Nghiên cứu, thiết kế chế tao dụng cụ tổ hợp BTA để gia công lỗ xilanh giảm chấn thuỷ lực

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: KIỀU DUY TRƯỜNG – Mã số: CB110094
Học viên lớp: 11B CTM
Chuyên nghành: Chế tạo máy Viện Cơ Khí Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Tôi xin cam đoan: Luận văn Thạc Sỹ kỹ thuật đề tài: ―Nghiên cứu, thiết kế chế tạo
dụng cụ tổ hợp BTA để gia công lỗ xilanh của giảm chấn thuỷ lực”
Do: TS Lê Thanh Sơn hướng dẫn
Đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, tất cả nội dung trong luận văn đều
được giáo viên hướng dẫn thông qua, chỉnh sửa và đã đạt yêu cầu. Các tài liệu tham
khảo đều có nguồn góc rõ ràng, tôi không sao chép công trình của cá nhân khác
dưới bất kỳ hình thức nào. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước nhà
trường và pháp luật.
Ngày ......tháng.......năm 2013
Người cam đoan

Kiều Duy Trường

1


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập và nghiên cứu tại trường ĐHBK Hà Nội tôi đã nhận
được sự gúp đỡ tận tình của các thầy cô và đồng nghiệp.
Lời đầu tiên tôi xin vô cùng cám ơn TS Lê Thanh Sơn giảng viên định hướng
và hướng dẫn đề tài, là người luôn quan tâm đến tiến trình viết luận văn và làm thực
nghiệm, thường xuyên kiểm tra và trao đổi những kiến thức, kinh nghiêm cho học
viên của mình.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến tập thể giảng viên Viện Sau Đại Học, Viện Cơ
Khí trường ĐHBK Hà Nội, Trường ĐHCN Việt – Hung nơi tôi công tác và Công
ty cổ phần thiết bị công nghệ Tùng Linh nơi tôi làm thực nghiệm, đã tạo mọi điều
kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu cũng như trong quá

trình làm thực nghiệm.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn đến các bạn đồng nghiệp, các thầy cô giáo và gia đình
đã ủng hộ và động viên tôi trong thời gian hoàn thành luận văn.
Tác giả

Kiều Duy Trường

2


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................................... 1
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................................ 2
MỤC LỤC ................................................................................................................................. 3
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT ....................................................................... 6
DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................................ 7
DANH MỤC BẢNG BIỂU ....................................................................................................... 8
I. Tính cấp thiết của đề tài ..................................................................................................... 9
II. Nội dung nghiên cứu. ..................................................................................................... 10
III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:............................................................................... 10
IV. Phương pháp nghiên cứu.............................................................................................. 11
V. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. ...................................................................... 11
1. Ý nghĩa khoa học. ........................................................................................................ 11
2. Ý nghĩa thực tiễn. ......................................................................................................... 11
CHƢƠNG I.............................................................................................................................. 12
TỔNG QUAN VỀ MÁY VÀ DỤNG CỤ TỔ HỢP ĐỂ GIA CÔNG LỖ ........................... 12
1.1: Một số đặc điểm về lỗ sâu và gia công lỗ sâu. ............................................................. 12
1.2: Các phương pháp gia công lỗ sâu. .............................................................................. 13
1.2.1: Phướng pháp cắt gọt. ............................................................................................. 13
1.2.2: Phương pháp gia công áp lực. ............................................................................... 13

1.2.3.Phương pháp gia công đặc biệt khác. ..................................................................... 14
1.3: Máy và dụng cụ tổ hợp để gia công lỗ sâu trên thế giới và ở việt nam: ..................... 14
1.3.1: Máy gia công lỗ. ..................................................................................................... 14
1.3.2: Các dụng cụ tổ hợp để gia công lỗ hiện có trên thế giới: ...................................... 18
1.4. Các nguyên công chính trong gia công lỗ sâu: ........................................................... 25
1.4.1.Khoan: ..................................................................................................................... 25
1.4.2. Khoét:...................................................................................................................... 25
1.4.3. Doa: ........................................................................................................................ 25
1.4.4. Mài khôn: ................................................................................................................ 25
CHƢƠNG II ............................................................................................................................ 27
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CẮT GỌT GIA CÔNG LỖ .............................................................. 27
2.1. Mũi khoan..................................................................................................................... 27
2.1.1.Cấu tạo. .................................................................................................................... 27
2.1.2. Thông số hình học: ................................................................................................. 28
2.2.Mũi khoét ....................................................................................................................... 34
2.2.1. Các thành phần kết cấu mũi khoét. ......................................................................... 34
2.2.2. Các loại mũi khoét. ................................................................................................. 35
2.3. Mũi Doa. ....................................................................................................................... 36
2.4. Tiện lỗ............................................................................................................................ 37
2.5. Các yêu cầu cơ bản của vật liệu chế tạo dụng cụ cắt ................................................ 38
2.5.1: Độ cứng. ................................................................................................................. 38
2.5.2: Độ bền cơ học. ........................................................................................................ 39
2.5.3: Tính chịu nóng. ....................................................................................................... 39
2.5.4:Tính chịu mài mòn. .................................................................................................. 39
2.5.5: Tính công nghệ: ...................................................................................................... 39
2.6: Các loại vật liệu chế tạo dụng cụ cắt. ......................................................................... 39

3

2.6.1 : Thép các bon dụng cụ. ........................................................................................... 40
2.6.2 :Thép hợp kim dụng cụ. ........................................................................................... 40
2.6.3. Théo gió (thép cao tốc). .......................................................................................... 41
2.6.3. Hợp kim cứng. ......................................................................................................... 44
2.6.4. Vật liệu sứ. .............................................................................................................. 46
2.6.5. Vật liệu tổng hợp. .................................................................................................... 46
2.7. Các dạng hỏng của khoan sâu: ................................................................................... 47
CHƢƠNG III: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ DAO TỔ HỢP BTA GIA CÔNG LỖ
XILANH .................................................................................................................................. 51
PHẦN I : QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG LỖ XILANH  60,8 mm ............. 51
3.1. Qui trình gia công lỗ xilanh  60,8 mm. ..................................................................... 51
3.2. Máy dùng trong gia công lỗ sâu. .................................................................................. 51
3.2.1. Máy gia công lỗ sâu dạng tiện: .............................................................................. 53
3.2.2. Máy gia công lỗ sâu dạng vòng cặp. ...................................................................... 53
3.2.3. Máy gia công lỗ sâu với phôi không quay. ............................................................. 54
3.3.4. Máy gia công lỗ sâu từ 2 hướng. .......................................................................... 55
3.3. Trang thiết bị gia công lỗ sâu...................................................................................... 57
3.3.1. Bộ phận thu dầu. ..................................................................................................... 57
3.3.2 Luynet....................................................................................................................... 59
3.3.3 Mâm cặp .................................................................................................................. 60
3.4. Sai lệch và góc cạnh khi gia công lỗ sâu. .................................................................... 60
3.4.1. Độ lệch. ................................................................................................................... 60
3.4.2. Hiện tượng đa cạnh ................................................................................................ 62
PHẦN II ................................................................................................................................... 64
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ DỤNG CỤ TỔ HỢP GIA CÔNG LỖ SÂU Ø60,8 mm ....... 64
I.Tổng quan về các dụng cụ BTA lỗ thiết kế. ....................................................................... 64
II. Nghiên cứu về công nghệ gia công lỗ xylanh bằng dụng cụ cắt BTA. .......................... 65
1. Phân tích chi tiết cần gia công. .......................................................................................... 65
2. Thiết kế dụng cụ cắt............................................................................................................ 66
A. PHẦN LƢỠI CẮT ............................................................................................................. 71

3. Qui trình công nghệ gia công dụng cụ cắt BTA. .............................................................. 81
4. Chọn phôi và phƣơng pháp chế tạo phôi. ......................................................................... 81
5. Thiết kế qui trình công nghệ chế tạo dụng cụ cắt BTA. .................................................. 82
CHƢƠNG IV ........................................................................................................................... 84
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN ĐỘ
NHẤP NHÔ BỀ MẶT CHI TIẾT SAU KHI GIA CÔNG THÉP C15 BẰNG DỤNG
CỤ TỔ HỢP BTA SẢN XUẤT TẠI VIỆT NAM ................................................................ 84
4.1. Thiết bị đƣợc thực nghiệm. ......................................................................................... 84
4.1.1. Máy tiện vạn năng 1K62. ....................................................................................... 84
4.1.2: Dụng cụ cắt: Dao thép gió sản xuất tại Việt Nam. .............................................. 85
4.1.3: Vật liệu gia công là thép ống C15. ........................................................................ 85
4.1.4: Máy đo độ nhám. ................................................................................................... 86
4.1.5: Thực nghiệm. ......................................................................................................... 86
4.2. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ........................................................................................... 87
4.2.1. Mô hình toán học ................................................................................................... 87
4.2.2. Xử lý và kiểm tra số liệu thực nghiệm .................................................................... 89
4.2.2.1. Tính các hệ số của phương trình hồi quy .......................................................... 89

4


4.2.2.2. Kiểm định các tham số ai .................................................................................... 90
4.2.2.3. Kiểm tra sự phù hợp của mô hình. .................................................................... 90
4.2.2.4. Đổi biến. .............................................................................................................. 91
4.2.2.5. Xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ. ............................................................ 92
4.3: Phân tích và nhận xét kết quả thực nghiệm. ............................................................. 93
CHƢƠNG V ............................................................................................................................ 96
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................................ 96
5.1. Kết luận. ........................................................................................................................ 96
5.2. Kiến nghị. ...................................................................................................................... 96

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................................... 97
PHỤ LỤC................................................................................................................................. 98
I. Các hình ảnh khi thực nghiệm: ...................................................................................... 98

5


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT
Thông số hình học của đụng cụ cắt
BTA: Boring and Trepanning Association (dụng cụ tổ hợp)

 : Góc sau

(Độ)

 : Góc trước

(Độ)

 : Góc nghiêng chính

(Độ)

1 : Góc nghiêng phụ

(Độ)

 : Góc mũi dao

(Độ)

 : Góc sắc

(Độ)

r : Bán kính mũi dao

(mm)

 : Góc cắt

(Độ)

* Chế độ cắt

V : Vận tốc cắt

(m/phút)

S : Bước tiến

(mm/vòng)

t : Chiều sâu cắt

(mm)

h i : Chiều cao nhấp nhô tế vi

( m )

* Lực cắt
Px : Lực dọc trục khi khoét

(N)

Py : Lực hướng kính khi khoét

(N)

M x : Mô men xoắn khi khoét

(Nmm)

  : Ứng suất

(N/mm2)

Ec J c : Độ cứng vững tiết diện ngang của cán dao

(KG.cm2)

* Các thông số khác
( m )

R a , Rz : Độ nhám bề mặt
k mv : Hệ số phụ thuộc vào vật liệu gia công
k uv : Hệ số phụ thuộc vào vật liệu dụng cụ cắt
k lv : Hệ số phụ thuộc vào chiều sâu gia công

6


K c : Hệ số cắt phụ thuộc vào điều kiện gia công

Z : Số lưỡi cắt
Lcma : Chiều dài cán dao

(mm)

L3 : Chiều dài phôi gia công

(mm)

Lc : Chiều dài ụ khoan

(mm)

d c : Đường kính lỗ gia công

(mm)

S z : Lượng ăn dao trên một lưỡi

(mm/vòng)

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1a: Máy khoan lỗ sâu ................................................................................................... 15
Hình 1.1b: Máy khoan lỗ sâu XE-500/1000(CNC) .................................................................. 15
Hình 1.1c: Máy khoan lỗ sâu kích thước dài GD-6000S ......................................................... 16

Hình 1.2a: Máy doa lỗ sâu ....................................................................................................... 16
Hình 1.2b: Máy doa lỗ sâu ....................................................................................................... 17
Hình 1.2c: Máy doa lỗ sâu ....................................................................................................... 17
Hình 1.3: Dụng cụ gia công lỗ ................................................................................................. 18
Hình 1.4: Phần đầu cắt và cán nối dài của mũi khoan ............................................................ 19
Hình1.5: Các dụng cụ đo kiểm ................................................................................................. 19
Hình1.6.a: Sơ đồ thoát phoi mũi khoan chữ V ......................................................................... 20
Hình1.6 b: Sơ đồ thoát phoi ..................................................................................................... 21
Hình1.6c: Cấu tạo mũi khoan .................................................................................................. 21
Hình 1.7 a: Sơ đồ thoát phoi trong .......................................................................................... 22
Hình 1.7 b: Kết cấu dẫn dung dịch trơn nguội trong sơ đồ khoan BTA .................................. 22
Hình 1.8 a: Sơ đồ nguyên lý ..................................................................................................... 23
Hình 1.8 b: Sơ đồ thoát phoi .................................................................................................... 24
Hình 1.8 c: Sơ đồ thoát phoi .................................................................................................... 24
Hình 2.2: Thông số hình học của mũi khoan ........................................................................... 28
Hình 2.3: Các góc của mũi khoan ............................................................................................ 31
Hình 2.4: Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến góc độ mũi khoan trong quá trình cắt ........... 32
Hình 2.5: Mũi khoan dẹt .......................................................................................................... 33
Hình 2.6: Các mũi khoét thông dụng ....................................................................................... 34
Hình 2.7: Mũi khoét hợp kim cứng .......................................................................................... 35
Hình2.8: Các loại mũi doa ....................................................................................................... 36
Hình 2.9: Các dạng dao tiện lỗ ................................................................................................ 37

7


Hình 2.10: Sơ đồ tôi và ram thép gió ....................................................................................... 43
Hình 2.11: Các dạng sai hỏng khi gia công lỗ sâu .................................................................. 48
Hình 3.1: Máy gia công lỗ sâu dạng tiện ................................................................................ 53
Hình 3.2: Máy gia công lỗ sâu dạng vòng cặp ....................................................................... 53

Hình 3.3: Máy gia công lỗ sâu với phôi không quay .............................................................. 54
Hình 3.4: Máy gia công lỗ sâu từ 2 hướng ............................................................................. 55
Hình 3.5: Hiện tượng mòn dẫn hướng và lay rộng miệng lỗ ................................................... 59
Hình 3.6: Hiện tượng cong trục phôi khi không dùng luynet giữa (a)và khi có luynet giữa
(б) .............................................................................................................................................. 61
Hình3.7: Chi tiết gia công thực nghiệm ................................................................................... 65
Hình 4.1: Hình ảnh gia công trên máy tiện vạn năng 1K62 .................................................... 84
Hình 4.2: Máy đo độ nhám SJ-210 .......................................................................................... 86
Hình 4.3: Biểu đồ thể hiện mối quan hệ của Ra với V và S khi t = 0,15mm ............................ 92
Hình 4.4: Biểu đồ thể hiện mối quan hệ của Ra với t và S khi V = 10 m/phút ........................ 93
Hình 4.5: Biểu đồ thể hiện mối quan hệ của Ra với V và t khi S = 0,1mm/vòng ..................... 93

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1a: Các góc của mũi khoan ......................................................................................... 30
Bảng 1.1b: Các góc của mũi khoan ......................................................................................... 32
Bảng 1.3: Các loại thép gió...................................................................................................... 41
Bảng 1.4: Thành phần hóa học của một số loại thép gió (%) .................................................. 42
Bảng 1.5: Công dụng của thép gió theo ký hiệu ISO và một số nước tương ứng .................... 43
Bảng 3.1: Lưu lượng và áp lực bơm......................................................................................... 70
Bảng 4.1: Thông số cơ bản của máy tiện vạn năng 1K62 ........................................................ 85
Bảng 4.2: Thành phần hoá học của dụng cụ cắt ...................................................................... 85
Bảng 4.3: Kích thước và thông số hình học của dụng cụ cắt ................................................... 85
Bảng 4.5: Bảng tính toán ......................................................................................................... 87
Bảng 4.6: Quy hoạch thực nghiệm ........................................................................................... 88
Bảng 4.7: Các giá trị đo thực nghiệm ...................................................................................... 89

8


PHẦN MỞ ĐẦU

I. Tính cấp thiết của đề tài
Vận tải đường sắt là một trong những loại hình giao thông đặc biệt (đây là loại
hình vận chuyển siêu trường, siêu trọng), mặt khác còn đòi hỏi độ an toàn rất cao.
Vì vậy các trang thiết bị được lắp đặt cho tàu cũng được yêu cầu rất khắt khe về kỹ
thuật.

Một trong các bộ phận đó là hệ thống xilanh giảm chấn thuỷ lực

được lắp trên các đầu máy, nhằm làm giảm dung động và làm thăng bằng các toa
tàu khi vận hành.
Trong bộ phận giảm chấn thuỷ lực thì chi tiết xilanh là quan trọng nhất, liền
với nó chính là công nghệ gia công lỗ xilanh có vai trò quyết định đến chất lượng và
giá thành của bộ phận giảm chấn thuỷ lực.
Ở Việt nam hiện nay cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ trên thế
giới, cũng đã được đầu tư các trang thiết bị và dụng cụ hiện đại. Mặc dù vậy việc
khai thác hiệu quả các trang thiết bị và dụng cụ vẫn chưa được chú trọng nhiều, đặc
biệt là việc sản suất ra các chi tiết có độ chính xác cao như xilanh giảm chấn thuỷ
lực mà hiện nay nước ta vẫn thường phải nhập từ nước ngoài như Hà Lan (hãng
KONI) hoặc (hãng SACH) của Tây Đức .... để thay thế và sửa chữa dẫn tới chi phí
mua rất đắt.
Do vậy để khắc phục những vấn đề như phải mua sắm các trang thiết bị, dụng
cụ hoặc nhập chi tiết chi tiết xilanh giảm chấn thuỷ lực từ nước ngoài rất đắt tiền đó.
Ta có thể sản suất trong nước bằng các máy vạn năng thông thường hiện có ở việt
nam mà vẫn đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật tương đương với nước ngoài sản
suất là rất cần thiết. Để làm được như vậy thì ngoài công nghệ ra còn có dụng cụ cắt
chiếm vai trò vô cùng quan trọng, đó cũng là yếu tố quyết định đến chất lượng và
giá thành của sản phẩm đặc biệt là là khâu gia công tinh.
Xuất phát từ yêu cầu thực tế mang tính cấp thiết như trên, nên tôi chọn đề tài:
―Nghiên cứu, thiết kế chế tạo dụng cụ tổ hợp BTA để gia công lỗ xilanh của giảm
chấn thuỷ lực”. Bằng những vật liệu hiện có và phổ thông ở việt nam.

9


II. Nội dung nghiên cứu.
Xuất phát từ đề tài nghiên cứu, luận văn này có nội dung như sau:
- Tổng quan về máy và dụng cụ tổ hợp để gia công tinh lỗ.
+ Các nguyên lí gia công lỗ sâu dùng đầu dụng cụ tổ hợp trên thế giới và ở việt
nam.
- Thiết kế dụng cụ tổ hợp BTA chuyên dùng để gia công lỗ xilanh giảm chấn thuỷ
lực.
+ Các yêu cầu cơ bản đối với vật liệu làm dao (phần cắt của dụng cụ).
+ Chọn vật liệu cho phần cắt của dụng cụ.
+ Thông số hình học của dụng cụ tổ hợp.
+ Thông số hình học của dụng cụ cắt ở trạng thái tĩnh và động.
+ Thông số hình học của dụng cụ cắt khi làm việc.
+ Thiết kế hoàn chỉnh một dao BTA gia công lỗ  60,8H6.
- Quy trình công nghệ chế tạo dụng cụ tổ hợp BTA.
+ Phương pháp chế tạo và gia công dụng cụ tổ hợp BTA.
+ Công nghệ mài các mặt và các góc của dụng cụ tổ hợp BTA.
+ Kết quả chế tạo và gia công dụng cụ tổ hợp BTA (sản xuất tại việt nam).
- Thử nghiệm gia công lỗ xilanh giảm chấn thuỷ lực bằng dụng cụ tổ hợp BTA (tại
Việt nam).
+ Các bước gia công.
+ Kết quả đạt được.
III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu là tìm hiểu sự ảnh hưởng của dụng cụ cắt đối với độ
nhám bề mặt qua việc điều chỉnh chế độ cắt. Việc nghiên cứu thực nghiệm được
tiến hành với các điều kiện sau:
- Máy thực nghiệm: Máy tiện 1K62.

- Vật liệu gia công là thép C15.
- Vật liệu làm dao là thép gió có tại Việt Nam.
- Đối tượng gia công là mặt trụ trong.

10


- Thiết bị đo độ nhấp nhô tế vi bề mặt của hãng Mitutoyo, ký hiệu SJ-210.
IV. Phương pháp nghiên cứu
Dùng phương pháp nghiên cứu kết hợp với thực nghiệm.
- Nghiên cứu lý thuyết để tìm hiểu mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng từ
các thông số hình học của dụng cụ cắt, chế độ cắt với độ nhám bề mặt gia công.
- Nghiên cứu thực nghiệm ở các chế độ cắt (v, s, t,) độc lập khác nhau, lần
lượt thay đổi từng thông số chế độ cắt.
- Ghi chép kết quả, phân tích, tổng hợp, đưa ra mối liên hệ giữa thông số
hình học của dụng cụ cắt và độ nhấp nhô bề mặt thông qua chế độ cắt khác nhau.
V. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.
1. Ý nghĩa khoa học.
Bằng cách nghiên cứu cơ sở lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, luận án đã
thiết kế hoàn chỉnh một dụng cụ tổ hợp BTA sản xuất tại Việt nam, đưa vào gia
công thử nghiệm lỗ xilanh giảm chấn thuỷ lực tại việt nam và xây dựng được hàm
toán học mô tả mối quan hệ giữa các thông số chế độ cắt cho dụng cụ cắt, với độ
nhám bề mặt làm cơ sở cho việc tối ưu hóa quá trình gia công lỗ sâu (cụ thể là
xilanh giảm chấn thuỷ lực).
2. Ý nghĩa thực tiễn.
Kết quả nghiên cứu, thiết kế chế tạo của đề tài có thể làm cơ sở cho việc lựa
chọn thông số hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt (v, s, t ) hợp lý khi gia công lỗ
xilanh giảm chấn thuỷ lực bằng dao thép gió ở tại Việt Nam để giảm chi phí mua
dụng cụ cắt, cũng như chi phí gia công và tăng năng suất, chất lượng của sản phẩm.

11


CHƢƠNG I
TỔNG QUAN VỀ MÁY VÀ DỤNG CỤ TỔ HỢP ĐỂ GIA CÔNG LỖ
1.1: Một số đặc điểm về lỗ sâu và gia công lỗ sâu.
Những lỗ có tỷ lệ chiều dài và đường kính

L
 5 được gọi là lỗ sâu, trường
D

hợp đặc biệt gấp 200 lần.
Thực tế chúng ta gặp nhiều lỗ sâu như xilanh thuỷ lực, nòng súng, nòng pháo ...
Lỗ sâu thường có hình dáng không quá phức tạp nhưng yêu cầu kỹ thuật đòi hỏi
khá cao về hình dáng kích thước và độ nhám bề mặt, do vậy công nghệ gia công lỗ
sâu là một công nghệ khó. Có những đặc điểm riêng và khác biệt so với lỗ thông
thường, công nghệ gia công lỗ sâu thường cần trang thiết bị chuyên dùng như máy,
dụng cụ và chế độ gia công cũng đặc biệt.
Trong quá trình gia công lỗ sâu thường gặp những khó khăn:
- Khó khăn trong việc đảm bảo độ chính xác gia công: kích thước, hình dáng
hình học, độ nhám bề mặt, độ đồng tâm của lỗ,
- Khó thoát phoi khi cắt và khó thoát phoi ra khỏi vùng cắt (vì lỗ rất sâu và dài).
- Khó bôi trơn và làm nguội dụng cụ cắt .
- Khó khăn trong việc đảm bảo độ cứng vững, tránh dung động của hệ thống
công nghệ (máy, gá, dao và chi tiết) dẫn tới khó đảm bảo độ thẳng theo yêu cầu và
vị trí đúng của tâm lỗ gia công và chất lượng lỗ gia công.
- Khó theo dõi kiểm tra chất lượng bề mặt gia công và sự làm việc của dụng cụ,
đặc biệt là đảm bảo độ bên mòn của dụng cụ cắt trong suốt quá trình làm việc.
Việc khắc phục sự ảnh hưởng không tốt của hệ thống công nghệ, đặc biệt là

dụng cụ cắt là một vấn đề không phải là mới nhưng luôn đóng vai trò quan trọng và
được sự quan tâm đặc biệt của các nhà công nghệ. Vì sự ảnh hưởng của nó tới chất
lượng gia công, tuổi bền của dụng cụ. Đặc biệt đối với quá trình gia công lỗ sâu trục
mang dụng cụ cắt thường phải rất dài nên bị dung động dẫn tới ảnh hưởng rất lớn
đến chất lượng gia công. Để khắc phục bài toán dao động của dụng cụ gia công lỗ
sâu đặt ra ta cần chú ý đến các vấn đề sau:

12


- Thiết kế dụng cụ cắt phù hợp với dạng lỗ.
- Xác định chế độ cắt hợp lý để tránh hiện tượng dao động cộng hưởng của dụng
cụ.
- Xác định tần số làm việc và chế tạo bộ giảm chấn cho dụng cụ.
- Xác định số lượng xác định vị trí đặt bộ giảm chấn.
- Dự báo và kiểm soát quá trình dao động .
Những vấn đề trên không thể giải quết bằng công nghệ gia công lỗ thông thường
mà phải có công nghệ đặc thù với máy và dụng cụ chuyên dùng.
1.2: Các phương pháp gia công lỗ sâu.
Hiện nay để gia công lỗ sâu người ta sử dụng một số phương pháp sau:
- Phương pháp gia công cắt gọt.
- Phương pháp gia công áp lực.
- Các phương pháp gia công đặt biệt khác như: laze, gia công tia lửa điện...
1.2.1: Phướng pháp cắt gọt.
Đây là phương pháp gia công được sử dụng phổ biến hơn cả. Trong đó các
nguyên công cắt gọt thường dùng khi gia công lỗ là: khoan, khoét, doa, chuốt, mài
khôn, lăn ép, đánh bóng...
* Ưu điểm: Là phương pháp vạn năng có thể gia công với các kích thước, hình
dáng phôi đa dạng, chất lượng lỗ cao. Khi gia công bằng các phương pháp khác vẫn
phải có nguyên công cắt gọt để gia công chuẩn bị hoặc sửa để đạt được các yêu cầu

kỹ thuật.
* Nhược điểm: Năng suất không cao, khó gia công lỗ chính xác, đòi hỏi máy dụng
cụ và thiết bị chuyên dùng phức tạp, và đòi hỏi tuổi bền của dụng cụ cắt cao.
* Ứng dụng: Đây cũng là phương pháp cơ bản để gia công lỗ có kích thước không
quá nhỏ (lớn hơn 1 ).
1.2.2: Phương pháp gia công áp lực.
Các phương pháp gia công áp lực thực chất là khi gia công dựa trên cơ sở biến
dạng dẻo của kim loại: cán nóng lỗ, gia công tinh bằng biến dạng dẻo...
* Ưu điểm: Năng suất tương đối cao, chất lượng bề mặt tương đối tốt.

13


* Nhược điểm: Yêu cầu hệ thống máy có công suất lớn, tính chuyên dụng cao,khó
thưch hiện khi gia công các chi tiết lớn.
* Ứng dụng: phương pháp này dùng để nâng cao chất lượng bề mặt của chi tiết
(gia công tinh bằng lăn ép...), gia công cán rãnh xoắn nòng súng...
1.2.3.Phương pháp gia công đặc biệt khác.
* Ưu điểm: Là các phương pháp gia công cho năng suất khá cao, có khả năng gia
công các lỗ có kích thước rất nhỏ mà các phương pháp gia công khác không thể làm
được.
* Nhược điểm: Yêu cầu hệ thống máy và dụng cụ phức tạp tính chuyên dùng rất
cao, khó gia công chi tết lớn.
* Ứng dụng: Gia công các lỗ rất nhỏ hoặc vật liệu khó gia công, người ta thường
dùng phương pháp gia công tia lửa điện hoặc gia công rãnh xoắn bằng phương pháp
ăn mòn điện hoá...
Nhận xét: Mặc dù có nhiều phương pháp gia công khác nhau để gia công lỗ,
tuy nhiên có thể thấy cắt gọt vẫn là phương pháp cơ bản, van năng nhất. Tuỳ từng
trường hợp, ứng dụng một số phương pháp khác cho năng suất chất lượng tốt hơn,
khi đó có thể sử dụng kết hợp với nhau.

1.3: Máy và dụng cụ tổ hợp để gia công lỗ sâu trên thế giới và ở việt nam:
1.3.1: Máy gia công lỗ.
Xuất phát từ đặc điểm của lỗ sâu là có chiều dài phôi lớn nên các máy sử dụng ở
đây hầu hết là các máy chuyên dùng có thể gia công từ một phía, hai phía với chiều
dài băng máy đảm bảo sao cho lớn hơn 1,5 đến 2 lần chiều dài phôi. Với những lỗ
quá dài có thể sử dụng phương pháp nối dài thêm băng máy hoặc dùng hai máy
quay đuôi nối
tiếp nhau để gia công.

14


a. Máy khoan

Hình 1.1a: Máy khoan lỗ sâu

Hình 1.1b: Máy khoan lỗ sâu XE-500/1000(CNC)

15


Hình 1.1c: Máy khoan lỗ sâu kích thước dài GD-6000S
Hiện nay trên thế giới có rất nhiều hãng sản xuất thiết bị khoan lỗ sâu của các quốc
qia khác nhau như: Mỹ, Nhật, Đức, Trung Quốc, Đài Loan...
b. Máy doa:
Máy doa là thiết bị gia công linh kiện lỗ có dạng trụ tròn: như gia công lỗ trục
chính, các loại xilanh thủy lực cơ khí, lỗ kín hoặc lỗ thông, lỗ có bậc thềm.
Máy doa sau không những có thể dao gọt, khoan gọt mà còn có thể gia công lăn
ép, khi khoan gọt dùng biện pháp sả mạt trong hoặc xả mạt ngoài.
Máy hiện nay đang được công ty Máy và thiết bị Thuận Thành cung cấp, địa

chỉ P506 sảnh A tòa nhà A2-151A Nguyễn Đức Cảnh- Hoàng Mai- Hà Nội

Hình 1.2a:Máy doa lỗ sâu

16


Máy doa Deepole boring machine TB2120; TB2125 (do Trung Quốc sản xuất)

Hình 1.2b:Máy doa lỗ sâu
c. Máy mài:
2M2125/2M2135
CNC Hing Efficiency Deephole Honing Machine

Hình 1.2c:Máy doa lỗ sâu

17


1.3.2: Các dụng cụ tổ hợp để gia công lỗ hiện có trên thế giới:
* Dụng cụ cắt:
Dụng cụ cắt chuyên dùng cho
gia công lỗ sâu khá
đa dạng về chủng loại và kết cấu. Sự
ra đời các loại vật liệu siêu cứng đã
cho phép chế tạo
ra các loại dao cắt nhiều lưỡi,
có tốc độ cao cho năng suất lớn. Các
yêu cầu cơ bản của dụng cụ cắt này
là:

- Dễ dàng đưa dung dịch trơn
nguội và thoát phoi gia khỏi vùng gia công.

Hình 1.3:Dụng cụ gia công lỗ

- Dẫn hướng tốt và có độ cứng vững cao.
- Triệt tiêu tối đa lực làm cong cán dao.
- Mài và thay thế dễ dàng.
Dụng cụ dùng trong gia công lỗ sâu thường được cấu tạo gồm 3 phần: Phần cắt,
phần dẫn hướng và phần thân.
Trong đó:
- Phần cắt làm bằng thép gió hoặc hợp kim cứng hay các vật liệu siêu cứng
(ceramic, kim cương) yêu cầu có độ bền nhiệt, bền mòn cao.
- Phần dẫn hướng: yêu cầu ma sát ít khả năng đàn hồi cao, thường sử dụng gỗ
hoặc chất dẻo tổng hợp.
- Phần thân: làm bằng thép thông thường, ngoài nối phần cắt và dẫn hướng cồn
sử dụng phần nối thêm phần cán nối dài đầu cắt để gia công các lỗ có chiều dài hơn.

18


Hình 1.4: Phần đầu cắt và cán nối dài của mũi khoan
* Các dụng cụ phụ:
Các dụng cụ phụ bao gồm: Đồ gá, thiết bị cấp thu dung dịch trơn nguội, dụng
cụ đo kiểm.
- Đồ gá: mâm kẹp 3 chấu, 4 chấu ; khối V; luy nét; khối tâm; ống đàn hồi...
- Dụng cụ do kiểm: lỗ gia công có chiều sâu lớn nên trong quá trình gia công
bằng phương pháp cắt gọt, thường gặp các dạng sai hỏng sau:
+ Lệch trục lỗ, cong trục lỗ, chiều dày thành lỗkhông đồng đều, tạo bậc, lỗ elíp,
phình tang trồng, đa cạnh, hoá bề mặt lỗ, lỗ bị côn hoặc gãy trục lỗ khi khoan hai

đầu....

Hình1.5: Các dụng cụ đo kiểm

19


- Thiết bị cấp và thu dung dịch trơn nguội: có kết cấu phức tạp đòi hỏi phải đồng
bộ, thiết bị cấp da số sử dụng bơm cao áp, thiết bị thu được nối trực tiếp ở đầu lỗ gia
công và có bộ phận lọc nhanh chóng để cấp trở lại.
- Dung dịch trơn nguội đóng vai trò rất quan trọng trong gia công lỗ sâu. Ngoài
tác dụng bôi trơn và làm mát nó còn cuốn phoi ra khỏi vùng gia công và giảm lực
cắt, tăng tuổi bền cho dụng cụ cắt.
Vì vậy dung dịch trơn nguội cần được cấp liên tục đảm bảo với áp suất và lưu
lượng đủ lớn. Các loại dụng cụ cắt phải có kết cấu để dễ dàng đưa dung dịch trơn
nguội vào vùng gia công và thoát phoi dễ dàng thông thường có mấy kiểu sau:
+ Đưa dung dịch qua lỗ cán dụng cụ, phoi thoát theo khe hở giữa cán và thành
lỗ.
+ Đưa dung dịch qua khe hở giữa cán và thành lỗ phoi thoát theo lỗ cán.
+ Dung dịch và phoi đi qua hai lỗ cán lồng nhau.
a. Sơ đồ dẫn dung dịch bên trong và thoát phoi bên ngoài lỗ thân dụng cụ.

Hình1.6.a: Sơ đồ thoát phoi mũi khoan chữ V
Theo sơ đồ này chất lỏng bôi trơn làm mát áp suất cao từ máy bơm được đưa vào
vùng cắt qua rãnh thông bên trong 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 đẫ gia công.

20

Hình1.6 b: Sơ đồ thoát phoi
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.

Hình1.6c: Cấu tạo mũi khoan
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 nước ngoài gọi kiểu khoan này là khoan nòng súng)
* 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 các máy thông thường…
* Nhược điểm: Việc thoát phôi ngoài làm ảnh hưởng đến bề mặt gia công lỗ do
có sự cọ sát của phoi, rãnh thoát phoi làm cho dụng cụ bị yếu, kém cứng vững nên
không thể
gia công lỗ có chiều sâu lớn…

21


* Ứng dụng: Hiện nay phương pháp này thường được dùng dể khoan các lỗ có
đường kính nhỏ từ 3  35mm.
b. Sơ đồ dẫn dung dịch bên ngoài lỗ thân dụng cụ và thoát phoi bên trong

Hình 1.7 a: Sơ đồ thoát phoi trong
Theo sơ đồ này (Hình 1.7) dung dịch dưới áp suất cao được đưa vào qua khe hở
dạng vành gữa 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 thới dưới áp
suất chất lỏng qua lỗ trong thân dụng cụ.

Hình 1.7 b: Kết cấu dẫn dung dịch trơn nguội trong sơ đồ khoan BTA
* Ưu điểm: Sơ đồ khoan này là có thể sử dụng chất lỏng áp suất để tăng cường
khả năng đẩy phoi, đồng thời phoi tạo ra khi di chuyển ra ngoài không cọ xát vào bề
mặt vào thành lỗ đã được gia công nên không gây ra các vết cào sước trên bề mặt
lỗ. Trong sơ đồ dụng cụ có bố chí 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

22


có bộ phận giảm dung động... Do đó, phương pháp này có thể gia công các lỗ rất
sâu với tỷ lệ l/d tới hàng trăm với độ chính xác cao.
* Nhược điểm: phương pháp này có nhiều ưu điểm nhưng 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.
* Ứng dụng: Phương pháp này thường dùng khi khoan lỗ có đường kính trung
bình (từ 20 đến khoảng 80 mm) 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.
c. 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 vòng
khuyên (miệng ejector) sẽ đổi hướng phụt về sau như hình vẽ sau:

Hình 1.8 a: Sơ đồ nguyên lý
Khi đó tạo ra chân không hút dòng chất lỏng Q0 từ mặt cắt a-a chuyển động về
phia sau hai dòng gặp nhau pha chộn trong giai đoạn 1-2 và hợp vào nhau cùng
chuyển động về phía sau.
Dựa trên nguyên lý này đã thiết kế ra sơ đồ khoan thoát phoi trong dạng biến

thể như sau:

23


Hình 1.8 b: Sơ đồ thoát phoi

Hình 1.8 c: Sơ đồ thoát phoi
Chất lỏng dưới 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 váo ống trong, đổi chiều và đi ngược lại. Phần còn lại lần lượt qua
các rãnh Г, Ƃ , A 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.
* Ưu điểm: phương pháp này dễ ứng dụng và không đắt dùng cho hệ thống máy có
trục chính nằm ngang như máy tiện vạn năng thông thường.
* Nhược điểm: Phương pháp này không thể gia công lỗ có chiều dài quá sâu ngoài
tác dụng của hệ thống bơm phụt (Ejector), nói cách khác chiều sâu lỗ gia công bị
giới hạn.

Ngoài ra, áp suất chất lỏng đưa vào vùng gia công bi giảm đi so

với BTA nên hiệu quả sử dụng kém hơn.

24


1.4. Các nguyên công chính trong gia công lỗ sâu:
1.4.1.Khoan:

Để khoan được lỗ sâu, người ta phải dùng dụng cụ và thiết bị 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 đường kính  100 mm.
Người ta sử dụng phương pháp khoan đặc là biến đổi thành phôi toàn bộ kim loại ở
khu vực khoan để tạo nên lỗ có kích thước cho trước. Với những lỗ có kích thước
lớn hơn 100 mm người ta sử dụng phương pháp khoan vòng (hay còn gọi là khoan
lấy lõi).
- Khoan đạt cấp chính xác IT14 - IT12, cấp độ nhám là từ 3-5.
1.4.2. Khoét:
Khoét là phương pháp gia công mở rộng lỗ trên máy khoan, máy tiện, máy phay
hay máy doa. Nguyên công này nhằm sửa lỗ và bóc đi phần lớn kim loai còn lai sau
khi khoan. Nguyên công khoét có thể chia làm 2 bước: khoét thô và khoét tinh.
- Khoét có 2 phương pháp: khoét đẩy và khoét kéo.
- Khả năng công nghệ của khoét có thể đạt tới IT11 – IT10, cấp độ nhám 5-7
1.4.3. Doa:
Doa là phương pháp gia công tinh lỗ đã qua nguyên công khoan và khoét
- khả năng công nghệ có thể đạt IT9 – IT7, đạt độ nhám Ra = 0,63-1,25  m thậm
chí còn có thể đạt Ra = 0,6  m.
- Doa có 2 phương pháp:
+ Doa cưỡng bức
+ Doa tùy động
1.4.4. Mài khôn:
Mài khôn là quá trình cắt tế vi kim loại với sự tham gia tổng hợp của rát nhiều
hạt mài trong điều kiện có đầy đủ dung dịch bôi trơn và làm nguội mài khôn cho
phép nâng cao độ chính xác kích thước, giảm sai số về hình dáng hình học và độ
nhám bề mặt gia công.

25