Nghiên cứu công nghệ gia công lỗ sâu, áp dụng cho hệ thống thủy lực, khí nén, chế tạo vũ khí

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------------------------------------

VŨ HOÀI NAM
ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ GIA CÔNG LỖ SÂU, ÁP
DỤNG CHO HỆ THỐNG THỦY LỰC, KHÍ NÉN, CHẾ TẠO
VŨ KHÍ
LUẬN VĂN THẠC SỸ
NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TRỊNH MINH TỨ

HÀ NỘI – 2010


MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Mục lục
Lời nói đầu
Chương1 : Tổng quan về lô sâu và một số phương pháp gia
công lỗ sâu

Trang
1
2
3

7
8

1.1

Lỗ sâu và một số đặc điểm của lỗ sâu

8

1.2

Các phương pháp công nghệ dùng trong gia công lỗ sâu

9

1.2.1. Phương pháp cắt gọt

9

1.2.2. Phương pháp gia công áp lực.

10

1.2.3. Phương pháp gia công đặc biệt khác

10

1.3. Các phương pháp khắc phục khó khăn khi gia công lỗ sâu.

10

1.3.1. Sơ đồ dẫn dung dịch trơn nguội bên trong và thoát phoi bên ngoài lỗ
thân dụng cụ

11

1.3.2. Sơ đồ dẫn dung dịch bên ngoài lỗ thân dụng cụ và thoát phoi bên
trong

13

1.3.3. Biến thể của sơ đồ dẫn dung dịch bên ngoài và thoát phoi bên trong
15
1.4. Các phương pháp khoan lỗ sâu

17

1.4.1. Các dạng chuyển động của dao, phôi khi gia công lỗ sâu

18

1.4.2. Sự truyền dẫn dung dịch trơn nguội

19

1.4.3 Mũi khoan kiểu cánh quạt

21

1.4.4 Mũi khoan kiểu KK3

22

1.4.5. Mũi khoan có lưỡi cắt được mài theo kiểu chũ M

23

1.5. Khoét các lõ sâu hình trụ

24

1.5.1.Đặc điểm quá trình khoét các lỗ sâu

24

1.5.2.Các phương pháp khoét

25

1.5.3. Các kiểu kết cấu dụng cụ khoét lỗ

25

3


1.5.3.1. Đầu khoét kiểu Β

26

1.5.3.2. Đầu khoét kiểu Γ

27

1.5.3.3. Đầu khoét với then dẫn hướng quay

28

1.5.3.4 Đầu khoét với then dẫn hướng bằng cao su

30

1.5.3.5. Đầu khoét với then dẫn hướng bằng kim loại và
bằng gỗ

31

1.6. Các phương pháp gia công tinh lần cuối

32

1.6.1. Phương pháp lăn ép để gia công bong các lỗ sâu chính xác bằng biến
dạng dẻo

32

1.7 Một số nghiên cứu về mài các lưỡi cắt của dao khoan nòng súng

36

Chương 2 : Đặc điểm kỹ thuật và điều kiện làm việc của pháo φ 76,2 mm 43
2.1. Đặc điểm kỹ thuật của pháo 76,2mms
2.1.1.Tính năng chung về pháo 76,2mm

43
43

2.2.Cấu tạo và điều kiện làm việc của pháo 76,2mm và yêu cầu kĩ thuật. 45
2.2.1. Cấu tạo nòng pháo

45

2.2.2. Đặc điểm làm việc

47

2.2.3. Yêu cầu kỹ thuật

47

2.3. Vật liệu chế tạo nòng pháo

48

2.4. Hiện tượng ròn ram

50

2.5. Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt gia công và chế độ nhiệt luyện đến tuổi
thọ nòng

52

2.5.1. Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt

52

2.5.2. Ảnh hưởng của nhiệt luyện

53

Chương 3 : Thiết kế dụng cụ gia công nòng pháo φ 76,2
4.1. Thiết kế đầu khoét φ 75,4

55
55

4.1.1. Thân đầu khoét

56

4.1.2. Then dẫn hướng

57

4.1.3. Lưỡi dao

59

3.2. Thiết kế đầu doa lỗ φ 76,12

62
4


3.2.1.Thân đầu cắt

63

3.2.2.Giá gá dao

64

3.2.3.Dao

64

3.2.4. Nêm điều chỉnh

65

3.2.5.Then dẫn hướng

66

3.3. Thiết kế dao doa buồng đạn

68

3.3.1. Thân đầu dao

69

3.3.2. Dao

70

3.3.3. Giá gá dao

71

3.3.4. Bạc dẫn hướng

72

3.4. Thiết kế đầu cắt rãnh xoắn

73

3.4.1. Thân đầu cắt

74

3.4.2. Ống côn điều chỉnh

75

3.4.3. Bạc

76

3.4.4. Lưỡi dao

78

3.4.5. Chổi quét phoi

78

3.4.6. Một số chi tiết khác của đầu cắt rãnh xoắn

79

Chương 4 : Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo đầu dao khoan
4.1. Kết cấu mũi khoan sâu

80
80

4.1.1. Các thành phần của đầu mũi khoan

81

4.1.2. Bản vẽ chế tạo các chi tiết của đầu mũi khoan sâu

83

4.2.. Lập qui trình công nghệ gia công thân đầu mũi khoan

86

4.2.1. Yêu cầu kỹ thuật chi tiết:

86

4.2.2. Xác định dạng sản xuất.

86

4.2.3. Phân tích tính công nghệ trong kết cấu chi tiết

86

4.2.4. Phương pháp chế tạo phôi

87

4.2.5. Tính toán lượng dư gia công cho mặt ngoài của
chi tiết

87
4.3.- Chế độ gia công miếng căn.
5

90


4.3.1. Yêu cầu kỹ thuật chi tiết

90

4.3.2. Xác định dạng sản xuất.

90

4.3.3. Phân tích tính công nghệ trong kết cấu chi tiết

90

4.3.4. Phương pháp chế tạo phôi

91

4.3.5.Tính toán lượng dư gia công cho 1 mặt phẳng lớn của
chi tiết.

91

Kết luận

96

Tài liệu tham khảo

97

Phụ lục 1 Thiết kế quy trình công nghệ gia công nòng pháo 76.2 mm
Phụ lục 2 Tính và tra chế độ cắt cho các nguyên công gia công thân đầu mũi khoan
Phụ lục 3 Tính , tra chế độ cắt cho các nguyên công gia công miếng căn

6


LỜI NÓI ĐẦU
Trên thế giới, khoan lỗ sâu đã có lịch sử phát triển trong hơn 150 năm qua nó
được bắt nguồn từ ngành công nghiệp quốc phòng và phát triển sang ngành công
nghiệp dân dụng khác.Việc nghiên cứu khoan lỗ sâu đã đạt được những thành tựu to
lớn, được ứng dụng rộng rãi ,và có vai trò không thể thay thế trong các ngành công
nghiệp công nghiệp ôtô: để chế tạo những lỗ sâu trong các động cơ ôtô, công nghiệp
khai thác : nó được sử dụng trong chế tạo các cột chống lò.Và chúng được dùng để
chế tạo các xy lanh thủy lực dài, lớn trong các máy xúc….
Hiện nay việc nghiên cứu về công nghệ gia công lỗ sâu ở nước ta được chú
trọng do vai trò quan trọng của nó không chỉ trong quân sự, quốc phòng mà còn cả
trong nền công nghiệp .Do vậy, nghiên cứu về công nghệ gia công lỗ sâu cũng như
nghiên cứu để tìm hướng giải quyết các bài toán phát sinh từ thực tế sản xuất là rất
thiết thực đối với các cơ sở nghiên cứu và ứng dụng công nghệ này.
Chất lượng lỗ gia công thường được đánh giá bởi các yếu tố như: Dung sai
đường kính lỗ, độ thẳng đường tâm, độ tròn, độ nhám,… Trong quá trình gia công
lỗ thường xuất hiện các vết gằn, xước hình xoắn ốc làm giảm độ bóng bề mặt và
gây sai số hình dạng lỗ, cả hai hiện tượng này đều do dao động của dụng cụ cắt gây
ra.
Với đề tài “Nghiên cứu công nghệ gia công lỗ sâu , áp dụng cho hệ thống
thuỷ lực , khí nén , chế tạo vũ khí ’’. Tác giả rất mong sự đóng góp của các chuyên
gia , các thầy giáo đóng góp những kiến thức chuyên sâu về công nghệ lỗ sâu để
công nghệ này được hoàn thiện tối ưu trong việc ứng dụng và sản xuất tại Việt Nam
.

7

CHƯƠNG 1
KHÁI QUÁT LỖ SÂU VÀ CÔNG NGHỆ
GIA CÔNG LỖ SÂU
1.1. Lỗ sâu và một số đặc điểm của lỗ sâu .
Lỗ sâu là những lỗ có kích thước φ 0,1 ÷ φ 200, có chiều sâu lớn gấp 5 ÷ 40 lần
đường kính, trường hợp đặc biệt có đến 200 lần.
Thường gặp các lỗ sâu đối với sản phẩm vũ khí (từ 10-15 lần với pháo nòng
ngắn, 60-70 lần với pháo nòng dài thậm chí có thể tới hàng trăm lần) với yêu cầu độ
chính xác cao về hình dáng, kích thước và chất lượng bề mặt.
Lỗ sâu thường có hình dáng không quá phức tạp nhưng yêu cầu kỹ thuật đòi
hỏi khá cao, do vậy công nghệ gia công lỗ sâu là một công nghệ khó, có nhiều đặc
điểm riêng và khác biệt so với lỗ thông thường, công nghệ gia công lỗ sâu cần trang
thiết bị, dụng cụ chuyên dùng và chế độ gia công đặc biệt. Quá trình gia công lỗ sâu
thường gặp phải những vấn đề khó như sau:
-

Khó khăn trong việc đảm bảo độ chính xác gia công: kích thước hình học,
độ nhám, độ tròn lỗ gia công, độ thẳng đường tâm, …

-

Khó khăn của việc tạo ra kích thước phoi phù hợp khi cắt gọt.

-

Khó khăn trong việc thoát phoi ra khỏi vùng cắt và thoát phoi ra khỏi lỗ (vì
lỗ rất sâu và dài, có thể lên tới 5-7m thậm chí 10m).

-

Khó khăn trong việc bôi trơn, làm nguội dụng cụ khi cắt gọt.

-

Khó khăn của việc đảm bảo độ cứng vững và tránh rung động của hệ thống
công nghệ (máy, gá, dao, chi tiết) dẫn đến khó khăn trong việc đảm bảo độ
thẳng đường tâm và chất lượng lỗ gia công.

-

Khó khăn trong việc theo dõi chất lượng sản phẩm, bề mặt gia công và sự
làm việc của dụng cụ cắt và đặc biệt là đảm bảo độ bền mòn của dụng cụ cắt
trong suốt quá trình làm việc của nó.

-

Khó khăn trong việc đo đạc, kiểm tra chất lượng sản phẩm.

8


Dao ng ca h thng cụng ngh, c bit l ca dng c ct l mt vn
khụng cũn mi m nhng luụn úng vai trũ quan trng v c s quan tõm c
bit ca cỏc nh cụng ngh do nh hng ca nú ti cht lng gia cụng, bn ca
dng c v nh hng n kh nng cụng ngh ca thit b. c bit i vi quỏ
trỡnh khoan l sõu do trc cụng xụn mang dng c thng phi rt di nờn dao ng
nh hng rt ln n cht lng gia cụng.
Bi toỏn khc phc dao ng cho dng c gia cụng l sõu t ra cỏc vn
sau:
-

Xỏc nh cỏc ch ct hp lý trỏnh hin tng dao ng cng
hng ca dng c.

-

Xỏc nh tn s lm vic v ch to b gim chn cho dng c.

-

Xỏc nh s lng, v trớ t cỏc b gim chn.

-

D bỏo v kim soỏt quỏ trỡnh dao ng.
Khụng th gii quyt cỏc khú khn ny bng cụng ngh gia cụng l thụng

thng m ũi hi phi cú cụng ngh c thự vi mỏy v dng c chuyờn dựng.
1.2. Cỏc phng phỏp cụng ngh dựng trong gia cụng l sõu
Hin nay gia cụng l sõu ngi ta s dng mt s phng phỏp sau:
-

Phng phỏp gia cụng ct gt.

-

Phng phỏp gia cụng ỏp lc.

-

Cỏc phng phỏp gia cụng c bit khỏc nh: laze, gia cụng tia la in
(EDM)...

1.2.1. Phng phỏp ct gt
-

Cỏc nguyờn cụng ct gt thng dựng khi gia cụng l l: Khoan, khoột,
doa, chut, mi khụn, ln ộp,ỏnh búng

-

Ưu điểm: Là phơng pháp vạn năng có thể gia công với kích thớc hình dáng
phôi đa dạng, chất lợng lỗ cao. Các phơng pháp khác không thể dùng một
mình mà khi gia công bao giờ cũng phải dùng cắt gọt để gia công chuẩn bị
hoặc sửa để đạt đợc các yêu cầu kĩ thuật.

9


-

Nhợc điểm: Năng suất không cao, khó gia công lỗ chính xác, đòi hỏi phải
có hệ thống máy dụng cụ và thiết bị chuyên dùng phức tạp, và đòi hỏi tuổi
bền của dụng cụ cắt cao.

-

ứng dụng: Đây là phơng pháp cơ bản dùng gia công lỗ có kích thớc không
quá nhỏ (lớn hơn 1 ).

1.2.2. Phng phỏp gia cụng ỏp lc
-

Cỏc nguyờn cụng gia cụng ỏp lc thng dựng khi gia cụng l l: rốn, gia
cụng tinh bng bin dng do

-

Ưu điểm: Năng suất tơng đối cao, chất lợng bề mặt chi tiết tốt.

-

Nhợc điểm: Yêu cầu hệ thống máy có công suất lớn, tính chuyên dùng cao,
khó thực hiện khi gia công các chi tiết lớn.

-

ứng dụng: Phơng pháp này dùng nâng cao chất lợng bề mặt chi tiết (gia
công tinh bằng lăn ép), gia công rèn rãnh xoắn nòng AK

1.2.3. Phng phỏp gia cụng c bit khỏc
-

Ưu điểm: Là các phơng pháp cho năng suất khá cao, có khả năng gia công
lỗ có kích thớc rất nhỏ mà các phơng pháp gia cụng khỏc không thể làm
đợc.

-

Nhợc điểm: Yêu cầu hệ thống máy dụng cụ phức tạp, tính chuyên dùng rất

cao, khó gia công chi tiết lớn.

-

ứng dụng: Gia công các lỗ rất nhỏ hoặc vật liệu khó gia công, ngời ta
thờng sử dụng phơng pháp gia công tia lửa điện, gia công rãnh xoắn bằng
phơng pháp ăn mòn điện hoá
Nhận xét: Mặc dù có nhiều phơng pháp khác nhau để gia công lỗ, tuy nhiên

có thể thấy cắt gọt vẫn là phơng pháp cơ bản, vạn năng nhất. Tuỳ từng trờng hợp,
ứng dụng cụ thể một số phơng pháp khác cho năng suất chất lợng tốt hơn, khi đó
có thể sử dụng kết hợp với nhau.
1.3. Cỏc phng phỏp khc phc khú khn khi gia cụng l sõu
gii quyt cỏc khú khn trong khoan sõu ngi ta s dng cht lng bụi
trn lm mỏt di ỏp sut cao a vo vựng gia cụng va lm nhim v y phoi
10


vừa có tác dụng làm mát, giảm ma sát và lực cắt nâng cao tuổi bền của dụng cụ…
Căn cứ vào phương pháp truyền dẫn chất lỏng vào vùng gia công, phân biệt các sơ
đồ gia công lỗ sâu sau:
1.3.1. Sơ đồ dẫn dung dịch bên trong và thoát phoi bên ngoài lỗ thân dụng cụ
Theo sơ đồ này (Hình 1.1) chất lỏng bôi trơn làm mát áp suất cao từ máy bơm
được đưa vào vùng cắt qua rãnh thông bên trong thân dụng cụ. Sau đó chất lỏng
dưới áp suất cao kéo theo phoi gia công ra ngoài qua khe hở V giữa thân dụng cụ
và phần lỗ đã gia công.

Hình 1.1. Sơ đồ thoát phoi ngoài.
Phương pháp này thường sử dụng khi khoan các lỗ không lớn lắm (không quá
35mm) và không quá sâu do độ cứng vững của dụng cụ không đảm bảo khi thân

mũi khoan quá dài.

Hình 1.2. Mũi khoan nòng súng.

11


Hình 1.3. Sơ đồ khoan bằng dụng cụ nòng súng.
Dụng cụ sử dụng trong sơ đồ gia công dạng này trước hay dùng mũi khoan
xoắn có lỗ dẫn dung dịch ở bên trong tạo thành bằng phương pháp cán, hiện nay
hay dùng kết cấu mũi khoan có xẻ rãnh thoát phoi trên thân dụng cụ (trong một số
tài liệu ở nước ngoài gọi kiểu khoan này là khoan nòng súng).
Đánh giá ưu nhược điểm:
-

Ưu điểm: Kết cấu dụng cụ đơn giản, dễ chế tạo, các dạng dụng cụ đa dạng về
chủng loại phù hợp với từng loại vật liệu và kích thước lỗ gia công, giá thành
rẻ, có thể sử dụng trên máy thông thường…

-

Nhược điểm: Việc thoát phoi ngoài làm ảnh hưởng chất lượng bề mặt lỗ gia
công do có sự cọ xát của phoi, rãnh thoát phoi làm cho dụng cụ bị yếu, kém
cứng vững nên không thể gia công lỗ có chiều sâu lớn…

-

Ứng dụng: Hiện nay phương pháp này thường được dùng để khoan các lỗ có
đường kính nhỏ từ 3 ÷ 35mm .

12


1.3.2. Sơ đồ dẫn dung dịch bên ngoài lỗ thân dụng cụ và thoát phoi bên trong

Hình 1.4. Sơ đồ thoát phoi trong.
Theo sơ đồ này (Hình 1.4) dung dịch dưới áp suất cao được đưa vào qua khe
hở dạng vành giữa thân dụng cụ và vách lỗ đã gia công để đi vào vùng cắt tiến hành
bôi trơn và làm mát dẫn hướng, cạnh cắt cũng như vùng gia công. Đồng thời dưới
áp suất chất lỏng sẽ đẩy phoi cắt ra ngoài cùng với dòng chất lỏng qua lỗ trong thân
dụng cụ.

Hình 1.5. Sơ đồ khoan BTA.
13


Ở các tài liệu nước ngoài gọi kiểu khoan theo sơ đồ này là phương pháp khoan
BTA (Boring and trepanning association) hay STS (Single tube system).

Hình 1.6. Dụng cụ cắt trong khoan BTA (đầu khoan đặc).
Đánh giá ưu nhược điểm:
-

Ưu điểm: Sơ đồ khoan này có ưu điểm là có thể sử dụng chất lỏng áp suất
cao để tăng cường khả năng đẩy phoi, đồng thời phoi tạo ra khi di chuyển ra
ngoài không cọ xát vào bề mặt của thành lỗ đã được gia công nên không gây
ra các vết cào xước trên bề mặt lỗ. Trong sơ đồ dụng cụ có bố trí các thanh
dẫn hướng tì ngay trên bề mặt thành lỗ đã gia công có tác dụng dẫn hướng
cho mũi khoan trong quá trình làm việc giảm sai số lệch đường tâm lỗ và
nâng cao độ cứng vững của mũi khoan, phần cán khoan có bộ phận giảm

rung động… Do đó, phương pháp này có thể gia công các lỗ rất sâu với l/d
tới hàng trăm với độ chính xác cao.

-

Ứng dụng: Phương pháp này thường dùng khi khoan lỗ có đường kính trung
bình (từ 20 đến khoảng 80mm) dùng đầu khoan đặc, với lỗ có kích thước lớn
(từ 80 đến 250mm) người ta hay dùng đầu khoan vành hay còn gọi là khoan
lấy lõi.

14


Hình 1.7. Dụng cụ cắt trong khoan BTA (đầu khoan vành).
-

Nhược điểm: Phương pháp này có nhiều ưu điểm song nhược điểm chính của
nó là đòi hỏi hệ thống máy chuyên dùng. Chính vì vậy, trên cơ sở phương
pháp này người ta đã đưa ra biến thể khác để có thể sử dụng dễ dàng hơn trên
các máy vạn năng thông thường. Đó là hệ thống khoan gọi là hệ thống khoan
Ejector sẽ được trình bày trong phần tiếp theo.

1.3.3. Biến thể của sơ đồ dẫn dung dịch bên ngoài và thoát phoi bên trong
Nguyên lý bơm phụt: Dòng Q1 chảy vào từ mặt cắt b-b qua khe hở vành
khuyên (miệng ejector) sẽ đổi hướng phụt về sau như hình vẽ.

Hình 1.8. Sơ đồ nguyên lý Ejector.
Khi đó tạo ra chân không hút dòng chất lỏng Q0 từ mặt cắt a-a chuyển động về
sau, hai dòng gặp nhau, pha trộn trong đoạn 1-2 và hợp vào nhau cùng chuyển động
về sau.

15


Dựa trên nguyên lý này đã thiết kế ra sơ đồ khoan thoát phoi trong dạng biến
thể như sau (Hình 1.9):

Hình 1.9. Sơ đồ thoát phoi trong sử dụng hiệu ứng bơm phụt (Ejector).
Chất lỏng áp suất cao bơm vào qua ống dẫn vào khe hở giữa ống trong và ống
ngoài. Khi tới rãnh của ống trong, dòng chất lỏng phân thành 2 luồng. Một phần qua
rãnh vào ống trong, đổi chiều và đi ngược trở lại. Phần còn lại lần lượt qua các rãnh
Г, Б, А đi vào vùng cắt.
Luồng chất lỏng qua rãnh đổi chiều ngược trở lại tạo ra hiệu ứng bơm hút: tạo
khoảng chân không ở phần đầu cắt hút phoi và dung dịch quay ngược trở lại đi vào
ống trong và đẩy ra ngoài.

Hình 1.10. Sơ đồ hệ thống khoan Ejector.
16


ỏnh giỏ u nhc im:
-

u im: Phng phỏp ny d ng dng v khụng t dựng cho h thng
mỏy cú trc chớnh nm ngang nh mỏy tin vn nng thụng thng.

-

Nhc im: Phng phỏp ny khụng th gia cụng l cú chiu di quỏ sõu
ngoi tỏc dng ca hiu ng bm pht (Ejector), núi cỏch khỏc chiu sõu l
gia cụng b gii hn. Ngoi ra, ỏp sut cht lng a vo vựng gia cụng b

gim i so vi BTA nờn hiu qu s dng cng kộm hn.
Kt lun: Qua tỡm hiu v cỏc phng phỏp khoan sõu trờn nhn thy i

vi vic khoan l nũng phỏo nờn chn phng phỏp BTA do cỏc u im ca nú cú
th ỏp ng tt cỏc yờu cu cht lng. Tuy nhiờn cú th khoan theo phng
phỏp BTA ngoi dng c cũn ũi hi phi cú mỏy v cỏc trang b chuyờn dựng.
i vi thc tin hin nay cỏc nh mỏy quc phũng, vn mỏy gii quyt
ch yu theo hng ci tin mỏy tin bng di thnh mỏy khoan l sõu. õy l
hng ó c nhiu ti nghiờn cu v ng dng trong thc t. Tuy nhiờn, cỏc
trang b chuyờn dng i kốm c bit l h thng truyn dn cht lng trn ngui
khi khoan l sõu vn cha c nghiờn cu mt cỏch hon chnh cú h thng.
Mt khỏc, phi thy rng vic s dng cht lng trong khoan l sõu l mt
trong nhng vn ct yu gii quyt nhng khú khn khi khoan sõu. Vỡ vy,
trong ỏn tp trung nghiờn cu v h thng truyn dn cht lng khi khoan sõu,
a ra mt s s thng dựng, c s tớnh toỏn v la chn cỏc thit b cng nh
cỏc thụng s cụng ngh mt cỏch hp lý khi gia cụng.
1.4. Các phơng pháp khoan lỗ sâu
Để khoan các lỗ sâu, ngời ta phải dùng thiết bị, dụng cụ và đồ gá chuyên
dùng. Nó là một trong những nguyên công khó và phức tạp nhất.
Với việc sử dụng những kết cấu mới của dụng cụ mũi khoan có thể nâng cao
năng suất lao động từ 10 đến 12 lần khi khoan các lỗ sâu có đờng kính 100mm.
Để nhận đợc những lỗ sâu có đờng kính nhỏ hơn 100mm, ngời ta sử dụng
phơng pháp khoan đặc là: Phơng pháp biến đổi thành phoi toàn bộ kim loại ở khu
vực khoan để tạo nên lỗ có kích thớc cho trớc.
17


Với những lỗ có đờng kính lớn hơn 100mm, ngời ta sử dụng phơng pháp
khoan vòng (hay cũn gi l khoan ly lừi) bởi việc biến đổi toàn bộ kim loại bị tách
ra thành phoi dẫn đến việc giảm năng suất trong quá trình khoan. Với phơng pháp

khoan vòng thì chỉ có phần kim loại nằm trong hình vành khăn tạo nên khi các lỡi
cắt chuyển động tơng đối với phôi là bị biến đổi thành phoi, còn những lõi kim
loại của nó tùy theo kết cấu của dụng cụ khoan, có thể là một thanh liền theo toàn
bộ chiều dài hoặc bị cắt ngang thành từng đoạn bởi các bộ phận chuyên dùng và
đợc sử dụng để gia công các chi tiết thích hợp. Những giới hạn về kích thớc kể
trên của việc sử dụng công nghệ khoan đặc và khoan vòng chỉ mang tính chất tơng
đối.
1.4.1. Các dng chuyển động của dao và phôi khi gia công lỗ sâu
-

Dạng 1: Sản phẩm chuyển động quay, còn dụng cụ cắt có chuyển động tịnh
tiến. Loại này thờng đợc dùng khi khoan các lỗ sâu có đờng kính nhỏ hơn
50mm.

-

Dạng 2: Sản phẩm chuyển động quay còn dụng cụ cắt có đồng thời hai
chuyển động quay và tịnh tiến. Loại này hay đợc dùng để khoan với tốc độ
cao các lỗ có đờng kính lớn hơn 55mm.

-

Dạng 3: Sản phẩm đứng yên còn dụng cụ cắt có đồng thời hai chuyển động
quay và tịnh tiến.
Trong 3 loại trên thì loại 1 và 2 có độ lệch trục tâm của sản phẩm ít hơn so

với loại thứ 3 nhờ có chuyển động quay của sản phẩm. Dạng 3 vì có độ lệch trục lớn
nên chỉ sử dụng khoan những lỗ có tỉ lệ chiều sâu không lớn (L/do<20), ở những chi
tiết to, không tròn mà chuyn ng quay của nó gặp phức tạp và không an toàn.
-

Với mục đích đạt đợc giá trị của độ lệch trục ít nhất, tùy theo lỗ đợc khoan
mà ngời ta sử dụng phơng pháp khoan từ một đầu hoặc 2 đầu trở lại. Ngời
ta sử dụng phơng pháp khoan 2 đầu trở lại với lỗ sâu có chiều dài lớn
(l>8m). Còn với những lỗ có chiều dài nhỏ hơn thỡ dựng phng phỏp khoan
t 1 u.

18


1.4.2. Sự truyền dẫn dung dịch bôi trơn làm nguội
Tùy thuộc vào kích thớc lỗ, kết cấu dụng cụ và phơng pháp khoan, mà ngời
ta sử dụng các phơng pháp khác nhau để đa dung dịch bôi trơn, làm nguội vào và
dần thoát phoi ra nh sau:
-

Dẫn dung dịch vào ở bên ngoài và thoát phoi ở bên trong mũi khoan và cán
khoan. Phơng pháp này đợc sử dụng trong nhiều trờng hợp khoan đặc các
lỗ có đờng kính từ 20-100mm (hình vẽ).

I
II

I
Hình 1.11. Phơng pháp dẫn dung dịch trơn nguội từ bên ngoài và thoát phoi ở
bên trong mũi khoan.
I: Chỉ chiều của dung dich trơn nguội. II: Chỉ chiều của phoi.
-

Dung dịch bôi trơn, làm nguội đợc dẫn qua mặt lỗ trong của cán và mũi

khoan, còn dung dịch và phoi đợc thoát ra ngoài qua khe hở giữa mặt ngoài
của cán dao và thành trong của lỗ đợc khoan ra ngoài.

-

Phơng pháp này đợc sử dụng để khoan những lỗ có đờng kính > 100mm
và khoan những lỗ sâu có đờng kính < 20mm (hình vẽ).

19


I
II

I
Hình 1.12. Phơng pháp dẫn dung dịch từ bên trong và thoát phoi ở bên ngoài.
II: Chỉ chiều của dung dich trơn nguội. I: Chỉ chiều của phoi.
So với phơng pháp dẫn dung dịch từ bên trong và thoát phoi ra bên ngoài thì
phơng pháp dẫn dung dịch từ bên ngoài và thoát phoi ra từ bên trong mũi khoan và
cán khoan có những u điểm sau:
-

Kết cấu cán và mũi khoan có độ cứng vững cao hơn bởi vì việc đa dung dịch
bôi trơn làm nguội vào yêu cầu khe hở hình vành khuyên nhỏ hơn khe hở để
thoát phoi ra. Điều đó cho phép tăng đờng kính của cán dao và nh vậy
nâng cao đợc độ cứng vững của cán dao và cũng cho phép nâng cao chế độ
cắt gọt nhằm nâng cao năng suất của quá trình khoan.

-

Sự thoát phoi qua lỗ của cán và mũi khoan sẽ nhẹ nhàng và đáng tin cậy hơn
nhờ ú độ nhẵn và kích thớc tiết diện ngang của lỗ đợc đảm bảo.

-

Nhợc điểm của phơng pháp này là phải sử dụng thiết bị chuyên dùng để
đa dung dịch bôi trơn, làm nguội và thoát phoi ra. Vì vậy khi khoan các lỗ
sâu có đờng kính > 100mm, khi mà độ cứng vững của cán dao có đủ độ tin
cậy thì ngời ta sử dụng phơng pháp khoan thứ 2 nghĩa là phơng pháp dn
dung dịch bôi trơn làm nguội vào ở bên trong và thoát phoi ra ở bên ngoài
mũi khoan và cán dao.
Dụng cụ đ khoan các lỗ sâu
Với mục đích hoàn thiện công nghệ và dụng cụ khoan các lỗ sâu, bằng các

công trình nghiên cứu của nhiều nhà khoa học, cho tới nay rất nhiều kiểu kết cấu
mũi khoan và đầu khoan đợc sử dụng. Không một nguyên công gia công nào lại có
nhiều kiểu kết cấu dụng cụ khác nhau và phong phú nh nguyên công khoan. Những
yêu cầu cơ bản của bất kỳ một kết cấu dụng cụ khoan sâu nào là:
20


-

Có khả năng dẫn vào đủ khối lợng dung dịch bôi trơn và làm nguội.

-

Thoát đợc phoi tốt bằng cách bẻ vụn phoi và tạo đờng cho phoi thoát ra.

-

Loại trừ khả năng lệch lỗ khoan

-

Có năng suất cao.

-

Giá thành chế tạo thấp.

-

ơn giản và đảm bảo đủ độ tin cậy trong quá trình sử dụng.

1.4.3. Mũi khoan kiểu cánh quạt
Việc sử dụng mũi khoan kiểu cánh quạt để khoan các lỗ sâu đã đợc biết từ lâu
trong công nghiệp. Nhng những mũi khoan kiểu cánh quạt đầu tiên, do kết cấu
phần cắt của mũi khoan cha hon thin nên có năng suất thấp, độ lệch tâm và độ
cong của lỗ sâu đợc khoan ra lớn. Trên cơ sở những kết quả nghiên cứu sự làm việc
của mũi khoan cánh quạt, kết cấu của mũi khoan cánh quạt có hình dáng hình học
mới của cạnh cắt đã đợc hoàn thiện. Việc sử dụng những mũi khoan kiểu cánh quạt
đã đợc hoàn thiện này cho phép nâng cao năng suất của quá trình khoan các lỗ sâu,
giảm đợc độ lệch trục tâm và nâng cao chất lợng bề mặt lỗ đợc gia công so với
mũi khoan loại này trớc đó (Hình vẽ 4.1).

Hình 1.13. Mũi khoan kiểu cánh quạt.

21

Những mũi khoan kiểu cánh quạt làm việc theo nguyên tắc chia chiều rộng cắt
và đợc dùng để khoan các lỗ sâu có đờng kính từ 20-85mm. Mũi khoan kiểu cánh
quạt làm việc theo nguyên tắc dẫn dung dịch bôi trơn và làm nguội từ bên ngoài vào
và thoát phoi ra ở bên trong mũi khoan và cán khoan.
1.4.4. Mũi khoan KK3
-

Xu hớng nâng cao năng suất của nguyên công khoan đặc dẫn đến việc tạo
nên kết cấu của những mũi khoan với sự phân bố các cạnh cắt làm việc theo
phơng pháp phân chia chiều dài cắt.

-

Mũi khoan KK3 về hình thức có kết cấu gần giống mũi khoan xoắn ốc (mũi
khoan ruột gà) đợc dùng để khoan các lỗ sâu với sự thoát phoi ở bên trong
và truyền dẫn dung dịch bôi trơn, làm nguội vào từ bên ngoài của mũi khoan
và cán khoan.

Hình 1.14. Mũi khoan kiểu KK3
-

Mũi khoan KK3 khác với những mũi khoan xoắn ốc thông thờng ở chỗ nó
có bốn cạnh viền để tạo nên những l dẫn dung dịch bôi trơn, làm nguội vào
vùng cắt và đồng thời cũng là bộ phận dn hớng của mũi khoan.

-

Với cùng một tuổi bền nh nhau của cạnh cắt thì mũi khoan KK3 có thể tăng
năng suất gấp 2 lần (theo thời gian máy) so với mũi khoan kiểu cánh quạt.

Song mặc dù có đợc khả năng tăng năng suất so với mũi khoan kiểu cánh
quạt, mũi khoan KK3 với kết cấu ban đầu cũng không đợc sử dụng rộng rãi
trong công nghiệp. Đó là vì mũi khoan KK3 có lỡi cắt ngang, điều đó làm
cho độ lệch trục tâm của lỗ khi khoan tăng lên. Khi khoan các lỗ sâu bằng

22


mũi khoan KK3 có kết cấu nh trên, độ lệch trục của lỗ có thể 1-2mm/1m
chiều dài khoan, điều đó sẽ làm hng sản phẩm.
1.4.5. Mũi khoan có lỡi cắt đợc mài theo kiểu chữ M
-

Với mục đích làm giảm độ lệch trục tâm của lỗ và do đó mở rộng khả năng
sử dụng mũi khoan KK3, ngời ta đã sửa lại kết cấu của mũi khoan KK3 và
tạo đợc kết cấu mới có lỡi cắt đợc mài theo kiểu chữ M. Khác với mũi
khoan KK3, ở mũi khoan này, mỗi lỡi cắt chính của nó đợc mài 2 đoạn N
và T. Nhờ có kết cấu nh thế của cạnh cắt mà lỡi cắt ngang ở đỉnh mũi
khoan đợc khắc phục và tạo nên điều kiện làm việc tốt hơn của mũi khoan.

T
N

Hình 1.15. Mũi khoan có lỡi cắt mài theo kiểu chữ M.
-

Khi khoan các lỗ sâu bằng mũi khoan KK3 có cạnh cắt đợc mài theo kiểu
chữ M, vẫn xảy ra sự lệch trục tâm của lỗ mặc dù ở mức độ nhỏ hơn khi
khoan bằng mũi khoan KK3 có lỡi cắt ngang ở tâm. Mũi khoan KK3 có lỡi
đợc mài theo kiểu chữ M đợc sử dụng để khoan đặc những lỗ sâu có đờng

kính từ 20-90mm.

-

Để tiết kiệm thép gió mũi khoan KK3 cũng nh mũi khoan kiểu cánh quạt
thờng đợc chế tạo bằng cách hàn nối. Phần làm việc ở phía dới của mũi
khoan đợc chế tạo từ thép gió P18 còn phần chuôi phía sau của mũi khoan
c ch to t thép C50. So sánh năng suất (tính bằng giờ) của quá trình
khoan lỗ sâu của mũi khoan KK3 với năng suất (tính bằng giờ) của mũi
khoan kiểu cánh quạt cho thấy rằng: mũi khoan KK3 với lỡi cắt đợc mài
theo kiểu chữ M đảm bảo năng suất gấp 2 lần (theo thời gian máy).
23


1.5. Khoét các lỗ sâu hình trụ
1.5.1. Đặc điểm của quá trình khoét lỗ sâu
Tùy theo mức độ phức tạp, công nghệ chế tạo các lỗ sâu có yêu cầu về độ
chính xác kích thớc và độ bóng bề mặt đợc khoét (ở các trục và ống) khác nhau
mà những lỗ sâu hình trụ đợc chia thành 2 nhóm:
-

Nhóm thứ nhất: Gồm những lỗ sâu hình trụ đợc chế tạo với cấp chính xác 23 và độ nhám bề mặt lỗ tơng ứng cấp 9 (Ra0,32 àm ), không có bậc trên
sut chiều dài và t l gia chiu di v đờng kính lỗ lớn (

-

L
> 40 ).
d

Nhóm thứ 2: Gồm những lỗ sâu hình trụ đợc chế tạo với cấp chính xác 4-5
và độ nhám bề mặt lỗ tơng ứng với cấp 6-7 ( Ra 0,63 ữ 2,5àm ) và có những
bậc đồng tâm (lỗ bậc) và có tỉ lệ giữa chiều dài và đờng kính lỗ nhỏ. Khi
khoan các lỗ sâu, có hiện tợng lệch tâm của lỗ đợc khoan và to ra bậc ở
giữa chiều dài lỗ khi khoan từ hai đầu trở lại hoặc tạo nên sự chênh lệch
chiều dày thành chi tiết khi khoan từ một đầu.
Ngoài ra trong quá trình nhiệt luyện ống bị biến dạng do đó trục của lỗ bị

cong. Mặc dù có nguyên công nắn thẳng sau nhiệt luyện nhng cũng không thể
khắc phục hết đợc hiện tợng cong lệch trục tâm của lỗ. Vì vậy, khi đa vào phân
xởng cơ khí để tiếp tục gia công lỗ thì lỗ vẫn còn độ cong vênh nhất định. Nguyên
công khoét các lỗ sâu đợc dùng để sửa thẳng trục tâm của lỗ, khoét đi một phần lớn
lớp kim loại còn lại sau khi khoan, tạo cho lỗ có độ chính xác kích thớc, độ chính
xác hình dáng hình học và độ nhám bề mặt theo yêu cầu.
Tùy theo công dụng của nguyên công khoét mà ngời ta chia nguyên công
khoét thành hai dạng:
-

Nguyên công khoét thô: ợc dùng để sửa chữa lại trục tâm và khoét đi một
phần lớn lợng d còn lại sau khi lỗ đợc gia công qua nguyên công khoan
trớc đó. Đối với khoét thô thì vấn đề độ chính xác kích thớc đờng kính và
độ nhám bề mặt của lỗ là vấn đề thứ yếu. Khi khoét thô độ chính xác kích
thớc đờng kính nằm trong khoảng cấp chính xác 5-7, còn độ nhám sau

24


khoét thô, tùy theo kết cấu của đầu khoét đợc sử dụng và vật liệu của các
then dẫn hớng mà dao động trong khoảng cấp 3-5.
-

Nguyên công khoét tinh: Nguyên công khoét tinh đảm bảo đạt đợc hình
dáng hình học chính xác, độ chính xác kích thớc cho trớc và độ bóng bề
mặt lỗ yêu cầu với điều kiện giữ lại độ thẳng của lỗ nhận đợc sau khi khoét
thô. Khi khoét tinh thờng đạt độ chính xác kích thc cấp 2-3 và độ nhám
bề mặt cấp 6-7.

1.5.2. Các phơng pháp khoét
Khi khoét các lỗ sâu, tùy theo hớng tác dụng của lực chạy dao, ngời ta phân
chia thành hai phơng pháp khoét cơ bản là:
-

Phơng pháp khoét đẩy: Cán đợc lắp dụng cụ dới tác dụng của thành phần
bị cắt theo theo chiều trục sẽ bị nén. Phơng pháp này đợc sử dụng rộng rãi
vì việc sử dụng phơng pháp khoét kéo yêu cầu phải có những máy có trục
rỗng, mà những máy này đợc sử dụng rất ít.

-

Phơng pháp khoét kéo: Phơng pháp khoét kéo có thể thực hiện trên những
máy có trục chính thông thờng sử dụng mâm cặp chuyên dụng.

-

Khi khoét các lỗ sâu có tỉ lệ L/d>80, ngời ta sử dụng khoét kéo đảm bảo độ
cứng vững của dụng cụ hơn và do đó đảm bảo đợc chất lợng của lỗ và năng
suất cao hơn.

1.5.3. Các kiểu kết cấu dụng cụ khoét lỗ
Dụng cụ dùng để khoét lỗ sâu đợc gọi là đầu khoét, nói chung các đầu khoét

gồm: Một thân bằng thép trong đó có kẹp các con dao hoặc lắp các tấm tùy động
hoặc then dẫn hớng. Tùy theo sự phân bố các cạnh của các dao tơng ứng với thân
của đầu khoét và phơng pháp kẹp các con dao ở thân dao, những đầu khoét đợc
dùng trong chế tạo máy có thể phân thành các nhóm sau đây:
-

Đầu khoét với sự phân bố các con dao ở một phía.

-

Đầu khoét với sự phân bố các con dao ở hai phía.

-

Đầu khoét với sự phân bố các con dao theo vòng tròn.

-

Đầu khoét với các tấm dao tùy động.

-

Đầu khoét tổng hợp.
25


1.5.3.1. Đầu khoét kiểu
Đầu khoét kiểu là kiểu kết cấu đầu khoét với sự phân bố các dao về một phía.
Cấu tạo:
-

Thân thép số 3 phần đầu của nó có giá kẹp dao s 1 để kẹp các con dao. Để
tạo điều kiện thoát phoi tốt, giá lắp dao số 1 đợc tiện với đờng kính nhỏ
hơn đờng kính của thân đầu khoét còn ở mặt của nó đợc phay những mặt
phẳng số 10 và 11.

-

Khi xác định vị trí và kích thớc của giá kẹp dao cần phải chú ý phần công
xôn của dao là nhỏ nhất (không vợt quá 10-20mm).

-

phần kẹp dao của đầu khoét có 2 hoặc 3 lỗ hình chữ nhật để lắp các con
dao số 2 và đợc kẹp chặt bằng các vít đồng chìm số 9. mặt ngoài của thân
đầu khoét ngời ta phay 4 rãnh số 8 để kẹp các then dẫn hớng số 4.

Vật liệu các then dẫn hớng của đầu khoét kiểu nh: gỗ sồi, gỗ dẻ, gỗ bạch
dơng Việc lựa chon loại gỗ đợc quyết định bởi đờng kính và chiều dài của lỗ
đợc khoét. Lỗ càng lớn càng cần loại gỗ cứng và chịu mài mòn cao hơn vì gỗ dẫn
hớng bị mài mòn nhanh sẽ dẫn đến tình trạng lỗ bị côn nhiều.
4
11
10

2

9

1

3

Hình 1.16. Đầu khoét kiểu

26