Giáo trình Nguyên lý cắt (Trình độ Cao đẳng)

huộc vào điều kiện sản xuất cụ thể cũng nhu dạng sản xuất mà ta lựa chọn các phuơng pháp gia công phù hợp, ví dụ nhu: tiện, phay, bào, khoan, mài... Về mặt công nghệ thì năng suất gia công và chất luợng bề mặt gia công phụ thuộc rất lớn vào chế độ cắt, dụng cụ cắt, các hiện tuợng cơ - lý - hóa xảy ra trong quá trình cắt. Do đó, nguời làm công nghệ nói chung cần phải có kiến thức vững chắc về đặc điểm cụ thể của từng phuơng pháp gia công. Qua đó, lựa chọn đuợc dụng cụ cắt cũng nhu chế độ cắt phù hợp với yêu cầu kỹ thuật cụ thể, nhằm tăng năng suất và chất luợng sản phẩm cũng nhu nâng cao tuổi bền và tuổi thọ của dụng cụ cắt. Riêng đối với sinh viên chuyên ngành cơ khí chế tạo máy thì “Nguyên lý cắt” là một trong các học phần bắt buộc, kiến thức của học phần này là cơ sở để sinh viên tiếp tục nghiên cứu các học phần khác, đặc biệt là trong học phần “Công nghệ chế tạo máy” và trong “Đồ án công nghệ chế tạo máy ”. Giáo trình “Nguyên lý cắt” đuợc biên soạn bởi tập thể các giáo viên trong khoa Cơ Khí của Truờng Cao đẳng công nghiệp Phúc Yên nhằm phục vụ cho công tác đào tạo, giảng dạy đối với hệ “Cao đẳng chính quy” thuộc chuyên ngành cơ khí chế tạo máy. Mặc dù đã rất cố gắng trong quá trình biên soạn, tuy nhiên có thể còn thiếu sót. Chúng tôi rất mong nhận đuợc sự đóng góp ý kiến để nội dung của giáo trình đuợc hoàn thiện hơn. Các tác giả 4 LỜI NÓI ĐẦU................................................................................................... 2 MỤC LỤC ......................................................................................................... 3 Chươngl: VẬTLIỆUDỤNG CỤ CẮT ............................................................ 8 1.1. Yêu cầu chung của vật liệu dụng cụ cắt .............................................. 8 1.1.1. Độ cứng. .................................................................................................. 8 1.1.2. Độ bền cơ học ......................................................................................... 9 1.1.3. Độ bền nóng. .......................................................................................... 9 1.1.4. Tính chịu mài mòn ................................................................................... 9 1.1.5. Tính công nghệ vàtính kinh tế. ............................................................... 10 1.2. Vật liệudụng cụcắt ............................................................................. 11 1.2.1. Thép các bon dụng cụ ............................................................................ 11 1.2.2. Thép hợp kim dụng cụ ........................................................................... 11 1.2.3. Thép gió ................................................................................................ 13 1.2.4. Hợp kim cứng. ....................................................................................... 14 1.2.5. Vật liệu sứ. ............................................................................................ 18 1.2.6. Vật liệu hạt mài ..................................................................................... 19 1.3. Các biện pháp cải thiện tính cắt cho vật liệu dụng cụ cắt ................... 21 1.3.1. Thấm bề mặt. ................................................................................... 21 1.3.2. Phủ bề mặt. ...................................................................................... 21 Chương 2: CẤU TẠO VÀ THÔNG SỐ HÌNH HỌC CỦA DỤNG CỤ CẮT22 2.1. Cấu tạo dao tiện và các chuyển động cắt khi tiện ............................... 22 2.1.1. Cấu tạo của dao tiện ............................................................................. 22 2.1.2. Phân loại dao tiện ................................................................................. 24 2.1.3. Các chuyển động cắt khi tiện .................................................................. 26 2.2. Các thông số hình học của dao tiện .................................................... 26 2.2.1. Các mặt phẳng tọa độ ........................................................................... 26 2.2.2. Các góc của dao tiện trên mặt phẳng cơ sở. .......................................... 27 2.2.3. Các góc của dao trong tiết diện chính và tiết diện phụ .......................... 28 2.2.4. Góc nâng của lưỡi cắt. .......................................................................... 29 2.3. Các yếu tố của chế độ cắt và lớp cắt khi tiện ........................................... 30 2.3.1. Chiều sâu cắt t (mm) ............................................................................. 30 MỤC LỤC 5 2.3.2. Lượng chạy dao S (mm/vòng) ................................................................ 30 2.3.3. Tốc độ cắt v (m/phút) ............................................................................ 31 2.3.4. Chiều dày lớp cắt a (mm) ...................................................................... 32 2.3.5. Chiều rộng lớp cắt b (mm) .................................................................... 32 2.3.6. Diện tích lớp cắt f (mm2/vòng) .............................................................. 32 Chương 3: QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHOI ........................................... 34 3.1. Cơ chế tạo phoi và hiện tượng co rút phoi ......................................... 34 3.1.1. Cơ chế của quá trình tạo phoi ............................................................... 34 3.1.2. Hiện tượng co rút phoi .......................................................................... 35 3.2. Các dạng phoi ........................................................................................ 36 3.2.1. Phoi phân tố. ........................................................................................ 36 3.2.2. Phoi xếp ................................................................................................ 37 3.2.3. Phoi dây ................................................................................................ 37 3.2.4. Phoi vụn ................................................................................................ 37 3.3. Hiện tượng lẹo dao ............................................................................ 37 3.3.1. Khái niệm về hiện tượng lẹo dao ........................................................... 37 3.3.2. Các loại lẹo dao .................................................................................... 38 3.3.3. Nguyên nhân và điều kiện hình thành lẹo dao ....................................... 38 3.3.4. Ảnh hưởng của lẹo dao .......................................................................... 39 3.3.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến chiều cao lẹo dao ........................................ 40 3.3.6. Biện pháp khắc phục hiện tượng lẹo dao ............................................... 41 3.4. Nhiệt cắt ............................................................................................ 42 3.4.1. Nguồn nhiệt và sự truyền nhiệt cắt. ....................................................... 42 3.4.2. Trường phân bố nhiệt trên bề mặt dao .................................................. 43 3.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt cắt. ...................................................... 44 3.4.4. Công thức xác định nhiệt cắt. ................................................................ 45 3.5. Hiện tượng rung động trong quá trình cắt .......................................... 46 3.6. Trạng thái bề mặt gia công ................................................................ 47 3.6.1. Chiều cao nhấp nhô trên bề mặt gia công. ............................................ 47 3.6.2. Trạng thái cơ lý bề mặt gia công. .......................................................... 48 6 3.7. Dung dịch trơn nguội ..........................................................................49 3.7.1. Vai trò của dung dịch trơn nguội ............................................................49 3.7.2. Yêu cầu cơ bản của dung dịch trơn nguội ............................................... 49 3.7.3. Một số chất bôi trơn làm nguội trong quá trình cắt. ............................... 50 3.7.4. Phương pháp tưới dung dịch trơn nguội .................................................50 Chương 4: Lực CẮT KHI TIỆN ...................................................................52 4.1. Cơ sở lý thuyết của lực cắt ................................................................. 52 4.1.1. Khái niệm lực cắt. .................................................................................. 52 4.1.2. Vai trò của lực cắt. .................................................................................52 4.1.3. Hệ thống lực tác dụng lên dụng cụ cắt. ..................................................53 4.1.4. Các thành phần của lực cắt khi tiện .......................................................54 4.1.5. Công suất cắt khi tiện .............................................................................55 4.2. Các nhân tố ảnh huởng đến lực cắt ..................................................... 55 4.2.1. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến lực cắt thành phần ................................. 56 4.2.2. Ảnh hưởng của thông số hình học của dao đến lực cắt. .......................... 57 4.2.3. Công thức tính lực cắt khi tiện ................................................................57 Chương 5: MÒN VÀ TUỔI BỀN CỦA DỤNG CỤ CẮT .............................60 5.1. Mòn của dụng cụ cắt...........................................................................60 5.1.1. Hiện tượng mòn của dụng cụ cắt. ...........................................................60 5.1.2. Cơ chế mòn ............................................................................................61 5.1.3. Quy luật mài mòn ...................................................................................61 5.1.4. Tiêu chuẩn đánh giá mài mòn ................................................................62 5.2. Tuổi bền của dụng cụ cắt ....................................................................63 5.2.1. Ảnh hưởng của tốc độ cắt v đến T. .........................................................63 5.2.2. Ảnh hưởng của t và S đến tuổi bền T. .....................................................64 5.2.3. Vận tốc cắt tối ưu ...................................................................................64 Chương 6: TỐC ĐỘ CẮT CHO PHÉP - LựA CHỌN CHẾ ĐỘ CẮT ...........66 6.1. Khái niệm về tốc độ cắt cho phép .......................................................66 6.2. Các nhân tố ảnh huởng đến tốc độ cắt v ..............................................66 6.2.1. Kim loại gia công. ..................................................................................66 6.2.2. Kết cấu và thông số hình học của dao ....................................................66 7 6.2.3. Công thức tính tốc độ cắt v khi tiện ....................................................... 67 6.3. Chọn chế độ cắt ................................................................................. 70 6.3.1. Quan điểm lựa chọn chế độ cắt. ............................................................ 70 6.3.2. Chọn chế độ cắt khi tiện bằng phương pháp tính ................................... 70 Chương 7: KHOAN - KHOÉT - DOA ......................................................... 73 7.1. Khoan ................................................................................................ 73 7.1.1. Khái niệm, đặc điểm .............................................................................. 73 7.1.2. Phân loại mũi khoan .............................................................................. 73 7.1.3. Cấu tạo và thông số hình học của mũi khoan xoắn ................................ 75 7.1.4. Chế độ cắt khi khoan ............................................................................. 76 7.1.5. Lực cắt, mô men xoắn và công suất cắt khi khoan ................................. 77 7.1.6. Dạng mòn và tốc độ cắt cho phép khi khoan .......................................... 78 7.2. Khoét và doa ..................................................................................... 79 7.2.1. Khoét. .................................................................................................... 79 7.2.2. Doa ........................................................................................................ 80 7.2.3. Chế độ cắt khi khoan,khoét và ............................................................ doa 82 Chương 8: PHAY ......................................................................................... 83 8.1. Khái niệm, đặc điểm của phay ........................................................... 83 8.2. Phân loại dao phay và thông số hình học của dao phay ...................... 84 8.2.1. Phân loại dao phay ............................................................................... 84 8.2.2. Kết cấu và thông số hình học của dao phay trụ ..................................... 85 8.2.3. Kết cấu và thông số hình học của dao phay mặt đầu ............................. 86 8.3. Các yếu tố của lớp cắt và chế độ cắt khi phay .................................... 88 8.3.1. Kích thước lớp cắt khi phay ................................................................... 88 8.3.2. Chiều dày và chiều rộng lớp cắt khi phay bằng dao phay trụ ................ 89 8.3.3. Sơ đồ phay thuận và phay nghịch ........................................................... 90 8.3.4. Chiều dày cắt và chiều rộng cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu ........ 91 8.4. Lực cắt khi phay ................................................................................ 91 8.4.1. Lực cắt khi phay bằng dao phay trụ ...................................................... 91 8.4.2. Lực cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu .............................................. 92 8 Chương 9: GIA CÔNG REN ....................................................................... 93 9.1. Phân loại ren và kết cấu của ren .......................................................... 93 9.1.1. Khái niệm và phân loại ren ................................................................... 93 9.1.2. Các yếu tố cơ bản của ren ..................................................................... 93 9.2. Các phương pháp gia công ren .......................................................... 94 9.2.1. Tiện ren ................................................................................................. 94 9.2.2. Cắt ren bằng ta rô và bàn ren ............................................................... 95 9.2.3. Phay ren ................................................................................................ 97 9.2.5. Cán ren .................................................................................................. 98 Chương 10: MÀI .......................................................................................... 99 10.1. Mài và đặc điểm cơ bản của mài ...................................................... 99 10.2. Đá mài và thông số cơ bản của đá mài ........................................... 100 10.2.1. Cấu trúc chung của đá ....................................................................... mài 100 10.3. Các phương pháp mài .................................................................... 101 10.3.1. Mài tròn ngoài ................................................................................... 101 10.3.2. Mài tròn trong. .................................................................................. 101 10.3.3. Mài phẳng. ........................................................................................ 102 10.3.4. Mài vô tâm ......................................................................................... 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 104 9 Chương 1: VẬT LIỆU LÀM DAO 1.1. Yêu cầu chung của vật liệu dụng cụ cắt. Khi cắt, dao làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao, nhiệt độ trong vùng cắt có thể đến 700 + 800°C có khi đạt đến hàng nghìn độ khi mài. Nhiệt độ vùng cắt càng cao Điều kiện làm việc của dụng cụ cắt rất khắc nghiệt, dụng cụ cắt luôn phải chịu tải trọng lớn, va đập, rung động , ma sát lớn (hệ số ma sát lên đến 0,4 đến 1) làm cho lưỡi cắt dễ bị mẻ, đặc biệt các lưỡi cắt có độ cứng cao dễ bị vỡ vì quá giòn. Một số phương pháp gia công như chuốt, khoan thì điều kiện thoát phoi khó khăn nên dễ nên dễ gây ra hiện tượng kẹt dao dẫn đến gẫy dao. Như vậy, vật liệu được chọn làm dụng cụ cắt gọt phải đảm bảo được những yêu cầu cơ bản như sau. 1.1.1. Độ cứng. Muốn cắt được kim loại thì vật liệu làm dao phải có độ cứng cao hơn vật liệu cần gia công. Quan sát hình 1.3 dưới đây để thấy được tương quan giữa vật liệu dụng cụ cắt và vật liệu gia công. làm ành hààng xàu ààn chàt lààng bà màt chi tiàt gia công, ààng thài làm giàm tuài b n càa dàng cà càt. Hình 1.2.Quá trình mài phát sinh nhiệt lớn. 10 1.1.2. Độ bền cơ học. Như chúng ta đã biết dụng cụ cắt làm việc trong điều kiện rất khắc nghiệt do đó dễ làm lưỡi cắt dễ bị mẻ, vỡ, nhất là với các lưỡi cắt có độ cứng cao sẽ dễ vỡ vì quá giòn. Vì vậy vật liệu dụng cụ cắt phải có độ bền cơ học cao, đặc biệt với các dụng cụ có tiết diện bé, lưỡi cắt yếu cần phải quan tâm đến độ bền của thân dao. 1.1.3. Độ bền nóng. Trong điều kiện gia công cụ thể như: vật liệu gia công càng cứng, chiều sâu cắt và bước tiến càng lớn, tốc độ cắt càng nhanh thì nhiệt cắt càng cao, có khi đến hàng nghìn độ. Ở nhiệt độ này, vật liệu dụng cụ cắt có thể thay đổi cấu trúc của nó làm cho độ cứng của dụng cụ cắt giảm đi, làm giảm năng suất gia công, giảm tuổi bền của dụng cụ cắt, ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề mặt gia công. Vì thế mà vật liệu được chọn làm dụng cụ cắt phải đảm bảo độ bền nóng. Như vậy, ta hiểu độ bền nóng - một trong những tính chất quan trọng của vật liệu dụng cụ cắt là khả năng giữ được độ cứng cao và các tính cắt khác ở nhiệt độ cao trong một thời gian dài. 1.1.4. Tính chịu mài mòn. Khi dụng cụ cắt làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao, ma sát lớn thì tất yếu xảy ra hiện tượng mòn dao. Ở điều kiện nhiệt độ bình thường thì độ cứng của vật liệu làm dao càng cứng thì tính chịu mài mòn càng cao. Khi độ cứng trên 60HRC, độ cứng tăng lên 1 đơn vị thì tính chống mài mòn tăng 25 +• 30%. Tuy nhiên, khi nhiệt độ cắt lên đến 700 +• 800 :c thì nguyên nhân mòn cơ học không còn là chủ yếu, nguyên nhân chủ yếu là do sự chảy dính, bám dính giữa vật liệu làm dao và vật liệu gia công. Kết hợp với sự giảm độ cứng của vật liệu càng làm cho hiện tượng mài mòn xảy ra khốc liệt và phức tạp. Bảng 1.1. cho ta biết nhiệt độ chảy dính của một số cặp vật liệu. Bảng 1.1. Nhiệt độ chảy dính của một số cặp vật liệu. Cặp vật liệu Nhiệt độ chảy dính Cácbít Vônfram - Thép 1100°C Cácbít Titan - Thép 1150 °C Hợp kim Cô ban (5%) - Thép 675 °C Hợp kim Cô ban (20%) - Thép 600 °C Vì vậy, dụng cụ cắt phải có tính chịu mài mòn cao. 11 Hình 1.4. Độ cứng, độ bền và tính dẻo dai của một số nhóm vật liệu. 1.1.5.Tính công nghệ và tính kinh tế. Những tính chất trên của vật liệu nhằm đảm bảo khả năng cắt gọt của dụng cụ cắt, tuy nhiên khi chế tạo sẽ gặp những khó khăn hơn so với các vật liệu thông thường. Do đó, yêu cầu chọn vật liệu dụng cụ cắt phải có tính công nghệ tốt. Tính công nghệ thể hiện qua việc chế tạo dao dễ hay khó. Vì thế mà một số vật liệu làm dao tuy có tính cắt tốt nhưng ít được sử dụng vì tính công nghệ của nó không cao. Tùy thuộc vào đặc điểm của từng loại vật liệu mà yêu cầu tính công nghệ khác nhau, chẳng hạn yêu cầu và tính công nghệ của thép các bon dụng cụ là: - Dễ cắt gọt, dễ rèn dập và cán. - Dễ nhiệt luyện (Khó bị cháy, thoát các bon ít, tính tôi và độ thấm tôi cao, ít bị biến dạng và các vết nứt tế vi khi tôi...) - Sau khi nhiệt luyện dễ mài. Đối với hợp kim cứng hai yêu cầu đầu tiên không cần thiết, nhưng tính dễ mài rất quan trọng cũng như không được có các vết nứt. 12 Ngoài những yêu cầu nói trên, vật liệu dụng cụ cắt cũng cần có tính dẫn nhiệt tốt, độ dai chống va đập cao và giá thành phải hợp lý. 13 1.2. Vật liệu dụng cụ cắt. Có rất nhiều nhóm vật liệu dụng cụ cắt, từ thép các bon dụng cụ đến hợp kim gốm, vật liệu hạt mài. Sau đây, chúng ta sẽ đi tìm hiểu về tính cắt của một số nhóm vật liệu dụng cụ cắt thông dụng. 1.2.1. Thép các bon dụng cụ. Thép các bon dụng cụ là vật liệu được sử dụng lâu đời nhất, khoảng 100 năm trước đây. Thực chất thép các bon dụng cụ là thép các bon có hàm lượng cao, không thấp hơn 0,7% C. Theo TCVN, ta có một số mác thép các bon dụng cụ như: CD70, CD80, CD100, CD120A. Ví dụ với mác thép CD120A với CD là ký hiệu của thép các bon dụng cụ, chỉ số đứng kế tiếp là hàm lượng các bon tính theo phần vạn (120/10000 hay1,2%), A - là ký hiệu cho biết đây là thép tốt, với hàm lượng S < 0,02%, P < 0,03%. Vì S và P làm giảm chất lượng của thép (P làm cho thép giòn, S làm cho thép khó rèn, hàn và làm cho thép giòn ở nhiệt độ cao). Đặc tính cơ bản của thép các bon dụng cụ như sau: Sau khi ủ có độ cứng 107 217 HB. Độ cứng sau tôi + ram khoảng 60 -ỉ- 62 HRC đủ để cất gọt. • Độ thấm tôi thấp, chiều dày lớp thấm tôi mỏng. • Cần chọn môi trường tôi phù hợp để đảm bảo chiều dảy lớp thấm tôi. Tuy nhiên, nó có ưu điểm lả lõi dẻo dai. • Tính chịu nhiệt kém: khoảng 200 4- 250DC. • Tốc độ cắt thấp, khoảng 4 4- 5(m/ph). Với những đặc tính cơ bản trên thì thép các bon dụng cụ thường được dùng để chế tạo các dụng cụ cắt có tốc độ cắt thấp, lõi dẻo dai. Chẳng hạn như đục, dũa, ta rô đường kính nhỏ, mũi khoan nhỏ. 1.2.2. Thép hợp kim dụng cụ. Nhược điểm chủ yếu của thép các bon dụng cụ là độ bền nóng thấp. Để cải thiện tính năng cắt gọt của nó, người ta cho thêm các Crôm (Cr), vanađi (V), môlipđen (Mo). Và đặc biệt với sự có mặt của vônfram (W) và côban (Co) thì độ cứng, độ bền, khả năng chịu nhiệt được cải thiện thêm. Thép các bon dụng cụ với 14 các nguyên tố hợp kim được thêm vào được gọi là thép hợp kim dụng cụ. Các nguyên tố hợp kim có hai tác dụng: - Tăng tính thấm tôi của thép, do đó tăng độ cứng. - Cải thiện độ bền nóng của thép, nâng cao tốc độ cắt, do đó nâng cao được năng suất gia công. Một số tính năng cơ bản của thép hợp kim dụng cụ. 15 - Theo TCVN thì quy định về ký hiệu của thép hợp kim dụng cụ nhu sau: Chẳng hạn với mác thép 12CrNi3 thì chỉ số đầu tiên cho biết hàm luợng các bon tính theo phần vạn (12/10000 hay 0,12%), kế tiếp là ký hiệu của các nguyên tố chính có trong thành phần của thép, sau mỗi ký hiệu nguyên tố là thành phần % của chúng. Nguyên tố nào mà sau nó không ghi chỉ số kèm theo thì mặc định thành phần của chúng < 1%, trong ví dụ này thì hàm luợng Cr < 1%, hàm luợng Ni ~ 3%. - Theo tiêu chuẩn Nga thì ký hiệu của các nguyên tố hợp kim nhu sau: Bảng 1.2: Ký hiệu một số nguyên tố hợp kim theo tiêu chuẩn Nga. STT Tên nguyên tố Ký hiệu tiêu chuẩn Nga 1 Nitơ (N) A 2 Vônfram (W) B 3 Silic (Si) C 4 Đồng (Cu) ữ 5 Côban (Co) K 6 Bo (B) P 7 Sêlen (Se) E 8 Phốt pho (P) n 9 Mangan (Mn) r 10 Niôbi (Nb) E 11 Niken (Ni) H 12 Titan (Ti) T 13 Vannađi (V) 0 14 Crôm (Cr) X Đối với thép hợp kim dụng cụ, ta chọn mác thép 9XBr để chế tạo các loại dao phay ngón, calip ren. Thép X6BO, 5XB2C, 6XB2C dùng để chế tạo dụng cụ cán ren. Các mác thép 4XC, 6XC, 4XB2C dùng để chế tạo các dụng cụ cắt nóng. 1.2.3. Thép gió. Thép gió tên tiếng Anh High Speed Steel (Viết tắt là HSS). Nền cơ bản của thép gió vẫn là thép các bon nhưng có hàm lượng các bon cao hơn, trung bình khoảng 1,45% C. Để có tính cắt tốt, người ta cho thêm vào thép một hàm lượng vônfram đáng kể. Ngoài vônfram ra còn có một hàm lượng nhỏ các nguyên tố 16 hợp kim như: Cr, V, Co. Những nguyên tố như W, Cr, V kết hợp với C tạo thành những các bít có độ cứng cao và chịu mòn tốt. Trong đó, WC (các bít vônfram) đóng vai trò quyết định đến tính cắt. Do đó, thép gió có những tính năng cắt cơ bản như sau: - Độ thấm tôi lớn, độ cứng sau khi tôi khoảng 62:631 IRC. - Độ bền nóng khoảng 610°C. - Tốc độ cắt khoảng 25:35 (m/ph) - Có tính mài tốt. Thép gió được ký hiệu như sau biệt giữa hai loại thép gió này: — - Năng suất cắt và độ bền nóng khác nhau không đáng kể. N --- 1 - Dụng cụ làm bằng P18 dễ mài hơn, dễ nhiệt luyện hơn. - P18 chịu mòn tốt hơn, có tính bền cao hơn. — r N Ngoài hai loại P18 và P9 còn xuất hiện thêm các loại thép gió có năng suất cao. Nhờ tăng thêm thành phần V và Co (với tỷ lệ 5 - 10% ) nên khả năng chịu nhiệt và khả năng chống mòn của loại thép này cao hơn. Một số ưu điểm của nhóm thép này so với P18 và P9 như sau: — .. _____ _ -Các mác thép gió P18K10, P10K5d>5 có độ bên nóng từ 630 4- 650°C. - CÓ thê nâng cao tôc độ căt lên 5 4- 10% so với P18. - Tăng mối bền của dụng cụ cắt lên 1,5 4- 3 lần. f ----------------------------------------------------------------------------------------- X - Loại vật liệu này rất tốt khi gia công thép xây dựng có độ bền cao (HB = 300 4- 350), thép chịu nhiệt và nhừng loại vật liệu khó gia công. Phạm vi ứng dụng của thép gió là dùng để chế tạo các loại dụng cụ cắt có prôfin phức tạp, chẳng hạn như mũi khoan, mũi khoét, mũi doa, dao chuốt... 17 1.2.4. Hợp kim cứng. 1.2.4.1. Khái niệm. Hợp kim cứng là hợp kim bột. Thành phần chủ yếu gồm một số các bít của các kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao như: W, Ti, Ta (Kết hợp với C tạo thành các bít tương ứng: WC, TiC, TaC). Để tạo thành mảnh hợp kim cứng, ngoài các các bít trên còn có thêm thành phần côban. Bột của các các bít và Co được trộn đều, ép và thiêu kết. Hợp kim cứng có những tính chất cơ bản như sau: - Độ cứng cao, khoảng 70:711 IRC', độ cứng do các hạt các bít tạo thành. - Độ bền nóng lên tới hàng nghìn độ. Do chứa các hạt các bít có nhiệt độ nóng chảy cao, (WC nóng chảy ở 2800°C, TiC nóng chảy ở 3200°C và Co nóng chảy ở 1500°C). - Tốc độ cắt lớn khoảng 100:150 (m/phút). - Gia công được các loại thép qua tôi và các loại vật liệu cứng khác. - Độ chịu mòn tốt, chịu nén tốt hơn chịu kéo, uốn. - Giòn, dễ bị nứt vỡ khi chịu tải trọng động. Hợp kim cứng bao gồm 3 nhóm thông dụng: 1.2.4.2. Nhóm 1 các bít. Nhóm hợp kim này có thành phần chủ yếu là WC và Co. Nhóm này thường được dùng để chế tạo dụng cụ cắt gia công các loại vật liệu giòn như gang ... Ký hiệu của nhóm này là BK, một số mác hợp kim cứng thuộc nhóm nay như: BK6, BK8, BK10. với các chỉ số sau đó là hàm lượng Co, ví dụ BK8 thì hàm lượng Co ~ 8%. 1.2.4.3. Nhóm hai các bít. Nhóm hợp kim này có thành phần bao gồm các bít vônfram (WC) chiếm phần lớn, các bít titan (TiC) và côban. Nhóm này thường được dùng để gia công hợp kim màu và các loại thép có độ cứng không cao. Ký hiệu của nhóm này là TK, cụ thể với mác T15K6 thì chỉ số sau chữ “T” cho biết hàm lượng TiC (- 15%), chỉ số sau chữ “K” cho biết hàm lượng Co (- 6%), còn lại là hàm lượng WC. 1.2.4.4. Nhóm ba các bít. Là nhóm hợp kim cứng với thành phần bao gồm WC, TiC, TaC và Co. Trong đó WC chiếm phần lớn. Nhóm các bít này được dùng để chế tạo các mảnh dao gia công các vật liệu có độ bền và độ cứng cao. Ký hiệu nhóm này là TTK, cụ thể với mác TT7K12 thì chỉ số sau “TT” cho biết hàm lượng TiC và TaC (- 7%), chỉ số sau chữ “K” cho biết hàm lượng Co, còn lại là hàm lượng WC. 18 Hợp kim cứng còn được phân loại theo kích thước của các hạt các bít, theo tiêu chí này thì hợp kim cứng được phân loại thành những dạng sau: - Hợp kim cứng có độ hạt nhỏ (Kích thước hạt các bít khoảng Xịirrì). - Hợp kim cứng có độ hạt trung bình (Kích thước hạt các bít khoảng 14-2 Ịim ) - Loại hạt trung bình thì ký hiệu như thông thường. - Hợp kim cứng có độ hạt lớn. (Kích thước hạt các bít khoảng 2 4-5 gm) - Cuối ký hiệu vật liệu có chữ B, ví dụ: BK6B. Theo tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO, thì hợp kim cứng được phân loại theo dạng phoi, điều kiện gia công và vật liệu gia công. Hình 1.5. Phân loại HKC theo ISO. Với mỗi nhóm trên đây lại được chia ra thành các nhóm nhỏ. Các nhóm nhỏ có thêm hai chữ số sau tên của nhóm chính, ví dụ: K01; K10; K20; K30 với nhóm P có P01; P10; P20 và nhóm M có M10; M20. Chữ số ở phần đuôi tăng lên chứng tỏ độ bền của HKC tăng lên, còn độ cứng, khả năng chống mòn và tốc độ cắt của nó giảm. I.2.4.4. Ảnh hưởng của thành phần đến tính chất của HKC. Thành phần của hợp kim cứng quyết định đến tính chất của hợp kim cứng. Cụ thể là: - Tính cắt của hợp kim cứng do các pha các bít quyết định. HKC nhóm K - Gia công: gang xám, KL mau. - Phoi: vụn, phoi xếp HKC nhóm M HKC nhóm p - Gia công: thép đúc, gang dẻo. 19 - Độ bền cơ học của hợp kim cứng do kim loại coban quyết định. Ví dụ, hợp kim cứng thuộc nhóm TK có độ cứng, khả năng chống mài mòn và độ bền nóng cao hơn so với nhóm BK. 20 ứng đê xảy ra hiện tuợng chảy dính càng cao. Hình 1.6. Nhiệt độ chảy dính của thép C40 với một số vật liệu. Nhu vậy từ sơ đồ hình 1.6 chứng tỏ rằng HKC nhóm TK có độ bền nóng, khả năng chống mài mòn tốt hơn nhóm BK. ưu điêm này càng thê hiện rõ hơn khi cắt cao tốc. Sơ đồ trong hình 1.7 cho ta thấy rõ điều này, khi cắt với vận tốc cắt thấp thì tuổi thọ của nhóm BK cao hơn so với nhóm TK vì với tốc độ cắt thấp thì dụng cụ hu hỏng không phải vì mòn mà vì rạn nứt. Khi tăng tốc độ cắt trên 100 (m/phút) thì uu điêm của nhóm TK mới nổi bật hơn so với nhóm BK. Sự có mặt của TiC và TaC trong hợp kim cứng làm giảm độ dính giữa phoi với dụng cụ cụ cắt (TaC nóng chảy ở nhiệt độ 3380°C). TaC mềm hơn TiC do đó Khi càt vài tàc àà cao thì nguyên nhân chà yàu dàn ààn mòn dàng cà càt là...ủa lực ma sát, với Vf < V. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng chảy chậm cũa vật liệu. *) Hệ quả của hiện tượng này là các phần tử vật liệu có liẻn kết yếu với phoi sè bám dinh vào mặt tiước của dao va tích tụ dần thành khối lẹo dao. - Điều kiện hình thành lẹo dao. Do mặt trước của dao chịu áp lực lớn, bề mặt dao không hoàn toàn nhẵn, khi phoi hình thành, với hiện tượng chảy chậm của vật liệu thì ma sát giữa phoi với mặt trước sẽ lớn hơn lực liên kết của các phần tử kim loại trên phoi, các phần tử này sẽ dính vào mặt trước của dao tạo thành lẹo dao, khi đó: T > Q - s (3.2) Trong đó: T: Là lực ma sát giữa phoi với mặt trước của dao. S: Là lực thoát phoi. Q: Lực liên kết giữa các phần tử kim loại trên phoi. 58 Hình 3.9. Điều kiện hình thành lẹo dao. Khi chiều cao h của lẹo dao tăng lên, lực thoát phoi tăng lên đến khi thỏa mãn điều kiện Q + S > T thì lẹo dao bị phá hủy. Quá trình này lặp đi lặp lại theo chu kỳ. 3.3.4. Ảnh hưởng của lẹo dao. 3.3.4.1. Ảnh hưởng có lợi từ lẹo dao. Lớp lẹo dao có tác dụng bảo vệ mũi dao, giảm sự cào xước của lớp phoi trên bề mặt dao vì lớp lẹo dao cứng hơn độ cứng của phoi khoảng 2,5 - 3 lần. Lẹo dao làm tăng góc trước của dao nên lực cắt giảm, dao dễ cắt hơn. Tuy nhiên, lẹo dao thường xảy ra ở dạng chu kỳ nên những mặt tích cực trên không đáng kể so với tác hại do nó gây ra. 3.3.4.2. Những bất lợi do lẹo dao gây ra. Khi xuất hiện lẹo dao theo chu kỳ thì đồng nghĩa với chiều sâu cắt t luôn bị thay đổi gây ra sai số hình dạng bề mặt gia công. Mặt khác, lẹo dao cào xước lên bề mặt gia công, thêm vào đó một phần lẹo dao thoát ra dính vào bề mặt gia công nên chất lượng bề mặt sau khi gia công giảm. Khi xuất hiện lẹo dao, nhiệt cắt lớn, ma sát lớn gây ra hiện tượng chảy dính, bám dính giữa vật liệu dao với phoi. Các phần tử vật liệu dao dính vào phoi và thoát ra ngoài, theo thời gian, dao bị mòn. Khi đó, mòn dao không chỉ là mòn cơ học bình thường, cùng với hiện tượng chảy dính của vật liệu dao, cộng thêm sự giảm độ cứng ban đầu của vật liệu dao làm cho quá trình mòn dao xảy ra khốc liệt (Xem hình 3.10). Khi dao nguội, khối lẹo dao nguội nhanh hơn dao nên có thể gây nứt mảnh cắt, đặc biệt là mảnh hợp kim cứng, mảnh gốm, kim cương (Xem hình 3.11). 59 Hình 3.11. Dao bị nứt, vỡ. 3.3.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến chiều cao lẹo dao. Có nhiều yếu tố ảnh huởng đến sự hình thành và phát triển chiều cao lẹo dao, ở đây ta chỉ xét đến các yếu tố chính nhu: tốc độ cắt v, chiều dày cắt a, luợng chạy dao S, góc truớc Y. 3.3.5.1. Ảnh hưởng của tốc độ cắt. Hình 3.12. Vùng tốc độ cắt ảnh hưởng đến lẹo dao. Kích thuớc của lẹo dao và tính vững chắc của nó phụ thuộc rất nhiều vào tốc độ cắt. Vùng tốc độ cắt ảnh huởng đến sự hình thành, phát triển của lẹo dao đuợc chia làm bốn khoảng nhu sau (Xem hình 3.12): - Vùng I: Tốc độ cắt < 3(m/phút) - Tại vùng này lẹo dao không tồn tại hoặc rất nhỏ. - Vùng II: Tốc độ cắt trong khoảng 3:50 (m/phút) - Lẹo dao xuất hiện và chiều cao lẹo dao tăng dần. - Vùng III: Tốc độ cắt trong khoảng 50:80 (m/phút) - Lẹo dao bắt đầu giảm. - Vùng IV: Tốc độ cắt trong khoảng 80:120 (m/phút) - Lẹo dao không tồn tại. Lưu ý: Tùy thuộc vào tính chất cơ lý và thành phần hóa học của vật liệu gia công mà tốc độ cắt trong các vùng trên có thay đổi chút ít. Trong biểu đồ ở hình 3.12 còn cho ta thấy ảnh huởng của tốc độ cắt v đến nhiệt cắt d°, tốc độ cắt tăng thì nhiệt cắt tăng. Quan hệ giữa tốc độ cắt với góc truớc của dao khi có lẹo dao Y1 cũng có tuơng quan giống với quan hệ giữa tốc độ cắt v với chiều cao lẹo dao h. 3.3.5.2. Ảnh hưởng của chiều dày cắt a. Chiều dày cắt a có ảnh huởng lớn đến sự hình thành và phát triển của lẹo dao. Trong hình 3.13, ta có thể thấy rằng chiều dày cắt càng lớn thì hiện tuợng lẹo dao càng dễ xảy ra. Vì a càng lớn, áp lực của phoi lên mặt truớc của dao càng tăng, ma sát tăng 60 nên điều kiện hình thành lẹo dao càng dễ xảy ra. Trong biểu đồ ở hình 3.13 dễ thấy chiều dày cắt a1 lớn nhất nên v0 ứng với chiều cao lẹo dao hmax cũng nhỏ hơn khi chiều dày cắt tuơng ứng là a2 và a3, đồng thời hmax tuơng ứng với a1 là lớn nhất. Mặt khác, ta có liên hệ a = S.sinọ, nhu vậy có thể thấy rằng ảnh huởng của chiều dày cắt a đến chiều cao lẹo dao có thể đuợc xác định thông qua ảnh huởng của S và ọ. 0 VQ V m/ph Hình 3.13. Quan hệ giữa chiều dày cắt và chiều cao lẹo dao. 3.3.5.3. Ảnh hưởng của góc trước Y. Trong biểu đồ ở hình 3.14 cho ta thấy, ứng với giá trị của góc truớc Y1 nhỏ nhất thì chiều cao lẹo dao đạt đuợc hmax lớn nhất , ứng với tốc độ cắt tuơng ứng v0 nhỏ nhất so với giá trị v0 tuơng ứng với các góc truớc có giá trị lớn hơn Y2, Y3. Điều này cũng dễ hiểu vì Y càng nhỏ, ma sát càng lớn nên càng dễ hình thành lẹo dao. Hình 3.14. Quan hệ giữa góc trước với chiều cao lẹo dao. Ngoài các nhân tố chính đã phân tích ở trên thì tính chất của vật liệu gia công, chế độ tuới nguội và độ bóng của mặt truớc cũng ảnh huởng lớn đến sự hình thành lẹo dao. 3.3.6. Biện pháp khắc phục hiện tượng lẹo dao. Ở trên ta đã biết rằng, chính ma sát lớn, áp lực lớn của phoi với mặt truớc là nguyên nhân gây nên hiện tuợng lẹo dao. Vì thế, để khắc phục hiện tuợng lẹo dao thì cần phải có biện pháp nhằm làm giảm ma sát, áp lực giữa phoi với mặt 61 truớc, giảm nhiệt cắt để hạn chế ảnh huởng của hiện tuợng chảy dính. Vì vậy, một số biện pháp cơ bản để khắc phục hiện tuợng lẹo dao thuờng dùng nhu sau: - Phun dung dịch trơn nguội để giảm ma sát giữa phoi và mặt truớc của dao, đồng thời giảm nhiệt cắt sinh ra. - Mài mặt truớc dao có độ bóng cao để giảm ma sát, giảm sự bám dính. 62 - Lựa chọn thông số hình học của dao phù hợp để quá trình cắt được dễ dàng, biến dạng của phoi giảm và phoi thoát nhanh ra khỏi trước của dao (Y, Ọ). - Lựa chọn chế độ cắt v, S, t hợp lý, người ta đã chứng minh được lẹo dao chủ yếu chịu ảnh hưởng của tốc độ cắt v, đồng thời chỉ có một vùng tốc độ cắt nhất định mới xuất hiện lẹo dao. Vì vậy, biện pháp hiệu quả nhất là cắt ở vùng tốc độ cắt không có sự hình thành lẹo dao, nên gia công ở vùng tốc độ cắt cao để bảo đảm năng suất gia công. - Giảm độ dẻo của vật liệu gia công trong điều kiện cho phép. 3.4. Nhiệt cắt. 3.4.1. Nguồn nhiệt và sự truyền nhiệt cắt. Hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt đóng vai trò rất quan trọng, nó ảnh hưởng đến quá trình tạo phoi, lẹo dao, co rút phoi, lực cắt và cấu trúc lớp bề mặt. Ngoài ra, nhiệt cắt còn ảnh hưởng rất lớn đến cường độ mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt. Hình 3.15. Nguồn sinh nhiệt và sự phân bố nhiệt cắt. Trong quá trình tạo phoi, ở vùng cắt sinh ra một nhiệt lượng lớn. Các nguồn sinh nhiệt chủ yếu gồm có: - Nội ma sát do các phân tử trượt lên nhau trong quá trình biến dạng ở miền biến dạng thứ nhất, sinh ra lượng nhiệt Q1 xung quanh mặt trượt OE. Đây là nguồn sinh nhiệt chính trong quá trình cắt. Phần lớn lượng nhiệt do Q1 sinh ra được truyền vào phoi, một tỉ lệ nhỏ vào chi tiết. - Ma sát giữa phoi với mặt trước của dao, biến dạng ở vùng biến dạng thứ hai sinh ra lượng nhiệt Q2. Nhiệt lượng do Q2 truyền vào phoi là chính, một phần vào dao. - Ma sát giữa mặt sau của dao với bề mặt gia công sinh ra lượng nhiệt Q3. Nhiệt lượng Q3 thường nhỏ và truyền vào chi tiết và dao. Phương thức truyền nhiệt ở trên là truyền nhiệt bằng tiếp xúc, chỉ có một lượng nhiệt nhỏ truyền vào môi trường xung quanh bằng bức xạ. Nói chung các vật liệu làm dụng cụ cắt (trừ kim cương) đều có hệ số truyền nhiệt nhỏ. Do đó, nhiệt lượng được truyền vào phần cắt không lớn so với nhiệt lượng được 63 64 Hình 3.16 mô tả tỷ lệ phân bố nhiệt giữa phoi, chi tiết gia công và dao khi tiện với dao gắn mảnh HKC T60K6, với chế độ cắt t=1,5 mm, S=0,12 mm/vg. Phân tích biểu đồ trong hình 3.18 có thể thấy rằng khi tăng v thì nhiệt lượng truyền vào phoi tăng lên, còn nhiệt truyền vào chi tiết gia công và dao thì giảm đi và lượng nhiệt truyền vào dao là nhỏ nhất. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy: - Khi gia công với tốc độ cắt không lớn, v = 30:40 (m/ph), tỷ lệ phân bố nhiệt cắt như sau: Qphoi « 60:70%;, ọChl tiết'« 30:40% ; Qdao « 3%. - Khi cắt cao tốc với tốc độ cắt v = 400:500 (m/ph), Qphoi ~ 97:98%, Qdao ~ 1%. Thực nghiệm cũng khẳng định tính dẫn nhiệt của chi tiết gia công càng nhỏ thì nhiệt tỏa vào dao càng lớn. Hình 3.17.So sánh sự phân bố nhiệt cắt khi cắt thường và cắt cao tốc. Tuy tỷ lệ % nhiệt cắt truyền vào dao nhỏ nhưng vì độ dẫn nhiệt của vật liệu dụng cụ cắt thấp, tiết diện phần cắt nhỏ nên nhiệt độ tại phần cắt thường tập trung và rất cao. Thông thường khi gia công thép với chế độ cắt trung bình thì nhiệt độ phần cắt khoảng 600:650°C. Nếu bỏ qua % nhiệt lượng truyền vào môi trường thì phương trình cân bằng nhiệt được biểu diễn như sau: = Q-. - Qz - QỊ (3.3) Người ta xác định rằng trên 99,5% công cắt biến thành nhiệt. Nên có thể xác định Q theo biểu thức: „ - , _ , „ P-.I7 R..V kcal E 427 ph J Trong đó: Pz - Là lực cắt chính, kG. V - Là vận tốc cắt, m/phút. E - Là đương lượng nhiệt của công (E = 427 kGm/kCal). 3.4.2. Trường phân bố nhiệt trên bề mặt dao. Khi nói về nhiệt cắt cần nhớ rằng nó không phải là hằng số tại bất kỳ điểm nào trong vùng cắt. Nhiệt cắt phân bố trên bề mặt dụng cụ cắt cũng vậy, nhiệt cắt tại mỗi điểm không chỉ khác nhau mà còn có thể thay đổi theo thời gian. (3.4) 65 Quan sát trường phân bố nhiệt độ trên mặt trước của dao, hình 3.18a, khi tiện thép 40X với t =1,5 mm; S = 0,21 mm/vg; v = 115 m/ph. Ta thấy, trong vùng tiếp xúc giữa mặt trước của dao với phoi thì nhiệt cắt lớn nhất nằm giữa vùng tiếp xúc, tức là tại điểm C/2 nhiệt cắt là lớn nhất 3... Điểm này cũng chính là trung tâm của áp lực trên mặt trước và là nơi xuất hiện vết mòn (hình 3.18b) có dạng lưỡi liềm. 66 3.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt cắt. 3.4.3.1. Chế độ cắt. Tích của 3 yếu tố chế độ cắt là thể tích vật liệu được cắt ra trong một đơn vị thời gian W = v.S.t (mm3). Một trong 3 yếu tố tăng làm thể tích W tăng đồng nghĩa năng lượng cần thiết cung cấp cho quá trình cắt cũng tăng lên. Như trên đã trình bày thì khoảng 99,5% công cắt biến thành nhiệt và vì thế nhiệt cắt sẽ tăng theo khi v, S, t tăng lên. Qua nghiên cứu, người ta xác định được quan hệ giữa tốc độ cắt v, lượng chạy dao S, chiều sâu cắt t với nhiệt cắt 0° được mô tả trong hình 3.19. Hình 3.19. Quan hệ giữa nhiệt cắt với các yếu tố chế độ cắt. Phân tích hình 3.19, thấy rằng khi v, S, t tăng thì nhiệt cắt tăng. Tuy nhiên, đường cong có độ dốc giảm dần, phía cuối độ dốc giảm đến mức gần như nằm ngang, lý do cụ thể như sau: - Đối với quan hệ ỡ° - v. Khi tăng v làm cho tốc độ biến dạng giảm, lượng nhiệt sinh ra do biến dạng giảm, tốc độ cắt tăng làm phoi trượt với vf lớn nên nhiệt sinh ra do ma sát giữa dao với phoi cũng giảm, kết quả làm nhiệt cắt tăng chậm khi tăng v. - Đối với quan hệ ỡ° - S. 9 °C c Hình 3.18. Nhiệt độ trên mặt trước dao (a) vết mòn trên mặt trước (b). 67 Khi S tăng đương nhiên nhiệt cắt tăng. Khi S tăng thì chiều dày cắt a tăng lên làm cho tâm áp lực lùi xa ra lưỡi cắt. Do đó nhiệt độ cắt trung bình sẽ tăng chậm lại khi tăng S. - Đối với quan hệ ỡ° -1. Tăng chiều sâu cắt t, chiều dài lưỡi cắt tham gia cắt tăng lên, điều kiện truyền nhiệt tố hơn vì vậy mà nhiệt cắt tăng chậm khi tăng chiều sâu cắt t. 3.4.3.2. Vật liệu gia công. Độ bền ơb, tính dẫn nhiệt và độ dẻo dai của vật liệu gia công ảnh hưởng khá lớn đến nhiệt cắt. 68 3.4.3.3. Thông số hình học của dao. - Ảnh hưởng của góc trước y. Khi góc truớc tăng, lực cắt giảm do đó công suất cắt giảm vì vậy luợng nhiệt tỏa ra cũng giảm. Tuy nhiên, điều đó đồng nghĩa với góc sắc p giảm, tiết diện phần cắt giảm khi đó điều kiện truyền nhiệt và thoát nhiệt sẽ kém dẫn đến nhiệt cắt tăng. Vì thế tồn tại một giá trị góc truớc Yo tối uu để cho nhiệt cắt và lực cắt đều giảm. Hình 3.20. Ảnh hưởng của góc trước đến nhiệt cắt. - Ảnh hưởng của góc nghiêng chính Khi góc nghiêng chính ọ giảm thì chiều dài luỡi cắt tham gia cắt tăng, đồng thời góc đỉnh dao £ tăng do đó điều kiện thoát nhiệt tốt cho nên nhiệt độ cắt giảm và nguợc lại. <p 0 Hình 3.21. Ảnh hưởng của góc ọ đến nhiệt cắt. Nếu vật liệu gia công có tính dẫn nhiệt tốt, điều kiện truyền nhiệt, tản nhiệt tốt hơn, khi đó nhiệt cắt tích tụ tại vùng cắt sẽ giảm. e°(° 69 3.4.4. Công thức xác định nhiệt cắt. Tổng hợp tất cả các yếu tố ảnh huởng đến nhiệt cắt, có thể xác định nhiệt cắt qua công thức có dạng tổng quát nhu sau: Ể: = C9V\V.f<.Vin.pị^ (3.5) Trong đó: Co - Là hệ số kể đến ảnh huởng của các yếu tố của quá trình cắt. 70 m, n, q - Là những số mũ thể hiện mức độ ảnh hưởng của các yếu tố tương ứng đến nhiệt cắt (q<n<m<1). Vì q<n<m<1 nên để giảm nhiệt cắt khi diện tích lớp cắt f = S.t = const thì nên cắt với tỷ số t/S lớn đến mức có thể được (Xem hình 3.20 - S ảnh hưởng đến nhiệt cắt lớn hơn so với t) đồng thời giảm góc nghiêng chính. A.M. Danhienla đã đề xuất các công thức tính nhiệt cắt trong 1 số trường hợp khi cắt thép hợp kim kết cấu bằng thép gió như sau: - Khi tiện: Cỡ.v0<5°'24.t°'Msiníp)0'26 r — j-0,11 po,ữ6 (3.6) Trong đó: r - Bán kính mũi dao. F - Tiết diện thân dao. - Khi bào: e = C .v°XS°\t0,28 e (3.7) - Khi khoan: e=C y°XS0,82 e (3.8) - Khi phay: e = C .v0’39.Sz0,17.t °’15.B0’08 (3.9) 3.5. Hiện tượng rung động trong quá trình cắt. Trong quá trình cắt gọt luôn luôn phát sinh rung động làm giảm độ bóng, độ chính xác gia công.Về cơ bản rung động được chia làm hai loại: - Rung động cưỡng bức. - Rung động tự phát. Sơ đồ bên dưới trình bày nguyên nhân hình thành và biện pháp khắc phục các rung động trên. RUNG ĐỘNG Tự PHÁT (Rung động sinh ra bời quá trình cất. sinh ra do sự thay đôi lực căt) NGUYÊN NHẨN - Lực cắt không đều, do cắt gian đoạn với lượng dư không đêu, độ cứng của vật liệu gia công không đều. - Các chi tiết máy, chi tiết gia cộng, dao không được cân băng tôt khi quay nhanh gây ra lực ly tâm. - Rung động từ bên ngoải tác động NGUYÊN NHÂN - Lượng dư cắt không đều. - Lực ma sát giữa phoi với dao thay đỗi. - Kích thước lớp cat không phù hợp. 71 - Nâng cao độ cứng vững của hệ thông công nghệ (Máy - Dao - Đồ ga). - Nâng cao độ chính xác của máy, dao và đồ gá, các chi tiết quay nhanh cân được cân băng tot. - Tránh cất gián đoạn. Có nền móng tốt nhàm giảm rung động - Cắt với lượng dư đều, hạn chể sự thay đẻi lực ma sát giữa phoi với dao. - Không nên cất lóp phoi quá rộng vả quá mỏng. - Chọn chế độ cắt hợp lý đế lẹo dao không xuât hiện. - Dùng dung dịch trơn nguội đẻ giảm mòn dao. - Nâng cao độ cứng vững của hệ thông công nghệ. 72 3.6. Trạng thái bề mặt gia công. Khi nói đến trạng thái bề mặt gia công là nói đến đặc tính của hai yếu tố cơ bản đó là: hình dáng hình học lớp bề mặt gia công, ở đây ta quan tâm đến chiều cao nhấp nhô trên bề mặt gia công. Và trạng thái cơ lý lớp bề mặt gia công. 3.6.1. Chiều cao nhấp nhô trên bề mặt gia công. Khi gia công bề mặt bằng dụng cụ cắt có luỡi cắt nói chung thì profin của luỡi cắt sẽ chép lại trên bề mặt gia công . Trong hình 3.23. ta thấy rằng thông số hình học của dao trong mặt phẳng cơ sở quyết định đến chiều cao nhấp nhô trên bề mặt do dao tiện (r = 0) để lại. Khi đó chiều cao nhấp nhô h đuợc xác định theo công thức: h = — --- --- - -- - --- cotg<p -I- colgtpỵ Khi tiện, bào với luỡi cắt có r > 0 thì profin của nhấp nhô có dạng nhu trong hình 3.24 và chiều cao nhấp nhô đuợc xác định theo công thức: (3.11) h = 8r Hình 3.24. Chiều cao nhấp nhô khi cắt với dao tiện có r>0. Trong thực tế chiều cao nhấp nhô của bề mặt gia công không chỉ phụ thuộc vào các yếu tố ở trên mà còn phụ thuộc vào tốc độ cắt v, góc truớc, góc sau chính.. .Hình 3.25. cho thấy ảnh huởng của các nhân tố kể trên đến chiều cao nhấp nhô trên bề mặt gia công. (3.10) Hình 3.23. Chiều cao nhấp nhô khi cắt với dao tiện có r=0. 73 3.6.2. Trạng thái cơ lý bề mặt gia công. Tính chất cơ lý của lớp vật liệu nằm dưới bề mặt gia công ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc và tuổi thọ của chi tiết máy. Ứng suất dư và tình trạng cứng nguội là hai hiện tượng thường gặp trên bề mặt chi tiết sau khi gia công. Sự xuất hiện của hai hiện tượng này là do biến dạng dưới tác dụng của lực cắt, sự thay đổi cấu trúc kim loại do nhiệt cắt sinh ra. 3.6.2.I. Ứng suất dư: Khi cắt gọt tạo phoi, ứng suất dư là do lực cắt là chủ yếu, ứng suất dư do nhiệt cắt là thứ yếu. - Khi gia công vật liệu dẻo, thường ứng suất dư là kéo. - Khi gia công vật liệu giòn thì ứng suất dư thường là nén. - Khi mài với nhiệt cắt cao, ứng suất dư lớp bề mặt luôn luôn là ứng suất dư kéo. Quan sát hình 3.26 có thể thấy được sự thay đổi ứng suất dư theo chiều sâu A. Khi gia công vật liệu dẻo ở lớp rất mỏng khoảng ]:4um - vùng I là ứng suất dư nén. Sang vùng II tùy thuộc vào góc trước Y, chế độ cắt v, S, t thường ứng suất dư là kéo. Chiều sâu của vùng II thường > 10 lần vùng I, cho nên vùng II quyết định đặc trưng ứng suất dư của bề mặt. Sang vùng III, ứng suất dư lại là nén. ơ Hình 3.26. Ứng suất dư và độ cứng nguội của lớp bề mặt. Hình 3.25. Ảnh hưởng của một số yếu tố đến chiều cao nhấp nhô. Hm 74 Ứng suất dư trên bề mặt là kéo làm giảm sức bền mỏi của chi tiết, nếu như ứng suất dư kéo vượt quá giới hạn bền của vật liệu thì có thể gây ra hiện tượng nứt bề mặt. 3.6.2.2. Độ cứng nguội. Khi cắt do ngoại lực làm các pha ferit bị biến dạng và hóa bền gây nên hiện tượng cứng nguội. Nghĩa là độ cứng bề mặt gia công lớn hơn nhiều so với độ cứng của chi tiết. Mức độ cứng nguội được xác định theo công thức: (3.12) “ilfC 75 Trong đó: AH - Là chiều dày lớp cứng nguội. AHM - Là mức độ cứng nguội. HMH - Là độ cứng tế vi lớn nhất của lớp biến cứng. HMC - Là độ cứng tế vi của vật liệu. Nếu tăng luợng chạy dao S và giảm góc truớc Y, độ mòn và cùn của dao tăng thì chiều dày lớp cứng nguội và mức độ cứng nguội tăng lên. 3.7. Dung dịch trơn nguội. 3.7.1. Vai trò của dung dịch trơn nguội. Một trong những biện pháp nhằm cải thiện điều kiện cắt gọt là tuới dung dịch trơn nguội vào vùng cắt trong quá trình gia công. Việc phun dung dịch trơn nguội có tác dụng nhu sau: 3.7.2. Yêu cầu cơ bản của dung dịch trơn nguội. Để đạt đuợc mục đích bôi trơn và làm nguội trong quá trình gia công thì các chất bôi trơn làm nguội phải đáp ứng đuợc những yêu cầu sau: Hình 3.27. Phun dung dịch trơn nguội khi khoan. 76 - Giảm nhiệt cắt. - Giảm đuợc ma sát. - Giảm mài mòn. - Tạo điều kiện thoát phoi dễ dàng. 77 - Cải thiện chất lượng, độ chính xác gia công. - Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị cũng như môi trường. 3.7.3. Một số chất bôi trơn làm nguội trong quá trình cắt. Tùy thuộc vào vật liệu gia công, đặc điểm của phương pháp gia công, thiết bị gia công, có thể lựa chọn một trong các loại chất bôi trơn làm nguội sau: - Thể khí như CO2. - Thể lỏng như nước, nước xà phòng... - Thể rắn như than chì. Trong cắt gọt kim loại, dung dịch trơn nguội thường được chia làm 3 nhóm chính: - Nhóm 1: Là nhóm các dung dịch có tác dụng làm nguội là chủ yếu (Các dung dịch nước điện ly). - Nhóm 2: Là nhóm mà ngoài chức năng làm nguội ra thì một phần có tác dụng bôi trơn (Dung dịch nước xà phòng, dung dịch êmunxi). - Nhóm 3: là nhóm có tác dụng bôi trơn, một phần làm nguội như các loại dầu, mỡ. 3.7.4. Phương pháp tưới dung dịch trơn nguội. 3.7.4.1. Nguyên tắc chung khi tưới dung dịch trơn nguội. Để lựa chọn được dung dịch trơn nguội hợp lý cần căn cứ vào các yếu tố, đó là: - Vật liệu chi tiết gia công. - Phương pháp gia công và tính chất gia công. - Thiết bị gia công. Chẳng hạn, khi chọn dung dịch trơn nguội theo vật liệu gia công, phương pháp gia công cần lưu ý như sau: 78 79 3.7.4.2. Yêu cầu khi tưới. - Tưới đúng vào vùng cần tưới. Hình 3.28. Sơ đồ tưới nguội khi tiện, phay. - Tưới đủ lượng cần thiết. Lưu lượng tưới phụ thuộc vào phương pháp gia công và đặc tính của dung dịch: + Khi tiện: Tưới nước, dầu hòa tan với lưu lượng từ 10 đến 12 (lít/phút). + Khi phay: Tưới nước, dầu lưu hóa với lưu lượng từ 10 đến 20 (lít/phút). + Khi mài: Tưới nước, dầu hòa tan với lưu lượng 20 (lít/phút) + Khi cắt ren, cắt bánh răng: Tưới nước, dầu lưu hóa với lưu lượng từ 3 đến 4 (lít/phút). + Khi chuốt: Tưới dầu lưu hóa với lưu lượng từ 1 đến 3 (lít/phút). - Khi tưới dung dịch cần phải đảm bảo an toàn cho công nhân và thiết bị. CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 3 1. Trình bày đặc điểm của quá trình hình thành phoi? 2. Đặc điểm của các loại phoi và điều kiện hình thành? 3. Trình bày khái niệm về hiện tượng lẹo dao? Nguyên nhân, điều kiện hình thành, ảnh hưởng của lẹo dao và biện pháp khác phục? 80 4. Nguồn gốc và sự phân bố nhiệt cắt? Ảnh hưởng của các nhân tố đến nhiệt cắt? 5. Phân tích ảnh hưởng của thông số hình học của dao đến độ bóng bề mặt của chi tiết? 81 Chương 4: Lực CẮT KHI TIỆN Lực cắt là một trong những thông số quan trọng của quá trình công nghệ. Do vai trò quan trọng của lực cắt mà trong công nghệ nguời ta luôn luôn tìm cách kiểm soát lực cắt bằng các biện pháp trực tiếp hoặc gián tiếp. Giá trị của lực cắt là thông số quan trọng trong thiết kế dao, tính toán lựa chọn sơ đồ gá đặt, kẹp chặt cũng nhu tính toán lựa chọn công suất động cơ của máy 4.1. Cơ sở lý thuyết của lực cắt. 4.1.1. Khái niệm lực cắt. Lực cắt là lực tác dụng từ dao lên phôi để tách ra phoi tạo nên bề mặt chi tiết gia Hình 4.2. Mô hình tương tác giữa dao và phôi. Hình 4.2 thể hiện mô hình tuơng tác giữa dao và phôi. Mũi dao có dạng hình nêm, chuyển động với vận tốc v, tác dụng một lực lên lớp vật liệu trên phôi có chiều dày a. Duới tác dụng của lực lớp vật liệu có chiều dày a bị biến dạng ở vùng 1, sau đó bị phá hủy và hình thành phoi. Để quá trình tạo phoi diễn ra liên tục thì lực còn phải thắng đuợc áp lực do phoi tạo ra trong quá trình cắt, ma sát giữa dao và phoi, ma sát giữa dao và chi tiết gia công. Giá trị thực của lực r chính là giá trị của lực cắt. Hình 4.1. LỤc cỤt khi tiỤn lỤ. công cà... Trong chuàng này, sà mô tà vàn tàt và bàn chàt càa làc càt, vai trò càa làc càt trong quá trình công nghà, các nhân tà ành huàng ààn làc càt và công. 82 4.1.2. Vai trò của lực cắt. Nghiên cứu lực cắt là nghiên cứu nguyên nhân sâu xa của quá trình hình thành phoi. Dựa vào giá trị của lực cắt sẽ xác định đuợc: - Công suất truyền động và độ cứng vững của hệ thống công nghệ. - Độ bền của dao cũng nhu các chi tiết trong máy cắt. 83 Lực cắt cũng là yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất và trực tiếp đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của quá trình công nghệ như: - Độ chính xác về kích thước và hình dáng hình học của chi tiết sau khi gia công. - Chất lượng bề mặt gia công cơ. - Mức độ tiêu hao năng lượng. 4.1.3. Hệ thống lực tác dụng lên dụng cụ cắt. Để đơn giản trong quá trình nghiên cứu động lực học của quá trình cắt, ta khảo sát hệ thống lực tác dụng lên mặt trước và mặt sau của dụng cụ cắt khi cắt tự do, lưỡi cắt có r = 0. Hình 4.3. Các lực tác dụng lên mặt trước và mặt sau khi cắt tự do. - Các lực trên mặt trước của dao. Khi phoi trượt trên mặt trước của dao, mặt trước của dao chịu một áp lực 1. Đồng thời giữa phoi với mặt trước xuất hiện lực ma sát F- với L - .. .’.'■. Trong đó, .. là hệ số ma sát trên mặt trước của dao. Tổng hợp lực : và F- ta được lực ợ . - Các lực tác dụng trên mặt sau của dao. Do bề mặt gia công có tính đàn hồi, nên sau khi mũi dao đi khỏi thì lớp kim loại phục hồi trở lại tạo ra áp lực . Chuyển động tương đối giữa mặt sau của dao với bề mặt chi tiết gia công phát sinh lực ma sát F- với F-_ = .0 . Trong đó, V là hệ số ma sát giữa mặt sau của dao với bề mặt chi tiết gia công. Tổng hợp lực và F- ta được lực ^ ■. , , , Tổng hợp véc tơ của các lực F và ợ ta được lực cắt tổng hợp X. Trong thực tế ta không quan tâm đến phương hướng và độ lớn của lực r, thay vào đó người ta quan tâm đến việc xác định giá trị của lực cắt trên các trục tọa độ Ox, Oy, Oz tương ứng là P . P„. P,. x, y, z. 84 Hình 4.4. Các lực cắt thành phần khi tiện. 85 4.1.4. Các thành phần của lực cắt khi tiện. Hình 4.4. cho thấy các lực cắt thành phần khi tiện. Trong đó: Pz - Gọi là lực tiếp tuyến (Còn gọi là lực cắt chính). Py - Gọi là lực hướng kinh. Px - Gọi là lực chạy dao. Nói chung, các lực cắt Pz, Py, và Px chịu ảnh hưởng của các yếu tố chế độ cắt , thông số hình học của dao không theo cùng quy luật. KHI TIỆN Thông số hình học của dao . (p = 45°, Ẵ = 0, Y = 15^ _______________________________ Chê độ căt t . í >10 Lực cất ' Pz.Py-.Px = 1: (0,4-ỉ- 0,5): (0,25-ỉ-0,3) Khi đó: p = JPỈ +Pj + pị a (1,1 -ỉ-1,15)PZ L_ _____ r r J 4.Ì.4.Ì. Thành phần lực tiếp tuyến Pz. Lực tiếp tuyến Pz có phương thẳng đứng (Vuông góc với mặt phẳng cơ sở) theo chiều đi xuống. Lực Pz có xu hướng gây uốn dao và chi tiết gia công. Do đó, khi thiết kế dao phải căn cứ vào giá trị của lực Pz để tính toán độ bền uốn cho dao. Đồng thời, dựa vào giá trị của lực Pz để tính độ võng của chi tiết, từ đó lựa chọn phương án gá đặt sao cho hợp lý. Để đảm bảo độ bền uốn của thân dao cần: Trong đó: l: Chiều dài gá dao côngxon. Wx: Mô đun chống uốn. +) Tiết diện chữ nhật: Wx=B.H2/6. + Tiết diện hình tròn: Wx = n.D3/32. Lưu ý: Tăng chiều cao H thì khả năng chống uốn tốt hơn khi tăng bề rộng thân dao B. Phản lực của lực Pz là lực T. cùng phương, độ lớn và ngược chiều với lực Pz, Phản lực này cản lại chuyển động quay tròn của phôi tạo ra mô men cắt gọt (Hình 4.6). P (4.1) Hình 4.5. Lực Pz gây uốn dao. 86 (4.2) Trong đó: D là đường kính của phôi. (Nếu P z đo bằng N thì D đo bằng m). Để có thể cắt gọt được thì cần thỏa mãn điều kiện: P'.D ___ , . Mca = [Af] (N.m) (Al} 2 122 ■ ■ • (4.3) 87 Với I là mô men xoắn cho phép của động cơ. Hình 4.6. Mô men cắt gọt. 4.1.4.2. Thành phần lực hướng kính Py. Py có phương dọc theo trục của dao, có xu hướng đẩy dao ra khỏi chi tiết gia công. Phản lực P y có xu hướng gây uốn chi tiết gia công. Căn cứ vào lực Py để tính toán độ cứng vững của chi tiết gia công khi kẹp chặt, từ đó lựa chọn phương án gá đặt hợp lý. Mặt khác, cần kiểm soát lực Py để hạn chế ảnh hưởng của nó đến độ chính xác của chi tiết gia công. Hình 4.7. cho thấy, khi lực cắt Py đủ lớn sẽ gây ra sai số hình dáng hình học của chi tiết gia công. Cụ thể là chi tiết sau khi gia công có dạng hình tang trống. 4.1.4.3. Thành phần lực chiều trục Px. Px có xu hướng cản lại chuyển động tiến dao trong quá trình cắt. Lực Px dùng để tính toán sức bền cơ cấu chạy dao của máy. Px gây nén trục chính, do đó cần chú ý chọn ổ lăn hợp lý cho trục chính. 4.1.5. Công suất cắt khi tiện. Công suất tiêu hao trong quá trình cắt gọt bằng công suất tiêu hao cho chuyển động chính của máy và một phần nhỏ chuyển động chạy dao: - Công suất cắt chính: p .. (4.4) Nca = ' L (fcwo CB 60.102 ỵ J p .s h - Công suất chạy dao: < = ■ — ■ (4.5) Trong đó: Sph = S.n (mm/phút) - Lượng chạy dao phút.Thực tế Ncd thường nhỏ hơn Ncg nhiều, do đó cần chọn công suất hiệu dụng của máy phù hợp, thỏa mãn điều kiện: p„.v _ " — (4'7) Trong đó: Pz - Lực tiếp tuyến, kG, v: Tốc độ cắt, (m/ph). Nm: Công suất máy, kW; : Hiệu suất động cơ chính. 4.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến lực cắt. Hình 4.7. Thành phần lực hướng kính Py 88 Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt, tuy nhiên ở đây ta chỉ quan tâm đến những yếu tố ảnh hưởng chính đến lực cắt như: chế độ cắt, thông số hình học của dao, lớp cắt... 89 4.2.1. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến lực cắt thành phần. 4.2.1.1. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt t và lượng chạy dao S. Khi tăng t và tăng S sẽ làm tăng diện tích lớp cắt, do đó các lực cắt thành phần đều tăng. Hình 4.8. Ảnh hưởng t và S đến lực cắt thành phần. Thực nghiệm cho thấy ảnh hưởng của t đến lực cắt lớn hơn ảnh hưởng của S đến lực cắt. Các đường cong thể hiện quan hệ giữa Pz - t , Py - t , Px - t có độ dốc lớn hơn tương ứng so với các đường cong thể hiện quan hệ giữa Pz - S, Py - S, Px - S. 4.2.1.2. Ảnh hưởng của tốc độ cắt v. Ảnh hưởng của tốc độ cắt v đến lực cắt tương đối phức tạp. Từ biểu đồ trên hình 4.9 có thể thấy rằng trong khoảng tốc độ cắt từ v1 đến v3, lực cắt thành phần biến thiên (giảm trong khoảng từ v1 đến v2 và tăng trong khoảng từ v2 đến v3). Khi tăng tốc độ cắt vượt qua giới hạn v3 thì lực cắt thành phần có xu hướng giảm. Có thể giải thích vấn đề này như sau: - Trong khoảng tốc độ cắt từ v1 đến v3 có sự hình thành lẹo dao. Lẹo dao theo chu kỳ dẫn đến thay đổi giá trị góc trước của dao và đồng nghĩa với việc lực cắt ứng với dải tốc độ cắt này biến thiên. - Khi tốc độ cắt vượt qua giới hạn v3, lẹo dao không xuất hiện nên không tồn tại ảnh hưởng của lẹo dao đến lực cắt. Như đã biết, tốc độ cắt v càng lớn thì biến dạng của vật liệu trên phôi sẽ giảm, đồng nghĩa với lực cắt sẽ giảm theo. Vì thế v càng Hình 4.10. Ảnh hưởng của đến Pz. 90 lớn thì xu hướng lực cắt sẽ giảm. Hình 4.9. Ảnh hưởng của v đến lực các lực cắt thành phần. 91 4.2.2. Ảnh hưởng của thông số hình học của dao đến lực cắt. 4.2.2.1. Ảnh hưởng của góc nghiêng chính ọ. Biểu đồ ở hình 4.10 mô tả ảnh hưởng của ọ đến lực cắt Pz. Đường cong 1 ứng với trường hợp tiện không tự do có r = 2 mm, v = 40 m/phút. Khi tăng ọ thì lực cắt giảm do chiều dày cắt tăng dẫn đến lực cắt đơn vị giảm. Tuy nhiên khi ọ tăng quá 45° thì do chiều dài lưỡi cắt cong tham gia cắt tăng nên dẫn đến làm tăng biến dạng do đó lực cắt tăng. Với đường công 2 và 3 tương ứng là các trường hợp tiện không tự do và tiện tự do khi có r = 0. Như vậy do không có ảnh hưởng của bán kính mũi dao nên khi tăng ọ thì lực cắt giảm. Góc nghiêng chính ọ có ảnh hưởng lớn đến trị số lực Py , khi góc ọ tăng lực Py giảm và khi góc ọ = 90° thì lực Py... thép 2 = = 2 ■-. * Gia công gang * Mũi doa tay có + Phần dẫn hướng: Phần này định hướng mũi doa khi làm việc và gồm hai phần l2 và 13: * Phần trụ l2 có các lưỡi cắt phụ dọc các răng mũi doa để sửa đúng và định hướng mũi doa trong lỗ. * Phần l3 côn ngược để giảm ma sát, giảm lực cắt và hạn chế làm rộng lỗ. + Chiều dài đoạn l3= (0,25 - 0,3).D. Độ côn ngược thì phụ thuộc là doa tay hay doa máy: * Mũi doa máy: (0,04 - 0,1)/100. * Mũi doa tay: (0,01 - 0,015)/100. + Số răng Z thường để chẵn để dễ đo đướng kính bằng panme hoặc các dụng cụ đo khác. 7.2.2.2. GÓC độ của dao doa. Hình 7.20. Góc độ của dao doa. 129 Góc trong tiết diện A-A: + Doa tinh: + Doa thô : Góc -■ trong tiết diện A-A: + Doa tinh: - :. 5 - 12 ■■ ■ Gia công vật liệu dẻo, gia công thô lấy trị số lớn, gia công tinh lấy trị số nhỏ. Góc sau của bộ phận sửa đúng Cạnh viền f = (0,05 - 0,3) mm, được bố trí dọc răng dao doa, định hướng mũi doa, sửa đúng và làm nhẵn. Bước răng: Để tránh lực đẩy ngang xuất hiện đẩy về một phía bước răng nào đó gây méo lỗ, do số bước răng không đều nên người ta chế tạo sao cho: 130 .-_. Đồng thời để dễ kiểm tra đường kính thì làm các răng đối xứng từng đôi một. Hình 7.21. Phân bố bước răng theo vòng. 7.2.3. Chế độ cắt khi khoan, khoét và doa. - Chiều sâu cắt t (mm) + Khi khoan lỗ từ phôi đặc t = D/2 (mm) . + Khi khoan mở rộng lỗ, khoét và doa ta có: r = —;— - Lượng chạy dao S (mm/vòng). ~ + Khi khoan tính theo công thức sau: *) Khi khoan thép: . „ s - 3,88. ơ0 94 *) Khi khoan gang: . D°81 s = 7. 34. ----------- + Khi khoan, khoét bằng dao thép gió: S = Cs .D0,6 (mm/vòng) + Doa bằng dao thép gió: S = Cs .D0,7 (mm/vòng) + Lượng chạy dao khi khoan, khoan rộng, khoét bằng dao HKC tra theo bảng trong STCNCTM. - Tốc độ cắt v (m/phút). Khi khoan, khoan rộng lỗ, khoét và doa thì tốc độ cắt được tính theo công thức: Trong đó: Các hệ số Cv ; zv ; xv ; yv ; m; Kv được trong các bảng trong STCNCTM. Ũ 131 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 7 1. Trình bày đặc điểm của phương pháp gia công khoan và cấu tạo của mũi khoan xoắn? Nguyên nhân dẫn đến lỗ khoan bị xiên, bị lệch? 2. Trình bày các thành phần của lực cắt, mô men xoắn khi khoan? 3. Cấu tạo của mũi khoét và mũi doa? 132 Chương 8: PHAY Phay là một trong những phương pháp gia công thông dụng cho năng suất cao. Khả năng công nghệ của phay khá đa dạng, phương pháp phay có thể được ứng dụng để gia công nhiều dạng bề mặt khác nhau, từ đơn giản như mặt phang đến phúc tạp như mặt răng... Hiện nay, phay được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong sản xuất với việc phát triển các máy công cụ và dụng cụ cắt. 8.1. Khái niệm, đặc điểm của phay. - Phay được sử dụng để gia công các mặt phẳng, rãnh thẳng, rãnh xoắn, then hoa, bánh răng, gia công ren, gia công các mặt tròn xoay, mặt định hình. - Chuyển động chính khi phay do dao phay thực hiện, còn chuyển động chạy dao do bàn máy mang chi tiết thực hiện. Phay đạt ĐCX từ cấp 2 - 4, độ bóng từ 4 - 7. Hình 8.2. Các chuyển động cắt trong một số sơ đồ phay. - Dao phay có nhiều lưỡi cắt tham gia cắt đồng thời, đường kính dao phay lớn, tốc độ phay cao, có nhiều phương án gia công nên phay cho năng suất cao. - Lưỡi cắt không làm việc liên tục, khối lượng dao lớn nên điều kiện truyền nhiệt tốt. Tuy nhiên, diện tích lớp cắt thay đổi gây rung động, cũng vì vậy mà khả năng tồn tại lẹo dao ít hơn khi tiện. Hình 8.3. Quá trình cắt không liên tục khi phay. Hình 8.1: Phay rãnh 133 a) Phay bằng dao phay trụ; b) Phay bằng dao phay mặt đầu. Có nhiều chỉ tiêu phân loại dao phay, chẳng hạn như: + Theo vật liệu làm dao: Dao HSS, dao HKC. + Theo kết cấu bên trong có: Dao phay liền, dao phay ghép, dao phay răng chắp bằng hàn hay bằng kẹp cơ khí. 134 + Theo hình dạng răng: Răng thẳng, răng nghiêng, răng xoắn, răng nhọn, răng hớt lưng... + Theo phương pháp kẹp có: Dao phay đuôi trụ, dao đuôi côn. + Theo khả năng công nghệ: Gia công mặt phẳng như dao phay trụ, dao phay mặt đầu, dao phay đĩa, dao phay ngón.Gia công rãnh có dao phay ngón, dao phay đĩa. Gia công bánh răng có dao phay mô đun, dao phay lăn răng. 8.2. Phân loại dao phay và thông số hình học của dao phay. 8.2.1. Phân loại dao phay. 135 Hình 8.4. Các loại dao phay. Dao phay trụ (răng thảng, răng xoắn) Dao phay định hình Dao phay hai mặt cắt Dao phay ba mặt cắt Dao phay căt đứt Các loại dao phay một góc Các loại dao phay hai góc Các loại dao phay mặt đầu răng lắp ghép cơ khí Các loại dao phay ngón Dao phay ren Dao phay môđun Dao phay lăn răng 136 8.2.2. Kết cấu và thông số hình học của dao phay trụ. 8.2.2.1. Kết cấu của dao phay trụ. về cơ bản dao phay trụ có hai loại: Dao phay trụ răng thẳng và dao phay trụ răng xoắn. Dao phay trụ răng thẳng (hiện nay ít dùng) khác dao phay răng xoắn ở chỗ góc xoắn của răng ... = -. Hình 8.5. Dao phay trụ răng xoăn và răng thăng. Trên mỗi răng có mặt trước 1, mặt sau 2, mặt lưng răng 3. Góc giữa các răng kề nhau £ = :32 :/Z. Góc xoắn ■-! là góc nghiêng giữa các răng với trục dao. Khi ■-! tăng thì rung động giảm, độ bóng tăng nhưng khả năng chịu uốn giảm, thường dùng -.J - .: c - 32 ■■ ■ Hình 8.6. Kết cấu trên mỗi rang của dao phay trụ. Đường kính D: Khi D tăng thì tốc độ cắt tăng, chiều dày cắt tăng, góc tiếp xúc tăng. Thời gian máy Tm giảm, tản nhiệt tốt. Tuy nhiên lực cắt tăng, công suất cắt tăng nên máy cững vững thì chọn D lớn. Số răng Z: Theo kinh nghiệm ĩ - ■■■-. . 2, thường chọn 2 = 3 - 1- cho mọi đường kính dao. Răng lớn chọn m = 1,05, m = 2 cho kiểu răng nhỏ. Điều kiện cứng vững: Dao thép gió chọn m lớn, dao hợp kim cứng chọn m nhỏ. 8.2.2.2. Thông số hình học của dao phay trụ răng xoắn. 2. Mặt sau 1. Mặt trước 137 Hình 8.7. Thông sô hình học của dao phay trụ răng xoăn. - Góc độ của dao phay trụ răng xoắn được khảo sát trong tiết diện N-N và tiết diện B- B. 138 - Thông số trong tiết diện N-N là thông số vật lý, ảnh hưởng trực tiếp đến các hiện tượng vật lý xảy ra trong quá trình cắt như thoát phoi, ma sát, biến dạng... - Thông số trong tiết diện B-B có thể gọi là thông số công nghệ, khi tính toán, thiết kế và đo kiểm, điều chỉnh để mài sắc đều sử dụng những thông số trong tiết diện này. - Quan hệ giữa các góc trong tiết diện N-N và B-B: tga tgaN = COSM tgvN = tgy.cosú) Dao thép gió có: = :. - - - 2 3 ■■ ■;; :■ = :. 5 - 2 5 ■■ ■ Dao HKC có : 22:j; -15 - !5:j Dao cắt, phay rãnh: = 5 2: Phay tinh : :: = 5 - õ: Trị số nhỏ khi cắt VL cứng, giòn, trị số lớn khi cắt VL dẻo. - Bước vòng của dao mm: - Bước chiều trục của dao mm: t0 = ——.cotgứ) - Bước pháp tuyến của dao mm: 8.2.3. Kết cấu và thông số hình học của dao phay mặt đầu. 8.2.3.1. Kết cấu của dao phay mặt đầu. Dao phay mặt đầu dùng để gia công các mặt phẳng trên máy phay đứng hoặc máy phay nằm vạn năng. - Ưu điểm: + Có thể dùng dao đường kính lớn mà không bị hạn chế bởi không gian đầu máy, nâng cao năng suất. + Trục gá dao ngắn nên cứng vững hơn, có thể nâng cao chế độ cắt. Hình 8.8. Dao phay mặt đầu răng chắp. 139 + Có nhiều lưỡi cắt tham gia cắt nên cắt êm hơn dao phay trụ. + Có thể gia công đồng thời nhiều bề mặt khác nhau. + Dễ chế tạo dao răng chắp cơ khí. + Dễ mài sắc dao. Dao phay mặt đầu từ thép gió làm răng liền. Dao phay mặt đầu HKC thì có dạng răng chắp, thân dao làm bằng thép kết cấu. 140 về số răng dao Z: Thường ở dao phay mặt đầu số răng dao ít hơn ở dao phay trụ, z 24- 3 26; J, khi D < 200mm thì dao phay mặt đầu làm việc với tốc độ cắt cao hơn dao phay trụ, nhất là dao gắn mảnh HKC. Neu Z lớn có thể công suất cắt lớn hơn công suất máy. Máy phay đứng và nằm có N = 10 - 12 kW. Số răng ít dẫn đến nhược điểm là số răng đồng thời tham gia cắt sẽ giảm, ảnh hưởng đến khả năng làm việc và dễ gây rung động. Để khắc phục hiện tượng này người ta gắn lên đầu trục chính máy 1 bánh đà có trọng lượng Q = 20-30 kG. Một răng được coi như 1 con dao tiện gắn trên thân tròn quay quanh trục dao. 8.2.3.2. Thông số hình học của dao phay mặt đầu. Góc nghiêng chính _•> = 62 - ? 2:, góc nghiêng phụ = 2 - 5: xác định như dao tiện đơn. Khi _•> nhỏ thì chiều dài tiếp xúc giữa lưỡi cắt và phôi tăng, dẫn đến phoi - Dao HKC có lưỡi cắt chuyển tiếp T. - Phay tinh chọn e- = 2 hoặc e- = 33:. - Góc đo trong tiết diện B-B - Góc .. . đo trong tiết diện chính N-N. - Góc :là góc trước chiều trục, vai trò như góc xoắn :■■■ trên dao phay trụ. - Góc ở dao phay mặt đầu được chọn nhỏ hơn dao phay trụ vì nó ít ảnh hưởng đến độ bóng mà chủ yếu làm tăng độ bền lưỡi cắt, - - 25 - 3 5:. - Góc -■ đo trong tiết diện A-A. dài và màng, tàng tuài bàn càa dao, tàng àà bóng bà màt chi tiàt. Hình 8.9. Góc nghiêng chính và phụ của một răng trên dao phay mặt đầu. 141 - Góc nâng của lưỡi cắt chính xác định như dao tiện. 8.2.3.3. Chọn dao phay mặt đầu. Theo tiêu chuẩn, chọn chiều dài dao phay L, đuờng kính lỗ d, số răng dao Z ứng với giá trị đuờng kính dao phay D. Đuờng kính dao phay D phụ thuộc vào chiều rộng phay B và đuợc xác định bằng công thức thực nghiệm sau: J = :.! 2 - 1 íjS. Khi gia công thô chọn dao phay răng chắp kiểu răng lớn, khi gia công tinh chọn phay răng chắp kiểu răng nhỏ. 8.3. Các yếu tố của lớp cắt và chế độ cắt khi phay. 8.3.1. Kích thước lớp cắt khi phay. Hình 8.10. Các thông số hình học cơ bản của dao phay mặt đầu. 142 Hình 8.11. Chiều sâu phay t và chiều rộng phay B a) Phay bằng dao phay trụ, b) Phay bằng dao phay đĩa, c) Phay bằng dao phay ngón, d) Phay bằng dao phay mặt đầu. - Chiều sâu phay t (mm). Chiều sâu phay t là kích thuớc lớp vật liệu đo theo phuơng vuông góc với trục dao phay. Khi phay bằng dao phay trụ và dao phay đĩa thì chiều sâu phay trùng với chiều sâu cắt. - Chiều rộng phay B (mm). Kích thuớc lớp vật liệu đo theo phuơng song song với trục dao. Khi phay bằng dao phay ngón và dao phay mặt đầu thì chiều rộng phay trùng với chiều sâu cắt. - Lượng chạy dao răng Sz (mm/răng). Là luợng dịch chuyển của bàn máy khi dao quay đuợc một góc răng £ £ = 5 63 z. Luợng chạy dao S do bàn máy thực hiện, do dao phay có nhiều răng nên nên còn phân biệt hai loại luợng chạy dao sau: Luợng chạy dao vòng Sv là luợng dịch chuyển của bàn máy sau 1 vòng quay của dao, Sv = Sz .Z (mm/vòng). Đây là thông số công nghệ của quá trình cắt gọt. Luợng chạy dao phút là luợng dịch chuyển của bàn máy sau 1 phút, Sph = n.Z.Sz (mm/phút). Dùng để tính năng suất gia công. 143 Hình 8.12. Kích thước lớp cắt khi phay bằng dao phay trụ. Một răng ăn vào ở điểm E và thoát ra ở điểm F tạo thành lớp cắt, phoi có dạng dấu phẩy với chiều dày cắt a thay đổi từ 0 đến amax. Góc - chắn cung EF gọi là góc tiếp xúc. Điểm M chuyển động từ E đến M với góc tiếp xúc tức thời ỉ. Khoảng cách CM theo phương hướng kính được gọi là chiều dày cắt khi phay ứng với góc í. Chiều dày cắt . là khi phay bằng dao phay trụ là khoảng cách đo theo phương hướng tâm giữa hai vị trí kế tiếp của quỹ đạo lưỡi cắt ứng với lượng chạy dao Sz và góc tiếp xúc í. Od = 5 Siíỉỡ Vậy chiều dày cắt thay đổi như sau: - Tại E góc - = 2 nên Ị - - 2 - Tại F’ góc :? = c. nên = A...,. = r<c.. - Khi phay cần tính chiều dày cắt trung bình để làm cơ sở tính giá trị trung bình của diện tích lớp cắt và lực cắt. Khi phay bằng dao phay trụ răng xoắn, chiều rộng lớp cắt có đặc điểm riêng. Do có góc xoắn nên khi cắt không phải toàn bộ chiều dài lưỡi cắt cùng ăn vào vật liệu 1 lúc mà từng phần của lưỡi cắt dần dần cắt vào vật liệu đến khi toàn bộ chiều dài lưỡi cắt nằm gọn trong góc tiếp xúc -. Chiều rộng lớp cắt bằng chiều rộng phay tức là b = B. 8.3.2.2. Điều kiện về kích thước lớp cắt để cắt êm khi phay. 2.sz.t D. ỊỊỈ atb = 8.3.2. Chiều dày và chiều rộng lớp cắt khi phay bằng dao phay trụ. 8.3.2.I. Chiều dày và chiều rộng cắt. 144 Để tăng khả năng cắt êm của dao phay trụ thì lưỡi cắt phải được bố trí theo rãnh xoắn. Như vậy để cắt êm khi phay thì điều kiện là tổng tiết diện lớp cắt của tất cả các răng cùng làm việc trong cùng một thời điểm là cố định. Điều kiện cắt êm xảy ra khi: B = K.t0. Nói cách khác điều kiện cắt êm khi phay được đảm bảo nếu bề rộng phay B là bội số của bước chiều trục. 145 8.3.3.1.Sơ đồ phay nghịch. Phay nghịch: Chiều quay của dao ngược với hướng chạy dao. Khi phay nghịch thì chiều dày cắt a thay đổi từ 0 đến amax. Phay nghịch có xu hướng nâng chi tiết gia công lên khỏi bàn máy, gây rung động, giảm độ bóng bề mặt gia công. Mỗi răng đi sau phải cắt 1 lớp bề mặt bị biến cứng do răng đi trước gây ra (do tồn tại hiện tượng trượt ban đầu khi a = 0) Nói cách khác, sự trượt của răng dao phay trên bề mặt gia công sẽ xảy ra cho đến khi chiều dày cắt amin còn nhỏ hơn bán kính đỉnh răng dao z z = i - 5 3 „m. Khi đó nhiệt độ cắt tăng mạnh. Hiện tượng này cũng là 1 trong những nguyên nhân chính gây ra mài mòn mặt sau của răng. Hình 8.14. Tương quan giữa chiều dày cắt arnin và bán kính đỉnh răng dao 0. 8.3.3.2.Sơ đồ phay thuận. Phay thuận: Chiều quay của dao cùng hướng với hướng chạy dao. - Phay thuận, lực cắt có xu hướng ấn phôi xuống bàn máy nên cắt êm hơn. - Phay thuận: Răng dao phay cắt bắt đầu với chiều dày amax và kết thúc với amin 8.3.3. Sơ đồ phay thuận và phay nghịch. Hình 8.13. Sơ đồ phay nghịch (a), phay thuận (b). 146 = 0, do đó không ảnh hưởng nhiều đến tuổi bền của dao. Tuy nhiên dao dễ bị mẻ và không tốt cho công suất máy. - Tuổi bền của dao khi phay thuận cao hơn phay nghịch khoảng 3 lần. - Phay thuận cho độ bóng bề mặt cao hơn phay nghịch từ 1 đến 2 cấp. - Công suất cắt khi phay thuận nhỏ hơn. Mặc dù có nhiều ưu điểm như vậy nhưng phay thuận ít được sử dụng hơn vì: Khi phay thuận thì lực Pn có xu hướng đẩy bàn máy theo phương chạy dao, tạo nên khe hở giữa giữa vít me và đai ốc, khi răng dao thoát ra sẽ làm gián đoạn sự tiếp xúc 147 giữa bề mặt đai ốc và vít me, máy giật cục dẫn đến rung động. Khi phay nghịch thì lực Pn làm tăng sự kín khít giữa hai bề mặt ren nên tránh được rung động. Khi phay thô nên phay nghịch, phay tinh nên phay thuận. 8.3.4. Chiều dày cắt và chiều rộng cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu. - Góc tiếp xúc - - Chiều dày cắt ứng với góc tiếp xúc tức thời 3. a& = Sz. sirup. cosO - Chiều dày cắt trung bình atb. Hình 8.15. Kích thước lớp cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu. 8.4. Lực cắt khi phay. 148 dao phay trụ. 8.4.1. Lực cắt khi phay bằng dao phay trụ. Hình 8.16. Lực cắt khi phay bằng 149 Trong sơ đồ ở hình 8.16 thì Pz (lực cắt chính) được gọi là lực vòng. Phản lực của nó tạo ra mô men xoắn cản lại chuyển động cắt chính làm tiêu hao công suất máy. Khi thiết kế người ta tính toán động lực học máy theo Pz. Phản lực của Pz làm xoắn và cong trục dao. Thành phần lực Px là lực hướng tâm, phản lực của nó có xu hướng làm võng trục dao, đẩy dao khỏi bề mặt gia công và gây rung động. Hình 8.17. Ghép 2 dao phay trụ có hướng xoăn ngược nhau nhằm triệt tiêu lực Py. 8.4.2. Lực cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu. Khi phay bằng dao phay mặt đầu người ta phân biệt ra phay đối xứng và phay không đối xứng. Phay đối xứng khi đường tâm dao trùng với đường trục của chi tiết. CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 8 1. Khái niệm, đặc điểm của phương pháp phay? Phân loại dao phay? 2. Trình bày kết cấu và thông số hình học của dao phay mặt đầu? 150 3. Kết cấu và thông số hình học của dao phay trụ? So sánh ưu điểm trong quá trình gia công giữa dao phay mặt đầu và dao phay trụ? 4. So sánh phương pháp phay thuận và phay nghịch, ứng dụng? 151 Chương 9: GIA CÔNG REN Ren là một trong những chi tiết máy phổ biến nhất. Các phương pháp gia công ren khá đa dạng, tiện ren, phay ren, gia công ren bằng bàn ren và mũi ta rô ren... Lựa chọn phương pháp gia công hợp lý cho phép đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của bề mặt ren cần gia công đồng thời phù hợp với điều kiện sản xuất. Hình 9.1: Bàn ren và mũi ta rô ren. 9.1. Phân loại ren và kết cấu của ren. 9.1.1. Khái niệm và phân loại ren. Gia công ren là quá trình tạo nên những đường rãnh xoắn ốc trên mặt trụ (trong hoặc ngoài). Ren có nhiều dạng như: ren tam giác, ren vuông, ren hình thang có chiều phải hoặc trái, có một hay nhiều đầu mối ren. Bề mặt ren được chế tạo từ nhiều phương pháp: tiện ren, phay ren, mài ren, cắt ren bằng tarô, bàn ren... Hình 9.2. Profin và hướng nghiêng của ren. Hình 9.3. Ren một đầu mối và ren nhiều đầu mối. 9.1.2. Các yếu tố cơ bản của ren. + Đường kính ngoài d, kích thước giữa hai đầu đỉnh ren. 152 + Đường kính trung bình d2 + Đường kính chân ren d1. 153 + Góc ren là góc tạo bởi profin ren, ren hệ mét có góc đỉnh ren là -'-:. ren hệ Anh là 9.2. Các phương pháp gia công ren. 9.2.1. Tiện ren. - Khái niệm. Tiện ren là phương pháp phổ biến, đơn giản nhất để tạo ren. có thể gia công cả ren trong và ren ngoài. Tiện ren được sử dụng rộng rãi trên các máy tiện vạn năng bằng dao tiện đơn hoặc dao tiện hình lược. - Các loại dao tiện ren. về dao tiện ren thì chia làm dao tiện một ren và dao tiện nhiều ren. Với dao tiện đơn, để đảm bảo độ chính xác của ren thì góc trước = 3, góc mũi dao ■ bằng góc profin của ren. + Bước ren là kho ảng cách giữa hai ren kề nhau. Hình 9.4. Các thông số cơ bản của ren. Hình 9.5. Tiện ren. Hình 9.7. Dao tiện nhiều ren 154 Hình 9.6. Dao tiện một ren. I, Dao lược tiện ren; II, Dao tiện ren lăng trụ; III,Dao tiện ren hình đĩa. 155 - Các sơ đồ cắt khi tiện ren. Hình 9.8. Các sơ đồ cắt khi tiện ren. Các sơ đồ cắt ren khác nhau có ảnh hưởng tới độ chính xác, độ bóng của ren và tuổi bền của dao khác nhau. Với sơ đồ cắt ở hình 9.8a thì sau mỗi lần chuyển dao, dao tiện được dịch chuyển vuông góc với đường tâm chi tiết. Cả hai lưỡi cắt đều tham gia cắt gọt nên lực cắt lớn nhưng độ bóng bề mặt ren cao. Thường dùng cho ren có bước 2 L 2 Smm. Theo sơ đồ ở hình 9.8b thì lưỡi cắt bên phải hầu như không làm việc do đó độ bóng bề mặt ren không cao, lưỡi dao chóng mòn. Song lưỡi cắt bên trái lại cắt với lớp phoi có chiều dày lớn do đó lực cắt đơn vị giảm, điều kiện thoát phoi tốt. Thường áp dụng cho gia công thô ren có bước s >2 5 mm Sơ đồ hình 9.8c,d kết hợp cả hai sơ đồ cắt trên để tận dụng ưu điểm của chúng. - Chế độ cắt khi tiện ren. Lượng chạy dao ngang Sz : Giá trị Sz quyết định số lần chuyển dao. Thường ở những lần cắt đầu tiên Sz lớn, những hành trình sau lấy Sz nhỏ để tăng độ bóng ren. + Khi cắt thô chọn: Sz = 0,4-0,25 mm + Khi cắt tinh chọn: Sz = 0,15-0,1 mm Tốc độ cắt. T: Là tuổi bền của dao. S: Là bước gia công. Sz : Lượng chạy dao ngang sau mỗi hành trình chạy dao. Trong Ụó: 156 9.2.2. Cắt ren bằng tarô và bàn ren. 9.2.2.I. Cắt ren bằng tarô. Thường dùng để gia công lỗ ren có đường kính ren nhỏ hơn M20, được thực hiện bằng tay hoặc trên máy với dụng cụ cắt là mũi tarô. Về phân loại, ta rô chia làm 2 nhóm: - Tarô tay: Thường khi cắt phải sử dụng một bộ gồm 2-3 tarô. Tarô cắt trước dùng cắt thô đạt 50%, tarô cắt giữa đạt 30% và tarô cuối dùng để cắt hoàn tất đạt 20%. Như vậy sẽ tránh được lượng dư gia công quá lớn, giảm sức lao động, bề mặt ren tốt hơn. - Tarô máy: Chỉ có 1 mũi, xoắn hơn tarô tay. 157 Hình 9.9 Bộ ta rô tay (a) và ta rô máy (b). Hình 9.10. Các bộ phận và yếu tố cơ bản của ta rô. 1. Tay quay; 2. Gá lắp mũi tám; 3. Thanh tý. Hình 9.11. Sơ đồ cắt ren bằng ta rô trên máy. Cắt ren trên máy được gá đặt như hình 9.11. Vận tốc cắt từ 2-4 m/ph với thép và gang, kim loại màu thì <10 m/ph. Lượng tiến dao phải phù hợp với bước ren cần gia công. Khi cắt ren bằng tay. Khi cắt được 1 - 2 vòng ren thì quay tay quay ngược lại 1/2 vòng để bẻ phoi. 9.2.2.2. Cắt ren bằng bàn ren. 158 Bàn ren dùng để cắt ren ngoài có bước tiến -■ < 2 ::<::', cắt ren có đường kính lớn hơn M16. 159 b) Hình 9.12. Kết cấu của bèn ren. về cơ bản thì bàn ren được phân thành loại cố định và loại có khả năng điều chỉnh. về kết cấu, bàn ren giống như một đai ốc được khoan từ 3 đến 8 lỗ nhằm biến giao tuyến của các lỗ này với mặt ren thành các lưỡi cắt hình lược. Lưỡi cắt hình lược được vát 2 đầu để tạo thành côn lắp ghép để bàn ren ngay từ đầu có thể cắt gọt dễ dàng. Còn phần hình trụ là phần hiệu chỉnh gồm 5 đến 6 vòng ren. Bàn ren được sử dụng cả hai mặt, sau khi 1 mặt bị mòn thì lật mặt còn lại để sử dụng. Bàn ren được kẹp chặt trong tay quay bàn ren hoặc trong trục gá bàn ren. Khi cắt ren bằng bàn ren, chi tiết được tiện với đường kính nhỏ hơn đường kính của ren cần gia công để bù trừ sự dồn ép kim loại. Tốc độ cắt thì tương tự như khi cắt bằng ta rô. 9.2.3. Phay ren. 160 Hình 9.13. Phay ren. Phay ren là phương pháp gia công cho năng suất cao. Dao và chi tiết có chuyển động quay ngược chiều nhau. Chi tiết có chuyển động tiến thích hợp với bước tiến ren. Thường dùng để gia công các chi tiết lớn hoặc thành mỏng. 161 9.2.4. Mài ren. Mài ren thực chất là mài định hình có profin đá mài giống hệt profin của ren. Mài ren cho độ chính xác và độ bóng bề mặt ren cao, đặc biệt dùng để chế tạo ren có yêu cầu độ chính xác cao đã qua tôi. 9.2.5. Cán ren. Cán ren thực chất là phuơng pháp gia công ren bằng áp lực. Kim loại trên phôi đuọc ép thành các vòng ren. Nó có uu điểm là do các lớp kim loại bị chèn ép nên ren có độ bền và tính chống mài mòn cao, tiết kiệm đuọc kim loại. Năng suất cao, độ chính xác tốt. Hình 9.14. Các phương pháp cán ren. a) Cán ren bằng bàn cán ren; b) Cán ren bằng con lăn cán ren; c) Cán ren trên máy tiện CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 9 1. Trình bày kết cấu và thông số hình học cơ bản của dao tiện ren? Phân tích các sơ đồ cắt ren? 2. Trình bày kết cấu và thông số hình học của bàn ren và mũi ta rô ren? Hình 9.14. Mài ren. 162 3. Trình tự tính toán và lựa chọn chế độ cắt khi tiện ren? 4. Phân tích sơ đồ cắt ren bằng ta rô và bàn ren? 163 Chương 10: MÀI Mài là phương pháp gia công lần cuối, nhằm đảm bảo kích thước và độ bóng bề mặt của chi tiết sau nguyên công nhiệt luyện. Mài có khả năng công nghệ tốt, gia công được nhiều dạng bề mặt khác nhau từ đơn giản đến phức tạp. Dụng cụ cắt được sử dụng trong quá trình mài được gọi là đá mài. Đá mài là một dụng cụ cắt hết sức đặc biệt. Để nghiên cứu đặc điểm của phương pháp mài cũng như cấu trúc của đá mài, chế độ cắt và lực cắt khi mài ta đi vào tìm hiểu nội dung Chương 10: Mài. 10.1. Mài và đặc điểm cơ bản của mài. Mài là phương pháp gia công cắt gọt tốc độ cao. Quá trình cắt được thực hiện bởi 1 số lượng lớn các hạt mài được gắn cứng trong đá mài. Đá mài có kết cấu như hình dưới. 1. Đá mài; 2. Chiều quay của đá mài; 3. Bề mặt cõng tác của đà mài; 4. Chiều chuyển động của chi tết; 5. Lỗ trống; 6. Chất dính kết; 7. Hạt mài; 8. Chi tiết. Hình 10.2. Mài phẳng bằng đá mài trụ. Mài thường được dùng để gia công tinh các chi tiết, do đó nó có vai trò quan trọng trong toàn bộ quá trình gia công. Đặc điểm cơ bản của mài như sau: + Có thể cắt được chiều sâu cắt rất nhỏ 0,05-0,09 mm. + Vận tốc cắt lớn 30-50 m/s. Máy mài cao tốc cho v trên 100 m/s. + Các hạt mài có khả năng tự mài sắc. + Các hạt mài có thường có hình dạng không xác định, góc trước âm. + Độ nhẵn bóng và độ chính xác cao (ĐCX cấp 1 đến 2, nhám BM 0,2 - 3,2 “r;) + Gia công được nhiều dạng bề mặt khác nhau, mặt phẳng, mặt trụ, mặt ren, mặt răng... Hình 10.1: Ụá mỤi cỤa hãng NORTON. 164 + Trong nhiều trường hợp mài được dùng để gia công bóc vỏ phôi đúc, dập có bề mặt bị biến cứng, ngoài ra còn dùng để cắt đứt, làm sạch. + Phương pháp chế tạo phôi ngày càng chính xác nên hiệu quả của mài ngày càng cao. + Tốc độ cắt cao, góc trước âm nên nhiệt cắt sinh ra trong quá trình mài là rất lớn khoảng 800M000°C, làm biến đổi tính chất cơ lý lớp bề mặt, gây ra các hiện tượng như cháy, nứt, cong vênh. + Khi đá mài bị mòn cần căn chỉnh và sửa lại đá để đảm bảo độ chính xác gia công. 10.2. Đá mài và thông số cơ bản của đá mài. 10.2.1. Cấu trúc chung của đá mài. Đá mài được hình thành từ các hạt mài với chất dính kết và các lỗ trống. - Vật liệu hạt mài: Các hạt mài đóng vai trò của lưỡi cắt. - Chất dính kết: Có chức năng liên kết các hạt mài, tạo thành hình dáng và độ cứng yêu cầu của đá. - Các lỗ trống: Là khe hở giữa các hạt mài và chất dính kết. Có chức năng để chứa phoi và thoát phoi khi mài. 10.2.1.1. Vật liệu hạt mài. Các hạt mài có kích thước nhỏ từ 1:2um, một số loại vật liệu hạt mài thường được sử dụng như sau: + Ôxít nhôm Al2O3 nhân tạo là loại vật liệu có độ cứng cao, tính năng cắt gọt tốt, chủ yếu để chế tạo đá mài. Thường dùng hai loại như sau: + Ôxít nhôm Al2O3 thường chứa 89-95% Al2O3, màu nâu xám đến hung đỏ. Dùng để mài vật liệu dẻo và bền như thép. + Ôxít nhôm Al2O3 trắng, chứa 96-99% Al2O3, màu hồng đến trắng. Cứng hơn, giòn hơn, dùng để mài thép gió, đạt độ nhẵn bề mặt cao. + Silicon các bít: Có độ bền và cứng cao hơn Al2O3. Silicon các bít có màu xanh lục dùng để mài các bít thiêu kết và các vật liệu cứng khác. Loại đen dùng mài gang và các kim loại màu. + Boron các bít: Có độ cứng cao hơn Silicon các bít gần bằng kim cương, tuy nhiên chỉ dùng để làm bột mài. + Elbo (Nitrit bo lập phương) là loại hạt mài tổng hợp có độ cứng nằm giữa Silicon các bít và kim cương tinh thể, mảnh cắt vật liệu thường gọi là mảnh CBN. Elbo có khả năng mài thép dễ dàng , chính xác., chịu được nhiệt cắt cao đến 1371 :c. + Kim cương nhân tạo: Có độ cứng cao hơn các loại vật liệu khác rất nhiều, tính năng cắt gọt tốt. Nhiệt độ mài thấp, chất lượng bề mặt tốt. 10.2.1.2. Chất dính kết. Các hạt mài được liên kết với nhau bằng chất dính kết. Một số loại chất dính kết được dùng như: - Chất kết dính thủy tinh hóa. 165 - Chất kết dính nhựa dẻo. - Chất kết dính cao su. - Chất kết dính silicat. 10.2.1.3. Độ cứng của đá mài. Là khả năng giữ chặt hạt mài bởi chất kết dính. Độ cứng của đá mài phụ thuộc vào tỷ lệ khoảng trống trong đá: Vđá = Vd.kết + Vh.mài + Vl.trống Độ cứng của đá mài được ký hiệu bằng các chữ cái từ A đến Z. Với cùng lượng hạt mài, đá cứng hơn là đá có nhiều chất dính kết hơn và ít lỗ trống hơn. 10.2.1.4. Chọn đá mài. Chọn đá mài là công việc hết sức quan trọng, nó ảnh hưởng đến năng suất, chất lượng, độ bóng, và độ chính xác bề mặt gia công. Chọn đá mài phải căn cứ vào nhiều yếu tố như vật liệu gia công, yêu cầu kỹ thuật. - Đá mài phải có tính năng cắt gọt tốt, đảm bảo năng suất chất lượng. - Đá mài có cấu trúc xốp thường kém bền hơn đá có cấu trúc chặt nhưng lại có khoảng trống lớn thích hợp mài vật liệu dẻo. - Khi mài thô nên chọn độ hạt lớn, khi mài tinh chọn ngược lại. - Khi vật liệu cứng nên chọn đá mềm để làm tăng khả năng mài lại của đá. - Khi mài vật liệu rất mềm nên chọn đá mềm. - Khi mài định hình nên chọn đá mài có độ cứng cao. 10.3. Các phương pháp mài. 10.3.1. Mài tròn ngoài. Dùng để gia công các mặt trụ ngoài, phôi được gá trên hai mũi tâm hoặc mâm cặp với mũi tâm... d) Hình 10.3. Chuyển động của đá và chi tiết khi mài tròn ngoài. 166 a) Mài chi tiết dài lán; b) Mài chi tiết ngắn; c) Mài chạy dao hưởng kính; d) Mài chạy dao dọc giãn đoạn; 1. Đá mài, 2. Chi tiết. Hình 10.4. Các phương pháp mài tròn ngoài. Chiều dài chi tiết lớn, thực hiện mài tròn ngoài chạy dao dọc, hình 10.4a. + Đá và chi tiết chuyển động ngược chiều nhau. + Tiến hướng kính để lấy chiều sâu cắt. + Chuyển động dọc để cắt hết chiều dài chi tiết. - Mài với chiều sâu lớn (0,4 mm trên 1 hành trình), chi tiết ngắn, hình 10.4b. Quá trình cắt do phần côn thực hiện là chính, phần trụ của đá sẽ làm sạch bề mặt chi tiết. - Mài tròn ngoài chạy dao hướng kính, hình 10.4c. Dùng khi chiều dài chi tiết mài nhỏ hơn bề rộng đá. - Mài chạy dao gián đoạn, hình 10.4d là hình thức kết hợp giữa chạy dao dọc và chạy dao hướng kính khi gia công chi tiết dài. Đầu tiên mài từng đoạn riêng rẽ bằng phương pháp mài hướng kính. Còn các mặt bậc để lại khoảng 0,02-0,08 mm để mài bằng phương pháp chạy dao dọc. 10.3.2. Mài tròn trong. Khi mài tròn trong, đường kính đá luôn nhỏ hơn đường kính lỗ gia công. Đường kính đá quá bé sẽ nhanh bị mòn rất nhanh, vận tốc cắt khó đạt được tối đa.Mài tròn 167 trong cũng có 2 phương pháp chạy dao dọc và chạy dao hướng kính và chạy dao dọc. Có thể mài tròn thông thường hoặc mài hành tinh. - Mài tròn trong chạy dao dọc. Hình 10.5. Mài tròn trong chạy dao dọc. - Mài tròn trong chạy dao hướng kính. Hình 10.6. Mài tròn trong chạy dao hướng kính. - Mài tròn trong theo phương pháp mài hành tinh. Hình 10.7. Mài tròn trong bằng phương pháp mài hành tinh. 10.3.3. Mài phẳng. Mài phẳng cho phép gia công các bề mặt phẳng có kích thước lớn, gá đặt chi tiết dễ dàng, ít tốn thời gian vì gá đặt và kẹp chặt trên bàn từ. 168 10.3.4. Mài vô tâm. Mài vô tâm là phương pháp mài cho độ bóng bề mặt, độ chính xác và năng suất cao. Thích hợp với dạng sản xuất loạt lớn hàng khối với các chi tiết cỡ nhỏ. Chi tiết gia công được đặt tự do trên giá đỡ giữa đá cắt và đá dẫn, đá cắt và đá dẫn quay cùng chiều và ngược chiều với chiều quay của chi tiết. Tốc độ đá dẫn nhỏ hơn tốc độ đá cắt khoảng 70-80 lần nên ma sát giữa chi tiết và đá dẫn lớn hơn ma sát giữa chi tiết và đá cắt. Có hai phương pháp chạy dao là chạy dao hướng kính và chạy dao dọc trục. Hình 10.8. Sơ đồ mài vô tâm. CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 10 1. Khái niệm và đặc điểm của phương pháp mài? 2. Trình bày kết cấu chung của đá mài và những lưu ý khi chọn đá mài? 3. Phân tích các sơ đồ khi mài tròn ngoài và mài tròn trong? 4. Giải thích vì sao đá mài là dụng cụ cắt duy nhất có khả năng tự mài sắc?? TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] . TS. Hoàng Văn Điện, Nguyên lý cắt, NXB Giáo dục Việt Nam, 2009. [2] . GS.TS. Trần Văn Địch, Nguyên lý cắt kim loại, NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội 2006. ' [3] . GS.TS. Nguyễn Đắc Lộc, Sổ tay công nghệ chế tạo máy - Tập 2, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2007.