ĐẶT VẤN ĐỀ Việc ngiên cứu lực cắt trong quá trình gia công cắt gọt có ý nghĩa rất quan trọng cả về lý thuyết lẫn thực tiễn. Trong thực tế, những nhận thức về lực cắt rất quan trọng để thiết kế dụng cụ cắt, thiết kế đồ gá, tính toán và thiết kế máy móc thiết bị,… Dưới tác dụng của lực cắt và nhiệt thì dụng cụ cắt sẽ mòn, bị phá hủy. Muốn hiểu được quy luật mài mòn và phá hủy thì phải hiểu được quy luật tác động của lực cắt. Muốn tính công tiêu hao khi cắt cũng cần phải biết được lực cắt.
Giữ ổn định lực cắt trong quá trình gia công sẽ giúp ta cải thiện được chất lượng bề mặt gia công, tăng năng suất và giảm bớt việc mòn và gãy dụng cụ trong quá trình gia công. Vì vậy việc nghiên cứu lực cắt có vai trò rất quan trọng cần phải biết. Mặt khác từ việc xác định được lực cắt chúng ta có thể tính toán được hệ số ma sát. Việc biết được hệ số ma sát có thể xem là “chìa khóa cho sự biết được quá trình cắt”.Từ đó định hướng cho các nhà vật liệu học nghiên cứu các vật liệu mới nhằm giảm ma sát.CÁC THÀNH PHẦN LỰC CẮT VÀ KÝ HIỆU LỰC CẮT TRÊN MỘT SỐ DỤNG CỤ THÔNG DỤNG 1.
Lực cắt khi tiện: Hình 1.1: Các thành phần lực cắt của lưỡi cắt đơn *************************************************************************** HVTH: Phan Thị Cẩm Thanh (MSHV:0904380) Lớp: CTM K2009 LUẬN VĂN THẠC SĨ 10 GVHD: PGS-TS Trần Doãn Sơn *************************************************************************** Hệ thống lực cắt khi tiện được mô tả sơ bộ ở hình trên. Lực tổng hợp R được phân tích thành 3 thành phần. Lực tiếp tuyến Pz, lực hướng kính Py và lực ngược hướng với chuyển động chạy dao( lực chiều trục) Px. R = Px2 + Py2 + Pz2 1.
Lực cắt khi khoan. 2: Các thành phần lực cắt của mũi khoan Khi khoan gồm các thành phần lực sau: - Cặp lực tiếp tuyến PT1, PT2 (Tương tự với lực PZ ở trong tiện). - Lực PX1, PX2 lực song song với trục mũi khoan. - Thành phần lực tổng hợp PXe.
Tổng hình chiếu của các lực trên trục x trùng với trục mũi khoan chính là lực chiều trục khi khoan, thông thường lực này rất lớn khi khoan. PXT= PX1+ PX2+ PXe *************************************************************************** HVTH: Phan Thị Cẩm Thanh (MSHV:0904380) Lớp: CTM K2009 LUẬN VĂN THẠC SĨ 11 GVHD: PGS-TS Trần Doãn Sơn *************************************************************************** Còn các thành phần lực PY1, PY2 là lực hướng kính tác dụng trên hai lưỡi cắt chính. Chúng ngược hướng và có trị số bằng nhau nên triệt tiêu lẫn nhau nếu hình học của dao được làm chính xác. Lực cắt khi phay.3: Các thành phần lực cắt của dao phay Gồm các thành phần lực: - Lực tiếp tuyến PT, là lực cắt chính.
- Lực hướng kính tác dụng vuông góc với phương trục chính PR. - Lực chiều trục PY. NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH CẮT 1.1 Mô hình cắt trực giao: Trong quá trình gia công kim loại, về mặt hình học thì khá phức tạp. Có một mô hình cắt được dùng mà nó không tâm đến những yếu tố phức tạp về mặt hình học nhưng vẫn mô tả khá chính xác quá trình gia công đó là mô hình cắt trực giao.
Mặc dù quá trình gia công thực tế có 3 chiều, nhưng trong mô hình cắt trực giao chỉ có 2 chiều nhưng nó vẫn đóng vai trò quan trọng trong việc phân tích và đánh giá. Các giả định trong cắt trực giao - Mô hình cắt được biểu diễn tương xứng bởi hình học 2 chiều. *************************************************************************** HVTH: Phan Thị Cẩm Thanh (MSHV:0904380) Lớp: CTM K2009 LUẬN VĂN THẠC SĨ 12 GVHD: PGS-TS Trần Doãn Sơn *************************************************************************** - Dụng cụ cắt sắc bén. - Dụng cụ cắt tiếp xúc với phoi ở mặt trước của nó.
- Biến dạng chính xảy ra trong 1 vùng rất nhỏ sát ngay bề mặt trượt( shear plane) - Cạnh cắt vuông góc với hướng cắt.4: Mô hình cắt trực giao 1. Xấp xỉ mô hình cắt trực giao với mô hình tiện Mô hình cắt trực giao có thể được xem như mô hình gia công tiện và các phương pháp gia công một lưỡi cắt khác sao cho bước tiến f trong gia công tương ướng với chiều sâu cắt t. Như vậy hầu hết quá trình cắt sẽ diễn ra theo hướng của bước tiến f và quá trình cắt tại mũi dao sẽ được bỏ qua. *************************************************************************** HVTH: Phan Thị Cẩm Thanh (MSHV:0904380) Lớp: CTM K2009 LUẬN VĂN THẠC SĨ 13 GVHD: PGS-TS Trần Doãn Sơn *************************************************************************** a) Mô hình cắt khi tiện b) Mô hình cắt trực dao Hình 1.5: Chuyển đổi từ mô hình tiện sang mô hình cắt trực giao Các ký hiệu về điều kiện cắt gọt trong hai trường hợp này cũng có sự khác nhau.
Chiều dày phoi trước khi gia công to trong mô hình cắt trực dao tương ứng với bước tiến f trong tiện, và chiều rộng w trong mô hình cắt trực dao tương ứng với chiều sâu cắt d trong tiện. Thêm vào đó lực đẩy trong cắt trực giao tương ứng với lực ăn dao khi tiện.Còn tốc độ cắt trong hai trường hợp này đều được ký hiệu như nhau. Và bảng sau chỉ các ký hiệu trong mô hình cắt trực dao và tiện. Mô hình tiện Mô hình cắt trực dao Bước tiến f Chiều dày phoi trước khi gia công to Chiều sâu cắt d Chiều rộng cắt w Lực cắt Fc Lực cắt Fc Lực ăn dao Ff Lực đẩy Ft 1.
Quá trình trình cắt và tạo phoi.1 Quá trình cắt *************************************************************************** HVTH: Phan Thị Cẩm Thanh (MSHV:0904380) Lớp: CTM K2009 LUẬN VĂN THẠC SĨ 14 GVHD: PGS-TS Trần Doãn Sơn *************************************************************************** Khi cắt để có thể tạo ra phoi lưc tác dụng vào dao cần phải đủ lớn để tạo ra trong lớp kim loại bị cắt một ứng suất lớn hơn sức bền của vật liệu bị gia công. Hình dạng, độ cứng, mức độ biến dạng và cấu tạo phoi chứng tỏ rằng lớp kim loại bị cắt thành phoi đã chịu một ứng suất như vậy. Việc nghiên cứu quá trình tạo phoi có một ý nghĩa rất quan trọng vì trị số của công cắt, độ mòn của dao và chất lượng bề mặt gia công phụ thuộc vào quá trình tạo phoi. Khi cắt do tác dụng của lực cắt dao bắt đầu nén vật liệu gia công theo mặt trước.
Khi dao tiếp tục chuyển động trong vật liệu gia công phát sinh biến dạng đàn hồi, biến dạng này nhanh chóng chuyển sang biến dạng dẻo, di chuyển thoe mặt trước của dao. Nghiên cứu kim tương khu vực tạo phoi chứng tỏ rằng giữa lớp kim loại bị cắt và phoi có một khu vực biến dạng goi là miền biến dạng trượt. Ngoài ra lớp kim loại bị cắt sau khi đã bị biến dạng trong miền biến dạng trượt khi chuyển thành phoi còn chịu thêm biến dạng phụ do ma sát với mặt trước của dao. Được biểu diễn trên mô hình sau: Hình 1.6: Biểu diễn quá trình cắt *************************************************************************** HVTH: Phan Thị Cẩm Thanh (MSHV:0904380) Lớp: CTM K2009 LUẬN VĂN THẠC SĨ 15 GVHD: PGS-TS Trần Doãn Sơn *************************************************************************** 1.2 Các dạng phoi Tùy theo vật liệu gia công, thông số hình học của dao và chế độ cắt, phoi cắt ra có 4 hình dáng cơ bản sau: Hình 1.7:Các dạng phoi - Phoi vụn (hình a): Khi gia công vật liệu giòn( như gang…) với tốc độ cắt thấp ta thường thu được lại phoi này.
Phoi bị tách ra chủ yếu do tác dụng của ứng suất kéo, không qua gia đoạn biến dạng dẻo, bởi vì vật liệu là loại vật liệu có ứng suất kéo kém hơn ứng suất nén rất nhiều. Độ bóng đạt được khi cắt phoi vụn không cao, bề mặt có cấu tạo gần giống như bề mặt kim loại khi bị phá hủy giòn. - Phoi dây (hình b): Khi gia công vật liệu dẻo với tốc độ cao và chiều dày cắt bé. Phoi kéo dài liên tục, mặt kề với mặt trước của dao rất bóng, còn mặt đối diện hơi bị gợn.
Quá trình trượt dẻo không lớn, quá trình cắt dễ dàng hơn. - Phoi dây với lẹo dao (hình c): Khi gia công vật liệu dẻo với tốc độ từ thấp đến trung bình, thì ma sát sinh ra giữa dụng cụ cắt và phoi có xu hướng gây ra phần của kim loại bị cắt dính chặt vào lưỡi cắt của dụng cụ. Sự hình thành này được gọi là hiện tượng lẹo dao. Sự hình thành lẹo dao là có chu kỳ, nó hình thành và phát triển, sau đó trở nên không ổn định và mất đi.
Khi lẹo dao bị cuốn đi theo phoi có thể một phần bám vào bề mặt gia công, đó chính là nguyên nhân làm cho bề mặt gia công trở nên thô. Đồng thời *************************************************************************** HVTH: Phan Thị Cẩm Thanh (MSHV:0904380) Lớp: CTM K2009 LUẬN VĂN THẠC SĨ 16 GVHD: PGS-TS Trần Doãn Sơn *************************************************************************** sự xuất hiện và mất đi của lẹo dao làm cho các góc cắt của dao trong quá trình cắt luôn luôn biến đổi. - Phoi xếp (hình d): Phoi thu được khi gia công vật liệu dẻo(thép, đồng thau…) ở tốc độ cắt thấp, chiều dày cắt lớn và góc cắt của dao có giá trị tương đối lớn. Phoi kéo dài từng đoạn ngắn, mặt đối diện với mặt trước của dao rất bóng, mặt kia có dạng răng cưa.
Mức độ trượt dẻo thể hiện rất rõ. Phoi xếp chịu biến dạng rất lớn, độ cứng của phoi thu được tăng 2-3 lần vật liệu gia công. Nếu giữ nguyên các điều kiện cắt khác và tăng tốc độ cắt thì sự biến dạng của phoi giảm đi, khiến cho bán kính của cuộn phoi tăng lên Góc cắt càng lớn, chiều dày cắt càng bé thì biến dạng của phoi càng lớn nên bán kính của cuộn phoi càng nhỏ. Dạng mặt trước của dao cũng ảnh hưởng rất lớn đến bán kính của cuộn phoi.
Khi dao mòn mặt trước, tạo ra một rãnh cong thì độ cong của rãnh đó trực tiếp ảnh hưởng đến bán kính của cuộn phoi. Diện tích tiếp xúc của phoi với mặt trước của dao phụ thuộc vào tính chất vật liệu gia công, tốc độ cắt, chiều dày cắt và các điều kiện cắt khác. Nếu diện tích tiếp xúc đó giảm đi thì khi cùng một giá trị lực cắt tải trọng đơn vị lên dao sẽ tăng lên.3 Hệ số co rút phoi Hình 1.8: Mô hình hình học và thông số của quá trình cắt *************************************************************************** HVTH: Phan Thị Cẩm Thanh (MSHV:0904380) Lớp: CTM K2009 LUẬN VĂN THẠC SĨ 17 GVHD: PGS-TS Trần Doãn Sơn *************************************************************************** Tỷ lệ giữa chiều dày phoi ban đầu chưa bị biến dạng to chiều dày cắt với chiều dày phoi tc được goi là hệ số cắt r: t r= o tc Vì chiều dày phoi sau khi cắt luôn lớn hơn chiều dày tương ứng ban đầu nên hệ số cắt r nhỏ hơn 1. Mô hình hình học của cắt trực giao cũng cho phép thiết lập mối quan hệ quan trọng giữa hệ số cắt r, góc trước α và góc trượt φ .
