Tài liệu Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật tổng quan về tiện cứng và làm nguội tối khi tiện cứng

Luận Văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT THAI NGUYÊN LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGHÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA LOẠI DUNG DỊCH BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU ĐẾN LỰC CẮT VÀ NHÁM BỀ MẶT KHI TIỆN CỨNG THÉP 9XC NGUYỄN TRỌNG ANH TUẤN THÁI NGUYÊN-2010 Trang: 1 Luận Văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ KÝ HIỆU Tên gọi TT Ký hiệu Thứ nguyên 1 Lƣu lƣợng tƣới Q l/ph 2 Áp lực tƣới p KG/cm2 3 Số vòng quay trục chính n v/ph 4 Lƣợng chạy dao vòng S mm/vg 5 Lƣợng chạy dao phút S mm/ph 6 Chiều sâu cắt t mm 7 Lƣợng mòn của dao u μm 8 Tốc độ mòn của dao  Μm/ph 9 Nhám bề mặt Ra μm 10 Tuổi bền của dụng cụ cắt T Phút CÁC BẢNG BIỂU TT Tên bảng Nội dung 1 Bảng 1 Hằng số lực cắt Cp khi cắt vật liệu dẻo 2 Bảng 2 Hằng số lực cắt Cp khi cắt vật liệu dòn 3 Bảng 3 Lực cắt và độ nhám khi tiện khô. 4 Bảng 4 Lực cắt và độ nhám khi tiện có MQL , DDTN-Emusil 10% 5 Bảng 5 Lực cắt và độ nhám khi tiện có MQL , DDTN-Dầu Lạc Trang: 2 Luận Văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Nội dung TT Tên hình 1 Hình 1.1 Qúa trình hình thành phoi khi tiện thƣờng 2 Hình 1.2 Sơ đồ quá trình hình thành phoi thép 3 Hình 1.3 Các loại phoi 4 Hình 1.4 Sơ đồ nguồn gốc của lực cắt. 5 Hinh 1.5 Nguồn gốc và sự phân bố lực cắt 6 Hình 1.6 Quan hệ giữa θ và v 7 Hình 1.7 Quan hệ giữa chiều dày cắt và nhiệt cắt 8 Hình 1.8 Quan hệ giữa nhiệt cắt với b 9 Hình 1.9 Các dạng mài mòn của dung cụ cắt 10 Hình 1.10 Mài mòn mặt sau 11 Hình 1.11 Mài mòn Crater 12 Hình 1.12 Các dạng mài mòn khi tiện 13 Hình 1.13 Chi tiết bề mặt vật rắn 14 Hình 1.14 Qúa trình hình thành phoi khi tiện cứng 15 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý đầu phun 16 Hình 3.2 Đầu Phun 17 Hình 3.3 Máy nén khí 18 Hình 3.4 Máy đo nhám Mitutoyo SJ-201 19 Hình 3.5 Dao và cán dao 20 Hình 3.6 Mảnh dao CBN 21 Hình 3.7 Lực cắt Py ở ba chế độ bôi trơn 22 Hình 3.8 Lực cắt trung bình Py 23 Hình 3.9 Lực cắt Pz ở ba chế độ bôi trơn 24 Hình 3.10 Lực cắt trung bình Pz 25 Hình 3.11 Độ nhám Ra của ba chế độ bôi trơn Trang: 3 Luận Văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy Phần phụ lục Danh mục các Ký hiệu, bảng biểu và các hình vẽ LỜI NÓI ĐẦU LỜI CÁM ƠN 1. Tính cấp thiết của đề tài. 2. Mục đích và phƣơng pháp nghiên cứu 3. Đối tƣợng nghiên cứu 4.Nội dung nghiên cứu 5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn. 5.1. Ý nghĩa khoa học 5.2. Ý nghĩa thực tiễn. 6. Nội dung luận văn. Mở đầu Chƣơng 1: Tổng quan về tiện cứng và bôi trơn làm nguội khi tiện cứng Chƣơng 2: Nghiên cứu ứng dụng bôi trơn tối thiểu vào quá trình tiện cứng Chƣơng 3: Nghiên cứu thực nghiệm Phần kết luận chung - Kết luận chung cả luận văn - Hƣớng nghiên cứu tiếp theo, các kiến nghị Phần phụ lục Tài liệu tham khảo CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TIỆN CỨNG VÀ LÀM NGUỘI TỐI KHI TIỆN CỨNG 1.1. Khái niện, ƣu nhƣợc điểm và phạm vi ứng dụng 1.1.1. Khái niệm 1.1.2. Ƣu nhƣợc điểm 1.1.3. Phạm vi ứng dụng Trang: 4 Luận Văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy 1.2. Cơ sở vật lý của quá trình cắt khi tiện 1.2.1. Khái niệm 1.2.2. Qúa trình tạo phoi và phân loại phoi 1. Quán trình tạo phoi 2. Phân loại phoi 1.2.3. Lực cắt 1. Lực cắt khi tiện và các thành phần của lực cắt 2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến lực cắt khi tiện a) Ảnh hƣởng của chi tiết gia công đến lực cắt b) Ảnh hƣởng của điều kiện gia công đến lực cắt 1.2.4. Nhiệt cắt 1. Qúa trình hình thành nhiệt khi tiện 2. Ảnh hƣởng của nhiệt cắt đến quá trình cắt khi tiện 3. Các yếu tố ảnh hƣởng của nhiệt cắt khi tiện 4. Ảnh hƣởng của dung dịch trơn nguội dến nhiệt cắt 1.2.5. Mòn dụng cụ 1. Các dạng mài mòn 2. Ảnh hƣởng của dung dịch trơn nguội đến mòn dụng cụ 1.2.6. Chất lƣợng bề mặt 1. Khái niệm chung của lớp bề mặt 2. Bản chất của lớp bề mặt 3. Tính chất hóa lý của lớp bề mặt 1.3. Qúa trình cắt khi tiện cứng 1.3.1. Qúa trình tạo phoi khi tiện cứng 1. Quá trình tạo phoi và phân loại phoi 1.3.2 Lực cắt 1.3.3. Nhiệt cắt 1.3.4. Mòn dụng cụ 1.3.5. Chất lƣợng bề mặt 1.4. Bôi trơn làm nguội khi tiện cứng 1.4.1. Khái niệm Trang: 5 Luận Văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy 1..4.2. Dung dịch bôi trơn làm nguội trong gia công cắt gọt 1. Yêu cầu và tác dụng của chất làm dung dịch bôi trơn-làm nguội 2. Một số hóa chất thƣờng dùng trong bôi trơn làm nguội 1.4.3. Các phƣơng pháp bôi trơn làm nguội 1.4.4. Bôi trơn làm nguội khi tiện cứng 1.5. Khái quát tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc 1.5.1. Khái quá về tình hình nghiên cứu trên thế giới 1.5.2. Khai quát tình hình nghiên cứu ở Việt Nam Kết luận chƣơng 1 CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU ( MQL ) VÀO QUÁ TRÌNH TIỆN CỨNG 2.1. Bôi trơn làm nguội tối thiểu ( MQL ) 2.1.1. Bản chất của MQL 2.1.2. Ƣu nhƣợc điểm 1. Ƣu điểm 2. Nhƣợc điểm 2.1.3. Phạm vi ứng dụng 2.2 Ảnh hƣởng các thông số công nghệ đến MQL 2.2.1. Vị trí vòi phun 2.2.2. Loại dung dịch 2.2.3. Các phƣơng pháp gia công 2.2.4. Áp lực Lƣu lƣợng dòng khí 2.3. Ứng dụng MQL vào tiện cứng 2.3.1. Lý do 2.3.2. Mục đích nghiên cứu 2.3.3. Giới hạn vấn đề nghiên cứu Kết luận chƣơng 2 Trang: 6 Luận Văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy CHƢƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 3.1. Xây dựng hệ thống thí nghiệm 3.1.1. Yêu cầu hệ thống thí nghiệm 3.1.2. Trang thiết bị thí nghiệm 3.2. Nghiên cứu thực nghiệm 3.2.1. Qúa trình thí nghiệm 3.2.2. Số liệu thí nghiệm 3.2.3. Sử lý số liệu thí nghiệm 1. Lực cắt PX, 2. Lực cắt PZ 3. Độ nhám - Thảo luận kết quả Kết luận chƣơng 3 Phần kết luận chung - Kết luận chung cả luận văn - Hƣớng nghiên cứu tiếp theo, các kiến nghị Tài liệu tham khảo Trang: 7 Luận Văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy LỜI NÓI ĐẦU LỜI CÁM ƠN Đầu tiên tôi xin gởi đến TS. Trần Minh Đức lời cám ơn sâu sắc. Thầy đã tận tình hƣớng dẫn tôi để thục hiện đề tài này, định hƣớng đề tài và sự hƣớng dẫn tận tình của thầy để tôi đƣợc tiếp cận và khai thác các tài liệu chuyên môn cũng nhƣ những chỉ bảo trong quá trình viết luận văn và làm thực nghiệm. Ngoài ra tôi cũng hết sức cám ơn các anh em công nhân, nghiên cứu sinh: Cao Thái Sơn đã giúp tôi hoàn thành tốt luận văn này. Và cũng không thể quên nói lời cám ơn đến gia đình của tôi. Tôi xin chúc mọi ngƣời sức khõe, hạnh phúc và thành đạt. Huế, ngày.....Tháng......Năm 2010 Học viên Nguyễn Trọng Anh Tuấn Trang: 8 Luận Văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy 1. Tính cấp thiết của đề tài. - Tiện cứng có nhiều lợi thế so với mài. Lợi thế đáng kể nhất của tiện cứng là có thể dùng cùng một dụng cụ mà vẫn gia công đƣợc nhiều chi tiết có hình dáng khác nhau bằng cách thay đổi đƣờng chạy dao. Trong khi đó muốn mài đƣợc hình dạng chi tiết khác thì phải sửa lại đá hoặc thay đá khác. Đặc biệt tiện cứng có thể gia công đƣợc biên dạng phức tạp mà mài khó có thể thực hiện đƣợc. Nếu xét về chi phí đầu tƣ thì một máy tiện CNC chỉ bằng khoảng 1/2 đến 1/10 máy mài CNC. - Tiện cứng là phƣơng pháp tiện sử dụng dao bằng vật liệu siêu cứng CBN (Cubic Boron Nitride), PCBN (Polycrystal cubic boron nitride - nitrit bo lập phƣơng đa tinh thể), PCD (Polycrystalline Diamond – Kim cƣơng đa tinh thể) hoặc ceramic tổng hợp thay thế cho mài để gia công thép đã tôi (có độ cứng lớn hơn 45HRC). Phƣơng pháp này có thể gia công khô và hoàn thành chi tiết trong cùng một lần gá. Cấp chính xác khi tiện cứng đạt IT6 và độ bóng bề mặt (Rz = 2 – 4 micromet), có thể so sánh với chất lƣợng khi mài.Thông thƣờng các chi tiết bằng thép đƣợc gia công sau đó nhiệt luyện rồi chuyển qua công đoạn mài. Thời gian cho nguyên công mài hơn nhiều lần so với tiện cứng và mài cũng đắt hơn so với tiện cứng trên máy tiện. Một hạn chế nữa là chi phí cho dung dịch trơn nguội của các công đoạn mài khá cao. Mặc khác, chất thải ra khi mài ngày càng gây ô nhiễm môi trƣờng, thúc đẩy các nhà sản xuất loại dần khâu mài trong quy trình công nghệ gia công chi tiết. Trong khi đó, tiện cứng có thể đƣợc thực hiện mà không sử dụng dung dịch trơn nguội. Vì những lí do nói trên, tiện cứng đã dần thay thế cho mài trong gia công lần cuối. - Khi tiện cứng nhiệt sinh ra trong vùng cắt gọt khi tiện cứng khá cao, có thể lên đến khoảng 930oC. Thông thƣờng khi tiện cứng ngƣời ta dùng phƣơng pháp gia công khô. Để thay thế phƣơng pháp gia công khô bằng phƣơng pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu. Dung dịch bôi trơn đƣợc đƣa và vùng cắt dƣới áp suất dòng khí. Phƣơng pháp này mang lại các ƣu điểm giảm lực cắt, tạo lớp bảo vệ bề mặt chi tiết, làm tăng tuổi thọ của dụng cụ cắt ..v...v. mặt khác phƣơng pháp này không làm ô nhiễm môi trƣờng, không gây tác hại cho công nhân,.chi phí thấp vì lƣợng phun rất Trang: 9 Luận Văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy nhỏ và không cần tái chế sau khi đã sử dụng. Từ đó chúng ta thấy rằng: sử dụng bôi trơn làm nguội vào tiện cứng sẽ làm cải thiện quá trình cắt khi tiện Với các ƣu điểm trên nên việc nghiên cứu ảnh hƣởng loại dung dịch bôi trơn làm nguội tối thiểu đến lực cắt và nhám bề mặt gia công khi tiện cứng thép 9XC là cần thiết 2. Mục đích và phƣơng pháp nghiên cứu a) Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu ứng dụng bôi trơn làm nguội tối thiểu ( MQL) vào tiện cứng. Nghiên cứu ảnh hƣởng của dung dịch bôi trơn làm nguội tối thiểu khi tiện cứng để từ đó xác định đƣợc loại dung dịch hợp lý trong bôi trơn làm nguội tối thiểu. - Tìm loại dầu thực vật sẵn có ở Việt Nam sử dụng làm dung dịch bôi trơn làm nguội tối thiểu ( MQL ). Loại dung dịch mà tác giả chọn là dầu Lạc và dầu Emusil b) Phƣơng pháp nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu giữa lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm, trong đó chủ yếu là nghiên cứu thực nghiệm 3. Đối tƣợng nghiên cứu - Vật liệu gia công: Thép 9XC qua tôi có độ cứng 58 ÷62 HRC - Dao: CBN ( Cubic Boron Nitride) - Dung dịch trơn nguội: Gia công khô, MQLvới Dầu lạc, Emusil 4. Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu so sánh giữa các phƣơng pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu ( MQL ) khi tiện thép 9XC đến lực cắt và độ nhám bề mặt chi tiết khi tiện khô, tiện có bôi trơn làm nguội tối thiểu và dung dịch trơn nguội là Dầu Lạc, Emusil 5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn. 5.1. Ý nghĩa khoa học Góp phần bổ sung một phần kiến thức cơ bản về MQL ứng dụng vào tiện cứng và một số đánh giá thực nghiệm để tối ƣu hóa khi chọn loại dung dịch trong bôi trơn tối thiểu đến lực cắt và độ nhám bề mặt gia công khi tiện cứng thép 9XC Trang: 10 Luận Văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy 5.2. Ý nghĩa thực tiễn Hiện nay ngƣời ta thƣờng dùng phƣơng pháp tiện cứng để thay thế cho quá gia công mài vì tiện cứng mang lại hiệu quả cao. Do vậy, nghiên cứu sử dụng phƣơng pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu vào trong tiện cứng để nhằm nâng cao hiệu quả là vấn đề cần thiết hiện nay. Nghiên cứu, ứng dụng có hiệu quả công nghệ MQL sử dụng dung dịch dầu Lạc, Emusil vào tiện cứng để ứng dụng với thực tế điều kiện sản xuất ở Việt Nam. 6. Nội dung luận văn. Lời nói đầu Chƣơng 1: Tổng quan về tiện cứng và bôi trơn làm nguội khi tiện cứng Chƣơng 2: Nghiên cứu ứng dụng bôi trơn tối thiểu vào quá trình tiện cứng Chƣơng 3: Nghiên cứu thực nghiệm Phần kết luận chung - Kết luận chung cả luận văn - Hƣớng nghiên cứu tiếp theo, các kiến nghị Phần phụ lục Tài liệu tham khảo Trang: 11 Luận Văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TIỆN CỨNG VÀ LÀM NGUỘI TỐI KHI TIỆN CỨNG 1.1.Khái niệm, ƣu nhƣợc điểm và phạm vi ứng dụng 1.1.1. Khái niệm Tiện cứng theo đúng nghĩa của nó, là quá trình tiện chi tiết hoặt vật liệu cứng sau các quá trình nhiệt luyện ( độ cứng > 50HCR ) 1.1.2. Ƣu nhƣợc điểm 1. Ƣu điểm: - So với mài thì tiện cứng linh hoạt hơn, nó có thể tiện các mặt phức tạp trong một lần gá tránh sai số gá đặt nhiều lần, có thể gia công chi tiết có độ cứng cao, biên dạng phức tạp...v...v 2. Nhƣợc điểm: - Tuy tiện cứng mang lại hiệu quả cao nhƣng nó cũng mang theo một số nhƣợc điểm. Do làm việc ở nhiệt độ cao nên dụng cụ thƣờng bị phá hỏng rất nhanh , dụng cụ phải làm từ vật liệu rất cứng vì vậy làm cho quá trình sản suất khó và phức tạp ngoài ra do nhiệt độ vùng cắt lớn nên làm cho bề mặt chi tiết bị biến dạng, cháy ...v...v 1.1.3. Phạm vi ứng dụng - Tiện cứng đƣợc sử dụng cho các chi tiết sau khi nhiệt luyện giống nhƣ công đoạn mài. Hầu hết các chi tiết có thể mài cũng có thể tiện cứng. Nhoài ra, tiện cứng cớ ƣu thế là có thể gia công các bề mặt phức tạp mà mài không thể làm đƣợc, hoặc mài định hình khó khăn, các kết cấu do cách gá đặt hay chọn chuẩn gá khô thể mài đƣợc, các chi tiết có chiều dài lớn, các lỗ trong có va đập ( then hoa..) 1.2. Cơ sở vật lý của quá trình cắt khi tiện 1.2.1. Khái niệm - Gia công kim loại bằng cắt gọt là một phƣơng pháp gia công kim loại rất Trang: 12 Luận Văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy phổ biến trong ngành cơ khí chế tạo máy. - Quá trình cắt kim loại là quá trình con ngƣời sử dụng dụng cụ cắt để hớt bỏ lớp kim loại thừa khỏi chi tiết, nhằm đạt đƣợc những yêu cầu cho trƣớc về hình dáng, kích thƣớc, vị trí tƣơng quan giữa các bề mặt và chất lƣợng bề mặt của chi tiết gia công. Lớp kim loại thừa trên chi tiết cần hớt bỏ đi gọi là lƣợng dƣ gia công cơ. Lớp kim loại đã bị cắt bỏ khỏi chi tiết gọi là phoi cắt. 1.2.2. Qúa trình tạo phoi khi tiện thƣờng và phân loại 1. Quá trình tạo phoi khi tiện thƣờng Qua nghiên cứu quá trình tiện nói chung thì thực tế phoi đƣợc tách ra khỏi chi tiết khi cắt không theo phƣơng của vận tốc cắt (tức là phƣơng lực tác dụng). Phoi khi cắt ra bị uốn cong về phía mặt tự do; kích thƣớc của phoi bị thay đổi so với lớp cắt khi còn trên chi tiết (hình 1.1). Hình 1.1. Qúa trình hình thành phoi khi tiện thƣờng Khi dao dịch chuyển các phân tử kim loại lúc đầu bị nén đàn hồi (hình 1.2a), sau đó bị biến dạng dẻo, quá trình biến dạng dẻo tăng dần cho đến khi bị lực liên kết bên trong của các phân tử chặn lại. Ở thời điểm này xảy ra sự xếp lớp của các phần tử phoi và sự trƣợt của chúng trên mặt phẳng BC (hình 1.2b). Hiện tƣợng tƣơng tự cũng xảy ra đối với các phần tử tiếp theo từ 1÷ 5 (hình 1.2c). Trang: 13 Luận Văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy Hình 1.2. Sơ đồ quá trình hình thành phoi thép Biến dạng dẻo xảy ra trong vùng đƣợc giới hạn bằng góc , góc này đƣợc gọi là góc tác động. Góc 1 gọi là góc trƣợt, còn mặt phẳng BC gọi là mặt phẳng trƣợt. Quá trình hình thành phoi trên đây xảy ra khi gia công các vật liệu dẻo với chiều sâu cắt lớn và góc cắt nhỏ. 2. Phân loại phoi. - Phoi dây (hình 1.3a) đƣợc hình thành khi gia công vật liệu dẻo với chiều sâu cắt nhỏ, tốc độ cắt và góc trƣớc lớn. - Phoi xếp lớp (hình 1.3b) đƣợc hình thành khi gia công thép và các vật liệu dẻo khác với chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trƣớc nhỏ. - Phoi vụn (hình 1.3c) đƣợc hình thành khi gia công các vật liệu dẻo với chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trƣớc nhỏ. Khi gia công các vật liệu giòn (gang) với chiều sâu cắt và góc trƣớc lớn thì phoi vụn (hình 1.3d) có hình dạng không giống nhau đƣợc hình thành. Trang: 14 Luận Văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy Hình 1.3. Các loại phoi 1.2.3.Lực cắt 1. Lực cắt khi tiện và các thành phần của lực cắt Trong quá trình cắt kim loại, để tách đƣợc phoi và thắng đƣợc ma sát cần phải có lực. Lực sinh ra trong quá trình cắt là động lực cần thiết nhằm thực hiện quá trình biến dạng và ma sát. Việc nghiên cứu lực cắt trong quá trình cắt kim loại có ý nghĩa cả lý thuyết lẫn thực tiễn. Trong thực tế, những hiểu biết về lực cắt rất quan trọng để thiết kế dụng cụ cắt, đồ gá, tính toán thiết kế máy móc thiết bị,... Dƣới tác dụng của lực và nhiệt, dụng cụ sẽ bị mòn, bị phá huỷ. Muồn hiểu đƣợc quy luật mài mòn và phá huỷ dao thì phải hiểu đƣợc quy luật tác động của lực cắt. Muốn tính công tiêu hao khi cắt cần phải biết lực cắt. Những hiểu biết lý thuyết về lực cắt tạo khả năng chính xác hoá lý thuyết quá trình cắt. Trong trạng thái cân bằng năng lƣợng của quá trình cắt thì các mối quan hệ lực cắt cũng cân bằng. Lực cắt sinh ra khi cắt là một hiện tƣợng động lực học, tức là trong chu trình thời gian gia công thì lực cắt không phải là hằng số mà biến đổi theo quãng đƣờng của dụng cụ. Theo cơ học, nghiên cứu về lực nói chung là xác định 3 yếu tố: - Điểm đặt của lực. Trang: 15 Luận Văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy - Hƣớng (phƣơng và chiều) tác dụng của lực. - Giá trị (độ lớn) của lực. Trong cắt gọt kim loại, ngƣời ta gọi lực sinh ra trong quá trình cắt tác dụng  lên dao là lực cắt, ký hiệu là P ; còn lực có cùng độ lớn, cùng phƣơng nhƣng ngƣợc  chiều với lực cắt gọi là phản lực cắt, ký hiệu là P  . Quá trình cắt thực hiện đƣợc cần có lực để thắng biến dạng và ma sát, do vậy lực cắt theo định nghĩa trên có thể hiểu rằng có nguồn gốc từ quá trình biến dạng và ma sát. Biến dạng khi cắt có biến dạng   đàn hồi Pdh và biến dạng dẻo Pd . Do vậy lực sinh ra do biến dạng cũng có lực biến dạng đàn hồi và lực biến dạng dẻo . Những lực này cùng với lực ma sát tác dụng lên dao, cụ thể trên mặt trƣớc và mặt sau dao. Trong trƣờng hợp cắt tự do ta có: Pbd1= Pdh1 + Pd1 Pbd2= Pdh2 + Pd2 Pbd= Pbd1 + Pbd2 Fms= Fms1 + Fms1 P = Pbd + Fms ( 4.1 ) Hình 1.4. Sơ đồ nguồn gốc của lực cắt Trên đây hệ lực đƣợc xét là hệ lực phẳng, nhƣng nói chung trong cắt gọt thực tế thì lực cắt là một hệ lực không gian. Để tiện cho việc nghiên cứu, tính toán, đo đạc và kiểm tra, ta có thể nghiên cứu lực cắt thông qua các thành phần của chúng. 2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến lực cắt khi tiện. a) Ảnh hƣởng của chi tiết gia công đến lực cắt. Bản chất biến dạng và ma sát của quá trình cắt kim loại cho ta thấy rằng: chi tiết gia công có ảnh hƣởng lớn đến quá trính cắt, đặc biệt đến lực cắt. Thực nghiệm ghi nhận chi tiết gia công ảnh hƣởng đến lực cắt bởi các yếu tố sau: - Độ bền, độ cứng của vật liệu, Trang: 16 Luận Văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy - Thành phần hoá học, - Cấu trúc kim loại của vật liệu, - Phƣơng pháp chế tạo phôi… Thực tế nếu tiến hành khảo sát ảnh hƣởng của từng yếu tố trên đến lực cắt thì rất phức tạp và khó khăn; do vậy trong các công thức thực nghiệm tính toán lực cắt ngƣời ta biểu thị mức độ ảnh hƣởng của vật liệu cụ thể đến lực cắt trong điều kiện cắt gọt xác định bằng độ lớn lực cần thiết để tách 1mm2 diện tích tiết diện phoi cắt khỏi chi tiết gia công. Theo phân tích trên đây chính là lực cắt đơn vị p. Tuy vậy đối với một loại vật liệu thì p còn phụ thuộc vào chiều dày cắt a. Vì vậy để phân biệt trong khảo sát trong công thức kinh nghiệm: Lực cắt đơn vị p đƣợc định nghĩa là lực cần thiết để tách một lớp phoi tiết diện 1mm2 có chiều dày trung bình atb=1mm và chiều rộng b=1mm trong điều kiện dao tiêu chuẩn. Nhƣ vậy lực cắt đơn vị đặc trƣng cho một loại vật liệu xác định đƣợc gọi là hằng số lực cắt, thƣờng ký hiệu là Cp. Xét thành phần lực Pv, ta có: Cpv = Pv = p trong điều kiện a=1mm. B=1mm và dao Tiêu chuẩn Trong thực tế, hảng số lực cắt Cp đƣợc xác định bằng thực nghiệm và cho theo bảng trong các sổ tay cắt gọt. Bảng 1- Hằng số lực cắt Cp khi cắt vật liệu dẻo σb (N/mm2) Cpv (N) 300-400 400-500 500-600 600-700 700-800 1270 1390 1490 1630 1840 Bảng 2- Hằng số lực cắt Cp khi cắt vật liệu dòn HB (N/mm2) Cpv (N) 1400-1600 1600-1800 1800-2000 920 990 1050 HB (N/mm2) Cpv (N) 1400-1600 920 Từ các bảng trên ta có nhận xét: + Khi vật liệu có độ bền hoặc độ cứng càng cao thì lực cắt càng lớn bởi vì công thực hiện biến dạng cũng nhƣ thắng ma sát càng phải lớn. Trang: 17 Luận Văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy + Lực cắt cần thiết để cắt gang (vật liệu dòn) nhỏ hơn khi cắt thép (vật liệu dẻo) bởi vì khi cắt gang công biến dạng nhỏ và hệ số ma sát của gang cũng nhỏ hơn của thép. b) Ảnh hƣởng của điều kiện gia công đến lực cắt. Điều kiện cắt gọt bao gồm nhiều yếu tố nhƣ chế độ cắt v, s, t; độ cứng vững của hệ thống công nghệ; có hay không tƣới dung dịch trơn nguội vào vùng cắt…Ở đây ta chỉ khảo sát ảnh hƣởng của chế độ cắt đến lực cắt. Khảo sát ảnh hƣởng của các thông số v, s, t đến lực cắt trong quá trình cắt. Sử dụng nguyên lý cọng tác dụng, khi nghiên cứu ảnh hƣởng của một thông số nào đó, trong thí nghiệm ta cho tất cả các yếu tố khác không thay đổi và chỉ cho yếu tố đang xét thay đổi, sau đó tổng hợp lại ta nhận đƣợc ảnh hƣởng đồng thời của các yếu tố xét đến lực cắt. - Ảnh hƣởng của chiều sâu cắt t đến lực cắt. Vì chiều rộng cắt b = t/sin có ý nghĩa vật lý trong quá trình cắt nên ta sẽ khảo sát ảnh hƣởng của b đến lực cắt Pv. Thực hiện cắt thử nghiệm với các yếu tố khác không đổi, cho b thay đổi các giá trị khác nhau, ta đo đƣợc các giá trị lực cắt Pv tƣơng ứng nhƣ trên đồ thị. Từ đồ thị ta nhận thấy rằng khi tăng b thì lực cắt cũng tăng. Nếu nhƣ cắt với chiều dày cắt atb 1mm thì lực cắt chính Pv đƣợc tính bằng: PV  CPV .b x pv Kết qủa sử lý số liệu đo đƣợc nhƣ đồ thị ta nhận đƣợc: x pv  1 Trang: 18 Luận Văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy - Ảnh hƣởng của lƣợng chạy dao s đến lực cắt. Vì chiều dày cắt a = s.sin có ý nghĩa vật lý trong quá trình cắt nên ta sẽ khảo sát ảnh hƣởng của a (qua atb) đến lực cắt Pv. Thực hiện cắt thử nghiệm với các yếu tố khác không đổi với b = 1mm, cho a thay đổi các giá trị khác nhau, ta đo đƣợc các giá trị lực cắt Pv tƣơng ứng. Bằng cách xử lý các số liệu đo ta có thể biểu diễn mối quan hệ giữa lực cắt và a nhƣ sau: . PV  C PV .a Y pv Từ đồ thị ta nhận thấy rằng khi tăng chiều dày cắt a thì lực cắt cũng tăng, nhƣng không tăng nhiều nhƣ đối với b, vì rằng khi tăng a thì sẽ tăng độ lớn của góc tách phoi dẫn đến giảm lực cắt đơn vị, mặt khác khi tăng a thì không làm tăng chiều dài làm việc thực tế của lƣỡi cắt một cách tuyến tính nhƣ khi tăng chiều rộng cắt b. Từ đồ thị ( log Pv – loga) có dạng tuyến tính, ta có thể xác định đƣợc số mũ: yP  tg Theo thực tế: yP  1 Khi cắt thép thì yP  0,75 V V V Kết hợp cho thay đổi đồng thời chiều rộng cắt b và chiều dày cắt a, mối quan hệ giữa lực cắt Pv và b, a đƣợc viết nhƣ sau: PV  C Pv .b xPv .a YPV Hoặc có thể viết theo s, t: PV  C Pv .b xPv .a YPV Trong đó ta nhận thấy: x Pv  y Pv - Ảnh hƣởng của tốc độ cắt v đến lực cắt. Qua thực nghiệm ta thấy rằng: ở tốc độ cắt thấp mối quan hệ giữa tốc độ cắt v với lực cắt P rất phức tạp và khó xác định quy luật. Tuy nhiên khi cắt với tốc độ phổ Trang: 19 Luận Văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy biến ở phạm vi tốc độ cao nhƣ ngày nay đang sử dụng thì nhận thấy rằng khi tăng tốc độ cắt v, lực cắt hầu nhƣ không thay đổi hoặc thay đổi không đáng kể. Do vậy để đơn gian trong công thức tính lực cắt ta thƣờng bỏ qua yếu tố v - Ảnh hƣởng của dụng cụ cắt đến lực cắt. Thực tế cho thấy vật liệu chế tạo dao và thông số hình học của dao có ảnh hƣởng trực tiếp đến lực cắt. Qua khảo sát bằng thực nghiệm ảnh hƣởng của các yếu liên quan của dụng cắt đến lực cắt đƣợc biểu thị qua các hệ số điều chỉnh trong công thức kinh nghiệm tính lực cắt. KPv= Kγ.Kφ .KR.KΔ.Kl với Kγ, K , KR, KΔ, Kl là các hệ số điều chỉnh liên quan đến góc trƣớc, góc nghiêng chính lƣỡi cắt, bán kính mũi dao, độ lớn mài mòn mặt sau dao và việc tƣới dung dịch trơn nguội vào khu vực cắt. Tổng hợp ta có thể lập đƣợc phƣơng trình kinh nghiệm tính lực cắt nhƣ sau:  .t xPv .s YPV .K Pv PV  C Pv Tƣơng tự ta cũng nhận đƣợc phƣơng trình tính các thành phần lực Ps và Pt có dạng nhƣ trên. Các giá trị hằng số lực cắt Cp, các số mũ xp, yp và các hệ số điều chỉnh K đƣợc cho trong các sổ tay tra cứu về cắt gọt. - Ảnh hƣởng của dung dịch trơn nguội đến lực cắt Nhiều nghiên cứu cho thấy sử dụng dung dịch trơn nguội cho phép giảm lực cắt xuống 30%, thậm chí xuống 45% khi cắt ren bằng tarô. sử dụng dung dịch trơn nguội thì lực cắt phải càng giảm rõ rệt nếu vật liệu gia công càng có độ dẻo cao. Điều này đƣợc giải thích nhƣ sau: trong trƣờng hợp này lực ma sát giữa dao và phoi tăng, do đó hiệu quả của việc sử dụng dung dịch trơn nguội càng phải cao. Trong thực tế sử dụng dung dịch trơn nguội trong mọi trƣờng hợp (kể cả gia công tốc độ cao) có ƣu điểm vì khi có dung dịch trơn nguội, dụng cụ cắt làm việc êm hơn, tuổi bền dụng cụ cao hơn, ngoài ra độ chính xác và độ nhám bề mặt cũng đƣợc cải thiện đáng kể. Qua thực tế thì khi ta sử dụng dung dịch trơn nguội thì cải Trang: 20