Tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến quá trình cắt khi phay thép 60C2 qua tôi bằng dao phay hợp kim cứng phủ PVD (Luận văn thạc sĩ)

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP --------- -------- NGUYỄN HỮU HẢI NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN QUÁ TRÌNH CẮT KHI PHAY THÉP 60C2 QUA TÔI BẰNG DAO PHAY HỢP KIM CỨNG PHỦ PVD. Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số : LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS TRẦN MINH ĐỨC THÁI NGUYÊN – NĂM 2015 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii LỜI CAM ĐOAN Tôi là: Nguyễn Hữu Hải - Học viên cao học lớp K14 chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí, khóa 2011- 2013 trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên. Sau hai năm học tập, rèn luyện và nghiên cứu tại trƣờng, tôi lựa chọn thực hiện đề tài tốt nghiệp “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến quá trình cắt khi phay thép 60C2 qua tôi bằng dao phay hợp kim cứng phủ PVD” Đƣợc sự giúp đỡ và hƣớng dẫn tận tình của Thầy giáo TS. Trần Minh Đức và sự nỗ lực của bản thân, đề tài đã đƣợc hoàn thành. Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ một công trình khác, trừ những phần tham khảo đã đƣợc ghi rõ trong Luận văn. Thái Nguyên, ngày 18 tháng 11 năm 2014 Học viên Nguyễn Hữu Hải Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới TS. Trần Minh Đức- Thầy đã tận tình hƣớng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Phòng quản lý đào tạo sau đại học, Khoa Cơ khí và bộ môn Chế tạo máy đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện bản luận văn này. Cuối cùng tôi muốn bày tỏ lòng cảm ơn đối với gia đình tôi, các thầy cô giáo, các bạn đồng nghiệp đã ủng hộ và động viên tôi trong suốt quá trình làm luận văn này. Mặc dù đã cố gắng song do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên chắc chắn luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, tác giả rất mong muốn sẽ nhận đƣợc những chỉ dẫn từ các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn đƣợc hoàn thiện và có ý nghĩa hơn nữa trong thực tiễn. Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả Nguyễn Hữu Hải Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... iii MỤC LỤC ................................................................................................................. iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .............................................. vii BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ....................................................... ix DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................x PHẦN MỞ ĐẦU .................................................................................................... - 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ..................................................................................... - 1 2. Mục đích và phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................... - 2 3. Đối tƣợng nghiên cứu......................................................................................... - 3 4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn .............................................................. - 3 5. Nội dung của luận văn........................................................................................ - 3 Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CẮT GỌT KHI PHAY ............... - 4 1.1. Các thông số cơ bản của quá trình cắt ............................................................. - 4 1.1.1. Quá trình hình thành phoi ............................................................................ - 4 1.1.1.1. Khái niệm và phân loại phoi ..................................................................... - 4 1.1.1.2. Quá trình hình thành phoi khi cắt vật liệu dẻo .......................................... - 5 1.1.1.3. Quá trình hình thành phoi khi phay cứng ................................................. - 5 1.2. Lực cắt ............................................................................................................. - 6 1.2.1. Cơ sở lý thuyết của lực cắt gọt ..................................................................... - 6 1.2.2. Ảnh hƣởng của điều kiện cắt đến lực cắt ..................................................... - 7 1.3. Nhiệt ................................................................................................................ - 9 1.3.1. Nhiệt cắt ....................................................................................................... - 9 1.3.2. Ảnh hƣởng của dung dịch trơn nguội đến nhiệt cắt ................................... - 12 1.4. Khái quát tình hình nghiên cứu về phay cứng .............................................. - 12 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ v 1.4.1. Tình hình nghiên cứu trên Thế giới ........................................................... - 12 1.4.2. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam............................................................ - 12 1.5. Kết luận ......................................................................................................... - 13 Chƣơng 2. PHAY CỨNG THÉP 60C2 QUA TÔI BẰNG DAO PHAY HKC PHỦ PVD ............................................................................................................ - 14 2.1. Đặc điểm quá trình phay cứng thép qua tôi. ................................................. - 14 2.2. Các đặc tính cơ bản của thép lò xo. .............................................................. - 15 2.3. Gia công cắt gọt khi phay.............................................................................. - 16 2.3.1. Khái niệm chung ........................................................................................ - 16 2.3.2. Phân loại dao phay ..................................................................................... - 16 2.3.3. Vật liệu chế tạo dao phay ........................................................................... - 17 2.3.4. Dao phay hợp kim cứng phủ PVD ........................................................... - 172.3.5. Các thông số hình học của dao phay .......................................................... - 18 2.3.6. Các yếu tố của lớp cắt ................................................................................ - 20 2.3.7. Lực cắt khi phay ......................................................................................... - 22 2.3.8. Độ mòn và tuổi bền của dao phay .............................................................. - 23 2.4. Ứng dụng của phay cứng thép 60C2 qua tôi và giới hạn vấn đề nghiên cứu. .... - 24 2.4.1. Ứng dụng .................................................................................................... - 24 2.4.2. Giới hạn vấn đề nghiên cứu ....................................................................... - 24 Chƣơng 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ..................................................... - 26 3.1. Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm ......................................................... - 26 3.1.1. Các nguyên tắc cơ bản của quy hoạch thực nghiệm .................................. - 26 3.1.2. Quy hoạch thực nghiệm và mô hình hồi quy thực nghiệm ........................ - 27 3.2. Giới thiệu hệ thống thực nghiệm................................................................... - 30 3.2.1. Yêu cầu đối với hệ thống thí nghiệm ......................................................... - 30 3.2.2. Hệ thống thí nghiệm: .................................................................................. - 30 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vi 3. 3. Thiết bị thí nghiệm ....................................................................................... - 31 3.4. Xử lý số liệu thực nghiệm ............................................................................. - 34 3.4.1.Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm ..................................................................... - 34 3.4.2. Mục đích thí nghiệm .................................................................................. - 35 3.4.3. Trình tự tiến hành thí nghiệm: ................................................................... - 35 3.4.4. Xử lý số liệu: ............................................................................................. - 37 3.5. Thảo luận kết quả .......................................................................................... - 41 3.6. Kết luận chƣơng 3 ......................................................................................... - 42 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ................ - 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. - 45 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT KÍ HIỆU γ Ý NGHĨA Góc trƣớc Góc tác động 1 Góc trƣợt Góc cắt t Ciều sâu cắt S Lƣợng chạy dao V Vận tốc cắt Ra Độ nhám bề mặt L Chiều dài phoi Lo Chiều dài cắt a1 Chiều dầy phoi thực tế a Chiều dầy phoi lý thuyết R Tổng hợp lực tác dụng lên dao Ro Lực tổng hợp pháp tuyến R1 Tổng hợp lực tác dụng lên mặt sau N Lực pháp tuyến tác dụng lên mặt trƣớc Fo Lực ma sát của phoi lên mặt trƣớc N' Lực pháp tuyến tác dụng lên mặt sau Fo Lực ma sát của phoi lên mặt sau Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ viii Px Thành phần lực cắt theo phƣơng X Py Thành phần lực cắt theo phƣơng Y Pz Thành phần lực cắt theo phƣơng Z n Số vòng quay của trục chính A Công hớt phoi A1 Công sinh ra biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo A2 Công sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt trƣớc dao A3 Công sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt sau dao Ps Lực trong mặt phẳng trƣợt Q Nhiệt lƣợng tỏa ra trong quá trình cắt o Độ mòn dao Thời gian làm việc của dao ϕ Góc nghiêng chính của dao Góc sau D Đƣờng kính dao phay P Lực vòng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ix BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Các loại phoi .......................................................................................... - 5 Hình 1.2. Sơ đồ quá trình hình thành phoi khi cắt vật liệu dẻo ............................. - 5 Hình 1.3. Sơ đồ tác dụng của lực khi cắt tự do ...................................................... - 6 Hình 1.4. Sơ đồ hình thành và lan tỏa nhiệt ......................................................... - 11 Hình 2.1. Các loại dao phay ................................................................................. - 17 Hình 2.2. Các thông số hình học phần cắt của dao phay mặt đầu ....................... - 19 Hình 2.3. Sơ đồ cắt phoi của răng dao phay ........................................................ - 20 Hình 2.4. Sơ đồ tính góc tiếp xúc ......................................................................... - 21 Hình 2.5. Sơ đồ xác định chiều dày cắt và diện tích lớp cắt của các răng dao phay khi chúng đồng thời tham gia vào quá trình cắt ................................................... - 21 Hình 2.6. Sơ đồ lực cắt tác dụng lên dao phay trụ ............................................... - 22 Hình 2.7. Các dạng mài mòn của răng dao phay ................................................. - 23 Hình 3.1: Hệ thống thí nghiệm ............................................................................. - 31 Hình 3.2: Trung tâm gia công VMC - 85S .......................................................... - 32 Hình 3.4: Phôi thép lò xo 60C2 ............................................................................ - 33 Hình 3.5:Bộ thiết bị đầu đo lực kế Kistler 9257BA ............................................. - 33 Hình 3.6: Máy đo nhám SJ-201 ........................................................................... - 34 Hình 3.7: Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm ............................................................. - 34 Hình 3.8:Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa S, n và Ra ............................................ - 39 Hình 3.9:Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa S, n và Fx ............................................ - 40 Hình 3.10:Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa S, n và Fy .......................................... - 41 Hình 3.11:Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa S, n và Fz .......................................... - 41 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ x DANH MỤC BẢNG BIỂU (Bảng 3.1: Ma trận thực nghiệm 6 điểm) ................................................... - 35 (Bảng 3.2: Kết quả thực nghiệm).................................................................. - 36 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ -1- PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Công nghệ phay cứng đã và đang phát triển đầy tiềm năng với những ƣu điểm có thể so sánh (trong nhiều trƣờng hợp có thể thay thế cho mài) với công nghệ mài – một phƣơng pháp gia công tinh lần cuối mang tính truyền thống đối các thép có độ cứng cao. Đồng thời trong nhiều trƣờng hợp phay cứng đóng vai trò là nguyên công chuẩn bị cho nguyên công mài nhằm nâng cao năng suất, chất lƣợng bề mặt của chi tiết gia công. - Phay cứng có khả năng tạo ra lớp bề mặt có ứng suất dƣ nén (lớp bề mặt này có tác dụng nâng cao sức bền mỏi của chi tiết máy) Hơn nữa, thông thƣờng nhƣ trƣớc đây những chi tiết nhƣ vòng ổ lăn, vòi phun, bánh răng, cam và những chi tiết của hệ thống thủy lực… sau khi nhiệt luyện phải qua công đoạn mài, mài khôn. Những công đoạn này thiếu tính linh hoạt và tốn nhiều thời gian. Một hạn chế nữa là chi phí cho dung dịch trơn nguội của các công đoạn mài khá cao. Những lý do trên làm tăng chi phí cho các công đoạn gia công chính xác. Mặt khác chất thải ra khi mài gây ô nhiễm môi trƣờng, thúc đẩy các nhà sản xuất loại dần khâu mài trong quy trình công nghệ gia công chi tiết. Vì những lý do trên trong gia công lần cuối so với mài, phay cứng ngày càng đƣợc các nhà sản xuất yêu thích hơn [14]. Bên cạnh những ƣu điểm nổi bật trên thì phay cứng cũng có những hạn chế đó là quá trình gia công trong điều kiện khắc nghiệt (không có dung dịch tƣới nguội), lực cắt lớn dẫn đến rung động lớn trong quá trình phay làm ảnh hƣởng không nhỏ đến chất lƣợng bề mặt gia công. Việc áp dụng phay cứng thay cho mài hoặc là bƣớc chuẩn bị cho công đoạn mài đang trở nên khá phổ biến trên thế giới bởi những ƣu điểm nổi bật của nó. Ở nƣớc ta, phay cứng đã và đang đƣợc áp dụng và phát triển khá mạnh, các chi tiết, thiết bị trong các dây truyền công nghệ hiện đại cũng đã đƣợc gia công lần cuối bằng phay cứng thay cho mài. Đặc biệt đối với trƣờng hợp gia công các loại chi tiết mỏng, dễ cong Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ -2vênh nhƣ: các loại căn lót chịu mài mòn trong đầu máy tàu hỏa thì việc áp dụng công nghệ phay cứng trƣớc khi mài để nâng cao năng suất, chất lƣợng cho chi tiết là vấn đề đặt ra cấp thiết hơn bao giờ hết. Việc nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ cắt đến quá trình cắt, ảnh hƣởng đến chất lƣợng bề mặt chi tiết gia công trong khi phay cứng và phân tích các quá trình vật lý trong phay cứng đã và đang đƣợc quan tâm, tiến hành tại nhiều trung tâm, viện nghiên cứu cũng nhƣ các trƣờng đại học trên thế giới. Chất lƣợng bề mặt gia công là một trong những yêu cầu quan trọng nhất đối với chi tiết máy vì nó ảnh hƣởng trực tiếp đến khả năng làm việc, độ bền, độ bền mòn cũng nhƣ tuổi thọ của chi tiết máy. Quá trình tạo lớp bề mặt gia công có chất lƣợng bằng phƣơng pháp gia công cơ chịu ảnh hƣởng của nhiều yếu tố công nghệ. Việc nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ cắt khi phay cứng ảnh hƣởng đến chất lƣợng bề mặt gia công là cần thiết đối với ngành cơ khí. Việc nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ cắt khi phay cứng đến quá trình cắt, đến độ nhám bề mặt khi phay thép 60C2 đã qua tôi và xác định đƣợc bộ thông số chế độ cắt hợp lý để đạt chất lƣợng bề mặt tốt nhất cho quá trình này đang là yêu cầu cần thiết của các nhà sản xuất. Xuất phát từ lý do nêu trên, tác giả đã chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ cắt đến quá trình cắt khi phay thép 60C2 qua tôi bằng dao phay hợp kim cứng phủ PVD ” là cần thiết và cấp bách. 2. Mục đích và phƣơng pháp nghiên cứu 2.1. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ cắt đến quá trình cắt khi phay thép 60C2 qua tôi (đánh giá thông qua lực cắt) và chất lƣợng bề mặt đạt đƣợc sau khi gia công (đánh giá thông qua nhám bề mặt Ra). 2.2. Phương pháp nghiên cứu Kết hợp giữa lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm, trong đó chủ yếu là nghiên cứu thực nghiệm. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ -33. Đối tƣợng nghiên cứu Vật liệu gia công: Thép lò xo 60C2 qua tôi đạt độ cứng: 35 ÷ 38 HRC Máy công cụ: Trung tâm gia công VMC - 85S - Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên. Dao: Dao phay mặt đầu gắn mảnh HKC phủ PVD Phƣơng pháp: Phay tinh mặt phẳng 4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn - Ý nghĩa khoa học: + Bổ sung lý về phay cứng khi gia công thép đã qua tôi có độ cứng cao, đặc biệt là thép lò xo 60C2 qua tôi. + Xây dựng đƣợc mối quan hệ giữa các thông số của nhám bề mặt (Ra), với các thông số của chế độ cắt (S, V) khi phay mặt phẳng dƣới dạng các hàm thực nghiệm. + Kết quả nghiên cứu là cơ sở cho việc nghiên cứu tối ƣu hoá quá trình phay cứng. - Ý nghĩa thực tiễn: Sử dụng làm cơ sở cho việc lựa chọn chế độ cắt khi phay cứng các loại thép đã qua tôi có độ cứng cao tại các cơ sở sản xuất ở Việt Nam để nâng cao độ chính xác, và chất lƣợng bề mặt chi tiết gia công. 5. Nội dung của luận văn Kết cấu của luận văn bao gồm ba chƣơng và phần kết luận chung: Chương 1: Tổng quan về gia công cắt gọt khi phay Chương 2: Phay cứng thép 60C2 qua tôi bằng dao phay hợp kim cứng phủ PVD Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm và xử lý số liệu Kết luận chung và thảo luận kết quả Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ -4Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CẮT GỌT KHI PHAY 1.1. Các thông số cơ bản của quá trình cắt 1.1.1. Quá trình hình thành phoi 1.1.1.1. Khái niệm và phân loại phoi * Gia công kim loại bằng cắt gọt là một phương pháp gia công kim loại rất phổ biến trong ngành cơ khí chế tạo máy. Quá trình cắt kim loại là quá trình con ngƣời sử dụng các dụng cụ cắt để hớt đi 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 đƣợc gọi là lƣợng dƣ gia công cơ. Lớp kim loại đã bị cắt bỏ khỏi chi tiết đƣợc gọi là phoi cắt. * Phân loại phoi - Phoi dây (Hình 1.1a) đƣợc hình thành khi gia công vật liệu dẻo với chiều sâu cắt nhỏ, tốc độ cắt và góc trƣớc lớn [4]. - Phoi xếp lớp (Hình 1.1b) 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 [4]. - Phoi vụn (Hình 1.1c) đƣợc hình thành khi gia công các vật liệu dẻo với chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trƣớc nhỏ [4]. Khi gia công các vật liệu giòn (gang) với chiều sâu cắt và góc trƣớc phoi vụn. (Hình 1.1d) có hình dạng không giống nhau đƣợc hình thành. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ lớn thì -5(Hình 1.1. Các loại phoi) 1.1.1.2. Quá trình hình thành phoi khi cắt vật liệu dẻo Khi dao dịch chuyển các phân tử kim loại lúc đầu bị nén đàn hồi (hình 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). (Hình 1.2. Sơ đồ quá trình hình thành phoi khi cắt vật liệu dẻo) Biến dạng dẻo xảy ra trong vùng đƣợc giới hạn bằng góc , góc này đƣợc gọi 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. 1.1.1.3. Quá trình hình thành phoi khi phay cứng Đối với quá trình hình thành phoi khi phay cứng cũng có những đặc điểm cơ bản nhƣ khi quá trình hình thành phoi khi gia công vật liệu dẻo, tuy nhiên đối với phay cứng do chiều sâu cắt nhỏ, tốc độ cắt lớn nên phoi hình thành trong quá trình phay cứng thƣờng là phoi dây. Biến dạng cắt khi tạo phoi dây là bé nhất. Do vậy trong những trƣờng hợp gia công tinh ta cần cố gắng tạo phoi dây bằng cách nâng cao tốc độ cắt. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ -6Khi tạo phoi dây, do phoi đƣợc hình thành một cách liên tục, do đó dẫn đến lực cắt khá ổn định, ít rung động. Do vậy dễ đạt đƣợc các chỉ tiêu về độ nhám bề mặt, chất lƣợng bề mặt cao. 1.2. Lực cắt 1.2.1. Cơ sở lý thuyết của lực cắt gọt Trong quá trình cắt, dụng cụ cắt chịu tác dụng của các lực. Các lực này tác dụng lên phôi và lƣỡi cắt. Hình 1.3a là sơ đồ lực tác động lên phôi khi cắt tự do. (Hình 1.3. Sơ đồ tác dụng của lực khi cắt tự do) Mặt trƣớc của dao chịu tác dụng của lực R0, lực R0 là tổng hợp lực pháp tuyến N và lực ma sát của phoi lên mặt trƣớc F0, có nghĩa là: R0= N + F0. Mặt sau của dao (gần lƣỡi cắt) chịu tác dụng của lực pháp tuyến N’ và lực ma sát lên mặt sau của dao F0’. Tổng hai lực N’ và F0’ là R1. Vì góc sau α nhỏ và có độ mòn ở mặt sau của dao, cho nên ta có thể tính lực nhƣ trên hình 1.4b, có nghĩa là phƣơng của lực F0’ ngƣợc với phƣơng tốc độ cắt V. Để thực hiện đƣợc quá trình cắt hoặc để giữ trạng thái cân bằng của dao thì từ ngoài phải có một lực tác dụng lên dao R = R0+ R1 Phân tích lực R tác dụng lên dao ra hai thành phần: - Thành phần lực Pz theo phƣơng chuyển động chính hoặc theo phƣơng dịch chuyển của dao và ta gọi Pz là lực tiếp tuyến. - Thành phần lực Py theo phƣơng trùng với đƣờng tâm dao và ta gọi P y là lực hƣớng kính. Khi chiếu các lực lên phƣơng của trục y và trục z ta đƣợc: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ -7Pz = Ncosγ + F0sinγ + F0’ Py = -Nsinγ + F0cosγ+ N’ Lực pháp tuyến N có thể xác định theo công thức gần đúng sau đây: N =σ0tSKm Trong đó: σ0: giới hạn chảy của vật liệu gia công khi bị nén (kG/mm2); t: chiều sâu cắt (mm); S: lƣợng chạy dao (mm/vòng); K: hệ số co rút phoi; m: số mũ của K (phụ thuộc vào vật liệu gia công). Ngoài hai thành phần lực Pz và Py còn có thêm thành phần lực Px (lực tác dụng theo phƣơng trục chi tiết). Tƣơng quan của các thành phần lực này trong điều kiện gia công bình thƣờng có thể đƣợc tính nhƣ sau [4]: Px = (0,2 ÷ 0,3)Pz Py = (0,3 ÷ 0,4)Pz 1.2.2. Ảnh hƣởng của điều kiện cắt đến lực cắt Điều kiện cắt gọt bao gồm nhiều yếu tố nhƣ chế độ cắt S, V, 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 S, V, t đến lực cắt trong quá trình cắt. Sử dụng nguyên lý cộng tác dụng, khi nghiên cứu ảnhs 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ -8xét thay đổi, sau đó tổng hợp lại ta nhận đƣợc ảnh hƣởng đồng thời của các yếu tố xét đến lực cắt. Ảnh hưởng 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 P v C pv .b lực cắt Pv (N) chiều dày cắt atb = 1mm thì lực cắt chính Pv đƣợc tính bằng công thức sau: x pv Kết quả xử lý số liệu đo đƣợc nhƣ đồ thị ta nhận đƣợc: x pv 1 chiều rộng cắt b (mm) Ảnh hưởng của lượng 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 lự cắt và a nhƣ sau: P v C pv .a y pv Từ đồ thị Hình vẽ trên 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ -9góc 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. 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: P v C pv .b x pv P v ' C pv .t x pv .a y pv Hoặc có thể viết theo S .s y pv Trong đó ta nhận thấy: x pv y pv Ảnh hưởng 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 qui luật. Tuy nhiên khi cắt với tốc độ phổ 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 giản trong công thức tính lực cắt ta thƣờng bỏ qua yếu tố tốc độ cắt. 1.3. Nhiệt 1.3.1. Nhiệt cắt Hiện tƣợng nhiệt trong quá trình cắt đóng vai trò rất quan trọng, bởi vì nó ảnh hƣởng đến quá trình tạo phoi, lẹo dao, co rút phoi, lực cắt và cấu trúc lớp bề mặt. Ngoài ra, nhiệt cắt còn ảnh hƣởng rất lớn đến cƣờng độ mòn và tuổi bền dao [4]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ - 10 Sự tỏa nhiệt khi cắt là do một công A (kGm) sinh ra trong quá trình hớt phoi. Công A đƣợc xác định theo công thức: A = A1 + A2 + A3 (1) Trong đó: A1: công sinh ra biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo; A2: công sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt trƣớc của dao; A3: công sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt sau của dao. Mặt khác, công A đƣợc tính theo công thức: A = Pz.L Trong đó: Pz: lực cắt tác dụng theo phƣơng tốc độ cắt (kG); L: quãng đƣờng mà dụng cụ đi qua hay chiều dài cắt (m). Các công thành phần trong công thức (1) có tỉ lệ nhƣ sau: A1 = 55%, A2 = 35%, A3 = 10%. Nếu lấy quãng đƣờng mà dụng cụ đi qua trong một phút, ta có công thức trong một phút: A = Pz.V = Ps.Vs + F.VF + F1.VF1 Trong đó: V: tốc độ cắt (m/phút); Pz: lực trong mặt phẳng trƣợt hay lực trƣợt (kG); Vs : tốc độ trƣợt (m/phút); F: lực ma sát ở mặt trƣớc của dao (kG); F1: lực ma sát ở mặt sau của dao (kG); VF = V/K: tốc độ chuyển động của phoi ở mặt trƣớc của dao (m/phút); K: hệ số co rút phoi; VF1: tốc độ chuyển động của bề mặt gia công tƣơng đối so với mặt trƣớc của dao (m/phút), VF1 = V. Thực tế cho thấy, phần lớn công cắt gọt A (hơn 99,5%) sinh ra nhiệt cắt. Vì vậy, lƣợng nhiệt tỏa ra trong quá trình cắt là: Q =A/427 = Pz.V/427 Nhiệt cắt Q đƣợc tính bằng kcal/phút. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/