68 CHƯƠNG 8: KHOAN, KHOÉT, DOA Mã chương MH18-08 Giới thiệu Nội dung của chương giới thiệu công dụng, đặc điểm của gia công khoan – khoét – doa và các phương pháp gia công khoan – khoét – doa; vận dụng các kiến thức vào thực tế gia công. Mục tiêu: - Giải thích được công dụng, đặc điểm của dụng cụ khoan-khoét-doa; - Vẽ được các góc độ dao khoan, khoét, doa; - Tra được chế độ cắt bằng bảng số; - Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cực sáng tạo trong học tập. Công dụng và đặc điểm Mục tiêu: - Trình bày được đặc điểm của khoan, khoét, doa; - Tích cực, tự giác trong học tập. Khoan, khoét, doa đều là phương pháp gia công lỗ.
Tuỳ theo hình dạng, kích thước lỗ, tinh chất vật liệu gia công và chất lượng yêu cầu mà ta chọn một, hai hay cả ba phương pháp nêu trên để gia công một lỗ. Ví dụ: có lỗ chỉ cần khoan, có lỗ khoan xong rồi khoét nhưng có lỗ khoan xong rồi khoét và doa. Tuy khoan, khoét, doa có thể đạt độ chính xác khác nhau nhưng chúng đều có chung các chuyển động sau đây: - Chuyển động chính là chuyển động quay tròn của dao (dụng cụ cắt). - Chuyển động chạy dao là chuyển động dọc trục mang dao.
- Tốc độ cắt được tính : n.D V m / ph 1000 Trong đó : D – đường kính của mũi khoan, doa, khoét. n – số vòng quay sau một phút. - Lượng chạy dao sau một vòng quay được tính: S0 = Sz.Z Trong đó : Sz -lượng chạy dao của một lưỡi cắt của dao. Z - số lưỡi cắt của dao.
- Chiều sâu cắt khi khoan (phôi chưa có lỗ) được tính t D mm 2 69 Khi phôi đã có lỗ với đường kính d thì chiều 2. Khoan Dd t mm 2 Mục tiêu: - Nêu được cấu tạo của mũi khoan ruột gà; - Trình bày được các yếu tố của chế độ cắt khi khoan; - Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt khi khoan. - Phân loại theo hình dáng mũi khoan. + Khoan ruột gà, mũi khoan đầu rắn.
+ Khoan bằng, mũi khoan vòng. - Phân loại theo kết cấu chuẩn mũi khoan. + Đuôi trụ, đuôi côn, đuôi vuông. - Phân loại theo công dụng.
+ Khoan thông thường (ruột gà). + Khoan liên hợp. + Khoan lỗ tâm. Trong các loại trên, mũi khoan ruột gà được sử dụng rộng rãi nhất.
Mũi khoan ruột gà được tiêu chuẩn hóa. Cấu tạo mũi khoan ruột gà. Cấu tạo mũi khoan xoắn ruột gà S0/2 so/2 t=D/2 t Hình 8.1: Cấu tạo mũi khoan Về mặt kết cấu chung thì mũi khoan chia làm ba bộ phận: 70 1-Phần cán: là bộ phận dùng lắp vào trục chính của máy khoan để truyền mô men xoắn và truyền chuyển động khi cắt. Mũi khoan đường kính lớn hơn 20mm làm cán hình côn, còn đường kính nhỏ hơn 10mm thì có cán hình trụ, đường kính từ 10 đến 20 có thể cán hình côn hoặc trụ.
2-Phần cổ dao : là phần nối tiếp giữa cán dao và phần làm việc. Nó chỉ có tác dụng để thoát đá mài khi mài phần chuôi và phần làm việc.Thường ở đây được ghi nhãn hiệu của mũi khoan. 3-Phần làm việc: gồm có phần sửa đúng và phần cắt: Hình 8.2: Cấu tạo phần làm việc của mũi khoan a - Phần sửa đúng (trụ định hướng) : có tác dụng định hướng mũi khoan khi làm việc. Nó còn là phần dự trữ khi mài lại phần cắt đã bị mòn.
Đường kính của phần định hướng giảm dần từ phần cắt về phía chuôi, để tạo thành góc nghiêng phụ 1. Lượng giảm thường là từ 0,01-0,08 mm trên 100 mm chiều dài. Trên phần định hướng có hai rãnh xoắn để thoát phoi, với góc xoắn =18-300, thay đổi tùy theo đường kính và điều kiện gia công. Dọc theo rãnh xoắn, ứng với đường kính ngoài có 2 dãy cạnh viền chiều rộng f.
Chính cạnh viền này có tác dụng định hướng mũi khoan khi làm việc. Mặt khác nó có tác dụng làm giảm ma sát giữa mặt trụ mũi khoan và mặt đã gia công của lỗ. Phần kim loại giữa 2 rãnh xoắn là lõi mũi khoan. Thường đường kính lõi làm lớn dần về phía chuôi để tăng sức bền của mũi khoan.
Lượng tăng thường từ 1,4-1,8 mm trên 100 mm chiều dài của mũi khoan, tuỳ theo vật liệu làm dụng cụ. b - Phần cắt : là phần chủ yếu của mũi khoan dùng để cắt vật liệu tạo ra phoi. Mũi khoan có thể coi như là hai dao tiện ghép với nhau bằng lõi hình trụ. 71 Mũi khoan gồm có 5 lưỡi cắt: 2 lưỡi cắt chính và; hai lưỡi cắt phụ và một lưỡi cắt ngang.
Lưỡi cắt phụ là đường xoắn, chạy dọc cạnh viền của mũi khoan, nó chỉ tham gia cắt trên một đoạn ngắn chừng một nửa lượng chạy dao.3: Các thông số hình học của mũi khoan Mặt trước của mũi khoan là mặt xoắn. Mặt sau của nó có thể là mặt côn, mặt xoắn, mặt phẳng hay mặt trụ, tùy theo cách mài mặt sau. Yếu tố cắt khi khoan. Các sơ đồ cắt chủ yếu khi khoan gồm : a- khoan lỗ không thông trong vật liệu đặc b- Khoan rộng lỗ đã có trước trong phôi Trên hình vẽ này đã ký hiệu các yếu tố cắt trong hai sơ đồ khác nhau gồm: Hình 8.4 Các yếu tố cắt khi khoan 72 Các yếu tố của chế độ cắt khi khoan - Tốc độ cắt V : Đó là tốc độ vòng ứng với đường kính lớn nhất của mũi khoan.
Dn V= m/ph 1000 Trong đó : D - đường kính của mũi khoan ,mm n - số vòng quay của mũi khoan trong một phút , vg/ph. - Chiều sâu cắt t : D Khi khoan lỗ trong phôi đặc: t = mm 2 D d Khi khoan rộng lỗ: t = mm 2 Trong đó: d - đường kính lỗ trước khi khoan rộng mm. - Lượng chạy dao S: Lượng dịch chuyển của mũi khoan theo chiều trục sau khi mũi khoan quay một vòng (mm/vg). Vì mũi khoan có hai lưỡi cắt chính nên lượng chạy dao do mũi lưỡi thực hiện là: s sz = 2 (mm/răng) Lượng chạy dao phút tính theo công thức: sph = s.
- Chiều rộng cắt b, chiều dày cắt a và diện tích cắt f : Khi tính ta bỏ qua không tính đến ảnh hưởng của lưỡi cắt ngang. 2 sin 2 s Khi khoan lỗ ở vật liệu đặc thì: f = a.b = D (mm2) 4 (D d )s Khi khoan rộng lỗ: f = a. Lực và momen xoắn. Công cắt khi khoan là do lực tác dụng lên lưỡi cắt của mũi khoan sinh ra.Tuy rằng tại mỗi điểm của lưỡi cắt lực tác dụng khác nhau, song để tiện 73 nghiên cứu ta coi hợp lực của các phân tố đó tập trung ở điểm A cách tâm điểm khoan một đoạn bằng D/4 Cũng như dao tiện, lực tác dụng lên mũi khoan cũng được phân thành ba thành phần lực theo các trục tọa độ ox, oy, oz.
Các thành phằn đó là: a- Lực Py còn gọi là lực hướng kính tác dụng trên hai lưỡi cắt chính, có trị số bằng nhau và ngược chiều nhau nên cùng triệt tiêu lẫn nhau. Nếu chú ý cả hai lưỡi cắt phụ thì phải kể cả hai lực Py’ nữa và chúng cũng triệt tiêu lẫn nhau. b- Lực chiều trục P0 có xu hướng chống lại lực chạy dao. Lực P0 bằng tổng các lực chiều trục Px tác dụng lên lưỡi cắt chính, lực chiều trục Px’ tác dụng lên lưỡi cắt phụ và lực chiều trục Pn tác dụng lên lưỡi cắt ngang.
Lực Px chiếm khoảng 40% lực P0. Lực Px’ chiếm khoảng 3% lực P0. Lực Pn chiếm khoảng 57% lực P0. x Px Px Py A Py A A Pz y Pz A z Hình 8.5: Lực và mômen xoắn khi khoan c- Lực tiếp tuyến Pz gây ra mômen cắt chính.
Thực nghiệm chứng tỏ rằng 80% mômen là do lực tiếp tuyến tác dụng trên lưỡi cắt chính, 12% là do lực tiếp tuyến trên lưỡi cắt phụ, còn lại 8% là do lực tiếp tuyến trên lưỡi cắt ngang. Hiện nay chưa có công thức lý thuyết để tính mômen cắt và lực chiều trục. Người ta nghiên cứu bằng thực nghiệm ảnh hưởng của các yếu tố cắt và điều kiện gia công đến mô men và lực cắt rồi từ đó lập nên các công thức thực nghiệm có dạng sau đây: 74 Mô men cắt : Mx = Cm .mm x y Lực chiều trục : P0 = C0. s p K p0 N Trong đó : Cm, C0 - Hệ số phụ thuộc tính chất vật liệu gia công, hình dạng hình học của mũi khoan và các điều kiện khác.
D-Đường kính mũi khoan mm S- lượng chạy dao mm/vg Các gía trị của các hệ số Cm,C0 của các số mũ xm, ym, xp, yp ,các giá trị của hệ số điều chỉnh Km, Kp0 có thể tra trong sổ tay về chế độ cắt. 1-Ảnh hưởng của góc xoắn : Từ công thức tính góc trước đã thiết lập ở trên ta thấy rằng khi = const và DA = D thì A = k tg, hay nói khác đi, góc trước trên phần cắt của mũi khoan tỉ lệ với góc nghiêng của rãnh xoắn. Như vậy tăng góc tăng lên thì góc trước tăng dần, công biến dạng dẻo và ma sát giảm xuống làm cho mô men xoắn Mx và lực chiều trục P0 giảm xuống. Song qua thực nghiệm, người ta đã xác định rằng, nếu tăng lên đến 35% thì lúc đó lực chiều trục P0 và mô men xoắn Mx giảm không đáng kể.
Đó là vì với góc lớn, phoi thoát ra sẽ phải chuyển động theo đường xoắn dài hơn, nên lực ma sát giữa phoi và thành rãnh tăng lên. Ngoài ra khi tăng lên cũng đồng thời làm giảm độ bền của mũi khoan. Vì thế ở mũi khoan thép gió thường chọn = 25-300 dể gia công thép và gang và = 400-450 để gia công kim loại màu. Đối với mũi khoan đường kính nhỏ (D<10mm),để tăng độ bền và độ cứng vững của chúng người ta chọn góc xoắn = 18-280.
2-Anh hưởng của góc nghiêng chính : Góc có ảnh hưởng khác nhau đến lực chiều trục P0 và mô men xoắn Mx. Tăng góc (khi D=const) thì chiều dày lớp cắt tăng lên và chiều rộng giảm xuống (diện tích lớp cắt không đổi) do đó biến dạng của phoi giảm xuống. Mặt khác, nếu góc tăng lên sẽ làm cho mũi khoan khó ăn vào kim loại, lực hướng trục P0 sẽ tăng lên, vì thành phần lực hướng tâm trên lưỡi cắt chính tăng lên (Px = PN sin ).