Xem mẫu
- Nguyªn Lý C¾t
Chương 2
ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC TRONG QUÁ TRÌNH CẮT
2.1 Tiện
2.1.1 Hệ thống lực tác động lên dao tiện
1- Nguồn gốc sinh lực và các thành phần lực cắt
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 R0 = N + F0 . Mặt
sau của dao gần lưỡi cắt chịu tác dụng của lực pháp tuyến N’ và lực ma sát lên
mặt sau.
Trong quá trình cắt, dưới tác dụng của dao kim loại gia công bị biến dạng
đàn hồi và biến dạng dẻo. Cùng một lúc khi biến dạng lớp cắt, dao chịu tác
dụng lên mặt trước và mặt sau các lực tương ứng.
Ngoài ra, khi cắt phoi trượt ra ngoài trên mặt trước của dao nên giữa phoi
và mặt trước có lực ma sát T. Đồng thời trong quá trình cắt, dao có chuyển
động tương đối so với bề mặt đã gia công có lực ma sát T1.
Tổng hợp tất cả các lực tác động lên dao, xác định được lực cản cắt gọt
( gọi tắt là lực cắt ) - đó chính là sự thể hiện quá trình chống lại của kim loại
khi bị phá hủy ( khi tạo phoi ).
Lực cắt tác dụng từ phía lớp bị cắt lên mặt trước của dao, là hợp của lực
biến dạng đàn hồi Pđh, lực biến dạng dẻo Pdt và lực ma sát T
• Lực cắt, tác dụng từ phía bề mặt đã gia công lên bề mặt sau của
dao – hợp của các lực tương ứng Pđs , Pds và lực ma sát T1
Trị số của các lực ma sát T, T1 được xác định như sau:
T= µ (Pđt+Pdt) ; T1= µ1 (Pđs+Pds)
Trong đó µ , µ1 - hệ số ma sát tương ứng của bề mặt trước và sau với phoi và
với kim loại đã gia công.
R- hợp lực của tất cả các lực PT, PS
Do ảnh hưởng của các hiện tượng vật lý xảy ra trong quá trình cắt nên trị
số và phương của lực cắt R luôn luôn thay đổi.
Để tiện nghiên cứu, người ta thường phân hợp lực R theo 3 hướng trong tọa độ
đề các ta có :
R = Px+Py+Pz
BMCNCTM Trang: 56
- Nguyªn Lý C¾t
Hình 2.1Sơ đồ tác dụng của lực khi cắt tự
do
Về trị số : R = Px 2 + Py 2 + Pz 2 (3-1)
Trong đó:
Pz – lực cắt chính (lực tiếp tuyến), tác động theo hướng chuyển động cắt
chính. Có giá trị lớn nhất trong 3 thành phần của lực cắt.
Thường dùng thành phần này để tính toán độ bền của dao, của máy và để tính
công suất máy.
PY – lực hướng kính, tác dụng trong mặt phẳng nằm ngang và có phương
vuông góc với đường tâm của chi tiết. Py thường gây cong chi tiết, ảnh hưởng
đến độ chính xác gia công.
Pz – lực chạy dao tác dụng ngược với hướng chạy dao nên nó cản trở
chuyển động chạy dao. Lực Py cần thiết để tính độ bền của cơ cấu chạy dao,
công suất tiêu hao của cơ cấu chạy dao.
Góc hợp bởi lực Pz à R là ∆ ,
thường nằm trong khoảng 250
đến 400.
Khi cắt thép 45 bằng dao tiện có
góc ϕ =450; λ = 00; γ = 150 thì giữa
Pz, Px,Py có mối quan hệ sau:
Py : Pz = (0,4 ÷ 0,5) : Px : Pz =
(0,3 ÷ 0,4)
Thay trị số của Py, Px vào (3.1)
có:
R= (1.1-1.18)Pz → Tổng hợp Px
+Py = Pn
Pn có phương pháp tuyến với
lưới cắt chính, có :
Px = Pn.sin ϕ
Py = Pn.cos ϕ
Để tính gần đúng lực Pz, dùng Hình 2.2 Các thành phần lực cắt khi tiện mặt trụ
lực cắt đơn vị:
Pz = p.Fc
BMCNCTM Trang: 57
- Nguyªn Lý C¾t
Trong đó Fc – diện tích lớp cắt (mm2)
P – lực cắt đơn vị (N/mm2)
2- Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt.
a) Chế độ cắt
+ Chiều sâu cắt
Từ công thức : F = S. t nên khi tăng t, diện tích lớp cắt cũng tăng, thể tích
lớp kim loại bị biến dạng càng lớn, sự cản trở của kim loại đến quá trình tạo
phoi lớn hơn. Do đó khi tăng t thì Px, Py, Pz hầu như tăng tỷ lệ với nó.
Thí dụ: Khi tiện thép 45 bằng dao thép gió Vc = 17m/phút; S =0,6mm/vòng; λ =0
R = 0,1mm sẽ có quan hệ:
Pz = 1160.t (N)
Py = 393.t0,96 (N)
Px = 286.t1,04 (N)
Tổng quát: quan hệ giữa lực cắt và chiều sâu cắt được biểu diễn bằng các công
thức sau:
Pz = Cz.t
Py = Cy.ty
Px = Cx.tx
Trong đó:
- Cz, Cy, Cx : hệ số điều chỉnh (Phụ thuộc vào điều kiện gia
công)
- x, y, z : các số mũ (phụ thuộc vào điều kiện cứng)
+ Lượng chạy dao
Khi tăng S thì chiều dày cắt a cũng tăng, diện tích tiết diện ngang của lớp
cắt (Fc) tăng, lực biến dạng và lực ma sát đều tăng nên lực cắt cũng tăng.
Mặt khác: khi tăng chiều dày cắt, hệ số co rút phoi (đặc trưng cho mức độ biến
dạng của lớp cắt) giảm, lực cắt giảm.
Tổng hợp cả hai yếu tố trên: khi tăng S thì lực cắt cũng tăng, nhưng mức
độ tăng của lực cắt theo S nhỏ hơn độ tăng của nó theo t.
Thí dụ : Khi tiện thép 45 bằng dao thép gió với V = 17 m/phút; t = 3mm;
r =0,1mm có quan hệ sau:
Pz = 5100.S0,76 (N)
Py = 1620.S0,78 (N)
Px = 1200.S0,63 (N)
+ Tốc độ cắt Vc
Quan hệ giữa tốc độ cắt và các thành phần lực cắt biểu diễn như hình
3.18
Ta thấy :
- Khi bắt đầu cắt với tốc độ Vc > 3 ÷ 5 m/phút thì lực cắt giảm.
- Khi cắt với tốc độ Vc = 20 ÷ 25 m/phút, lực cắt giảm đến trị số cực tiểu, sau đó
lại tiết tục tăng và đạt trị số cực đại.
- Khi cắt với tốc độ Vc > 50 m/phút, lực cắt lại tiếp tục giảm
BMCNCTM Trang: 58
- Nguyªn Lý C¾t
- Khi cắt với tốc độ 400 đến 500 m/ phút, quá trình cắt ổn định, giá trị của các
thành phần lực cắt không thay đổi nhiều.
Tất cả các điều trên được giải thích như sau:
Lực cắt (khi cắt với Vc = 3 ÷ 5 m/phút) được giảm đi bởi vì quá trình tạo
phoi được bắt đầu với góc cắt thực tế δ 1 (do lẹo dao) nhỏ hơn góc cắt δ (do
mài sắc và gá đặt). Trị số nhỏ nhất của lực cắt ứng với vùng tốc độ cắt hình
thành lẹo dao lớn nhất.
Tiếp tục tăng Vc lên nữa, lẹo dao giảm đi, góc δ 1 tăng, và gần bằng trị số
δ của dao làm biến dạng tăng, lực cắt cũng tăng theo. Khi tiếp tục tăng tốc độ
cắt, lúc đầu do hệ số ma sát µ giữa mặt trước của dao và phoi tăng, làm cản trở
quá trình biến dạng và thoát phoi, gây ra sự tăng của lực cắt. Sau đó hệ số ma
sát giảm đi làm giảm những cản trở cho quá trình biến dạng và thoát phoi, lực
cắt giảm.
Khi hệ số µ ổn định ở tốc độ cắt 400-500 m/Phút thì lực cắt cũng ổng
định như vậy.
Nhận xét: Sự phụ thuộc của lực cắt vào tốc độ cắt cũng giống như mối quan
hệ của hệ số co rút phoi K vào tốc độ cắt, tức là quá trình tạo phoi xảy ra với
mức độ biến dạng càng lớn thì lực cắt đặt vào dao để thực hiện quá trình này
càng lớn. Như vậy, theo đặc tính sự thay đổi của hệ số co rút phoi K có thì thấy
đặc tính của thay đổi lực cắt trong quá trình tạo phoi.
Trong phạm vi tốc độ cắt từ 50-500m/phút giữa lực cắt và tốc độ cắt có
mối quan hệ :
C1 C2 C3
Pz = n1 ; Py =
Vn 2
; Px = V
V n3
Trong đó : C1, C2, C3 – hệ số phụ thuộc vào điều kiện gia công.
n1, n2, n3 – số mũ đặc trưng cho ảnh hưởng của tốc độ cắt đến lực
cắt- phụ thuộc vào điều kiện gia công.
Về trị số : n1 = 0,1- 0,26
n2 = 0,18- 0,3
n1 = 0,2 - 0,4
Chú ý : Mối quan hệ trên chỉ đúng khi gia công thép cacbon và thép hợp kim với
độ cứng HRC < 55. Khi gia công thép tôi với độ cứng HRC > 55 thì lực Pz hầu
như không phụ thuộc vào tốc độ cắt, còn Py và Px tăng theo sự tăng của tốc độ
cắt.
b) Thông số hình học của dao.
+ Góc trước γ
ảnh hưởng nhiều đến lực cắt. Khi tăng góc trước, hệ số co rút phoi giảm,
lực cắt giảm.
Góc trước tăng không những làm cho phoi dễ biến dạng mà còn làm cho
phoi dễ trượt, dễ thoát ra ngoài.
Góc trước tăng, lực cắt giảm vào vì γ = 900- δ , nên có thể biểu diễn ảnh
hưởng của góc trước đến lực cắt qua góc δ . Mối quan hệ giữa góc δ , Pz bằng
thực nghiệm, có công thức:
Pz = 59,3. δ 0,34 (N)
BMCNCTM Trang: 59
- Nguyªn Lý C¾t
Py = 0,072. δ 2,25 (N)
Px = 0,0028. δ 2,96 (N)
+ Góc sau α
Trong quá trình gia công bằng cắt gọt, lớp kim loại trên bề mặt đã gia
công bị biến dạng, khi dao đi qua, nó đàn hồi trở lại và do đó tạo thành sự tiếp
xúc giữa mặt sau của dao và bề mặt đã gia công.
Như vậy : Nếu tăng góc sau α diện tích tiếp xúc giảm và các thành phần lực cắt
Pts , Pds cũng như lực ma sát T2 giảm dẫn đến lực cắt Pz , Py , Px giảm.
Thực nghiệm cho thấy rằng: khi
tăng góc sau α từ 20 ÷ 100 thì Pz giảm 6%,
Py giảm 17%, Px giảm 12,5%. Khi tăng góc
sau lên quá 100, ảnh hưởng của nó đến lực
cắt là rất ít.
+ Góc nghiêng chính ϕ
* Khi r = 0, từ công thức: a = S.sin ϕ , khi
tăng ϕ làm chiều dày cắt a tăng, lực cắt Pz
giảm (xem hình 3.20) còn Py giảm và Px
tăng.
* Khi r ≠ 0, góc ϕ tăng (300 ÷ 600) chiều
dày cắt tăng, hệ số co rút phoi K giảm, lực
cắt Pz giảm.
Tiếp tục tăng ϕ đến phạm vi 600 ÷
900, lúc này chiều dài phần cong của lưỡi
dao tham gia cắt tăng, phoi ngoài chịu biến
dạng phụ trên mặt trước còn chịu biến
dạng do chèn ép lẫn nhau khi thoát ra
ngoài, hệ số co rút phoi tăng, lực Pz tăng
Từ công thức: (3.2)
Px = Pn . sin ϕ
Hình 2.4 Sự phụ thuộc lực hướng trục
Py = Pn . cos ϕ
Px và lực hướng kính với góc lệch chính
Nên khi tăng ϕ , cos ϕ giảm và sin ϕ
của dao.
tăng, dẫn đến Py giảm, Px tăng. Đây chính a.Làm việc bằng dao phá tỷ số giữa lực
là một trong những biện pháp để giảm P và P khi φ = 600 φ = 100
rung động khi gia công những chi tiết có b.x Làm yviệc bằng dao cắt φ = 900
;
tỷ số L/P lớn.
+ Bán kính mũi dao r
Bán kính mũi dao càng lớn, chiều dài phần cong của lưỡi cắt tham gia
càng lớn, biến dạng tăng lên làm cho lực Pz và Py tăng, còn Px giảm (vì khi tăng
r , trung tâm áp lực của phoi đặt lên dao dịch nhiều về phía phần lưỡi cắt cong,
lúc này hợp lực Pn = Px + Py có phương không còn pháp tuyến với phần lưỡi cắt
thẳng mà có thể coi như pháp tuyến với phần lưỡi cắt cong. Như vậy: góc
nghiêng của lưỡi cắt cong (hay góc hợp bởi giữa Pn và phương vuông góc với
đường tâm chi tiết giảm đi, nên Px = Pn . sin ϕ giảm (xem hình 3.22)
+ Góc nâng λ
BMCNCTM Trang: 60
- Nguyªn Lý C¾t
Khi góc λ thay đổi từ -50 ÷ +50 có ảnh hưởng, nhưng không đáng kể đến
lực cắt đặc biệt là Px , Py .
c) Vật liệu làm dao.
ảnh hưởng đến lực cắt là do sự thay đổi của hệ số ma sát giữa vật liệu
làm dao với vật liệu gia công. Khi hệ số ma sát thay đổi, làm thay đổi lực ma sát
dẫn đến lực cắt thay đổi.
Thí dụ:
- Dao gắn mảnh hợp kim cững nhóm TK, lực cắt chỉ bằng 90 ÷ 95% lực cắt khi
dùng dao thép gió.
- Dao gắn mảnh sứ thì Pc = 88-90% Pc khi dùng dao thép gió
- Dao gắn mảnh En-bo, lực cắt giảm mạnh nhất so với tất cả vật liệu làm dao
khác.
d) Vật liệu gia công.
Những tính chất cơ lý của kim loại gia công và thành phần của nó trong
nhiều trường hợp xác định quá trình tạo phoi và mức độ biến dạng của nó, và
do đó ảnh hưởng đến lực cắt.
Giới hạn bền khi kéo-nén với thép, độ cứng HB với gang càng lớn thì lực
Pz , Py , Px càng lớn
Ví dụ: Khi gia công thép chưa tôi, có quan hệ:
Pz = CVật liệu . δ B np
Trong đó: Cvl – hệ số phụ thuộc vào điều kiện gia công.
np –số mũ: với thép σ B ≤ 60 KG/mm2
Với thép σ B >60 KG/mm2
Khi gia công gang có quan hệ :
Pz = Cvl .HBnp (np=0,4)
Vì vậy trước công thức tính lực cắt, phải nhân thêm hệ số
np
HB
Với thép : Kmp = ; np – cho trong sổ tay tính chế độ cắt
190
Với gang:
np
Gang xám : Kmp =
HB
-
190
np
Gang dẻo : Kmp =
HB
-
150
e) Sự mòn của dao.
Khi tăng lượng mòn theo mặt sau hs, diện tích tiếp xúc của bề mặt sau dao
với bề mặt đã gia công tăng, dẫn đến tăng lực ma sát và tương ứng sẽ tăng lực
cắt. Đặc biệt lực Py , Pz tăng mạnh mẽ.
f) Dung dịch trơn nguội.
Không chỉ ảnh hưởng đến việc hạ thấp nhiệt độ phát sinh trong quá trình
cắt, mà còn giảm ma sát, bảo đảm quá trình tạo phoi dễ dàng hơn, do đó lực cắt
giảm
Hệ số Kd giảm lực cắt phụ thuộc vào loại dung dịch trơn nguội như sau:
- 0,7 với dầu thực vật
BMCNCTM Trang: 61
- Nguyªn Lý C¾t
- 0,8 với dầu vô cơ lưu hóa
- 0,85 với dầu ê-mun-xi hoạt tính
- 0.95 với dầu ê-mun-xi
- 0,97 với nước
2.1.2 Xác định chế độ cắt hợp lý
Trình tự xác định chế độ cắt khi tiện
1. Xác định chiều sâu khi cắt:
Khi giá công thô sơ nên cho t = h(lượng dư gia công).Tuy nhiên khi h quá
lớn hoặc khi gia công trên các máy có công suất nhỏ phải chia nhiều lần
cắt, để cắt hết lượng dư
Khi gia công bán kính (tính độ nhẵn từ
12.5
− > 3.2 và cấp chính xác 8,9)
thì
- Khi h > 2mm t =2/3->3/4h ; t 2 =1/3->1/4h
1
- Khi h < 2mm chỉ cắt một lần hết lượng dư, thường lấy
t=0.5-2mm
Khi gia công tinh : t=0.1-0.4mm
2. Xác định lượng chạy dao:
Lượng chạy dao s phụ thuộc vào điều kiện gia công:
- Khi gia công thô: phụ thuộc độ bền thân dao, độ bền mảnh dao và cơ
cấu chạy dao,độ cứng vững cuả chi tiết gia công.
- Khi gia công tinh: phụ thuộc vào độ nhẵn và cấp chính xác của bề mặt
cần gia công,độ cứng vững của nó.
* Theo độ bền thân dao:
Khi cắt dao chịu một momen uốn (xem hình 4.7) có:
M n =P z .L
Trong đó P n -Lực cắt chính [N]
L-Khoảng cách từ mũi dao đến mép của đài gá dao(mm)
Để đảm bảo độ uốn cho thân dao, phải có:
M n ≤ [M n ]
M n -Mômen uốn cho phép thân dao
[ M n ]=[ σ n ].W
σ n -ứng suất uốn cho phép(N/mm2)
W-mômen chống uốn (mm3)
- Với thân dao hình chữ nhật :
W=BH2 /6
- Với thân dao hình tròn :W=H.D3/32.
Từ trên suy ra:
P n .L ≤ W.[ σ n ]
Hay:
C pt .t.Sxpz.Kypz.L ≤ W. [ σ n ]
BMCNCTM Trang: 62
- Nguyªn Lý C¾t
¦ W .[σ u ]
Nên S1 ≤ ypz
C pz .t xpz .K .L
* Theo độ bền của cơ cấu chạy dao.
Trong các máy công cụ, thường cho |Pm| - Lực |chiều trục| tác dụng lên cơ
cấu bánh răng – thanh răng (cơ cấu yếu nhất của hộp dao chạy).
Nên có:
Px+ µ (Py+Pz) ≤ [Px m]
Với µ - hệ số ma sát,thường lấy 0,1= µ
Gần đúng: Pz=2Py; Pz=3Px
Suy ra: Px+0,1(1,5 Px+3 Px) ≤ [Pm]
→ 1,45Px ≤ [Pm]
Hay: 1,45 Cpx.txpz.Sypx.Kpx ≤ [Pm]
[ Pm ]
Do đó: S2 ≤ ypx
1,45.C px .t xpx K px
* Theo độ cứng vững của chi tiết gia công.
Khi gia công các chi tiết có tỷ số I/D lớn, nó thường bị cong.
Sai số của chi tiết bị gây ra dưới tác dụng của hai thành phần Pz, Py của
lực cắt. Nhưng chủ yếu thành phần Py gây uốn chi tiết theo phương tác dụng
của nó, còn pz ít ảnh hưởng đến sự thay đổi kích thước chi tiết gia công .[10]
Độ võng f do Py gây ra được tính:
Py.L3
f=
K.E.J
Trong đó:
L: Chiều dàI chi tiết gia công không kể đoạn nằm trong mâm cặp
máy (mm).
E: Mô đuyn đàn hồi của vật liệu gia công N/mm2
J: Mô men quán tính của tiết diện ngang chi tiết gia công(mm4)
π .D 4
J= =0,05D4
64
K: hệ số phụ thuộc vào cách gá chi tiết
K=3: khi kẹp công xôn trên mâm kẹp
K=48: khi gá trên hai mũi tâm
K=100: khi gá có một dầu kẹp trên mâm cặp ,một đầu chống tâm
Khi đó phải đảm bảo:
f≤ [f]
hay
Py.L3
≤ [f]
K .E.J
=>Cpy.tx py .Sy py .Kpy.L3≤ f.K.E.f
BMCNCTM Trang: 63
- Nguyªn Lý C¾t
[ f ].K .E.J
=>S3 ≤ y py
C py .t
y py
.K py .L 3 (mm/v)
thường f =0.25IT-IT: dung sai chi tiết gia công
Nhận xét:
Khi gia công thô sau khi tính được S1,S2,S3 chọn Smin rồi đem so sánh với
lượng chạy dao có trên máy Smthoả mãn điều kiện:
Sm< Smin
đó là lượng chạy dao cần thiết
4. Theo độ nhẵn bề mặt gia công
Khi gia công tinh S được chọ n phụ thuộc vào độ nhẵn của bề mặt gia
công.
-Khi cắt thép:
R z .r 0,65
S≤ 1, 07
(mm/v)
0,21
-Khi cắt gang:
R z .r
S < 1,1 (mm/v)
0,89
Trong đó:
- r: bán kính mũi dao(mm)
- R: chiều cao nhấp nhô trung bình( µ m)
3. Xác định tốc độ cắt V và số vòng quay n
-Với dao thép gío: càng tăng Vc tuổi bền của dao càng giảm.Vì khi đó phát
sinh nhiệt lớn làm dao bị mòn nhanh
-Với dao HKC: khi tăng Vc đầu tiên T giảm đi sau đó tăng cuối cùng giảm.
Bởi vì khi cắt ở tốc độ nhỏ, nhiệt cắt nhỏ mòn sẽ xảy ra chậm hơn khi tăng Vc
nhiệt cắt tăng làm mềm bề mặt, khả năng dính tại các vị trí tiếp xúc của phôi
và phoi với dao tăng, làm tăng cường độ mòn, giảm T
Khi tăng Vc lên nữa nhiệt cắt tăng làm mềm bề mặt phoi và phôi sự dinh
giảm, sự trượt tương đối giảm do đó giảm cường độ mòn
Mặt khác khi này độ dai va đập của HKC tăng (đặc biệt trong phạm vi 600-
8000c)
Nếu tiếp tụ tăng Vc, độ cứng và độ bền HKC giảm dẫn tới việc tăng cường độ
mòn và T giảm
Ở cùng tuổi bền của dao như nhau, nếu cho dao làm việc ở cùng tốc độ
cắt nằm bên phải điểm cực đại của đường cong tuổi bền sẽ cho năng suất cao
hơn.Vì vậy vùng này là vùng sử dụng hợp lý mảnh HKC.
Cv
VT = .K v (m/ph)
T m .t xv .S yv
Sau khi tính được VT tiến hành tính nlt.
1000.Vt
nlt = (v/ph)
π .D
Căn cứ vào máy và chọn nm, sau đó tính Vtt theo công thức sau:
BMCNCTM Trang: 64
- Nguyªn Lý C¾t
n.π .D
V = (m/ph)
1000
4. Tính Pz, Nc, Mx
Pz = Cpz.txpz.Sypz . Vnpz. Kpz
Pz .V
Nc =
60.10 3
P .D
Mx = z 3
2.10
5. Kiểm nghiệm chế độ cắt
Nc ≤ [ Nc ] M x ≤ [M x ]
6. Tính thời gian gia công cơ bản
L
T0 = .i
n.S (ph)
2.2 Khoan –khoét –doa
2.2.1 Các thành phần lực cắt và ảnh hưởng
a. Khoan
1/ Lực và mô men khi khoan
a) Lực và mô men
Khi khoan gồm các thành phần lực sau:
Lực hướng kính Py: Gồm 2 lực Py tác dụng lên lưỡi cắt chính, 2 lực Py’ tác
dụng lên lưỡi cắt phụ, chúng có trị số bằng nhau và ngược chiều nhau
nên triệt tiêu lẫn nhau.
Lực dọc trục: P0 có xu hướng chống lại chuyển động chạy dao
Lực tiếp tuyến: Pz gây ra mômen cắt, tác động lên lưỡi cắt chính, lưỡi cắt
phụ và lưỡi cắt ngang.
BMCNCTM Trang: 65
- Nguyªn Lý C¾t
Giả sử rằng tổng hợp lực tác dụng lên lưỡi dao khoan được đặt tại A. Phân
bố tổng hợp lực này theo 3 phương vuông góc với nhau (hình 1.5a) ta đươc
thành phần lực cắt tác dụng trên mỗi lưỡi cắt. Lực cắt Pz tạo ra môme xoắn Mx
mômen này bị trục chính của máy vuợt qua. Các ực Pytác dụng theo phương
Hình 2.5 Sơ đồ lực tác dụng lên dao khoan và mômen xoắn
khi khoan
hướng kính và triêt tiêu lẫn nhau. Lực Px này cùng với lực Pn tác dung trên lưỡi
cắt ngang tạo ra lực hướng trục hay còn gọi là lực chạy dao P bị cơ cấu chạy
dao của máy vượt qua. Kết quả là dao khoan chịu tác dụng của mômen xoắn M x
và lưc chạy dao P
Mômen xoắn Mx được tạo ra do các phần tử lực tác dụng lên hai lưỡi cắt
chính ab và ce, lưỡi cắt ngang bc và lưc ma sát PT tác dụng lên lưỡi dẫn hướng.
Ở đây cần nhớ rằng momen xoắn Mx được xác định chủ yếu bởi các lực tác
dụng trên lưỡi cắt chính.
Theo lý thuyết:
M x = C M .S yM .D z M
Px = C P .S y P .D z P
Theo thực nghiệm:
M x = C M .S yM .D z M .K M
Px = C P .S y P .D z P .K P
Ở đây CM, Cp các hệ số đặc trưng cho điều kiện khoan và vật liệu gia công.
KM. KP các hệ số tính đến điều kiện gia công khác.
Khi biết Mx và Px có thể xác định đươc công suất cắt Nc
BMCNCTM Trang: 66
- Nguyªn Lý C¾t
M x .n
N c=
716,2.1,36
Trong đó 1,36 là hệ số của lực chạy dao Px
b) Các yếu tố ảnh hưởng đến lực và mô men khi khoan
Ảnh hưởng của góc xoắn ω .
Ảnh hưởng của góc nghiêng rãnh xoắn ω đến lưc chiều trục và mômen
xoắn gắn liền với sự thay đổi góc trước γ hay nói các khác góc trước và góc
nghiêng của rãnh xoắn tỷ lệ thuận với nhau. Như vậy khi làm tăng góc trước thì
góc ω thì góc trước tăng còn công biến dạng và ma sát khi khoan giảm xuống.
Theo thực nghiệm nếu tăng góc ω lên 350 thì lực chiều trục giảm đáng kể.
Tăng ω lên nữa thì ảnh hưởng của nó không đáng kể. Nguyên nhân là vì góc ω
lớn phoi thoát ra phải chuyển động theo đường xoắn dài hơn nên lực ma sát
giữa phoi và rãnh tăng lên, ngoài ra khi góc ω đồng thời làm gảm độ bền của
mũi khoan.
Góc nghiêng chính ϕ.
Ảnh hưởng của góc nghiêng chính ϕ đến lực chiều trục P0 và mômen
xoẵn Mx cũng tương tự như ảnh hưởng của góc nghiêng ϕ đến lực cắt khi tiện.
Khi tăng ϕ thì chiều dài lớp cắt tăng lên còn chiều rộng lớp cắt giảm xuống do
đó biến dạng trung bình của phoi giảm. Mặt khác nếu ϕ tăng lên làm mũi khoan
khó ăn vào chi tiết, lực chiều trục sẽ tăng lên vì thành phần lực hướng trục trên
lưỡi cắt chính tăng lên.
Ảnh hưởng của vật liệu gia công
Thay đổi tính chất cơ lý của vật liệu gia công dẫn đến thay đổi của lực chiều
trục và mômen xoắn. Vật liệu càng bền thì lực chiểu trục và lực mômen xoắn
càng lớn
Ảnh hưởng của lượng chạy dao và đường kính mũi khoan
Khi tăng lượng chạy dao và đường kính mũi khoan thì sẽ tăng được diện tích
lớp cắt, lực chiều trục và mômen xoắn khi khoan. Tuy vậy cũng như tiện ảnh
hưởng của lượng chạy dao và bán kính mũi khoan không nhất quán bởi vì:
S D − ln
a= sin ϕ và b =
2 2 sin ϕ
Ln : Là chiều dài lưỡi cắt ngang
Trong trạng thái làm việc bất kỳ thì chiều dày lớp cắt ảnh hưởng đến hệ
thống lực cắt ít hơm chiều rộng lớp cắt, do đó lượng chạy dao ảnh hưởng đến
lực chiều trục và momen xoắn ít hơn là đường kính mũi khoan
Trong công thức
P0 =C1DxpSyp và M = C2DxMSyM
Biểu diễn các điều kiện không nhất quán của các mũ xp > yp và xM > yM. Trị
số các mũ khi gia công những vật liệu khác nhau thay đổi trong khoảng xp = 0,9
÷ 1,4, yp = 0,7 ÷ 0,9; xM = 2,0, yM = 0,8 ÷ 0,9
Ảnh hưởng của V
BMCNCTM Trang: 67
- Nguyªn Lý C¾t
Khi tăng tốc độ cắt thì biến dạng đơn vị của kim loại giảm nhưng đồng
thời cũng làm cho nhiệt cắt của các bề mặt tiếp xúc tăng lên, hậu quả này làm
cho tính chất cơ lý của vật liệu gia công thay đổi dẫn đến lực chiều trục P0 và
mômen xoắn Mx thay đổi.
Nếu vận tốc cắt tăng từ 2,5 ÷ 7m/ph tì lực chiều trục P0 tăng lên, sau đó tốc
độ cắt tăng lên nữa từ 7 ÷ 73m/ph thì lực chiều trục P0 giảm rất nhanh. Đối với
mối quan hệ Mx = f(v) cũng có quy luật tương tự song mức độ ảnh hưởng của
tốc độ cắt v đến mômen xoắn Mx ít hơn.
Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội
Việc thoát phoi khi khoan là khó khăn, điều kiện truyền nhiệt không tốt. Do
đó khi khoan dung dịch trơn nguội thì lực hướng tâm và mômen xoắn giảm đi
rất nhiều vì dung dịch có tác dụng làm giảm ma sát giữa phoi và rãnh thoát phoi
đồng thì tạo áp lực để đẩy phoi ra
Lực cắt tác dụng lên lưỡi cắt chính của dao khoét có thể được phân ra ba
thành phần như khi khoan: Pz , Py, Px.
Lực tiếp tuyến Pz tạo mômen xoắn Mx mômen xoắn này bị cơ cấu
truyền động chính cảu máy vượt qua. Lực Px tác dụng dọc theo tâm dao khoét có
số răng chẵn. Giá tri của mômen xoắn Mx, lực chạy dao Px và công suất Nc,
được xác định theo công thức:
Mx=CM.Dxm.tum.Sym
Px=Cp. Dxp.tup.Syp
1,05.M x .η
Nc=
10 4
Lực cắt khi doa không lớn bởi vì tiết diện cắt nhỏ (do hớt lượng dư nhỏ).
Lực cắt gần đúng P’z có thể tính cho một răng như dao tiện. Khi đó sử dụng
công thức tính lực tổng cộng Pz :
Pz = P’z .z
Ở đây: P’z – lực tác dụng lên một răng của dao doa được tính theo công thức đối
với dao tiện;
z – số răng của dao.
Mômen xoắn và công suất khi doa được tính theo công thức:
Pz .D
3
Mx = 2.10
1,05.M x.η
Nc 10 4
=
Các hệ số và các số mũ trên đây được xác định trong các sổ tay chuyên
ngành (sổ tay gia công cơ và sổ tay công nghệ chế tạo máy).
b. Khoét - doa
Lực cắt tác dụng lên lưỡi cắt chính của dao khoét có thể được phân ra ba
thành phần như khi khoan: Pz , Py, Px. Lực tiếp tuyến Pz tạo mômen xoắn Mx
mômen xoắn này bị cơ cấu truyền động chính của máy vượt qua. Lực Px tác
dụng dọc theo tâm dao khoét có số răng chẵn. Giá tri của mômen xoắn Mx, lực
chạy dao Px và công suất Nc, được xác định theo công thức:
Mx=CM.Dxm.tum.Sym
BMCNCTM Trang: 68
- Nguyªn Lý C¾t
Px=Cp. Dxp.tup.Syp
1,05.M x .η
Nc=
10 4
Lực cắt khi doa không lớn bởi vì tiết diện cắt nhỏ (do hớt lượng dư nhỏ).
Lực cắt gần đúng P’z có thể tính cho một răng như dao tiện. Khi đó sử dụng
công thức tính lực tổng cộng Pz :
Pz = P’z .z
Ở đây:
- P’z – lực tác dụng lên một răng của dao doa được tính theo công thức đối
với dao tiện;
- z – số răng của dao.
Mômen xoắn và công suất khi doa được tính theo công thức:
Pz .D
3
Mx = 2.10
1,05.M x.η
Nc 10 4
=
Các hệ số và các số mũ trên đây được xác định trong các sổ tay chuyên ngành
(sổ tay gia công cơ và sổ tay công nghệ chế tạo máy).
2.2.2 Trình tự chọn chế độ cắt khi khoan, khoét, doa
1. Khoan
Xác định chế độ cắt hợp lý cho khoan được tiến hành theo các bước sau:
- Chọn lượng chạy dao lớn nhất cho phép theo độ bền của dao, chất lượng bề
mặt gia công và khả năng của máy.
- Xác định tuổi bền hợp lý của dao.
- Xác định tốc độ cắt đảm bảo tuổi bền đã chọn.
- Tính số vòng quay trục chính máy theo tốc độ cắt và đường kính khoan.
- Hiệu chỉnh lại số vòng quay n theo máy và xác định lại tốc độ cắt thực tế.
- Tính mômen xoắn Mx và lực chạy dao Px
- Kiểm tra chế độ cắt theo công suất máy.
Trình tự xác định chế độ cắt trên đây có thể thay đổi đôi chút, khi xác định chế
độ cắt khi không phụ thuộc máy. Khi đó, sau bước thứ 4 cần tính Px , Mx và công
suất Nc rồi chọn máy và kiểm tra lại n, S, Px, Mx và Nc.
2. Khoét
Chế độ cắt hợp lý khi khoét được xác định theo trình tự sau:
- Chọn thông số hình học của dao khoét và phần vật liệu phần cắt của nó.
- Xác định chiều sâu cắt t (thông thường t bằng lượng dư gia công một phía)
- Xác định lượng chạy dao S, lượng chạy dao khi khoét cần chọn được lớn hơn
khi khoan, bởi vì khoét làm việc trong điều kiện nhỏ hơn khoan (do dao khoèt
không có lưỡi cắt ngang, các lưỡi cắt tương đối đều nhau, chiều sâu cắt nhỏ
hơn và số răng của dao khoét lớn hơn).
BMCNCTM Trang: 69
- Nguyªn Lý C¾t
Bảng 1.22 cho biết lượng chạy dao phụ thuộc vào vật liệu gia công, đường kính
dao và vật liệu dao.
Đường Dao khoét thép gió Dao khoét hợp kim cứng
kính Thép Gang thép Gang Thép Gang thép Gang
dao σ b < 90 σ b >110 HB170 Chưa Nhiệt HB170
khoét (kG/mm2 (kG/mm2 0 nhiệt luyện 0
(mm) ) ) luyện
15 0,4-0,7 0,2-0,4 0,6-1,25 0,35-0,75 0,4-0,55 0,2-0,4 0,6-0,9 0,45-0,65
20 0,5-0,9 0,3-0,5 0,75-1,5 0,45-0,9 0,5-0,7 0,3-0,55 0,75-1,1 0,55-0,75
30 0,6-0,11 0,4-0,7 0,95-1,9 0,6-1,1 0,65-1,0 0,4-0,65 0,95-1,3 0,65-0,9
40 0,7-1,3 0,4-0,8 1,15-2,3 0,7-1,35 0,7-1,1 0,45-0,8 1,15-1,7 0,8-1,2
50 0,8-1,5 0,5-0,9 1,3-2,6 0,8-1,6 0,8-1,3 - 1,35-2,0 0,9-1,4
70 0,9-1,8 0,6-1,1 1,6-3,2 1,0-1,9 0,9-1,4 - 1,5-2,2 1,1-1,6
80 và 1,0-2,0 0,6-1,2 1,7-3,4 1,1-2,0 1,1-1,5 - 1,6-2,4 1,1-1,7
lớn
hơn
Lượng chạy dao trên đây được dung để gia công lỗ thông suốt, còn trong trường hợp gia công lỗ
không thong suốt, lượng chạy dao được lấy trong khoảng 0,2 đến 0,6mm/vg
- Theo t và s chọn tuổi bền của dao, sau đó xác định tốc độ cắt cho phép bởi tính
chất cắt gọt của dao.
- Theo tốc độ cắt tính số vòng quay n của trục chính rồi chọn số vòng quay của
máy (gần với vòng quay tính toán). Sau đó theo số vòng quay được chọn tính lại
tốc độ cắt thực tế.
- Xác định mômen xoắn Mx và công suất cắt Nc rồi so sánh với các thông số
tương ứng của máy. Nếu Mx và Nc tính toán lớn hơn Mx và công suất Nd của
máy thì phải giảm chế độ cắt. Trong trường hợp này trước cần phải giảm tốc
độ cắt sau đó cần phải giảm lượng chạy dao. Độ bền của cơ cấu chạy dao
thông thường không cần kiểm tra bởi ví khi khoét, lực chạy dao không đạt đến
giá trị cực đại.
3.2. Doa
Xác định chế độ cắt hợp lý khi doa cũng được tiến hành tương tự như khi
khoét cụ thể như sau:
- Chọn vật liệu phần cắt và thông số hình học của dao tùy thuộc vào tính chất
của vật liệu gia công và điều kiện cắt ( doa lỗ suốt hay lỗ không thông suốt) và
độ bong bề mặt yêu cầu.
- Xác định chiều sâu cắt t.
Chiều sâu cắt bằng lượng dư một phía, khi doa tính lượng dư phải nhỏ
nhất, nhưng không nhỏ hơn bán kính cong của răng dao.
- Xác định ;lượng chạy dao S.
Lượng chạy dao S phụ thuộc vào đường kính vật gia công và vật liệu
phần cắt của dao, tính chất của vật liệu gia công, độ chính xác và độ bóng theo
yêu cầu. Dao doa có số răng (lưỡi cắt) lớn hơn số răng dao khoét, vì vậy lượng
chạy dao trong vòng quay của dao lớn hơn lượng chạy dao khi khoét.
Bảng 12.3 cho biết lượng chạy dao khi doa phụ thuộc vào đường kính dao doa,
vật liệu dao và tính chất của vật liệu gia công.
BMCNCTM Trang: 70
- Nguyªn Lý C¾t
Bảng 12.3 Lượng chạy dao khi doa máy.
Đường Dao khoét thép gió Dao khoét hợp kim cứng
kính Thép Gang thép Gang Thép Gang thép Gang
dao σ b < 90 σ b >110 HB170 Chưa Nhiệt HB170
khoét (kG/mm2) (kG/mm2) nhiệt luyện
(mm) luyện
5 0,2-0,5 0,15-0,35 0,6-1,2 0,4-0,8 - - - -
10 0,4-0,9 0,35-0,7 1,0-2,0 0,65-1,3 0,35-0,5 0,25-0,35 0,9-1,4 0,7-1,1
20 0,65-1,4 0,55-1,2 1,5-3,0 1,0-2,0 0,4-0,6 0,30-0,40 1,0-1,5 0,8-1,2
30 0,8-1,8 0,65-1,5 2,0-4,0 1,3-2,6 0,5-0,7 0,35-0,45 1,2-1,8 0,9-1,4
40 0,95-2,1 0,8-1,8 2,5-5,0 1,6-3,2 0,6-0,8 0,40-0,50 1,3-2,0 1,0-1,5
60 1,3-2,8 1,0-2,3 3,2-6,4 2,1-4,2 0,7-0,9 - 1,6-2,4 1,25-1,8
80 1,5-3,2 1,2-2,6 3,75-7,5 2,6-5,2 0,9-1,2 - 2,0-3,0 1,5-2,2
Lượng chạy dao trên đây được dung để gia công lỗ thông suốt, còn trong trường hợp gia công lỗ không thong
suốt, lượng chạy dao được lấy trong khoảng 0,2 đến 0,6mm/vg
- Theo t và s chọn tuổi bền của dao rồi tính tốc độ cắt và số vòng quay của dao
n (của trục chính). Lượng chạy dao s và số vòng quay n cần được hiệu chỉnh
theo máy. Độ bền của cơ chạy dao và công suất của máy thông thường không
giới hạn đến chế độ cắt, bởi vì lực chạy dao và công suất cắt không đạt đến
giá trị cực đại.
Thời gian máy khi khoét và kho doa được xác định theo công thức sau:
L l + l1 + l 2
t= =
n.s n.s
Ở đây:
n- Số vòng quay của dao.
s- Lượng chạy dao (mm/vòng)
L- Chiều dài cắt (mm)
l- chiều dài lỗ gia công
D−d
l1 = .c.tgϕ
2
l: chiều dài thoát dao (l2 = 1 ÷ 3 mm khi khoét và l2 = (0,2 ÷ 0,5)lk khi doa)
lk : chiều dài phàn hiệu chỉnh của dao doa
2.3 Bào và xọc
2.3.1 Thành phần lực tác dụng lên dao bào
Lực cắt khi bào gồm các thành phần
- PZ – là lực nằm ngang song song với chuyển động của dao.
- Py : Lực thẳng đứng tác dụng vuông góc với bề mặt gia công. Dựa vào lực này
để tính cơ cấu truyền động chính, xích chạy dao và đài gá dao
- Px tác dụng lên dao theo phương chạy dao.
Lực cắt khi bài cũng chịu ảnh hưởng như các yếu tố cắt khi tiện do vậy các
thành phần lực Pz, Px, Py cũng được biểu thị bằng công thức thực nghiệm như
tiện:
Như Pz = Cz.txz.Syz.Kz (kG)
Các hệ số Cz,Kz và các hệ số mũ xz, yz được xác định theo sổ tay công nghệ chế
tạ máy.
BMCNCTM Trang: 71
- Nguyªn Lý C¾t
Công suất cắt được xác định theo công thức
PZ .Vc
Nc =
75.60.1,36
Công suất động cơ máy:
Nc
Nm =
η
Ở đây: η - hiệu suất máy.
Tốc độ cắt cho phép Vc của dao bào hoặc dao xọc được tính theo công thức:
Vc
Vc = .K v
T .t xv .S yv
m
Ở đây: các hệ số Cv , Kv và các số mũ m, xv, yv có ý nghĩa tương tự nư trong
công thức tính tốc độ cắt khi tiện.
Hình 2.6 Lực cắt khi bào
2.3.2 Chọn chế độ cắt khi bào.
1. Trình tự xác định chế độ cắt khi bào
a. Chiều sâu cắt
Xác định trên cơ sở tương tự nguyên công tiện khi gia công thô và tinh.
b. Bước tiến
Xác định theo bảng (1 -2); (2-2); (3-2), khi gia công trên máy bào giường (17-2);
(18-2); (19-2)…Trong sổ tay công nghệ chế tạo máy.
c. Tốc độ cắt
Tính tương tự như tiện ngoài nhưng phải nhân với hệ số hiệu chuẩn xét
đến tính va đập của phụ tải KVv.
Trị số của hệ số hiệu chuẩn KVv do tính va đập khi bào, xọc, ảnh hưởng đến V.
Kiểu máy Bào giường Bào ngang Xọc
Hệ số hiệu chỉnh KVv 1,0 0,8 0,6
BMCNCTM Trang: 72
- Nguyªn Lý C¾t
Dựa theo V đã tính toán xác định số hành trình kép trong một phút, từ đó
chọn số hành trình kép theo máy và tính vận tốc thực theo công thức.
KL(1 + m)
VcT = (m/ph)
1000
Trong máy bào VcT = VTb
d. Lực cắt và công suất cắt
Tính theo công thức tiện ngoài.
2. Trình tự xác định chế độ cắt khi bào
Xác định chế độ cắt hợp lý khi bào và xọc được thực hiện theo trình tự sau đây:
− Chọn chiều sâu cắt phụ thuộc lượng dư,độ chính xác và độ bóng bề mặt gia
công,công suất của máy.
− Chọn lượng chạy dao lớn nhất phụ thuộc vào độ bóng bề mặt gia công và độ
bền của phần cắt dụng cụ.
− Dựa theo các giá trị t,s và T xác định tốc độ cắt cho phép Vc .
− Dựa theo giá trị Vc xác định số hành trình kép n trong 1 phút:
1000Vc
n=
L(1 + m)
Số hành trình kép n ở công thức (10.10) cần được so sánh với số n của máy và
phải lấy giá trị nhỏ hơn so với n của máy.Khi biết n,ta xác định tốc độ cắt Vc
thực tế:
L.n(1 + m)
Vc =
1000
− Xác định lực cắt Pz :
Pz = C z .t xz .S yz .K z
− Kiểm tra công suất cắt của máy:
Pz .Vc
Nm >
75.60.1,36.η
Nếu công suất của máy N m không đủ thì phải giảm số hành trình kép của máy.
2.4 Phay
2.4.1 Các thành phần lực cắt khi phay
Lực cắt R tác dụng lên một răng dao phay có thể phân thành:
1. Với dao phay trụ răng thẳng
R = P z + Py hoặc: R = PH + P H + Pv
BMCNCTM Trang: 73
- Nguyªn Lý C¾t
P z - lực vòng (hay lực tiếp tuyến) là lực tạo thành mômen xoắn, mômen
vượt qua lực cản cắt. Bởi vì răng dao phay chuyển động theo mặt cắt thì
diện tích lớp cắt thay đổi làm cho hệ thống lực cắt thay đổi.
Pz .D
M tb =
2000
P .V
Ne = z
6120
Khi thiết kế hay kiểm tra thường tính toán động lực học của máy theo P z
ngoài ra, P z còn gây uốn trục dao.
P y - lực hướng kính, tác dụng đẩy chi tiết hỏi dao theo hướng kính. Lực này
tác dụng vuông góc với trục chính của máy phay, có xu hướng uốn trục dao,
đồng thời tạo ra một áp lực trên các ổ trục chính. Do đó gây ra mômen ma sát
phụ trên ổ dao. Lực này là yếu tố quan trọng để tính toán ổ trục chính cũng
như tải trọng phức hợp.
Hình 2.7 Lực cắt khi phay nghịch và phay thuận
Do đó, trục gá dao phay khi làm việc chịu uốn bởi các lực P z và P y
hay hợp lực R của chúng. Ngoài ra nó còn chịu xoắn do momen cản cắt Mc
và vì vậy tiến hành tính toán sức bền của trục gá theo trạng thái chịu lực
phức tạp.
→
- Pd Thành phần lực thẳng đứng, qua nó có thể tính kết cấu đồ gá kẹp chi
tiết và tính áp lực trên bề mặt của sống trượt bàn máy phay.
BMCNCTM Trang: 74
- Nguyªn Lý C¾t
Hình 28 Thành phần lực khi phay bằng dao phay trụ răng xoắn
→
- PN Thành phần nằm ngang, hay lực chạy dao vì nó có phương trùng với
phương chạy dao. Dùng để tính toán cơ cấu chạy dao cũng như đồ gá kẹp
chi tiết.
2. Với dao phay trụ răng nghiêng:
Ngoài các lực trên còn có lực chiều trục P 0 , có hướng phụ thuộc vào góc
nghiêng của răng dao ω .
P0=Pz.tgω
Mặt khác, dọc theo răng dao còn chịu thêm một lực ma sát Ps , được tạo thành
do ma sát của phoi khi trượt trên mặt trước theo phương xoắn của răng và có
tác dụng giảm P 0 . Khi đó:
P0= ≈ 0,28.Pz.tgω
P 0 có xu hướng gây ra chuyển động dọc trục của dao, tạo áp lực trên ổ trục
chính. Khi sử dụng, nên lắp dao sao cho P 0 hướng vào ổ đỡ trục chính của
máy hoặc các thành phần P 0 triệt tiêu lẫn nhau.
BMCNCTM Trang: 75
nguon tai.lieu . vn
