Cơ khí chế tạo máy - Chương 3: Cơ sở vật lý quá trình cắt, thông số hình học dụng cụ cắt, thông số quá trình gia công

1GV: TRƯƠNG QUỐC THANH CHƯƠNG 3: CƠ SỞ VẬT LÝ QUÁ TRÌNH CẮT, THÔNG SỐ HÌNH HỌC DỤNG CỤ CẮT, THÔNG SỐ QUÁ TRÌNH GIA CÔNG 1. Lý thuyết biến dạng lớp phoi cắt và cơ chế quá trình tạo phoi 2. Thông số hình học và vật liệu dung cụ cắt 3. Các thông số quá trình cắt 2GV: TRƯƠNG QUỐC THANH 1.1 Lý thuyết biến dạng kim loại 1. Lý thuyết biến dạng lớp phôi cắt và cơ chế quá trình tạo phoi Biểu đồ kéo kim loại ∆l Vùng OA (P < Ptl): là vùng biến dạng đàn hồi. Khi ngoại lực thôi tác dụng, kích thước chi tiết trở lại hình dáng ban đầu (theo định luật Hooke). Vùng AB (Ptl ≤ P ≤ Pch): là vùng biến dạng dẻo. Khi ngoại lực thôi tác dụng, kích thước chi tiết không trở lại như ban đầu mà sẽ giữ luôn kích thước đó. Tức chi tiết bị dài ra thêm một đoạn OB’. Vùng BC (P ≥ Pb): là phá hủy. Mẫu hình thành cổ thắt và chi tiết bị đứt. 3GV: TRƯƠNG QUỐC THANH γ 1. Lý thuyết biến dạng lớp phôi cắt và cơ chế quá trình tạo phoi 1.2 Quá trình tạo phôi
Giai đoạn biến dạng: giai đoạn này xảy ra trong khu vực nhất định gọi là miền tạo phoi AOE. Trong miền này sẽ tập trung các mặt trượt, trong đó, OA là mặt trượt đầu tiên và OE là mặt trượt kết thúc. Trong quá trình gia công, miền tạo phoi AOE di chuyển cùng với dao.
Giai đoạn biến dạng phụ do ma sát với mặt trước của dao, mà trong đó, lớp kim loại nằm sát với mặt trước của dao (vùng 1) chịu ảnh hưởng nhiều nhất.
Lực cắt P tạo ra ứng suất trên vùng gia công cần lớn hơn sức bền của vật liệu gia công.
Quá trình cắt vật liệu diễn ra: trước khi biến dạng thành phoi, vật liệu gia công bị nén  biến dạng đàn hồi  biến dạng dẻo và một lớp phoi có chiều dày a bị cắt chuyển thành phoi có chiều dày a1 và trượt theo mặt trước của dao. (a) 2m/min, (b) 7 m/min, (c) 20 m/min, (d) 40 m/min msbdf KKK += Mức độ biến dạng của phoi trong miền tạo phoi Mức độ biến dạng của phoi do ma sát với mặt trước của dao 4GV: TRƯƠNG QUỐC THANH
Chiều rộng miền tạo phoi phụ thuộc vào tính chất của vật liệu gia công và chế độ cắt .
Ở tốc độ cắt thấp, miền tạo phôi là miền AOE. Tốc độ cắt càng cao thì bề rộng miền tạo phoi bị co hẹp lại và quay đi một góc theo chiều kim đồng hồ, đồng thời, bề dày cắt cũng giảm. Công thức tính tỉ số cắt: )cos( sin )cos(.OC sin.OC a a r γ−φ φ = γ−φ φ == 1 1. Lý thuyết biến dạng lớp phôi cắt và cơ chế quá trình tạo phoi 5GV: TRƯƠNG QUỐC THANH Chia làm 3 dạng phoi Phoi dây Phoi xếp Phoi vụn 1. Lý thuyết biến dạng lớp phôi cắt và cơ chế quá trình tạo phoi 1.3 Các dạng phoi 6GV: TRƯƠNG QUỐC THANH Theo nghiên cứu thực nghiệm quá trình tạo phoi: – Chiều dài lớp phoi cắt Lf ngắn hơn quãng đường đi được L (Lf < L). – Bề dày lớp phoi cắt af lớn hơn chiều dày cắt a (af>a). – Bề rộng lớp phoi cắt bf thay đổi không đáng kể so với bề rộng lớp cắt b (bf ≈ b) khi góc λ <30o. 1. Lý thuyết biến dạng lớp phôi cắt và cơ chế quá trình tạo phoi Dựa trên định luật bảo toàn thể tích Vf = V, người ta đưa ra hệ số co rút phoi K (thường K = 1 – 8): Để đo hệ số co rút phoi, ta có 2 phương pháp: – Đo trực tiếp / Đo theo phương pháp trọng lượng f f aL K L a = = 7GV: TRƯƠNG QUỐC THANH Ý nghĩa của hệ số co rút phoi: – Thay đổi hệ số co rút phoi sẽ làm thay đổi lực cắt, chất lượng bề mặt gia công, – Đặt trưng cho mức độ BDD (trong chừng mực nào đó). Tuy nhiên không dùng làm tiêu chuẩn để định lượng chính xác, vì khi K = 1 vẫn có BDD. – Hệ số co rút phoi không bằng độ trượt tương đối, khi tăng hệ số co rút phoi thì độ trượt tương đối tăng. 1. Lý thuyết biến dạng lớp phôi cắt và cơ chế quá trình tạo phoi 8GV: TRƯƠNG QUỐC THANH 2.1 Kết cấu dụng cụ cắt: gồm 2 phần – Phần làm việc – Phần thân dao 2. Kết cấu, thông số hình học và vật liệu dụng cụ cắtø 9GV: TRƯƠNG QUỐC THANH 2. Kết cấu, thông số hình học và vật liệu dụng cụ cắtø 10GV: TRƯƠNG QUỐC THANH 2.2 Thông số hình học dao 2. Kết cấu, thông số hình học và vật liệu dụng cụ cắtø 11GV: TRƯƠNG QUỐC THANH 2. Kết cấu, thông số hình học và vật liệu dụng cụ cắtø 1. Mặt trước 2. Mặt sau chính 3. Mặt sau phụ 4. Lưỡi cắt chính 5. Lưỡi cắt phụ 6. Mặt cắt 7. Mặt đáy 8. Tiết diện chính 9. Tiết diện phụ Các mặt phẳng toạ độ trên dao 12GV: TRƯƠNG QUỐC THANH λ 2. Kết cấu, thông số hình học và vật liệu dụng cụ cắtø β γα δ ϕ ϕ1 ε α 1γ1 1. Góc trước γ 2. Góc sau chính α 3. Góc sắc β 4. Góc cắt δ 5. Góc nâng λ 6. Góc nghiêng chính ϕ 7. Góc nghiêng phụ ϕ1 8. Góc mũi dao ε Các góc của dao ở trạng thái tĩnh 13GV: TRƯƠNG QUỐC THANH 2.3 Vật liệu dụng cụ cắt (tham khảo SGK) Thép cacbon dụng cụ Thép hợp kim dụng cụ Thép gió Hợp kim cứng Vật liệu sứ Vật liệu mài và các vật liệu tổng hợp khác 2. Kết cấu, thông số hình học và vật liệu dụng cụ cắtø 14GV: TRƯƠNG QUỐC THANH 3.1 Lực cắt 3. Các thông số quá trình cắt 21 2211 QQ FNFNR






+= +++= Lực thực hiện quá trình cắt  lực có lợi Lực tạo ra ma sát, rung động, ảnh hưởng đến độ cứng vững của hệ thống công nghệ, chất lượng bề mặt sau gia công  lực có hại 15GV: TRƯƠNG QUỐC THANH 3.1 Lực cắt Để thuận tiện trong việc nghiên cứu, ta phân lực R thành Px, Py, Pz. ( )2 2 2 1,1 1,18z y x zR P P P P= + + = ÷ Pz  tính độ bền dao, máy và công suất máy Py  làm cong chi tiết, ảnh hưởng độ chính xác gia công. Py= (0,40,5).Pz Px  tính toán độ bền của chi tiết trong chuyển động phụ, độ bền dao, công tiêu hao của cơ cấu chạy dao. Px= (0,30,4).Pz 3. Các thông số quá trình cắt 16GV: TRƯƠNG QUỐC THANH 3.2 Công suất cắt Nếu bỏ qua công suất chạy dao, công suất cắt: P = Pz. v. 10-3 Công suất động cơ kW P Ndc , η = 3. Các thông số quá trình cắt 17GV: TRƯƠNG QUỐC THANH 3.3 Vận tốc cắt (m/ph) vyxm v K. S.t.T C v vv = t : Chiều sâu cắt (mm) S : Lượng chạy dao (mm/vg) T : Tuổi bền của dao (ph). Kv : Hệ số điều chỉnh đặt trưng cho các nhân tố bên ngoài ảnh hưởng đến tốc độ cắt. Cv,m,xv,yv : Các hệ số phụ thuộc vào điều kiện gia công, có thể tra trong các sổ tay công nghệ về chế độ cắt. 3. Các thông số quá trình cắt 18GV: TRƯƠNG QUỐC THANH 3.4 Nhiệt cắt Năng lượng của quá trình cắt biến đổi thành nhiệt năng Ảnh hưởng bất lợi đến độ bền, độ cứng và độ mài mòn của dụng cụ cắt Gây ra sự thay đổi về kích thước của chi tiết gia công Gây ra sự khó khăn trong quá trình kiểm tra độ chính xác của chi tiết gia công. 3. Các thông số quá trình cắt