nghiên cứu sự ảnh hưởng của loại dung dịch bôi trơn làm nguội tối thiểu đến lực cắt và nhám bề mặt khi tiện cứng thép 9 xc

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT THAI NGUYÊN




LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGHÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY



NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA LOẠI DUNG DỊCH
BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU ĐẾN LỰC CẮT
VÀ NHÁM BỀ MẶT KHI TIỆN CỨNG THÉP 9XC




NGUYỄN TRỌNG ANH TUẤN

THÁI NGUYÊN-2010
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ

KÝ HIỆU
TT
Tên gọi
Ký hiệu
Thứ nguyên
1
Lƣu lƣợng tƣới
Q
l/ph
2
Áp lực tƣới
p
KG/cm
2
3
Số vòng quay trục chính
n
v/ph
4
Lƣợng chạy dao vòng
S
mm/vg
5
Lƣợng chạy dao phút

S
mm/ph
6
Chiều sâu cắt
t
mm
7
Lƣợng mòn của dao
u
μm
8
Tốc độ mòn của dao

Μm/ph
9
Nhám bề mặt
R
a

μm
10
Tuổi bền của dụng cụ cắt
T
Phút


CÁC BẢNG BIỂU

TT
Tên bảng

Nội dung
1
Bảng 1
Hằng số lực cắt Cp khi cắt vật liệu dẻo
2
Bảng 2
Hằng số lực cắt Cp khi cắt vật liệu dòn
3
Bảng 3
Lực cắt và độ nhám khi tiện khô.
4
Bảng 4
Lực cắt và độ nhám khi tiện có MQL , DDTN-Emusil 10%
5
Bảng 5
Lực cắt và độ nhám khi tiện có MQL , DDTN-Dầu Lạc



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

TT
Tên hình
Nội dung
1
Hình 1.1
Qúa trình hình thành phoi khi tiện thƣờng
2

Hình 1.2
Sơ đồ quá trình hình thành phoi thép
3
Hình 1.3
Các loại phoi
4
Hình 1.4
Sơ đồ nguồn gốc của lực cắt.
5
Hinh 1.5
Nguồn gốc và sự phân bố lực cắt
6
Hình 1.6
Quan hệ giữa θ và v
7
Hình 1.7
Quan hệ giữa chiều dày cắt và nhiệt cắt
8
Hình 1.8
Quan hệ giữa nhiệt cắt với b
9
Hình 1.9
Các dạng mài mòn của dung cụ cắt
10
Hình 1.10
Mài mòn mặt sau
11
Hình 1.11
Mài mòn Crater
12

Hình 1.12
Các dạng mài mòn khi tiện
13
Hình 1.13
Chi tiết bề mặt vật rắn
14
Hình 1.14
Qúa trình hình thành phoi khi tiện cứng
15
Hình 3.1
Sơ đồ nguyên lý đầu phun
16
Hình 3.2
Đầu Phun
17
Hình 3.3
Máy nén khí
18
Hình 3.4
Máy đo nhám Mitutoyo SJ-201
19
Hình 3.5
Dao và cán dao
20
Hình 3.6
Mảnh dao CBN
21
Hình 3.7
Lực cắt Py ở ba chế độ bôi trơn
22

Hình 3.8
Lực cắt trung bình P
y

23
Hình 3.9
Lực cắt P
z
ở ba chế độ bôi trơn
24
Hình 3.10
Lực cắt trung bình P
z

25
Hình 3.11
Độ nhám Ra của ba chế độ bôi trơn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


Phần phụ lục

Danh mục các Ký hiệu, bảng biểu và các hình vẽ
LỜI NÓI ĐẦU

LỜI CÁM ƠN
1. Tính cấp thiết của đề tài.
2. Mục đích và phƣơng pháp nghiên cứu
3. Đối tƣợng nghiên cứu
4.Nội dung nghiên cứu

5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn.
5.1. Ý nghĩa khoa học
5.2. Ý nghĩa thực tiễn.
6. Nội dung luận văn.
Mở đầu
Chƣơng 1: Tổng quan về tiện cứng và bôi trơn làm nguội khi tiện cứng
Chƣơng 2: Nghiên cứu ứng dụng bôi trơn tối thiểu vào quá trình tiện
cứng
Chƣơng 3: Nghiên cứu thực nghiệm
Phần kết luận chung
- Kết luận chung cả luận văn
- Hƣớng nghiên cứu tiếp theo, các kiến nghị
Phần phụ lục
Tài liệu tham khảo

CHƢƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ TIỆN CỨNG VÀ LÀM NGUỘI TỐI KHI TIỆN CỨNG
1.1. Khái niện, ƣu nhƣợc điểm và phạm vi ứng dụng
1.1.1. Khái niệm
1.1.2. Ƣu nhƣợc điểm
1.1.3. Phạm vi ứng dụng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1.2. Cơ sở vật lý của quá trình cắt khi tiện
1.2.1. Khái niệm
1.2.2. Qúa trình tạo phoi và phân loại phoi
1. Quán trình tạo phoi
2. Phân loại phoi
1.2.3. Lực cắt
1. Lực cắt khi tiện và các thành phần của lực cắt

2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến lực cắt khi tiện
a) Ảnh hƣởng của chi tiết gia công đến lực cắt
b) Ảnh hƣởng của điều kiện gia công đến lực cắt
1.2.4. Nhiệt cắt
1. Qúa trình hình thành nhiệt khi tiện
2. Ảnh hƣởng của nhiệt cắt đến quá trình cắt khi tiện
3. Các yếu tố ảnh hƣởng của nhiệt cắt khi tiện
4. Ảnh hƣởng của dung dịch trơn nguội dến nhiệt cắt
1.2.5. Mòn dụng cụ
1. Các dạng mài mòn
2. Ảnh hƣởng của dung dịch trơn nguội đến mòn dụng cụ
1.2.6. Chất lƣợng bề mặt
1. Khái niệm chung của lớp bề mặt
2. Bản chất của lớp bề mặt
3. Tính chất hóa lý của lớp bề mặt
1.3. Qúa trình cắt khi tiện cứng
1.3.1. Qúa trình tạo phoi khi tiện cứng
1. Quá trình tạo phoi và phân loại phoi
1.3.2 Lực cắt
1.3.3. Nhiệt cắt
1.3.4. Mòn dụng cụ
1.3.5. Chất lƣợng bề mặt
1.4. Bôi trơn làm nguội khi tiện cứng
1.4.1. Khái niệm
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1 4.2. Dung dịch bôi trơn làm nguội trong gia công cắt gọt
1. Yêu cầu và tác dụng của chất làm dung dịch bôi trơn-làm nguội
2. Một số hóa chất thƣờng dùng trong bôi trơn làm nguội
1.4.3. Các phƣơng pháp bôi trơn làm nguội

1.4.4. Bôi trơn làm nguội khi tiện cứng
1.5. Khái quát tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc
1.5.1. Khái quá về tình hình nghiên cứu trên thế giới
1.5.2. Khai quát tình hình nghiên cứu ở Việt Nam
Kết luận chƣơng 1

CHƢƠNG 2:
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BÔI TRƠN LÀM
NGUỘI TỐI THIỂU ( MQL ) VÀO QUÁ TRÌNH TIỆN CỨNG

2.1. Bôi trơn làm nguội tối thiểu ( MQL )
2.1.1. Bản chất của MQL
2.1.2. Ƣu nhƣợc điểm
1. Ƣu điểm
2. Nhƣợc điểm
2.1.3. Phạm vi ứng dụng
2.2 Ảnh hƣởng các thông số công nghệ đến MQL
2.2.1. Vị trí vòi phun
2.2.2. Loại dung dịch
2.2.3. Các phƣơng pháp gia công
2.2.4. Áp lực Lƣu lƣợng dòng khí
2.3. Ứng dụng MQL vào tiện cứng
2.3.1. Lý do
2.3.2. Mục đích nghiên cứu
2.3.3. Giới hạn vấn đề nghiên cứu
Kết luận chƣơng 2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

CHƢƠNG 3
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

3.1. Xây dựng hệ thống thí nghiệm
3.1.1. Yêu cầu hệ thống thí nghiệm
3.1.2. Trang thiế t bị thí nghiệ m
3.2. Nghiên cứu thực nghiệm
3.2.1. Qúa trình thí nghiệm
3.2.2. Số liệu thí nghiệm
3.2.3. Sử lý số liệu thí nghiệm
1. Lực cắt P
X
,
2. Lực cắt P
Z

3. Độ nhám
- Thảo luận kết quả
Kết luận chƣơng 3
Phần kết luận chung
- Kết luận chung cả luận văn
- Hƣớng nghiên cứu tiếp theo, các kiến nghị
Tài liệu tham khảo

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


LỜI NÓI ĐẦU



LỜI CÁM ƠN

Đầu tiên tôi xin gởi đến TS. Trần Minh Đức lời cám ơn sâu sắc. Thầy
đã tận tình hƣớng dẫn tôi để thục hiện đề tài này, định hƣớng đề tài và sự
hƣớng dẫn tận tình của thầy để tôi đƣợc tiếp cận và khai thác các tài liệu
chuyên môn cũng nhƣ những chỉ bảo trong quá trình viết luận văn và làm
thực nghiệm.
Ngoài ra tôi cũng hết sức cám ơn các anh em công nhân, nghiên cứu
sinh: Cao Thái Sơn đã giúp tôi hoàn thành tốt luận văn này.
Và cũng không thể quên nói lời cám ơn đến gia đình của tôi. Tôi xin
chúc mọi ngƣời sức khõe, hạnh phúc và thành đạt.



Huế, ngày Tháng Năm 2010
Học viên






Nguyễn Trọng Anh Tuấn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


1. Tính cấp thiết của đề tài.
- Tiện cứng có nhiều lợi thế so với mài. Lợi thế đáng kể nhất của tiện cứng là
có thể dùng cùng một dụng cụ mà vẫn gia công đƣợc nhiều chi tiết có hình dáng
khác nhau bằng cách thay đổi đƣờng chạy dao. Trong khi đó muốn mài đƣợc hình
dạng chi tiết khác thì phải sửa lại đá hoặc thay đá khác. Đặc biệt tiện cứng có thể
gia công đƣợc biên dạng phức tạp mà mài khó có thể thực hiện đƣợc. Nếu xét về chi

phí đầu tƣ thì một máy tiện CNC chỉ bằng khoảng 1/2 đến 1/10 máy mài CNC.
- Tiện cứng là phƣơng pháp tiện sử dụng dao bằng vật liệu siêu cứng CBN
(Cubic Boron Nitride), PCBN (Polycrystal cubic boron nitride - nitrit bo lập phƣơng
đa tinh thể), PCD (Polycrystalline Diamond – Kim cƣơng đa tinh thể) hoặc ceramic
tổng hợp thay thế cho mài để gia công thép đã tôi (có độ cứng lớn hơn 45HRC).
Phƣơng pháp này có thể gia công khô và hoàn thành chi tiết trong cùng một lần gá.
Cấp chính xác khi tiện cứng đạt IT6 và độ bóng bề mặt (Rz = 2 – 4 micromet), có
thể so sánh với chất lƣợng khi mài.Thông thƣờng các chi tiết bằng thép đƣợc gia
công sau đó nhiệt luyện rồi chuyển qua công đoạn mài. Thời gian cho nguyên công
mài hơn nhiều lần so với tiện cứng và mài cũng đắt hơn so với tiện cứng trên máy
tiện. Một hạn chế nữa là chi phí cho dung dịch trơn nguội của các công đoạn mài
khá cao. Mặc khác, chất thải ra khi mài ngày càng gây ô nhiễm môi trƣờng, thúc
đẩy các nhà sản xuất loại dần khâu mài trong quy trình công nghệ gia công chi tiết.
Trong khi đó, tiện cứng có thể đƣợc thực hiện mà không sử dụng dung dịch trơn
nguội. Vì những lí do nói trên, tiện cứng đã dần thay thế cho mài trong gia công lần
cuối.
- Khi tiện cứng nhiệt sinh ra trong vùng cắt gọt khi tiện cứng khá cao, có thể
lên đến khoảng 930
o
C. Thông thƣờng khi tiện cứng ngƣời ta dùng phƣơng pháp gia
công khô. Để thay thế phƣơng pháp gia công khô bằng phƣơng pháp bôi trơn làm
nguội tối thiểu. Dung dịch bôi trơn đƣợc đƣa và vùng cắt dƣới áp suất dòng khí.
Phƣơng pháp này mang lại các ƣu điểm giảm lực cắt, tạo lớp bảo vệ bề mặt chi tiết,
làm tăng tuổi thọ của dụng cụ cắt v v. mặt khác phƣơng pháp này không làm ô
nhiễm môi trƣờng, không gây tác hại cho công nhân,.chi phí thấp vì lƣợng phun rất
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

nhỏ và không cần tái chế sau khi đã sử dụng. Từ đó chúng ta thấy rằng: sử dụng bôi
trơn làm nguội vào tiện cứng sẽ làm cải thiện quá trình cắt khi tiện
Với các ƣu điểm trên nên việc nghiên cứu ảnh hƣởng loại dung dịch bôi trơn

làm nguội tối thiểu đến lực cắt và nhám bề mặt gia công khi tiện cứng thép 9XC là
cần thiết
2. Mục đích và phƣơng pháp nghiên cứu
a) Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cứu ứng dụng bôi trơn làm nguội tối thiểu ( MQL) vào tiện cứng.
Nghiên cứu ảnh hƣởng của dung dịch bôi trơn làm nguội tối thiểu khi tiện cứng để
từ đó xác định đƣợc loại dung dịch hợp lý trong bôi trơn làm nguội tối thiểu.
- Tìm loại dầu thực vật sẵn có ở Việt Nam sử dụng làm dung dịch bôi trơn làm
nguội tối thiểu ( MQL ). Loại dung dịch mà tác giả chọn là dầu Lạc và dầu Emusil
b) Phƣơng pháp nghiên cứu
Phƣơng pháp nghiên cứu giữa lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm,
trong đó chủ yếu là nghiên cứu thực nghiệm
3. Đối tƣợng nghiên cứu
- Vật liệu gia công: Thép 9XC qua tôi có độ cứng 58 ÷62 HRC
- Dao: CBN ( Cubic Boron Nitride)
- Dung dịch trơn nguội: Gia công khô, MQLvới Dầu lạc, Emusil
4. Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu so sánh giữa các phƣơng pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu
( MQL ) khi tiện thép 9XC đến lực cắt và độ nhám bề mặt chi tiết khi tiện khô, tiện
có bôi trơn làm nguội tối thiểu và dung dịch trơn nguội là Dầu Lạc, Emusil
5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn.
5.1. Ý nghĩa khoa học
Góp phần bổ sung một phần kiến thức cơ bản về MQL ứng dụng vào tiện
cứng và một số đánh giá thực nghiệm để tối ƣu hóa khi chọn loại dung dịch trong
bôi trơn tối thiểu đến lực cắt và độ nhám bề mặt gia công khi tiện cứng thép 9XC
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

5.2. Ý nghĩa thực tiễn
Hiện nay ngƣời ta thƣờng dùng phƣơng pháp tiện cứng để thay thế cho quá
gia công mài vì tiện cứng mang lại hiệu quả cao. Do vậy, nghiên cứu sử dụng

phƣơng pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu vào trong tiện cứng để nhằm nâng cao
hiệu quả là vấn đề cần thiết hiện nay. Nghiên cứu, ứng dụng có hiệu quả công nghệ
MQL sử dụng dung dịch dầu Lạc, Emusil vào tiện cứng để ứng dụng với thực tế
điều kiện sản xuất ở Việt Nam.
6. Nội dung luận văn.
Lời nói đầu
Chƣơng 1: Tổng quan về tiện cứng và bôi trơn làm nguội khi tiện cứng
Chƣơng 2: Nghiên cứu ứng dụng bôi trơn tối thiểu vào quá trình tiện cứng
Chƣơng 3: Nghiên cứu thực nghiệm
Phần kết luận chung
- Kết luận chung cả luận văn
- Hƣớng nghiên cứu tiếp theo, các kiến nghị
Phần phụ lục
Tài liệu tham khảo
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

CHƢƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ TIỆN CỨNG
VÀ LÀM NGUỘI TỐI KHI TIỆN CỨNG

1.1.Khái niệm, ƣu nhƣợc điểm và phạm vi ứng dụng
1.1.1. Khái niệm
Tiện cứng theo đúng nghĩa của nó, là quá trình tiện chi tiết hoặt vật liệu cứng
sau các quá trình nhiệt luyện ( độ cứng > 50HCR )
1.1.2. Ƣu nhƣợc điểm
1. Ƣu điểm:
- So với mài thì tiện cứng linh hoạt hơn, nó có thể tiện các mặt phức tạp
trong một lần gá tránh sai số gá đặt nhiều lần, có thể gia công chi tiết có độ cứng
cao, biên dạng phức tạp v v
2. Nhƣợc điểm:

- Tuy tiện cứng mang lại hiệu quả cao nhƣng nó cũng mang theo một số
nhƣợc điểm. Do làm việc ở nhiệt độ cao nên dụng cụ thƣờng bị phá hỏng rất nhanh ,
dụng cụ phải làm từ vật liệu rất cứng vì vậy làm cho quá trình sản suất khó và phức
tạp ngoài ra do nhiệt độ vùng cắt lớn nên làm cho bề mặt chi tiết bị biến dạng,
cháy v v
1.1.3. Phạm vi ứng dụng
- Tiện cứng đƣợc sử dụng cho các chi tiết sau khi nhiệt luyện giống nhƣ công
đoạn mài. Hầu hết các chi tiết có thể mài cũng có thể tiện cứng. Nhoài ra, tiện cứng
cớ ƣu thế là có
thể gia công các bề mặt phức tạp mà mài không thể làm đƣợc, hoặc mài định
hình khó khăn, các kết cấu do cách gá đặt hay chọn chuẩn gá khô thể mài đƣợc, các
chi tiết có chiều dài lớn, các lỗ trong có va đập ( then hoa )
1.2. Cơ sở vật lý của quá trình cắt khi tiện
1.2.1. Khái niệm
- Gia công kim loại bằng cắt gọt là một phƣơng pháp gia công kim loại rất
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

phổ biến trong ngành cơ khí chế tạo máy.
- Quá trình cắt kim loại là quá trình con ngƣời sử dụng dụng cụ cắt để hớt bỏ
lớp kim loại thừa khỏi chi tiết, nhằm đạt đƣợc những yêu cầu cho trƣớc về hình
dáng, kích thƣớc, vị trí tƣơng quan giữa các bề mặt và chất lƣợng bề mặt của chi tiết
gia công. Lớp kim loại thừa trên chi tiết cần hớt bỏ đi gọi là lƣợng dƣ gia công cơ.
Lớp kim loại đã bị cắt bỏ khỏi chi tiết gọi là phoi cắt.
1.2.2. Qúa trình tạo phoi khi tiện thƣờng và phân loại
1. Quá trình tạo phoi khi tiện thƣờng
Qua nghiên cứu quá trình tiện nói chung thì thực tế phoi đƣợc tách ra khỏi chi
tiết khi cắt không theo phƣơng của vận tốc cắt (tức là phƣơng lực tác dụng). Phoi
khi cắt ra bị uốn cong về phía mặt tự do; kích thƣớc của phoi bị thay đổi so với lớp
cắt khi còn trên chi tiết (hình 1.1).

Hình 1.1. Qúa trình hình thành phoi khi tiện thƣờng

Khi dao dịch chuyển các phân tử kim loại lúc đầu bị nén đàn hồi (hình 1.2a),
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 trƣợt của chúng trên mặt phẳng BC (hình 1.2b). Hiện tƣợng tƣơng tự
cũng xảy ra đối với các phần tử tiếp theo từ 1÷ 5 (hình 1.2c).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


Hình 1.2. Sơ đồ quá trình hình thành phoi thép
Biến dạng dẻo xảy ra trong vùng đƣợc giới hạn bằng góc , góc này đƣợc gọi là
góc tác động. Góc 1 gọi là góc trƣợt, còn mặt phẳng BC gọi là mặt phẳng trƣợt. Quá
trình hình thành phoi trên đây xảy ra khi gia công các vật liệu dẻo với chiều sâu cắt
lớn và góc cắt nhỏ.
2. Phân loại phoi.
- Phoi dây (hình 1.3a) đƣợc hình thành khi gia công vật liệu dẻo với chiều
sâu cắt nhỏ, tốc độ cắt và góc trƣớc lớn.
- Phoi xếp lớp (hình 1.3b) đƣợc hình thành khi gia công thép và các vật liệu
dẻo khác với chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trƣớc nhỏ.
- Phoi vụn (hình 1.3c) đƣợc hình thành khi gia công các vật liệu dẻo với
chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trƣớc nhỏ.
Khi gia công các vật liệu giòn (gang) với chiều sâu cắt và góc trƣớc lớn thì phoi vụn
(hình 1.3d) có hình dạng không giống nhau đƣợc hình thành.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


Hình 1.3. Các loại phoi
1.2.3.Lực cắt
1. Lực cắt khi tiện và các thành phần của lực cắt

Trong quá trình cắt kim loại, để tách đƣợc phoi và thắng đƣợc ma sát cần
phải có lực. Lực sinh ra trong quá trình cắt là động lực cần thiết nhằm thực hiện quá
trình biến dạng và ma sát.
Việc nghiên cứu lực cắt trong quá trình cắt kim loại có ý nghĩa cả lý thuyết
lẫn thực tiễn. Trong thực tế, những hiểu biết về lực cắt rất quan trọng để thiết kế
dụng cụ cắt, đồ gá, tính toán thiết kế máy móc thiết bị, Dƣới tác dụng của lực và
nhiệt, dụng cụ sẽ bị mòn, bị phá huỷ. Muồn hiểu đƣợc quy luật mài mòn và phá huỷ
dao thì phải hiểu đƣợc quy luật tác động của lực cắt. Muốn tính công tiêu hao khi
cắt cần phải biết lực cắt. Những hiểu biết lý thuyết về lực cắt tạo khả năng chính
xác hoá lý thuyết quá trình cắt. Trong trạng thái cân bằng năng lƣợng của quá trình
cắt thì các mối quan hệ lực cắt cũng cân bằng.
Lực cắt sinh ra khi cắt là một hiện tƣợng động lực học, tức là trong chu trình
thời gian gia công thì lực cắt không phải là hằng số mà biến đổi theo quãng đƣờng
của dụng cụ. Theo cơ học, nghiên cứu về lực nói chung là xác định 3 yếu tố:
- Điểm đặt của lực.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

- Hƣớng (phƣơng và chiều) tác dụng của lực.
- Giá trị (độ lớn) của lực.
Trong cắt gọt kim loại, ngƣời ta gọi lực sinh ra trong quá trình cắt tác dụng
lên dao là lực cắt, ký hiệu là
P

; còn lực có cùng độ lớn, cùng phƣơng nhƣng ngƣợc
chiều với lực cắt gọi là phản lực cắt, ký hiệu là
P


. Quá trình cắt thực hiện đƣợc cần
có lực để thắng biến dạng và ma sát, do vậy lực cắt theo định nghĩa trên có thể hiểu

rằng có nguồn gốc từ quá trình biến dạng và ma sát. Biến dạng khi cắt có biến dạng
đàn hồi
dh
P

và biến dạng dẻo
d
P

. Do vậy lực sinh ra do biến dạng cũng có lực biến
dạng đàn hồi và lực biến dạng dẻo . Những lực này cùng với lực ma sát tác dụng lên
dao, cụ thể trên mặt trƣớc và mặt sau dao.


Hình 1.4. Sơ đồ nguồn gốc của lực cắt

Trên đây hệ lực đƣợc xét là hệ lực phẳng, nhƣng nói chung trong cắt gọt thực
tế thì lực cắt là một hệ lực không gian. Để tiện cho việc nghiên cứu, tính toán, đo
đạc và kiểm tra, ta có thể nghiên cứu lực cắt thông qua các thành phần của chúng.
2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến lực cắt khi tiện.
a) Ảnh hƣởng của chi tiết gia công đến lực cắt.
Bản chất biến dạng và ma sát của quá trình cắt kim loại cho ta thấy rằng: chi
tiết gia công có ảnh hƣởng lớn đến quá trính cắt, đặc biệt đến lực cắt.
Thực nghiệm ghi nhận chi tiết gia công ảnh hƣởng đến lực cắt bởi các yếu tố sau:
- Độ bền, độ cứng của vật liệu,
Trong trƣờng hợp cắt tự
do ta có:
P
bd1
= P

dh1
+ P
d1

P
bd2
= P
dh2
+ P
d2

P
bd
= P
bd1
+ P
bd2

F
ms
= F
ms1
+ F
ms1

P

= P
bd
+ F

ms
( 4.1 )


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

- Thành phần hoá học,
- Cấu trúc kim loại của vật liệu,
- Phƣơng pháp chế tạo phôi…
Thực tế nếu tiến hành khảo sát ảnh hƣởng của từng yếu tố trên đến lực cắt thì
rất phức tạp và khó khăn; do vậy trong các công thức thực nghiệm tính toán lực cắt
ngƣời ta biểu thị mức độ ảnh hƣởng của vật liệu cụ thể đến lực cắt trong điều kiện
cắt gọt xác định bằng độ lớn lực cần thiết để tách 1mm2 diện tích tiết diện phoi cắt
khỏi chi tiết gia công. Theo phân tích trên đây chính là lực cắt đơn vị p. Tuy vậy đối
với một loại vật liệu thì p còn phụ thuộc vào chiều dày cắt a. Vì vậy để phân biệt
trong khảo sát trong công thức kinh nghiệm: Lực cắt đơn vị p đƣợc định nghĩa là
lực cần thiết để tách một lớp phoi tiết diện 1mm
2
có chiều dày trung bình atb=1mm
và chiều rộng b=1mm trong điều kiện dao tiêu chuẩn. Nhƣ vậy lực cắt đơn vị đặc
trƣng cho một loại vật liệu xác định đƣợc gọi là hằng số lực cắt, thƣờng ký hiệu là
Cp. Xét thành phần lực Pv, ta có: Cpv = Pv = p trong điều kiện a=1mm. B=1mm và
dao Tiêu chuẩn Trong thực tế, hảng số lực cắt Cp đƣợc xác định bằng thực nghiệm
và cho theo bảng trong các sổ tay cắt gọt.

Bảng 1- Hằng số lực cắt Cp khi cắt vật liệu dẻo

σb
(N/mm2)
300-400

400-500
500-600
600-700
700-800
Cpv (N)
1270
1390
1490
1630
1840

Bảng 2- Hằng số lực cắt Cp khi cắt vật liệu dòn

HB
(N/mm2)
1400-1600
1600-1800
1800-2000
HB
(N/mm2)
1400-1600
Cpv (N)
920
990
1050
Cpv (N)
920


Từ các bảng trên ta có nhận xét:

+ Khi vật liệu có độ bền hoặc độ cứng càng cao thì lực cắt càng lớn bởi vì
công thực hiện biến dạng cũng nhƣ thắng ma sát càng phải lớn.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

+ Lực cắt cần thiết để cắt gang (vật liệu dòn) nhỏ hơn khi cắt thép (vật liệu
dẻo) bởi vì khi cắt gang công biến dạng nhỏ và hệ số ma sát của gang cũng nhỏ hơn
của thép.
b) Ảnh hƣởng của điều kiện gia công đến lực cắt.
Điều kiện cắt gọt bao gồm nhiều yếu tố nhƣ chế độ cắt v, s, t; độ cứng vững của
hệ thống công nghệ; có hay không tƣới dung dịch trơn nguội vào vùng cắt…Ở đây
ta chỉ khảo sát ảnh hƣởng của chế độ cắt đến lực cắt.
Khảo sát ảnh hƣởng của các thông số v, s, t đến lực cắt trong quá trình cắt. Sử dụng
nguyên lý cọng tác dụng, khi nghiên cứu ảnh hƣởng của một thông số nào đó, trong
thí nghiệm ta cho tất cả các yếu tố khác không thay đổi và chỉ cho yếu tố đang xét
thay đổi, sau đó tổng hợp lại ta nhận đƣợc ảnh hƣởng đồng thời của các yếu tố xét
đến lực cắt.
- Ảnh hƣởng của chiều sâu cắt t đến lực cắt.
Vì chiều rộng cắt b = t/sin có ý nghĩa vật lý trong quá trình cắt nên ta sẽ khảo
sát ảnh hƣởng của b đến lực cắt Pv.
Thực hiện cắt thử nghiệm với các yếu tố khác không đổi, cho b thay đổi các giá trị
khác nhau, ta đo đƣợc các giá trị lực cắt Pv tƣơng ứng nhƣ trên đồ thị. Từ đồ thị ta
nhận thấy rằng khi tăng b thì lực cắt cũng tăng. Nếu nhƣ cắt với chiều dày cắt atb
1mm thì lực cắt chính Pv đƣợc tính bằng:
v
p
V
x
PV
bCP .

Kết qủa sử lý số liệu đo đƣợc nhƣ đồ thị ta nhận đƣợc:
1
v
p
x



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

- Ảnh hƣởng của lƣợng chạy dao s đến lực cắt.
Vì chiều dày cắt a = s.sin có ý nghĩa vật lý trong quá trình cắt nên ta sẽ khảo
sát ảnh hƣởng của a (qua atb) đến lực cắt Pv.
Thực hiện cắt thử nghiệm với các yếu tố khác không đổi với b = 1mm, cho a thay
đổi các giá trị khác nhau, ta đo đƣợc các giá trị lực cắt Pv tƣơng ứng.
Bằng cách xử lý các số liệu đo ta có thể biểu diễn mối quan hệ giữa lực cắt và a nhƣ
sau: .
pv
V
Y
PV
aCP .

Từ đồ thị ta nhận thấy rằng khi tăng chiều dày cắt a thì lực cắt cũng tăng,
nhƣng không tăng nhiều nhƣ đối với b, vì rằng khi tăng a thì sẽ tăng độ lớn của góc
tách phoi dẫn đến giảm lực cắt đơn vị, mặt khác khi tăng a thì không làm tăng chiều
dài làm việc thực tế của lƣỡi cắt một cách tuyến tính nhƣ khi tăng chiều rộng cắt b.

Từ đồ thị ( log P
v

– loga) có dạng tuyến tính, ta có thể xác định đƣợc số
mũ:

tgy
V
P


Theo thực tế:
1
V
P
y
Khi cắt thép thì
75,0
V
P
y



Kết hợp cho thay đổi đồng thời chiều rộng cắt b và chiều dày cắt a, mối quan hệ
giữa lực cắt Pv và b, a đƣợc viết nhƣ sau:
PVPv
Yx
PvV
abCP 

Hoặc có thể viết theo s, t:
PVPv

Yx
PvV
abCP 

Trong đó ta nhận thấy:
PvPv
yx 

- Ảnh hƣởng của tốc độ cắt v đến lực cắt.
Qua thực nghiệm ta thấy rằng: ở tốc độ cắt thấp mối quan hệ giữa tốc độ cắt v
với lực cắt P rất phức tạp và khó xác định quy luật. Tuy nhiên khi cắt với tốc độ phổ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

biến ở phạm vi tốc độ cao nhƣ ngày nay đang sử dụng thì nhận thấy rằng khi tăng
tốc độ cắt v, lực cắt hầu nhƣ không thay đổi hoặc thay đổi không đáng kể. Do vậy
để đơn gian trong công thức tính lực cắt ta thƣờng bỏ qua yếu tố v
- Ảnh hƣởng của dụng cụ cắt đến lực cắt.
Thực tế cho thấy vật liệu chế tạo dao và thông số hình học của dao có ảnh
hƣởng trực tiếp đến lực cắt.
Qua khảo sát bằng thực nghiệm ảnh hƣởng của các yếu liên quan của dụng cắt đến
lực cắt đƣợc biểu thị qua các hệ số điều chỉnh trong công thức kinh nghiệm tính lực
cắt.
KPv= Kγ.Kφ .KR.KΔ.Kl
với Kγ, K , KR, KΔ, Kl là các hệ số điều chỉnh liên quan đến góc trƣớc, góc
nghiêng chính lƣỡi cắt, bán kính mũi dao, độ lớn mài mòn mặt sau dao và việc tƣới
dung dịch trơn nguội vào khu vực cắt.
Tổng hợp ta có thể lập đƣợc phƣơng trình kinh nghiệm tính lực cắt nhƣ sau:
Pv
Yx
PvV

KstCP
PVPv




Tƣơng tự ta cũng nhận đƣợc phƣơng trình tính các thành phần lực Ps và Pt có
dạng nhƣ trên.
Các giá trị hằng số lực cắt Cp, các số mũ xp, yp và các hệ số điều chỉnh K đƣợc cho
trong các sổ tay tra cứu về cắt gọt.
- Ảnh hƣởng của dung dịch trơn nguội đến lực cắt
Nhiều nghiên cứu cho thấy sử dụng dung dịch trơn nguội cho phép giảm lực
cắt xuống 30%, thậm chí xuống 45% khi cắt ren bằng tarô.
sử dụng dung dịch trơn nguội thì lực cắt phải càng giảm rõ rệt nếu vật liệu gia công
càng có độ dẻo cao. Điều này đƣợc giải thích nhƣ sau: trong trƣờng hợp này lực ma
sát giữa dao và phoi tăng, do đó hiệu quả của việc sử dụng dung dịch trơn nguội
càng phải cao.
Trong thực tế sử dụng dung dịch trơn nguội trong mọi trƣờng hợp (kể cả gia
công tốc độ cao) có ƣu điểm vì khi có dung dịch trơn nguội, dụng cụ cắt làm việc
êm hơn, tuổi bền dụng cụ cao hơn, ngoài ra độ chính xác và độ nhám bề mặt cũng
đƣợc cải thiện đáng kể. Qua thực tế thì khi ta sử dụng dung dịch trơn nguội thì cải
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

thiện rất nhiều trong quá trình gia công cắt gọt, cùng với một chế độ cắt nhƣng gia
công khô sẽ không mang lại các ƣu điểm hơn khi có dung dịch trơn nguội. Nó làm
tăng tuổi thọ của dụng cụ cắt, giảm nhiệt độ trên phoi và dụng cụ, làm cho bề mặt
chi tiết có độ bóng cao hơn và chi tiết luôn có lớp bề mặt bảo vệ chi tiết, hệ thống
dao - phoi - máy làm việc êm hơn v v Ngoài ra khi sử dụng MQL là dầu lạc,
Emusil nên không gây ảnh hƣởng đến môi trƣờng, sức khỏe của công nhân và
không cần công đoạn tái chế sử dụng lại.

1.2.4. Nhiệt cắt
1. Quá trình hình thành nhiệt khi tiện
Quá trình tạo phoi và thoát phoi khỏi vùng cắt trong quá trình cắt làm xuất
hiện một lƣợng nhiệt nhất định. Lƣơng nhiệt này sinh ra do sự chuyển đổi từ công
cắt gọt. Thực nghiệm chứng tỏ rằng gần nhƣ tất cả công cần thiết trong quá trình cắt
đều chuyển biến thành nhiệt trừ công biến dạng đàn hồi và công kín (công để biến
dạng mạng tinh thể và các bề mặt lớn). Khoảng gần 98% công này chuyển hoá
thành nhiệt tổng cọng phát sinh sau một phút gia công và có thể tính theo công thức
sau:
427
.vP
Q
z
cg

[Kcal/ph] (1.1)
Trong đó: P
z
- thành phần lực cắt tiếp tuyến.
v - tốc độ cắt.
Nhiệt lƣợng cắt đƣợc định nghĩa nhƣ là lƣợng nhiệt đƣợc sinh ra trong quá
trình cắt sau một phút. Đó chính là công suất nhiệt khi cắt. Còn lƣợng nhiệt có trên
một đơn vị thể tích hay khối lƣợng của vật thể đƣợc cắt gọi là nhiệt lƣợng đơn vị
(Cal/cm3; Cal/g).
Nhiệt lƣợng sinh ra khi cắt làm nóng chi tiết gia công, phoi và dụng cụ cắt.
Nhiệt độ tại các điểm khác nhau có sự tác động của lƣợng nhiệt khác nhau và gọi là
nhiệt độ cắt tức thời của các điểm khối lƣợng khảo sát trong vùng cắt. Trung bình
cọng đại số của nhiệt độ các điểm khối lƣợng của phoi gọi là nhiệt độ trung bình
của phoi. Tƣơng tự ta có nhiệt độ trung bình của dụng cụ và chi tiết gia công. Nhiệt
độ trung bình trên các bề mặt tiếp xúc của vật liệu gia côngvà vật liệu cắt gọi là

nhiệt độ cắt, qui ƣớc gọi tắt là nhiệt cắt.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

- Nguồn gốc của nhiệt cắt.
Nhƣ trên đã phân tích rõ ràng để tách đƣợc phoi và thắng đƣợc ma sát khi cắt ta
cần có lực cần thiết tác động vào chi tiết gia công tạo ra công cắt gọt và gần nhƣ hầu
hết công này chuyển biến thành nhiệt. Công này chính là để thực hiện quá trình biến
dạng và thắng ma sát khi cắt. Do vậy ta có thể nói rằng; nguồn gốc của nhiệt cắt là
biến dạng và ma sát khia cắt.
Q
cg
= Q
bd
+ Q
ms
(1.2)
Khi gia công cắt gọt ta có thể phân định vùng cắt thành các vùng biến dạng và ma
sát. Do vậy nhiệt sinh ra từ 4 nguồn:
+ Vùng tạo phoi.
Nhiệt sinh ra do công ma sát giữa các phần tử của vật liệu gia công trong quá
trình biến dạng: Q
dh

Nếu xem vùng tạo phoi nhƣ là một mặt trƣợt duy nhất thì qua nghiên cứu lƣợng
nhiệt này có thể xác định qua biểu thức sau:
427
.vP
Q
z
cg


(1.3)
Trong đó: P
c
- lực theo phƣơng trƣợt
v
c1
. vận tốc trƣợt

Hình 1.5. Nguồn gốc và sự phân bố lực cắt

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

+ Vùng tiếp xúc của phoi và mặt trƣớc dao.
Nhiệt sinh ra do công biến dạng đàn hồi và ma sát ngoài: Q
dm

Lƣợng nhiệt xuất hiện trên mặt trƣớc dao là do 2 nguồn: do tác dụng của lực ma sát
trong ở lớp vật liệu phoi gần sát mặt trƣớc kháng lại biến dạng đàn hồi và lực ma sát
ngoài trên mặt tiếp xúc.
+ Vùng tiếp xúc của mặt sau dao và mặt cắt của chi tiết gia công.
Nhiệt sinh ra do sự chuyển đổi công ma sát: Q
ms

+ Nhiệt sinh ra do công đứt phoi: Q
dp

2. Ảnh hƣởng của nhiệt cắt đến quá trình cắt khi tiện.
Ảnh hƣởng của nhiệt cắt đến quá trình cắt thƣờng đƣợc nghiên cứu theo 3 quan
điểm:

- Theo độ chính xác gia công.
- Theo chất lƣợng bề mặt đã gia công.
- Theo khả năng cắt của dao.
a) Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến độ chính xác gia công.
Độ chính xác gia công khi cắt gọt đƣợc quyết định bởi vị trí tƣơng quan giữa
dao và chi tiết gia công trong quá trình cắt. Do vậy sự biến dạng về nhiệt của dao và
chi tiết gia công do ảnh hƣởng của nhiệt khi cắt đƣợc quan tâm khảo sát.
Về quá trình trao đổi nhiệt, ta biết rằng nếu cung cấp một lƣợng nhiệt Q cho
một vật có thể tích V (cm
3
), tỷ nhiệt c (J/kg.
0
K), khối lƣợng riêng (kg/cm
3
), thì độ
tăng của nhiệt độ của vật thể đƣợc xác định:
Vc
Q
.



(
o
K ) (1.4)
Độ thay đổi chiều dài L theo phƣơng nào đó của vật thể là:
DD


( mm) (1.5)

Nhƣ vậy nếu ta xét trƣờng hợp khi tiện một chi tiết có đƣợc đƣờng kính là D theo
thiết kế trên bản vẽ , nếu nhiệt lƣợng truyền vào cho chi tiết là Q
ct
thì nhiệt độ trên
chi tiết sẽ tăng lên một lƣợng xác định và đƣờng kính của chi tiết sẽ thay đổi một
lƣợng là ΔD:
DD


( mm ) (1.6)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Mặt khác, nhiệt lƣợng Q
d
truyền vào dụng cụ cũng sẽ làm cho dụng cụ tăng chiều
dài về phía tâm chi tiết. Khác với chi tiết, vật liệu trên dao là không đồng nhất giữa
phần cắt và phần cán dao, do vậy sự biến dạng của dao theo chiều dài dƣới tác dụng
của nhiệt cắt phức tạp hơn rất nhiều. Ở đây ta phải khảo sát biến dạng dài của dao
trong mối quan hệ phức hợp:
),,,,,( tsvFLfL
d


( 1.7)
trong đó: F - là tiết diện thân dao
d - là độ bền vật liệu dao.
v,s,t - là chế độ cắt.
Sau quá trình cắt, khi chi tiết về nhiệt độ thƣờng, đƣờng kính thực tế của chi tiết gia
công sẽ là:
) ( LDDD

t


(1.8)
b) Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến khả năng làm việc của dao.
Những kết quả nghiên cứu về cắt gọt cho thấy rằng khi cắt kim loại, đặc biệt
khi cắt ở tốc độ cao thì yếu tố quyết định lớn nhất đến khả năng cắt của dao đó là
nhiệt cắt, tiếp đến mới là ma sát.
Khả năng cắt gọt của dao đƣợc đánh gía bởi tuổi bền dao thông qua việc xác
định độ lớn của các dạng mài mòn dao cụ thể. Dƣới tác dụng của nhiệt khi cắt vật
liệu của dao sẽ có sự thay đổi về tính chất cơ - lý - hoá, đặc biệt độ cứng, độ bền
giảm, tính chống mòn cũng giảm dẫn đến mài mòn dao nhanh chóng, hậu quả là
thời gian sử dụng dao vào cắt gọt cũng bị rút ngắn đi, dao nhanh chóng mất khả
năng cắt gọt
c) Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến chất lượng bề mặt gia công.
Chất lƣợng bề mặt đã gia công của chi tiết đƣợc đặc trƣng bởi độ nhấp nhô
bề mặt và tính chất cơ - lý lớp sát bề mặt. Nhiệt cắt có ảnh hƣởng chủ yếu đến sự
thay đổi tính chất cơ - lý lớp bề mặt chi tiết gia công. Ta biết rằng, khi kim loại bị
đốt nóng đến một nhiệt độ nào đó thi tổ chức kim tƣơng của chúng sẽ thay đổi. Sự
thay đổi này dẫn đến sự thay đổi về cơ - lý tính của kim loại. Mặt khác, trong quá
trình cắt sự tăng giảm đột ngột về nhiệt độ trên bề mặt gia công kết hợp với sự dao
động của lực cắt sẽ tạo nên ứng suất dƣ và vết nứt tế vi trên lớp kim loại sát trên bề
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

mặt, đồng thời trên đó kim loại cũng bị biến cứng hay hoá bền. Nói chung các ảnh
hƣởng này đều theo chiều hƣớng bất lợi cho yêu cầu về cắt gọt.
Tóm lại, nhiệt cắt ngoài ảnh hƣởng trực tiếp đến độ chính xác gia công, chất
lƣợng lớp bề mặt gia công và khả năng cắt gọt của dao, còn ảnh hƣởng đáng kể đến
máy và đồ gá trong hệ thống công nghệ.
3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến nhiệt cắt khi tiện.

a) Ảnh hưởng của vật liệu gia công đến nhiệt cắt khi tiện
Các tính chất về cơ học và nhiệt của vật liệu gia công có ảnh hƣởng đáng kể
đến nhiệt cắt. Nhiệt cắt thấp hơn khi gia công hợp kim so với khi gia công thép nhờ
khả năng biến dạng nhỏ hơn của hợp kim.
Có thể nhận xét một cách tổng quát rằng khi cắt vật liệu giòn do công biến dạng rất
bé và lực cắt đơn vị không đáng kể nên nhiệt cắt thấp hơn khi cắt vật liệu dẻo. Độ
cứng và độ bền của vật liệu gia công càng lớn thì nhiệt cắt càng lớn do có quan hệ
với công biến dạng. Nhiệt cắt cơ bản phụ thuộc vào nhiệt dung và đặc biệt phụ
thuộc vào tính chất dẫn nhiệt của vật liệu gia công và vật liệu làm dao. Ảnh hƣởng
của vật liệu gia công đến nhiệt cắt trong điều kiện thí nghiệm cắt với a=1mm,
b=1mm và v=1m/ph đƣợc biểu thị bằng hằng số thực nghiệm C
θ
.
b) Ảnh hưởng của vật liệu làm dao đến nhiệt cắt khi tiện
Vật liệu làm dao cũng có đặc tính tƣơng tự nhƣ vật liệu chi tiết gia công.
Loại vật liệu dao nào có tính dẫn nhiệt tốt thì khi cắt nhiệt cắt sẽ thấp và ngƣợc lại.
Yếu tố quyết định của dao về cao thấp của nhiệt cắt sinh ra là cấu trúc thành phần
hoá học của vật liệu xác định tính tƣơng đồng hoá học của nó với vật liệu gia công,
mặt khác là lý tính của nó nhƣ tính dẫn nhiệt và hệ số ma sát. Ảnh hƣởng của tính
dẫn nhiệt sẽ tăng khi tăng tốc độ cắt, giảm góc cắt, giảm chiều dày phoi. Với tốc độ
cắt thấp thì ảnh hƣởng của độ dẫn nhiệt nhỏ. Kích thƣớc thân dao cũng có ảnh
hƣởng nhƣ vậy đến nhiệt cắt vì nó ảnh hƣởng đến khả năng dẫn nhiệt của dụng cụ
cắt. Kích thƣớc càng lớn thì nhiệt sinh ra khi cắt càng thấp.