Bôi trơn làm nguội kiểu tưới tràn đã được nghiên cứu và ứng dụng rộngrãi trong gia công cắt gọt do dung dịch trơn nguội nâng cao được hiệu quả của của quá trình gia công bởi chức năng bôi trơn, làm mát và làm đẩy phoi ra khỏivùng gia công của nó. Phương pháp này vẫn đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu với các hướng chủ yếu: nâng cao hiệu quả của bôi trơn làm nguội, tiết kiệm dung dịch trơn nguội. Tìm các chất phụ gia nhằm nâng cao hoạt tính của dung dịch trơn nguội. Nghiên cứu các loại dung dịch trơn nguội mới ít độc hại, thân thiện với môi trường.
78 trang |
Chia sẻ: vietpd | Lượt xem: 1591 | Lượt tải: 4
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Ảnh hưởng của bôi trơn làm nguội tối thiểu tới mòn dao và độ nhám bề mặt chi tiết khi phay phẳng thép 65γ đã tôi bằng dao phay mặt đầu cácbít, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Luận văn thạc sĩ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
1
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
ĐỖ NHƯ HOÀNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI
THIỂU TỚI MÒN DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI
TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP 65Γ ĐÃ TÔI BẰNG
DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT
THÁI NGUYÊN - 2009
Luận văn thạc sĩ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
2
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI
THIỂU TỚI MÒN DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI
TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP 65Γ ĐÃ TÔI BẰNG
DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT
Học viên : Đỗ Như Hoàng
Người hướng dẫn khoa học : TS. Trần Minh Đức
THÁI NGUYÊN - 2009
Luận văn thạc sĩ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
3
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
TRƯỜNG ĐHKT CÔNG
NGHIỆP
***
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
--------------o0o--------------
THUYẾT MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
ĐỀ TÀI:
ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI
THIỂU TỚI MÒN DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI
TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP 65Γ ĐÃ TÔI BẰNG
DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT
Học viên: Đỗ Như Hoàng
Lớp: CHK9
Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy
Người HD khoa học: TS. Trần Minh Đức
KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN HỌC VIÊN
TS. Nguyễn Văn Hùng
TS. Trần Minh Đức
Đỗ Như Hoàng
Luận văn thạc sĩ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
4
MỤC LỤC
Trang
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 4
DANH MỤC CÁC BẢNG 5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 6
LỜI NÓI ĐẦU 8
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CẮT GỌT VÀ BÔI TRƠN
LÀM NGUỘI KHI PHAY
12
1.1 QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHOI 12
1.1.1 Khái niệm và phân loại phoi 12
1.1.2 Sự co rút phoi 13
1.2 LỰC CẮT GỌT 14
1.2.1 Cơ sở lý thuyết của lực cắt gọt 14
1.2.2 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến lực cắt 16
1.3 HIỆN TƯỢNG NHIỆT TRONG QUÁ TRÌNH CẮT 17
1.3.1 Nhiệt cắt 17
1.3.2 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến nhiệt cắt 19
1.4 SỰ MÀI MÒN DAO 19
1.4.1 Biểu hiện ngoài của sự mài mòn dao 19
1.4.2 Bản chất vật lý của sự mài mòn dao 21
1.4.3 Quy luật mòn của dụng cụ cắt 23
1.5 GIA CÔNG CẮT GỌT KHI PHAY 24
1.5.1 Khái niệm chung 24
1.5.2 Phân loại dao phay 25
Luận văn thạc sĩ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
5
1.5.3 Vật liệu chế tạo dao phay 26
1.5.4 Các thông số hình học của dao phay 27
1.5.5 Các yếu tố của lớp cắt 28
1.5.6 Lực cắt khi phay 30
1.5.7 Độ mòn và tuổi bền của dao phay 31
1.6 BÔI TRƠN LÀM NGUỘI KHI PHAY MẶT PHẲNG 32
1.6.1 Các phương pháp bôi trơn làm nguội trong gia công cắt gọt 32
1.6.2 Bôi trơn làm nguội khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu 33
1.7 KHÁI QUÁT TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ MQL TRONG GIA
CÔNG CẮT GỌT VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU
34
Chương 2. ẢNH HƯỞNG CỦA MQL ĐẾN MÒN DAO VÀ ĐỘ
NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY THÉP ĐÃ TÔI BẰNG DAO
PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT
37
2.1 BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU (MQL) 37
2.1.1 Khái niệm về MQL 37
2.1.2 Các loại dung dịch bôi trơn làm nguội trong gia công cắt gọt 37
2.1.3 Cách dẫn dung dịch vào vùng cắt trong MQL 42
2.1.4 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ MQL đến quá trình gia
công
44
2.2 PHAY CỨNG VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MQL
VÀO PHAY CỨNG
47
2.3 GIỚI HẠN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 49
Chương 3. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MQL ĐẾN MÒN
DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP
65Γ ĐÃ TÔI BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT
51
3.1 XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM 51
3.1.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống 51
Luận văn thạc sĩ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
6
3.1.2 Hệ thống thực nghiệm 52
3.1.3 Thiết bị thí nghiệm 53
3.2 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 53
3.2.1 Mòn và cơ chế mòn của dao 54
3.2.2 Độ nhám bề mặt chi tiết 59
3.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 60
Chương 4. PHẦN KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP
THEO
61
4.1 KẾT LUẬN CỦA LUẬN VĂN 61
4.2 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO 63
PHỤ LỤC 65
Phụ lục 1. CÁC ẢNH CHỤP MÒN DAO 65
Phụ lục 2. SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM 71
Luận văn thạc sĩ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
7
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ψ: góc tác động
β1: góc trượt
δ: góc cắt
γ: góc trước
K: hệ số co rút phoi
L: chiều dài phoi
L0: chiều dài cắt
a1: chiều dầy phoi thực tế
a: chiều dầy phoi lý thuyết
R: tổng hợp lực tác dụng lên dao
R0: lực tổng hợp pháp tuyến
R1: tổng hợp lực tác dụng lên mặt sau
N: lực pháp tuyến tác dụng lên mặt trước
F0: lực ma sát của phoi lên mặt trước
N’: lực pháp tuyến tác dụng lên mặt sau
F0: lực ma sát của phoi lên mặt sau
Px: thành phần lực cắt theo phương X
Py: thành phần lực cắt theo phương Y
Pz: thành phần lực cắt theo phương Z
t: chiều sâu cắt
S: lượng chạy dao
n: số vòng quay của trục chính
Luận văn thạc sĩ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
8
m: số mũ của K
A: công hớt phoi
A1: công sinh ra do biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo
A2: công sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt trước dao
A3: công sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt sau dao
V: vận tốc cắt
Ps: lực trong mặt phẳng trượt
Q: nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình cắt
δ0: độ mòn dao
τ: thời gian làm việc của dao
ϕ: góc nghiêng chính của dao
α: góc sau
δ: góc tiếp xúc
f: tiết diện ngang của lớp cắt
B: chiều rộng cắt
Sz: lượng tiến dao răng
a0: chiều dầy cắt trung bình
D: đường kính dao phay
P: lực vòng
[u]: lượng mòn mặt sau cho phép
Ra: độ nhấp nhô bề mặt trung bình
MQL (Minimum Quantity Lubrication): Bôi trơn tối thiểu
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Luận văn thạc sĩ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
9
Bảng 1: Số liệu độ nhám Ra, Rz 71
Bảng 2: Số liệu độ mòn mặt sau dao 72
Bảng 3: Tuổi thọ dao ứng với độ mòn mặt sau cho phép [u] = 0,52 72
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Trang
Hình 1.1: Sơ đồ quá trình hình thành phoi khi cắt vật liệu dẻo 12
Hình 1.2: Các loại phoi 13
Hình 1.3: Sơ đồ co rút phoi 14
Hình 1.4: Sơ đồ xác định hệ số co rút phoi 15
Hình 1.5: Sơ đồ tác dụng của lực khi cắt tự do 15
Hình 1.6: Sơ đồ hình thành và lan tỏa nhiệt 18
Hình 1.7: Các dạng mòn của dụng cụ cắt 20
Hình 1.8: Mòn của dụng cụ cắt dọc theo lưỡi cắt 20
Hình 1.9: Quy luật mòn của dụng cụ cắt 23
Hình 1.10: Các loại dao phay 25
Hình 1.11: Các thông số hình học phần cắt của dao phay mặt đầu 27
Hình 1.12: Sơ đồ cắt phoi của răng dao phay 28
Hình 1.13: Sơ đồ tính góc tiếp xúc 29
Hình 1.14: Sơ đồ xác định chiều dày cắt và diện tích lớp cắt của răng
dao phay khi chúng đồng thời tham gia vào quá trình cắt
30
Hình 1.15: Sơ đồ lực cắt tác dụng lên dao phay 30
Hình 1.16: Các dạng mài mòn của răng dao phay 31
Hình 2.1: Các phần tử hòa tan trong nước 40
Hình 2.2: Các phần tử tích tụ khối và các phần tử hòa tan trong nước 40
Hình 2.3: Các phần tử hòa tan dưới dạng thể sữa 41
Luận văn thạc sĩ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
10
Hình 2.4: Các phần tử hòa tan trong hợp chất hóa học 41
Hình 2.5: Các phần tử hòa tan trong hợp chất dầu 42
Hình 2.6: Dẫn dung dịch trực tiếp vào vùng cắt từ hai mặt bên của
dao
42
Hình 2.7: Dẫn dung dịch trực tiếp vào vùng cắt từ mặt trước và mặt
sau dao phay
43
Hình 2.8: Dẫn dung dịch vào tất cả các lưỡi cắt 43
Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý phun MQL dạng sương mù 51
Hình 3.2: Ảnh hệ thống thực nghiệm 52
Hình 3.3 Ảnh so sánh mòn mặt trước dao 55
Hình 3.4 Ảnh so sánh mòn mặt sau dao 57
Hình 3.5: Quan hệ giữa độ mòn mặt sau dao và thời gian cắt t 58
Hình 3.6: Biểu đồ so sánh tuổi bền của dao theo lượng mòn cho
phép
59
Hình 3.7: Quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết Ra và thời gian cắt t 59
Hình 1: Ảnh chụp TM-1000 mặt trước dao khi gia công khô 65
Hình 2: Ảnh chụp TM-1000 mặt trước dao khi gia công MQL-
emunxi
66
Hình 3: Ảnh chụp TM-1000 mặt trước dao khi gia công MQL-dầu
lạc
67
Hình 4: Ảnh chụp TM-1000 mặt sau dao khi gia công khô 68
Hình 5: Ảnh chụp TM-1000 mặt sau dao khi gia công MQL-
emunxi
69
Hình 6: Ảnh chụp TM-1000 mặt sau dao khi gia công MQL-dầu
lạc
70
Luận văn thạc sĩ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
11
LỜI NÓI ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Bôi trơn làm nguội kiểu tưới tràn đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng
rãi trong gia công cắt gọt do dung dịch trơn nguội nâng cao được hiệu quả của
của quá trình gia công bởi chức năng bôi trơn, làm mát và làm đẩy phoi ra khỏi
vùng gia công của nó. Phương pháp này vẫn đang được các nhà khoa học quan
tâm nghiên cứu với các hướng chủ yếu: nâng cao hiệu quả của bôi trơn làm
nguội, tiết kiệm dung dịch trơn nguội. Tìm các chất phụ gia nhằm nâng cao hoạt
tính của dung dịch trơn nguội. Nghiên cứu các loại dung dịch trơn nguội mới ít
độc hại, thân thiện với môi trường....
Bôi trơn làm nguội kiểu tưới tràn rất khó giải quyết được vấn đề về sức
khỏe người thợ và ô nhiễm môi trường. Hơn nữa, giá thành liên quan đến việc sử
dụng dung dịch trơn nguội ngày càng cao do luật môi trường ngày càng khắt khe
được áp dụng. Điều này đã đặt ra việc tìm tòi các giải pháp thay thế nhằm giảm
thiểu, thậm chí là tránh sử dụng dung dịch trơn nguội trong quá trình gia công.
Một trong những giải pháp thay thế là gia công khô và gia công với MQL.
Gia công khô là mối quan tâm lớn và trên thực tế một số nhà nghiên cứu
đã thành công trong lĩnh vực sản xuất thân thiện với môi trường. Tuy nhiên trong
thực tế, các nghiên cứu đó ít có tác dụng khi mà hiệu suất gia công cao hơn, chất
lượng bề mặt tinh tốt hơn, các điều kiện cắt khắt khe hơn đặt ra. Trong tình
huống đó, gia công với MQL sử dụng lượng rất nhỏ dung dịch trơn nguội được
Luận văn thạc sĩ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
12
mong đợi trở thành công cụ mạnh và trên thực tiễn chúng giữ vai trò quan trọng
trong nhiều ứng dụng.
Những năm 90 của thế kỷ XX, các nước công nghiệp phát triển CHLB
Đức, Thụy Điển... đã nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn làm nguội tối
thiểu (MQL). Hướng nghiên cứu về MQL tập trung vào: tìm ra các loại dung
dịch cắt gọt mới đáp ứng được yêu cầu của MQL hoặc tìm các chất phụ gia làm
tăng tính cắt của dung dịch cắt gọt. Nghiên cứu xác định áp suất và lưu lượng tối
ưu. Cải tiến kết cấu của dụng cụ để thích hợp với MQL. Cải tiến kết cấu đầu
phun và hệ thống bôi trơn. Nghiên cứu ứng dụng MQL trong gia công cứng và
gia công tốc độ cao....
Trên thế giới có một số tài liệu đã công bố nghiên cứu về MQL như: các
tác giả Nikhil Ranjan Dhar, Sumaiya Islam, Mohamad Kamruzzaman nghiên cứu
Ảnh hưởng của MQL đến mòn dao, độ nhám bề mặt và sai lệch kích thước khi
tiện AISI-4340 [14]. Tác giả Steven Y. Liang đã nghiên cứu MQL trong tiện cứng
[15]. Tổng công ty Master Chemical đã tổng kết các Ứng dụng của MQL trong
công nghệ kim loại [16]. Tác giả Jim Lorincz đã nêu Các giải pháp đúng đối với
chất làm nguội trong đó có nêu những thành công của MQL trong gia công cắt
gọt và ứng dụng MQL vào thiết kế máy công cụ [17].
Ở Việt Nam, công nghệ MQL mới chỉ mới tiếp cận vài năm gần đây. Hiện
đã có một số nghiên cứu áp dụng MQL trong gia công cắt gọt đã công bố như:
tác giả Trần Minh Đức đã Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bôi trơn làm nguội
tối thiểu trong gia công cắt gọt, tác giả đã xây dựng được hệ thống MQL đáp ứng
yêu cầu nghiên cứu và rất thuận lợi cho việc chuyển giao công nghệ MQL trong
tiện cắt đứt, phay rãnh bằng dao phay ngón, phay lăn răng, khoan [3]. Tác giả
Phạm Quang Đồng đã Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ bôi
trơn - làm nguội tối thiểu đến độ mòn dao và chất lượng bề mặt khi phay rãnh
bằng dao phay ngón [4]. Tác giả Nguyễn Đức Chính đã Nghiên cứu xác định áp
Luận văn thạc sĩ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
13
lực và lưu lượng hợp lý để thực hiện công nghệ bôi trơn làm nguội khi khoan [5].
Tác giả Lưu Trọng Đức đã Nghiên cứu so sánh các phương pháp tưới trong
công nghệ bôi trơn - Làm nguội tối thiểu khi phay rãnh [6].
Như vậy, theo các tài liệu đã công bố về MQL trong gia công cắt gọt thì
nghiên cứu ứng dụng MQL trong phay mặt phẳng thép đã tôi bằng dao phay mặt
đầu cácbít chưa được nghiên cứu. Trong khi đó nhu cầu phay thép đã tôi ngày
càng tăng để tránh hoặc giảm bớt được nguyên công mài. Chính vì vậy tác giả đã
chọn đề tài “ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU TỚI MÒN DAO
VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP 65Γ ĐÃ TÔI BẰNG DAO
PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT”.
2. MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI
Mục đích của đề tài là nghiên cứu và ứng dụng công nghệ MQL vào phay
cứng bằng dao phay mặt đầu trong điều kiện cụ thể của nước ta.
Đối tượng nghiên cứu là mòn và cơ chế mòn dao, độ nhám bề mặt chi tiết
khi phay mặt phẳng thép đã tôi bằng dao phay mặt đầu cácbít khi gia công khô và
gia công MQL từ đó so sánh được hiệu quả của phương pháp gia công MQL so
với gia công khô trong phay cứng.
Trong khuôn khổ của đề tài, tác giả tập trung nghiên cứu các vấn đề sau:
- Nghiên cứu mòn và cơ chế mòn dao khi phay phẳng thép đã tôi bằng dao
phay mặt đầu cácbít dưới các điều kiện cắt khô và MQL.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến mòn và độ
nhám bề mặt chi tiết khi phay phẳng thép đã tôi bằng dao phay mặt đầu sử dụng
công nghệ MQL.
- So sánh tuổi bền của dao khi phay phẳng thép đã tôi bằng dao phay mặt
đầu cácbít dưới các điều kiện cắt khô và MQL.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của MQL đến độ nhám bề mặt chi tiết khi phay
phẳng thép đã tôi bằng dao phay mặt đầu cácbít.
Luận văn thạc sĩ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
14
3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Ý nghĩa khoa học của đề tài
Kết quả của đề tài sẽ làm rõ ảnh hưởng của MQL trong phay cứng mặt
phẳng bằng dao phay mặt đầu so với gia công khô về độ nhám bề mặt chi tiết và
mòn dao. Từ đó làm giàu thêm kiến thức và kinh nghiệm về bôi trơn làm nguội
trong gia công cắt gọt.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Kết quả thực nghiệm của đề tài hoàn toàn có thể triển khai vào sản xuất
nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình gia công chế tạo chi tiết máy và sản xuất
thân thiện với môi trường.
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Với mục đích nghiên cứu ứng dụng công nghệ MQL vào phay cứng, tác
giả chọn phương pháp nghiên cứu là kết hợp nghiên cứu lý thuyết với nghiên cứu
thực nghiệm trong đó nghiên cứu thực nghiệm là cơ bản. Nghiên cứu lý thuyết
tổng quan các vấn đề liên quan đến gia công khô và gia công MQL trong phay
cứng từ đó định hướng cho nghiên cứu về mòn, cơ chế mòn dao và độ nhám bề
mặt chi tiết khi phay cứng. Nghiên cứu thực nghiệm để xác định được bản chất
mòn, cơ chế mòn và độ nhám bề mặt chi tiết từ đó so sánh được hiệu quả gia
công MQL so với gia công khô.
Thái nguyên, ngày tháng năm 2009
Người thực hiện
Đỗ Như Hoàng
Luận văn thạc sĩ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
15
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CẮT GỌT VÀ BÔI TRƠN LÀM NGUỘI
KHI PHAY
1.1 QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHOI
1.1.1 Khái niệm và phân loại phoi
Khi dao dịch chuyển các phân tử kim loại lúc đầu bị nén đàn hồi (hình
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).
Luận văn thạc sĩ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
16
a
P
a)
a
b)
P
2
1
C
δ
ψ
β
B
a
c)
P
2
1
C
δ
ψ
β1
B
3
4
5
Hình 1.1. Sơ đồ quá trình hình thành phoi khi cắt vật liệu dẻo
Biến dạng dẻo xảy ra trong vùng được giới hạn bằng góc Ψ, góc này được
gọi là góc tác động. Góc β1 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 δ nhỏ.
Hình 1.2 là các loại phoi được hình thành trong quá trình gia công các loại
vật liệu khác nhau.
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 γ lớn [7].
Phoi xếp lớp (hình 1.2b) được hình thành khi gia công các vật liệu dẻo với
chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trước γ nhỏ [7].
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 γ nhỏ [7].
Khi gia công các vật liệu giòn (gang) với chiều sâu cắt và góc trước γ lớn
thì phoi vụn (hình 1.2d) có hình dạng không giống nhau được hình thành.
Luận văn thạc sĩ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
17
a P
a)
a PC
B
a PC
B
a PC
B
c)
b)
d)
Hình 1.2. Các loại phoi
1.1.2 Sự co rút phoi
Biến dạng dẻo khi cắt kim loại được thể hiện ở chỗ chiều dày phoi a1 lớn
hơn chiều dày cắt a (hình 1.3). Nhưng trong trường hợp này có sự thay đổi về
hình dáng, còn thể tích vẫn được giữ nguyên, cho nên chiều dài phoi L sẽ ngắn
hơn quãng đường mà dao đi qua L0 (chiều dài cắt). Hiện tượng phoi bị ngắn lại
theo chiều dài và lớn lên theo bề dày được gọi là sự co rút phoi K:
110 >==
a
a
L
LK
Hệ số co rút phoi là chỉ tiêu gián tiếp đánh giá cường độ biến dạng dẻo khi
cắt kim loại
L
a
L
L
0
a1
Hình 1.3. Sơ đồ co rút phoi
Luận văn thạc sĩ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
18
β1
γ
l
l0
Hình 1.4. Sơ đồ xác định hệ số co rút phoi
Khi xét một phần tử phoi (hình 1.4), hệ số co rút phoi sẽ bằng:
1
1
1
1
0
0
sin
)cos(
sin
)90sin(
β
γβ
β
γβ −
=
+−
==
l
lK
Trong thực tế, K = 1,5 ÷ 4.
Sử dụng dung dịch trơn nguội cho phép giảm sự co rút của phoi [7].
1.2 LỰC CẮT GỌT
1.2.1. Cơ sở lý thuyết của lực cắt
Trong quá trình cắt, dụng cụ cắt chịu tác dụng của các lực. Các lực này tác
dụng lên phôi và lưỡi cắt. Hình 1.5a là sơ đồ lực tác động lên phôi khi cắt tự do.
L0
α
γ
N'
F'0
R1
F
R
N
0
0
v δa)
N'
F'0
Rb)
y
z
R
Pz
Py
1
R1
R0
Rc)
d)
Hình 1.5. Sơ đồ tác dụng của lực khi cắt tự do
Luận văn thạc sĩ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
19
Mặt trước 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 trước F0, có nghĩa là: 00 FNR += . Mặt
sau của dao (gần lưỡi cắt) chịu tác dụng của lực pháp tuyến N’ và lực ma sát lên
mặt sau của dao F0’. Tổng của 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 như trên hình 1.5b, có nghĩa là
phương của lực F0’ ngược với phương tốc độ cắt V. Để thực hiện được quá trình
cắt hoặc để giữ trạng thái cân bằng của dao thì từ ngoài phải có một lực tác dụng
lên dao 10 RRR += (hình 1.5c).
Phân tích lực R tác dụng lên dao ra hai thành phần:
- Thành phần lực Pz theo phương chuyển động chính hoặc theo phương
dịch chuyển của dao và ta gọi Pz là lực tiếp tuyến.
- Thành phần lực Py theo phương trùng với đường tâm dao và ta gọi Py là
lực hướng kính. Khi chiếu các lực lên phương của trục y và trục z ta được:
Pz = Ncosγ + F0sinγ + F0’
Py = -Nsinγ + F0cosγ+ N’
Lực pháp tuyến N có thể xác định theo công thức gần đúng sau đây:
mtSKN 0σ=
Ở đây:
σ0: giới hạn chảy của vật liệu gia công khi bị nén (kG/mm2);
t: chiều sâu cắt (mm);
S: lượng 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 phương trục chi tiết).
Luận văn thạc sĩ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
20
Tương quan của các thành phần lực này trong điều kiện gia công bình
thường có thể được tính như sau [7]:
Px = (0,2 ÷ 0,3)Pz
Py = (0,3 ÷ 0,4)Pz
1.2.2. Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến lự