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

Chia sẻ: Orchid_1 Orchid_1 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:84

Thêm vào BST

Báo xấu

171
lượt xem 51
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: 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

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 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Nội dung TT Tên hình Các loại phoi 1 Hình 1.1 Quá trình hình thành phoi khi tiện thường 2 Hình 1.2 Sơ đồ quá trình hình thành phoi thép 3 Hình 1.3 Quá trình hình thành phoi khi tiện cứng 4 Hình 1.4 Sơ đồ nguồn gốc lực cắt 5 Hình 1.5 Nguồn gốc và sự phân bố nhiệt 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 dụng cụ cắt 10 Hình 1.10 Mài mòn mặt sau 11 Hình 1.11 12 Hình 1.12 Mài mòn Crater Các dạng mài mòn chính khi tiện 13 Hình 1.13 Dẫn dung dịch lên chi tiết gia công 14 Hình 1.14 Dẫn dung dịch lên mặt trước dao 15 Hình 1.15 Dẫn dung dịch vào mặt sau của dao 16 Hình 1.16 Dẫn dung dịch kết hợp mặt trước và mặt sau của dao 17 Hình 1.17 Phun theo phương tiếp tuyến với mặt trước của dao 18 Hình 2.1 Phun theo phương tiếp tuyến với mặt sau của dao 19 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý đầu phun 20 Hình 3.1 Đầu phun 21 Hình 3.2 22 Hình 3.3 Máy nén khí Máy đo nhám cầm tay Mitutoyo SJ-201 23 Hình 3.4 Kính hiển vi điện tử, TM-1000 Hitachi, Nhật Bản 24 Hình 3.5 25 Hình 3.6 Thân dao MTENN 2020 K16-N (hãng KANELA) Mảnh dao CBN: TPGN 160308 26 Hình 3.7 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
-4- Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Hình ảnh mặt trước dao PCBN sau khi tiện 16,25 phút 27 Hình 3.8 Hình ảnh mặt trước dao PCBN sau khi tiện 32,5 phút. 28 Hình 3.9 Hình ảnh mặt trước dao PCBN sau khi tiện 48,75 phút. 29 Hình 3.10 Hình ảnh mặt trước dao PCBN sau khi tiện 32,5 phút. 30 Hình 3.11 Hình ảnh mặt sau dao PCBN sau khi tiện 16,25 phút 31 Hình 3.12 Hình ảnh mặt sau dao PCBN sau khi tiện 32,5 phút. 32 Hình 3.13 Hình ảnh mặt sau dao PCBN sau khi tiện 48,75 phút. 33 Hình 3.14 Quan hệ giữa lượng mòn mặt sau u và thời gian cắt khi gia 34 Hình 3.15 công khô và gia công có sử dụng bôi trơn tối thiểu Biểu dồ so sánh tuổi bền của dao theo lượng mòn cho phép 35 Hình 3.16 Quan hệ giữa nhám bề mặt Ra và thời gian cắt khi gia công 36 Hình 3.17 khô và gia công có sử dụng bôi trơn tối thiểu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
-5- Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy 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 kh ỏi 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
-6- Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy 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. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
-7- Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
-8- Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy - 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
-9- Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy 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 hìn h 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. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 10 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy a) b) C a P P a B c) d) C C a a P P B B 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). bF LF aF V V b a L Hình 1.2: Quá trình hình thành phoi khi tiện thường 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). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 11 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy a) b) C P P 1 2 a a B c) 1 2 C 3 P 4 5 a B 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 gọi là góc trượt, còn mặt phẳng BC gọi là mặt phẳng 1 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 12 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy 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  Pdh lực sinh ra do biến dạng cũng có lực biến dạng đàn hồi và lực biến dạng dẻo  Pd . Những lực này cùng với lực ma sát tác dụng lên dao, cụ thể trên mặt trước và mặt sau dao. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 13 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Trên hình 1.5. trong trường hợp cắt tự do, ta có: Pbd1 = Pdh1 + Pd1 Chi Pd1 tiết Phoi Pbd2 = Pdh2 + Pd2 Pbd Pdh1 Pbd = Pbd1 + Pbd2 Fms1 Pdh Fms = Fms1 + Fms2 Fms Dao Pd22 Fms2 P = Pbd + Fms (4.1) Pbd P Hình 1.5- Sơ đồ nguồn gốc của lực cắt 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 14 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy 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 300-400 400-500 500-600 600-700 700-800 b (N/mm2) 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 và o 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 15 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy 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: x pv P C pv .b lực cắt Pv (N) v Kết quả xử lý số liệu đo được như đồ thị ta nận được: 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 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: y pv P C pv .a v Từ đồ thị ta nhận thấy rằng khi tăng chiều dày cắt a thì lực cắt cũng tăng, nhưng không tăng nhiều như 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 16 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy tăng chiều dài làm việc thực tế của lưỡi cắt một cách tuyến tính như khi tăng chiều rộng cắt b. Từ đồ thị (logPv-loga) có dạng tuyến tính, ta logPv có thể xác định được số mũ: y pv tg Theo thực tế: y pv 1 Khi cắt thép thì y pv 0,75 loga 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 được viết như sau: x pv y pv P C pv .b .a v Hoặc có thể viết theo s, t: x pv y pv ' P C pv .t .s v x pv y pv Trong đó ta nhận thấy: + 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 như ngày nay đang sử dụng thì nhận thấy rằng khi tăng tốc độ cắt v , lực cắt hầu như không thay đổi hoặc thay đổi không đáng kể. Do vậy để đơn gian trong công thức tính lực cắt ta thường bỏ qua yếu tố v. + Ảnh hưởng 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 hưởng trực tiếp đến lực cắt. Qua khảo sát bằng thực nghiệm ảnh hưởng của các yếu liên quan của dụng cắt đến lực cắt được biểu thị qua các hệ số điều chỉnh trong công thức kinh nghiệm tính lực cắt. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 17 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy KPv= Kγ.K .KR.KΔ.Kl với Kγ, K , KR, KΔ, Kl là các hệ số điều chỉnh liên quan đến góc trước, góc nghiêng chính lưỡi cắt, bán kính mũi dao, độ lớn mài mòn mặt sau dao và việc tưới dung dịch trơn nguội vào khu vực cắt. Tổng hợp ta có thể lập được phương trình kinh nghiệm tính lực cắt như sau: x pv y pv ' P C pv .t .s .K pv v Tương tự ta cũng nhận được phương trình tính các thành phần lực Ps và Pt có dạng như trên. Các giá trị hằng số lực cắt Cp, các số mũ xp, yp và các hệ số điều chỉnh K được cho trong các sổ tay tra cứu về cắt gọt. 1.2.2. 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. Khi 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 được giải thích như sau: trong trường 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. Tuy nhiên, một số nhà nghiên cứu lại khuyên không nên sử dụng dung dịch trơn nguội khi gia công với tốc độ cắt lớn. Ví dụ khi gia công thép 10 với tốc độ cắt cao và dùng dung dịch trơn nguội êmuxi, lực cắt Pz lớn hơn chút ít so với trường hợp gia công không có dung dịch trơn nguội. Mặc dù có lời khuyên trên, nhưng trong thực tế sử dụng dung dịch trơn nguội trong mọi trường hợp (kể cả gia công tốc độ cao) vẫn có ưu 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 được cải thiện đáng kể 1.3. NHIỆT CẮT KHI TIỆN. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 18 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Quá trình tạo phoi và thoát phoi khỏi vùng cắt trong quá trình cắt làm xuất hiện một lượng nhiệt nhất định. Lương nhiệt này sinh ra do sự chuyển đổi từ công cắt gọt. Thực nghiệm chứng tỏ rằng gần như tất cả công cần thiết trong quá trình cắt đều chuyển biến thành nhiệt trừ công biến dạng đàn hồi và công kín (công để biến dạng mạng tinh thể và các bề mặt lớn). Khoảng gần 98% công này chuyển hoá thành nhiệt tổng cọng phát sinh sau một phút gia công và có thể tính theo công thức sau: Pz .v [Kcal/ph] (1.1) Qcg 427 Trong đó: Pz - thành phần lực cắt tiếp tuyến. v - tốc độ cắt. Nhiệt lượng cắt được định nghĩa như là lượng nhiệt được sinh ra trong quá trình cắt sau một phút. Đó chính là công suất nhiệt khi cắt. Còn lượng nhiệt có trên một đơn vị thể tích hay khối lượng của vật thể được cắt gọi là nhiệt lượng đơn vị (Cal/cm3; Cal/g). Nhiệt lượng sinh ra khi cắt làm nóng chi tiết gia công, phoi và dụng cụ cắt. Nhiệt độ tại các điểm khác nhau có sự tác động của lượng nhiệt khác nhau và gọi là nhiệt độ cắt tức thời của các điểm khối lượng khảo sát trong vùng cắt. Trung bình cọng đại số của nhiệt độ các điểm khối lượng của phoi gọi là nhiệt độ trung bình của phoi. Tương tự ta có nhiệt độ trung bình của dụng cụ và chi tiết gia công. Nhiệt độ trung bình trên các bề mặt tiếp xúc của vật liệu gia côngvà vật liệu cắt gọi là nhiệt độ cắt, qui ước gọi tắt là nhiệt cắt. * Nguồn gốc của nhiệt cắt. Như trên đã phân tích rõ ràng để tách được phoi và thắng được ma sát khi cắt ta cần có lực cần thiết tác động vào chi tiết gia công tạo ra công cắt gọt và gần như hầu hết công này chuyển biến thành nhiệt. Công này chính là để thực hiện quá trình biến dạng và thắng ma sát khi cắt. Do vậy ta có thể nói rằng; nguồn gốc của nhiệt cắt là biến dạng và ma sát khia cắt. Qcg = Qbd + Qms (1.2) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 19 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Khi gia công cắt gọt ta có thể phân định vùng cắt thành các vùng biến dạng và ma sát. Do vậy nhiệt sinh ra từ 4 nguồn: + Vùng tạo phoi. Nhiệt sinh ra do công ma sát giữa các phần tử của vật liệu gia công trong quá trình biến dạng: Qdh Nếu xem vùng tạo phoi như là một mặt trượt duy nhất thì qua nghiên cứu lượng nhiệt này có thể xác định qua biểu thức sau: Pc .vc1 (1.3) Qdh 427 Trong đó: Pc - lực theo phương trượt vc1 - vận tốc trượt. phoi v dao chi tiết Hình 1.6- Nguồn gốc và sự phân bố nhiệt cắt + Vùng tiếp xúc của phoi và mặt trước dao. Nhiệt sinh ra do công biến dạng đàn hồi và ma sát ngoài: Qdm Lượng nhiệt xuất hiện trên mặt trước dao là do 2 nguồn: do tác dụng của lực ma sát trong ở lớp vật liệu phoi gần sát mặt trước kháng lại biến dạng đàn hồi và lực ma sát ngoài trên mặt tiếp xúc. + Vùng tiếp xúc của mặt sau dao và mặt cắt của chi tiết gia công. Nhiệt sinh ra do sự chuyển đổi công ma sát: Qms Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 20 - Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy + Nhiệt sinh ra do công đứt phoi: Qdp 1.3.1. Ảnh hƣởng của nhiệt cắt đến quá trình cắt khi tiện. Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến quá trình cắt thường được nghiên cứu theo 3 quan điểm: Theo độ chính xác gia công. Theo chất lượng bề mặt đã gia công. Theo khả năng cắt của dao. * Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến độ chính xác gia công. Độ chính xác gia công khi cắt gọt được quyết định bởi vị trí tương quan giữa dao và chi tiết gia công trong quá trình cắt. Do vậy sự biến dạng về nhiệt của dao và chi tiết gia công do ảnh hưởng của nhiệt khi cắt được quan tâm khảo sát. Về quá trình trao đổi nhiệt, ta biết rằng nếu cung cấp một lượng nhiệt Q cho một vật có thể tích V (cm3), tỷ nhiệt c (J/kg.0K), khối lượng riêng (kg/cm3), thì độ tăng của nhiệt độ của vật thể được xác định: Q θ= ( 0K ) (1.4) c.γ.V Độ thay đổi chiều dài L theo phương nào đó của vật thể là: ΔL = α.Δθ.L (mm) (1.5) Như vậy nếu ta xét trường hợp khi tiện một chi tiết có được đường kính là D theo thiết kế trên bản vẽ , nếu nhiệt lượng truyền vào cho chi tiết là Q ct thì nhiệt độ trên chi tiết sẽ tăng lên một lượng xác định và đường kính của chi tiết sẽ thay đổi một lượng là D: ΔD = α.Δθ.D (mm) (1.6) Mặt khác, nhiệt lượng Qd truyền vào dụng cụ cũng sẽ làm cho dụng cụ tăng chiều dài về phía tâm chi tiết. Khác với chi tiết, vật liệu trên dao là không đồng nhất giữa phần cắt và phần cán dao, do vậy sự biến dạng của dao theo chiều dài dưới tác dụng của nhiệt cắt phức tạp hơn rất nhiều. Ỏ đây ta phải khảo sát biến dạng dài của dao trong mối quan hệ phức hợp: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn