Bài giảng Công nghệ kim loại - Phần II: Gia công cắt gọt

335 trang phuongnguyen 2380

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Công nghệ kim loại - Phần II: Gia công cắt gọt", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_cong_nghe_kim_loai_phan_ii_gia_cong_cat_got.pdf

Nội dung text: Bài giảng Công nghệ kim loại - Phần II: Gia công cắt gọt

Học viện kỹ thuật quân sự khoa cơ khí - Bộ môn chế tạo máy vũ hữu nam - l•u văn bồng Nguyễn văn hoài - lại anh tuấn - D•ơng Quốc Dũng Công nghệ kim loại Phần ii: gia công cắt gọt (Dùng cho sinh viên ngành Cơ khí) L•u hành nội bộ Hà nội 2002
Học viện kỹ thuật quân sự khoa cơ khí - Bộ môn chế tạo máy vũ hữu nam - l•u văn bồng Nguyễn văn hoài - lại anh tuấn - D•ơng Quốc Dũng Công nghệ kim loại Phần ii: gia công cắt gọt (Dùng cho sinh viên ngành Cơ khí) L•u hành nội bộ Hà nội 2002
Mục lục Ch•ơng 1. Những khái niệm cơ bản 13 1.1. Khái niệm gia công kim loại bằng cắt gọt 1.1.1. Định nghĩa gia công kim loại bằng cắt gọt 1.1.2.Vai trò, vị trí ph•ơng 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 ch•a gia công 14 1.2.3. Mặt đang gia công 14 1.3. Các chuyển động cần thiết trong quá trình cắt 14 1.3.1. Nguyên lý tạo hình cho bề mặt gia công 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 17 1.4.1. Phân loại dụng cụ cắt theo ph•ơng pháp cắt 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) 23 1.5.1. Các mặt toạ độ 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. L•ợng 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 38 1.8.1. Khái niệm về máy cắt kim loại
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 Ch•ơng 2. Các hiện t•ợng vật lý khi cắt 46 2.1. Quá trình biến dạng khi cắt gọt kim loại 2.2. Quá trình hình thành phoi vàcác dạng phoi 47 2.2.1. Quá trình hình thành phoi 2.2.2. Các dạng phoi 49 2.3. Lẹo dao trong quá trình cắt kim loại 50 2.3.1. Hiện t•ợng 2.3.2. Các yếu tố ảnh h•ởng đến lẹo dao 52 2.4. Hiện t•ợng cứng nguội 54 2.5. Hiện t•ợng co rút phoi 56 2.5.1. Hiện t•ợng: 2.5.2. Các yếu tố ảnh h•ởng 57 2.6. ứng suất d• 60 2.7. Nhiệt sinh ra khi cắt kim loại 61 Quá trình sinh nhiệt khi cắt 2.7.2. Các yếu tố ảnh h•ởng đến nhiệt cắt 62 2.8. Rung động khi cắt 64 2. 8.1. Các dạng rung động 2.8.2. Các yếu tố ảnh h•ởng đến rung động 65 2.9. Độ mòn của dụng cụ cắt 67 2.9.1. Cơ chế mài mòn 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 71 2.10.1. Công dụng của bôi trơn - làm nguội khi cắt 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 ph•ơng pháp đ•a chất trơn - nguội vào vùng cắt 74 Ch•ơng 3. Gia công trên máy tiện 75 3.1. Đặc điểm, công dụng, khả năng
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 ph•ơng 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 h•ớng 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 h•ởng 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 h•ởng 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 98 3.6.1. Thông số cắt hợp lý và cơ sở ban đầu để xác định 3.6.2. Trình tự xác định thông số cắt 99 3.7. Máy tiện 111 3.7.1. Các loại máy tiện và công dụng 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 120 côn 3.8.1. Khái niệm 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 Ch•ơng 4. Gia công trên nhóm máy Bào-Xọc-Chuốt 131 4.1. Gia công trên máy Bào, máy Xọc
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 Ch•ơng 5. Gia công trên máy khoan - Máy doa 152 5.1 Công dụng, khả năng 5.1.1 Công dụng 5.1.2. Khả năng 152 5.2. Dụng cụ cắt trên máy khoan, máy doa 153 5.2.1. Mũi khoan 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 164 5.4.1. Các yếu tố chế độ cắt 5.4.2. Thông số tiết diện ngang lớp cắt 165 5.5. Lực cắt 166 5.5.1. Lực cắt khi khoan 5.5.2 Lực cắt khi khoét và doa 168 5.5.3. Công suất cắt 165 5.6. Tốc độ cắt 169 5.6.1. Các yếu tố ảnh h•ởng đến mòn dao và tuổi bền 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 174 5.7.1. Chọn dụng cụ cắt 5.7.2. Chọn chiều sâu cắt 174 5.7.3. Xác định l•ợng 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 Ch•ơng 6. Gia công trên máy phay 191 6.1. Công dụng, khả năng, đặc điểm khi phay 6.1.1. Công dụng máy phay 6.1.2. Khả năng công nghệ của máy phay 191 6.1.3. Đặc điểm khi phay 191 6.2. Dao phay 193 6.2.1. Các loại dao phay 6.2.2. Kết cấu và thông số hình học của dao phay 195 6.3. Các yếu tố cắt khi phay 198 6.3.1. Các yếu tố chế độ cắt 6.3.2. Các yếu tố lớp cắt 200 6.4. Lực cắt khi phay 205 6.4.1. Các thành phần lực tác dụng lên dao khi phay 6.4.2. Tính lực cắt khi phay 207 6.5. Tốc độ cắt khi phay 209 6.5.1. Mài mòn và tuổi bền của dao 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 214 6.7.1. các loại máy phay và công dụng 6.7.2. Máy phay ngang vạn năng 6M82. 221 6.8. Một số đồ gá vạn năng trang bị kèm theo máy phay 224 6.8.1. Trục gá dao 6.8.2. Bàn tròn quay (mâm chia) 225 6.8.3. Đầu phân độ vạn năng có đĩa chia độ 226 Ch•ơng 7. Gia công trên máy mài 236 7.1. Công dụng, khả năng, đặc điểm của mài
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 ph•ơng pháp mài 244 7.3.1. Mài tròn ngoài 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. L•ợng chạy dao 252 7.5.3. Tốc độ cắt V 254 7.5.4. Thời gian máy T0 254 7.6. Một số ph•ơng pháp gia công tinh khác dùng hạt mài 255 7.6.1. Mài khôn 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 265 7.7.1. Các loại máy mài và công dụng 7.7.2. Sơ đồ động máy mài tròn ngoài kiểu 3150 270 Ch•ơng VIII. Gia công bánh răng 273 7.1. Đặc điểm quá trình gia công bánh răng 8 .1.1. Các ph•ơng pháp tạo prôfin răng 8.1.2. Đặc điểm cần chú ý khi gia công bánh răng 274 8.2. Cắt răng bằng dao phay mô đun 275 8.2.1. Nguyên lý gia công 8.2.2. Dao phay mô đun 275
8.2.3. Ưu, nh•ợc điểm của ph•ơng pháp 278 8.3. Cắt răng bằng dao phay lăn răng 279 8.3.1. Nguyên lý cắt răng bằng dao phay lăn răng 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 ph•ơng pháp 282 8.4. Cắt răng bằng dao xọc răng 283 8.4.1. Nguyên lý cắt bánh răng bằng dao xọc răng 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 ph•ơng pháp 286 8.5. Ưu, nh•ợc điểm của ph•ơng pháp gia công bao hình 286 8.6. Các ph•ơng pháp gia công tinh bánh răng 287 8.6.1. Nghiền răng 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 hoá dùng để gia công bánh răng 293 8.7.1. Máy phay lăn răng 8.7.2. Máy xọc răng 299 Ch•ơng 9. Máy công cụ điều khiển theo ch•ơng 304 trình số CNC 9.1. Hệ thống điều khiển theo ch•ơng 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 tr•ng cơ bản của kỹ thuật điều khiển số 311 9.2. Máy công cụ điều khiển theo ch•ơng 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. Đ•ờng h•ớng của NC-M 321 9.2.4. Các xích động học của NC-M 325 9.2.5. Hệ thống điều khiển theo ch•ơng trình số 328
Lời nói đầu Giáo trình công nghệ kim loại - Phần gia công kim loại bằng cắt gọt đ•ợc biên soạn theo ch•ơng 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 nh• sinh viên đại học và cao đẳng ngành cơ khí trong và ngoài Quân đội. So với giáo trình cùng tên đ•ợc biên soạn tr•ớc đây, lần biên soạn này chúng tôi mạnh dạn đ•a vào một số nội dung mới (Ch•ơng IX “Máy công cụ điều khiển theo ch•ơng trình số - CNC”), đồng thời thay đổi về ph•ơng pháp trình bày một số vấn đề cho phù hợp với sự phát triển của khoa học và công nghệ cũng nh• 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 t•ợng vật lý khi cắt. Phần II trình bày các ph•ơng pháp gia công. Tham gia biên sọan giáo trình này có các đồng chí: GVC-TS Lại Anh Tuấn viết ch•ơng Ch•ơng IX. GVC-ThS Nguyễn Văn Hoài viết các Ch•ơng IV, V. GVC- KS L•u Văn Bồng, KS D•ơng Quốc Dũng viết các Ch•ơng I, II, III, VI. GVC-ThS Vũ Hữu Nam Chủ biên và viết các Ch•ơng VII, VIII. Hiệu đính: GVC- KS L•u Văn Bồng. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn PGS -TSKH Phan Bá, TS Nguyễn Đức Ph•ơng, 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 đ•ợc ý kiến đóng góp của bạn đọc và các bạn đồng nghiệp để trong lần tái bản sau giáo trình đ•ợc 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
Ch•ơng 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 ph•ơng pháp tạo hình cho chi tiết gia công bằng cách cắt bỏ một lớp kim loại d• trên bề mặt vật gia công (phôi) để thu đ•ợc một chi tiết có kích th•ớc, hình dáng chất l•ợng 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 đ•ợc gọi là ph•ơng pháp gia công có phoi (d•ới đây gọi tắt là: gia công cắt gọt GCCG). 1.1.2.Vai trò, vị trí ph•ơng pháp gia công cắt gọt GCCG là ph•ơng pháp không thể thiếu trong ngành chế tạo cơ khí nhằm nâng cao độ chính xác kích th•ớc, hình dáng, chất l•ợng bề mặt các chi tiết máy, đặc biệt các chi tiết có yêu cầu độ chính xác lắp ghép cao. GCCG là ph•ơng pháp gia công tiếp theo sau các ph•ơng pháp gia công tạo phôi. Chọn ph•ơng pháp gia công đúng, hợp lý không những nâng cao chất l•ợng 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 ph•ơng pháp cắt là một yêu cầu không thể thiếu đối với các kỹ s• 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 d• 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 l•ợng 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 l•ờng 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 ng•ời 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 đ•ợc tạo thành sau khi dao đã cắt đi một lớp kim loại (mặt 1). 1.2.2. Mặt ch•a gia công Mặt ch•a gia công là bề mặt của vật gia công (phôi), từ đó một lớp kim loại d• sẽ đ•ợc 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 ch•a gia công. Trong quá trình gia công mặt đang gia công luôn luôn tiếp xúc với l•ỡi 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 đ•ờng sinh chuyển động theo một đ•ờng dẫn h•ớng sẽ tạo nên một bề mặt. Hình dáng của đ•ờng sinh và đ•ờng dẫn h•ớng khác nhau sẽ tạo hình dạng bề mặt khác nhau. Hình 1-2a, đ•ờng sinh 1 là đ•ờng thẳng và đ•ờng dẫn h•ớng 2 cũng là đ•ờng thẳng thì bề mặt đ•ợc tạo là mặt phẳng. Nếu đ•ờng sinh là đ•ờng tròn còn đ•ờng dẫn h•ớng là đ•ờng thẳng, bề mặt đ•ợc tạo là mặt trụ (hình 1-2b).
Hình 1-2. Đ•ờng sinh và đ•ờng dẫn h•ớng Bề mặt chi tiết đ•ợc tạo nên trong quá trình cắt gọt dựa vào nguyên lý trên. Đ•ờng sinh và đ•ờng dẫn h•ớng là những đ•ờng không có thực trên máy, chúng đ•ợc tạo nên do các chuyển động t•ơng đối giữa dao và phôi trong quá trình cắt. Bề mặt chi tiết đ•ợc tạo nên do cắt gọt không phẳng nh• 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 đ•ờng sinh và đ•ờng dẫn h•ớng cho bề mặt gia công trong quá trình cắt đ•ợc 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, đ•ợc ký hiệu bằng chữ V hoặc chữ n. Chuyển động chính có thể là chuyển động quay tròn của phôi (nh• tiện- hình 1-3a) hoặc của dụng cụ (nh• khoan - hình 1-3b, mài- hình 1-3c); cũng có thể là chuyển động thẳng đi - về hoặc liên tục do dao thực hiện (nh• bào ngang - hình 1-3c; xọc; chuốt) hoặc do phôi thực hiện (bào gi•ờng) b. Chuyển động chạy dao: là chuyển động đ•a l•ỡi 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, đ•ợc ký hiệu bằng chữ S. Chuyển động chạy dao có thể thẳng liên tục do dao thực hiện (nh• tiện hình 1-3a, khoan hình 1-3b) hoặc do chi tiết thực hiện (phay). Chuyển động chạy dao có thể không liên tục, đ•ợc thực hiện sau một hành trình đi - về của chuyển động chính (nh• bào - hình 1-3c; xọc). Hầu hết các ph•ơng pháp gia công đều có một chuyển động chạy dao (tiện, phay ) hoặc hai chuyển động chạy dao trở lên (nh• mài) riêng ph•ơng 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 đ•ợc 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 đ•a dao vào vị trí gia công. * Chuyển động đ•a 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 ph•ơng pháp cắt Tuỳ theo mục đích sử dụng, có thể phân loại dụng cụ cắt kim loại (DCC) theo ph•ơng pháp cắt, theo tính chất gia công, theo hình dáng dụng cụ. Theo ph•ơng pháp cắt, DCC đ•ợc 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 đ•ợc 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 l•ỡi cắt trực tiếp cắt kim loại trong quá trình gia công. Đầu dao dó các mặt sau đây tạo nên: * Mặt tr•ớc: 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 tr•ớc 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 tr•ớc cong có cạnh vát âm (hình1-5g). Chiều rộng cạnh vát f phụ thuộc l•ợng chạy dao đ•ợc chọn trong khoảng (0,21)mm. L•ợng chạy dao càng lớn thì f lấy càng lớn. Hình 1-5. Các dạng mặt tr•ớc 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 l•ỡi cắt của dao. * L•ỡi cắt chính: Giao tuyến giữa mặt tr•ớc và mặt sau chính, giữ nhiệm vụ cắt chủ yếu trong quá trình gia công. Tuỳ thuộc hình dạng mặt tr•ớc và mặt sau chính mà l•ỡi cắt chính có thể thẳng hoặc cong. * L•ỡi cắt phụ: Giao tuyến giữa mặt tr•ớc và mặt sau phụ. Trong quá trình cắt, một phần l•ỡi l•ỡi cắt phụ tham gia cắt. L•ỡi cắt phụ có thể thẳng hoặc cong
phụ thuộc vào dạng mặt tr•ớc và mặt sau phụ. Tuỳ theo số l•ợng mặt sau phụ, mà dao cắt có thể có một, hai hoặc nhiều l•ỡi cắt phụ. * Mũi dao: Phần nối tiếp giữa l•ỡi cắt chính và l•ỡi 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 th•ớc mặt cắt ngang thân dao đ•ợc 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, ng•ời 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 đ•ợc 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 đ•ợc 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 th•ờng 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 đ•ợc 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 th•ờng 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 t•ợng dính giữa vật liệu gia công và vật liệu làm dao. Tính dính đ•ợc đặc tr•ng 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.
Ng•ời 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 th•ờng 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 đ•ợc thể hiện ở các mặt: tính tôi đ•ợc, 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 nh•ng không đ•ợc 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 nh• độ dẫn nhiệt cao, sức chống va chạm cao và giá thành phải thấp. Để làm phần cắt của dụng cụ, ng•ời ta th•ờng 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 d•ới 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 l•ợng các bon trong thép không thấp hơn 0,7%. Một số nhãn hiệu hay đ•ợc dùng: Y7  Y13 và các loại thép tốt: Y7A  Y13A (có hàm l•ợng phốt pho <0,03% và l•u 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 th•ờng phải tôi trong n•ớc làm cho dụng cụ sau khi tôi dễ bị nứt, vỡ vì vậy không đ•ợc dùng làm những dụng cụ có kích th•ớc lớn. Với những đặc tính trên, thép các bon dụng cụ th•ờng chỉ dùng để chế tạo các dụng cụ nguội nh• đục, dũa ; các dụng cụ rèn và các loại khuôn. Thép hợp kim dụng cụ: là loại thép có hàm l•ợng các bon cao và hàm l•ợng 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 đ•ợc 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. Ng•ời ta th•ờng 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 nh• 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 l•ỡi cắt sắc trong thời gian dài. Thép gió: là loại thép các bon dụng cụ nh•ng có hàm l•ợng crôm (Cr), vonfram (W), vanadi (V) cao. Thép gió là loại vật liệu làm dao có tính cắt tốt và đ•ợc 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 nh• 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) đ•ợc chế tạo bằng ph•ơng pháp luyện kim bột. Các các bít vonfram (WC), các bít titan (TiC) và các bít tantan (TaC) ở dạng hạt mịn đ•ợc 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 l•ợng chất dính kết càng tăng thì độ bền, tính dẻo của HKC càng tăng nh•ng 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 l•ợng 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 l•ợng 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 l•ợng 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 đ•ợc 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 c•ơng nhân tạo, Nitrit Bo lập ph•ơng (elbo). Kim c•ơng có độ cứng tế vi cao hơn HKC khoảng (5  6) lần, tính dẫn nhiệt cao hơn (1,5  2,5) lần nh•ng còn nh•ợc 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 c•ơng chủ yếu đ•ợc dùng để gia công HKC, kim loại màu, cũng nh• vật liệu phi kim loại ở tốc độ cắt cao. Ngoài những •u điểm nh• kim c•ơng, elbo còn có độ bền nhiệt cao t=(20000C) nên nó rất có triển vọng trong ngành chế tạo dụng cụ. Hiện nay elbo đ•ợc 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. Th•ờng ng•ời ta dùng các loại vật liệu có nhãn hiệu sau để làm vật liệu thân dao: C40, C45, C40X hoặc Y7  Y9. c. Ph•ơng pháp gắn vật liệu phần cắt lên thân dao: * Hàn dính (Hình 1-6a) * Kẹp bằng cơ khí (Hình 1-6b)
Hình 1-6. Ph•ơng 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, ng•ời ta quy •ớc 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 l•ỡi cắt chính là mặt phẳng tạo thành bởi đ•ờng tiếp tuyến với l•ỡi cắt chính tại điểm ta xét và véc tơ tốc độ cắt tại điểm đó. Tốc độ cắt ở đây đ•ợc hiểu là tốc độ dịch chuyển t•ơng đối giữa l•ỡi cắt và bề mặt đ•ợc 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 l•ỡi cắt chính là mặt phẳng chứa đ•ờng tiếp tuyến với l•ới cắt chính tại điểm đang xét và vuông góc với véc tơ tốc độ cắt tại điểm đó. Trong tr•ờng hợp mũi dao gá ngang tâm chi tiết gia công và bỏ qua chuyển động chạy dao, mặt đáy song song với mặt tựa khi gá dao. c. Mặt cắt chính (tiết diện chính) Mặt cắt chính tại một điểm của l•ỡi cắt chính là mặt phẳng vuông góc với hình chiếu của đ•ờng tiếp tuyến với l•ỡi cắt chính tại điểm đang xét trên mặt đáy. d. Mặt cắt phụ (tiết diện phụ) Mặt cắt phụ tại một điểm của l•ỡi cắt phụ là mặt phẳng vuông góc với hình chiếu của đ•ờng tiếp tuyến với l•ỡi cắt phụ tại điểm đang xét trên mặt đáy. Nếu l•ỡi cắt chính (hoặc phụ) thẳng, đ•ờng tiếp tuyến với l•ỡi cắt chính (hoặc phụ) trùng với l•ới cắt chính (hoặc phụ). Theo định nghĩa nh• trên, ba mặt toạ độ sẽ vuông góc với nhau. 1.5.2. Góc độ của dao ở trạng thái tĩnh Góc độ dao ở trạng thái tĩnh là góc độ dao xét trong tr•ờng hợp mũi dao gá ngang tâm chi tiết, trục dao vuông góc với đ•ờng tâm của máy và chỉ có chuyển động chính, không có chuyển động chạy dao. Góc độ của dao ở trạng thái tĩnh đ•ợc trình bày trên hình 1-8. a. Góc tr•ớc chính của dao (góc thoát) - . Góc tr•ớc chính của dao là góc giữa mặt phẳng tiếp tuyến với mặt tr•ớc của dao và mặt đáy đo trong mặt cắt chính (tại điểm đang xét). Góc tr•ớc ảnh h•ởng lớn tới quá trình cắt. Góc tr•ớc càng lớn phoi thoát càng dễ, biến dạng của lớp kim loại bị cắt giảm, ma sát giảm, công tiêu hao giảm, nhiệt cắt giảm nên tuổi bền dao có thể tăng. Tuy nhiên khi góc tr•ớc tăng quá giới hạn nào đó thì độ bền phần cắt của dao sẽ giảm.
Tuỳ theo vật liệu gia công, vật liệu làm dao và tính chất gia công mà chọn giá trị góc tr•ớc của dao. Vật liệu gia công càng dẻo, chọn góc tr•ớc càng lớn và ng•ợc lại vật liệu gia công càng dòn thì chọn góc tr•ớc càng nhỏ; vật liệu làm dao chịu uốn tốt (thép gió) chọn góc tr•ớc lớn, còn vật liệu làm dao chịu uốn thấp (HKC, vật liệu gốm ) nên chọn góc tr•ớc nhỏ và có thể nhỏ hơn không; khi gia công thô chọn góc tr•ớc lớn, khi gia công tinh chọn góc tr•ớc nhỏ. Giá trị của góc tr•ớc có thể d•ơng, âm hoặc bằng 0, thay đổi trong giới hạn từ (-100  30)0. b. Góc sau chính (góc sát) - . Góc sau chính là góc hợp bởi mặt phẳng tiếp tuyến với mặt sau chính và mặt cắt đo trong mặt cắt chính (tại điểm đang xét). Góc sau chính ảnh h•ởng lớn đến ma sát giữa mặt sau chính và mặt đang gia công nên ảnh h•ởng đến tuổi bền của dao. Góc sau chính càng lớn, ma sát giữa mặt sau chính của dao và bề mặt đang gia công càng giảm do đó độ mòn mặt sau chính càng giảm nên tuổi bền dao tăng. Tuy nhiên góc sau càng giảm, vật liệu phần cắt giảm nên đầu dao yếu. Khi gia công tinh, khi cắt vật liệu giòn, khi máy - dao- chi tiết đủ cứng vững chọn góc sau chính lớn và ng•ợc lại. Giá trị của góc sau chính luôn d•ơng, biến đổi trong giới hạn từ (5  12)0. c. Góc sắc : là góc giữa mặt phẳng tiếp tuyến với mặt tr•ớc và mặt phẳng tiếp tuyến với mặt sau chính đo trong mặt cắt chính (tại điểm đang xét). Góc sắc  đ•ợc hình thành sau khi mài để tạo góc tr•ớc chính  và góc sau chính . Góc  càng nhỏ dao cắt vào kim loại càng dễ song độ bền phần cắt giảm, khả năng chịu nhiệt kém. d. Góc cắt : là góc giữa mặt phẳng tiếp tuyến với mặt tr•ớc của dao và mặt phẳng cắt đo trong mặt cắt chính (tại điểm đang xét). Góc cắt  đ•ợc hình thành sau khi mài góc tr•ớc chính. Quan hệ hình học giữa các góc trong mặt cắt chính:  +  +  =  +  = 900  = +  = 900 -  Nếu góc cắt < 900 thì góc tr•ớc d•ơng, còn nếu góc cắt  0 thì góc tr•ớc âm hoặc bằng 0.
Hình 1-8. Góc độ dao ở trạng thái tĩnh e. Góc nghiêng l•ỡi cắt chính - (gọi tắt là góc nghiêng chính): là góc giữa hình chiếu đ•ờng tiếp tuyến với l•ỡi cắt chính (tại điểm đang xét) trên mặt đáy và ph•ơng chạy dao (giả định). Góc nghiêng chính ảnh h•ởng lớn đến độ nhám bề mặt chi tiết gia công và độ biến dạng của chi tiết gia công, các bộ phận công tác của máy. Nếu góc nhỏ, độ nhấp nhô bề mặt Rz giảm và chiều dài phần tham gia cắt của l•ỡi cắt tăng nên thoát nhiệt tốt hơn, điều này làm giảm độ mòn phần cắt của dao nên tuổi bền dao tăng. Song góc giảm, thành phần lực h•ớng kính (Py) vuông góc với đ•ờng tâm chi tiết tăng làm cho chi tiết gia công bị cong, các bộ phận công tác của máy bị xê dịch trong mặt phẳng nằm ngang nên độ chính xác chi tiết gia công giảm Xuất phát từ nhận xét này mà góc nghiêng chính nên chọn càng nhỏ càng tốt nếu độ cứng vững của máy gá - dao - chi tiết (gọi tắt là độ cứng vững của hệ thống công nghệ - MGDC) cao và ng•ợc lại. Góc nghiêng chính thay đổi trong khoảng từ 300  900 nh•ng thông th•ờng chọn = 450  600
f. Góc nghiêng l•ỡi cắt phụ (gọi tắt là góc nghiêng phụ) - 1: là góc giữa hình chiếu đ•ờng tiếp tuyến với l•ỡi cắt phụ trên mặt đáy và ph•ơng chạy dao nh•ng chiều ng•ợc lại. Góc nghiêng phụ ảnh h•ởng chủ yếu tới độ nhấp nhô bề mặt gia công. Góc 1 càng nhỏ, độ nhấp nhô càng thấp nên độ nhám bề mặt giảm. Thông th•ờng 0 0 chọn góc 1 = 5  30 , giá trị nhỏ dùng khi gia công tinh và hệ thống công nghệ cứng vững. g. Góc mũi dao : là góc giữa hình chiếu đ•ờng tiếp tuyến với l•ỡi cắt chính và l•ỡi cắt phụ (tại điểm đang xét) trên mặt đáy. Góc  đ•ợc hình thành sau khi mài góc và 1, song trong tr•ờng hợp tiện ren, góc  = góc profin ren cần gia công. Các góc đo trên mặt đáy có quan hệ nh• sau: 0 + 1 +  = 180 h. Góc nâng của l•ỡi cắt chính (gọi tắt là góc nâng) -: là góc giữa đ•ờng tiếp tuyến với l•ỡi cắt chính tại mũi dao và đ•ờng thẳng vuông góc với véc tơ vận tốc cắt tại điểm đó, đo trong mặt cắt (hình 1-9). Góc  có thể d•ơng (>0), khi mũi dao ở vị trí thấp nhất của l•ỡi cắt chính (hình 1-9a); có thể âm ( 0, phoi thoát về phía mặt đã gia công, điểm tiếp xúc đầu tiên của dao và bề mặt gia công nằm phía trong đỉnh dao nên phần cắt của dao ít bị vỡ, đồng thời các điểm khác nhau của l•ỡi cắt vào kim loại gia công tuần tự từng điểm một làm cho quá trình cắt ổn định (hình 1-10a). Nếu góc  <0 thì ng•ợc lại (hình 1-10b).
Hình 1-10. Góc nâng l•ỡi cắt chính >0 (a) và <0 (b) Giá trị góc  biến đổi trong khoảng từ (-5  45)0, chọn giá trị  dựa vào loại dao (dao tiện ngoài, dao tiện lỗ), vật liệu làm phần cắt của dao (thép gió, HKC ), tính chất gia công (gia công thô hay gia công tinh, có va đập hay không), vật liệu gia công. Nói chung khi gia công thô, có va đập và vật liệu phần cắt của dao dòn chọn góc  0; khi gia công tinh chọn góc <0. e. Góc tr•ớc phụ -1: là góc giữa mặt đáy và mặt phẳng tiếp tuyến với mặt tr•ớc đo trong mặt cắt phụ. f. Góc sau phụ - 1: là góc giữa mặt cắt và mặt sau phụ đo trong mặt cắt phụ. Góc sau phụ ảnh h•ởng đến ma sát giữa mặt sau phụ và mặt đã gia công. Góc sau phụ càng lớn, ma sát càng ít nên mức độ mòn mặt sau phụ giảm. Góc sau phụ luôn luôn d•ơng. Th•ờng chọn góc sau phụ bằng góc sau chính. Dao tiện cắt 0 0 và cắt rãnh chọn 1 = 1  2 . Chú ý: * Các định nghĩa nêu trên đây đúng với mọi loại dụng cụ cắt khác. * Góc dao ở trạng thái tĩnh dùng để mài dao và đo góc độ dao. * Khi mài sắc và mài lại dao, ng•ời ta tiến hành mài trong mặt cắt vuông góc với trục dao (mặt XX) và mặt phẳng chứa trục dao (mặt YY). Quan hệ giữa góc tr•ớc chính và góc sau chính trong mặt cắt chính với mặt cắt XX và mặt cắt YY nh• sau: Hình 1-11 biểu diễn các góc tr•ớc và sau trong mặt cắt XX và mặt cắt YY.
tgy = tg cos tg cos tggx = tg sin tg cos (1.1) cotg y = cotg cos tg cos cotg x = cotg sin tg cos Các dấu phía trên trong công thức ứng với giá trị góc >0, còn các dấu phía d•ới ứng với giá trị góc <0. Hình 1-11. Góc dao trong mặt cắt NN, mặt cắt XX và YY 1.5.3. Góc độ của dao trong quá trình cắt (trạng thái động) Góc độ của dao thay đổi trong quá trình cắt do các nguyên nhân sau: - Do trục thân dao gá không vuông góc với đ•ờng tâm của máy - Do mũi dao gá không ngang tâm máy (tâm chi tiết)
- Do có các chuyển động chạy dao trong quá trình cắt. D•ới đây chúng ta hãy xét sự ảnh h•ởng của từng yếu tố trên đến sự thay đổi góc độ của dao. a. Góc độ của dao thay đổi khi gá dao không đúng * Gá mũi dao không ngang tâm chi tiết. Hình 1-12a thể hiện sự thay đổi góc độ của dao khi gá mũi dao cao hơn tâm chi tiết trong tr•ờng hợp tiện ngoài (xét trong mặt cắt YY). Khi gá mũi dao không ngang tâm chi tiết làm góc tr•ớc  và góc sau thay đổi một l•ợng h. Giá trị của góc h đ•ợc tính theo công thức: 2h  h Arc sin [độ] (1.2) D Trong đó: h- độ dịch chuyển của mũi dao so với tâm chi tiết (tâm máy) theo ph•ơng thẳng đứng, mm D- đ•ờng kính bề mặt đang gia công, mm. Hình 1-12. Góc độ dao khi gá dao không đúng Dao vẽ bằng nét đứt thể hiện dao ở vị trí gá đúng Dao vẽ bằng nét liền thể hiện dao ở vị trí gá sai Tuỳ theo vị trí của mũi dao so với tâm chi tiết (cao hoặc thấp hơn tâm) và ph•ơng pháp gia công (tiện lỗ hoặc mặt trụ ngoài) mà góc  hoặc góc thay đổi theo chiều tăng hoặc giảm. Quan hệ đó nh• sau:
d  y  y  h d (1.3) y y   h Trong đó: Dấu phía trên ứng với tr•ờng hợp tiện mặt trụ ngoài gá cao hơn tâm hoặc tiện lỗ gá thấp hơn tâm; dấu phía d•ới ứng với tr•ờng hợp ng•ợc lại. Các góc y, y là góc tr•ớc chính và sau chính đo trong mặt cắt YY d d Các góc  y , y là góc tr•ớc chính và góc sau chính ứng với gá mũi dao không ngang tâm chi tiết, đo trong mặt cắt YY. * Gá trục thân dao không vuông góc với đ•ờng tâm của máy Từ hình vẽ 1-12b ta thấy, nếu khi gá trục dao xoay một góc là  so với vị trí vuông góc với đ•ờng tâm của máy thì góc và 1 sẽ biến đổi một góc cũng có giá trị là . Nếu trục thân dao nghiêng sang phải thì tăng và 1 giảm, còn nếu nghiêng sang bên trái thì ng•ợc lại. T•ơng quan tăng giảm giữa các góc nh• sau: đ d 0 +  + 1 = +  + 1 = 180 = const Khi cắt ren, nếu gá trục dao không vuông góc trục chi tiết gia công thì ren bị nghiêng (đổ) gây sai số về nửa góc prôphinren. b) Góc độ của dao khi có chuyển động chạy dao Khi tiện, chuyển động cắt gồm hai thành phần; chuyển động chính có véc tơ tốc độ là Vn và chuyển động chạy dao có véc tơ tốc độ là VS , nên véc tơ tốc độ cắt tổng hợp V Sẽ là: V Vn VS Lúc này quỹ đạo của chuyển động t•ơng đối giữa mũi dao và bề mặt gia công là đ•ờng xoắn, vậy mặt cắt sẽ là mặt phẳng chứa véc tơ tốc độ cắt tổng hợp. Vị trí của mặt cắt khi có chuyển động chạy dao sẽ không trùng với vị trí mặt cắt ở trạng thái tĩnh (không có chuyển động chạy dao) nên làm cho góc  và thay đổi. Ta sẽ nghiên cứu sự thay đổi của góc góc  và khi có chuyển động chạy dao dọc (Sd) và chuyển động chạy dao ngang (sn). * Khi có chuyển động chạy dao dọc. Để phân tích sự thay đổi của góc  và góc , ta xét tr•ờng hợp tiện ngoài (hình 1-13a). Khi có chuyển động chạy dao dọc thì quỹ đạo của chuyển động cắt t•ơng đối của một điểm bất kỳ trên l•ỡi cắt là đ•ơng xoắn ốc, do đó véc tơ tốc độ cắt sẽ nghiêng đối với véc tơ tốc độ cắt ở trạng thái tĩnh một góc S bằng góc của đ•ờng xoắn. Từ hình vẽ ta có: d  x  x  S d (1.4) x x  S
Sd Với S = Arctg ( .sin ) (1.5) D d d Trong đó:  X , X , x, x- là góc tr•ớc và góc sau ở trạng thái có chuyển động chạy dao dọc (trạng thái động) và trạng thái không có chuyển động chạy dao (trạng thái tĩnh) xét trong mặt cắt XX.  D- đ•ờng kính bề mặt gia công , mm Sd- l•ợng chạy dao dọc, mm/vòng - góc nghiêng l•ỡi cắt chính, độ Hình 1-13. Góc dao khi có chuyển động chạy dao * Khi có chuyển động chạy dao ngang (Sn). Khi tiện cắt đứt, tiện rãnh, xén mặt đầu và tiện ren mặt đầu ng•ời ta thực hiện chạy dao ngang (h•ớng chạy dao ngang vuông góc với trục chi tiết gia công). Khi có chạy dao ngang thì quỹ đạo của chuyển động cắt t•ơng đối của một điểm bất kỳ trên l•ỡi cắt là đ•ờng xoắn Ac si mét. Do có l•ợng chạy dao ngang nên h•ớng của véc tơ tốc độ cắt trong quá trình cắt luôn luôn thay đổi và tạo với véc tơ tốc độ cắt ở trạng thái tĩnh một góc là S, do đó làm góc độ của dao thay đổi nh• sau (hình 1-13b): d  Y  Y S d (1.6) Y Y S Giá trị của S đ•ợc tính theo công thức: S n S = Arctg (1.7) 2
d d Trong đó:  Y , Y , Y , Y là góc tr•ớc và góc sau ở trạng thái có chuyển động chạy dao ngang (trạng thái động) và trạng thái không có chuyển động chạy dao ngang (trạng thái tĩnh) xét trong mặt cắt YY. Sn-l•ợng chạy dao ngang, mm/vòng -bán kính của bề mặt đang gia công ở tại điểm đang xét, mm. Vậy khi có chuyển động chạy dao, góc tr•ớc ở trạng thái động tăng lên và góc sau ở trạng thái động giảm bớt một l•ợng là S = f(S, D). Giá trị của S tỷ lệ thuận với l•ợng chạy dao và tỉ lệ nghịch với đ•ờng kính bề mặt gia công. 1.6. Các yếu tố chế độ cắt khi tiện Hình 1-14 thể hiện các yếu tốc cắt khi tiện chạy dao dọc. Số 1 và 2 là hai vị trí liên tiếp của mặt cắt khi phôi quay một vòng. Hình 1-14. Các yếu tố chế độ và thông số hình học lớp cắt khi tiện 1.6.1. Chiều sâu cắt - t Chiều sâu cắt t là khoảng cách giữa bề mặt đã gia công và bề mặt ch•a gia công đo theo ph•ơng vuông góc với bề mặt đã gia công trong một lần cắt. Trị số của chiều sâu cắt đ•ợc đo trong mặt cắt chứa trục chi tiết gia công và đ•ợc tính theo công thức: D d t [mm] (1.8) 2 Trong đó: D - đ•ờng kính bề mặt ch•a gia công, mm d - đ•ờng kính bề mặt đã gia công, mm
1.6.2. L•ợng chạy dao L•ợng chạy dao là l•ợng dịch chuyển t•ơng đối giữa l•ỡi cắt và bề mặt gia công theo ph•ơng chuyển động chạy dao sau một vòng quay của phôi hoặc trong một đơn vị thời gian. Ng•ời ta phân loại l•ợng chạy chạy dao nh• sau: a.Theo ph•ơng chuyển động của dao * L•ợng chạy dao dọc (Sd) là l•ợng dịch chuyển t•ơng đối giữa l•ỡi cắt và bề mặt gia công theo ph•ơng dọc trục phôi cần gia công. Chuyển động chạy dao dọc dùng để tiện các loại mặt trụ trong và ngoài, các loại ren trong và ngoài. * L•ợng chạy dao ngang (Sn) là l•ợng dịch chuyển t•ơng đối giữa l•ỡi cắt và bề mặt gia công theo ph•ơng vuông góc với trục phôi gia công. Chuyển động chạy dao ngang dùng để tiện rãnh, tiện cắt đứt, tiện mặt đầu * Chuyển động chạy dao xiên (Sx) là l•ợng dịch chuyển t•ơng đối giữa l•ỡi cắt của dao và bề mặt gia công theo ph•ơng tạo với đ•ờng trục phôi gia công một góc nhất định. Chuyển động chạy dao xiên dùng để tiện mặt côn trong và ngoài, mặt định hình. b.Theo đơn vị tính của l•ợng chạy dao * L•ợng chạy dao vòng (Sv) là l•ợng dịch chuyển t•ơng đối giữa l•ỡi cắt của dao và bề mặt gia công sau một vòng quay của phôi hoặc của dao và đ•ợc tính bằng mm/vòng. L•ợng chạy dao vòng ảnh h•ởng trực tiếp đến chiều cao nhấp nhô của bề mặt gia công. * L•ợng chạy dao răng (Sr) là l•ợng dịch chuyển t•ơng đối giữa l•ỡi cắt của dao và bề mặt gia công sau khi dao dịch chuyển đ•ợc một cung răng và đ•ợc tính bằng mm/răng. Với tiện Sr = SV * L•ợng chạy dao phút (SPh) là l•ợng dịch chuyển t•ơng đối giữa l•ỡi cắt của dao và bề mặt gia công sau thời gian một phút và đ•ợc tính bằng mm/ph L•ợng chạy dao phút đặc tr•ng cho năng suất của quá trình cắt. Mối quan hệ giữa Sv, Sz, và Sph nh• sau: Sv = Sz . Z [mm/vòng] (1.9) Sph = Sv . n = Sz . Z . n [mm/ph] (1.10) Trong đó: Z- số răng dao n- số vòng quay của phôi, vòng/ph 1.6.3. Tốc độ cắt - V Tốc độ cắt là l•ợng dịch chuyển t•ơng đối giữa l•ỡi cắt của dao và bề mặt gia công trong một đơn vị thời gian. V V n V s Trong đó : V n là véc tơ tốc độ cắt của chuyển động chính;
V s véc tơ tốc độ cắt của chuyển động chạy dao. Trong thực tế giá trị của VS rất nhỏ so với Vn nên trong tính toán tốc độ cắt ng•ời ta bỏ qua giá trị VS và tốc độ cắt đ•ợc tính theo công thức: Dn V Vn [m/ph] (1.11) 1000 Trong đó: D - đ•ờng kính bề mặt gia công (hoặc của dụng cụ cắt) ứng với điểm tiếp xúc với l•ỡi cắt xa tâm nhất, mm n- số vòng quay của phôi (hoặc dụng cụ) trong một phút, vg/ph Tập hợp các yếu tố V, t, S, gọi là chế độ cắt. 1.6.4. Thời gian máy - To Thời gian máy là thời gian cần thiết để dụng cụ trực tiếp cắt lớp kim loại trên bề mặt phôi trong một nguyên công công nghệ. Vậy thời gian máy chính là tỷ số giữa khoảng dịch chuyển của dao và l•ợng chạy dao phút trong một nguyên công công nghệ, đ•ợc tính theo công thức (hình 1-15) Hình 1-15 L h l l1 l2 h T0 . . [ph] (1.12) S ph t Sv .n t Trong đó: l- chiều dài bề mặt cần gia công, mm l1- l•ợng chạy tới, l1 = t.cotg [mm], th•ờng lấy l1 = (2  3)mm l2- l•ợng chạy quá, th•ờng lấy l2 = (2 5)mm n- số vòng quay của phôi trong một phút, vòng/ph h- l•ợng d• gia công của nguyên công công nghệ, mm t- chiều sâu cắt, mm - Góc nghiêng l•ỡi cắt chính, độ
1.7. Thông số hình học mặt cắt ngang lớp cắt Thông số hình học của mặt cắt ngang lớp cắt đ•ợc thể hiện qua hình 1-14. 1.7.1. Chiều rộng lớp kim loại bị cắt (gọi tắt là chiều rộng cắt) b Chiều rộng cắt là khoảng cách giữa bề mặt đã gia công và ch•a gia công đo dọc theo l•ỡi cắtchính. Chiều rộng cắt chính là phần l•ỡi cắt trực tiếp tham gia cắt. Khi l•ỡi cắt thẳng, mũi dao gá ngang tâm chi tiết, dao có góc nâng  = 00 thì: t b [mm] (1.13) Sin Trong đó: t- chiều sâu cắt, mm - Góc nghiêng l•ỡi cắt chính, độ 1.7.2. Chiều dày lớp kim loại bị cắt (gọi tắt là chiều dày cắt) a Chiều dày cắt là khoảng cách giữa hai vị trí liên tiếp của l•ỡi cắt sau một vòng quay của phôi đo theo ph•ơng vuông góc với l•ỡi cắt. Khi l•ỡi cắt thẳng, mũi dao gá ngang tâm chi tiết, góc nâng  =0: - Khi dao có góc tr•ớc  00 S.sin a [mm] (1.14a) Cos - Khi dao có góc tr•ớc  = 00 a = S . Sin [mm] (1.14b) Trong đó: S - l•ợng chạy dao vòng, mm/vòng Từ hình 1-14 và các công thức 1-13 và 1-14 ta thấy rằng: b = f(t, ) và a=f (S, ). Nếu giữ nguyên tvà S, góc nghiêng chính càng giảm thì chiều dày cắt giảm, còn chiều rộng cắt tăng nghĩa là phoi càng dài và càng mỏng; nếu góc tăng thì ng•ợc lại. Nếu góc  00 thì chiều dày và chiều rộng lớp cắt đ•ợc tính theo công thức: S .sin 0 a [mm] (1.15) cos t b [mm] (1.16) cos v .tg 2 2 sin tg  Trong đó: 0 Arctg [độ] (1.17) cos 1.7.3. Diện tích lớp kim loại bị cắt (gọi tắt là diện tích lớp cắt)
Ng•ời ta phân biệt diện tích lớp cắt thành diện tích cắt danh nghĩa, diện tích cắt còn d•, diện tích cắt thực. a. Diện tích cắt danh nghĩa -F. Khi gá mũi dao ngang tâm chi tiết, dao có 0 0 góc tr•ớc chính = 0 ; góc nâng  =0 thì diện tích cắt danh nghĩa đ•ợc tính theo công thức: 2 Fd.n = a . b = S . t [mm ] (1.18) b. Diện tích cắt còn d• - Fd là diện tích lớp cắt kim loại còn lại trên bề mặt gia công do dao không cắt đ•ợc hết. Diện tích tam giác ABC trên hình 1-14a là phần diện tích d• trong tr•ờng hợp tiện ngoài chạy dao dọc, có bán kính mũi dao r = 0mm. Diện tích cắt còn d• đ•ợc tính theo công thức. 1 F S.H [mm2] (1.19) d• 2 Trong đó: S - L•ợng chạy dao dọc, mm H- Chiều cao của lớp kim loại còn lại trên bề mặt gia công do dao không cắt đ•ợc hết, mm. Chiều cao này đặc tr•ng cho chiều cao nhấp nhô của bề mặt chi tiết sau gia công. Chiều cao H đ•ợc tính nh• sau: * Khi bán kính mũi dao r = 0 thì: sin .sin 1 H = S. (1.20) sin( 1 ) * Khi bán kính mũi dao r 0 thì H đ•ợc tính gần đúng: S2 H = [mm] (1.20b) 8r Trong đó: S - l•ợng chạy dao dọc, mm , 1- Góc nghiêng l•ỡi cắt chính và l•ỡi cắt phụ, độ r, bán kính cong mũi dao, mm c. Diện tích cắt thực Fth Fth = Fd.n - Fd• Từ các công thức (1.19) (1.20b) ta có thể rút ra kết luận: chiều cao của diện tích cắt còn d• H (hay chiều cao nhấp nhô của bề mặt chi tiết đã gia công) tỉ lệ thuận với l•ợng chạy dao S, góc nghiêng l•ỡi cắt chính và l•ỡi cắt phụ 1 và tỉ lệ nghịch với bán kính mũi dao r. Để giảm độ nhám bề mặt gia công cần giảm S, , 1 và tăng r. Khi lập các công thức tính chiều cao H đều dựa trên quan hệ hình học, ch•a kể đến biến dạng dẻo, biến dạng đàn hồi, rung động trong quá trình gia công nên độ nhấp nhô thực tế của bề mặt chi tiết gia công lớn hơn nhiều so với các trị số tính theo các công thức (1.20).
1.8. Khái niệm chung về máy cắt kim loại 1.8.1. Khái niệm về máy cắt kim loại Máy cắt kim loại là một dạng máy công cụ dùng để gia công các chi tiết máy có hình dáng và kích thứơc khác nhau bằng cách cắt đi trên bề mặt của phôi một lớp kim loại thừa sao cho đảm bảo độ chính xác kích th•ớc và chất l•ợng bề mặt theo yêu cầu thiết kế đã đề ra. Đặc điểm để phân biệt máy cắt kim loại với các máy công cụ khác là trong quá trình hoạt động chúng thực hiện quá trình cắt và tạo ra phoi. 1.8.2. Phân loại và ký hiệu a. Phân loại theo ph•ơng pháp gia công Theo ph•ơng pháp gia công máy cắt đ•ợc phân ra các nhóm máy: * Nhóm máy tiện. * Nhóm máy khoan - doa. * Nhóm máy mài. * Nhóm máy tổ hợp. * Nhóm máy gia công răng. * Nhóm máy phay. * Nhóm máy bào - xọc - chuốt. * Nhóm máy cắt đứt . * Nhóm các máy còn lại b. Phân loại theo mức độ vạn năng Theo mức độ vạn năng máy cắt đ•ợc phân ra: Máy vạn năng là những máy dùng để thực hiện nhiều nhiều nguyên công công nghệ khác nhau trên nhiều chủng loại chi tiết có hình dáng và kích th•ớc khác nhau. Ví dụ: trên máy tiện ren vít vạn năng có thể tiện trụ trong, trụ ngoài, ren trong, ren ngoài, xén mặt đầu, tiện cắt đứt trên các chi tiết có kích th•ớc và hình dáng khác nhau và làm nhiều công việc về tiện khác. Máy vạn năng đựơc dùng trong sản xuất đơn chiếc, trong sửa chữa cơ khí, trong sản xuất loạt nhỏ và loạt vừa khi sản l•ợng nhỏ và đối t•ợng sản xuất luôn thay đổi. Máy chuyên môn hoá là những máy dùng để gia công một loại chi tiết có hình dạng giống nhau song kích th•ớc khác nhau.Ví dụ: Máy gia công bánh răng 5E32 hay máy 514 chỉ dùng để gia công các bánh răng trụ có răng thẳng và răng xoắn song có thể có đ•ờng kính, số răng và mô đuyn khác nhau. Máy chuyên môn hoá đ•ợc sử dụng trong sản xuất loạt lớn khi sản l•ợng đủ lớn. Máy chuyên dùng là những máy đ•ợc thiết kế theo yêu cầu cụ thể của quá trình công nghệ. Mỗi máy chuyên dùng dùng để gia công một bề mặt cụ thể trên một loại chi tiết cụ thể.
Máy chuyên dùng đ•ợc dùng trong sản xuất loạt lớn và trong sản xuất hàng khối khi đối t•ợng sản xuất hầu nh• không thay đổi trong một thời gian dài. c. Theo mức độ tự động Theo mức độ tự động máy cắt kim loại đ•ợc phân ra: Máy không tự động bao gồm những máy mà chỉ có chuyển động cắt đựơc cơ khí hoá còn các chuyển động cần thiết khác đêù do công nhân đứng máy thực hiện. Ví dụ: các máy tiện ren vít vạn năng thông th•ờng chỉ có chuyển động quay tròn của phôi và chuyển động chạy dao của dao đ•ợc cơ khí hoá còn các chuyển động khác nh• chuyển động điều chỉnh máy, đ•a dao vào và ra khỏi vị trí cắt, tháo và kẹp chi tiết gia công vv đều do công nhân trực tiếp thực hiện. Máy bán tự động là những máy có tất cả các chuyển động đều đ•ợc tự động hoá, trừ chuyển động cấp phôi và tháo chi tiết. Sau khi gá kẹp chi tiết gia công và dụng cụ cắt lên máy rồi cho máy chạy, máy sẽ chạy cho tới khi hoàn tất chu kỳ gia công thì tự động dừng lại. Máy tự động bao gồm các máy mà có tất cả các chuyển động đều đ•ợc tự động hoá. Nhiệm vụ của công nhân đứng máy khi sử dụng những máy này là theo dõi hoạt động của máy và kịp thời sử lý những trục trặc có thể sảy ra để đảm bảo cho máy hoạt động bình th•ờng. d. Phân loại theo cấp chính xác Theo tiêu chuẩn nhà n•ớc Việt nam TCVN 4234-86 máy cắt kim loại đ•ợc phân ra 5 cấp chính xác, ký hiệu: I-II-III-IV-V theo độ chính xác tăng dần, trong đó: I - ký hiệu nhóm máy có độ chính xác bình th•ờng. II - ký hiệu nhóm máy có độ chính xác nâng cao. III - ký hiệu nhóm máy có độ chính xác cao. IV - ký hiệu nhóm máy có độ chính xác rất cao. V - ký hiệu nhóm máy có độ chính xác cao đặc biệt. Trị số các chỉ tiêu đánh giá độ chính xác của các nhóm máy này tăng dần từ cấp V tới cấp I theo qui luật cấp số nhân với công bội  = 1,6. e. Phân loại theo ph•ơng bố trí trục chính Theo ph•ơng bố trí trục chính máy cắt đ•ợc phân ra máy đứng và máy nằm ngang. Máy đứng là máy có trục chính thẳng đứng, còn máy nằm ngang là máy có trục chính nằm ngang. f. Phân loại theo số l•ợng trục chính Theo số l•ợng trục chính máy cắt đ•ợc phân ra máy một trục chính và máy nhiều trục chính.
g. Phân loại theo trọng l•ợng máy Theo trọng l•ợng máy cắt đ•ợc phân ra hạng máy: Máy hạng nhẹ bao gồm những máy có trọng l•ợng nhỏ hơn 1 tấn. Máy hạng vừa bao gồm những máy có trọng l•ợng lớn hơn 1 tấn và nhỏ hơn 10 tấn. Máy hạng nặng bao gồm những máy có trọng l•ợng lớn hơn 10 tấn. Máy hạng nặng đ•ợc chia ra: * Máy nặng vừa có trọng l•ợng 10 tấn m 30 tấn. * Máy nặng có trọng l•ợng 30 tấn  m  100 tấn. * Máy cực nặng có trong l•ợng m 100 tấn. 1.8.3. Ký hiệu máy cắt kim loại Mỗi n•ớc có một hệ thống ký hiệu máy cắt kim loại riêng. Ký hiệu máy cắt theo tiêu chuẩn nhà n•ớc Việt nam nh• sau: Chữ cái đứng đầu ký hiệu nhóm máy: T - chỉ nhóm máy tiện; P- chỉ nhóm máy phay; K- chỉ nhóm máy khoan; M- chỉ nhóm máy mài; B-chỉ nhóm máy bào vv Chữ số đứng tiếp theo chữ cái ký hiệu kiểu máy. Một hoặc hai chữ số tiếp theo thể hiện một trong những đặc tính quan trọngnhất của máy. Ví dụ1: T616 .Trong ký hiệu này chữ T ký hiệu nhóm máy tiện, chữ số 6 đứng sau chữ T ký hiệu kiểu máy nằm ngang, chữ số 16 nói lên chiều cao tâm máy H = 160 mm. Ví dụ 2: K125. Trong ký hiệu này chữ K ký hiệu nhóm máy khoan, chữ số 1 chỉ kiểu máy khoan đứng, chữ số 25 nói lên đ•ờng kính khoan lỗ đặc lớn nhất trên thép C45 là 25 mm. Ví dụ 3: P 82. Trong ký hiệu này chữ P chỉ nhóm máy phay, chữ số 8 chỉ máy phay nằm ngang, chữ số 2 nói lên máy có bàn số 2. Những máy đ•ợc cải tiến từ những máy vạn năng thích ứng thì trong ký hiệu của máy có thêm chữ cái ở giữa hoặc ở cuối. Ví dụ: máy tiện T616 sau khi cải tiến có ký hiệu T6M16. Ký hiệu máy của Liên xô tr•ớc đây và của Nga hiện nay cũng t•ơng tự nh• ký hiệu máy của Việt nam, tuy nhiên có một điểm khác là Nga không dùng chữ cái đứng đầu để ký hiệu nhóm máy mà lấy các con số tự nhiên: 1-ký hiệu nhóm máy tiện; 2- ký hiệu nhóm máy khoan - doa; 3- ký hiệu nhóm máy mài vv . Ví dụ: 1616 là máy tiện ren vít vạn năng nằm ngang có chiều cao tâm máy H=160 mm; 2A135 là ký hiệu máy khoan đứng có thể khoan lỗ đặc lớn nhất trên thép C45 với đ•ờng kính max =35 mm đ•ợc cải tiến từ máy khoan 2135. Máy phay đứng 6H12 sau khi đ•ợc trang bị thêm đầu chép hình có ký hiệu 6H12K; máy phay ngang 682 sau cải tiến có ký hiệu là 6H82 và sau khi đ•ợc trang bị thêm đầu phay đứng có ký hiệu là 6M82ỉ.
1.8.4. Khái niệm về động học máy cắt kim loại a. Khái niệm về truyền dẫn Tập hợp tất cả các khâu tham gia vào việc truyền chuyển động từ nguồn tới cơ cấu công tác gọi là truyền dẫn. Theo số l•ợng nguồn có thể phân ra truyền dẫn tập trung và truyền dẫn phân tán.Theo nguồn năng l•ợng sử dụng có thể phân ra truyền dẫn điện, cơ khí , thuỷ khí. Theo ph•ơng thức thay đổi tốc độ có thể phân ra truyền dẫn vô cấp và truyền dẫn phân cấp.Truyền dẫn phân cấp là truyền dẫn mà trong phạm vi điều chỉnh tốc độ đã thiết kế nó chỉ đảm bảo số l•ợng hữu hạn cấp tốc độ, còn truyền dẫn vô cấp là truyền dẫn mà trong phạm vi điều chỉnh tốc độ đã thiết kế nó có thể đảm bảo bất kỳ cấp tốc độ nào. b. Sơ đồ cấu trúc của máy Biểu thị quy •ớc các đ•ờng truyền trong máy theo một hệ thống thống nhất dùng để mô tả nguyên lý chuyển động tạo hình của máy gọi là sơ đồ cấu trúc động học. Các đ•ờng truyền trên sơ đồ cấu trúc đ•ợc biểu hiện bằng những đ•ờng chấm gạch nối giữa khâu đầu và khâu cuối của xích truyền, các khâu điều chỉnh đ•ợc ký hiệu bằng các hình thoi, chữ i biểu thị sự biến đổi tỷ số truyền, các chỉ số đi kèm theo chữ i biểu thị đại l•ợng cần biến đổi. Sơ đồ cấu trúc của máy tiện ren vít vạn năng đ•ợc thể hiện trên hình 1-6. Chuyển động chính. Chuyển động chính là chuyển động quay tròn của trục chính mang chi tiết gia công. Chuyển động bắt nguồn từ động cơ điện truyền qua bộ truyền động dây đai, qua hộp tốc độ có khâu điều chỉnh iV tới trục chính mang phôi. Ph•ơng trình xích động của xích tốc độ có thể viết d•ới dạng: nđc .i v .i cđ = n tc
Hình 1-16. Sơ đồ cấu trúc của máy tiện ren vít vạn năng. Trong công thức trên: iV và icđ là tỷ số truyền của khâu điều chỉnh và tỷ số truyền của các cặp truyền cố định trong xích tốc độ. Chuyển động chạy dao dọc. Chuyển động chạy dao dọc là chuyển động tịnh tiến của bàn dao theo ph•ơng dọc theo đ•ờng tâm máy. Chuyển động bắt nguồn từ trục chính qua chạc bánh răng thay thế có tỷ số truyền itt, qua khâu điều chỉnh xích chạy dao với tỷ số truyền iS tới trục trơn 4. Từ trục trơn chuyển động đ•ợc truyền tới cặp bánh răng - thanh răng 5 có thanh răng lắp cố định trên thân máy tạo chuyển động tịnh tiến cho bàn dao theo dẫn h•ớng dọc của thân máy. Ph•ơng trình xích động của xích chạy dao dọc đ•ợc viết d•ới dạng tổng quát nh• sau: 1 vg. i cđ . i tt .i s . . m . Z = S d (mm/vg). Trong công thức trên: icđ là tích của các tỷ số truyền của các cặp truyến có tỷ số truyền không đổi trong xích chạy dao dọc m và Z là mô đun và số răng của bánh răng trong cặp truyền bánh răng-thanh răng. Chuyển động chạy dao ngang. Chuyển động chạy dao ngang là chuyển động tịnh tiến của bàn dao theo ph•ơng vuông góc với đ•ờng tâm của trục chính. Khâu đầu của xích chạy dao ngang là trục chính mang chi tiết gia công, khâu cuối là vít
me chạy dao ngang 6. Ph•ơng trình xích động tổng quát của xích chạy dao ngang đ•ợc viết nh• sau: 1 vg. i cđ . i tt .i s .K. Png = S ng(mm /vg). Trong công thức trên: icđ là tích của các tỷ số truyền của các cặp truyến có tỷ số truyền không đổi trong xích chạy dao ngang K và Png là số đầu mối và b•ớc của vít me ngang. Xích cắt ren. T•ơng quan chuyển động trong xích cắt ren phải đảm bảo sao cho khi trục chính mang chi tiét gia công quay đ•ợc một vòng thì bàn dao phải tịnh tiến đ•ợc một l•ợng đúng bằng b•ớc 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 h•ớng dọc trên thân máy. Ph•ơng trình xích động tổng quát của xích cắt ren đ•ợc viết d•ới 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 b•ớc ren của vít me chạy dao dọc và của ren cần cắt trên chi tiết gia công. Khi cắt ren một đầu mối thì b•ớc ren cần cắt đúng bằng b•ớc xoắn của ren. b. Khái niệm về sơ đồ động Biểu thị qui •ớc các khâu truyền dẫn theo thứ tự nhất định của xích động học đ•ợc 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 nh• đã qui định trong môn học “Chi tiết máy”. Cần ghi nhớ: các trục trên sơ đồ động đ•ợc ký hiệu bằng các chữ số La mã theo thứ tự của xích truyền, các bánh đai đ•ợc ký hiệu bằng các con số tự nhiên hoặc trị số thực của đ•ờng kính các bánh đai, các bánh răng đ•ợc ký hiệu bằng các số tự nhiên hoặc số l•ợng 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 đ•ợc ký hiệu là a, b, c, d có họăc không có chỉ số kèm theo. c. Ph•ơng trình xích động Ph•ơng trình xích động là ph•ơng trình biểu thị sự t•ơng 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 t•ơng quan chuyển động của xích là : n[vòng ] của khâu đầu n[vòng ] của khâu cuối. Ph•ơng 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 ph•ơng 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 ) nh• sau: nc idc (1.21) icd .nd T•ơng quan chuyển động của xích có chuyển động của khâu cuối là chuyển động thẳng là: Khi khâu đầu quay đ•ợc n vòng vòng thì khâu cuối tịnh tiến đ•ợc một l•ợng S (mm ). Tuỳ theo đơn vị thời gian tính ta có thể có các t•ơng 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. Ph•ơng trình xích động biểu thị sự t•ơng quan chuyển động trên có thể đ•ợcthể hiện nh• sau: n [vg/ ph] .i . H = S [ mm /ph] 1 vòng .i . H = S [ mm / vòng] Trong công thức: H là b•ớc 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 ph•ơng trình xích động có thể viết đầy đủ hơn nh• 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] .
Ph•ơng trình điều chỉnh có dạng : i SV idc (1.22) icd icd .H
Ch•ơng 2 Các hiện t•ợng vật lý khi cắt Cắt gọt kim loại là một quá trình phức tạp có nhiều hiện t•ợng vật lý kèm theo nh• 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 đ•ợc năng suất cao, chất l•ợng 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 t•ơng tự nh• 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 l•ợng 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 n•ớc bôi trơn và làm lạnh. Chúng ta có thể giải thích hiện t•ợng biến dạng của kim loại khi cắt nh• sau: kim loại là một vật thể đa tình thể, nghĩa là gồm nhiều hạt tinh thể gộp lại. ở trạng thái bình th•ờng các nguyên tử đ•ợc 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 t•ợng đặc tr•ng đầu tiên cho biến dạng dẻo là sự tr•ợt, đó là sự dịch chuyển song song giữa các phần tinh thể dọc theo các mặt gọi là mặt tr•ợt (mặt tr•ợt là mặt có số l•ợng nguyên tử bố trí dày đặc nhất). Thực tế không phải khi cắt các mặt tr•ợt trong lớp kim loại cùng tr•ợt một lúc. Đầu tiên tr•ợt xảy ra theo những mặt dễ tr•ợt nhất (mặt có ứng suất tiếp lớn nhất), và đến lúc nào đó sự tr•ợt theo mặt đó dừng lại, nếu tiếp tục tăng tải trọng bên ngoài thì sự tr•ợt chuyển sang mặt khác và cứ tiếp tục nh• thế. Vậy kim loại càng bị tr•ợt 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 t•ợng 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 tr•ợt 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 nh• 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 t•ơng 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 tr•ớc của dao bị nén lại làm cho kim loại bị biến dạng đàn hồi (t•ơng 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 tr•ợt t•ơng đối giữa các phần tử trên mặt tr•ợt - (hình 2-2b) nh•ng kim loại vẫn ch•a tách rời nhau. Góc 1 giữa mặt tr•ợt và ph•ơng chuyển động của dao gọi là góc tr•ợt (t•ơng 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 v•ợt quá giới hạn bền của kim loại thì kim loại phát sinh những gợn nứt theo góc đứt 2 t•ơng 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 đ•ợc hình thành từ lớp kim loại bị cắt a tr•ợt dọc theo mặt tr•ớc của dao và dao lại bắt dầu ép lớp kim loại tiếp theo, quá trình lặp lại nh• 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 nh• không có vì biến dạng dẻo rất ít. Việc nghiên cứu tổ chức kim loại khu vực tạo phoi chứng tỏ rằng tr•ớc 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 (nh• sơ đồ hoá ở hình 2-1) có các mặt tr•ợt 0A, 0B, 0C, 0D. Kim loại gia công tr•ợt theo các mặt đó. Miền tạo phoi đ•ợc giới hạn bởi đ•ờng 0A, dọc theo đ•ờng này phát sinh những biến dạng dẻo đầu tiên; đ•ờng 0D, đ•ờng 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 tr•ớc của dao. Những lớp kim loại của phoi kề với mặt tr•ớc của dao (hình 2-1, khu vực I) chịu biến dạng phụ nhiều hơn, các lớp càng xa mặt tr•ớc biến dạng phụ càng giảm dần. Nh• 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 tr•ợt của dao (biến dạng phụ). Vậy: kf =kbd+ kms Vì biến dạng dẻo có tính lan truyền nên lớp kim loại nằm phía d•ới đ•ờng 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 h•ởng 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 đ•ờng 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 th•ớc khác nhau. Do đó, căn cứ vào phoi cảt có thể đánh giá đ•ợc dụng cụ cắt tốt hay xấu, sự tiêu hao năng l•ợng 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 th•ớc không đều nhau (hình 2-3). Khi gia công vật liệu dòn (gang, đồng thau ) ta th•ờng thu đ•ợc loại phoi này. Có thể giải thích quá trình hình thành phoi vụn nh• 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 ph•ơng theo ph•ơng chuyển động của dao và ứng suất kéo theo ph•ơng 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 đ•ợc khi cắt ra phoi vụn không cao, bề mặt có cấu tạo nh• bề mặt bị phá Hình 2-3. Phoi vụn huỷ dòn. b. Phoi xếp: Phoi cắt ra thành từng mảnh rời hoặc đoạn ngắn (hình 2-4). Mặt phoi tiếp xúc với mặt tr•ớc của dao bóng, mặt kia có những gợn nẻ. Nhìn chung phoi có dạng từng đốt xếp lại. Th•ờng 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 tr•ớc của dao rất bóng, mặt kia hơi gợn nứt nh•ng đôi lúc khó phân biệt (hình 2-5). Cắt vật liệu dẻo ở tốc độ cao và chiều dày cắt bé th•ờng đ•ợc loại phoi này. Khi cắt đ•ợc phoi dây năng l•ợng 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 nh• không thay đổi, rung động ít nên nhám bề mặt gia công nhỏ. Cắt đ•ợc phoi dây là tốt nhất, song có nh•ợc điểm do phoi dài nên gây trở ngại khi cắt, không bảo đảm an toàn cho ng•ời đứng máy. Vì vậy, khi gia công đ•ợc 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 đ•ợc những loại phoi khác nhau, chẳng hạn khi bào thép ở tốc độ thấp đ•ợc phoi xếp nh•ng khi bào ở tốc độ cao lại đ•ợc 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 tr•ợt trên mặt tr•ớc 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 tr•ớc 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 h•ởng 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 ch•a, và dựa vào dạng phoi ta điều chỉnh chế độ cắt và mài lại dao để đảm bảo năng suất và chất l•ợng 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 đ•ợc 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 h•ởng 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 t•ợng vật lý khác xảy ra nh•: co rút phoi, lẹo dao, ứng suất d• mà chúng ta sẽ lần l•ợt nghiên cứu sau đây. 2.3. Lẹo dao trong quá trình cắt kim loại 2.3.1. Hiện t•ợng Khi cắt kim loại ra phoi dây, ở đầu mũi dao và mặt tr•ớc của dao kề ngay l•ỡi cắt th•ờng xuất hiện một lớp kim loại có cấu trúc kim loại và tính chất không giống vật liệu gia công cũng nh• vật liệu dao. Nếu lớp kim loại này bám vào l•ỡi cắt của dao thì đ•ợc gọi là lẹo dao và hiện t•ợng trên gọi là hiện t•ợng lẹo dao. Nhiều công trình nghiên cứu đã chứng tỏ rằng có hai loại lẹo dao: a. Lẹo dao ổn định: Th•ờng hình thành khi gia công thép với chiều dày cắt nhỏ. Loại lẹo dao này gồm một số lớp kim loại gần nh• song song với mặt tr•ớc và nằm dọc theo l•ỡi cắt trong quá trình gia công. b.Lẹo dao chu kỳ: Loại này gồm hai phần: phần nằm sát với mặt tr•ớc 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: T•ơng ứng với vị trí của dao khi bắt đầu cắt, lúc này ch•a có lẹo dao, giai đoạn II bắt đầu xuất hiện lẹo dao, ở giai đoạn III kích th•ớc 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 th•ớc 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 th•ớc và hình dáng không giống các lần tr•ớc. Nguyên nhân xuất hiện hiện t•ợng lẹo dao đ•ợc giải thích nh• sau: Khi cắt do áp lực và nhiệt cắt cao, mặt khác do mặt tr•ớc của dao không tuyệt đối nhẵn nên lực ma sát của phoi và mặt tr•ớc của dao lớn làm lớp kim loại của phoi sát mặt tr•ớc có tốc độ dịch chuyển chậm so với các lớp khác, đó là hiện t•ợng chảy chậm. Nếu lực liên kết trong nội bộ kim loại bé hơn lực ma sát giữa mặt tr•ớc của dao và phoi thì một lớp kim loại gần mặt tr•ớc của dao sẽ tách khỏi phoi và nằm lại trên mặt tr•ớc 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 tr•ớc 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: T Q S (2.1) Vậy lẹo dao sẽ ổn định khi Q S nhỏ hơn T , nếu ( Q S ) > T thì lẹo dao bị phá huỷ một phần hay toàn bộ và quá trình cứ nh• 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 tr•ng cho kích th•ớc lẹo dao là chiều cao lẹo hl (hình 2-7). Chiều cao lẹo, hình dáng lẹo cũng nh• 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 th•ớc lẹo 2.3.2. Các yếu tố ảnh h•ởng 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 nh•ng ch•a 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 t•ợng lẹo dao.
Hình 2-8. Tốc độ cắt ảnh h•ởng 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 nh•ng hệ số ma sát giữa mặt tr•ớc của dao và phoi giảm nhanh hơn, mặt khác lớp kim loại gần mặt tr•ớc của dao ở nhiệt độ cao gần nh• 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 t•ợng lẹo dao. c. ảnh h•ởng của góc . Góc tr•ớc càng lớn càng khó hình thành lẹo dao và chiều cao lẹo dao càng thấp (hình 2-9). Góc tr•ớc 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 h•ởng 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 t•ợng lẹo dao làm thay đổi điều kiện cắt. Khi cắt đầu dao có lẹo dao, góc tr•ớc tăng nên lực cắt giảm, đồng thời lẹo bảo vệ l•ỡi cắt nên l•ỡi cắt ít mòn khi cắt và có thể thay l•ỡi cắt để cắt. Nh•ng 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 t•ợng vết nứt. Nh• vậy lẹo dao có tác dụng tốt khi gia công thô, còn khi gia công tinh có ảnh h•ởng xấu. Muốn tránh lẹo dao cần khống chế nhiệt độ cắt và ma sát trên mặt tr•ớc của dao nh• 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 tr•ớc của dụng cụ cắt 2.4. Hiện t•ợng 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 t•ợng đó gọi là hiện t•ợng 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 l•ỡi 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 tr•ợt), do đó chỉ có lớp kim loại Hình 2-11
có chiều dày a’ nằm trên đ•ờng BC là đ•ợc cắt thành phoi, lớp kim loại nằm d•ới đ•ờng BC không bị cắt mà bị nén, do đó chịu biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo. * Sau khi l•ỡi 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 đ•ợc đánh giá bằng các thông số (hình 2-12) * Mức độ cứng nguội ( H) đ•ợc tính nh• sau: H H 0 H .100% (2.2) H 0 Trong đó: H- độ cứng lớp bề mặt sau khi biến dạng dẻo H0 - độ cứng lớp bề mặt tr•ớc 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 d• lớp bề mặt. Mức độ cứng nguội cũng nh• 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 nh• 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 nh•ng lại dòn, bề mặt cứng nguội bị rạn nứt nên ứng suất bền mỏi thấp, đồng thời ảnh h•ởng 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 h•ởng của tốc độ cắt V và góc tr•ớc  đến H và h 2.5. Hiện t•ợng co rút phoi 2.5.1. Hiện t•ợng: 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 t•ợng đó là hiện t•ợng co rút phoi (hình 2-14) Bằng thực nghiệm cho thấy biến dạng theo ph•ơng 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
L a f Rút ra: K (2.3) L f a 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 đ•ợc 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 t•ơng quan hình học mà không dựa vào hiện t•ợng tr•ợt. Vì vậy, độ co rút phoi chỉ có ý nghĩa so sánh mức độ biến dạng khi cắt kim loại, không dùng để tính l•ợng biến dạng khi cắt. Qua mức độ co rút phoi có thể đánh giá đ•ợc quá trình cắt là khó hay dễ, tiêu tốn năng l•ợng nhiều hay ít. Muốn đo chiều dài phoi để tính hệ số co rút phoi K có thể dùng một trong các ph•ơng pháp sau đây: đo trực tiếp L và Lf bằng các dụng cụ đo cơ khí; ph•ơng pháp cân (dựa vào định luật thể tích không đổi); ph•ơng pháp đồ giải vv 2.5.2. Các yếu tố ảnh h•ởng Hệ số co rút phoi phụ thuộc rất nhiều yếu tố nh•ng 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. D•ới dây lần l•ợt xét từng yếu tố: a. ảnh h•ởng của vật liệu gia công và vật liệu làm dao: vật liệu gia công ảnh h•ởng 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, 2 nếu cắt thép 20X (b= 438N/mm ; HB =1500) thì K =3,64 nh•ng nếu cắt đồng thanh 2 (B= 245N/mm ; 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 h•ởng của hình dạng hình học phần cắt * ảnh h•ởng của góc cắt : ảnh h•ởng của góc cắt  đến hệ số co rút phoi K có thể chứng minh nh• sau (hình 2-14). Từ biểu thức (2.2) a f K a Trong đó: a= CF = 0Fsin1 (theo 0CF) af = BF = 0F cos (1 - ) (theo 0BF)
cos .(  1  ) K = (2.4) sin  Thay giá trị  = 900 -  vào (2.4) sin(   ) Rút ra: K = (2.5) sin  1 Từ ph•ơng 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 h•ởng 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) đ•ờng gạch gạch ứng với k = f( ) khi r = 0. Hình 2-15. ảnh h•ởng của góc nghiêng chính đến hệ số co rút phoi Khi r 0, ảnh h•ởng 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 l•ỡi 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 l•ỡi cắt (hình 2-16), phoi thoát ra chạm vào nhau nên mức độ biến dạng tăng. Ngoài ra chiều Hình 2-16 dày cắt thay đổi dọc theo phần cong của l•ỡi cắt và ở đoạn l•ỡi cắt thẳng chiều dày l•ỡi cắt lớn nhất, vì vậy phoi đoạn l•ỡi cắt cong sẽ biến dạng nhiều hơn ở đoạn l•ỡi thẳng. Trên đoạn l•ới cắt cong góc tr•ớc thay đổi và giảm khi  0 nên góc cắt tăng do đó hệ số co rút phoi tăng.
*ảnh h•ởng của bán kính mũi dao r: bán kính mũi dao tăng làm biến dạng phoi tăng vì chiều dài phần cong l•ỡi cắt tăng (hình 2-17). Hình 2-17. ảnh h•ởng của bán kính mũi dao đến hệ số co rút phoi K c. ảnh h•ởng của chế độ cắt tới biến dạng của phoi * ảnh h•ởng của tốc độ cắt V Tốc độ cắt là yếu tố chế độ cắt ảnh h•ởng rất lớn đến biến dạng của phoi và quá trình ảnh h•ởng 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 v•ợt 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 (t•ơng tự nh• kim loại bị phá huỷ d•ới tác dụng của lực va chạm) nên biến dạng của phoi giảm. Khi V>V4 (V = 300m/ph) hệ số co rút phoi hầu nh• không đổi vì tốc độ cắt cao tuy nhiệt cắt lớn nh•ng không kịp truyền vào lớp cắt nên ma sát ổn định. Hình 2-18. ảnh h•ởng 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 h•ởng của chúng đến tiêu phí năng l•ợng trong quá trình cắt không lớn. Do đó hiện nay có xu h•ớng “cắt vật liệu ở tốc độ trên”.  ảnh h•ởng 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. Nh• đã biết, biến dạng của phoi theo chiều dày cắt khác nhau, lớp phoi sát mặt tr•ớc của dao có biến dạng lớn nhất và giảm dần đến lớp xa nhất. Vì vậy khi tất cả các điều kiện khác nh• nhau, phoi càng mỏng biến dạng càng lớn. Ngoài ra các yếu tố nh• dung dịch trơn nguội, đ•ờng kính phôi cũng ảnh h•ởng tới K. Chiều sâu cắt ảnh h•ởng 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 h•ởng đến biến dạng của phoi, do đó hệ số co rút phoi dao động trong một khoảng rất rộng, th•ờng k = 18, cũng có tr•ờng hợp k <1. 2.6. ứng suất d• Việc phát sinh ứng suất d• ở lớp bề mặt là một hiện t•ợng quan trọng có ảnh h•ởng đến chất l•ợng bề mặt gia công cũng nh• đến khả năng sử dụng của chi tiết. Th•ờng ứng suất d• nén làm tăng tuổi thọ chi tiết và độ bền khi chịu tải dao động. Nguyên nhân phát sinh ứng suất d• 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 d• có thể khái quát nh• sau. Khi cắt, lớp kim loại ngoài bị biến dạng dẻo làm thể tích tăng nh•ng 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 h•ớng trở lại vị trí ban đầu nh•ng lại bị lớp biến dạng dẻo ở bên ngoài ngăn lại. Kết quả là lớp trong bề mặt còn d• một phần ứng suất kéo và lớp bề ngoài xuất hiện ứng suất nén. Đồng thời, d•ới tác dụng của nhiệt, chi tiết bị nung nóng làm cho lớp ngoài có xu h•ớng giãn nở nh•ng lớp trong ch•a bị nung nóng nên gây sức cản lớn làm lớp bề mặt chịu ứng suất d• nén. Lúc chi tiết nguội, ở những lớp bên trong xuất hiện ứng suất d• nén, còn lớp bề mặt xuất hiện ứng suất d• kéo. Ngoài ra, còn
một số nguyên nhân khác nh• sự thay đổi pha trong kim loại làm tăng thể tích cũng gây ứng suất d•. Trị số, dấu và chiều ứng suất d• 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 t•ới dung dịch trơn lạnh làm ứng suất d• kéo giảm và có thể đổi dấu. Muốn tăng ứng suất d• nén để tăng giới hạn mỏi của chi tiết gia công ng•ời ta dùng ph•ơng pháp lăn bi hoặc tr•ợt ép. 2.7. Nhiệt sinh ra khi cắt kim loại 2.7.1. Quá trình sinh nhiệt khi cắt Nhiệt sinh ra khi cắt là một hiện t•ợng rất quan trọng trong quá trình cắt, nó trực tiếp ảnh h•ởng đến độ mài mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt, chất l•ợng bề mặt gia công, làm thay đổi tính chất cơ học và trạng thái kết cấu của vật liệu gia công, hạn chế khả năng nâng cao tốc độ cắt do đó ảnh h•ởng đến năng suất gia công. Vì vậy, nghiên cứu nhiệt sinh ra khi cắt có một ý nghĩa thực tế to lớn. Trong phần này chúng ta chủ yếu nghiên cứu nguồn gốc sinh nhiệt khi cắt; nhiệt độ ở dao, chi tiết và phoi đặc biệt là ở dao, và các yếu tố ảnh h•ởng đến nhiệt độ của các phần trên. Trong quá trình cắt, tất cả công cơ học do biến dạng và ma sát đều chuyển thành nhiệt (99,5%). Tổng nhiệt sinh ra trong một đơn vị thời gian đ•ợc tính gần đúng theo công thức: A Pz .V Q [Kcal/ph] (2.6) 427 427 trong đó: A- công để biến dạng và thắng ma sát, PZ- lực cắt, N V- tốc độ cắt, m/ph. Nhiệt sinh ra truyền một cách nhanh chóng vào chi tiết, dụng cụ, phoi và môi tr•ờng xung quanh theo các định luật truyền nhiệt (tiếp xúc, dẫn nhiệt, phát nhiệt) làm cho nhiệt độ của chúng tăng lên nhanh chóng. Ph•ơng trình cân bằng nhiệt có thể viết nh• sau: Q = QI + QII+ QIII = q1 + q2 + q3 + q4 (2.7) Trong đó: QI- nhiệt sinh ra do biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi QII và QIII nhiệt sinh ra do ma sát giữa các mặt tr•ớc của dao với phoi và mặt sau với chi tiết gia công q1- nhiệt truyền vào phoi q2- nhiệt truyền vào chi tiết q3- nhiệt truyền vào dụng cụ
q4- nhiệt truyền vào môi tr•ờng xung quanh (hình 2-20). Nên nhớ rằng l•ợng nhiệt truyền vào các bộ phận và nhiệt độ trong từng bộ phận là không giống nhau, phụ thuộc vào tính chất cơ lý (nhiệt dung, tính dẫn nhiệt ) của vật liệu chi tiết và dụng cụ, hình dạng hình học phần cắt của dụng cụ và điều kiện cắt. Ví dụ khi tiện l•ợng nhiệt truyền vào phoi từ 50  80% nh•ng khi mài hầu hết l•ợng nhiệt truyền vào chi tiết và môi tr•ờng xung quanh. Nói chung trong quá trình cắt, tuy nhiệt l•ợng truyền vào dao ít song nhiệt độ ở dao vẫn cao hơn nhiệt độ chi tiết vì tính dẫn nhiệt của vật liệu làm dao kém. Trong dao, nhiệt độ cao nhất ở gần mũi dao và vùng xung quanh l•ỡi cắt; nhiệt độ ở mặt tr•ớc dao cao hơn mặt sau. Do nhiệt độ của dao cao làm cho độ cứng của dao giảm và bị mài mòn nhanh. Hình 2-20. Sơ đồ các vùng tạo và phân tán nhiệt Muốn xác định tổng l•ợng nhiệt sinh ra khi cắt dùng ph•ơng pháp đo nhiệt l•ợng. Để xác định nhiệt độ trung bình hoặc trong từng vùng riêng của dụng cụ cắt và chi tiết có thể dùng ph•ơng pháp trên hoặc ph•ơng pháp so màu. 2.7.2. Các yếu tố ảnh h•ởng đến nhiệt cắt Có nhiều yếu tố ảnh h•ởng đến nhiệt cắt. Để nghiên cứu ảnh h•ởng của chúng và sự phân bố nhiệt cắt có hai ph•ơng pháp: - Tính toán theo lý thuyết: dựa vào các nguyên lý nhiệt động học và sự truyền nhiệt. - Thực nghiệm: giả thiết 0 = f(a, b, v, , ), sau đó lấy từng yếu tố làm đối t•ợng nghiên cứu, còn các yếu tố khác giữ cố định, cuối cùng tổng hợp ảnh h•ởng của các yếu tố để có biểu thức tổng quát. Chúng ta cùng phân tích theo h•ớng thực nghiệm.
a. ảnh h•ởng của vật liệu gia công: tính chất vật liệu gia công ảnh h•ởng rất lớn đến nhiệt cắt (chẳng hạn nhiệt l•ợng sinh ra khi gia công thép nhiều hơn nhiệt l•ợng sinh ra khi gia công gang 1,5 lần vì thép có giới hạn bền cao hơn nên công cần để phá huỷ sự liên kết trong nội bộ lớn hơn; hoặc nhiệt cắt khi gia công kim loại màu không cao vì công tiêu tốn để cắt nhỏ). Nói chung vật liệu có độ bền càng lớn, độ cứng càng cao và khả năng truyền nhiệt càng kém thì nhiệt cắt càng lớn và nhiệt độ càng cao. b. ảnh h•ởng của chế độ cắt và thông số hình học của dụng cụ cắt. Bằng ph•ơng pháp thực nghiệm , các nhà khoa học đã rút ra công thức tính nhiệt độ cắt khi gia công thép bằng dao thép gió nh• sau: 0,4 0,24 0,125 0,28 C0 .V .S .t .(sin ) 0 T 0,086 [ C] (2.8) t 0,4 0,058 r F S Khi gia công thép bằng dao hợp kim cứng T15K6: 0,23 0,14 0,04 0 T = C0 . V . S . t [ C] (2.8b) Khi gia công gang: T = 138 . V0,36 . t0,09 . S0,133 [0C] (2.8c) Trong đó: C0- hệ số kể đến ảnh h•ởng của tính chất vật liệu gia công và vật liệu làm dao đến nhiệt độ cắt. F- diện tích mặt cắt ngang thân dao, mm2 r- bán kính cong mũi dao, mm Từ các công thức trên chúng ta có nhận xét: * Khi tốc độ cắt càng tăng thì nhiệt cắt tăng nh•ng tăng không tỉ lệ thuận bởi vì tốc độ cắt càng tăng thì biến dạng dẻo càng giảm nên nhiệt sinh ra do biến dạng dẻo giảm. Mặt khác khi tốc độ tăng, thời gian tiếp xúc giữa phoi và mặt tr•ớc dao càng ngắn, ma sát giảm vì vậy nhiệt sinh ra do ma sát giảm nên nhiệt cắt giảm. * Nhiệt cắt tăng không tỉ lệ thuận với chiều sâu cắt và l•ợng chạy dao. - Khi tăng chiều sâu t làm công cắt tăng nên nhiệt l•ợng tăng, mặt khác khi tăng chiều sâu cắt thì chiều dài phần l•ỡi cắt tham gia cắt (b) tăng nên truyền nhiệt dễ dàng. - Khi tăng l•ợng chạy dao s, một mặt áp lực của phoi lên dụng cụ tăng nên công biến dạng và ma sát lớn do đó nhiệt cắt tăng cao. Mặt khác, do tăng s thì diện tích tiếp xúc giữa phoi và dụng cụ cắt tăng nên nhiệt truyền đi nhanh làm
nhiệt cắt giảm nh•ng so với yếu tố trên thì ít hơn do đó cuối cùng nhiệt cắt tăng nh•ng tăng chậm. * L•ợng chạy dao ảnh h•ởng đến nhiệt cắt lớn hơn chiều sâu cắt vì khi tăng t truyền nhiệt tốt hơn khi tăng S. * Trong các yếu tố chế độ cắt, ảnh h•ởng của Vđến nhiệt cắt lớn nhất sau đó đến S và cuối cùng là t. * Nếu t = cosnt và S = cosnt nh•ng tăng góc nghiêng chính ( ) làm chiều dày cắt tăng nên tổng biến dạng tăng, mặt khác khi tăng làm chiều dài tham gia cắt và góc mũi dao giảm nên điều kiện truyền nhiệt xấu hơn do đó nhiệt cắt tăng. * Nếu tăng tỉ số t/s và bán kính cong mũi dao (r) thì chiều dài phần làm việc của l•ỡi cắt tăng nên truyền nhiệt tốt và khi tăng diện tích mặt cắt ngang của thân dao thì việc truyền nhiệt tốt hơn vì vậy nhiệt cắt giảm. * Khi cắt bằng dao hợp kim cứng, mức độ ảnh h•ởng của V, S, t đến nhiệt cắt ít hơn khi cắt bằng dao thép gió, bởi vì khi cắt ở tốc độ cao, biến dạng dẻo và hệ số ma sát giảm nên nhiệt độ tăng ít. Ngoài các yếu tố trên, đ•ờng kính vật gia công, vật liệu làm dao và dung dịch bôi trơn cũng ảnh h•ởng đến nhiệt độ cắt. Khi đ•ờng kính vật gia công càng giảm ,vật liệu dao có hệ số truyền nhiệt nhỏ thì nhiệt cắt càng cao. Còn tính chất và biện pháp t•ới dung dịch trơn nguội vào vùng cắt là biện pháp quan trọng làm giảm nhiệt độ cắt. 2.8. Rung động khi cắt 2. 8.1. Các dạng rung động Khi cắt kim loại xuất hiện rung động, đó là những dao động tuần hoàn có hại cho hệ thống máy - gá- dao- chi tiết (viết tắt là MGDC). Dao động t•ơng đối giữa dụng cụ cắt và phôi (hoặc ng•ợc lại) làm thay đổi một cách tuần hoàn chiều dày lớp cắt và lực cắt, thay đổi trị số và đặc tính tải trọng tác dụng lên máy(có khi làm tải trọng tăng đến 10 lần hoặc hơn nữa so với khi hệ thống không rung động). Rung động gây tiếng ồn làm ảnh h•ởng đến sức khỏe công nhân, làm giảm chất l•ợng bề mặt gia công, giảm tuổi bền của dụng cụ cắt đặc biệt là dụng cụ làm bằng hợp kim cứng và kim loại gốm; tải trọng luôn đổi làm giảm tuổi thọ của máy; ngoài ra, rung động còn ảnh h•ởng tới năng suất lao động do không tăng đ•ợc các yếu tố cắt (V, S, t) và hoàn toàn không sử dụng hết công suất của máy. Lý luận về rung động rất rộng. ở đây chỉ nghiên cứu rung động xảy ra khi cắt. Rung động có thể chia làm hai loại: a. Rung động c•ỡng bức: Rung động do các nguyên nhân bên ngoài tác động, có thể tìm biện pháp khắc phục dễ dàng. Chẳng hạn nh•:
- Các bộ phận máy quay không cân bằng hoặc bản thân chi tiết đ•ợc gia công quay không cân bằng. Để khắc phụchiện t•ợng này cần làm cân bằng các bộ phận quay, đặc biệt khi gia công trên máy mài phải chú ý sửa đá hoặc cân bằng đá. - Các khâu truyền động của máy không chính xác gây rung động có chu kỳ (nh• các bánh răng gia công không đúng, các chỗ nối của đai truyền làm xuất hiện các lực tuần hoàn tác dụng vào ổ tr•ợt và sống tr•ợt gây nên rung động). Khắc phục nguyên nhân này bằng cách loại trừ các sai sót trên. - Do ảnh h•ởng của các rung động bên ngoài truyền đến (các máy xung quanh ), móng máy không cứng vững. - Do chuyển động của dao không cân bằng và tính chất gián đoạn của quá trình cắt. b. Tự rung: phát sinh và duy trì do những nguyên nhân sinh ra trong quá trình cắt. Các nguyên nhân tự rung bao gồm: - Lực ma sát giữa các bề mặt của dao với phoi và bề mặt của chi tiết thay đổi. - Lực cắt biến đổi do độ cứng của vật liệu gia công không đồng nhất, lẹo dao, biến dạng - Lập lại vết của b•ớc gia công tr•ớc. 1.8.2. Các yếu tố ảnh h•ởng đến rung động Có nhiều yếu tố ảnh h•ởng đến hiện t•ợng tự rung. Sau đây xét một số yếu tố. a. ảnh h•ởng của chế độ cắt * ảnh h•ởng của tốc độ cắt. Tốc độ cắt ảnh h•ởng đến rung động phức tạp. Khi tốc độ cắt v•ợt quá tốc độ sinh lẹo dao V0 thì c•ờng độ rung động giảm, nh•ng khi tốc độ rất cao rung động lại tăng vì khi đó sai sót của các bộ truyền, sự không cân bằng của các bộ phận quay ảnh h•ởng tới rung động (hình 2-21) Hình 2-21. ảnh h•ởng của V đến c•ờng độ rung động (h)
* ảnh h•ởng của chiều sâu cắt và l•ợng chạy dao Khi tăng chiều sâu cắt làm c•ờng độ rung động tăng vì chiều rộng lớp cắt b tăng nên lực cắt tăng. Ng•ợc lại, khi tăng l•ợng chạy dao S làm rung động giảm nh•ng giảm ít vì S tăng làm giảm ảnh h•ởng của phần cong l•ỡi cắt nh•ng lại giảm góc sau thực (hình 2-22) Hình 2-22. ảnh h•ởng của t, s đến H b. ảnh h•ởng của thông số hình học của dụng cụ cắt ảnh h•ởng của thông số hình học dụng cụ cắt tới rung động đ•ợc thể hiện qua các đồ thị mô tả trên hình 2-22. Khi tăng góc nghiêng chính làm thành phần lực theo ph•ơng vuông góc với trục chi tiết giảm do đó rung động giảm. Góc tr•ớc càng tăng (trong vùng giá trị d•ơng) thì dao động càng giảm bởi vì lực cắt giảm và mức độ cứng nguội giảm. Góc sau càng nhỏ (khi = cosnt) thì dao cắt vào kim loại càng khó và ma sát càng lớn nên rung động càng tăng. Khi tăng bán kính mũi dao thì rung động tăng bởi vì góc nghiêng trên phần l•ỡi cắt càng giảm. Dụng cụ cắt càng mòn (đặc biệt mòn mặt sau) thì rung động càng tăng vì lực tác dụng lên dao tăng. Hình 2-23. ảnh h•ởng của , , , r đến c•ờng động rung động
c. Vật liệu gia công Vật liệu gia công càng dòn hoặc càng dẻo thì rung động đều tăng vì vật liệu liệu dòn khi cắt đ•ợc phoi vụn còn vật liệu dẻo biến dạng lớn. Ngoài ra, độ cứng vững của hệ thống MGDC ảnh h•ởng rất lớn đến rung động. Hệ thống công nghệ càng cứng vững, khe hở giữa các chi tiết càng bé điều kiện phát sinh rung động càng ít. Để giảm rung động cần chọn chế độ cắt và dạng hình học phần cắt của dụng cụ cắt hợp lý đặc biệt là đối với góc nghiêng chính. Đây là biện pháp đơn giản nh•ng giảm rung động nhiều nhất. Mặt khác, có thể dùng các cơ cấu chống rung. Các cơ cấu chống rung đ•ợc chế tạo theo nguyên tắc tạo ra sự rung cùng tần số với rung động của quá trình cắt nh•ng lệch pha. Về cơ bản, rung động sinh ra trong quá trình cắt là có hại nh• đã trình bày ở phần đầu, song trong một số tr•ờng hợp nếu chủ động tạo ra rung động khi cắt sẽ có lợi, nh•: - Khi gia công các vật liệu khó gia công (vật liệu chịu nhiệt ), ng•ời ta chủ động tạo rung để nâng cao năng suất cắt gọt. - Để hạn chế lẹo dao hoặc giảm ba via trên bề mặt gia công, ng•ời ta tạo các rung động cần thiết. - Trong một số ph•ơng pháp gia công tinh (nghiền) ng•ời ta chủ động tạo rung động với tần số và chu kỳ thích hợp sẽ làm giảm độ nhấp nhô bề mặt từ 1  2 cấp. 2.9. Độ mòn của dụng cụ cắt 2.9.1. Cơ chế mài mòn Trong quá trình cắt, do ma sát giữa mặt tr•ớc của dụng cụ cắt với phoi và mặt sau với mặt đang gia công nên các bề mặt tiếp xúc của dao và chi tiết bị mài mòn. Dụng cụ cắt bị mài mòn dẫn đến: * Làm thay đổi các thông số hình học phần cắt của dụng cụ cắt nên ảnh h•ởng đến biến dạng dẻo, làm cho nhiệt cắt và lực cắt tăng. * áp lực tác dụng lên dụng cụ cắt tăng. *Chất l•ợng bề mặt gia công giảm (nhám bề mặt tăng, lớp cứng nguội tăng ) * Vị trí mũi dao thay đổi theo ph•ơng h•ớng kính do đó làm thay đổi kích th•ớc gia công (đặc biệt khi gia công theo ph•ơng pháp tự động đạt kích th•ớc). * Kim loại dụng cụ cắt thay đổi về tổ chức và tuỳ theo điều kiện ma sát có thể tạo thành những tổ chức mới có độ bền thấp và độ cứng giảm. Nh• vậy, dụng cụ cắt bị mài mòn ảnh h•ởng trực tiếp đến chất l•ợng bề mặt gia công, năng suất lao động và giá thành của sản phẩm. Do đó, nghiên cứu