TRNG I HC KINH T K THUT CễNG NGHIP BI GING Cắt kim loại GING VIấN NGUYN ICH KHOA C KH Chươngư3 ưCơưsởưvậtưlýưcủaưquáưtrìnhưcắtưkimưloại Mục đích: Cắt kim loại trình phức tạp liên quan đến nhiều tợng vật lý nh: trình tạo phoi, nhiệt cắt, biến dạng, rung động, mòn dao Chúng ảnh hởng định đến suất chất lợng gia công Ta phải nắm vững chất vật lý trình để điều khiển trình cắt cho đạt đợc suất cao nhất, chất lợng tốt gía thành rẻ Yêu cầu: Nắm vững chất vật lý trình: Tạo phoi, nhiệt cắt, biến dạng, rung động, mòn dao nhân tố ảnh h ởng đến tợng máy tiện SLIDE 3.1 Sự hình thành biến dạng phoi 3.1.1.Qúa trình hình thành phoi: Khi cắt, lực tác dụng phải đủ lớn để tạo lớp kim loại bị cắt ứng suất lớn sức bền vật liệu đợc gia công Lớp kim loại bị cắt bỏ lần cắt gọi phoi Khi bắt đầu cắt dới tác dụng lực P dao nén vật liệu gia công theo mặt trớc, vật liệu gia công phát sinh biến dạng đàn hồi Biến dạng nhanh chóng chuyển sang biến dạng dẻo Và sau lớp phoi có chiều dày a1 đợc hinh thành từ lớp kim loại bị cắt có chiều dầy a Trong trinh cắt phoi di chuyển dọc theo mặt trớc dao Việc nghiên cứu kim loại khu vực tạo phoi chứng tỏ trớc biến thành phoi lớp kim loaị bị cắt trải qua giai đoạn biến dạng ác liệt Nh phôi phoi có miền trung gian gọi miền tạo phoi Hinh 3.1 Miền tạo phoi AOF Miền tạo phoi giới hạn đờng OA, dọc theo phát sinh biến dạng đờng OF đờng kết thúc biến dạng dẻo OA, OB, OC, OD, OE mặt trợt, kim loại bị trợt theo mặt Trong trình cắt miền tạo phoi AOF di chuyển với dao Nh trình cắt phôi bị biến dạng mạnh mẽ chuyển thành phoi Mặt khác di chuyển chúng bị biến dạng thêm ma sát với mặt trớc Lại biến dạng có tính lan truyền nên phần kim loại phía dới đờng ON bị biến dạng dẻo Có nhiều nhân tố ảnh hởng đến miền tạo phoi Nhng ngời ta thấy ảnh hởng vận tốc cắt lớn Thật vận tốc cắt tăng lên diện tích miền tạo phoi co hẹp lại Khi vận tốc lớn coi miền tạo phoi đờng OF Mặt OF gọi mặt trợt quy ớc, góc = gọi góc trợt 3.1.2 Các dạng phoi : Tuỳ theo vật liệu gia công, thông số hình học dao chế độ cắt phoi cắt có nhiều hình dạng khác Hinh 3.2 Các dạng phoi a/ Phoi dây: - Phoi dây thu đợc gia công vật liệu dẻo với tốc độ cắt cao, chiều dày cắt bé Phoi kéo dài liên tục mặt kề với mặt trớc dao bóng, mặt đối diện bị gợn, chất lợng bề mặt gia công cao a/ Phoi xếp: - Dạng phoi thu đợc gia công vật liệu dẻo ( thép, đồng thau ) tốc độ cắt thấp chiều dày cắt lớn góc cắt dao có giá trị tơng đối lớn Phoi xếp kéo dài thành đoạn ngắn, mặt đối diện với mặt trớc dao bóng, mặt có nhiều gợn nẻ Nhìn chung phoi có dạng đốt xếp lại Phoi xếp có độ cứng cao vật liệu gia công từ 2-3 lần chứng tỏ bị biến dạng lớn đợc hoá bền mức độ cao Khi cắt phoi xếp có tợng rung động chất lợng bề mặt gia công không cao c/ Phoi vụn : - Khi gia công vật liệu dòn ta thu đợc phoi vụn Dao không cắt mà dờng nh dứt lên, phoi vụn cứng chứng tỏ bị biến dạng nhiều Khi cắt phoi vụn có tợng rung động, nhiệt cắt cao nên chất lợng bề mặt gia công thấp, dao bị mòn nhanh Chú ý: Khi dao mòn dù cắt vật liệu dẻo cho phoi vụn Điều chứng tỏ dao mòn điều kiện cắt xấu, phoi vụn bị biến dạng ác liệt Nh qua hình dạng loại phoi ngời ta sơ đánh giá đợc điều kiện gia công thuận lợi hay khó khăn Hinh 3.3: Các dạng phoi chủ yếu: a- Phoi vụn; b-Phoi xếp; c- Phoi dây 3.2.Hiện tợng lẹo dao 3.2.1.Hiện tợng (Phenomenon): Trong trình cắt phoi dây mặt trớc dao kề lỡi cắt thờng xuất lớp kim loại có cấu trúc kim tơng khác hẳn với vật liệu gia công vật liệu làm dao Lớp kim loại thờng bám vào lỡi cắt dao, chúng đợc gọi lẹo dao Lẹo dao đặc trng hai yếu tố: Chiều cao lẹo dao góc trớc lẹo dao Độ cứng lẹo dao cao cao độ cứng kim loại 2,5 ữ 3,5 lần lẹo dao đóng vai trò nh lỡi cắt 3.2.2 Phân loại( Classification): Có hai loại lẹo dao : - Lẹo dao ổn định: Nằm dọc theo lỡi cắt suốt trình cắt, thờng xuất cắt thép với chiều dày cắt bé 3.5.1.Các dạng mòn dao : a, Mài mòn theo mặt sau: Mài mòn theo mặt sau thờng xảy gia công kim loại với chiều dày cắt a bé ( a < 0,1 mm ) gia công vật liệu dòn Yếu tố đặc trng cho độ mòn mặt sau dao chiều cao mòn dao hs b, Mài mòn theo mặt trớc: Mài mòn theo mặt trớc thờng gặp gia công vật liệu dẻo với chiều dày cắt tơng đối lớn ( a > 0,6 mm ) cắt có lẹo dao Lúc mặt trớc dao hình thành rãnh lỡi liềm cách lỡi cắt khoảng ngày sâu rộng Mòn mặt trớc đợc đánh giá Chiều sâu mòn mặt trớc : hf c, Mài mòn mặt trớc mặt sau: Khi gia công vật liệu dẻo với: a = ( 0,1- 0,6 )mm dao mòn mặt trớc mặt sau Lúc chiều rộng cạnh vát dao giảm từ hai phía nên tuổi bền lỡi cắt giảm nhanh d, Làm tròn bán kính lỡi cắt: Khi gia công vật liệu dẻo có tính dẫn nhiệt Do nhiệt cắt cao lỡi cắt giảm nhanh độ cứng mềm ra, cùn nhanh Chú ý: Mài mòn theo mặt sau dạng mài mòn chủ yếu dễ đo Vì thờng dùng chiều cao mòn mặt sau hs làm tiêu chuẩn đánh giá độ mòn 3.5.2 Đờng cong mòn: Đoạn OA: Dao bắt đầu làm việc, nhấp nhô để lại chế tao bị san nhanh chóng, dao mòn nhanh Đoạn AB giai đoạn mòn ổn định Đoạn BC : điểm B dao mòn nhiều, lực cắt tăng, biến dạng tăng, nhiệt cắt tăng tiếp tục cắt dao mòn nhanh Hinh 3.19 đờng cong mòn 3.5.3.Chỉ tiêu đánh giá độ mòn: Nói chung thờng lấy độ mòn mặt sau hS làm tiêu chuẩn đánh giá độ mòn Tuỳ theo loại dao, tuỳ theo vật liệu làm dao mà chọn cho phù hợp Có thể chọn sổ tay Cơ khí 3.5.4.Các biện pháp khắc phục mòn dao: Thực khắc phục hết đợc mòn dao mà hạn chế đợc nhiều tốt Ngời ta khuyên nên tiến hành công việc sau: - Chọn góc độ dao hợp lý - Chọn chế độ cắt hợp lý - Chọn vật liệu làm dao phù hợp - Chọn dung dịch trơn nguội hợp lý - Tăng cờng độ cứng vững hệ thống công nghệ 3.6 Hiện tợng rung động cắt 3.6.1.Khái niệm Muốn đạt đợc độ xác, độ bóng cao nâng cao đợc tuổi bền dụng cụ hệ thống máy-dao-gá-chi tiết trình gia công không đợc rung động Mặt khác muốn nâng cao suất gia công ngời ta thờng tăng tốc độ cắt mà tăng tốc độ cắt rung động thờng tăng lên Trong trình cắt kim loại có hai loại rung động sau: a, Rung động cỡng bức: sinh nguyên nhân sau: - Do không cân phận máy-dao-gá-chi tiết gia công - Do hệ thống truyền động máy có va đập tuần hoàn - Do vật cắt không tròn, lợng d không - Do dao chuyển động không cân Những nguyên nhân gây rung động cỡng dễ thấy nên dễ tìm cách hạn chế khắc phục b, Tự rung: Tự rung rung động mà lực gây trì đợc tạo thành điều khiển thân rung động Tự rung sinh nguyên nhân sau đây: - Do thay đổi lực ma sát mặt trớc sau dao trình cắt - Do thay đổi tính dẻo vật liệu gia công lực cắt thay đổi - Do sinh lẹo dao - Do biến dạng đàn hồi dao - chi tiết 3.6.2.Những nhân tố ảnh hởng: Hình 3.21 ảnh hởng tốc độ cắt đến tần số rung động Hình 3.22 ảnh hởng chiều sâu cắt đến tần số rung động a, Tốc độ cắt: Tăng tốc độ cắt biên độ dao động tăng, đến giá trị lẹo dao biến trình cắt ổn định, biên độ dao động lại giảm b, Chiều sâu cắt: Khi tăng chiều sâu cắt lực cắt tăng, biên độ dao động tăng c, Góc trớc: Góc trớc tăng, trình cắt dễ dàng hơn, biên độ dao động giảm d, Độ cứng vững hệ thống công nghệ: Độ cứng vững hệ thống công nghệ lớn biên độ dao động giảm Ngoài giảm rung động thiết bị chuyên dùng 3.7 Độ nhẵn lớp bề mặt tợng cứng nguội cắt 3.7.1.Khái niệm: Chất lợng chi tiết gia công đợc đánh giá tiêu chuẩn hình dáng hình học thực tế bề mặt gia công, độ xác kích thớc tính chất lý lớp bề mặt Thực tế chứng tỏ độ nhấp nhô đặc tính lý lớp bề mặt định tính chất sử dụng chi tiết h hỏng th ờng lớp bề mặt phụ thuộc vào cắt gọt kim loại nguyên công cuối 3.7.2.Những nhân tố ảnh hởng đến độ nhẵn bóng bề mặt: Khi S > 2,5( mm/vg) t > S nghĩa nhân tố hình học dao có ảnh hởng chủ yếu đến độ nhấp nhô bề mặt dùng công thức Chơng để tính chiều cao nhấp nhô Ngoài cần ý đến yếu tố sau: a, Tốc độ cắt: Là nhân tố quan trọng nhất, ảnh hởng lớn đến độ nhẵn bóng bề mặt chi tiết gia công Khi tăng tốc độ cắt lực cắt tăng, biến dạng tăng nên chiều cao nhấp nhô tăng Nhng tốc độ cắt vợt giới hạn sinh lẹo dao trình cắt ổn định, độ nhẵn tăng b, Dung dịch trơn nguội: Có tác dụng giảm nhiệt cắt, giảm biến dạng nên sử dụng phù hợp làm cho độ nhẵn bóng tăng lên cấp c, Các góc , tăng lên làm giảm ma sát, giảm biến dạng nên làm cho độ nhẵn bóng tăng lên 3.7.3.Những nhân tố ảnh hởng đến tính chất lý lớp bề mặt: a, Tính chất lý lớp bề mặt đợc đánh giá tiêu: Mức độ cứng nguội chiều sâu lớp cứng nguội Trong đó: H n Ho (àm) Ho - Mức độ cứng nguội đợc tính: H = Với : Hn - độ cứng tế vi lớp cứng nguội Ho - độ cứng tế vi vật liệu ban đầu b, Giải thích tợng cứng nguội: Hiện tợng cứng nguội nguyên nhân sau gây nên: - Sau gia công kết lan truyền biến dạng dẻo nên lớp bề mặt chi tiết bị biến cứng - Ngoài dù mài sắc đến đâu lỡi cắt có bán kính cong r cắt lớp kim loại bị nén xuống ma sát mạnh mẽ với mặt sau dao làm cho lớp kim loại bề mặt chịu biến dạng mạnh, nghĩa chịu biến cứng Khi bề mặt gia công khuyết tật biến cứng có lợi, làm tăng tuổi bền, tuổi thọ chi tiết máy Ngợc lại tuổi thọ, tuổi bền chi tiết giảm 3.8 Dung dịch trơn nguội 3.8.1.Khái niệm: Khi cắt kim loại để trình cắt dễ dàng ngời ta th ờng dùng dung dịch trơn nguội Dung dịch trơn nguội thờng hỗn hợp lỏng có tác dụng bôi trơn làm giảm nhiệt độ khu vực cắt Khi sử dụng dung dịch trơn nguội cần thoả mãn yêu cầu - Không đợc làm rỉ kim loại - Không gây tác hại đến sức khoẻ ngời lao động 3.8.2.Tác dụng dung dịch trơn nguội: - Bôi trơn bề mặt làm việc - Dung dịch trơn nguội làm cho biến dạng dẻo trình cắt dễ dàng - Làm nguội dụng cụ chi tiết gia công khiến nhiệt cắt giảm nâng cao tuổi bền dao - Cuốn phoi khỏi khu vực cắt 3.8.3.Các loại dung dịch trơn nguội: Có thể chia dung dịch trơn nguội thành hai nhóm sau: - Nhóm có tác dụng làm lạnh chủ yếu : nh dung dịch êmun-xi, nớc xà phòng - Nhóm có tác dụng bôi trơn chủ yếu: nh loại dầu Việc chọn dung dịch trơn nguội phụ thuộc vào điều kiện làm việc Ví dụ gia công thô nhiệt cắt lớn nên chọn dung dịch có tác dụng làm lạnh chủ yếu, gia công tinh cần đạt độ nhẵn bóng xác cao lại nên dùng dung dịch trơn nguội có tác dụng bôi trơn chủ yếu 3.8.4.Các phơng pháp sử dụng dung dịch trơn nguội: a, Phơng pháp tới: phơng pháp đợc dùng chủ yếu hiẹn Đặc điểm thực đơn giản, dễ dàng song lợng nớc tới cần lớn hiệu không cao b, Phơng pháp phun: Khi dung dịch trơn nguội đợc phun với tốc độ lớn áp suất cao vào vùng cắt chúng có tác dụng lớn: giảm biến dạng, giảm ma sát giảm nhiệt nhanh Nhng phơng pháp phun có nhợc điểm khó đảm bảo đợc hớng phun, mà hớng phum không đảm bảo toàn u điểm phơng pháp không Mặt khác phơng pháp đòi hỏi thiết bị bơm nớc đặc biệt phun dung dịch bắn tung toé, khó che đậy c, Phơng pháp phun sa mù: Phơng pháp dựa nguyên lý sau: Dới áp suất ( ữ ).105 N/ mm2 chất lỏng không khí đ ợc hoà lẫn bình đặc biệt đợc phun vào khu vực cắt với tốc độ khoảng 180m/ ph dới dạng sa mù Phơng pháp có tác dụng hút nhiệt cao cho phép nâng cao tuổi bền dao lên từ ( 1,5 ữ 3) lần Ngoài sa mù phun dới dạng hình quạt nên không cần đảm bảo hớng phun xác mà dòng sa mù làm nguội nhiều lỡi cắt dụng cụ d, Phơng pháp đa dung dịch trơn nguội vào vùng cắt từ bên dụng cụ cắt 3.8.5.Một số ý sử dụng dung dịch trơn nguội: - Khi cắt vật liệu khó gia công ngời ta dùng phơng pháp bôi trơn làm lạnh chất rắn ( nh than chì, bột tan, chất khí ( nh CO2 ) - Khi cắt cao tốc dao hợp kim cứng dung dịch trơn nguội cần tới liên tục đầy đủ không hợp kim cứng dễ bị nứt - Khi phay dao phay mặt đầu dao làm việc không liên tục nên không cần tới dung dịch trơn nguội - Khả làm lạnh dung dịch trơn nguội lớn nhiệt hoá hơi, độ dẫn nhiệt nhiệt dung lớn - Khi sử dụng đắn dung dịch trơn nguội nhiệt độ giảm từ (700C ữ 1300C ), độ nhẵn bóng bề mặt tăng lên cấp