Luận văn Ảnh hưởng của bôi trơn tối thiểu (mql) đến mòn dụng cụ cắt và nhám bề mặt khi tiện tinh thép 9crsi (9xc) đã qua tôi

Trong quá trình gia công, mòn dụng cụ cắt là nguyên nhân dẫn đến dụng cụ cắt bị phá huỷ. Các nghiên cứu ngày nay đã phát triển công nghệ gia công theo xu hướng nâng cao vận tốc cắt và tốc độ chạy dao. Việc tăng tốc độ cắt và tốc độ chạy dao đồng nghĩa với nhiệt cắt sinh ra là rất lớn, điều này không chỉ làm giảm tuổi thọ của dụng cụ cắt mà chất lượng của sản phẩm cũng bị giảm đi. Người ta sử dụng dung dịch trơn nguội nhằm giải quyết vấn đề này. Bởi vì dung dịch trơn nguội có khả năng làm giảm ma sát trong vùng cắt, tải nhiệt ra khỏi vùng cắt, hạn chế tác dụng xấu của nhiệt độ đối với dụng cụ cắt. Đảm bảo nhiệt độ làm việc của môi trường thấp và ổn định. Giúp vận chuyển phoi ra khỏi vùng cắt dễ dàng. Tuy nhiên, sử dụng dung dịch trơn nguội trong quá trình gia công hiện nay cho thấy nhược điểm của nó là gây ô nhiễm môi trường và độc hại đối với lao động. Do vậy, việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu (Minimum Quantity Lubricant - MQL) cho quá trình gia công là cần thiết và cần được phát triển. Phương pháp bôi trơn tối thiểu sử dụng dầu thực vật làm dung dịch bôi trơn với lưu lượng khoảng từ 50 - 500 ml/1 giờ, nhỏ hơn rất nhiều so với phương pháp tưới tràn (có thể lên tới 10l/phút). Quan niệm về phương pháp bôi trơn tối thiểu cũng gần giống với phương pháp gia công khô và phương pháp bôi trơn cực tiểu được đề ra với ý nghĩa bảo vệ môi trường và người lao động. Ngoài ý nghĩa đó phương pháp này còn mang lại các hiệu quả về kinh tế do tiết kiệm được dầu bôi trơn, giảm thời gian làm sạch phôi, dụng cụ cắt và máy móc. Hiện nay, phương pháp tiện khô không bôi trơn làm nguội đã trở nên thông dụng trong sản xuất công nghiệp khi gia công các loại thép có độ cứng cao, đặc trưng của phương pháp này là năng lượng sử dụng cho quá trình cắt rất lớn. Điều này được chứng minh khi so sánh với phương pháp tưới tràn truyền thống, lực cắt nhỏ hơn và nhiệt sinh ra trong quá trình cắt cũng nhỏ hơn so với phương pháp gia công khô. Do vậy, khi sử dụng phương pháp gia công khô sẽ làm giảm - 6 -Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn tuổi thọ của dụng cụ cắt và chất lượng bề mặt khi gia công tinh lần cuối, để có thể gia công được phải giảm tốc độ chạy dao và chiều sâu cắt, dẫn đến năng suất cắt giảm xuống. Việc áp dụng phương pháp bôi trơn tối thiểu vào quá trình tiện cứng sẽ làm tăng tuổi thọ của dụng cụ cắt cũng như chất lượng bề mặt khi gia công tinh lần cuối. Ở Việt Nam hiện nay, việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu vào quá trình tiện cứng hầu như chưa được quan tâm. Với những lợi ích về môi trường, kinh tế và ý nghĩa khoa học mà phương pháp này mang lại em thấy cần thiết khi chọn đề tài nghiên cứu: "Ảnh hưởng của bôi trơn tối thiểu (MQL) đến mòn dụng cụ cắt và nhám bề mặt khi tiện tinh thép 9CrSi (9XC) qua tôi".

pdf84 trang | Chia sẻ: ttlbattu | Lượt xem: 2103 | Lượt tải: 4download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Ảnh hưởng của bôi trơn tối thiểu (mql) đến mòn dụng cụ cắt và nhám bề mặt khi tiện tinh thép 9crsi (9xc) đã qua tôi, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP -------------- o0o ------------- LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN TỐI THIỂU (MQL) ĐẾN MÒN DỤNG CỤ CẮT VÀ NHÁM BỀ MẶT KHI TIỆN TINH THÉP 9CrSi (9XC) ĐÃ QUA TÔI HOÀNG XUÂN TỨ THÁI NGUYÊN, 2009 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP -------------- o0o ------------- LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN TỐI THIỂU (MQL) ĐẾN MÒN DỤNG CỤ CẮT VÀ NHÁM BỀ MẶT KHI TIỆN TINH THÉP 9CrSi (9XC) ĐÃ QUA TÔI CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY MÃ SỐ: HỌC VIÊN: HOÀNG XUÂN TỨ NGƯỜI HD KHOA HỌC: TS. TRẦN MINH ĐỨC THÁI NGUYÊN, 2009 - 3 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TT Tên hình Nội dung 1 Hình 1.1 Các loại phoi 2 Hình 1.2 Quá trình hình thành phoi khi tiện thường 3 Hình 1.3 Sơ đồ quá trình hình thành phoi thép 4 Hình 1.4 Quá trình hình thành phoi khi tiện cứng 5 Hình 1.5 Sơ đồ nguồn gốc lực cắt 6 Hình 1.6 Nguồn gốc và sự phân bố nhiệt cắt 7 Hình 1.7 Quan hệ giữa θ và v 8 Hình 1.8 Quan hệ giữa chiều dày cắt và nhiệt cắt 9 Hình 1.9 Quan hệ giữa nhiệt cắt với b 10 Hình 1.10 Các dạng mài mòn của dụng cụ cắt 11 Hình 1.11 Mài mòn mặt sau 12 Hình 1.12 Mài mòn Crater 13 Hình 1.13 Các dạng mài mòn chính khi tiện 14 Hình 1.14 Dẫn dung dịch lên chi tiết gia công 15 Hình 1.15 Dẫn dung dịch lên mặt trước dao 16 Hình 1.16 Dẫn dung dịch vào mặt sau của dao 17 Hình 1.17 Dẫn dung dịch kết hợp mặt trước và mặt sau của dao 18 Hình 2.1 Phun theo phương tiếp tuyến với mặt trước của dao 19 Hình 2.2 Phun theo phương tiếp tuyến với mặt sau của dao 20 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý đầu phun 21 Hình 3.2 Đầu phun 22 Hình 3.3 Máy nén khí 23 Hình 3.4 Máy đo nhám cầm tay Mitutoyo SJ-201 24 Hình 3.5 Kính hiển vi điện tử, TM-1000 Hitachi, Nhật Bản 25 Hình 3.6 Thân dao MTENN 2020 K16-N (hãng KANELA) 26 Hình 3.7 Mảnh dao CBN: TPGN 160308 - 4 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 27 Hình 3.8 Hình ảnh mặt trước dao PCBN sau khi tiện 16,25 phút 28 Hình 3.9 Hình ảnh mặt trước dao PCBN sau khi tiện 32,5 phút. 29 Hình 3.10 Hình ảnh mặt trước dao PCBN sau khi tiện 48,75 phút. 30 Hình 3.11 Hình ảnh mặt trước dao PCBN sau khi tiện 32,5 phút. 31 Hình 3.12 Hình ảnh mặt sau dao PCBN sau khi tiện 16,25 phút 32 Hình 3.13 Hình ảnh mặt sau dao PCBN sau khi tiện 32,5 phút. 33 Hình 3.14 Hình ảnh mặt sau dao PCBN sau khi tiện 48,75 phút. 34 Hình 3.15 Quan hệ giữa lượng mòn mặt sau u và thời gian cắt khi gia công khô và gia công có sử dụng bôi trơn tối thiểu 35 Hình 3.16 Biểu dồ so sánh tuổi bền của dao theo lượng mòn cho phép 36 Hình 3.17 Quan hệ giữa nhám bề mặt Ra và thời gian cắt khi gia công khô và gia công có sử dụng bôi trơn tối thiểu - 5 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên LỜI NÓI ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong quá trình gia công, mòn dụng cụ cắt là nguyên nhân dẫn đến dụng cụ cắt bị phá huỷ. Các nghiên cứu ngày nay đã phát triển công nghệ gia công theo xu hướng nâng cao vận tốc cắt và tốc độ chạy dao. Việc tăng tốc độ cắt và tốc độ chạy dao đồng nghĩa với nhiệt cắt sinh ra là rất lớn, điều này không chỉ làm giảm tuổi thọ của dụng cụ cắt mà chất lượng của sản phẩm cũng bị giảm đi. Người ta sử dụng dung dịch trơn nguội nhằm giải quyết vấn đề này. Bởi vì dung dịch trơn nguội có khả năng làm giảm ma sát trong vùng cắt, tải nhiệt ra khỏi vùng cắt, hạn chế tác dụng xấu của nhiệt độ đối với dụng cụ cắt. Đảm bảo nhiệt độ làm việc của môi trường thấp và ổn định. Giúp vận chuyển phoi ra khỏi vùng cắt dễ dàng. Tuy nhiên, sử dụng dung dịch trơn nguội trong quá trình gia công hiện nay cho thấy nhược điểm của nó là gây ô nhiễm môi trường và độc hại đối với lao động. Do vậy, việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu (Minimum Quantity Lubricant - MQL) cho quá trình gia công là cần thiết và cần được phát triển. Phương pháp bôi trơn tối thiểu sử dụng dầu thực vật làm dung dịch bôi trơn với lưu lượng khoảng từ 50 - 500 ml/1 giờ, nhỏ hơn rất nhiều so với phương pháp tưới tràn (có thể lên tới 10l/phút). Quan niệm về phương pháp bôi trơn tối thiểu cũng gần giống với phương pháp gia công khô và phương pháp bôi trơn cực tiểu được đề ra với ý nghĩa bảo vệ môi trường và người lao động. Ngoài ý nghĩa đó phương pháp này còn mang lại các hiệu quả về kinh tế do tiết kiệm được dầu bôi trơn, giảm thời gian làm sạch phôi, dụng cụ cắt và máy móc. Hiện nay, phương pháp tiện khô không bôi trơn làm nguội đã trở nên thông dụng trong sản xuất công nghiệp khi gia công các loại thép có độ cứng cao, đặc trưng của phương pháp này là năng lượng sử dụng cho quá trình cắt rất lớn. Điều này được chứng minh khi so sánh với phương pháp tưới tràn truyền thống, lực cắt nhỏ hơn và nhiệt sinh ra trong quá trình cắt cũng nhỏ hơn so với phương pháp gia công khô. Do vậy, khi sử dụng phương pháp gia công khô sẽ làm giảm - 6 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên tuổi thọ của dụng cụ cắt và chất lượng bề mặt khi gia công tinh lần cuối, để có thể gia công được phải giảm tốc độ chạy dao và chiều sâu cắt, dẫn đến năng suất cắt giảm xuống. Việc áp dụng phương pháp bôi trơn tối thiểu vào quá trình tiện cứng sẽ làm tăng tuổi thọ của dụng cụ cắt cũng như chất lượng bề mặt khi gia công tinh lần cuối. Ở Việt Nam hiện nay, việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu vào quá trình tiện cứng hầu như chưa được quan tâm. Với những lợi ích về môi trường, kinh tế và ý nghĩa khoa học mà phương pháp này mang lại em thấy cần thiết khi chọn đề tài nghiên cứu: "Ảnh hưởng của bôi trơn tối thiểu (MQL) đến mòn dụng cụ cắt và nhám bề mặt khi tiện tinh thép 9CrSi (9XC) qua tôi". 2. Mục đích nghiên cứu Mục đích của nghiên cứu thực nghiệm nhằm: Nghiên cứu so sánh giữa phương pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu sử dụng dầu thực vật của Việt Nam với phương pháp gia công khô. Qua đó đánh giá được những ưu nhược điểm của bôi trơn tối thiểu và gia công khô khi tiện cứng. 3. Đối tƣợng nghiên cứu Nghiên cứu công nghệ bôi trơn tối thiểu khi áp dụng cho quá trình tiện cứng. Ở đây chỉ nghiên cứu tiện cứng thép 9XC đã qua tôi đạt độ cứng 55 - 60 HRC, sử dụng dao gắn mảnh CBN. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu Sử dụng phương pháp nguyên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm, trong đó nghiên cứu thực nghiệm là chủ yếu. 5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài a.Ý nghĩa khoa học. Nghiên cứu ứng dụng thành công công nghệ bôi trơn tối thiểu vào quá trình tiện sẽ đóng góp thêm các kiến thức về công nghệ gia công cắt gọt. Cung cấp thêm các kiến thức về cơ chế mòn của dụng cụ cắt và chất lượng bề mặt khi tiện cứng. b.Ý nghĩa thực tiễn. - 7 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Công nghệ tiện cứng ngày nay được áp dụng rất rộng rãi nhằm thay thế cho nguyên công mài vốn rất tốn kém. Khi tiện cứng người ta thường sử dụng phương pháp gia công khô. Nhằm nâng cao hơn nữa hiệu quả của quá trình tiện cứng với việc ứng dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu sẽ làm giảm ma sát trong vùng cắt dẫn đến giảm được mòn dụng cụ cắt, đồng thời nâng cao chất lượng của bề mặt chi tiết gia công. Áp dụng phương pháp này với việc sử dụng dầu thực vật của Việt Nam sẽ làm giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tác hại đối với công nhân vận hành máy và lượng tiêu tốn dung dịch bôi trơn là rất ít. Từ những hiệu quả về kỹ thuật của phương pháp này khi áp dụng vào thực tế sản xuất sẽ mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn. 6. Nội dung của đề tài Ngoài lời nói đầu, tài liệu tham khảo, phụ lục, nội dung chính của đề tài gồm 3 chương và phần kết luận chung. Chương 1: Tổng quan. Nội dung chính là tìm hiểu một số lý thuyết cơ bản về quá trình tiện và bôi trơn làm nguội. Tổng hợp từ các nghiên cứu đã có, định hướng vấn đề nghiên cứu Chương 2: Cơ sở lý thuyết Nghiên cứu lý thuyết về bôi trơn tối thiểu khi tiện và bôi trơn tối thiểu khi tiện cứng. Giới hạn vấn đề nghiên cứu, mục đích và phương pháp nghiên cứu. Chương 3: Nghiên cứu so sánh giữa phương pháp bôi trơn tối thiểu và phương pháp gia công khô khi tiện tinh thép 9XC đã qua tôi. Nội dung chính bao gồm: - Nghiên cứu so sánh giữa bôi trơn làm nguội tối thiểu và gia công khô khi tiện tinh cứng qua các chỉ tiêu về chất lượng bề mặt, lượng mòn dao, cơ chế mòn, để từ đó tìm được các ưu điểm nổi trội của phương pháp bôi trơn tối thiểu. - Nghiên cứu sử dụng dầu thực vật của Việt Nam áp dụng vào quá trình tiện cứng khi sử dụng phương pháp bôi trơn tối thiểu. Kết luận chung. 7. Kết quả của đề tài - 8 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - Đã tìm hiểu được một số lý thuyết cơ bản về bôi trơn làm nguội trong cắt gọt, đặc biệt là bôi trơn tối thiểu trong quá trình tiện cứng. - Sử dụng thành công dầu thực vật sẵn có ở Việt Nam vào tiện cứng khi sử dụng phương pháp bôi trơn tối thiểu. - Kết quả nghiên cứu đã cho thấy hiệu quả kinh tế-kỹ thuật của phương pháp tiện tinh cứng sử dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu so với tiện khô. 8. Lời cảm ơn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới: - TS. Trần Minh Đức, thầy giáo đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành luận văn này. - Phòng Thí nghiệm Kỹ thuật cơ khí và Động lực - Trung tâm thí nghiệm - Trường ĐHKT Công nghiệp; Phòng Thí nghiệm Vật lý - Khoa Vật lý - Trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên và các bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ học viên hoàn thành luận văn này. Thái Nguyên, ngày 28 tháng 04 năm 2009 Học viên Hoàng Xuân Tứ - 9 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Chương 1: TỔNG QUAN 1.1. QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHOI 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 người sử dụng dụng cụ cắt để hớt bỏ lớp kim loại thừa khỏi chi tiết, nhằm đạt được những yêu cầu cho trước về hình dáng, kích thước, vị trí tương quan giữa các bề mặt và chất lượng bề mặt của chi tiết gia công. Lớp kim loại thừa trên chi tiết cần hớt bỏ đi gọi là lượng dư gia công cơ. Lớp kim loại đã bị cắt bỏ khỏi chi tiết gọi là phoi cắt. * Phân loại phoi. - Phoi dây (hình 1.2a) được hình thành khi gia công vật liệu dẻo với chiều sâu cắt nhỏ, tốc độ cắt và góc trước lớn. - Phoi xếp lớp (hình 1.2b) được hình thành khi gia công thép và các vật liệu dẻo khác với chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trước nhỏ. - Phoi vụn (hình 1.2c) được hình thành khi gia công các vật liệu dẻo với chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trước nhỏ. Khi gia công các vật liệu giòn (gang) với chiều sâu cắt và góc trước lớn thì phoi vụn (hình 1.2d) có hình dạng không giống nhau được hình thành. - 10 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 1.1. Các loại phoi 1.1.2. Quá trình hình thành phoi khi tiện thƣờng. Qua nghiên cứu quá trình tiện nói chung thì thực tế phoi được phoi được tánh ra khỏi chi tiết khi cắt không theo phương của vận tốc cắt v (tức là phương lực tác dụng). Phoi khi cắt ra bị uốn cong về phía mặt tự do; kích thước của phoi bị thay đổi so với lớp cắt khi còn trên chi tiết (hình 3.1). Khi dao dịch chuyển các phân tử kim loại lúc đầu bị nén đàn hồi (hình 1.1a), 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 trượt của chúng trên mặt phẳng BC (hình 1.1b). Hiện tượng tương tự cũng xảy ra đối với các phần tử tiếp theo từ 1 5 (hình 1.1c). a P a) a P C B a P C B a P C B c) b) d) a b bF aF V LF L Hình 1.2: Quá trình hình thành phoi khi tiện thường - 11 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên a P a) a b) P 2 1 C B a c) P 2 1 C B 3 4 5 Hình 1.3. Sơ đồ quá trình hình thành phoi thép Biến dạng dẻo xảy ra trong vùng được giới hạn bằng góc , góc này được gọi là góc tác động. Góc 1 gọi là góc trượt, còn mặt phẳng BC gọi là mặt phẳng trượt. 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. 1.1.3. Quá trình hình thành phoi khi tiện cứng Đối với quá trình hình thành phoi khi tiện cứng xảy ra cũng giống khi tiện thường, tuy nhiên đối với tiện cứng do chiều sâu cắt nhỏ, tốc độ cắt lớn nên phoi hình thành trong quá trình tiện cứng là phoi dây. Biến dạng cắt khi tạo phoi dây là bé nhất. Vì vậy trong những trường hợp gia công tinh ta cần cố gắng tạo phoi dây bằng cách nâng cao tốc độ cắt. Khi tạo phoi dây, do phoi được hình thành một cách liên tục, do đó lực cắt khá ổn định, ít rung động. Nhờ vậy dễ đạt độ bóng bề mặt cao. v 1 c Hình 1.4. Quá trình hình thành phoi khi tiện cứng - 12 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1.2. LỰC CẮT KHI TIỆN Trong quá trình cắt kim loại, để tách được phoi và thắng được 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,... Dưới tác dụng của lực và nhiệt, dụng cụ sẽ bị mòn, bị phá huỷ. Muồn hiểu được quy luật mài mòn và phá huỷ dao thì phải hiểu được 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 lượng của quá trình cắt thì các mối quan hệ lực cắt cũng cân bằng. Lực cắt sinh ra khi cắt là một hiện tượng 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 đường của dụng cụ. Theo cơ học, nghiên cứu về lực nói chung là xác định 3 yếu tố: Điểm đặt của lực. Hướng (phương và chiều) tác dụng của lực. Giá trị (độ lớn) của lực. Trong cắt gọt kim loại, người 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 phương nhưng ngược chiều với lực cắt gọi là phản lực cắt, ký hiệu là 'P . Quá trình cắt thực hiện được 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 và biến dạng dẻo. Do vậy lực sinh ra do biến dạng cũng có lực biến dạng đàn hồi dhP và lực biến dạng dẻo dP  . Những lực này cùng với lực ma sát tác dụng lên dao, cụ thể trên mặt trước và mặt sau dao. - 13 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Trên đây hệ lực được xét là hệ lực phẳng, nhưng 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. 1.2.1. Các yếu tố ảnh hƣớng đến lực cắt khi tiện. * Ảnh hưởng 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 hưởng lớn đến quá trính cắt, đặc biệt đến lực cắt. Thực nghiệm ghi nhận chi tiết gia công ảnh hưởng đến lực cắt bởi các yếu tố sau: * Độ bền, độ cứng của vật liệu, * Thành phần hoá học, * Cấu trúc kim loại của vật liệu, * Phương pháp chế tạo phôi… Thực tế nếu tiến hành khảo sát ảnh hưởng 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 người ta biểu thị mức độ ảnh hưởng 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 Pdh1 Pdh 2 Pd1 Pd2 Pbd Fms1 Fms2 Fms Pbd P Dao Phoi Chi tiết Trên hình 1.5. trong trường hợp cắt tự do, ta có: bd1 dh1 d1 bd2 dh2 d2 bd bd1 bd2 ms ms1 ms2 P = P + P P = P + P P = P + P F = F + F (4.1)bd msP = P + F Hình 1.5- Sơ đồ nguồn gốc của lực cắt - 14 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên vậy để phân biệt trong khảo sát trong công thức kinh nghiệm: Lực cắt đơn vị p được 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. Như vậy lực cắt đơn vị đặc trưng cho một loại vật liệu xác định được gọi là hằng số lực cắt, thường 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 được xác định bằng thực nghiệm và cho theo bảng trong các sổ tay cắt gọt. Bảng 1.1- Hằng số lực cắt Cp khi cắt vật liệu dẻo b (N/mm2) 300-400 400-500 500-600 600-700 700-800 Cpv (N) 1270 1390 1490 1630 1840 Bảng 1.2- Hằng số lực cắt Cp khi cắt vật liệu dòn HB (N/mm2) 1400-1600 1600-1800 1800-2000 Cpv (N) 920 990 1050 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 như thắng ma sát càng phải lớn. + 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. * Ảnh hưởng của điều kiện cắt đến lực cắt. Điều kiện cắt gọt bao gồm nhiều yếu tố như chế độ cắt v, s, t; độ cứng vững của hệ thống công nghệ; có hay không tưới dung dịch trơn nguội vào vùng cắt…Ở đây ta chỉ khảo sát ảnh hưởng của chế độ cắt đến lực cắt. Khảo sát ảnh hưởng 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 hưởng của một thông số nào đó, trong thí nghiệm ta cho tất cả các yếu tố khác không thay đổi và chỉ cho - 15 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên yếu tố đang xét thay đổi, sau đó tổng hợp lại ta nhận được ảnh hưởng 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 hưởng 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 được các giá trị lực cắt Pv tương ứng như trên đồ thị. Từ đồ thị ta nhận thấy rằng khi tăng b thì lực cắt cũng tăng. Nếu như cắt với chiều dày cắt atb = 1mm thì lực cắt chính Pv được tính bằng: + 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 hưởng 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 được các giá trị lực cắt Pv tương ứng. Bằng cách xử lý các số liệu đo ta có thể biểu diễn mối quan hệ giữa lự cắt và a như sau: . pv v y v pP C a Từ đồ thị ta nhận t
Tài liệu liên quan