BÀI GIẢNG
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Viện Cơ Khí
Bộ môn: Gia Công Vật Liệu & Dụng Cụ Công Nghiệp
NGUYÊN LÝ GIA CÔNG VẬT LIỆU
(ME4212)
1
CHƯƠNG 4
CƠ SỞ VẬT LÝ QUÁ TRÌNH CẮT
(Phiên bản 04, 10/2015)
Chương 4: Cơ sở vật lý quá trình cắt
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
NỘI DUNG CHƯƠNG 4
4.1 Cấu tạo tinh thể kim loại
4.2 Sự biến dạng của tinh thể kim loại
4.3 Quá trình cắt và tạo phoi
4.4 Các dạng phoi
4.5 Hiện tượng lẹo dao
4.6 Sự co rút phoi và các nhân tố ảnh hưởng
4.7 Độ bóng bề mặt và hiện tượng cứng nguội
4.8 Dung dịch trơn nguội
2
Chương 4: Cơ sở vật lý quá trình cắt
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Những hiện tượng khi cắt
3
Mô phỏng quá trình cắt (tự do) kim loại!
Những hiện tượng vật lý gì đang diễn ra trong quá trình cắt?
Mô phỏng quá trình cắt (bào) kim loại!
Chương 4: Cơ sở vật lý quá trình cắt
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
4.1 Cấu tạo tinh thể kim loại
Mạng tinh thể của các kim loại thông thường
4
Lập phương thể tâm Lập phương diện tâm Lục giác xếp chặt
Chương 4: Cơ sở vật lý quá trình cắt
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
4.1 Cấu tạo tinh thể kim loại (tiếp)
Cấu tạo tinh thể của các kim loại
5
Cấu tạo tinh thể của Fe, Cu, Cr là gì?
Chương 4: Cơ sở vật lý quá trình cắt
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
4.1 Cấu tạo tinh thể kim loại (tiếp)
Sai lệch mạng tinh thể
6
Trong thực tế tại mọi vị trí trong kim loại, mạng tinh thể có theo trật tự
như trên không?
=> Trong thực tế không có kim loại nguyên chất 100% mà có các tạp chất
hoặc kim loại khác (hợp kim) gây sai lệch mạng tinh thể (12%), ảnh hưởng
rất lớn đến cơ tính kim loại.
Sự xen kẽ của các thành phần tạp chất
Chương 4: Cơ sở vật lý quá trình cắt
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
4.1 Cấu tạo tinh thể kim loại (tiếp)
7
Bạn có biết ví dụ nào trong thực tế cơ tính kim loại bị thay đổi khi thêm
các thành phần tạp chất/hợp kim?
Thép (sắt +cacbon +đồng +mangan +niken + ...) với tổng lượng nguyên tố
thêm vào nằm khoảng từ 1,0% đến 50% tổng khối lượng hỗn hợp để cải thiện
chất lượng thép thành phẩm. Tuỳ theo số lượng khác nhau của các nguyên tố
và tỷ lệ của chúng trong thép mà thay đổi độ cứng, độ đàn hồi, tính dễ uốn, sức
bền và khả năng chống oxy hoá của thép thành phẩm.
Sắt (tinh khiết) – độ cứng thấp, độ bền thấp
Gang (pha trộn với cacbon cao hơn 2,06%) – cứng, giòn
Ngoài ra sự sai lệch mạng tinh thể còn do biến dạng kim loại gây ra.
Bạn có biết ví dụ nào trong thực tế cơ tính kim loại bị thay đổi do biến
dạng?
Chương 4: Cơ sở vật lý quá trình cắt
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
4.2 Sự biến dạng của tinh thể
Mối liên hệ tải trọng biến dạng
8
Chương 4: Cơ sở vật lý quá trình cắt
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
4.2 Sự biến dạng của tinh thể (tiếp)
Biến dạng đàn hồi
Mạng tinh thể bị kéo dài ra
hoặc xô đi
Biến dạng dẻo + đàn hồi
Mạng tinh thể bị xô lệch tại
mộtsốvịtrí+bịkéodàihoặc
xô đi ở những vị trí khác
Biến dạng dẻo
Mạng tinh thể bị xô lệch
Biến dạng phá hủy
Phá vỡ liên kết kim loại
9
Chương 4: Cơ sở vật lý quá trình cắt
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
4.2 Sự biến dạng của tinh thể (tiếp)
10
Biến dạng vật liệu trong quá trình tạo phoi
dao
phoi
Chiều sâu cắt
Trong quá trình gia công vật liệu, vật liệu chi tiết và phoi sẽ bị biến dạng đàn
hồi, biến dạng dẻo, và biến dạng phá hủy.
Chương 4: Cơ sở vật lý quá trình cắt
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Cơ tính kim loại
Độ bền (tĩnh) (strength)
Trong thực tế những kim loại nào có độ bền cao?
Nếu dùng cảm tính để đánh giá độ bền thì như thế nào?
Thông số kỹ thuật gì được dùng để đánh giá độ bền?
Độ dẻo (ductile)
Kim loại như thế nào thì được gọi là dẻo?
Độ cứng (hardness)
Kim loại như thế nào thì được gọi là cứng?
Thông số kỹ thuật nào được dùng để đánh giá độ cứng?
Độ dai va đập (toughness)
Độ dai va đập là gì?
Thế nào là có độ dai va đập cao?
11
Chương 4: Cơ sở vật lý quá trình cắt
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
4.3 Quá trình cắt và tạo phoi
12
Điều kiện cắt: σ>[σ
b]
Qúa trình cắt
Dao bắt đầu nén vật liệu gia công theo mặt trước. Khi lực cắt (P) tăng xuất
hiện biến dạng đàn hồi →chuyển nhanh sang biến dạng dẻo.lớp phoi có
chiều dày tcđược hình thành từ lớp kim loại bị cắt có chiều dày todịch chuyển
dọc theo mặt trước của dao.
tc
toTiến dao
Phoi trượt trên mặt trước
Chương 4: Cơ sở vật lý quá trình cắt
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
GIỚI THIỆU MỘT SỐ NGUYÊN CÔNG CẮT GỌT KIM LOẠI
Một số nguyên công cắt gọt kim loại
dao
Phôi
Tiện trụ trơn
dao
Phôi
dao
Phay bằng dao phay trụ răng xoắn 13
Dao phay ngón
Phay bằng dao phay ngón
Tiện cắt đứt
Chương 4: Cơ sở vật lý quá trình cắt
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
GIỚI THIỆU MỘT SỐ NGUYÊN CÔNG CẮT GỌT KIM LOẠI
Các thông số khi cắt (chế độ cắt)
14
dao
Ụ gá dao
phôi
phoi
Chiều sâu cắt (mm)
Lượng ăn dao (mm/vòng)
Đối tượng bị cắt Phôi (workpiece)
Vật liệu bị bóc tách Phoi (chip)
Chương 4: Cơ sở vật lý quá trình cắt
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
GIỚI THIỆU MỘT SỐ NGUYÊN CÔNG CẮT GỌT KIM LOẠI
Các thông số khi cắt (chế độ cắt)
15
1. Tốc độ cắt
2. Chiều sâu cắt
3. Tốc độ ăn dao
dao
phoi
Chiều sâu cắt
Tốc độ cắt
Tốc độ ăn dao
Vết cắt
Lớp kim loại
đang bị cắt
Ví dụ bề mặt gia công*
Chương 4: Cơ sở vật lý quá trình cắt
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
4.3 Quá trình cắt và tạo phoi (tiếp)
Các vùng biến dạng
16
to
tc
P
Vùng biến dạng 1
Vùng biến dạng 2
Chương 4: Cơ sở vật lý quá trình cắt
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
4.3 Quá trình cắt và tạo phoi (tiếp)
Miền tạo phoi AOE: OA là đường phát sinh những biến dạng dẻo đầu tiên,
OE là đường kết thúc biến dạng dẻo.
OA, OB, OC, OD, OE là các mặt trượt.
Lớp kim loại bị cắt sau khi biến dạng trong miền tạo phoi, còn chịu thêm
biến dạng do ma sát mặt trước dao và phoi.
17
Chương 4: Cơ sở vật lý quá trình cắt
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
4.3 Quá trình cắt và tạo phoi (tiếp)
Chiều rộng miền tạo phoi
18
Chiều rộng miền tạo phoi phụ thuộc vào:
Tính chất vật liệu gia công (dẻo, giòn, …)
Thông số hình học dao (góc trước, góc nghiêng chính, …)
Chế độ cắt (tốc độ cắt, chiều sâu cắt, …)
Sử dụng kinh nghiệm thực tế, theo bạn tốc độ cắt ảnh hưởng thế nào
đến chiều rộng miền tạo phoi?
Chương 4: Cơ sở vật lý quá trình cắt
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
4.3 Quá trình cắt và tạo phoi (tiếp)
Miền tạo phoi ứng với các tốc độ cắt khác nhau
19
Tốc độ cắt V1: miền tạo phoi AOE
Tốc độ cắt V2> V1: miền tạo phoi A’O’E’
Chiều dày phoi tc’ < tc
: góc trượt
Chương 4: Cơ sở vật lý quá trình cắt
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
TS. Nguyễn Trọng Hải – Đại Học Bách Khoa Hà Nội
4.3 Quá trình cắt và tạo phoi (tiếp)
20
góc trước
góc trượt
chiều dày phoi
dụng cụ
phoi
phoi
phôi
Vùng biến dạng