Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH CẮT

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH CẮT

Tải bản đầy đủ - 0trang

- Phoi xếp: Tạo thành khi gia công kim loại có độ cứng trung bình và tốc độ

cắt nhỏ. Dạng phoi này thường là những mảnh ngắn. mặt phoi tiếp xúc với

mặt trước của dao rất bóng, mặt sau gợn mẻ, khơng bằng phẳng.



Hình 2.3 : Phoi xếp

- Phoi dây: Tạo nên khi gia cơng thép có độ cứng thấp với tốc độ cắt lớn. Phoi

tạo thành dây dài hay dây xoắn. khi tạo phoi dây năng lượng tiêu hao khi gia

cơng ít, lực cắt ít thay đổi và độ bóng bề mặt gia cơng cao.

Căn cứ vào dạng phoi ta đánh giá được chất lượng của dụng cụ, độ bóng,

sự tiêu hao năng lượng trong q trình gia cơng.



Hình 2.4 Phoi dây



35



2.2 Các hiện tượng xảy ra trong quá trình cắt

2.2.1 Hiện tượng lẹo dao

Trong quá trình cắt ra phoi dây, trên mặt trước của dao kề ngay lưỡi cắt thường

xuất hiện những lớp kim loại có cấu trúc kim tượng khác hẳn với vật liệu gia công

và vật liệu làm dao. Nếu lớp kim loại này bám chắc vào lưỡi cắt của dụng cụ thì

được gọi là lẹo dao.

Cơ chế của q trình hình thành lẹo dao có thể giải thích thêm như sau: do

chịu áp lực lơn và nhiệt độ cao, mặt khác vì mặt trước của dao không tuyệt đối

nhẵn nên các lớp kim loại bị cắt nằm kề sát với mặt trước của dao có tốc độ di

chuyển chậm và trong những điều kiện nhất định lực cản thắng được lực ma sát

trong nội bộ kim loại thì lớp kim loại sẽ nằm lại ở mặt trước tạo thành lẹo dao. Vì

biến dạng rất lớn nên độ cứng của lẹo dao lớn hơn độ cứng của vật liệu gia cơng

từ 2,5-3,5 lần và do đó có thể thay thế vật liệu làm dao đề thực hiện q trình cắt.

Nhiều cơng trình nghiên cứu đã chứng tỏ rằng có 2 loại lẹo dao:

Lẹo dao ổn định nằm dọc theo lưỡi cắt trong suất quá trình cắt. Loại này

gồm một số lớp gần như song song với mặt trước và thường hình thành khi

cắt thép với chiều dày cắt nhỏ.

Lẹo dao chu kỳ: Loại này gồm 2 phần: phần nền nằm sát với mặt trước của

dao, về cơ bản gọi là lẹo dao loại 1. Trên nền đó hình thành phần thứ 2,

phần này sinh ra lớn lên và mất đi nhiều lần trong một đơn vị thời gian. Sự

xuất hiện và mất đi của lẹo dao làm cho các góc cắt của dao trong q trình

cắt ln ln biến đổi.

- Trong q trình cắt trên mặt trước của dao xuất hiện một lớp kim loại, có

dạng hùnh chêm và có cấu trúc dạng kim tượng, có thể thay thế lưới cắt. Hiện

tượng đó được gọi là hiện tượng lẹo dao

Thông số quan trọng đặc trưng cho kích thước của lẹo dao là chiều cao của

lẹo dao.(H)

Khi tiện thép 45 khơng có dung dịch trơn nguội chiều cao của lẹo dao có

thể biểu diễn bằng cơng thức thực nghiệm sau:

h=



90.7

v s



1, 8 0 ,195



(mm)



36



Hình 2.5 Hiện tượng lẹo dao

a.Nguyên nhân và điều kiện hình thành lẹo dao

Nguyên nhân của lẹo dao là do hiện tượng “chảy chem.” của kim loại phoi trong

quá trình tạo phoi.

Do áp lực và nhiệt độ cao làm cho một phần của phân tố phoi tách khỏi dải phoi,

di chuyển chậm lại và bám dính vào mặt trước của dao hình thành nên lẹo dao.

* Điều kiện tạo lẹo dao là dưới một điều kiện nội ma sát yếu hơn ngoại ma sát.



dao



Hình 2.6 Hiện tượng lẹo dao



37



Trong quá trình tạo phoi (hình 2-11) dưới một điều kiện phù hợp về chế độ cắt

(v, s, t) và góc trước γ của dao, phoi được hình thành sau khi biến dạng khốc liệt

ở vùng biến dạng I rồi tiếp tục chuyển động theo mặt trước của dao dưới một áp

lực lớn, ma sát lớn và nhiệt độ cao, làm lớp kim loại sát mặt trước dao (2) bị

biến dạng thêm ở vùng II. Lớp phoi bị biến dạng khốc liệt này bị chuyển động

chậm lại với Vf
Khuynh hướng của nó là những phần tử vật liệu mà liên kết yếu với cục phoi

(do nhiệt độ cao) sẽ bám dính vòa mặt trước và tích tụ dần thành một khối u kim

loại ở mũi dao được gọi là lẹo dao.

Xét một phân tố phoi trên dải phoi, phân tố phoi này chịu tác động của

các lực sau:



Hình 2.7 Điều kiện hình thành lẹo dao

S : Lực thoát phoi



Q : Lực liên kết trong nội bộ dải phoi

T : Lực ma sát giữa phân tố phoi với bề mặt trước của dao.



Lực S và Q có xu hướng đẩy phân tố phoi ra ngồi theo bề mặt trước của

dao. T có xu hướng cản trở chuyển động này.

T < Q + S (1) – phân tố phoi vẫn được giữ lại trên dải phoi và cùng với nó



thốt ra ngồi.



38



T ≥ Q + S (2) thì phân tố phoi bị bứt ra khỏi dải phoi và do chịu áp lực lớn



lên bị hàn dính vào mũi dao, tạo thành lẹo dao.

o Nếu điều kiện (2) được duy trì trong thời gian dài thì lẹo dao được hình

thành ổn định. Gọi là lẹo dao ổn định.

o Nếu điều kiện (1) xảy ra tại một thời điểm nào đó thì lập tức lẹo dao bị

phoi cuốn đi một phần hay toàn bộ. Như vậy gọi là lẹo dao không ổn định.

b. Các nhân tố ảnh hưởng đến chiều cao lẹo dao

* Tốc độ cắt



Hình 2.8 Ảnh hưởng các thơng số đến lẹo dao

Góc trước trong tiết diận chính của lẹo dao phụ thuộc vào tốc độ cắt và dao động

trong phạm vi 22-370. Tăng tốc độ góc cắt thì góc γ giảm. Mặt lẹo dao đối diện

với mặt cắt khiến cho góc sau của lẹo dao bằng 0.

Bán kính cong của lẹo dao nằm ttrong giới hạn (8-15).10 -3mm bằng bán

kính congcủa lưỡi cắt được mài bóng cẩn thận. Ngồi ra khi cắt ρn hầu như

khơng đổi (còn bán kính congcủa lưỡi dao thì tăng lên vì bị mài mòn. Vì lẽ đó

khi cắt phoi mỏng, lẹo dao ổn định có ý nghĩa rất lớn. Nó có tác dụng như một

cái chêm cho phép dao cắt được một chiều dày cắt rất bé.

Trị số, hình dạng tính ổn định của lẹo dao của cập vật liệu gia công và vật liệu

làm dao phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố.ở khu vực I khi tốc độ cắt thấp phoi cắt

ra là phoi vụn khơng có hiện tượng lẹo dao.

Khu vực II khi cắt tạo thành phoi dây, lẹo dao bắt đầu xuất hiện. Tăng tốc độ cắt

thì chiều cao lẹo dao tăng. Giới hạn trên của khu vực II là tốc độ cắt ứng với

chiều cao lẹo dao lớn nhất.



39



ở khu vực III khi tiếp tục tăng tốc độ thì lẹo dao giảm. Giới hạn trên của khu vực

này là tốc độ cắt ứng với thời điểm lẹo dao bắt đầu biến mất.

ở khu vực IV khi tốc độ cắt đã khá cao, khơng có hiện tượng lẹo dao.



Hình 2.9: Quan hệ giữa tốc độ cắt V, chiều dày cắt a, góc

trước γ với chiều cao H và nhiệt cắt, góc γ 1

* Tính chất của vật liệu gia công

Khi vật liệu gia công càng dẻo thì tốc độ hình thành lẹo dao càng thấp và

chiều cao lẹo doa càng cao. Vật liệu có cấu tạo peclít hạt có độ dẻo cao hơn độ

dẻo của vật liệu có cấu tạo peclit mảnh. Chiều cao của lẹo dao càng lớn thì

lượng peclit có trong thép sẽ làm giảm chiều cao của lẹo dao.

c. Chiều dày cắt

Chiều dày cắt càng lớn tốc độ hình thành lẹo dao càng thấp và chiều cao

của lẹo dao càng cao.

d. Góc trước của dao:

Tăng góc trước của dao thì tốc độ hình thành lẹo dao càng cao và chiều

dài lẹo dao càng bé.

* Tác dụng của lẹo dao đến quá trình cắt

Ưu điểm:

+ Bảo vệ mũi dao vì lớp BUE cứng hơn cả độ cứng của phoi.



40



+ Góc trước khi có lẹo dao (γ 1) lớn hơn góc trước mài (γ m) nên lực cắt

giảm, nhiệt cắt giảm. Tuy nhiên ảnh hưởng này không lớn.

Nhược điểm:

+ Chiều sâu cắt t do có lẹo dao nên bị thay đổi gây rụng động đồng thời

các hạt lẹo dao gây cào xước bề mặt gia cơng (hình 4-10b).

+ Sự xuất hiện và biến mất của BUE với một tần số nào đó gây rung động

làm giảm độ nhẵn bề mặt gia công.

Biện pháp khắc phục lẹo dao.

+ Dùng chất bôi trơn ở vùng cắt để giảm ma sát.

+ Độ nhẵn bề mặt trước dao được mài cao.

+ Cắt ở vùng tốc độ cắt không thích hợp với việc tạo lẹo dao.

2.2.2 Rung động trong quá trình cắt.

Khi nghiên cứu rung động cần quan tâm đến những vấn đề sau:

+ Hệ thống công nghệ Máy –Dao- Đồ gá có độ cứng vững nhất định.

+ Khi lực tác động vào hệ thống thay đổi thì gây rung động

+ Thông số đặc trưng của rung động là: biên độ A và tần số f

+ Hiện tượng cộng hưởng khi có rung động cần được lưu ý.

Rung động ln ln xuất hiện trong q trình cắt vật liệu. Những chỉ tiêu

kỹ thuật của rung động là biên độ(A) và tần số rung động (f).

+ ảnh hưởng xấu của rung động.

+ Làm giảm chất lượng bề mặt gia công.

+ Làm giảm tuổi thọ của dụng cụ cắt.

+ Làm giảm tuổi thọ của máy.

+ Giảm năng xuất gia công.

Trong quá trình cắt tồn tại 2 loại rung động

+ Rung động cưỡng bức

+ Rung động tự rung.

a. Rung động cưỡng bức

Nguyên nhân gây rung động cưỡng bức

+ Lượng dư gia công khơng đều



41



+ Do những chi tiết của máy có tham gia chuyển động quay không cân bằng

+ Các chi tiết máy hay cụm chi tiết như hình bánh răng, đai, hệ thống truyền dẫn

thủy lực có khuyết tật.

+ Do cộng hưởng của rung động từ máy gần đó truyền sang.

+ Do sự gián đoạn của bản thân quá trình cắt như khi phay, bào, xọc tiện chi tiết

có lượng dư không đều.

+ Rung động cưỡng bức dễ phát hiện và khắc phục.

b. Rung động tự rung

Tự rung là loại rung động tự sinh ra bên trong quá trình cắt, dù cho dao

động cưỡng bức có được khắc phục hồn tồn đi nữa.(Xuất hiện dưới tác động

của nội lực)

VD: Lực ma sát giữa phoi và mặt trước của dao thay đổi

Sự khơng đồng nhất về cơ lý tính của vật liệu gia công gây cho lực cắt

biến thiên.

Lẹo dao xuất hiện rồi bị phá hủy, góc γ cắt thực tế thay đổi dẫn đến lực

cắt thay đổi theo gây rung động.

Khi xuất hiện rung động, vị trí của phơi và dao thay đổi, chiều dày cắt a

thay đổi, lực cắt thay đổi gây tự rung.

c. Những yếu tố ảnh hưởng đến rung động

* Chế độ cắt

* Tốc độ cắt V: ảnh hưởng cảu vận tốc cắt đến rung động thông qua ảnh hưởng

của lẹo dao.

Khi tăng tốc độ đến giới hạn lẹo dao dễ hình thành góc γ do lẹo dao tạo ra

đạt giá trị lớn nhất rồi bị phá hủy. Lực cắt thay đổi lớn, rung động có biên độ

lớn.

Tiếp tục tăng V, lẹo dao không tồn tại ảnh hưởng V đến biên độ rung thể

hiện chủ yếu thông qua lực ly tâm của các vật quay không cân bằng.



42



Tần số của rung động khi cắt phụ thuộc số vòng quay của chi tiết (hoặc

dao), sự biến thiên của các yếu tố làm biến đổi lực biến dạng và lực ma sát trong

quá trình cắt.

Tần số riêng của các rung độngdo các cơ cấu máy, dao , đồ gágây ra cũng

ảnh hưởng trực tiếp đến rung động chung của hệ thống công nghệ khi cắt.

Nếu đo biên độ tần số rung động ở chi tiết hoặc dao thì đây là rung động tổng

hợp do cả hai rung động cưỡng bức và tự rung tạo ra.

* Lượng chạy dao S và t

Tăng S và t làm tăng diện tích lớp cắt, lực cắt tăng, song rung động chỉ

xuất hiện khi lực cắt thay đổi.

Tăng S và t, nếu hệ thống công nghệ không đủ cứng vững, lực cắt lớn làm

cho biến dạng của hệ thống cơng nghệ tăng..

Nếu trong HTCN vì các nguyên nhân khác không phải do tăng S và t đã bị

rung động thì khi tăng S và t lực cắt tăng sẽ làm tăng biên độ của rung động.

*. Thơng số hình học của dụng cụ cắt.

Tăng góc γ lực cắt giảm, lẹo dao khó hình thành, biên độ rung giảm

Tăng α ma sát ở mặt sau giảm, lực cắt giảm, biên độ rung giảm.

ảnh hưởng của góc ϕ đến rung động thông qua công thức: Py = PN . cos ϕ. Như

vậy khi tăng ϕ làm Py giảm, biên độ rung giảm.

Bán kính mũi dao r tăng làm góc ϕ giảm , lực Py tăng, biên độ rung động tăng.

*. ảnh hưởng của vật liệu gia công.

Khi gia công các vật liệu càng dẻo, lẹo dao càng dễ hình thành. Sự biến thiên về

lực sẽ gây rung động lớn.

Khi gia cơng các vật liệu ít dẻo như gang khi cắt có phoi vụn, lực cắt biến đổi

nhiều gây tăng biên độ và tần số rung động.



43



Khi độ cứng, độ bền của vật liệu gia công tăng lực cắt tăng làm tăng biên độ

rung động.

* Các biện pháp giảm rung động

Trong q trình cắt đều có rung động ở các mức độ khác nhau, vì độ cứng

vững của HTCN không là tuyệt đối, lực cắt không là hằng số.

+ Tăng độ cứng vững của HTCN

+ Giảm sự biến thiên và độ lớn của lực cắt.Sử dụng dao cụ có thơng số hình học

tối ưu, nên áp dụng chế độ cắt hợp lý.

+ Sử dụng phơi có độ chính xác hình học phù hợp và cơ lý tính đồng nhất.

+ Sử dụng máy- dao -đồ gá có các cơ cấu chuyển động ổn định không mất cân

bằng gây lực ly tâm lớn.

2.2.2 Hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt:

1. Nguồn phát sinh và sự phân bố nhiệt khi cắt

Trong q trình cắt gọt kim loại có sự chuyển hố công sang nhiệt công do máy

cung cấp để:

+ Gây biến dạng dẻo trong lớp cắt.

+ Thắng lực ma sát trên mặt thốt và mặt sát dao.

Đó chính là nguồn gốc chủ yếu sinh ra nhiệt cắt.



44



Khi cắt kim loại có 3 vùng phát sinh nhiệt.

Khu vực 1: trên vị trí tiếp xúc giua phoi và mặt trước của dao.

Khu vực 2: trên vị trí tiếp xúc giua phơi và mặt sau của dao.

Khu vực 3: Trên miền tạo phoi

Nhiệt phát sinh từ 3 khu vực trên và được truyền vào phoi, phơi và dao, có thể

xác định qua phương trình.

Trong đó:

Q: Nhiệt sinh ra khi cắt kim loại

Qbd : lượng nhiệt phỏt sinh tương đương với cụng làm biến dạng vật liệu trong

vựng tạo phoi.

Qmst : lượng nhiệt sinh ra tương đương với cụng ma sỏt của phoi với mặt trước.

Qmss : lượng nhiệt sinh ra tương đương với cụng ma sỏt giữa mặt sau của dụng

cụ cắt

2. Phân bố nhiết khi cắt:

Để điều khiển tác động của nhiệt cắt nhằm giảm tác động xấu. Căn cứ vào quy

luật truyền nhiệt có:

Q= Qf + Qct +Qd + Qmt

Tơng nhiệt lượng phát sinh trong vùng cắt được truyền vào phoi, chi tiết, dao và

môi trường.

Qf –nhiệt lượng truyền vào phoi (khoảng 50 % - 80%).

Qct –nhiệt lượng truyền vào chi tiết (3% - 10%)

Qd – nhiệt lượng truyền vào dao (10 % - 40% )

Qmt – nhiệt lượng truyền vào môi trường (1% -5%)

2.3 Lực cắt và các thành phần lực cắt khi tiện:

2.3.1 Lực cắt

Muốn thực hiên 1 quá trình cắt, dao nhận 1 công do đông lực máy cung cấp, nhờ đông

lực này dao tác đông và cắt các phần thừa kim loại. Ngược lại phản lực cũng sẽ tác

dụng trở lại vào dao 1 lực bằng lực tác đông từ dao vào phôi nhưng ngược chiều.

Dao muốn cắt gọt được không những phải thắng được lực liên kết trong nơi bơ tinh

thể kim loại mà còn thắng được lực ma sát, cơng đó dưới dạng lực gọi là lực cắt, phản

lực lên dao gọi là lực cản cắt gọt.



45



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH CẮT

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×