng, các mặt bậc, các rãnh ngoài... Trên máy xọc có thể gia công các bề mặt thẳng đứng, các lỗ có tiết diện ngang khác nhau, các rãnh trong và ngoài... b. Khả năng Khi gia công trên máy bào, máy xọc có thể đạt cấp chính xác (IT12IT10), độ nhám bề mặt cấp (56); bào láng có thể đạt độ nhám cấp (78). Hình 4-1 Sơ đồ bào (a, b) và xọc (c) Bào có hiệu quả cao khi gia công các bề mặt phẳng dài và hẹp. Trong một số trường hợp có thể dùng bào láng thay cho phương pháp cạo. c. Đặc điểm: Quá trình bào và xọc có các đặc điểm tương tự nhau, để tránh trùng lặp dưới đây chỉ nêu các đặc điểm của quá trình bào.  Đặc điểm của phương pháp: Chuyển động chính (chuyển động cắt tạo ra phoi) là chuyển động tịnh tiến do đầu bào mang dao hoặc phôi thực hiện (hình 4-1). Trong mỗi chu trình làm việc, đầu bào thực hiện một hành trình cắt và một hành trình chạy không. Chuyển động chạy dao là chuyển động tịnh tiến không liên tục, theo phương vuông góc với chuyển động chính và tiến hành ở cuối hành trình chạy không của đầu bào hoặc bàn máy mang phôi (không đồng thời với chuyển động chính). Vì vậy, thông số hình học của dao (góc trước , góc sau ) không thay đổi trong quá trình cắt. Tốc độ cắt khi bào không cao và có trị số biến đổi (từ 0Vmax 0 ). Vì vậy, khi bào tạo ra lực quán tính không có lợi cho quá trình cắt. Bào có hành trình chạy không nên năng suất cắt không cao.  Đặc điểm của quá trình cắt: Các hiện tượng vật lý xảy ra trong quá trình cắt khi bào cơ bản giống khi tiện. Tuy nhiên, quá trình cắt khi bào có một số đặc điểm riêng như sau: Quá trình cắt không liên tục, do đó có hiện tượng va đập khi dao vào cắt và ra khỏi bề mặt gia công. Nhiệt cắt không lớn do dao tự làm nguội ở hành trình chạy không. Do nhiệt cắt không lớn nên khi bào không dùng dung dịch trơn nguội. 4.1.2. Kết cấu dao bào, dao xọc Kết cấu và thông số hình học của dao bào và dao xọc về cơ bản giống như dao tiện. Song, vì dao bào và dao xọc làm việc trong điều kiện chịu tải trọng va đập nên chúng có một số điểm khác như sau: Tiết diện ngang của thân dao lớn để chịu được lực va đập trong quá trình cắt. Góc nâng lưỡi cắt chính của dao được chế tạo với 0 để tăng khả năng chịu lực va đập của mũi dao. Dao bào có hai loại: dao bào đầu thẳng (hình 4-2,a) và dao bào đầu cong (hình 4-2,b). Dao bào đầu thẳng dễ chế tạo hơn dao bào đầu cong. Khi làm việc, dưới tác dụng của tải trọng, dao bào có xu hướng bị uốn cong về phía mặt tỳ của dao với đầu bào tạo nên một cung quay quanh điểm uốn o. Do đó, dao bào đầu thẳng khi thực hiện quá trình cắt có xu hướng ăn sâu vào bề mặt gia công (hình 4-2,a). Để bảo vệ bề mặt gia công, cung quay này cần phải tiếp tuyến với bề mặt gia công. Muốn vậy, mũi dao phải nằm trên mặt phẳng đi qua tâm quay của thân dao (bề mặt tỳ của dao với đầu bào) như trên hình 4-2,b đã thể hiện. Điều này chỉ có được ở dao bào đầu cong. Vì vậy, thực tế thường sử dụng dao bào đầu cong. Dao xọc được chế tạo ở dạng thẳng. Đầu dao có kết cấu gần giống với dao tiện cắt đứt. Hình 4-2 Dao bào đầu thẳng (a) và đầu cong (b) 4.1.3. Các yếu tố chế độ cắt Các yếu tố chế độ cắt khi bào, xọc được thể hiện trên hình 4-3. a. Chiều sâu cắt Chiều sâu cắt khi bào t là khoảng cách giữa bề mặt chưa gia công và bề mặt đã gia công đo theo phương vuông góc với bề mặt đã gia công trong một đường chuyển dao (hình 4-3,a). Khi xọc chiều sâu cắt t bằng chiều rộng của lưỡi cắt (hình 4- 3,b). Giá trị chiều sâu cắt khi bào thô và bào bán tinh được xác định tuỳ thuộc vào lượng dư gia công. Nhìn chung, khi xác định chiều sâu cắt khi bào thô và bào tinh có thể dùng những căn cứ xác định giống như xác định chiều sâu cắt khi tiện. O O l l R R a) b) b. Lượng chạy dao Lượng chạy dao s khi bào và khi xọc là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và phôi theo phương vuông góc với véc tơ tốc độ cắt sau một hành trình kép. Khi gia công trên máy bào ngang và máy xọc thì s là lượng dịch chuyển của chi tiết sau một hành trình kép của đầu dao. Khi gia công trên máy bào giường thì s là lượng dịch chuyển của dao cắt sau một hành trình kép của bàn máy mang phôi. Chọn lượng chạy dao khi bào, xọc căn cứ vào tính chất gia công. Khi gia công tinh, lượng chạy dao chọn tuỳ thuộc vào yêu cầu về cấp độ nhám bề mặt gia công. Khi gia công thô lượng chạy dao chọn tùy thuộc vào độ bền của thân dao cũng như độ cứng vững của máy. Có thể dùng những chỉ dẫn và các bảng chọn lượng chạy dao khi tiện để xác định lượng chạy dao cho bào và xọc. c. Tốc độ cắt Tốc độ cắt V khi bào, xọc là tốc độ trung bình của đầu dao ở hành trình công tác (bào ngang và xọc) hoặc của bàn máy mang chi tiết gia công (bào giường). Hình 4-3 Các yếu tố cắt khi bào (hình a) và xọc (hình b) Tốc độ cắt khi bào, xọc có thể tính theo công thức tính tốc độ cắt khi tiện, sau đó nhân thêm với hệ số hiệu chuẩn KV xét tới tính chất va đập của quá trình cắt. Khi gia công trên máy bào ngang: KV = 0,8 s s V s a b t a) a b t s V b) Khi gia công trên máy bào giường: KV =1,0 Khi gia công trên máy xọc: KV = 0,6 Sau khi xác định được tốc độ cắt, có thể tính số hành trình kép của đầu bào theo công thức sau:  1 .1000   kL V m ct [h.tr.k/ph] (4.1) trong đó: - L là chiều dài hành trình đầu bào, mm, L = l + l1+ l2; - l là chiếu dài bề mặt gia công, mm; - l1+ l2 là chiều dài ăn dao và khoảng vượt quá của dao, mm; - k là tỷ số tương quan giữa tốc độ hành trình cắt và tốc độ hành trình chạy không của dao hoặc phôi. d. Các yếu tố tiết diện ngang lớp cắt Các yếu tố tiết diện ngang lớp cắt khi bào được thể hiện trên hình 4-3,a và khi xọc được thể hiện trên hình 4-3,b. e. Thời gian máy Hình 4-4 Sơ đồ xác định hành trình của đầu bào Thời gian máy To khi bào được xác định theo công thức:   Sm ibbb Sm iBTo . . . . 21  [ph] (4.2) trong đó: - b là chiều rộng của bề mặt gia công, mm; - b1 là chiều dài ăn dao, mm, b1 = t.cotg ; - b2 là khoảng vượt của dao, thường lấy b2 = (25)mm; - m là số hành trình kép của dao hoặc phôi trong một phút; L l1 l l2 v B b2 b b1 Sn - i là số đường chuyển dao trong quá trình gia công. 4.1.4. Lực cắt và công suất cắt Tương tự như tiện, lực cắt khi bào R có thể phân tích theo ba thành phần (hình 4-5): Lực tiếp tuyến Pz tác động theo phương véc tơ tốc độ cắt. Pz quyết định công suất cắt và gây biến dạng dao ở hành trình công tác. Bởi vậy, độ bền thân dao được xác định theo thành phần Pz. Lực ngang Px tác động theo phương chuyển động chạy dao. Px là cơ sở để tính bền các cơ cấu chạy dao. Lực thẳng đứng Py tác động theo phương đứng. Py có xu hướng đẩy dao ra khỏi phôi. Bởi vậy, Py ảnh hưởng trực tiếp tới độ chính xác kích thước gia công. Py còn là cơ sở để tính bền cho đài dao. Hình 4-5 Các thành phần lực cắt khi bào. Công suất cắt khi bào được tính theo công thức: 310.60 .VPN zc  [kW] (4.3) trong đó: - Pz là lực cắt, N; - V là tốc độ cắt, m/ph. Công suất cắt tính được phải nhỏ hơn công suất máy: Nc  Nđc.  (4.4) R PZ Py Px ở đây:  là hiệu suất của máy. 4.1.5. Máy bào, máy xọc a. Máy bào ngang Các bộ phận chính của máy bào ngang được thể hiện trên hình 4-6. Hình 4-6 Máy bào ngang 1- Bệ máy; 2- Thân máy; 3- Xà ngang; 4- Bàn máy; 5- Đài dao; 6- Bàn dao đứng; 7- Đầu trượt; 8- Động cơ điện. Trên máy bào ngang, chuyển động chính do đầu bào mang dao thực hiện, chuyển động chạy dao do bàn máy mang chi tiết gia công thực hiện. Đặc tính cơ bản của máy bào ngang là hành trình công tác lớn nhất của đầu bào. Các máy bào ngang thông thường được chế tạo với Lmax= (400 700)mm, chỉ những máy lớn thì hành trình này có thể lên tới 1200 mm. Máy bào ngang được dùng trong sản xuất loạt nhỏ, khi chi tiết gia công có chiều dài không lớn hơn 1000mm. Trên máy bào ngang có thể gia công các mặt phẳng nằm ngang, mặt phẳng thẳng đứng, mặt phẳng nghiêng và gia công các rãnh. Theo tiêu chuẩn phân loại máy của Việt nam: nhóm máy bào được ký hiệu bằng chữ B, chữ số tiếp theo chỉ kiểu máy và các số tiếp theo chỉ hành trình làm việc lớn nhất của đầu bào trên máy. Theo tiêu chuẩn phân loại máy của liên bang Nga (Liên xô cũ): máy bào thuộc nhóm 7; chữ số tiếp theo chỉ kiểu máy và các số tiếp theo chỉ hành trình làm việc lớn nhất của đầu bào trên máy.  Máy bào ngang 737 Máy bào ngang 737 dùng hệ thống thuỷ lực để dẫn động cho các chuyển động công tác. Sơ đồ động của máy được thể hiện trên hình 4-7. Động cơ điện có công suất N=9,1kW với tốc độ quay n=1440vòng/phút dẫn động cho hai bơm thuỷ lực H1 có lưu lượng 100 l it/phút và H2 có lưu lượng 50 l it/phút. Hệ thống thuỷ lực dùng 5 van trượt điều khiển. Van trượt ầ1 dùng để điều chỉnh thay đổi tốc độ công tác của đầu bào. Tay gạt P và van trượt ầ1 có ba vị trí. Khi con trượt nằm ở vị trí tận cùng bên phải thì chỉ có dầu từ bơm H2 được đưa tới hệ thống thuỷ lực, dầu từ bơm H1 qua van trượt ầ1 và van xả chảy về bể và một lượng nhỏ dầu được đẩy vào van trượt ầ5. Khi đó tốc độ chuyển động của đầu bào có trị số tối thiểu (V=3m/phút). Khi con trượt của van ầ1 nằm ở vị trí giữa thì dầu từ bơm H1 được đưa lên hệ thống thuỷ lực, dầu từ bơm H2 qua van trượt ầ1 và van xả chảy về bể. Khi đó tốc độ chuyển động của đầu bào lớn hơn so với trường hợp khi con trượt của van ầ1 nằm ở vị trí phải vì lưu lượng của bơm H1 lớn hơn lưu lượng của bơm H2. Khi con trượt của van ầ1 nằm ở vị trí tận cùng bên trái thì dầu được bơm vào hệ thống đồng thời từ cả hai bơm H1 và H2 tạo cho đầu bào tốc độ chuyển động lớn nhất (V=37m/phút). Van trượt ầ2 dùng để đảo chiều chuyển động của đầu bào. Van trượt ầ3 dùng để điều khiển vị trí phải trái của van trượt ầ2. Van trượt ầ4 dùng để phanh hãm đầu bào khi đảo chiều chuyển động. Van trượt ầ5 cần thiết để điều chỉnh trị số lượng chạy dao. Khi dầu được đưa vào khoang phải của xi lanh công tác thì đầu bào thực hiện chuyển động công tác, khi dầu được đưa vào khoang trái của xi lanh thì đầu bào thực hiện hành trình chạy không. Đảo chiều chuyển động của đầu bào được thực hiện nhờ các cữ lắp trên đầu bào. Tại thời điểm cuối hành trình công tác, cữ bên phải của đầu bào tác động lên đòn bẩy P1 đẩy con trượt của van ầ3 chạy sang phải mở đường dầu vào khoang trái của xi lanh van trượt ầ2 làm con trượt Hình 4-7 Sơ đồ động của máy bào ngang 737 của nó trượt sang phải. Khi đó, dầu chảy vào khoang trái của xi lanh công tác đẩy đầu bào chạy sang phải để thực hiện hành trình chạy không. Tại thời điểm cuối hành trình chạy không, cữ bên trái của đầu bào tác động lên đòn bẩy P1 đẩy con trượt của van ầ3 sang trái làm cho dầu chảy vào khoang phải của xi lanh công tác đẩy đầu bào chạy sang trái để tiếp tục thực hiện hành trình công tác. Chiều dài hành trình của đầu bào có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi khoảng cách giữa các cữ lắp trên nó. Van khởi động K1 dùng để khởi động và dừng máy. Khi khoá van K1 thì tất cả dầu trên đường ống chính được xả về bể. Khi đó, lò xo của van ầ4 đẩy con trượt của nó sang phải đóng cả hai cửa dẫn dầu vào xi lanh công tác. Van tiết lưu ầ1 dùng để điều chỉnh vô cấp tốc độ hành trình công tác của đầu bào trong pham vi từng cấp tuỳ thuộc vào vị trí của con trượt trong van ầ1. Chuyển động chạy dao không liên tục của bàn máy cũng được duy trì bằng hệ thống thuỷ lực. Dầu từ rãnh phải của van trượt ầ2 chảy vào khoang trái của van ầ5 đẩy con trượt của nó tiến sang phải. Khi đó dầu từ bơm H1 qua rãnh phải của van ầ5 chảy vào khoang trên của xi lanh chạy dao đẩy piston của nó xuống dưới. Piston của xi lanh chạy dao được nối với thanh răng làm quay bánh răng 28. Tuy nhiên nhờ có ly hợp siêu việt M01 mà bánh răng 28 quay trơn không làm quay trục I. Khi đầu bào thực hiện hành trình chạy không, dầu từ bơm H1 qua van trượt ầ2 chảy vào khoang phải của van trượt ầ5 đẩy con trượt của nó sang trái và dầu từ rãnh phải của van trượt ầ5 chảy vào khoang dưới của xi lanh chạy dao đẩy piston của nó lên trên. Khi đó thanh răng quay bánh răng 28 cùng trục I theo chiều ngược lại. Từ trục I chuyển động qua cơ cấu đảo chiều truyền tới trục vít me chạy dao ngang III có hai đầu mối với bước ren p=6mm qua cặp bánh răng 27-26. Khi bánh răng 27 trên trục II được gạt sang trái thì chuyển động từ trục I qua cơ cấu đảo chiều truyền qua cặp bánh răng 27-30, cặp trục vít-bánh vít tới vít me chạy dao thẳng đứng V có bước ren pV=8mm. Trị số lượng chạy dao được điều chỉnh vô cấp, thực hiện bằng cách thay đổi hành trình piston của xi lanh chạy dao nhờ vô lăng nằm phía trên. Chuyển động chạy dao nhanh của bàn máy theo phương ngang hoặc theo phương thẳng đứng được thực hiện nhờ động cơ điện có công suất N=1kW với tốc độ quay n=1425vòng/phút qua hai cặp bánh răng và ly hợp siêu việt M02. b. Máy bào giường: Các bộ phận chính của máy bào gường hai trụ được thể hiện trên hình 4-8. Hình 4-8 Máy bào gường hai trụ. 1- Thân máy; 2- Bàn máy; 3,8- Trụđứng; 4,11- Bàn dao bên; 5- Xà ngang; 6,9- Bàn dao trên; 7- Thanh giằng; 10- Hộp chạy dao. Trên máy bào giường, chuyển động chính do bàn máy mang chi tiết gia công thực hiện, chuyển động chạy dao do đài dao thực hiện. Máy bào giường có loại một trụ đứng và loại hai trụ đứng. Các đài dao được lắp trên các trụ đứng và xà ngang của máy, chúng nhận được các chuyển động chạy dao phù hợp cho mỗi trường hợp gia công cụ thể. Các bàn dao có thể tham gia cắt đồng thời để cùng một lúc gia công nhiều bề mặt trên một chi tiết. Trên máy bào giường, chuyển động chính do bàn máy mang chi tiết gia công thực hiện, chuyển động chạy dao do đài dao thực hiện. Máy bào giường có loại một trụ đứng và loại hai trụ đứng. Các đài dao được lắp trên các trụ đứng và xà ngang của máy, chúng nhận được các chuyển động chạy dao phù hợp cho mỗi trường hợp gia công cụ thể. Đặc tính quan trọng nhất của máy bào giường là chiều dài hành trình lớn nhất của bàn máy. Thông thường các máy bào giường được chế tạo với chiều dài hành trình lớn nhất của bàn máy trong phạm vi Lmax= (1,5  12)m . Máy bào giường dùng để gia công các chi tiết lớn có trọng lượng lớn, chiều dài lớn và có nhiều bề mặt cần gia công. Có thể tận dụng hành trình dài của máy bào giường bằng cách gá kẹp nối tiếp các chi tiết ngắn lên bàn máy để gia công đồng thời. c. Máy xọc Chuyển động chính của máy xọc do đầu xọc mang dao thực hiện theo phương thẳng đứng, còn bàn máy mang chi tiết gia công nhận chuyển động chạy dao không liên tục theo phương dọc hoặc phương ngang. Ngoài ra, bàn máy có thể thực hiện chuyển động chạy dao vòng quay quanh tâm của nó theo trục quay thẳng đứng. Đặc tính cơ bản của máy xọc là hành trình lớn nhất của đầu xọc. Các máy xọc thường được chế tạo với hành trình lớn nhất của đầu xọc là Lmax= 200mm. 4.2. Gia công trên máy chuốt Chuốt là một phương pháp gia công cắt gọt có năng suất cao, đảm bảo độ chính xác hình dáng hình học và độ chính xác kích thước cao bằng một dụng cụ cắt có nhiều răng dao. Dụng cụ cắt này gọi là dao chuốt. Trong quá trình chuốt lỗ, dao chuốt nhận chuyển động dọc theo đường tâm của chi tiết gia công, còn chi tiết gia công đứng yên (hình 4-9) 4.2.1. Công dụng, khả năng, đặc điểm a. Công dụng Chuốt dùng để gia công các lỗ, các bề mặt ngoài có hình dáng khác nhau, các rãnh trong và ngoài. b. Khả năng Chuốt có thể gia công được lỗ tròn có đường kính đến 320mm; lỗ then hoa có đường kính đến 420mm; rãnh then có chiều rộng đến 100mm. Chiều dài lỗ chuốt có thể đạt tới 1000mm. Gia công bằng phương pháp chuốt có thể đạt cấp chính xác (IT8 I T7); độ nhám bề mặt gia công cấp (6 10). c. Đặc điểm Khi gia công bằng phương pháp chuốt cần lưu ý những đặc điểm sau: Chuốt chỉ có một chuyển động tạo hình duy nhất là chuyển động chính V (chuyển động cắt) do dao thực hiện và không có chuyển động chạy dao. Dao chuốt là dụng cụ cắt nhiều răng, có nhiều răng dao tham gia cắt đồng thời. Vì vậy, tổng diện tích lớp cắt khi chuốt lớn, do đó lực cắt rất lớn và năng suất gia công khi chuốt cao. Tổng diện tích lớp cắt khi chuốt có trị số biến động, do đó lực cắt cũng biến động theo. Vì vậy, quá trình cắt khi chuốt thường xuất hiện rung động có chu kỳ. Chuốt chỉ gia công được những lỗ thông đã được gia công sơ bộ trước. Do lực cắt lớn nên chuốt chỉ gia công được những chi tiết có chiều dày thành đủ lớn và mặt cắt tương đối đồng đều trên suốt chiều dài chi tiết để đảm bảo độ cứng vững. Trong quá trình chuốt lỗ, chi tiết tự định tâm theo dao và mặt đầu. Vì vậy, không cần đồ gá. Dao chuốt thuộc loại dao chuyên dùng, định sẵn kích thước, giá thành cao. Do đó, chuốt chỉ sử dụng trong sản xuất loạt lớn và hàng khối. Hình 4-9 Sơ đồ gia công theo phương pháp chuốt 1- Dao chuốt, 2- Chi tiết gia công, 3- Phiến tỳ tự lựa, 4- Thành máy, 5- Phiến tỳ. 4.2.2. Dao chuốt a. Phân loại dao chuốt 1. Theo tính chất của bề mặt gia công, dao chuốt được phân ra: Dao chuốt trong: dùng để gia công các bề mặt trong. Dao chuốt ngoài: dùng để gia công các bề mặt ngoài. 2. Theo hình dáng, dao chuốt được phân ra: V Dao chuốt lỗ tròn. Dao chuốt lỗ then hoa. Dao chuốt lỗ then. Dao chuốt lỗ đa cạnh. Dao chuốt mặt trụ ngoài. Dao chuốt mặt phẳng. 3. Theo phương pháp truyền lực, dao chuốt được phân ra: Dao chuốt kéo Dao chuốt đứng b. Kết cấu dao chuốt lỗ Dao chuốt lỗ có những phần chủ yếu sau đây (hình 4-10,a): Hình 4-10 Kết cấu dao chuốt lỗ trụ 1. Đầu dao l1 dùng để kẹp chặt dao chuốt lên cơ cấu kéo của máy chuốt. 2. Cổ dao l2 là phần nối tiếp giữa đầu dao với phần định hướng phía trước. Khi chế tạo dao chuốt, cổ dao đóng vai trò là rãnh thoát dao khi gia công phần định hướng phía trước. Trên cổ dao, nhà sản xuất đóng mã số ký hiệu dao. l6 l5 l4 l3 l2 l1 a) c)  tsđ  sđ sđ s z tc c  b) 3. Phần định hướng trước l3 dùng để định hướng chi tiết gia công trước khi vào cắt (có phần côn phía trước để tiện lợi khi đưa dao vào lỗ gia công). 4. Phần cắt l4 là phần trực tiếp cắt kim loại. Số lượng răng dao của phần cắt phụ thuộc vào lượng dư cắt và chiều dầy cắt. Các răng dao có chiều cao tăng dần từ răng đầu đến các răng tiếp theo để mỗi răng dao đều tham gia vào quá trình cắt. Để tạo điều kiện thuận tiện cho phoi thoát ra khỏi rãnh chứa phoi khi răng dao ra khỏi vùng cắt, trên các răng dao có tạo những rãnh chia phoi. Các rãnh chia phoi này được xẻ lệch vị trí với nhau giữa răng này và răng tiếp theo. 5. Phần sửa đúng l5 có từ (38) răng. Hình dáng và kích thước của các răng sửa đúng phù hợp với hình dáng và kích thước của răng dao cuối cùng của phần cắt. Phần sửa đúng có tác dụng sửa những chỗ còn lại mà phần cắt chưa cắt hết để tạo cho bề mặt gia công có độ chính xác và chất lượng bề mặt cao. 6. Phần định hướng sau l6 dùng để định hướng và đỡ dao chuốt vào thời điểm khi răng dao cuối cùng ra khỏi lỗ gia công. Phần định hướng sau có tác dụng giữ cho chi tiết không bị lật tương đối với răng dao cuối cùng, nhờ đó mà bề mặt gia công không bị cào xước và răng dao chuốt không bị sứt mẻ. c. Thông số hình học của dao chuốt lỗ: Các yếu tố thông số hình học của dao chuốt được thể hiện ở hình 4-10,b, c. 1. Bước răng dao tC Bước răng dao của phần cắt dao chuốt tC được xác định tuỳ thuộc vào chiều dài của bề mặt gia công. Khi tính toán, cần lưu ý sao cho trong quá trình cắt có ít nhất ba răng dao tham gia cắt đồng thời. Thông thường, bước răng phần cắt được tính theo công thức: tC = (0,6  0,7). L [mm] (4.5) Bước răng của phần sửa đúng tsđ được tính theo công thức: tsđ = (0,6  0,7). tc [mm] (4.6) 2. Góc trước  Góc trước của dao chuốt  được đo trong mặt phẳng vuông góc với lưỡi cắt chính. Góc trước của phần cắt được chọn phụ thuộc vào tính chất cơ lý của vật liệu gia công và dao động trong khoảng  = (5o20o). Vật liệu càng dẻo chọn góc trước càng lớn. Góc trước của phần sửa đúng thường chọn trong phạm vi  = (0o5o). 3. Góc sau  Cũng như góc trước , góc sau  của dao chuốt cũng được đo trong mặt phẳng vuông góc với lưỡi cắt chính. Góc sau của các răng phần cắt được chọn trong khoảng  = (2o4o) khi chuốt trong và  = (5o10o) khi chuốt ngoài. Góc sau của các răng phần sửa đúng s đ=(30’2o). Để kích thước của dao chuốt không đổi khi mài theo mặt trước của dao, trên các răng của phần sửa đúng có cạnh viền với chiều rộng f = (0,21)mm. 4.2.3. Các yếu tố chế độ cắt a. Lượng chạy dao răng sz Trong quá trình chuốt không có chuyển động chạy dao, thay vào đó lượng chạy dao răng sZ được tạo nên và có trị số đúng bằng lượng nâng của răng dao (độ chênh về chiều cao giữa hai răng kề nhau). Trị số sZ được chọn phụ thuộc vào vật liệu gia công. Thông thường, khi gia công thép chọn sZ =(0,050,15)mm , khi gia công gang chọn sZ =(0,10,2)mm. b. Chiều dày cắt a Đối với những dao chuốt chiều dày cắt a chính là lượng nâng của dao SZ (cũng chính là lượng chạy dao răng). c. Chiều rộng cắt b Chiều rộng cắt b bằng chiều dài phần lưỡi cắt tham gia cắt của một răng. Đối với dao chuốt then hoa thì b bằng tổng chiều rộng của các rãnh then hoa, còn đối với dao chuốt lỗ trụ thì b bằng chu vi của đường tròn. d. Tốc độ cắt V Tốc độ cắt khi chuốt V là tốc độ chuyển động tịnh tiến tương đối của dao chuốt so với chi tiết gia công. Tốc độ cắt V được xác định phụ thuộc vào tính chất cơ lý của vật liệu gia công, cấp độ nhám bề mặt yêu cầu cần đạt được. Thông thường, đối với những dao chuốt được chế tạo từ thép dụng cụ hợp kim và thép gió, tốc độ cắt chọn trong khoảng V = (210)m/ph. Tốc độ cắt tính được phải so sánh với tốc độ cho phép của máy. Tốc độ cắt cho phép của máy phụ thuộc vào công suất máy và được tính như sau:   ..61200 zP NV  [m/ph] (4.7) trong đó: - N là công suất của động cơ, kw; - Pz là lực cắt, N, -  là hiệu suất của máy. e. Thời gian máy Thời gian máy khi chuốt được tính theo công thức: V LT hto .1000  [ph] (4.8) trong đó: - V là tốc độ cắt, m/ph; - Lht = l + lc + lsđ + l , mm, là chiều dài hành trình công tác của dao chuốt; • l là chiều dài bề mặt gia công, mm; • lc là chiều dài phần cắt của dao chuốt, mm; • lsđ là chiều dài phần sửa đúng của dao chuốt, mm; 4.2.4. Lực cắt và công suất a. Lực cắt Lực cắt tác dụng lên mỗi răng dao chuốt được phân tích theo hai thành phần: - pZ là thành phần lực tác động theo phương dọc trục dao. - pY là thành phần lực tác động theo phưong hướng tâm dao. Tuy nhiên, chỉ pZ là có ý nghĩa thực tế. Thành phần lực pZ tác động ngược chiều với véc tơ tốc độ cắt tạo nên ứng suất kéo cho dao chuốt. Gọi PZ là lực tổng hợp của các thành phần lực tác động dọc trục lên tất cả các răng dao tham gia cắt đồng thời, có thể tính PZ bằng công thức thực nghiệm sau: Khi chuốt lỗ tròn: ddml x zpz KKKKZDSCP pzz ........81,9  [N] (4.9) Khi chuốt lỗ then và then hoa: ddml x zpz KKKKbnZSCP pzz .........81,9  [N] (4.10) Trong các công thức trên: - Cpz là hệ số tính tới ảnh hưởng của vật liệu phôi và điều kiện gia công tới lực cắt; - sZ là lượng nâng của răng; - xPz là chỉ số mũ nêu lên mức độ ảnh hưởng của sz tới lực cắt; - D là đường kính lỗ gia công [mm]; - Zl là số răng dao tham gia cắt đồng thời lớn nhất tính theo (4.13); - n là số rãnh then; - K, K, Km, Kdd,... là các hệ số tính tới ảnh hưởng của góc trước, góc sau, mòn dao, dung dịch trơn nguội,... tới lực cắt. Tất cả các hệ số và số mũ trong công thức trên đều được cho ở các sổ tay công nghệ chế tạo máy. Hệ số CPz và chỉ số mũ xPz có thể tham khảo các số liệu cho ở Bảng 4-1. Hệ số Km có thể lấy thể lấy theo Bảng 4-2. Bảng 4-1 Hệ số Cpz với dao chuốt lỗ Vật liệu phôi Độ cứng [HB] Then Then hoa Trụ Chỉ số xpz < 200 177 212 700 0,85 200230 202 230 762 0,85 Thép két cấu (cắt có dung dịch trơn nguội) 230 250 284 842 0,85 < 200 215 152 300 0,73 Gang (cắt không có dung dịch trơn nguội) > 200 137 215 354 0,73 Bảng 4-2 Trị số mòn tính theo [mm] 0 0,3 1,0 Trị số km 1,0 1,15 1,75 Khi gia công thép và gang: - Nếu góc sau  = (2o3o) thì lấy hệ số K =1. - Nếu   1o thì lấy K =1,2 khi gia công thép và K=1,1 khi gia công gang. Hệ số Kdd=1,13 khi dùng dung dịch trơn nguội là êmunxi. Hệ số Kdd=1,34 khi không dùng dung dịch trơn nguội. Có thể tính lực cắt khi chuốt theo công thức thực nghiệm như sau:  b.pPz [N] (4.11) trong đó: - p là lực cắt đơn vị (tác động trên 1mm chiều dài của lưỡi cắt), N/mm. Trị số của p phụ thuộc vào vật liệu gia công, lượng nâng một răng dao chuốt sZ và được cho trong các sổ tay công nghệ chế tạo máy. - b là tổng chiều dài lưỡi cắt của các răng dao tham gia cắt đồng thời, mm và được xác định như sau:   l c Z Z bb . [mm] (4.12) ở đây: + b là chiều rộng cắt, + ZC là số răng dao trên một vòng răng, + Zl là số răng dao tham gia cắt đồng thời lớn nhất, có thể tính như sau: c l t LZ  + 1 (4.13) trong đó:  L là chiều dài bề mặt gia công, mm,  tc là bước răng phần cắt của dao chuốt, mm,. Trị số Zl tính được phải làm tròn tới số nguyên. b. Công suất Sau khi tính được lực cắt có thể xác định được công suất cắt theo công thức sau: 310.60 .VPN z c  [kW] (4.14) trong đó: - PZ là lực cắt, N; - V là tốc độ cắt, m/ph. 4.2.5. Máy chuốt a. Máy chuốt ngang Sơ đồ máy chuốt ngang được thể hiện trên hình 4-12. Trước khi cắt, phần đầu trước của dao chuốt được luồn qua lỗ đã gia công sơ bộ của phôi và được kẹp chặt vào đầu cặp của bàn dao 4. Bàn dao cùng dao chuốt nhận chuyển động cắt nhờ pistông của xi lanh thuỷ lực. Chi tiết gia công trong quá trình chuốt tỳ mặt đầu của nó vào mặt đỡ của phiến tỳ 5. Quá trình gia công cứ tiếp tục cho đến khi dao chuốt ra khỏi lỗ gia công. Sau gia công, chi tiết rơi xuống máng đỡ 6, còn dao chuốt được lấy ra khỏi bàn dao 4, sau đó bàn dao di chuyển về vị trí ban đầu. Máy chuốt ngang dùng để chuốt các lỗ có tiết diện ngang khác nhau. Theo tiêu chuẩn phân loại máy của Việt nam: nhóm máy chuốt được ký hiệu bằng chữ Ch, số tiếp theo chỉ kiểu máy và các số tiếp theo chỉ lực kéo lớn nhất trên máy. Theo tiêu chuẩn phân loại máy của liên bang Nga (Liên xô cũ): máy chuốt thuộc nhóm 7; máy chuốt ngang được ký hiệu kiểu bằng chữ số 5; số tiếp theo chỉ lực kéo lớn nhất trên máy. Ví dụ: máy 7510 là máy chuốt đứng có lực kéo lớn nhất Pmax=10.000 KG. Hình 4-12 Máy chuốt ngang 1-Thân máy; 2-Trạm bơm thuỷ lực; 3-Xi lanh thuỷ lực; 4-Bàn dao; 5-Phiến tỳ; 6-Máng đỡ. b. Máy chuốt đứng Sơ đồ máy chuốt đứng được thể hiện trên hình 4-13. Máy chuốt đứng dùng để chuốt ngoài. Chi tiết gia công được lắp trên đồ gá kẹp chặt trên bàn máy. Dao chuốt được lắp trên bàn dao nhận chuyển động tịnh tiến theo phương thẳng đứng nhờ xi lanh tuỷ lực. Dao chuốt chuyển động đi xuống thực hiện quá trình cắt. Sau khi cắt chi tiết được lấy khỏi vị trí gia công và dao chuốt thực hiện hành trình đi lên để trở về vị trí ban đầu. Theo tiêu chuẩn phân loại máy của liên bang Nga (Liên xô cũ): máy chuốt đứng được ký hiệu bằng chữ số 7. Thông số quan trọng của máy là lực chuốt lớn nhất. Ví dụ: 7710 là ký hiệu máy chuốt đứng có lực đẩy lớn nhất Pmax=10.000 KG. Hình 4-13 Máy chuốt đứng. 1-Bệ máy; 2-Bàn máy; 3-Bàn dao; 4-Trạm bơm; 5-Thân máy. c. Máy chuốt liên tục Sơ đồ máy chuốt đứng được thể hiện trên hình 4-14. Hình 4-14 Máy chuốt liên tục.