tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật TỔNG QUAN về TIỆN CỨNG và làm NGUỘI tối KHI TIỆN CỨNG

Luận Văn Thạc Sỹ

Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT THAI NGUYÊN

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

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 9XC

NGUYỄN TRỌNG ANH TUẤN

THÁI NGUYÊN-2010

Trang: 1


Luận Văn Thạc Sỹ

Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ
KÝ HIỆU
TT
1
2
3

4
5
6
7
8
9
10

Tên gọi

Ký hiệu
Q
p
n
S
S
t
u
α
Ra
T

Lưu lượng tưới
Áp lực tưới
Số vịng quay trục chính
Lượng chạy dao vòng
Lượng chạy dao phút
Chiều sâu cắt
Lượng mòn của dao
Tốc độ mòn của dao

Nhám bề mặt
Tuổi bền của dụng cụ cắt

Thứ nguyên
l/ph
KG/cm2
v/ph
mm/vg
mm/ph
mm
μm
Μm/ph
μm
Phút

CÁC BẢNG BIỂU
TT
1
2
3
4
5

Tên bảng
Bảng 1
Bảng 2
Bảng 3
Bảng 4
Bảng 5

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

Trang: 2


Luận Văn Thạc Sỹ

Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
TT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25

Tên hình
Hình 1.1
Hình 1.2
Hình 1.3
Hình 1.4
Hinh 1.5
Hình 1.6
Hình 1.7
Hình 1.8
Hình 1.9
Hình 1.10
Hình 1.11
Hình 1.12
Hình 1.13
Hình 1.14
Hình 3.1
Hình 3.2
Hình 3.3

Hình 3.4
Hình 3.5
Hình 3.6
Hình 3.7
Hình 3.8
Hình 3.9
Hình 3.10
Hình 3.11

Nội dung
Qúa trình hình thành phoi khi tiện thường
Sơ đồ quá trình hình thành phoi thép
Các loại phoi
Sơ đồ nguồn gốc của lực cắt.
Nguồn gốc và sự phân bố lực cắt
Quan hệ giữa θ và v
Quan hệ giữa chiều dày cắt và nhiệt cắt
Quan hệ giữa nhiệt cắt với b
Các dạng mài mòn của dung cụ cắt
Mài mòn mặt sau
Mài mòn Crater
Các dạng mài mòn khi tiện
Chi tiết bề mặt vật rắn
Qúa trình hình thành phoi khi tiện cứng
Sơ đồ nguyên lý đầu phun
Đầu Phun
Máy nén khí
Máy đo nhám Mitutoyo SJ-201
Dao và cán dao
Mảnh dao CBN

Lực cắt Py ở ba chế độ bơi trơn
Lực cắt trung bình Py
Lực cắt Pz ở ba chế độ bơi trơn
Lực cắt trung bình Pz
Độ nhám Ra của ba chế độ bôi trơn

Trang: 3


Luận Văn Thạc Sỹ

Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy

Phần phụ lục
Danh mục các Ký hiệu, bảng biểu và các hình vẽ
LỜI NĨI ĐẦU
LỜI CÁM ƠN
1. Tính cấp thiết của đề tài.
2. Mục đích và phương pháp nghiên cứu
3. Đối tượng 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
Chương 1: Tổng quan về tiện cứng và bôi trơn làm nguội khi tiện cứng
Chương 2: Nghiên cứu ứng dụng bôi trơn tối thiểu vào quá trình tiện
cứng
Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm

Phần kết luận chung
- Kết luận chung cả luận văn
- Hướng nghiên cứu tiếp theo, các kiến nghị
Phần phụ lục
Tài liệu tham khảo
CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ TIỆN CỨNG VÀ LÀM NGUỘI TỐI KHI TIỆN CỨNG
1.1. Khái niện, ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng
1.1.1. Khái niệm
1.1.2. Ưu nhược điểm
1.1.3. Phạm vi ứng dụng
Trang: 4


Luận Văn Thạc Sỹ

Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy

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 hưởng đến lực cắt khi tiện
a) Ảnh hưởng của chi tiết gia công đến lực cắt
b) Ảnh hưởng của điều kiện gia công đến lực cắt
1.2.4. Nhiệt cắt
1. Qúa trình hình thành nhiệt khi tiện

2. Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến quá trình cắt khi tiện
3. Các yếu tố ảnh hưởng của nhiệt cắt khi tiện
4. Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội dến nhiệt cắt
1.2.5. Mòn dụng cụ
1. Các dạng mài mòn
2. Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến mòn dụng cụ
1.2.6. Chất lượng 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 lượng bề mặt
1.4. Bôi trơn làm nguội khi tiện cứng
1.4.1. Khái niệm

Trang: 5


Luận Văn Thạc Sỹ

Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy

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 bơi trơn-làm nguội
2. Một số hóa chất thường dùng trong bôi trơn làm nguội

1.4.3. Các phương pháp bôi trơn làm nguội
1.4.4. Bôi trơn làm nguội khi tiện cứng
1.5. Khái qt tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước
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 chương 1
CHƯƠNG 2:
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BÔI TRƠN LÀM
NGUỘI TỐI THIỂU ( MQL ) VÀO Q TRÌNH TIỆN CỨNG
2.1. Bơi trơn làm nguội tối thiểu ( MQL )
2.1.1. Bản chất của MQL
2.1.2. Ưu nhược điểm
1. Ưu điểm
2. Nhược điểm
2.1.3. Phạm vi ứng dụng
2.2 Ảnh hưởng các thông số công nghệ đến MQL
2.2.1. Vị trí vịi phun
2.2.2. Loại dung dịch
2.2.3. Các phương pháp gia cơng
2.2.4. Áp lực Lưu lượng dịng 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 chương 2

Trang: 6


Luận Văn Thạc Sỹ

Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy

CHƯƠNG 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 thiết bị thí nghiệm
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 PX,
2. Lực cắt PZ
3. Độ nhám
- Thảo luận kết quả
Kết luận chương 3
Phần kết luận chung
- Kết luận chung cả luận văn
- Hướng nghiên cứu tiếp theo, các kiến nghị
Tài liệu tham khảo

Trang: 7


Luận Văn Thạc Sỹ

Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy

LỜI NĨI ĐẦU

LỜI CÁM ƠN
Đầu tiên tơi xin gởi đến TS. Trần Minh Đức lời cám ơn sâu sắc. Thầy
đã tận tình hướng dẫn tơi để thục hiện đề tài này, định hướng đề tài và sự
hướng dẫn tận tình của thầy để tôi được tiếp cận và khai thác các tài liệu
chuyên môn cũng như những chỉ bảo trong quá trình viết luận văn và làm
thực nghiệm.
Ngồi ra tơi cũng hết sức cám ơn các anh em công nhân, nghiên cứu
sinh: Cao Thái Sơn đã giúp tơi hồn thành tốt luận văn này.
Và cũng khơng thể qn nói lời cám ơn đến gia đình của tơi. Tơi xin
chúc mọi người sức khõe, hạnh phúc và thành đạt.

Huế, ngày.....Tháng......Năm 2010
Học viên

Nguyễn Trọng Anh Tuấn

Trang: 8


Luận Văn Thạc Sỹ

Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy

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 cơng được nhiều chi tiết có hình dáng
khác nhau bằng cách thay đổi đường chạy dao. Trong khi đó muốn mài được hình
dạng chi tiết khác thì phải sửa lại đá hoặc thay đá khác. Đặc biệt tiện cứng có thể
gia cơng được biên dạng phức tạp mà mài khó có thể thực hiện được. Nếu xét về chi

phí đầu tư thì một máy tiện CNC chỉ bằng khoảng 1/2 đến 1/10 máy mài CNC.
- Tiện cứng là phương pháp tiện sử dụng dao bằng vật liệu siêu cứng CBN
(Cubic Boron Nitride), PCBN (Polycrystal cubic boron nitride - nitrit bo lập phương
đa tinh thể), PCD (Polycrystalline Diamond – Kim cương đa tinh thể) hoặc ceramic
tổng hợp thay thế cho mài để gia cơng thép đã tơi (có độ cứng lớn hơn 45HRC).
Phương pháp này có thể gia cơng khơ và hồn 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 lượng khi mài.Thơng thường các chi tiết bằng thép được gia
cơng 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 trường, thúc
đẩy các nhà sản xuất loại dần khâu mài trong quy trình cơng nghệ gia cơng chi tiết.
Trong khi đó, tiện cứng có thể được thực hiện mà khơng 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 930oC. Thông thường khi tiện cứng người ta dùng phương pháp gia
công khô. Để thay thế phương pháp gia công khô bằng phương pháp bôi trơn làm
nguội tối thiểu. Dung dịch bôi trơn được đưa và vùng cắt dưới áp suất dịng khí.
Phương pháp này mang lại các ưu điểm giảm lực cắt, tạo lớp bảo vệ bề mặt chi tiết,
làm tăng tuổi thọ của dụng cụ cắt ..v...v. mặt khác phương pháp này không làm ô
nhiễm môi trường, khơng gây tác hại cho cơng nhân,.chi phí thấp vì lượng phun rất

Trang: 9


Luận Văn Thạc Sỹ

Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy

nhỏ và không cần tái chế sau khi đã sử dụng. Từ đó chúng ta thấy rằng: sử dụng bơi
trơn làm nguội vào tiện cứng sẽ làm cải thiện quá trình cắt khi tiện
Với các ưu điểm trên nên việc nghiên cứu ảnh hưởng 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 phương 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 hưởng của dung dịch bôi trơn làm nguội tối thiểu khi tiện cứng để
từ đó xác định được 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) Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu giữa lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm,
trong đó chủ yếu là nghiên cứu thực nghiệm
3. Đối tượng nghiên cứu
- Vật liệu gia cơng: Thép 9XC qua tơi 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 phương pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu
( MQL ) khi tiện thép 9XC đến lực cắt và độ nhám bề mặt chi tiết khi tiện khơ, tiện
có bơi 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 ưu hóa khi chọn loại dung dịch trong
bơi trơn tối thiểu đến lực cắt và độ nhám bề mặt gia công khi tiện cứng thép 9XC

Trang: 10


Luận Văn Thạc Sỹ

Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy

5.2. Ý nghĩa thực tiễn
Hiện nay người ta thường dùng phương 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
phương 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 cơng 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
Chương 1: Tổng quan về tiện cứng và bôi trơn làm nguội khi tiện cứng
Chương 2: Nghiên cứu ứng dụng bơi trơn tối thiểu vào q trình tiện cứng
Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm
Phần kết luận chung
- Kết luận chung cả luận văn
- Hướng nghiên cứu tiếp theo, các kiến nghị
Phần phụ lục
Tài liệu tham khảo

Trang: 11


Luận Văn Thạc Sỹ

Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy

CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ TIỆN CỨNG
VÀ LÀM NGUỘI TỐI KHI TIỆN CỨNG
1.1.Khái niệm, ưu nhược 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. Ưu nhược điểm
1. Ưu 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 cơng chi tiết có độ cứng
cao, biên dạng phức tạp...v...v
2. Nhược điểm:
- Tuy tiện cứng mang lại hiệu quả cao nhưng nó cũng mang theo một số
nhược điểm. Do làm việc ở nhiệt độ cao nên dụng cụ thường bị phá hỏng rất nhanh ,
dụng cụ phải làm từ vật liệu rất cứng vì vậy làm cho q trình sản suất khó và phức
tạp ngồi 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 được sử dụng cho các chi tiết sau khi nhiệt luyện giống như công
đoạn mài. Hầu hết các chi tiết có thể mài cũng có thể tiện cứng. Nhồi ra, tiện cứng
cớ ưu thế là có
thể gia công các bề mặt phức tạp mà mài không thể làm được, hoặc mài định
hình khó khăn, các kết cấu do cách gá đặt hay chọn chuẩn gá khô thể mài được, 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 phương pháp gia công kim loại rất

Trang: 12


Luận Văn Thạc Sỹ

Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy

phổ biến trong ngành cơ khí chế tạo máy.
- Q trình cắt kim loại là quá trình con người sử dụng dụng cụ cắt để hớt bỏ
lớp kim loại thừa khỏi chi tiết, nhằm đạt được những yêu cầu cho trước về hình
dáng, kích thước, vị trí tương quan giữa các bề mặt và chất lượng bề mặt của chi tiết
gia công. Lớp kim loại thừa trên chi tiết cần hớt bỏ đi gọi là lượng dư 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 thường và phân loại
1. Quá trình tạo phoi khi tiện thường
Qua nghiên cứu q trình tiện nói chung thì thực tế phoi được tách ra khỏi chi
tiết khi cắt không theo phương của vận tốc cắt (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 cịn trên chi tiết (hình 1.1).

Hình 1.1. Qúa trình hình thành phoi khi tiện thường
Khi dao dịch chuyển các phân tử kim loại lúc đầu bị nén đàn hồi (hình 1.2a),
sau đó bị biến dạng dẻo, q 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 1.2b). Hiện tượng tương tự
cũng xảy ra đối với các phần tử tiếp theo từ 1÷ 5 (hình 1.2c).

Trang: 13

Luận Văn Thạc Sỹ

Chun ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy

Hình 1.2. Sơ đồ quá trình hình thành phoi thép
Biến dạng dẻo xảy ra trong vùng được giới hạn bằng góc , góc này được gọi là
góc tác động. Góc 1 gọi là góc trượt, cịn 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 nhỏ.
2. Phân loại phoi.
- Phoi dây (hình 1.3a) được hình thành khi gia cơng vật liệu dẻo với chiều
sâu cắt nhỏ, tốc độ cắt và góc trước lớn.
- Phoi xếp lớp (hình 1.3b) được hình thành khi gia công thép và các vật liệu
dẻo khác với chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trước nhỏ.
- Phoi vụn (hình 1.3c) được hình thành khi gia công các vật liệu dẻo với
chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trước nhỏ.
Khi gia cơng các vật liệu giịn (gang) với chiều sâu cắt và góc trước lớn thì phoi vụn
(hình 1.3d) có hình dạng khơng giống nhau được hình thành.

Trang: 14


Luận Văn Thạc Sỹ

Chun ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy

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 được phoi và thắng được ma sát cần

phải có lực. Lực sinh ra trong q 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 tốn thiết kế máy móc thiết bị,... Dưới tác dụng của lực và
nhiệt, dụng cụ sẽ bị mòn, bị phá huỷ. Muồn hiểu được quy luật mài mòn và phá huỷ
dao thì phải hiểu được quy luật tác động của lực cắt. Muốn tính cơng tiêu hao khi
cắt cần phải biết lực cắt. Những hiểu biết lý thuyết về lực cắt tạo khả năng chính
xác hố 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 cơng thì lực cắt khơng phải là hằng số mà biến đổi theo quãng đường
của dụng cụ. Theo cơ học, nghiên cứu về lực nói chung là xác định 3 yếu tố:
- Điểm đặt của lực.

Trang: 15


Luận Văn Thạc Sỹ

Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy

- Hướng (phương và chiều) tác dụng của lực.
- Giá trị (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 ; còn lực có cùng độ lớn, cùng phương nhưng ngược


chiều với lực cắt gọi là phản lực cắt, ký hiệu là P ′ . Q 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 Pdh và biến dạng dẻo Pd . 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 trước và mặt sau dao.

Trong trường hợp cắt tự
do ta có:
Pbd1= Pdh1 + Pd1
Pbd2= Pdh2 + Pd2
Pbd= Pbd1 + Pbd2
Fms= Fms1 + Fms1
P = Pbd + Fms ( 4.1 )

Hình 1.4. Sơ đồ nguồn gốc của lực cắt
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 khơng gian. Để tiện cho việc nghiên cứu, tính tốn, đo
đạc và kiểm tra, ta có thể nghiên cứu lực cắt thông qua các thành phần của chúng.
2. Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt khi tiện.
a) 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 cơng có ảnh hưởng lớn đến quá trính 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,
Trang: 16

Luận Văn Thạc Sỹ

Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy

- 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 cơng thức thực nghiệm tính tốn 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 1mm2 diện tích tiết diện phoi cắt
khỏi chi tiết gia cơng. Theo phân tích trên đây chính là lực cắt đơn vị p. Tuy vậy đối
với một loại vật liệu thì p cịn 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 được 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. 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, hảng số lực cắt Cp được 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)
Cpv (N)

300-400

400-500

500-600

600-700

700-800

1270

1390

1490

1630

1840

Bảng 2- Hằng số lực cắt Cp khi cắt vật liệu dòn
HB
(N/mm2)
Cpv (N)

1400-1600

1600-1800

1800-2000

920

990

1050

HB
(N/mm2)
Cpv (N)

1400-1600
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
cơng thực hiện biến dạng cũng như thắng ma sát càng phải lớn.

Trang: 17


Luận Văn Thạc Sỹ

Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy

+ 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 hưởng của điều kiện gia công 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 cơng 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 cọng tác dụng, khi nghiên cứu ảnh hưởng của một thơng 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 được ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố xét
đến lực cắt.
- Ảnh hưởng 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 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:
P = CPV .b
V

x pv

Kết qủa sử lý số liệu đo được như đồ thị ta nhận được:
x pv ≈ 1

Trang: 18


Luận Văn Thạc Sỹ

Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy

- Ảnh hưởng của lượng 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 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: .
PV = C PV .a

Y pv

Từ đồ thị ta nhận thấy rằng khi tăng chiều dày cắt a thì lực cắt cũng tăng,
nhưng khơng 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 ( log Pv – loga) có dạng tuyến tính, ta có thể xác định được số mũ:
y P = tgθ
V

Theo thực tế: yP < 1 Khi cắt thép thì yP ≈ 0,75
V

V

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:
PV = C Pv .b xPv .a YPV

Hoặc có thể viết theo s, t:
PV = C Pv .b xPv .a YPV

Trong đó ta nhận thấy: x Pv 〉 y Pv
- Ảnh hưởng 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

Trang: 19


Luận Văn Thạc Sỹ

Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy

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 gian trong công thức tính lực cắt ta thường bỏ qua yếu tố v
- Ảnh hưởng 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
hưởng trực tiếp đến lực cắt.
Qua khảo sát bằng thực nghiệm ảnh hưởng của các yếu 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.Kφ .KR.KΔ.Kl
với Kγ, K , KR, KΔ, Kl là các hệ số điều chỉnh liên quan đến góc trước, góc
nghiêng chính lưỡi cắt, bán kính mũi dao, độ lớn mài mòn mặt sau dao 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:
′
PV = C Pv .t xPv .s YPV .K Pv

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.
- 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.
sử dụng dung dịch trơn nguội thì lực cắt phải càng giảm rõ rệt nếu vật liệu gia cơng
càng 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.
Trong thực tế sử dụng dung dịch trơn nguội trong mọi trường hợp (kể cả gia
cơng tốc độ cao) 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. Qua thực tế thì khi ta sử dụng dung dịch trơn nguội thì cải

Trang: 20


Luận Văn Thạc Sỹ

Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy

thiện rất nhiều trong q trình gia cơng cắt gọt, cùng với một chế độ cắt nhưng gia
công khô sẽ không mang lại các ưu 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 ln 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 hưởng đến môi trường, 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 thốt phoi khỏi vùng cắt trong quá trình cắt làm xuất

hiện một lượng nhiệt nhất định. Lương nhiệt này sinh ra do sự chuyển đổi từ công
cắt gọt. Thực nghiệm chứng tỏ rằng gần như tất cả cơng cần thiết trong q trình cắt
đều chuyển biến thành nhiệt trừ công biến dạng đàn hồi và công kín (cơng để biến
dạng mạng tinh thể và các bề mặt lớn). Khoảng gần 98% cơng này chuyển hố
thành nhiệt tổng cọng phát sinh sau một phút gia công và có thể tính theo cơng thức
sau:
Qcg =

Pz .v
[Kcal/ph] (1.1)
427

Trong đó: Pz - thành phần lực cắt tiếp tuyến.
v - tốc độ cắt.
Nhiệt lượng cắt được định nghĩa như là lượng nhiệt được sinh ra trong quá
trình cắt sau một phút. Đó chính là cơng suất nhiệt khi cắt. Cịn lượng nhiệt có trên
một đơn vị thể tích hay khối lượng của vật thể được cắt gọi là nhiệt lượng đơn vị
(Cal/cm3; Cal/g).
Nhiệt lượng 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 lượng nhiệt khác nhau và gọi là
nhiệt độ cắt tức thời của các điểm khối lượng khảo sát trong vùng cắt. Trung bình
cọng đại số của nhiệt độ các điểm khối lượng của phoi gọi là nhiệt độ trung bình
của phoi. Tương tự ta có nhiệt độ trung bình của dụng cụ và chi tiết gia cơng. Nhiệt
độ trung bình trên các bề mặt tiếp xúc của vật liệu gia côngvà vật liệu cắt gọi là
nhiệt độ cắt, qui ước gọi tắt là nhiệt cắt.

Trang: 21


Luận Văn Thạc Sỹ

Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy

- Nguồn gốc của nhiệt cắt.
Như trên đã phân tích rõ ràng để tách được phoi và thắng được ma sát khi cắt ta
cần có lực cần thiết tác động vào chi tiết gia công tạo ra công cắt gọt và gần như
hầu hết công này chuyển biến thành nhiệt. Công này chính là để thực hiện q 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.
Qcg = Qbd + Qms (1.2)
Khi gia cơng 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 cơng trong q
trình biến dạng: Qdh
Nếu xem vùng tạo phoi như là một mặt trượt duy nhất thì qua nghiên cứu lượng
nhiệt này có thể xác định qua biểu thức sau:
Qcg =

Trong đó:

Pz .v
427

(1.3)

Pc - lực theo phương trượt
vc1. vận tốc trượt

Hình 1.5. Nguồn gốc và sự phân bố lực cắt

Trang: 22


Luận Văn Thạc Sỹ

Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy

+ Vùng tiếp xúc của phoi và mặt trước dao.
Nhiệt sinh ra do công biến dạng đàn hồi và ma sát ngoài: Qdm
Lượng nhiệt xuất hiện trên mặt trước dao là do 2 nguồn: do tác dụng của lực ma sát
trong ở lớp vật liệu phoi gần sát mặt trước 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: Qms
+ Nhiệt sinh ra do công đứt phoi: Qdp
2. Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến quá trình cắt khi tiện.
Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến quá trình cắt thường được nghiên cứu theo 3 quan
điểm:
- Theo độ chính xác gia cơng.
- Theo chất lượng bề mặt đã gia công.
- Theo khả năng cắt của dao.
a) Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến độ chính xác gia cơng.
Độ chính xác gia cơng khi cắt gọt được quyết định bởi vị trí tương quan giữa
dao và chi tiết gia cơng trong q trình cắt. Do vậy sự biến dạng về nhiệt của dao và
chi tiết gia công do ảnh hưởng của nhiệt khi cắt được quan tâm khảo sát.
Về quá trình trao đổi nhiệt, ta biết rằng nếu cung cấp một lượng nhiệt Q cho
một vật có thể tích V (cm 3), tỷ nhiệt c (J/kg.0K), khối lượng riêng (kg/cm3), thì độ
tăng của nhiệt độ của vật thể được xác định:
∆θ =

Q
( oK )
cγ .V

(1.4)

Độ thay đổi chiều dài L theo phương nào đó của vật thể là:
∆D = α .∆θ .D ( mm)
(1.5)
Như vậy nếu ta xét trường hợp khi tiện một chi tiết có được đường kính là D theo
thiết kế trên bản vẽ , nếu nhiệt lượng truyền vào cho chi tiết là Q ct thì nhiệt độ trên
chi tiết sẽ tăng lên một lượng xác định và đường kính của chi tiết sẽ thay đổi một
lượng là ΔD:
∆D = α .∆θ .D ( mm )

Trang: 23

(1.6)


Luận Văn Thạc Sỹ

Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy

Mặt khác, nhiệt lượng Qd 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 dưới 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:

∆L = f ( L, F , σ d , v, s, t..)

( 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 thường, đường kính thực tế của chi tiết gia
công sẽ là:
Dt = D − (α .∆θ .D + ∆L)

(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 được đánh gía bởi tuổi bền dao thông qua việc xác
định độ lớn của các dạng mài mòn dao cụ thể. Dưới tác dụng của nhiệt khi cắt vật
liệu của dao sẽ có sự thay đổi về tính chất cơ - lý - hố, đặc biệt độ cứng, độ bền
giảm, tính chống mịn cũng giảm... dẫn đến mài mịn 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 lượng bề mặt đã gia công của chi tiết được đặc trưng bởi độ nhấp nhô
bề mặt và tính chất cơ - lý lớp sát bề mặt. Nhiệt cắt có ảnh hưởng chủ yếu đến sự
thay đổi tính chất cơ - lý lớp bề mặt chi tiết gia cơng. Ta biết rằng, khi kim loại bị
đốt nóng đến một nhiệt độ nào đó thi tổ chức kim tương 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 dư và vết nứt tế vi trên lớp kim loại sát trên bề

Trang: 24


Luận Văn Thạc Sỹ

Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy

mặt, đồng thời trên đó kim loại cũng bị biến cứng hay hố bền. Nói chung các ảnh
hưởng này đều theo chiều hướng bất lợi cho yêu cầu về cắt gọt.
Tóm lại, nhiệt cắt ngoài ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia cơng, chất
lượng lớp bề mặt gia cơng và khả năng cắt gọt của dao, còn ảnh hưởng đáng kể đến
máy và đồ gá trong hệ thống công nghệ.
3. Các yếu tố ảnh hưởng 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 cơng có ảnh hưởng 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 cơng 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 hưởng
của vật liệu gia công đến nhiệt cắt trong điều kiện thí nghiệm cắt với a=1mm,
b=1mm và v=1m/ph được biểu thị bằng hằng số thực nghiệm Cθ.
b) Ảnh hưởng của vật liệu làm dao đến nhiệt cắt khi tiện
Vật liệu làm dao cũng có đặc tính tương tự như vật liệu chi tiết gia công.
Loại vật liệu dao nào có tính dẫn nhiệt tốt thì khi cắt nhiệt cắt sẽ thấp và ngược 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 tương đồng hố học của nó với vật liệu gia cơng,
mặt khác là lý tính của nó như tính dẫn nhiệt và hệ số ma sát. Ảnh hưởng 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 hưởng của độ dẫn nhiệt nhỏ. Kích thước thân dao cũng có ảnh
hưởng như vậy đến nhiệt cắt vì nó ảnh hưởng đến khả năng dẫn nhiệt của dụng cụ
cắt. Kích thước càng lớn thì nhiệt sinh ra khi cắt càng thấp.

Trang: 25