tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu ảnh hưởng các thông số đặc trưng của bôi trơn tối thiểu đến quá trình tạo phoi và mòn của dụng cụ cắt khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội

LỜI NÓI ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Quá trình cắt kim loại là một quá trình phức tạp có kèm theo hiện tượng vật
lý như biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, sinh nhiệt, toả nhiệt, lẹo dao, mòn dao Vì
vậy cần phải tìm hiểu và nắm vững bản chất những hiện tượng vật lý đó để có
những biện pháp cải thiện điều kiện cắt, điều khiển quá trình cắt nhằm đạt mục đích
cuối cùng là tăng chất lượng sản phẩm.
Bôi trơn-làm nguội kiểu tưới tràn đã được nghiên cứu và ứng dụng rất rộng
rãi trong ngành cơ khí. Tuy nhiên phương pháp này vẫn được các nhà khoa học tiếp
tục nghiên cứu với các hướng chủ yếu như:
Nâng cao hiệu quả của quá trình bôi trơn làm nguội.
Tìm các chất phụ gia nhằm nâng cao hoạt tính của dầu cắt gọt.
Nghiên cứu tìm các loại dầu cắt gọt mới ít độc hại, thân thiện với môi
trường
Do những hạn chế của phương pháp tưới tràn nên từ những năm 90 của thế
kỷ 20, ở các nước công nghiệp phát triển như CHLB Đức, Thuỵ Điển đã bắt đầu
nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu (Minium Quantity
Lubricant). Do có nhiều ưu điểm nổi bật và đặc biệt là không gây ô nhiễm môi
trường nên công nghệ này được nghiên cứu và ứng dụng rất rộng rãi trong sản xuất.
Hướng nghiên cứu chủ yếu tập trung vào các vấn đề như:
Tìm các loại dầu cắt mới đáp ứng các yêu cầu của công nghệ bôi trơn làm
nguội tối thiểu. Hoặc tìm các chất phụ gia để làm tăng tính cắt của các loại dầu
Nghiên cứu xác định áp suất và lưu lượng tưới tối ưu.
Cải tiến kết cấu dụng cụ để thích hợp với công nghệ bôi trơn làm nguội tối
thiểu.
Nghiên cứu ứng dụng bôi trơn làm nguội trong công nghệ tiện cứng, trong
gia công tốc độ cao
Các nghiên cứu đã chứng minh được ưu điểm của phương pháp bôi trơn tối
thiểu so với các phương pháp tưới truyền thống hay gia công khô [1], [3]. Trong
2

nghiên cứu của Ronan Autret [6] đối với quá trình tiện cứng cho thấy bôi trơn tối
thiểu có ưu điểm hơn hẳn so với gia công khô về nhám bề mặt, lực cắt và nhiệt cắt.
Ở Việt Nam, công nghệ này mới chỉ được tiếp cận trong vài năm trở lại đây.
Các nghiên cứu của TS. Trần Minh Đức [2] khi tiện cắt đứt và phay lăn răng sử
dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu với một số chất bôi trơn như Emuxi, dầu lạc và
dầu D40 cho thấy những ưu điểm của phương pháp bôi trơn tối thiểu. Nghiên cứu
của TS. Trần Minh Đức, ThS. Phạm Quang Đồng [3] khi áp dụng bôi trơn tối thiểu
cho quá trình phay rãnh bằng dao phay ngón cũng cho thấy những ưu điểm của
phương pháp này như làm tăng tuổi bền của dụng cụ cắt, giảm ô nhiễm môi trường.
Với mục đích nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu một cách
có hiệu quả trong điều kiện cụ thể ở nước ta, tác giả đã chọn đề tài nghiên cứu tài:
“Nghiên cứu ảnh hưởng các thông số đặc trưng của bôi trơn tối thiểu đến quá
trình tạo phoi và mòn của dụng cụ cắt khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn
làm nguội tối thiểu (MQL).” Là cần thiết và có tính ứng dụng trực tiếp.
2. Mục đích nghiên cứu
Đưa ra chế độ bôi trơn làm nguội hợp lý để nâng cao tuổi bền của dụng cụ
cắt.
3. Đối tượng nghiên cứu
Tiện cứng thép 9XC qua tôi, sử dụng dao CBN trên máy tiện OKUMA với
dầu thực vật làm dung dịch trơn nguội.
4. Phương pháp nghiên cứu
Quá trình cắt sử dụng bôi trơn làm nguội tối thiểu là một quá trình phức tạp
với tập hợp lớn các thông số ảnh hưởng và chỉ tiêu đánh giá. Phương pháp nghiên
cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm được trình bày trong luận văn không chỉ phù hợp
với đối tượng nghiên cứu của đề tài mà còn có thể sử dụng khi nghiên cứu quá trình
bôi trơn làm nguội tối thiểu ứng với các điều kiện khác nhau.
5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
a.Ý nghĩa khoa học.
3
Về mặt khoa học, đề tài phù hợp với xu thế phát triển khoa học công nghệ

trong và ngoài nước về công nghệ sạch và thân thiện với môi trường.
Bổ xung thêm lý thuyết về cơ sở vật lý của quá trình tạo phoi khi có MQL.
b.Ý nghĩa thực tiễn.
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của bôi trơn làm nguội tối thiểu tới quá trình
gia công vật liệu là thép 9XC có thể áp dụng trực tiếp hoặc dùng để tham khảo khi
gia công các loại thép khác.
Đưa ra hướng dẫn công nghệ để quá trình tạo phoi thuận lợi nhất và độ mòn
của dụng cụ cắt là nhỏ nhất.
6. Nội dung nghiên cứu
Ảnh hưởng của bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) đến quá trình hình thành
phoi, dạng phoi và xác định hệ số co rút phoi (so sánh với tiện khô).
Cơ chế mòn, độ mòn của dụng cụ cắt khi có bôi trơn làm nguội tối thiểu
(MQL), (so sánh với tiện khô).
Kết luận chung.
7. Kết quả của đề tài
Đã tìm hiểu được một số lý thuyết cơ bản về bôi trơn làm nguội trong cắt
gọt, đặc biệt là bôi trơn tối thiểu trong quá trình tiện cứng.
Sử dụng thành công dầu thực vật sẵn có ở Việt Nam vào tiện cứng khi sử
dụng phương pháp bôi trơn tối thiểu.
Kết quả nghiên cứu đã cho thấy hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của phương pháp
tiện thép qua tôi sử dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu so với tiện khô.
8. Lời cảm ơn!
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới
PGS.TS. Nguyễn Đăng Bình, thầy giáo đã tận tình hướng dẫn và giúp em
hoàn thành luận văn này.
Trung tâm thí nghiệm - Trường ĐHKT Công nghiệp, phòng thí nghiệm kỹ
thuật và công nghệ vật liệu cùng các đồng nghiệp đã giúp em hoàn thành luận văn
này.
4
Thái Nguyên, ngày 05 tháng 11 năm 2011

Học viên
Chu Ngọc Hùng
5
Chương 1
TỔNG QUAN
1. QUÁ TRÌNH TẠO PHOI
1.1. Sự hình thành và phân loại phoi
* Sự hình thành.
Lớp kim loại bị cắt ra trong quá trình gia công cơ khí được gọi là phoi.
Sự tạo thành phoi chỉ phát sinh khi lực P đủ lớn để tạo ra trong lớp cắt một
ứng suất vượt quá giới hạn bền của vật liệu gia công.
Dao dưới tác dụng của lực P đi vào vật liệu gia công, mặt trước nén vật liệu,
nếu dao tiến thêm vật liệu gia công phát sinh biến dạng đàn hồi rồi mau chóng
chuyển thành biến dạng dẻo, bề dầy a ban đầu suy biến thành bề dày a
1
, phoi
chuyển động theo mặt trước của dao và chịu thêm một biến dạng phụ do ma sát với
mặt trước dao.
Khi nghiên cứu tổ chức tế vi khu vực tạo phoi chứng tỏ: trước khi thành phoi
lớp kim loại bị cắt qua một giai đoạn biến dạng, khu vực này gọi là miền tạo phoi
(AOE).
OA: đường phát sinh biến dạng dẻo đầu tiên.
6
H1.1 Miền tạo phoi
OE: đường kết thúc biến dạng dẻo.
OA, OB, OC, OD, OE: là những mặt trượt, kim loại bị trượt theo mặt đó.θ
Trong quá trình cắt, vùng tạo phoi AOF di chuyển theo dao.Vùng này rộng
hay hẹp phụ thuộc vào nhiều yếu tố: vật liệu gia công, hình dạng dụng cụ cắt, chế
độ cắt… nhưng chủ yếu là tốc độ cắt.
Tốc độ càng cao, miền tạo phoi càng hẹp có thể dần đến vài phần trăm

milimet và coi như xảy ra trên mặt phẳng OF nghiêng với phương chuyển động dao
một góc θ, θ gọi là góc trượt: đặc trưng cho hướng và giá trị biến dạng dẻo trong
miền tạo phoi.
Tgθ = cosγ/(k – sinγ)
* Phân loại phoi.
Phoi dây (hình 1.2a) được hình thành khi gia công vật liệu dẻo với chiều sâu
cắt nhỏ, tốc độ cắt và góc trước γ lớn.
Phoi xếp lớp (hình 1.2b) được hình thành khi gia công thép và các vật liệu
dẻo khác với chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trước γ nhỏ.
Phoi vụn (hình 1.2c) được hình thành khi gia công các vật liệu dẻo với chiều
sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trước γ nhỏ.
Phoi vụn (hình 1.2d) được hình thành khi gia công các vật liệu giòn (gang)
với chiều sâu cắt và góc trước γ lớn.
a
P
a)
a
P
C
B
a
P
C
B
a
P
C
B
c)
b)

d)
7
Hình 1.2. Các loại phoi
1.2. Quá trình tạo phoi khi tiện thường
Qua nghiên cứu quá trình tiện nói chung thì thực tế phoi được tánh ra khỏi
chi tiết khi cắt không theo phương của vận tốc cắt
v
(tức là phương lực tác dụng).
Phoi khi cắt ra bị uốn cong về phía mặt tự do, kích thước của phoi bị thay đổi so với
lớp cắt khi còn trên chi tiết (hình 1.3).
Khi dao dịch chuyển các phân tử kim loại lúc đầu bị nén đàn hồi (hình 1.4a), 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 trượt của chúng trên mặt phẳng BC (hình 1.4b). Hiện tượng tương tự
cũng xảy ra đối với các phần tử tiếp theo từ 1 ÷ 5 (hình 1.4c).
8
a
b
b
F
a
F
V
L
F
L
Hình 1.3: Quá trình hình thành phoi khi tiện thường
a
P
a)

a
b)
P
2
1
C
δ
ψ
β
B
a
c)
P
2
1
C
δ
ψ
β
1
B
3
4
5
Biến dạng dẻo xảy ra trong vùng được giới hạn bởi góc Ψ, góc này được gọi là góc
tác động. Góc β
1
gọi là góc trượt, còn mặt phẳng BC gọi là mặt phẳng trượt.
Quá trình hình thành phoi trên đây xảy ra khi gia công các vật liệu dẻo với
chiều sâu cắt lớn và góc cắt δ nhỏ.

1.3. Quá trình tạo phoi khi tiện cứng.
Đối với quá trình hình thành phoi khi tiện cứng xảy ra cũng giống như tiện
thường, tuy nhiên đối với tiện cứng do chiều sâu cắt nhỏ, tốc độ cắt lớn nên phoi
hình thành trong quá trình tiện cứng là phoi dây.
Biến dạng cắt khi tạo phoi dây là bé nhất. Vì vậy trong những trường hợp gia
công tinh ta cần cố gắng tạo phoi dây bằng cách nâng cao tốc độ cắt.
Khi tạo phoi dây, do phoi được hình thành một cách liên tục, do đó lực cắt khá
ổn định, ít rung động. Nhờ vậy dễ đạt độ bóng bề mặt cao.
1.4. Hiện tượng co rút phoi
Dưới tác dụng của lực cắt phần kim loại chịu biến dạng dẻo, mạng tinh thể
xô lệch và trượt lên nhau theo phương lực tác dụng làm cho chiều dài phoi co lại,
chiều dày phoi lớn lên hiện tượng đó gọi là co rút phoi. Nếu cho rằng thể tích khối
kim loại trước và sau khi biến dạng không đổi thì ta có:
K = L/L
p
= a
p
/a [4]
Trong đó: K: hệ số co rút phoi
L, a: chiều dài, chiều dày lớp kim loại cần cắt
L
p
, a
p
: chiều dài, chiều dày phoi
9
v
β
1
Hình 1.5. Quá trình hình thành phoi khi tiện cứng

Hình 1.4. Sơ đồ quá trình hình thành phoi thép
Sự co rút phoi là đặc tính tiêu biểu nói lên mức độ biến dạng dẻo về lượng
của kim loại khi cắt gọt.
Phương pháp xác định hệ số co rút phoi được xác định bằng 2 phương pháp.
* Đo trực tiếp chiều dài, chiều dày phoi cắt ra bằng dụng cụ đo chiều dài
hoặc bằng kính hiển vi.
* Đo theo phương pháp trọng lượng. Trong trường hợp phoi cắt quá ngắn
(từ 5÷10 mm), chọn lấy một phoi tương đối thẳng, mang đo chiều dài và cân trọng
lượng. Diện tích của phoi cắt ra sẽ là :
F
p
= 10
3
.Q/γ .L
p
[4]
Trong đó: Q : khối lượng phoi (g)
γ : khối lượng riêng (g/cm
2
)
L
p
: chiều dài phoi (mm)
Vì thể tích của phoi không đổi nên ta có: L
p
.F
p
= L.s.t
Từ đó ta có: K = L/L
p

= F
p
/s.t
Hay: K = 10
3
.Q/γ.L
p
.s.t [4]
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự co rút của phoi:
* Ảnh hưởng của vật liệu gia công.
Tính chất của vật liệu gia công có ảnh hưởng lớn đến hệ số co rút phoi. Khi
giữ nguyên các điều kiện cắt khác, vật liệu càng dẻo thì sự liên kết giữa các nguyên
10
Hình 1.6. Hiện tượng co rút phoi
tử trong kim loại càng yếu, khiến cho sự sắp xếp của mạng tinh thể kim loại càng dễ
bị phá huỷ do đó khi cắt kim loại sẽ bị biến dạng nhiều hơn.
Bảng 1.1 Giá trị của hệ số co rút phoi khi cắt các kim loại khác nhau ở cùng
một điều kiện cắt [4].
Vật liệu
gia công
Hệ số
Co rút
phoi
Tính chất cơ lí
σ
τ
(N/mm
2
)
σ

b
(N/mm
2
)
HB(N/mm
2
)
Độ co tương
đối (%)
Thép30KҐCA 1,9 322 770 2375 0,384
Thép 35 2,84 265 512 1500 0,531
Thép 20 X 3,64 235 438 1500 0,464
Đồng 6,5 - 245 726 0,9
Khi thay đổi vật liệu gia công hệ số co rút phoi thay đổi trong phạm vi rất
rộng.
Không tồn tại một quan hệ rõ rệt nào giữa hệ số co rút phoi và các thông số
đặc trưng cho tính chất cơ lí của vật liệu gia công.
Khi gia công các hợp kim Titan ta có hệ số co rút phoi nhỏ hơn đơn vị (chiều
dài phoi cắt ra lớn hơn quãng đường đi của dao) Ví dụ: khi tiện hợp kim Titan nhãn
hiệu BT2, hệ số co rút phoi khi V=5m/ph là 1,6, tăng tốc độ cắt từ 35÷50 m/ph hệ
số co rút phoi bằng 1, tăng thêm tốc độ cắt nữa thì hệ số co rút phoi trở nên nhỏ hơn
đơn vị và khi V=100m/ph hệ số co rút phoi bằng 0,8.
Có thể giải thích hiện tượng đó bằng những lí do sau:
Hợp kim Titan ít dẻo do đó sự biến dạng của kim loại khi cắt không thể có
giá trị lớn được.
Hợp kim Titan có tính dẫn nhiệt kém, do đó nhiệt độ khi cắt cao. Nhiệt độ
cao như vậy làm phoi bị giãn dài ra (khi V=40m/ph, t=1,5mm, S=0,11mm/vg nhiệt
độ tiếp xúc đạt đến 880
o

C).
Hợp kim Titan ở nhiệt độ cao hấp thụ nhiều Nitơ và Ôxi của không khí do đó
trở nên giòn. Do vật liệu của phoi cắt trở nên ít dẻo hơn nên phoi sẽ không bị co rút
nữa.
11
* Ảnh hưởng của góc cắt.
Xét hình 1.7 trong tam giác OCF ta có : CF = OF.sin θ = a
Trong tam giác OBF ta có : BF = OF .cos (θ-γ) = a
p
Do đó: K = a
p
/a = cos(θ-γ)/sin θ
Thay γ = 90
o
– δ vào công thức trên ta có:
K = sin(θ + δ)/sin θ [4]
Từ phương trình trên ta thấy khi góc cắt tăng thì hệ số co rút phoi tăng. Vì
khi góc cắt càng lớn thì dụng cụ càng khó ăn sâu vào vật liệu gia công khiến cho vật
liệu gia công chịu biến dạng càng lớn.
* Ảnh hưởng của góc nghiêng chính φ
Khi r = 0, góc φ càng tăng thì hệ số co rút phoi càng giảm, vì khi φ tăng thì
chiều dày cắt sẽ tăng do đó phoi càng dày và càng khó bị biến dạng.
Nếu r ≠ 0 thì khi φ thay đổi, sự thay đổi của hệ số co rút phoi phức tạp hơn.
Ban đầu khi tăng φ do chiều dày cắt tăng nên hệ số co rút phoi giảm. Khi vượt quá
giá trị 60
o
÷70
o
thì hệ số co rút phoi tăng lên vì chiều dày phần cong của lưỡi cắt
tham gia làm việc tăng lên (AB>A

’
B’). Phoi khi thoát ra còn bị biến dạng thêm do
sự giao nhau trên cung cong (phương thoát phoi xem như thẳng góc với lưỡi cắt,
hình 1.8b) ngoài ra chiều dày cắt lúc này thay đổi dọc theo đoạn cong của lưỡi cắt
12
H.1.7. Sơ đồ tính toán sự co rút phoi
và có giá trị nhỏ hơn chiều dày cắt trên đoạn thẳng, do đó phoi trên đoạn cong bị
biến dạng nhiều hơn trên đoạn thẳng.
Trên đoạn cong của lưỡi cắt (khi λ>0
o
) giá trị của góc trước thay đổi và giảm dần
(theo chiều kim đồng hồ) khiến cho hệ số co rút phoi tăng.
Khi tăng bán kính mũi dao, hệ số co rút phoi tăng do chiều dài đoạn cong của
lưỡi cắt tăng.
* Ảnh hưởng của chế độ cắt
a. Tốc độ cắt.
Trong các yếu tố của chế độ cắt thì tốc độ cắt ảnh hưởng đến hệ số co rút
phoi nhiều nhất. Khi tăng tốc độ cắt đến một khoảng giá trị nào đó thì xuất hiện lẹo
dao làm giảm góc cắt, do đó hệ số co rút phoi giảm (Hình 1.9a, đoạn AB). Tiếp tục
tăng tốc độ cắt, chiều cao lẹo dao giảm làm cho góc cắt tăng lên khiến cho hệ số co
rút phoi lúc này tăng lên (đoạn BC). Khi tốc độ cắt tiếp tục tăng lên nữa vượt quá
khu vực hình thành lẹo dao thì hệ số co rút phoi giảm (đoạn CD) vì lúc này hệ số
ma sát giữa phoi và mặt trước giảm đi. Hình 1.9b cho quan hệ giữa tốc độ và hệ số
ma sát. Điểm A trên hình 1.9b tương ứng với điểm C trên hình 1.9a. Tại đó nhiệt độ
cắt khi gia công thép trung bình đạt khoảng 300÷400
o
C.
Khi tăng tốc độ cắt, chiều dài tiếp xúc giữa phoi và mặt trước của dao giảm
đi, do đó làm giảm ma sát và sự co rút phoi giảm.
13

H1.8. a) ảnh hưởng của góc φ đến hệ số co rút phoi
b) phương thoát phoi khi lưỡi cắt cong
Khi tốc độ cắt đạt giá trị 200÷300m/ph, hệ số co rút phoi hầu như không thay
đổi.
b. Chiều dày cắt.
Hình 1.9. cho thấy sự biến đổi của hệ số co rút phoi theo chiều dày cắt a, khi gia
công thép 45 bằng dao có góc trước γ=25
o
; φ=45
o
; và v=52m/ph.
Từ hình 1.9.a có thể thấy rằng, khi chiều dày cắt a tăng lên thì hệ số co rút
phoi giảm đi. Do sự biến dạng của phoi dọc theo chiều dày không đồng đều, lớp
phoi càng gần mặt trước của dao càng chịu biến dạng lớn, nên khi giữ nguyên các
điều kiện khác, phoi mỏng có trị số co rút phoi lớn hơn phoi dày.
Chiều sâu cắt có ảnh hưởng không đáng kể đến sự co rút của phoi.
Hệ số co rút phoi là một thông số quan trọng quyết định sự tiến triển của quá
trình cắt, bởi vì sự thay đổi của hệ số co rút phoi kéo theo sự thay đổi của lực cắt,
chất lượng bề mặt gia công.
Trong một chừng mực nào đó, hệ số co rút phoi có thể đặc trưng cho mức độ
biến dạng dẻo. Tuy nhiên hệ số co rút phoi không thể dùng làm tiêu chuẩn định
lượng chính xác cho biến dạng dẻo, bởi vì ngay cả khi hệ số co rút phoi K=1 thì vẫn
có biến dạng dẻo.
Để đặc trưng cho biến dạng dẻo về mặt số lượng, có thể dùng độ trượt tương
đối (khi xem quá trình lần lượt của các lớp kim loại).
Lý thuyết bền cho ta độ trượt tương đối ε bằng tỷ số giữa độ trượt ∆
ε
và
chiều dày lớp trượt ∆
x

.
14
Lấy một đoạn phoi có chiều dài ∆
x
, diện tích mặt bên của nó là hình bình hành
ABCD. Trước khi chuyển thành phoi hình bình hành có chiếm vị trí ABDE (hình
1.9b). Khi chuyển thành phoi, điểm E chuyển đến D, còn D chiếm vị trí điểm C.
Ta có: ε = ∆
x
/ ∆
s
, ở đây ∆
s
là độ dài của đoạn ED, DC hoặc AB = EF + FD.
Từ tam giác EFA ta có: EF = ∆
x
.ctg θ
Từ tam giác AFD ta có: FD = ∆
x
.tg(θ – γ) do đó ∆
s
= ∆
x
.ctgθ + ∆
x
.tg (θ – γ)
Từ đó suy ra: ε = ctgθ + tg(θ – γ)
Tìm quan hệ giữa ε và K.
Thay giá trị của θ (tgθ = cosγ / K – sinγ) vào phương trình trên ta có:
ε = K

2
– 2K.sinγ + 1 / K.cos γ
Từ đó có thể rút ra một kết luận như sau:
Hệ số co rút phoi không bằng độ trượt tương đối, do đó không thể biểu diễn
được mức độ biến dạng của phoi về mặt số lượng.
Tăng hệ số co rút phoi thì độ trượt tương đối tăng.
Khi K=1 độ trượt tương đối không bằng đơn vị, có nghĩa là ngay khi đó vẫn
có biến dạng dẻo.
Độ trượt tương đối sẽ có giá trị cực tiểu khi:
d.ε/d.K = 1/cosγ – 1/K
2
.cosγ = 0
15
H.1.9.a) Quan hệ giữa chế độ cắt và sự co rút phoi b) Sơ đồ trượt tương đối
Nghĩa là khi K = 1.
Như vậy biến dạng dẻo sẽ cưc tiểu khi hệ số co rút phoi bằng đơn vị.
c. Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội.
Dung dịch trơn nguội có tác dụng làm giảm ma sát khi cắt, do đó làm giảm
sự co rút của phoi.
2. MÒN DỤNG CỤ CẮT
Trong quá trình cắt, phoi chuyển động trượt và tạo ma sát với mặt trước của
dụng cụ cắt, mặt đang gia công của chi tiết chuyển động tiếp xúc với mặt sau của
dụng cụ cắt trong điều kiện áp lực lớn, nhiệt độ cao, ma sát khốc liệt và liên tục gây
nên hiện tượng mài mòn dụng cụ cắt.
Mài mòn dụng cụ cắt là một quá trình phức tạp, xảy ra theo các hiện tượng
cơ lý hoá ở các bề mặt tiếp xúc giữa phoi, chi tiết với dụng cụ gia công. Khi bị mài
mòn, hình dạng và thông số hình học phần cắt dao thay đổi gây nên những hiện
tượng vật lý có ảnh hưởng xấu đến quá trình cắt và chất lượng bề mặt gia công. Do
đặc điểm của quá trình cắt phức tạp nên khác với mài mòn trên các chi tiết máy bình
thường, mài mòn dao có nhiều dạng khác nhau.

* Các dạng mài mòn dao.
Phần cắt dao trong quá trình cắt thường bị mài mòn theo các dạng sau:
* Mài mòn theo mặt sau:
Được đặc trưng bởi một lớp vật liệu dao bị tách khỏi mặt sau trong quá trình
cắt và được đánh giá bởi chiều cao mòn h
s
. Mài mòn mặt sau thường xảy ra khi gia
16
Hình 1.10 – Các dạng mài mòn của dụng cụ cắt
công với chiều dày cắt nhỏ, đối với các loại vật liệu gia công giòn. Kết quả là góc
sau α giảm, tăng sự tiếp xúc giữa mặt sau dao và bề mặt đang gia công, tăng ma sát.
* Mài mòn theo mặt trước.
Một lớp vật liệu trên mặt trước dao bị tách đi dẫn đến góc trước dao γ âm,
tăng biến dạng và tăng tải trọng.
+ Mài mòn Crater.
Trong quá trình cắt, phoi trượt liên tục trên mặt trước hình thành một trung
tâm áp lực cách lưỡi cắt một khoảng nào đó nên mặt trước bị mòn theo dạng lưỡi
liềm (Crater). Vết lõm lưỡi liềm thường xảy ra dọc theo lưỡi cắt và được đánh giá
bởi chiều rộng B, chiều sâu h
t
và khoảng cách từ lưỡi dao đến vết lõm K
T
theo mặt
trước. Dạng mài mòn này thường xảy ra khi cắt vật liệu dẻo với chiều dày cắt a lớn
(a>0,6mm) dẫn đến góc γ tăng lên, phoi dễ thoá ra nhưng sẽ làm yếu dần lưỡi dao.
+ Mòn lưỡi cắt.
Dao bị mòn dọc theo lưỡi cắt tạo thành dạng cung hình trụ có bán kính ρ đo
theo mặt vuông góc lưỡi cắt. Dạng mòn này thường gặp khi gia công các loại vật
17
Hình 1.11– Mài mòn mặt sau

h
s
Hình 1.12 – Mài mòn Crater
liệu có tính dẫn nhiệt kém, nhiệt cắt tập trung tại lưỡi cắt nên bị tù nhanh dẫn đến
dao không tách được phoi mà bị trượt.
* Mài mòn mũi dao.
Phần kim loại ở mũi dao bị mất dần đi hình thành nên bán kính mũi dao R.
Dạng mài mòn này sẽ làm biến đổi vị trí tiếp xúc giữa dao và chi tiết dẫn đến thay
đổi kích thước gia công.
Trong các dạng mài mòn trên thì mài mòn theo mặt sau là quan trọng và dễ
xác định nhất. Chiều cao mài mòn h
s
và diện tích lõm mài mòn Crater A
k
được dùng
làm tiêu chuẩn để đánh giá lượng mài mòn.
*Ảnh hưởng của chế độ cắt đến tuổi bền dụng cụ cắt.
Chiều sâu cắt.
Nói chung, tuổi bền dụng cụ cắt bị ảnh hưởng nhỏ bởi những thay đổi về
chiều sâu cắt so với những thay đổi về lượng chạy dao, đặc biệt trong cắt thô (trong
18
Hình 1.13 – Các dạng mài mòn chính khi tiện
đó chiều sâu cắt lớn hơn 1,5 mm). Sự lựa chọn phù hợp nhất giữa tuổi bền dao và
tốc độ bóc tách vật liệu trong cắt thô thường nhận được ở chiều sâu cắt lớn nhất cho
phép. Tuy nhiên, chiều sâu cắt lớn hơn có thể làm giảm tuổi bền dụng cụ cắt trong
cắt bán thô và cắt tinh. Chiều sâu cắt tăng 50% chỉ giảm 15% tuổi bền dụng cụ cắt.
Ảnh hưởng của chiều sâu cắt phần nào lớn hơn khi chiều sâu cắt nhỏ hơn 10 lần
lượng chạy dao.
Lượng chạy dao.
Lượng chạy dao cho phép lớn nhất có tác động đến cả tốc độ trục chính tối

ưu và năng suất. Những thay đổi về lượng chạy dao có tác động đáng kể hơn đến
tuổi bền dụng cụ cắt so với do những thay đổi về chiều sâu cắt, lượng chạy dao tăng
50% thường làm giảm tuổi bền dụng cụ cắt 60%. Trong nhiều trường hợp, lượng
chạy dao lớn nhất cho phép phải phù hợp với công suất máy và yêu cầu chất lượng
bề mặt và là giải pháp phù hợp để tăng hiệu quả sử dụng máy. Có thể tăng tốc độ
bóc tách vật liệu cao hơn nhiều mà không làm giảm tuổi bền dao bằng các tăng
lượng chạy dao và giảm tốc độ cắt. Kỹ thuật này đặc biệt hiệu quả trong cắt thô, ở
đó lượng chạy dao lớn nhất phụ thuộc vào lực cắt lớn nhất mà lưỡi cắt và máy có
thể chịu đựng.
Tốc độ cắt.
Tốc độ cắt có ảnh hưởng lớn nhất đến tuổi bền dụng cụ cắt so với chiều sâu
cắt và lượng chạy dao. Khi tốc độ cắt tăng 50%, tuổi bền dao dựa trên mòn mặt sau
hoặc mòn lõm mặt trước thường giảm từ 80-90%.
* Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến mòn dụng cụ cắt.
Việc sử dụng dung dịch trơn nguội hợp lý có ảnh hưởng rất lớn đến mòn
dụng cụ cắt. Do dung dịch trơn nguội có khả năng làm giảm ma sát giữa dao và
phôi cũng như giữa dao và bề mặt gia công, nên có thể làm giảm mòn một cách
đáng kể.
Hơn nữa, dung dịch trơn nguội còn có khả năng làm giảm lực cắt và nhiệt cắt
như đã nói ở phần trên. Nên việc sử dụng trơn nguội vào quá trình cắt để làm tăng
tuổi thọ của dao hay để giảm lượng mòn dao là rất cần thiết.
19
3. LỰC CẮT KHI TIỆN
Trong quá trình cắt kim loại, để tách được phoi và thắng được ma sát cần
phải có lực. Lực sinh ra trong quá trình cắt 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, Dưới tác dụng của lực và nhiệt,
dụng cụ sẽ bị mòn, bị phá huỷ. Muốn hiểu được quy luật mài mòn và phá huỷ dao

thì phải hiểu được 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 lượng của quá trình cắt
thì các mối quan hệ lực cắt cũng cân bằng.
Lực cắt sinh ra khi cắt là một hiện tượng 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 đường
đi của dụng cụ. Theo cơ học, nghiên cứu về lực nói chung là xác định 3 yếu tố:
Điểm đặt, Hướng (phương, chiều) và độ lớn của lực.
Trong cắt gọt kim loại, người ta gọi lực sinh ra trong quá trình cắt tác dụng
lên dao là lực cắt, ký hiệu là
P
r
; còn lực có cùng độ lớn, cùng phương nhưng ngược
chiều với lực cắt gọi là phản lực cắt, ký hiệu là
'
P
r
.
Quá trình cắt thực hiện được 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 và biến dạng dẻo. Do vậy lực sinh ra
do biến dạng cũng có lực biến dạng đàn hồi
dh
P
r
và lực biến dạng dẻo
d
P
r
. Những lực

này cùng với lực ma sát tác dụng lên dao, cụ thể trên mặt trước và mặt sau dao.
20
P
dh1
P
dh2
P
d1
P
d2
P
bd
F
ms1
F
ms2
F
ms
P
bd
P
Dao
Phoi
Chi tiết
Trên hình 1.14. trong trường
hợp cắt tự do, ta có:

Trên đây hệ lực được xét là hệ lực phẳng, nhưng 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.

3.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt khi tiện.
* Ảnh hưởng 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 hưởng lớn đến quá trình cắt, đặc biệt đến lực cắt.
Thực nghiệm ghi nhận chi tiết gia công ảnh hưởng đến lực cắt bởi các yếu tố
sau:
* Độ bền, độ cứng của vật liệu.
* Thành phần hoá học.
* Cấu trúc kim loại của vật liệu.
* Phương pháp chế tạo phôi…
Thực tế nếu tiến hành khảo sát ảnh hưởng 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
người ta biểu thị mức độ ảnh hưởng của vật liệu cụ thể đến lực cắt trong điều kiện
cắt gọt xác định bằng độ lớn lực cần thiết để tách 1mm
2
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 trong khảo sát
công thức kinh nghiệm, lực cắt đơn vị p được định nghĩa là lực cần thiết để tách
21
Hình 1.14- Sơ đồ nguồn gốc của lực cắt
một lớp phoi tiết diện 1mm
2
có chiều dày trung bình a
tb
=1mm và chiều rộng b=1mm
trong điều kiện dao tiêu chuẩn.
Như vậy lực cắt đơn vị đặc trưng cho một loại vật liệu xác định được gọi là
hằng số lực cắt, thường 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, hằng số lực cắt Cp được xác định bằng thực nghiệm và cho
theo bảng trong các sổ tay cắt gọt.
σb (N/mm2)
300-400 400-500 500-600 600-700 700-800
Cpv (N) 1270 1390 1490 1630 1840
HB (N/mm2) 1400-1600 1600-1800 1800-2000
Cpv (N) 920 990 1050
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 như thắng ma sát càng phải lớn.
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.
* Các yếu tố ảnh hưởng của điều kiện cắt đến lực cắt.
Điều kiện cắt gọt bao gồm nhiều yếu tố như chế độ cắt v, s, t; độ cứng vững
của hệ thống công nghệ; có hay không tưới dung dịch trơn nguội vào vùng cắt…Ở
đây ta chỉ khảo sát ảnh hưởng của chế độ cắt đến lực cắt.
Khảo sát ảnh hưởng của các thông số v, s, t đến lực cắt trong quá trình cắt.
Sử dụng nguyên lý cộng tác dụng, khi nghiên cứu ảnh hưởng 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
22
Bảng 1.2.b. Hằng số lực cắt Cp khi cắt vật liệu dòn [4]
Bảng 1.2.a. Hằng số lực cắt Cp khi cắt vật liệu dẻo [4]
đang xét thay đổi, sau đó tổng hợp lại ta nhận được ảnh hưởng đồng thời của các
yếu tố xét đến lực cắt.
+ Ảnh hưởng của chiều sâu cắt.
Vì chiều rộng cắt b = t/sinϕ có ý nghĩa vật lý trong quá trình cắt nên ta sẽ
khảo sát ảnh hưởng 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 được các giá trị lực cắt Pv tương ứng như trên đồ thị.
Từ đồ thị ta nhận thấy rằng khi tăng b thì lực cắt cũng tăng. Nếu như cắt với
chiều dày cắt atb = 1mm thì lực cắt chính Pv được tính bằng:
+ Ảnh hưởng của lượng chạy dao.
Vì chiều dày cắt a = s.sinϕ có ý nghĩa vật lý trong quá trình cắt nên ta sẽ
khảo sát ảnh hưởng 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 được các giá trị lực cắt Pv tương ứng.
Bằng cách xử lý các số liệu đo ta có thể biểu diễn mối quan hệ giữa lực cắt
và a như sau:
23
chiều rộng cắt b (mm)
lực cắt P
v
(N)
.
p
v
v
x
v p
P C b
=
Kết quả xử lý số liệu đo
được như đồ thị ta nhận
được:

1
v
p

x ≈
loga
logP
v
θ
.
p
v
v
y
v p
P C a=
Từ đồ thị ta nhận thấy rằng khi tăng chiều dày cắt a thì lực cắt cũng tăng,
nhưng không tăng nhiều như 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 lưỡi cắt một cách tuyến tính như khi tăng chiều rộng cắt
b.Từ đồ thị (logP
v
-loga) có dạng tuyến tính, ta có thể xác định được số mũ
v
p
y tg
θ
=
, theo thực tế thì
1
v
p
y <
còn khi cắt thép thì

0,75
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 được viết như sau:
. .
p p
v v
v
x y
v p
P C b a
=
Hoặc có thể viết theo s, t:
'
. .
p p
v v
v
x y
v p
P C t s
=
Trong đó ta nhận thấy:
+ Ảnh hưởng của tốc độ 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 qui luật. Tuy nhiên khi cắt với tốc độ
phổ biến ở phạm vi tốc độ cao như ngày nay đang sử dụng thì nhận thấy rằng khi
tăng tốc độ cắt v, lực cắt hầu như không thay đổi hoặc thay đổi không đáng kể. Do

vậy để đơn giản trong công thức tính lực cắt ta thường bỏ qua yếu tố v.
+ Ảnh hưởng của dụng cụ cắt.
Thực tế cho thấy vật liệu chế tạo dao và thông số hình học của dao có ảnh
hưởng trực tiếp đến lực cắt.
Qua khảo sát bằng thực nghiệm, ảnh hưởng bởi các yếu tố liên quan của
dụng cắt đến lực cắt được biểu thị qua các hệ số điều chỉnh trong công thức kinh
nghiệm tính lực cắt.
KPv= Kγ.K
ϕ
.KR.KΔ.Kl
24
v v
p p
x y>
với Kγ, Kϕ, KR, KΔ, Kl là các hệ số điều chỉnh liên quan đến góc trước, góc
nghiêng chính, bán kính mũi dao, độ lớn mài mòn mặt sau và việc tưới dung dịch
trơn nguội vào khu vực cắt.
Tổng hợp ta có thể lập được phương trình kinh nghiệm tính lực cắt như sau:
'
. . .
p p
v v
v v
x y
v p p
P C t s K
=
Tương tự ta cũng nhận được phương trình tính các thành phần lực Ps và Pt
có dạng như trên.
Các giá trị hằng số lực cắt Cp, các số mũ xp, yp và các hệ số điều chỉnh K

được cho trong các sổ tay tra cứu về cắt gọt.
3.2. Ảnh hưởng 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.
Khi sử dụng dung dịch trơn nguội thì lực cắt giảm rõ rệt nếu vật liệu gia
công có độ dẻo cao. Điều này được giải thích như sau: trong trường 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.
Tuy nhiên, một số nhà nghiên cứu lại khuyên không nên sử dụng dung dịch
trơn nguội khi gia công với tốc độ cắt lớn. Ví dụ khi gia công thép 45 với tốc độ cắt
cao và dùng dung dịch trơn nguội êmuxi, lực cắt P
z
lớn hơn chút ít so với trường
hợp gia công không có dung dịch trơn nguội.
Mặc dù có lời khuyên trên, nhưng trong thực tế sử dụng dung dịch trơn nguội
trong mọi trường hợp (kể cả gia công tốc độ cao) vẫn có ưu 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 được cải thiện đáng kể.
4. NHIỆT CẮT KHI TIỆN.
Quá trình tạo phoi và thoát phoi khỏi vùng cắt trong quá trình cắt làm xuất
hiện một lượng nhiệt nhất định. Lượng nhiệt này sinh ra do sự chuyển đổi từ công
cắt gọt. Thực nghiệm chứng tỏ rằng gần như 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
25