ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU TỚI MÒN DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP 65Γ ĐÃ TÔI BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT

Luận văn thạc sĩ

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


1

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

ĐỖ NHƯ HOÀNG


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY



ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI
THIỂU TỚI MÒN DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI
TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP 65
Γ ĐÃ TÔI BẰNG
DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT

THÁI NGUYÊN - 2009





Luận văn thạc sĩ

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


2

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP



LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY


ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI
THIỂU TỚI MÒN DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI
TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP 65
Γ ĐÃ TÔI BẰNG
DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT

Học viên

: Đỗ Như Hoàng

Người hướng dẫn khoa học

: TS. Trần Minh Đức








THÁI NGUYÊN - 2009






Luận văn thạc sĩ

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

3



























ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM

TRƯỜNG ĐHKT CÔNG
NGHIỆP
***
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
--------------o0o--------------


THUYẾT MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

ĐỀ TÀI:
ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI
THIỂU TỚI MÒN DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI
TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP 65Γ ĐÃ TÔI BẰNG
DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT


Học viên: Đỗ Như Hoàng
Lớp: CHK9
Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy
Người HD khoa học: TS. Trần Minh Đức



KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN HỌC VIÊN



TS. Nguyễn Văn Hùng

TS. Trần Minh Đức



Đỗ Như Hoàng






Luận văn thạc sĩ

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


4



MỤC LỤC
Trang
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 4
DANH MỤC CÁC BẢNG 5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 6
LỜI NÓI ĐẦU 8
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CẮT GỌT VÀ BÔI TRƠN
LÀM NGUỘI KHI PHAY

12
1.1 QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHOI 12
1.1.1 Khái niệm và phân loại phoi 12
1.1.2 Sự co rút phoi 13
1.2 LỰC CẮT GỌT 14
1.2.1 Cơ sở lý thuyết của lực cắt gọt 14
1.2.2 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến lực cắt 16
1.3 HIỆN TƯỢNG NHIỆT TRONG QUÁ TRÌNH CẮT 17
1.3.1 Nhiệt cắt 17
1.3.2 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến nhiệt cắt 19
1.4 SỰ MÀI MÒN DAO 19
1.4.1 Biểu hiện ngoài của sự mài mòn dao 19
1.4.2 Bản chất vật lý của sự mài mòn dao 21
1.4.3 Quy luật mòn của dụng cụ cắt 23
1.5 GIA CÔNG CẮT GỌT KHI PHAY 24
1.5.1 Khái niệm chung 24
1.5.2 Phân loại dao phay 25





Luận văn thạc sĩ

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


5
1.5.3 Vật liệu chế tạo dao phay 26
1.5.4 Các thông số hình học của dao phay 27

1.5.5 Các yếu tố của lớp cắt 28
1.5.6 Lực cắt khi phay 30
1.5.7 Độ mòn và tuổi bền của dao phay 31
1.6 BÔI TRƠN LÀM NGUỘI KHI PHAY MẶT PHẲNG 32
1.6.1 Các phương pháp bôi trơn làm nguội trong gia công cắt gọt 32
1.6.2 Bôi trơn làm nguội khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu 33
1.7 KHÁI QUÁT TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ MQL TRONG GIA
CÔNG CẮT GỌT VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU
34
Chương 2. ẢNH HƯỞNG CỦA MQL ĐẾN MÒN DAO VÀ ĐỘ
NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY THÉP ĐÃ TÔI BẰNG DAO
PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT
37
2.1 BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU (MQL) 37
2.1.1 Khái niệm về MQL 37
2.1.2 Các loại dung dịch bôi trơn làm nguội trong gia công cắt gọt 37
2.1.3 Cách dẫn dung dịch vào vùng cắt trong MQL 42
2.1.4 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ MQL đến quá trình gia
công
44
2.2 PHAY CỨNG VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MQL
VÀO PHAY CỨNG
47
2.3 GIỚI HẠN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 49
Chương 3. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MQL ĐẾN MÒN
DAO VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP
65Γ ĐÃ TÔI BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT
51
3.1 XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM 51
3.1.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống 51

Luận văn thạc sĩ

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


6
3.1.2 Hệ thống thực nghiệm 52
3.1.3 Thiết bị thí nghiệm 53
3.2 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 53
3.2.1 Mòn và cơ chế mòn của dao 54
3.2.2 Độ nhám bề mặt chi tiết 59
3.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 60
Chương 4. PHẦN KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP
THEO
61
4.1 KẾT LUẬN CỦA LUẬN VĂN 61
4.2 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO 63
PHỤ LỤC 65
Phụ lục 1. CÁC ẢNH CHỤP MÒN DAO 65
Phụ lục 2. SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM 71

Luận văn thạc sĩ

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


7




DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ψ: góc tác động
β
1
: góc trượt
δ: góc cắt

γ: góc trước
K: hệ số co rút phoi
L: chiều dài phoi
L
0
: chiều dài cắt
a
1
: chiều dầy phoi thực tế
a: chiều dầy phoi lý thuyết
R: tổng hợp lực tác dụng lên dao
R
0
: lực tổng hợp pháp tuyến
R
1
: tổng hợp lực tác dụng lên mặt sau
N: lực pháp tuyến tác dụng lên mặt trước
F
0
: lực ma sát của phoi lên mặt trước
N’: lực pháp tuyến tác dụng lên mặt sau
F
0
: lực ma sát của phoi lên mặt sau
P
x
: thành phần lực cắt theo phương X
P
y

: thành phần lực cắt theo phương Y
P
z
: thành phần lực cắt theo phương Z
t: chiều sâu cắt
S: lượng chạy dao
n: số vòng quay của trục chính





Luận văn thạc sĩ

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


8
m: số mũ của K
A: công hớt phoi
A
1
: công sinh ra do biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo
A
2
: công sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt trước dao
A
3
: công sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt sau dao
V: vận tốc cắt

P
s
: lực trong mặt phẳng trượt
Q: nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình cắt
δ
0
: độ mòn dao
τ: thời gian làm việc của dao
ϕ: góc nghiêng chính của dao
α: góc sau
δ: góc tiếp xúc
f: tiết diện ngang của lớp cắt
B: chiều rộng cắt
S
z:
lượng tiến dao răng
a
0
: chiều dầy cắt trung bình
D: đường kính dao phay
P: lực vòng
[u]: lượng mòn mặt sau cho phép
R
a
: độ nhấp nhô bề mặt trung bình
MQL (Minimum Quantity Lubrication): Bôi trơn tối thiểu



DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang





Luận văn thạc sĩ

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


9
Bảng 1: Số liệu độ nhám R
a
, R
z
71
Bảng 2: Số liệu độ mòn mặt sau dao 72
Bảng 3: Tuổi thọ dao ứng với độ mòn mặt sau cho phép [u] = 0,52 72


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Trang
Hình 1.1: Sơ đồ quá trình hình thành phoi khi cắt vật liệu dẻo 12
Hình 1.2: Các loại phoi 13
Hình 1.3: Sơ đồ co rút phoi 14
Hình 1.4: Sơ đồ xác định hệ số co rút phoi 15
Hình 1.5: Sơ đồ tác dụng của lực khi cắt tự do 15
Hình 1.6: Sơ đồ hình thành và lan tỏa nhiệt 18
Hình 1.7: Các dạng mòn của dụng cụ cắt 20

Hình 1.8: Mòn của dụng cụ cắt dọc theo lưỡi cắt 20
Hình 1.9: Quy luật mòn của dụng cụ cắt 23
Hình 1.10: Các loại dao phay 25
Hình 1.11: Các thông số hình học phần cắt của dao phay mặt đầu 27
Hình 1.12: Sơ đồ cắt phoi của răng dao phay 28
Hình 1.13: Sơ đồ tính góc tiếp xúc 29
Hình 1.14: Sơ đồ xác định chiều dày cắt và diện tích lớp cắt của răng
dao phay khi chúng đồng thời tham gia vào quá trình cắt
30
Hình 1.15: Sơ đồ lực cắt tác dụng lên dao phay 30
Hình 1.16: Các dạng mài mòn của răng dao phay 31
Hình 2.1: Các phần tử hòa tan trong nước 40
Hình 2.2: Các phần tử tích tụ khối và các phần tử hòa tan trong nước 40
Hình 2.3: Các phần tử hòa tan dưới dạng thể sữa 41





Luận văn thạc sĩ

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


10
Hình 2.4: Các phần tử hòa tan trong hợp chất hóa học 41
Hình 2.5: Các phần tử hòa tan trong hợp chất dầu 42
Hình 2.6: Dẫn dung dịch trực tiếp vào vùng cắt từ hai mặt bên của
dao
42

Hình 2.7: Dẫn dung dịch trực tiếp vào vùng cắt từ mặt trước và mặt
sau dao phay
43
Hình 2.8: Dẫn dung dịch vào tất cả các lưỡi cắt 43
Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý phun MQL dạng sương mù 51
Hình 3.2: Ảnh hệ thống thực nghiệm 52
Hình 3.3 Ảnh so sánh mòn mặt trước dao 55
Hình 3.4 Ảnh so sánh mòn mặt sau dao 57
Hình 3.5: Quan hệ giữa độ mòn mặt sau dao và thời gian cắt t 58
Hình 3.6: Biểu đồ so sánh tuổi bền của dao theo lượng mòn cho
phép
59
Hình 3.7: Quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết R
a
và thời gian cắt t 59
Hình 1: Ảnh chụp TM-1000 mặt trước dao khi gia công khô 65
Hình 2: Ảnh chụp TM-1000 mặt trước dao khi gia công MQL-
emunxi
66
Hình 3: Ảnh chụp TM-1000 mặt trước dao khi gia công MQL-dầu
lạc
67
Hình 4: Ảnh chụp TM-1000 mặt sau dao khi gia công khô 68
Hình 5: Ảnh chụp TM-1000 mặt sau dao khi gia công MQL-
emunxi
69
Hình 6: Ảnh chụp TM-1000 mặt sau dao khi gia công MQL-dầu
lạc
70

Luận văn thạc sĩ

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


11






LỜI NÓI ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Bôi trơn làm nguội kiểu tưới tràn đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng
rãi trong gia công cắt gọt do dung dịch trơn nguội nâng cao được hiệu quả của
của quá trình gia công bởi chức năng bôi trơn, làm mát và làm đẩy phoi ra khỏi
vùng gia công của nó. Phương pháp này vẫn đang được các nhà khoa học quan
tâm nghiên cứu với các hướng chủ yếu: nâng cao hiệu quả của bôi trơn làm
nguội, tiết kiệm dung dịch trơn nguội. Tìm các chất phụ gia nhằm nâng cao hoạt
tính của dung dịch trơn nguội. Nghiên cứu các loại dung dịch trơn nguội mới ít
độc hại, thân thiện với môi trường....
Bôi trơn làm nguội kiểu tưới tràn rất khó giải quyết được vấn đề về sức
khỏe người thợ và ô nhiễm môi trường. Hơn nữa, giá thành liên quan đến việc sử

dụng dung dịch trơn nguội ngày càng cao do luật môi trường ngày càng khắt khe
được áp dụng. Điều này đã đ
ặt ra việc tìm tòi các giải pháp thay thế nhằm giảm
thiểu, thậm chí là tránh sử dụng dung dịch trơn nguội trong quá trình gia công.
Một trong những giải pháp thay thế là gia công khô và gia công với MQL.
Gia công khô là mối quan tâm lớn và trên thực tế một số nhà nghiên cứu
đã thành công trong lĩnh vực sản xuất thân thiện với môi trường. Tuy nhiên trong
thực tế, các nghiên cứu đó ít có tác dụng khi mà hiệu suất gia công cao hơn, chất
lượng bề mặt tinh tốt hơn, các điều kiện cắt khắt khe hơn đặt ra. Trong tình
huống đó, gia công với MQL sử dụng lượng rất nhỏ dung dịch trơn nguội được





Luận văn thạc sĩ

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


12
mong đợi trở thành công cụ mạnh và trên thực tiễn chúng giữ vai trò quan trọng
trong nhiều ứng dụng.
Những năm 90 của thế kỷ XX, các nước công nghiệp phát triển CHLB
Đức, Thụy Điển... đã nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn làm nguội tối
thiểu (MQL). Hướng nghiên cứu về MQL tập trung vào: tìm ra các loại dung
dịch cắt gọt mới đáp ứng được yêu cầu của MQL hoặc tìm các chất phụ gia làm
tăng tính cắt của dung dịch cắt gọt. Nghiên cứu xác định áp suất và lưu lượng tối
ưu. Cải tiến kết cấu của dụng cụ để thích hợp với MQL. Cải tiến kết cấu đầu
phun và hệ thống bôi trơn. Nghiên cứu ứng dụng MQL trong gia công cứng và

gia công tốc độ cao....
Trên thế giới có một số tài liệu đã công bố nghiên cứu về MQL như: các
tác giả Nikhil Ranjan Dhar, Sumaiya Islam, Mohamad Kamruzzaman nghiên cứu
Ảnh hưởng của MQL đến mòn dao, độ nhám bề mặt và sai lệch kích thước khi
tiện AISI-4340 [14]. Tác giả Steven Y. Liang đã nghiên cứu MQL trong tiện cứng
[15]. Tổng cô
ng ty Master Chemical đã tổng kết các Ứng dụng của MQL trong
công nghệ kim loại [16]. Tác giả Jim Lorincz đã nêu Các giải pháp đúng đối với
chất làm nguội trong đó có nêu những thành công của MQL trong gia công cắt
gọt và ứng dụng MQL vào thiết kế máy công cụ [17].
Ở Việt Nam, công nghệ MQL mới chỉ mới tiếp cận vài năm gần đây. Hiện
đã có một số nghiên cứu áp dụng MQL trong gia công cắt gọt đã công bố như:
tác giả Trần Minh Đức đã Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bôi trơn làm nguội
tối thiểu trong gia công cắt gọt, tác giả đã xây dựng được hệ thống MQL đáp ứng
yêu cầu nghiên cứu và rất thuận lợi cho việc chuyển giao công nghệ MQL trong
tiện cắt đứt, phay rãnh bằng dao phay ngón, phay lăn răng, khoan [3]. Tác giả
Phạm Quang Đồng đã Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ bôi
trơn - làm nguội tối thiểu đến độ mòn dao và chất lượng bề mặt khi phay rãnh
bằng dao phay ngón [4]. Tác giả Nguyễn Đức Chính đã Nghiên cứu xác định áp





Luận văn thạc sĩ

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


13

lực và lưu lượng hợp lý để thực hiện công nghệ bôi trơn làm nguội khi khoan [5].
Tác giả Lưu Trọng Đức đã Nghiên cứu so sánh các phương pháp tưới trong
công nghệ bôi trơn - Làm nguội tối thiểu khi phay rãnh [6].
Như vậy, theo các tài liệu đã công bố về MQL trong gia công cắt gọt thì
nghiên cứu ứng dụng MQL trong phay mặt phẳng thép đã tôi bằng dao phay mặt
đầu cácbít chưa được nghiên cứu. Trong khi đó nhu cầu phay thép đã tôi ngày
càng tăng để tránh hoặc giảm bớt được nguyên công mài. Chính vì vậy tác giả đã
chọn đề tài “
ẢNH HƯỞNG CỦA BÔI TRƠN LÀM NGUỘI TỐI THIỂU TỚI MÒN DAO
VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY PHẲNG THÉP 65 Γ ĐÃ TÔI BẰNG DAO
PHAY MẶT ĐẦU CÁCBÍT
”.
2. MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI
Mục đích của đề tài là nghiên cứu và ứng dụng công nghệ MQL vào phay
cứng bằng dao phay mặt đầu trong điều kiện cụ thể của nước ta.
Đối tượng nghiên cứu là mòn và cơ chế mòn dao, độ nhám bề mặt chi tiết
khi phay mặt phẳng thép đã tôi bằng dao phay mặt đầu cácbít khi gia công khô và
gia công MQL từ đó so sánh được hiệu quả của phương pháp gia công MQL so
với gia công khô trong phay cứng.
Trong khuô
n khổ của đề tài, tác giả tập trung nghiên cứu các vấn đề sau:
- Nghiên cứu mòn và cơ chế mòn dao khi phay phẳng thép đã tôi bằng dao
phay mặt đầu cácbít dưới các điều kiện cắt khô và MQL.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của loại dung dịch trơn nguội đến mòn và độ
nhám bề mặt chi tiết khi phay phẳng thép đã tôi bằng dao phay mặt đầu sử dụng
công nghệ MQL.
- So sánh tuổi bền của dao khi phay phẳng thép đã tôi bằng dao phay mặt
đầu cácbít dưới các điều kiện cắt khô và MQL.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của MQL đến độ nhám bề mặt chi tiết khi phay
phẳng thép đã tôi bằng dao phay mặt đầu cácbít.

Luận văn thạc sĩ

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


14
3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Ý nghĩa khoa học của đề tài
Kết quả của đề tài sẽ làm rõ ảnh hưởng của MQL trong phay cứng mặt
phẳng bằng dao phay mặt đầu so với gia công khô về độ nhám bề mặt chi tiết và
mòn dao. Từ đó làm giàu thêm kiến thức và kinh nghiệm về bôi trơn làm nguội
trong gia công cắt gọt.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Kết quả thực nghiệm của đề tài hoàn toàn có thể triển khai vào sản xuất
nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình gia công chế tạo chi tiết máy và sản xuất
thân thiện với môi trường.
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Với mục đích nghiên cứu ứng dụng công nghệ MQL vào phay cứng, tác
giả chọn phương pháp nghiên cứu là kết hợp nghiên cứu lý thuyết với nghiên cứu
thực nghiệm trong đó nghiên cứu thực nghiệm là cơ bản. Nghiên cứu lý thuyết
tổng quan các vấn đề liên quan đến gia công khô và gia công MQL trong phay
cứng từ đó định hướng cho nghiên cứu về mòn, cơ chế
mòn dao và độ nhám bề
mặt chi tiết khi phay cứng. Nghiên cứu thực nghiệm để xác định được bản chất
mòn, cơ chế mòn và độ nhám bề mặt chi tiết từ đó so sánh được hiệu quả gia

công MQL so với gia công khô.
Thái nguyên, ngày tháng năm 2009
Người thực hiện
Đỗ Như Hoàng










Luận văn thạc sĩ

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


15

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CẮT GỌT VÀ BÔI TRƠN LÀM NGUỘI
KHI PHAY
1.1 QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHOI
1.1.1 Khái niệm và phân loại phoi
Khi dao dịch chuyển các phân tử kim loại lúc đầu bị nén đàn hồi (hình
1a), 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 1.1b). Hiện
tượng tương tự cũng xảy ra đối với các phần tử tiếp theo từ 1 ÷ 5 (hình 1.1c).





Luận văn thạc sĩ

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


16
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

Hình 1.1. Sơ đồ quá trình hình thành phoi khi cắt vật liệu dẻo
Biến dạng dẻo xảy ra trong vùng được giới hạn bằng 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.
Hình 1.2 là các loại phoi được hình thành trong quá trình gia công các loại
vật liệu khác nhau.
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 [7].
Phoi xếp lớp (hình 1.2b) được hình thành khi gia công các vật liệu dẻo với
chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trước γ nhỏ [7].
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 [7].
Khi gia công các vật liệu giòn (gang) với chiều sâu cắt và góc trước γ lớn
thì phoi vụn (hình 1.2d) có hình dạng không giống nhau được hình thành.





Luận văn thạc sĩ

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


17
a
P
a)
a
P
C
B
a
P
C
B

a
P
C
B
c)
b)
d)

Hình 1.2. Các loại phoi
1.1.2 Sự co rút phoi
Biến dạng dẻo khi cắt kim loại được thể hiện ở chỗ chiều dày phoi a
1
lớn
hơn chiều dày cắt a (hình 1.3). Nhưng trong trường hợp này có sự thay đổi về
hình dáng, còn thể tích vẫn được giữ nguyên, cho nên chiều dài phoi L sẽ ngắn
hơn quãng đường mà dao đi qua L
0
(chiều dài cắt). Hiện tượng phoi bị ngắn lại
theo chiều dài và lớn lên theo bề dày được gọi là sự co rút phoi K:
1
1
0
>==
a
a
L
L
K

Hệ số co rút phoi là chỉ tiêu gián tiếp đánh giá cường độ biến dạng dẻo khi

cắt kim loại
L
a
L
L
0
a
1

Hình 1.3. Sơ đồ co rút phoi





Luận văn thạc sĩ

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


18
β1
γ
l
l
0

Hình 1.4. Sơ đồ xác định hệ số co rút phoi
Khi xét một phần tử phoi (hình 1.4), hệ số co rút phoi sẽ bằng:
1

1
1
1
0
0
sin
)cos(
sin
)90sin(
β
γβ
β
γβ
−
=
+−
==
l
l
K

Trong thực tế, K = 1,5 ÷ 4.
Sử dụng dung dịch trơn nguội cho phép giảm sự co rút của phoi [7].
1.2 LỰC CẮT GỌT
1.2.1. Cơ sở lý thuyết của lực cắt
Trong quá trình cắt, dụng cụ cắt chịu tác dụng của các lực. Các lực này tác
dụng lên phôi và lưỡi cắt. Hình 1.5a là sơ đồ lực tác động lên phôi khi cắt tự do.
L
0
α

γ
N'
F'
0
R
1
F
R
N
0
0
v
δ
a)
N'
F'
0
R
b)
y
z
R
P
z
P
y
1
R
1
R

0
R
c)
d)

Hình 1.5. Sơ đồ tác dụng của lực khi cắt tự do





Luận văn thạc sĩ

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


19
Mặt trước của dao chịu tác dụng của lực R
0
, lực R
0
là tổng hợp lực pháp
tuyến N và lực ma sát của phoi lên mặt trước F
0
, có nghĩa là:
00
FNR +=
. Mặt
sau của dao (gần lưỡi cắt) chịu tác dụng của lực pháp tuyến N’ và lực ma sát lên
mặt sau của dao F

0
’. Tổng của hai lực N’ và F
0
’ là R
1
. Vì góc sau α nhỏ và có độ
mòn ở mặt sau của dao, cho nên ta có thể tính lực như trên hình 1.5b, có nghĩa là
phương của lực F
0
’ ngược với phương tốc độ cắt V. Để thực hiện được quá trình
cắt hoặc để giữ trạng thái cân bằng của dao thì từ ngoài phải có một lực tác dụng
lên dao
10
RRR +=
(hình 1.5c).
Phân tích lực R tác dụng lên dao ra hai thành phần:
- Thành phần lực P
z
theo phương chuyển động chính hoặc theo phương
dịch chuyển của dao và ta gọi P
z
là lực tiếp tuyến.
- Thành phần lực P
y
theo phương trùng với đường tâm dao và ta gọi P
y
là
lực hướng kính. Khi chiếu các lực lên phương của trục y và trục z ta được:
P
z

= Ncosγ + F
0
sinγ + F
0
’
P
y
= -Nsinγ + F
0
cosγ+ N’
Lực pháp tuyến N có thể xác định theo công thức gần đúng sau đây:
m
tSKN
0
σ
=

Ở đây:
σ
0
: giới hạn chảy của vật liệu gia công khi bị nén (kG/mm
2
);
t: chiều sâu cắt (mm);
S: lượng chạy dao (mm/vòng);
K: hệ số co rút phoi;
m: số mũ của K (phụ thuộc vào vật liệu gia công).
Ngoài hai thành phần lực P
z
và P

y
còn có thêm thành phần lực P
x
(lực tác
dụng theo phương trục chi tiết).





Luận văn thạc sĩ

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


20
Tương quan của các thành phần lực này trong điều kiện gia công bình
thường có thể được tính như sau [7]:
P
x
= (0,2 ÷ 0,3)P
z

P
y
= (0,3 ÷ 0,4)P
z

1.2.2. 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 [7].
Khi 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 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 [7].
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 10 với
tốc độ cắt cao và dùng dung dịch trơn nguội emunxi, lực cắt P
z
lớn hơn chút ít so
với trường hợp gia công không có dung dịch trơn nguội [7].
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 [7].


1.3 HIỆN TƯỢNG NHIỆT TRONG QUÁ TRÌNH CẮT
1.3.1 Nhiệt cắt
Hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt đóng vai trò rất quan trọng, bởi vì nó
ảnh hưởng đến quá trình tạo phoi, lẹo dao, co rút phoi, lực cắt và cấu trúc lớp bề
mặt. Ngoài ra, nhiệt cắt còn ảnh hưởng rất lớn đến cường độ mòn và tuổi bền dao
[7].





Luận văn thạc sĩ

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


21
Sự tỏa nhiệt khi cắt là do một công A (kGm) sinh ra trong quá trình hớt
phoi. Công A được xác định theo công thức:
A = A
1
+ A
2
+ A
3
(1)
Ở đây:
A
1
: công sinh ra biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo;
A
2
: công sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt trước của dao;
A
3
: công sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt sau của dao.
Mặt khác, công A được tính theo công thức:
A = P
z
.L
Ở đây:
P

z
: lực cắt tác dụng theo phương tốc độ cắt (kG);
L: quãng đường mà dụng cụ đi qua hay chiều dài cắt (m).
Các công thành phần trong công thức (1) có tỉ lệ như sau: A
1
= 55%, A
2
=
35%, A
3
= 10%. Nếu lấy quãng đường mà dụng cụ đi qua trong một phút, ta có
công thức trong một phút:
A = P
z
.V = P
s
.V
s
+ F.V
F
+ F
1
.V
F1

Ở đây:
V: tốc độ cắt (m/phút);
P
s
: lực trong mặt phẳng trượt hay lực trượt (kG);

V
s
: tốc độ trượt (m/phút);
F: lực ma sát ở mặt trước của dao (kG);
F
1
: lực ma sát ở mặt sau của dao (kG);

K
V
V
F
=
: tốc độ chuyển động của phoi ở mặt trước của dao
(m/phút);
K: hệ số co rút phoi;
V
F1
: tốc độ chuyển động của bề mặt gia công tương đối so với mặt
trước của dao (m/phút), V
F1
= V.





Lun vn thc s

S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

22
Thc t cho thy, phn ln cụng ct gt A (hn 99,5%) sinh ra nhit ct.
Vỡ vy, lng nhit ta ra trong quỏ trỡnh ct l [7]:
427
.
427
VP
A
Q
z
==

Nhit ct Q c tớnh bng kcal/phỳt.
Nhit trong quỏ trỡnh ct lan ta t im cú nhit cao nht n im cú
nhit thp nht. Nhit trong quỏ trỡnh ct ch yu tp trung phoi v mt
phn dng c. Nhit do ma sỏt mt trc v mt sau s tp trung mt trc
III v mt sau IV, phoi II v chi tit gia cụng I (hỡnh 1.6). Cú mt phn nh
nhit ta ra vo mụi trng xung quanh.
a
ẹửụứng ủaỳng nhieọt
Vuứng trửụùt
I
II
III
IV

Hỡnh 1.6. S hỡnh thnh v lan ta nhit
Khi bit lng nhit sinh ra trong quỏ trỡnh ct lan ta gia phoi, chi tit

gia cụng v dng c, cú th vit phng trỡnh nhit nh sau:
Q = Q
1
+ Q
2
+ Q
3
= Q
p
+ Q
d
+ Q
c
+ Q
m

õy:
Q
1
, Q
2
, Q
3
: nhit ng vi cỏc cụng cụng thc 1;
Q
p
, Q
d
, Q
c

, Q
m
: nhit phoi, dng c, chi tit v mụi trng
xung quanh.
Kt qu nghiờn cu thc nghim cho thy khi gia cụng vi tc ct
khụng ln (30 ữ 40 m/phỳt) t l nhit nh sau: Q
p
60 ữ 70%; Q
d
3%; Q
c

30 ữ 40%; Q
m
1 ữ 2%. Khi tc ct tng, t l nhit vo phoi tng. Vớ d, khi





Luận văn thạc sĩ

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


23
tốc độ cắt V = 400 ÷ 500 m/phút, nhiệt vào phoi Q
p
≈ 97 ÷ 98%; Q
d

≈ 1%. Thực
nghiệm cũng đã khẳng định rằng tính dẫn nhiệt của chi tiết gia công càng nhỏ thì
nhiệt tỏa vào dụng cụ càng lớn [7].
Khi cắt với tốc độ V = 10 m/phút, nhiệt độ lớn nhất trên mặt trước của dao
khoảng 540
0
C, còn trên khoảng cách 0,2 mm của mặt trước nhiệt độ khoảng
450
0
C. Khi tốc độ cắt là V = 200 m/phút nhiệt độ ở các nơi tương ứng là 1265
0
C
và 400
0
C [7].
Khi gia công vật liệu có tính dẫn nhiệt thấp, ví dụ hợp kim Titan BT2 thì
nhiệt độ vào dao lớn hơn khi gia công các vật liệu thông thường khác.
Khi nói về nhiệt độ cắt, cần nhớ rằng nó có giá trị không như nhau ở các
điểm khác nhau của vùng cắt. Ở các điểm khác nhau của bề mặt dụng cụ và phoi
có nhiệt đ
ộ khác nhau. Ngoài ra, tại mỗi điểm nhiệt độ có thể thay đổi theo thời
gian. Nhiệt độ cao nhất tồn tại ở tâm áp lực của phoi xuống dao và ở lưỡi cắt
chính [7].
1.3.2 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến nhiệt cắt
Dung dịch trơn nguội xâm nhập vào vùng cắt có tác dụng làm mát và tải
nhiệt ra khỏi vùng cắt, do đó làm nhiệt độ vùng cắt giảm xuống [7].
1.4 SỰ MÀI MÒN DAO
1.4.1 Biểu hiện ngoài của sự mài mòn dao
Do áp lực, nhiệt độ và tốc độ cắt, các bề mặt tiếp xúc của dao trong quá
trình sử dụng bị mài mòn. Tất cả các loại dụng cụ đều bị mài mòn: theo mặt sau

(dạng mài mòn thứ nhất) hoặc theo mặt sau và mặt trước (dạng mòn thứ hai). Cả
hai loại mòn này đều tồn tại khi gia công với mọi chế độ cắt được dùng trong sản
xuất.
Khi mòn theo dạng thứ nhất (hình 1.7a) ở
mặt sau của dao tạo thành tiết
diện mòn có bề rộng là δ. Dọc theo lưỡi cắt chính bề rộng của tiết diện mòn nhìn
chung rất nhỏ.





Luận văn thạc sĩ

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


24
Về nguyên tắc, bề rộng lớn nhất của tiết diện mòn tồn tại ở mặt sau của
dao hoặc ở chỗ chuyển tiếp giữa lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ (hình 1.8a). Trong
một số trường hợp ở điểm của lưỡi cắt chính tương ứng với bề mặt gia công tồn
tại mòn cục bộ có hình dạng như cái lưỡi (hình 1.8b).
δ
δ
δ
δ
1
f
l
δ1

l
a)
b)
c)

Hình 1.7. Các dạng mòn của dụng cụ cắt
a)
b)

Hình 1.8. Mòn của dụng cụ cắt dọc theo lưỡi cắt
Khi mòn theo dạng thứ hai thì ngoài mặt sau bị mòn, mặt trước cũng bị
mòn (hình 1.7b). Mòn mặt trước có hình dạng đặc thù riêng. Dưới tác dụng của
phoi ở mặt trước của dao tồn tại một vết lõm có bề rộng l và chiều sâu δ
1
(hình
1.7b). Cạnh ngoài của vết lõm nằm gần song song với lưỡi cắt chính, còn chiều
dài b của vết lõm bằng chiều dài làm việc của lưỡi cắt chính. Tùy thuộc vào tốc
độ cắt và khoảng cách giữa cạnh ngoài vết lõm và lưỡi cắt chính có thể thay đổi.
Khi gia công thép với tốc độ cắt thấp và trung bình bằng dao thép gió, lưỡi cắt
chính và cạnh ngoài của vết lõm tồn tại khoảng cách f (gọi là đoạn nối ngang),
đoạn f này giảm dần theo chiều tăng của diện tích vết lõm. Điều
này có liên quan
đến lẹo dao, lẹo dao giữ cho mặt trước không bị phoi cọ sát nhiều. Khi gia công





Luận văn thạc sĩ

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


25
thép với tốc độ cắt lớn bằng dao hợp kim cứng không tồn tại lẹo dao cho nên
cạnh ngoài của vết lõm trùng với mặt sau của dao, do đó mặt trước của dao chỉ
tồn tại vết lõm (hình 1.7c).
Dạng mòn của dụng cụ cắt phụ thuộc vào vật liệu gia công, chiều dày cắt
a và tốc độ cắt v. Khi gia công các vật liệu dẻo (thép) mòn dao xảy ra theo dạng
thứ nhất và dạng thứ hai. Khi gia công các vật liệu giòn (gang) mòn dao xảy ra
theo dạng thứ nhất nhiều hơn dạng thứ hai [7].
Chiều dày lớp cắt và tốc độ cắt có ảnh hưởng như nhau đến dạng mòn của
dụng cụ. Khi cắt với chiều dày cắt nhỏ (< 0,1 mm) và tốc độ cắt thấp, dao mòn
theo mặt sau (dạng mòn thứ nhất). Khi tăng chiều dày cắt và tốc độ cắt ngoài mặt
sau ra, mặt trước của dao cũng bị mòn (dạng mòn thứ hai). Hơn nữa, chiều dày
cắt a v
à tốc độ cắt v càng tăng thì mặt trước càng mòn nhanh hơn mặt sau [7].
Góc trước γ và dung dịch trơn nguội có ảnh hưởng không đáng kể đến
dạng mòn của dao [7].
1.4.2 Bản chất vật lý của sự mài mòn dao
Mặc dù mài mòn của dụng cụ cắt là chỉ tiêu quan trọng của khả năng làm
việc của dụng cụ, nhưng bản chất vật lý của mài mòn vẫn chưa được nghiên cứu
sâu do tính phức tạp của quá trình tiếp xúc xảy ra ở mặt trước và mặt sau của
dao. Có nhiều giả thuyết giải thích bản chất vật lý của sự mài mòn dụng cụ. Theo
các giả thuyết này thì các nguyên nhân chính gây ra mòn các bề mặt tiếp xúc của
dụng cụ là:
a) Tác động hạt mài do vật liệu gia công gây ra (gọi là mòn hạt mài).
b) Tác động qua lại của giữa vật liệu dụng cụ và vật liệu gia công (mòn
tiếp xúc).
c) Sự khuyếch tán

của vật liệu dụng cụ vào vật liệu gia công (mòn
khuyếch tán).