bài tập chế tạo 2 chương 22 machining operations and machine tools

22.1 Các tính chất của vật liệu chính cần công cụ cắt là gì? Tại sao?
Trả lời
Các công cụ cắt phải chịu (a) nhiệt độ cao, (b) ứng suất tiếp xúc lớn, và (c) ma sát
dọc theo bề mặt tiếp xúc dụng cụ cắt-phôi và dọc theo bề mặt gia công. Do đó, vật
liệu dụng cụ cắt phải có các đặc điểm sau:
 Độ cứng nóng, do đó độ cứng, độ bền, và chịu mài mòn của dụng cụ
được duy trì ở nhiệt độ gặp phải trong hoạt động gia công. Đặc tính
này đảm bảo rằng công cụ này không trải qua bất kỳ biến dạng dẻo và
do đó vẫn giữ được hình dạng và độ sắc của nó. Độ cứng của vật liệu
công cụ như là một hàm của nhiệt độ được hiển thị trong hình. 22.1.
Lưu ý các đường đặc trưng rộng của các vật liệu này và (không đáng
ngạc nhiên) gốm duy trì độ cứng của chúng ở nhiệt độ cao tốt như
vậy. Thép công cụ Carbon thường được sử dụng như một vật liệu
công cụ cho đến khi sự phát triển của thép tốc độ cao trong những
năm đầu thập niên 1900. Lưu ý rằng thép carbon công cụ bắt đầu mất
độ cứng của nó một cách nhanh chóng ngay cả ở nhiệt độ vừa phải, có
nghĩa là nó không thể được sử dụng để gia công ở tốc độ cao (và do
đó ở nhiệt độ cao). Do đó, năng suất sẽ thấp và chi phí sẽ cao.
 Độ dẻo dai và độ bền va chạm (hay khả năng chống sốc cơ khí), do đó
lực va đập vào công cụ đó được gặp nhiều lần trong các hoạt động cắt
bị gián đoạn (như phay và tiện một trục có rãnh trên máy tiện) hoặc
các lực do rung và va đập trong gia công không phoi hoặc nứt công
cụ.
 Khả năng chống sốc nhiệt, chịu được sự luân chuyển nhiệt độ nhanh
chóng gặp phải trong cắt gián đoạn.
 Khả năng chống mài mòn, để tuổi thọ dao chấp nhận được vẫn được
sử dụng trước khi việc thay thế là cần thiết.
 Ổn định hóa học và tính trơ đối với các vật liệu có đang được gia
công để tránh hoặc giảm thiểu bất kỳ tác dụng phụ, độ bám dính, và
khuếch tán công cụ-phoi mà sẽ góp phần vào mòn công cụ.
22.2 Các thành phần của một công cụ carbide điển hình là gì?

Trả lời


Hai nhóm vật liệu công cụ vừa mô tả có độ dai, lực tác động, và khả năng
chống sốc nhiệt cần thiết, nhưng chúng cũng có những hạn chế quan trọng, đặc
biệt đối với độ bền và độ cứng nóng. Do đó, chúng không thể được sử dụng một
cách hiệu quả ở tốc độ cắt cao (do đó nhiệt độ cao). Tuy nhiên, tốc độ như vậy
thường là cần thiết để cải thiện năng suất thiết bị.
Để đáp ứng các thách thức đối với tốc độ cắt ngày càng cao hơn, cacbit (còn
được gọi là cacbua xementit hoặc thiêu kết) đã được giới thiệu trong năm 1930.
Do độ cứng cao của nó trên một phạm vi rộng của nhiệt độ (Hình. 22.1), mô đun
đàn hồi cao, độ dẫn nhiệt cao, và giãn nở nhiệt thấp, cacbit là một trong những
công cụ quan trọng nhất, linh hoạt, và có hiệu quả về chi phí và vật liệu chết cho
phạm vi rộng của các ứng dụng. Hai nhóm chính của cacbit sử dụng trong gia
công là cacbit vonfram và cacbit titan. Để phân biệt chúng với các công cụ có lớp
phủ khác mô tả trong Mục 22.5, công cụ carbide thường được gọi là cacbit không
có lớp phủ.
22.3. Tại sao công cụ cắt chèn phát triển?
Trả lời:
Do việc cắt gọt bằng máy CNC ngày càng phát triển. Mặc dù đã có các
nguồn cung cấp vật liệu sắt nhọn thường được duy trì, tuy nhiên việc thay đổi
dụng cụ cắt liên tục gây tốn thời gian và không hiệu quả . Sự cần thiết của một
dụng cụ thay thế tốt hơn dẫn đến sự phát triển của chèn.
22.4 Tại sao một số công cụ tráng? Các vật liệu phủ thường là gì?
Trả lời
Công cụ nhiều lớp phủ nhằm tăng tuổi thọ của dao cắt, đồng thời nhằm tăng năng
suất khi làm việc.
Tùy vào công dụng và mục đích sử dụng mà có các lớp phủ với chất liệu khác
nhau:
Thông thường các vật liệu phủ là titanium nitride (TiN), titanium carbide (TiC),

nhôm oxit.
22.5. Explain the applications and limitations of ceramic tools.
Solve:


- Applications : high hardness at elevated Depth-of-cut line notching
- Limitations : high abrasive microchipping, gross thermomechanical
fatigue Wear resistance

.

22.5. Giải thích các ứng dụng của dao cắt bằng gốm:
Trả lời:
- Ứng dụng: độ cứng cao ở nhiệt độ cao, độ bền mài mòn cao
- Hạn chế : độ bền thấp và độ bền mỏi cơ nhiệt thấp
22.6. List the major functions of cutting fluids.
Solve:
1. Reduce friction and wear, thus improving tool life and the surface
finish of the workpiece.
2. Cool the cutting zone, thus improving tool life and reducing the
temperature and thermal distortion of the workpiece.
3. Reduce forces and energy consumption
4. Flush away the chips from the cutting zone, thus preventing the chips
from interfering with the cutting process, particularly in operations
such as drilling and tapping.
5. Protect the machined surface from environmental corrosion
22.6. Liệt kê các chức năng chính của dung dịch cắt
1.
2.
3.

4.
5.

Trả lời:
Giảm ma sát và mòn, do đó cải thiện tuổi thọ công cụ và các bề mặt
của phôi.
Mát vùng cắt, do đó cải thiện tuổi thọ công cụ, giảm nhiệt độ và biến
dạng nhiệt của phôi.
Giảm lực và tiêu thụ năng lượng.
Phun sạch các phoi từ vùng cắt, do đó ngăn ngừa các phoi can thiệp
vào quá trình cắt, đặc biệt trong các hoạt động như khoan và taro.
Bảo vệ các bề mặt gia công không bị ăn mòn môi trường.

22.7 Explain how cutting fluids penetrate the tool-chip interface.
Solve:
The cutting fluids penetrate the tool-chip interface by seeping from the sides
of the chip through the capillary action of the interlocking network of surface
asperities in the interface.


22.7 Giải thích cách dung dịch cắt xuyên qua bề mặt tiếp xúc công cụ-phoi.
Trả lời:
Dung dịch cắt xuyên vào bề mặt tiếp xúc công cụ-phoi bằng cách thấm từ
các bên của phoi thông qua hoạt động mao dẫn của mạng lưới nhấp nhô bề mặt
đan xen nhau tại bề mặt tiếp xúc.
22.8 List the methods by which cutting fluids are typically applied in
machining operations.
Solve:
Methods of Cutting-fluid Application. There are four basic methods of
cuttingfluid applications in machining:

Flooding. This is the most common method (shown in Fig. 22.12, indicating
good and poor flooding practices). Flow rates typically range from 10 L/min for
single-point tools to 225 L/min per cutter for multiple-tooth cutters, as in milling.
In some operations, such as drilling and milling, fluid pressures in the ange from
700 to 14,000 kPa are used to flush away the chips produced, to prevent
interfering with the operation.


Mist. This type of cooling supplies fluid to inaccessible areas, in a manner
similar to using an aerosol can, and provides better visibility of the workpiece
being machined (compared with flood cooling). It is effective particularly with
water-based fluids at air pressures ranging from 70 to 600 kPa. However, it has
limited cooling capacity. Mist application requires venting to prevent the
inhalation of airborne fluid particles by the machine operator and others nearby.
High-pressure systems. High pressures also are used in delivering the
cutting fluid via specially designed nozzles that aim a powerful jet of fluid to the
zone, particularly into the clearance or reliefface of the tool (see Fig. 21.3). The
pressures employed, which are usually in the range from 5.5 to 35 MPa, act as a
chip breaker in situations where the chips produced would otherwise be long and
continuous, interfering with the cutting operation. In order to avoid damage to the
workpiece surface by impact from any particles present in the high-pressure jet,
contaminant size in the coolant should not exceed 20 um. Proper and continuous
filtering of the fluid also is essential to maintain quality.
Through the cutting tool system. The severity of various machining
operations have been described in terms of the difficulty of supplying fluids into
the cutting zone and flushing away the chips. For a more effective application,
narrow passages can be produced in cutting tools, as well as in toolholders,
through which cutting fluids can be applied under high pressure. Two applications
of this method are (a) gun drilling, shown in Fig. 23.22, with a long, small hole
through the body of the drill itself, and (b) boring bars, shown in Fig. 23.17a,

where there is a long hole through the shank (toolholder), to which an insert is
clamped. Similar designs have been developed for cutting tools and inserts and
for delivering cutting fluids through the spindle of the machine tool.
22.8. Liệt kê các phương pháp mà các chất lỏng cắt thường được áp dụng
trong hoạt động gia công.
Trả lời
1. Dầu (còn gọi là dầu trực tiếp), chứa khoáng vật, động vật, thực vật, hữu
vi, và các loại dầu tổng hợp, thường được sử dụng cho các hoạt động ở
tốc độ thấp nơi nhiệt độ tăng không đáng kể.
2. Nhũ tương (còn gọi là dầu hòa tan), một hỗn hợp của dầu và nước và phụ
gia, thường được sử dụng cho các hoạt động tốc độ cao do sự gia tăng


nhiệt độ đáng kể. Sự hiện diện của nước làm cho nhũ tương làm mát hiệu
quả cao. Sự hiện diện của dầu làm giảm hoặc loại bỏ các xu hướng của
nước gây ra quá trình oxy hóa.
3. Dung dịch bán tổng hợp là nhũ tương hóa học có chứa một lượng nhỏ
dầu khoáng, pha loãng trong nước, và với các chất phụ gia làm giảm kích
thước của các hạt dầu, làm cho chúng có hiệu quả hơn.
4. Dung dịch tổng hợp là các hóa chất với các chất phụ gia, pha loãng trong
nước và không chứa dầu.
22.9 Describe the advantages and limitations of (a) single-crystal and (b)
polycrystalline diamond tools.
Solve
Single-crystal diamond of various carats can be used for special
applications. However, they have been replaced largely by polycrystalline
diamond (PCD tool), called compact. Which also are used as dies for fine wire
drawing. These diamond tools consist of very small synthetic crystal fused by a
high-pressure, high-temperature to a thickness of about 0.5 to 1 mm and bonded
to a carbide substrate; this product is similar to cBN tool (fig 22.11) . The random

orientation of the diamond crystals prevent the propagation of cracks through the
structure, significantly improving its toughness.
Because diamond is brittle, tool shape and sharpness are important. Low
rake angles generally are used to provide a strong cutting edge (because of the
larger included angles). Special attention should be given to proper mounting and
crystal orientation in order to obtain optimum tool life. Wear may occur through
microchipping (cause by thermal stresses and oxidation) and through
transformation to carbon (cause by a heat generated during cutting). Diamond
tools can be used satisfactorily at almost any speed, but are most suitable for light,
uninterrupted finished cuts. In order to minimize tool fracture, the single-crystal
diamond must be resharpened as soon as it become dull. Because of its strong
chemical affinity at elevated temperatures (result in diffusion), diamond is not
recommend for machining plain-carbon steel or titanium, nickel, and cobalt-based


alloys. Diamond also is used as an abrasive in grinding and polishing operation
and as coatings.
22.9 Mô tả những thuận lợi và hạn chế của dụng cụ cắt bằng kim cương
đơn tinh thể và đa tinh thể
Trả Lời
Kim cương đơn tinh thể có nhiều ứng dụng khác nhau. Tuy nhiên, ngày nay
nó đã được thay thế bởi kim cương đa tinh thể, được gọi là vật liệu rắn. loại vật
liệu này dùng để làm khuôn kéo – ép (dây kim loại). Những loại kim cương đa
tinh thể là tập hợp của những tinh thể nhân tạo vô cùng nhỏ được hình thành với
nhiệt độ và áp suất rất cao, kích thước tinh thể vào khoảng 0,5-1mm và liên kết
với chất nền carbon; loại vật liệu này cũng tương tự như cBN. Tính dị hướng của
tinh thể kim cương giúp ngăn chặn sự lan truyền của vết nứt của cấu trúc (mạng
tinh thể), có ý nghĩa cải thiện tính bền của vật liệu.
Vì kim cương rất giòn, tinh thể và độ sắc của dụng cụ cắt là rất quan trọng. Góc
cắt nhỏ làm tang độ sắc, tăng hiệu quả cắt. phải đặc biệt chú ý, chọn giá và hướng

tinh thể thích hợp để tuổi thọ của dụng cụ cắt là lớn nhất. Sự mài mòn có thể xuất
hiện từ cấu trúc vi mô (vì sự thay đổi nhiệt độ, ứng suất nhiệt và sự oxi hóa) và
biến đổi thành carbon (vì nhiệt sinh ra từ quá trình cắt). Dụng cụ cắt bằng kim
cương gần như có thể sử dụng cho mọi tốc độ cắt, nhưng thích hợp nhất là vật liệu
nhẹ, cắt liên tục. Khi có vết nứt nhỏ, với kim cương đơn tinh thể, dụng cụ cắt cần
được mài lại ngay khi nó vừa cùn. Vì độ cứng của chi tiết máy kim cương đơn
tinh thể chịu ảnh hưởng lớn bởi sự tăng nhiệt độ. Kim cương không thích hợp làm
dụng cụ cắt thép carbon, titan, niken, hợp kim coban. Kim cương được sử dụng
như dụng cụ mài và nghiền, hoặc phủ bề mặt.
22.10 What is a cermet? What are its advantages?
Solve
Cermets (from the Words ceramic and metal) were first used in the early
1950s and consist of ceramic particles in a metallic matrix. They were introduced
in the 1960s and are black or hot-pressed ceramics (carboxides). A typical cermet
consists of 70% aluminum oxide and 30% titanium carbide; other cermets contain
molybdenum carbide, niobium carbide, and tantalum carbide. Although they have
chemical stability and resistance to built-up edge formation, the brittleness and


high cost of cermets have been a limitation to their wider use. Further refinements
of these tools have resulted in improved strength, toughness, and reliability. Their
performance is somewhere between that of ceramics and carbides and has been
particularly suitable for light roughing cuts and high-speed finishing cuts. Chipbreaker features are important for cermet inserts.Although cermets can be coated,
the benefits of coated cermets are somewhat controversial.
22.10 Gốm kim loại là gì? và lợi ích của nó?
Trả lời
Gốm kim loại(từ gốm và kim loại) lần đầu tiên được sử dụng vào năm 1920
gồm các hạt gốm trong các ma trận kim loại .Họ đã giới thiệu nó vào năm 1960 và
gốm đen nóng hoặc ép (corboxides).Gốm kim loại điển hình gồm 70% oxit nhôm
và 30% titan các bua ;gốm kim loại khác chứa molybdenum carbide, niobium

carbide, và tantalum carbide.Mặc dù chúng có sự ổn định hóa học và sức bền
được xây dựng tập trung ở các cạnh,độ dòn và chi phí cao của gốm kim loại khiến
chúng ít được dùng rộng rãi. Nhiều cái của vật liệu này được tăng thêm sức bền
,độ dẻo dai và độ tin cậy. Hiệu suất của chúng nằm ở giữa gốm và cacbua, đặc
biệt thích hợp cho việc giảm thô nhẹ và cắt giảm hoàn thiện tốc độ cao.Tính năng
bẻ gãy phoi là tính chất quan trọng trong việc chèn gốm kim loại .Mặt dù gốm
kim loại được có thể mạ được, nhưng lợi ích của gốm kim loại mạ có phần gây
tranh cãi.
22.l l. Explain the difference between M-series and T-series high-speed steels.
Solve
There are two basic types of high-speed steels: molybdenum (M-series) and
tungsten (T-series). The M-series contains up to about 10% Mo, with Cr, \L WL
and Co as alloying elements. The T-series contains 12 to 18% W with Cr, \L and
Co as alloying elements. Carbides formed in the steel constitute about 10 to 20%
by volume. The M-series generally has higher abrasion resistance than the Tseries, undergoes less distortion during heat treating, and is less expensive.
Consequently, 95% of all high-speed steel tools are made of the M-series steels.
Table 5.6 lists three of these steels and their characteristics.



22C
22.36 Review the contents of Table 22.1. Plot several curves to show
relationships, if any, among parameters such as hardness, transverse rupture
strength, and impact strength. Comment on your observations.
Solve
There are many variables that can be selected for study; some will give no
apparent
relationship but others will give some correlation. For example, below is a plot of
hardness compared to compressive strength and elastic modulus. Note that the
hardness of cubic boron nitride and diamond have been extrapolated from Fig.

2.15 on p. 73 and are only estimates for illustrative purposes. It should be noted
that the plot is restricted to the materials in Table 22.1. In general, there is no
trend between hardness and elastic
modulus, but Table 22.1 has a small selection of materials suitable for cutting
tools.

22.36 Xét nội dung của Bảng 22.1. Các đường cong thể hiện mối quan hệ giữa
các thông số như độ cứng, giới hạn bền kéo ngang, và độ bền chống va đập.
Trình bày về những gì bạn quan sát đươc.
Trả lời
Có rất nhiều yếu tố có thể được lựa chọn để nghiên cứu, một số sẽ không cho
biết mối quan hệ rõ ràng nhưng cùng với các yếu tố khác sẽ cho ta biết một số


tương quan. Ví dụ, dưới đây là một bảng thể hiện mối quan hệ của độ cứng so với
cường độ chịu nén và mô
đun đàn hồi. Lưu ý rằng độ cứng của khối boron nitride và kim cương đã được
ngoại suy từ hình. 2.15 trên p. 73 và chỉ là ước tính cho mục đích minh họa. Cần
lưu ý rằng biểu đồ được giới hạn bởi các tài liệu trong Bảng 22.1. Nói chung,
không có mối liên hệ giữa độ cứng và mô đun đàn hồi, nhưng Bảng 22.1 có thể
cung cấp thong tin để lựa chọn vật liệu phù hợp cho các công cụ cắt.

22.37 Obtain data on the thermal properties of various commonly used
cutting fluids. Identify those which are basically effective coolants (such as
water-based fluids) and those which are basically effective lubricants (such as
oils).
Solve
Most cutting fluids are emulsions (water-based fluids), but they may be
provided as a base oil, and the supplier will report data for the base oil only. The
actual emulsion produced from this base oil will have higher specific heat and

superior thermal properties. Properties such as thermal conductivity and specific
heat can be linearly interpolated from the water concentration according to rules
of mixtures. This is a challenging problem because thermal properties are usually
not readily available. The most common practice for applying the lubricant is
flooding (see p 609), so that most heat is removed by convection. Predicting
convection coefficients using well-characterized fluids is extremely difficult.


22.37 Các dữ liệu nhận được về tính chất nhiệt của chất lỏng thường được sử
dụng trong quá trình cắt. Xác định những chất về cơ bản là chất làm mát
hiệu quả (như chất lỏng dựa trên nước) và những chất về cơ bản là chất bôi
trơn hiệu quả (như dầu).
Trả lời
Hầu hết chất lỏng cắt là nhũ tương (chất lỏng dựa trên nước), chúng có thể
được cung cấp dầu nền, và các nhà cung cấp sẽ báo cáo số liệu cho các cơ sở dầu.
Các nhũ tương thực tế sản xuất từ dầu gốc này sẽ có nhiệt dung riêng cao hơn và
tính chất nhiệt vượt trội. Các đặc tính như độ dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng có thể
được nội suy tuyến tính từ nồng độ nước theo quy định của hỗn hợp. Đây là một
vấn đề khó khăn do tính chất nhiệt thường không có sẵn. Những thực tế phổ biến
nhất cho việc áp dụng các chất bôi trơn toàn bộ (xem tr. 609), do đó hầu hết nhiệt
được lấy ra bởi sự đối lưu. Dự đoán hệ số đối lưu sử dụng chất lỏng nổi đặc trưng
là vô cùng khó khăn.
22.38 The first column in Table 22.2 shows ten properties that are important
to cutting tools. For each of the tool materials listed in the table, add
numerical data for each of these properties. Describe your observations,
including any data that overlap.
Solve
There are many acceptable answers since all of the tool materials in the table have
a wide range of values. Also, some of the measures are qualitative, such as
chipping resistance and thermal-shock resistance. Cutting speeds depend on the

workpiece material and its condition, as well as the quality of surface desired.
However, examples of acceptable answers are:

22.38 Cột đầu tiên trong Bảng 22.2 cho thấy mười đặc tính quan trọng đối
với các công cụ cắt. Đối với mỗi vật liệu công cụ được liệt kê trong bảng,


thêm dữ liệu số cho từng đặc tính của nó. Trình bày những gì bạn quan sát
được, bao gồm bất kỳ dữ liệu có thể trùng nhau.
Trả lời
Có rất nhiều câu trả lời chấp nhận được vì tất cả các nguyên vật liệu công cụ trong
bảng có một loạt các giá trị. Ngoài ra, một số các biện pháp này là chất lượng,
chẳng hạn như sứt mẻ và kháng nhiệt sốc kháng. Tốc độ cắt phụ thuộc vào
nguyên liệu làm phôi và điều kiện làm việc, cũng như chất lượng của bề mặt
mong muốn. Tuy nhiên, các ví dụ về các câu trả lời có thể chấp nhận được.