Bài giảng Cơ khí đại dương - Chương 9: Nguyên lý cắt gọt kim loại - Vũ Đình Toại

Bản quyền của ThS. Vũ Đỡnh Toại 13.08.2009 Chương IX: Nguyờn lý cắt gọt kim loại I. Những khỏi niệm cơ bản về quỏ trỡnh cắt gọt kim loại: i i ạ ạ lo lo Kim Kim t t ọ ọ giường g g Bào ngang t t ắ ắ c c lý lý Nguyờn Nguyờn NG: ƯƠ I C 1. Cỏc chuyển động để thực hiện việc cắt gọt: ĐẠ Chuyển động cơ bản Chuyển động phụ KHÍ Ơ C Chuyển động chớnh Chuyển động chạy dao â ThS. KSHQT. VũĐỡnh Toại-Bộ mụn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, toai-dwe@mail.hut.edu.vn, Tel: 04.3868 4542, Fax: 04.3868 4543 1 / 22 1.1. Chuyển động chớnh: là chuyển động cơ bản cú tốc độ lớn hơn tất cả cỏc chuyển động khỏc 1.2. Chuyển động chạy dao (chuyển động bước tiến): i i ạ ạ là chuyển động cơ bản cú tốc độ nhỏ hơn chuyển động chớnh lo lo 2. Cỏc thụng số cơ bản của chế độ cắt gọt: Kim Kim t t ọ ọ - vận tốc cắt, g g t t ắ ắ - lượng chạy dao (bước tiến), c c - chiều sõu cắt, lý lý - diện tớch lớp cắt (chiều rộng cắt và chiều dày cắt), - thời gian để gia cụng một chi tiết và thời gian mỏy Nguyờn Nguyờn 2.1. Vận tốc cắt - v: NG: là đoạn đường đi trong một đơn vị thời gian của một điểm trờn bề mặt gia cụng ƯƠ hoặc một điểm trờn lưỡi dụng cụ cắt I C ĐẠ Đối với mỏy cú phụi hoặc dụng cụ cắt quay trũn (vớ dụ: tiện) vận tốc cắt tớnh theo cụng thức: KHÍ Ơ C πDn D: Đường kớnh của phụi (mm); v = m/ph n: Số vũng quay của phụi hoặc của dụng cụ cắt trong 1000 một phỳt â ThS. KSHQT. VũĐỡnh Toại-Bộ mụn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, toai-dwe@mail.hut.edu.vn, Tel: 04.3868 4542, Fax: 04.3868 4543 2 / 22 1 Bản quyền của ThS. Vũ Đỡnh Toại 13.08.2009 Đối với mỏy cú dụng cụ cắt hoặc phụi chuyển động thẳng (vớ dụ: bào), vận tốc cắt tớnh theo cụng thức: L L: Chiều dài hành trỡnh (mm); m/ph L: Chiều dài hành trỡnh (mm); v = t: Thời gian của một hành trỡnh (phỳt) i i 1000.t ạ ạ lo lo 2.2. Lượng chạy dao - S: Kim Kim t t ọ ọ Lượng chạy dao (bước tiến) S khi tiện là khoảng di động của dụng cụ cắt theo g g t t chiều dọc khi phụi quay một vũng [mm/vũng] ắ ắ c c lý lý Lượng chạy dao khi phay là sự di chuyển của phụi (tớnh bằng mm) khi dao phay quay một vũng (So) hoặc khi dao phay quay một răng (Sz), hoặc là sự di Nguyờn Nguyờn chuyển của phụi (tớnh bằng mm) trong một phỳt (Sm) NG: ƯƠ So = Sz . Z Z: số răng của dao phay I C Sm = So . n = Sz . Z . n n: số vũng quay của dao phay trong một phỳt ĐẠ KHÍ Ơ Lượng chay sao khi khoan là khoảng di động của mũi khoan dọc theo trục C trong vũng quay của mũi khoan â ThS. KSHQT. VũĐỡnh Toại-Bộ mụn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, toai-dwe@mail.hut.edu.vn, Tel: 04.3868 4542, Fax: 04.3868 4543 3 / 22 2.3. Chiều sõu cắt - t: là khoảng cỏch giữa mặt cần được gia cụng và mặt đó gia cụng sau một lần dựng dụ cắt chạy qua i i Khi tiện ngoài, chiều sõu cắt đo theo đường vuụng dúc với trục phụi và tớnh ạ ạ theo cụng thức: lo theo cụng thức: lo Kim Kim t t D − d ọ ọ t = mm g g [] t t 2 ắ ắ c c lý lý D: đường kớnh của mặt cần được gia cụng (mm) d: đường kớnh của mặt đó gia cụng (mm) Nguyờn Nguyờn NG: ƯƠ Chiều sâu cắt khi phay đo trong mặt phẳng vuông góc với trục dao phay và bằng chiều I C dày của lớp kim loại bị hớt đi sau một lần chạy dao ĐẠ Chiều sâu cắt khi khoan bằng nửa đ−ờng kính của mũi khoan: KHÍ Ơ C D t = []mm D: đ−ờng kính của mũi khoan [mm] 2 â ThS. KSHQT. VũĐỡnh Toại-Bộ mụn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, toai-dwe@mail.hut.edu.vn, Tel: 04.3868 4542, Fax: 04.3868 4543 4 / 22 2 Bản quyền của ThS. Vũ Đỡnh Toại 13.08.2009 2.4. Diện tích lớp cắt - f: là tích số giữa b−ớc tiến S và chiều sâu cắt hoặc là tích số giữa chiều dày cắt a và chiều rộng cắt b f = s. t = a. b i i ạ ạ lo lo Kim Kim t t ọ ọ g g t t ắ ắ c c lý lý 2.5. Thời gian để gia công một chi tiết trên máy: gồm thời gian máy, thời gian phụ, thời gian phục vụ và thời gian nghỉ ngơi Nguyờn Nguyờn 2.5.1. Thời gian máy (còn gọi là thời gian chính) là thời gian trực tiếp dùng để cắt gọt NG: kim loại ƯƠ I C Thời gian máy Tm dùng để tiện một chi tiết với nhiều lần chạy dao đ−ợc tính theo công ĐẠ thức: KHÍ L: Chiều dài hành trình của dao theo h−ớng chạy dao (mm) Ơ L.i i: số lần chạy dao C Tm = [phút] i: số lần chạy dao S.n S: l−ợng chạy dao của dao (mm/vòng) n: số vòng quay của phôi trong một phút â ThS. KSHQT. VũĐỡnh Toại-Bộ mụn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, toai-dwe@mail.hut.edu.vn, Tel: 04.3868 4542, Fax: 04.3868 4543 5 / 22 2.5.2. Thời gian phụ TP là thời gian mà ng−ời thợ dùng để bảo đảm hoàn thành nhiệm vụ công nghệ cơ bản nh− thời gian đặt, kẹp và tháo chi tiết, thời gian điều khiển các cơ cấu của máy, thời gian di chuyển dụng cụ và thời gian đo chi tiết i i ạ 2.5.3. Thời gian phục vụ chỗ làm việc T là thời gian để ng−ời thợ dùng để chuẩn bị chỗ ạ 2.5.3. Thời gian phục vụ chỗ làm việc Tpv là thời gian để ng−ời thợ dùng để chuẩn bị chỗ lo lo làm việc (máy, dụng cụ, đồ gá) trong vòng một ca Kim Kim t t ọ ọ g g t t 2.5.4. Thời gian nghỉ ngơi Tn gồm thời gian hạn định bởi các điều kiện làm việc của máy ắ ắ c c và của sản xuất lý lý ) Thời gian để gia công một chi tiết trên máy (mức thời gian cho một sản phẩm) đ−ợc tính theo công thức: Nguyờn Nguyờn Tc = Tm + Tp + Tpv + Tn [phút ] NG: ƯƠ ) Năng suất trong một phút của máy có thể tính theo công thức: I C ĐẠ KHÍ 1 [cái/phút] Ơ N = C Tc â ThS. KSHQT. VũĐỡnh Toại-Bộ mụn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, toai-dwe@mail.hut.edu.vn, Tel: 04.3868 4542, Fax: 04.3868 4543 6 / 22 3 Bản quyền của ThS. Vũ Đỡnh Toại 13.08.2009 II. Hình dáng hình học và các thông số của dụng cụ cắt: 1. Cấu tạo của dụng cụ cắt: i i ạ ạ lo lo Kim Kim t t ọ ọ g g t t ắ ắ c c lý lý Dao tiện Nguyờn Nguyờn NG: ƯƠ I C ĐẠ KHÍ Ơ C Các hình dạng l−ỡi cắt bằng mảnh HK cứng â ThS. KSHQT. VũĐỡnh Toại-Bộ mụn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, toai-dwe@mail.hut.edu.vn, Tel: 04.3868 4542, Fax: 04.3868 4543 7 / 22 i i ạ ạ lo lo Kim Kim t t ọ ọ g g t t ắ ắ c c lý lý Nguyờn Nguyờn NG: ƯƠ I C ĐẠ KHÍ Ơ C â ThS. KSHQT. VũĐỡnh Toại-Bộ mụn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, toai-dwe@mail.hut.edu.vn, Tel: 04.3868 4542, Fax: 04.3868 4543 8 / 22 4 Bản quyền của ThS. Vũ Đỡnh Toại 13.08.2009 i i ạ ạ lo lo Kim Kim t t ọ ọ g g t t ắ ắ Mũi khoan c c lý lý Nguyờn Nguyờn NG: ƯƠ I C ĐẠ KHÍ Ơ C â ThS. KSHQT. VũĐỡnh Toại-Bộ mụn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, toai-dwe@mail.hut.edu.vn, Tel: 04.3868 4542, Fax: 04.3868 4543 9 / 22 i i ạ ạ lo lo Kim Kim t t Dao phay ọ Dao phay ọ Ta rô ren g g t t ắ ắ c c lý lý Nguyờn Nguyờn NG: ƯƠ I C ĐẠ KHÍ Phay Phay Ơ C nghịch thuận â ThS. KSHQT. VũĐỡnh Toại-Bộ mụn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, toai-dwe@mail.hut.edu.vn, Tel: 04.3868 4542, Fax: 04.3868 4543 10 / 22 5 Bản quyền của ThS. Vũ Đỡnh Toại 13.08.2009 i i ạ ạ lo lo Kim Kim t t ọ ọ g Phay định hình Dao phay mặt phẳng g Phay định hình Dao phay mặt phẳng t t ắ ắ c c lý lý Nguyờn Nguyờn NG: ƯƠ I C ĐẠ Sơ đồ chuốt KHÍ Ơ Dao chuốt C â ThS. KSHQT. VũĐỡnh Toại-Bộ mụn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, toai-dwe@mail.hut.edu.vn, Tel: 04.3868 4542, Fax: 04.3868 4543 11 / 22 i i ạ ạ lo lo Kim Kim t t ọ ọ g g t t L−ỡi c−a ắ ắ c c lý lý Nguyờn Nguyờn NG: ƯƠ I C ĐẠ KHÍ Ơ C Dao phay bánh răng Dao tiệnbằng mảnh HK cứng â ThS. KSHQT. VũĐỡnh Toại-Bộ mụn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, toai-dwe@mail.hut.edu.vn, Tel: 04.3868 4542, Fax: 04.3868 4543 12 / 22 6 Bản quyền của ThS. Vũ Đỡnh Toại 13.08.2009 2. Các mặt trên phôi : Có ba loại bề mặt khi gia công chi tiết: - Bề mặt cần gia công là bề mặt cần hớt phoi - 1 - Bề mặt đ∙ gia công là bề mặt có đ−ợc sau khi hớt i i ạ ạ phoi - 3 lo lo - Bề mặt đang gia công là bề mặt do l−ỡi cắt chính Kim Kim tạo nên - 2 t t ọ ọ g g t t ắ ắ c c lý lý 3. Các thông số hình học của đầu dao: Nguyờn Nguyờn - Mặt phẳng cắt gọt là mặt phẳng tiếp tuyến với bề NG: mặt đang gia công và đi qua l−ỡi cắt chính. ƯƠ - Mặt phẳng cơ sở là mặt phẳng song song với h−ớng I C chạy chạy dao dọc và h−ớng chạy dao ngang ĐẠ KHÍ Ơ C â ThS. KSHQT. VũĐỡnh Toại-Bộ mụn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, toai-dwe@mail.hut.edu.vn, Tel: 04.3868 4542, Fax: 04.3868 4543 13 / 22 - Góc sau chính α: là góc hợp thành bởi mặt phẳng cắt gọt. Góc sau dùng để giảm ma sát giữa bề mặt đang gia công và mặt sau của dao - Góc tr−ớc chính γ: là góc hợp thành bởi mặt i i tr−ớc của dao và mặt phẳng vuông góc với mặt ạ ạ lo lo phẳng cắt gọt và đi qua l−ỡi cắt chính. Góc tr−ớc chính làm cho quá trình cắt đ−ợc dễ dàng Kim Kim t t - Góc sắc β: là góc hợp bởi mặt tr−ớc và mặt sau ọ ọ g g chính. Góc này có ảnh h−ởng đến độ sắc khi cắt t chính. Góc này có ảnh h−ởng đến độ sắc khi cắt t ắ ắ c c và quan hệ với góc tr−ớc γ, góc sau α theo công lý lý thức sau: λ + β + α = 900 - Góc cắt δ: là góc hợp bởi mặt tr−ớc và mặt phẳng cắt. Góc này xác định vị trí của điểm cắt và Nguyờn Nguyờn có quan hệ với góc γ theo công th−c sau: δ + γ = 0 NG: 90 hoặc δ = β + α ƯƠ I C ĐẠ KHÍ Ơ C â ThS. KSHQT. VũĐỡnh Toại-Bộ mụn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, toai-dwe@mail.hut.edu.vn, Tel: 04.3868 4542, Fax: 04.3868 4543 14 / 22 7 Bản quyền của ThS. Vũ Đỡnh Toại 13.08.2009 - Góc nghiêng chính nằm trên mặt phẳng ϕ là góc giữa hình chiếu của l−ỡi cắt chính lên mặt phẳng cơ sở và h−ớng chạy dao - Góc nghiêng phụ nằm trên mặt phẳng ϕ1 i i là góc giữa hình chiếu của l−ỡi cắt phụ lên ạ ạ lo lo mặt phẳng cơ sở cơ sở và h−ớng chạy dao - Góc đỉnh dao ε: là góc hình thành giữa Kim Kim t t hình chiếu của l−ỡi cắt chính và phụ trên ọ ọ g g mặt đáy. Cùng với hai góc nghiêng ϕ và ϕ t mặt đáy. Cùng với hai góc nghiêng ϕ và ϕ t 1 ắ ắ 0 c c góc đỉnh ε có quan hệ sau: ϕ + ε + ϕ = 180 lý lý - Góc nâng λ: ảnh h−ởng đến sự thoát phoi Nguyờn Nguyờn NG: ƯƠ I C ĐẠ KHÍ Ơ C â ThS. KSHQT. VũĐỡnh Toại-Bộ mụn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, toai-dwe@mail.hut.edu.vn, Tel: 04.3868 4542, Fax: 04.3868 4543 15 / 22 III. Các hiện t−ợng vật lý trong quá trình cắt gọt: Trong quá trình cắt gọt xảy ra nhiều hiện t−ợng vật lí và cơ học trong vùng cắt nh−: quá trình hình thành phoi, lực cắt; sự tạo thành nhiệt cắt; sự mài mòn dao v.v i i 1. Quá trình tạo thành phoi: ạ ạ lo lo Kim Kim t t ọ ọ g g t t ắ ắ c c lý lý tạo phoi phoi xếp phoi dây phoi vụn Nguyờn Nguyờn NG: ƯƠ I C ĐẠ KHÍ Ơ C 1- phôi 2- các phần tử của phoi 3- dao (dụng cụ) cắt â ThS. KSHQT. VũĐỡnh Toại-Bộ mụn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, toai-dwe@mail.hut.edu.vn, Tel: 04.3868 4542, Fax: 04.3868 4543 16 / 22 8 Bản quyền của ThS. Vũ Đỡnh Toại 13.08.2009 Các dạng phoi tuỳ thuộc VL đ−ợc cắt: i i ạ ạ lo lo Kim Kim t t ọ ọ g g t t ắ ắ c c lý lý Nguyờn Nguyờn NG: a- phoi xếp ƯƠ b- phoi bậc I C c- phoi dây xoắn ĐẠ d- phoi dây hình dải KHÍ đ- phoi vụn Ơ C â ThS. KSHQT. VũĐỡnh Toại-Bộ mụn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, toai-dwe@mail.hut.edu.vn, Tel: 04.3868 4542, Fax: 04.3868 4543 17 / 22 2. Nhiệt khi cắt kim loại và ảnh h−ởng của nhiệt đến quá trình cắt: i i ạ ạ lo lo Kim Kim t t ọ ọ g g t t ắ ắ c c lý lý Q = Qc + Qp + Qd + Qkk Nguyờn Nguyờn NG: ) Nhiệt sinh ra ở vùng cắt do biến dạng dẻo của kim loại vùng đó và một phần do ma ƯƠ sát giữa dao và phôi hoặc dao và phoi I C ) L−ợng nhiệt sinh ra phụ thuộc vào vật liệu phôi; dao cắt; chế độ cắt (y, t, s); các yếu ĐẠ ) L−ợng nhiệt sinh ra phụ thuộc vào vật liệu phôi; dao cắt; chế độ cắt (y, t, s); các yếu tố hình học của dao KHÍ Qc - l−ợng nhiệt truyền vào chi tiết (∼ 4%) Ơ C Qd - l−ợng nhiệt truyền vào dao (∼ 15 ữ 20%) Qp - l−ợng nhiệt truyền vào phoi (∼ 75 ữ 80%) Qkk - l−ợng nhiệt truyền vào không khí (khoảng 1%) â ThS. KSHQT. VũĐỡnh Toại-Bộ mụn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, toai-dwe@mail.hut.edu.vn, Tel: 04.3868 4542, Fax: 04.3868 4543 18 / 22 9 Bản quyền của ThS. Vũ Đỡnh Toại 13.08.2009 3. Sự mài mòn của dụng cụ cắt: i i ạ ạ lo lo Kim Kim t t ọ ọ g g t t ắ ắ c c lý lý Nguyờn Nguyờn NG: Độ mài mòn dao theo thời gian: ƯƠ a- mài mòn mặt sau I C b- mài mòn mặt tr−ớc ĐẠ c- mài mòn cả hai mặt KHÍ Ơ C â ThS. KSHQT. VũĐỡnh Toại-Bộ mụn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, toai-dwe@mail.hut.edu.vn, Tel: 04.3868 4542, Fax: 04.3868 4543 19 / 22 4. Lực cắt: Trong quá trình cắt, dao cát chịu tác dụng của một số thành phần lực cắt nh− lực ma sát giữa phôi và dao; lực sinh và do biến dạng dẻo, biến dạng đàn hồi, i i - Lực PZ gọi là lực cắt chính ạ ạ lo lo PZ có xu h−ớng uốn cong thân dao hoặc làm g∙y dao. Ng−ời ta dùng lực Pz để tính công suất động cơ chính Kim Kim t t ọ ọ của máy và kiểm nghiệm độ bền thân dao g g t t - Lực chạy dao P có chiều ng−ợc lại với chiều dịch chuyển ắ - Lực chạy dao P có chiều ng−ợc lại với chiều dịch chuyển ắ X c c dao lý lý Bề mặt đang gia công cản lại sự tiến dao gây ra PX, tác dụng lên cả bàn xe dao. Giá trị của PX so với lực cắt Nguyờn Nguyờn chính PZ rất nhỏ NG: - Lực h−ớng kính PY là lực sinh và do phôi tác dụng theo chiều ăn sâu của dao và dọc theo thân dao ƯƠ theo thân dao I C PY gây sự mất ổn định của phôi và cũng tác dụng lên cơ cấu kẹp dao, bàn xe dao. ĐẠ Giá trị PY không lớn lắm 2 2 2 KHÍ P = P + P + P Ơ Z Y X C Giá trị các lực thành phần th−ờng theo tỉ lệ sau: PZ : PY: PX = 1 : 0,4 : 0,25 P ≅ 1,11 PZ â ThS. KSHQT. VũĐỡnh Toại-Bộ mụn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, toai-dwe@mail.hut.edu.vn, Tel: 04.3868 4542, Fax: 04.3868 4543 20 / 22 10 Bản quyền của ThS. Vũ Đỡnh Toại 13.08.2009 IV. Vật liệu chế tạo dụng cụ cắt kim loại: 1. Yêu cầu: - Độ cứng phần l−ỡi cắt phải cao hơn nhiều so với độ cứng vật liệu phôi - Chịu mài mòn tốt để tăng tuổi bền i i ạ ạ - Có độ bền bảo đảm và độ dẻo cần thiết để chống lại lực va đập, lực uốn,v.v lo lo - Độ chịu nhiệt càng cao càng tốt - Phải phục hồi đ−ợc và công nghệ chế tạo tốt Kim - Phải phục hồi đ−ợc và công nghệ chế tạo tốt Kim t t ọ ọ - Giá thành hạ g g t t ắ ắ 2. Các loại vật liệu đ−ợc dùng để chế tạo dụng cụ cắt gồm: c c lý lý 2.1. Thép các bon dụng cụ: - Thép này sau khi nhiệt luyện đạt độ cứng 60 ữ 63 HRC, dễ mài sắc và có độ bóng cao. - Thép các bon dụng cụ có tính nhiệt luyện kém, chịu nhiệt độ thấp. Nóng đến 200 ữ Nguyờn Nguyờn 3000C thép mất độ cứng. NG: ặ Ngày nay chỉ dùng thép này chế tạo dụng cụ cắt trong gia công nguội nh− c−a, dũa, ƯƠ đục v.v I C ặ Mác thép hay dùng là CD80, CD80A, CD100, ĐẠ 2.2. Thép hợp kim dụng cụ: KHÍ - Đặc tính cơ học của loại này cũng t−ơng tự nh− thép dụng cụ các bon Ơ C - Điểm nổi bất của loại này là tính nhiệt luyện tốt, độ sâu nhiệt luyện cao hơn, ít biến dạng hơn, chịu mài mòn ặ mác 9XC, XB để chế tạo các dụng cụ cắt nh− ta rô, bàn ren, ... â ThS. KSHQT. VũĐỡnh Toại-Bộ mụn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, toai-dwe@mail.hut.edu.vn, Tel: 04.3868 4542, Fax: 04.3868 4543 21 / 22 2.3. Thép gió: - Làm dụng cụ cắt rất phổ biến. - Nú cú độ cứng khụng cao hơn hai loại trờn nhiều (62 ữ 65 HRC) nhưng độ chịu nhiệt cao hơn (đến 6500C). i i ạ ạ - Thộp giú dựng để chế tạo dao tiện, mũi khoan và lưỡi cắt của dao phay lo lo Kim Kim 2.4. Hợp kim cứng: t t ọ ọ g g t t ắ ắ c c 2.5. Kim c−ơng: lý lý Nguyờn 2.6. Gốm: Nguyờn 2.6. Gốm: NG: ƯƠ I C ĐẠ KHÍ Ơ C â ThS. KSHQT. VũĐỡnh Toại-Bộ mụn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, toai-dwe@mail.hut.edu.vn, Tel: 04.3868 4542, Fax: 04.3868 4543 22 / 22 11