NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CẮT GỌT KIM LOẠI

Chương 1
1

1.1

NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CẮT GỌT KIM LOẠI

Định nghĩa cắt gọt kim loại, các sản phẩm của quá trình cắt

1.1.1 Định nghĩa cắt gọt kim loại
Là một phương pháp gia công kim loại (KL) từ phôi, để đạt được chi tiết theo đúng yêu
cầu kỹ thuật cho trước (hình dáng, kích thước, vị trí tương quan giữa các bề mặt và chất lượng bề
mặt) bằng cách hớt bỏ dần những lớp KL thừa khỏi chi tiết nhờ các lưỡi cắt của dụng cụ cắt.
- Lớp kim loại thừa trên chi tiết cần hớt bỏ đi gọi là lượng dư gia công.
- Lớp kim loại bị cắt bỏ khỏi chi tiết gọi là phoi cắt.
1.1.2 Các sản phẩm của quá trình cắt
Sản phẩm của quá trình cắt gồm:

- Chi tiết đúng yêu cầu
- Phoi cắt.

1.2

Hệ thống công nghệ cần thiết cho việc hoàn thành nhiệm vụ cắt gọt:

Muốn hoàn thành nhiệm vụ cắt gọt, con người phải sử dụng một hệ thống thiết bị nhằm
tách được lớp kim loại thừa khỏi chi tiết, đồng thời phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật đã cho
trên bản vẽ. Hệ thống thiết bị đó hay còn gọi là hệ thống công nghệ, bao gồm:
- Máy: có nhiệm vụ cung cấp năng lượng cần thiết cho quá trình cắt gọt.
- Dao: trực tiếp thực hiện việc cắt bỏ lớp lượng dư
- Đồ gá: xác định và giữ vị trí tương quan giữa dao và chi tiết gia công trong suốt quá trình

gia công chi tiết.
- Chi tiết gia công: là đối tượng của quá trình cắt gọt. Mọi kết quả của quá trình cắt đều
được phản ánh lên chi tiết gia công.

 4 thành phần trên tạo thành hệ thống công nghệ, viết tắt là hệ thống M-D-G-C

1.3

Các bề mặt đƣợc hình thành trên chi tiết gia công trong quá trình cắt

Bất kỳ phương pháp gia công nào, quá trình hớt bỏ dần lớp lượng dư gia công cơ (quá trình
cắt ) đều hình thành trên chi tiết ba bề mặt có đặc điểm khác nhau. Xét tại một thời điểm nào đó
trong quá trình gia công (ví dụ khi tiện), ba bề mặt trên chi tiết được phân biệt như hình 1.1:
Mặt đã GC
Mặt đang GC

n

Mặt sẽ GC

Vùng cắt

s

t

Hình 1.1:Các bề mặt qui ước trên chi tiết gia công
1

Mặt sẽ gia công (chưa gia công): là bề mặt của phôi mà dao sẽ cắt đến theo qui luật
chuyển động. Tính chất của bề mặt này là tính chất bề mặt phôi.
Mặt đang gia công: là mặt trên chi tiết mà lưỡi dao đang trực tiếp thực hiện tách phoi.
Trên bề mặt này đang diễn ra các hiện tượng cơ - lý phức tạp. Theo hình vẽ, trường hợp khi tiện
là bề mặt côn.
Mặt đã gia công là bề mặt trên chi tiết mà dao đã cắt qua. Tính chất của bề mặt này là
phản ánh những kết quả của các hiện tượng cơ - lý trong quá trình cắt.
Ngoài ba mặt phân biệt trên, khi gia công còn có vùng cắt. Vùng cắt là phần kim loại của
chi tiết vừa được tách ra sát mũi dao và lưỡi cắt của dao nhưng chưa thoát ra ngoài. Đây là vùng
đang xảy ra các quá trình cơ - lý phức tạp nhất khi cắt.

1.4

Các chuyển động cắt gọt và chế độ cắt khi gia công cơ:

1.4.1 Khái niệm
Tuỳ thuộc vào phương pháp gia công, tuỳ thuộc vào yêu cầu tạo hình bề mặt, hệ thống công nghệ
cần tạo ra những chuyển động tương đối nhằm hình thành nên bề mặt cần gia công. Những chuyển động
tương đối nhằm hình thành bề mặt gia công gọi là chuyển động cắt gọt.
Những chuyển động cắt gọt được phân làm ba loại chuyển động:
- Chuyển động chính .
- Chuyển động chạy dao
- Chuyển động phụ.
1.4.2

Chuyển động (cắt) chính và tốc độ cắt v:
Chuyển động chính là chuyển động tạo phoi, nó tiêu hao năng lượng cắt lớn nhất.

Chuyển động chính có thể là chuyển động quay tròn của chi tiết (tiện) hoặc của dao (phay,
mài,...) hoặc cũng có thể là chuyển động tịnh tiến như bào, xọc, chuốt,...

Để đặc trưng cho chuyển động chính, ta sử dụng hai đại lượng:
- Số vòng quay n (hoặc số hành trình kép) trong đơn vị thời gian. Đơn vị đo tương ứng là
vg/ph (hoặc htk/ ph).
- Tốc độ chuyển động chính hay còn gọi là vận tốc cắt hoặc tốc độ cắt, ký hiệu là v. Đơn vị
là m/ ph. Riêng trong mài được lấy đơn vị là m/s.
Tốc độ cắt v là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo phương vận tốc cắt
ứng với một đơn vị thời gian (ph,s)
- Nếu chuyển động chính là chuyển động quay tròn thì giữa vận tốc cắt (v), số vòng quay n
(vg/ph) và đường kính chi tiết D (mm) có quan hệ sau:
v = (.D.n)/1000

(m/ph)

- Nếu chuyển động chính là chuyển động tịnh tiến (bào), điều khiển chuyển động là cơ cấu
culic. Nên tốc độ của hành trình cắt biến đổi từ 0 đến giá trị cực đại, sau đó ở cuối hành trình cắt
lại trở về 0, do đó ta tính tốc độ cắt trung bình Vtb.
Vtb =
Trong đó:

K .L
1  m
1000

(m/ph)

K - số hành trình kép trên phút (htk/ph)
L - chiều dài hành trình (mm)

2

m - tỷ số vận tốc hành trình làm việc trên vận tốc hành trình chạy không.
Thường với máy bào ngang: m = 0,75; máy xọc: m = 1.
Các chuyển động chạy dao

1.4.3

Ngoài chuyển động chính cần phải có hai chuyển động nữa vuông góc với nhau và vuông
góc với phương chuyển động chính để tham gia cắt gọt.
a) Chuyển động chạy dao và lƣợng chạy dao s
Chuyển động chạy dao là chuyển động phụ nhằm cắt hết lượng dư trên bề mặt chi tiết.

Phương chuyển động chạy dao được ký hiệu là s
Để đặc trưng cho chuyển động chạy dao, ta thường dùng các đại lượng sau:
- Lƣợng chạy dao ký hiệu là s. Là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo
phương chạy dao tương ứng với một vòng quay (hoặc 1 hành trình kép) của chuyển động chính.
Đơn vị đo là mm/vg hoặc mm/htk.
- Tốc độ chạy dao ký hiệu Vs, là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo
phương chạy dao tương ứng với một đơn vị thời gian, đơn vị đo là mm/ph.
- Lƣợng chạy dao răng ký hiệu là Sz. Đối với trường hợp dụng cụ cắt có nhiều lưỡi cắt
(phay, khoét, doa, …), ngoài lượng chạy dao vòng  ta còn tính lượng chạy dao răng Sz. Đó là
lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo phương chạy dao tương ứng với một lưỡi
cắt. Đơn vị đo là mm/ răng. Đơn vị đo là
mm/răng.
Gọi  : góc răng (góc tương ứng giữa hai
lưỡi cắt)
=

3600
( z là số lưỡi cắt của dao)

z

Như vậy ta có mối quan hệ:
Vs = s.n và

s = Sz.z

 Vs = s.n = Sz.z.n

(mm/ph)

* Đối với phƣơng pháp chuốt (hình 1.2)
Sz là lượng nâng răng, thay thế cho chuyển
động chạy dao.

Hình 1.2: Sơ đồ phương pháp chuốt

b) Chuyển động dao theo phƣơng chiều sâu cắt và chiều sâu cắt t
Không phải luôn luôn trong một lượt mà ta cắt hết lượng dư của chi tiết. Do đó sau 1 lượt
cắt có khi ta phải cho dao tiến sâu thêm về phía chi tiết. Chuyển động đó gọi là chuyển động dao
theo phương chiều sâu cắt.
Đại lượng đặc trưng cho chuyển động này là chiều sâu cắt t [mm]. Đây là khoảng cách
giữa bề mặt đã gia công và bề mặt chưa gia công đo theo phương thẳng góc với bề mặt gia công.

Dd
(mm)
2

-

Phương pháp tiện: t =

-

Phương pháp khoan rộng lỗ, khoét, doa:
t=

-

Dd
(mm)
2

Phương pháp phay: có 2 chiều sâu: (hinh 1.3)
3


+ Chiều sâu phay t:
Đây là kích thước lớp kim loại bị cắt đi
ứng với một lần chuyển dao đo theo phương
thẳng góc với trục dao phay.
+ Chiều sâu cắt t0:
Đây là kích thước lớp kim loại bị cắt đi
ứng với một lần chuyển dao đo theo phương
vuông góc với bề mặt gia công.
Tóm lại, ba thông số v, s, t gọi là chế độ cắt khi gia công cơ.
1.4.4 Chuyển động phụ:
Là các chuyển động không trực tiếp tạo ra phoi (chuyển động tịnh tiến, lùi dao…)

1.5

Lớp cắt và tiết diện lớp cắt

1.5.1 Khái niệm
Lớp cắt là lớp kim loại cần hớt bỏ đi ứng với một lần chạy dao.


Nếu cắt lớp cắt bằng một mặt phẳng chứa lưỡi cắt và vuông góc với vectơ vận tốc cắt v ta
sẽ nhận được những tiết diện lớp cắt.
Tiết diện lớp cắt có ý nghĩa quan trọng trong công tác nghiên cứu cắt gọt kim loại.
n

n

n

s

s

s
t

t

b



a

b

a

s

t

R

b

a

t

s

t

t

v
(a)

(b)

(c)

Hình 1.4: Các loại tiết diện lớp cắt khi tiện
Các thông số đặc trƣng cho tiết diện lớp cắt:
- a là chiều dày lớp cắt, là khoảng cách giữa 2 vị trí liên tiếp của lưỡi cắt sau 1 vòng quay
của chi tiết đo theo phương vuông góc với lưỡi cắt chính [mm].
- b là chiều rộng lớp cắt, chính là chiều dài cắt thực tế của lưỡi cắt đo theo phương lưỡi
cắt chính [mm].
- s và t là hai thông số do chuyển động chạy dao.
1.5.2 Mối quan hệ giữa chế độ cắt và các thông số đặt trƣng cho tiết diện lớp cắt
+ Trường hợp hình 1.4a, ta có: a  s, t  b và ta có mối quan hệ:
a = s. sin,

b = t /sin.
4


+ Trường hợp hình 1.4b, ta có : a = s và t = b
+ Trường hờp hình 1.4c ta thấy rằng: chiều dày cắt a thay đổi trên suốt chiều dài làm việc
thực tế của lưỡi cắt. Do vậy để đặc trưng cho chiều dày lớp cắt người ta dùng khái niệm chiều
dày cắt trung bình - ký hiệu: atb
Gọi q là diện tích tiết diện lớp cắt (đơn vị tính là mm2) thì ta có:
q = s.t = atb. b
Ta suy ra:

atb =

s.t
b

Độ lớn của tiết diện lớp cắt được đặc trưng bằng hai cặp thông số s, t và a, b. Trong đó
chiều rộng lớp cắt b là chiều dài cắt thực tế của lưỡi cắt và chiều dày cắt a là chiều dày lớp kim

loại cần tách trong một lần chạy dao. Đây là hai thông số mà độ lớn của nó ảnh hưởng rất lớn
đến quá trình cắt gọt. Vì vậy trong nghiên cứu cắt gọt, người ta thường dùng hai thông số này để
giải thích nhiều hiện tượng cơ lý phức tạp xảy ra khi cắt kim loại. Cũng chính vậy mà hai thông
số chiều dày cắt và chiều rộng cắt có ý nghĩa vật lý quan trọng trong công tác nghiên cứu.
Tuy vậy, a và b là hai thông số không thể nhận được bằng cách điều chỉnh máy, mà khi
điều chỉnh máy ta chỉ có thể nhận được chiều sâu cắt t và lượng chạy dao s. Vì vậy , t và s đặc
trưng cho quá trình cắt ở khía cạnh công nghệ, chúng được gọi là yếu tố công nghệ của chế độ
cắt.
Xuất phát từ yêu cầu lý thuyết giải thích bản chất của quá trình cắt gọt và xuất phát từ yêu
cầu điều chỉnh máy, sử dụng thực tế mà người ta phải đồng thời sử dụng hai cặp thông số này
đặc trưng cho tiết diện lớp cắt.

5


Chương 2
2

NHỮNG HIỂU BIẾT CƠ BẢN VỀ DỤNG CỤ CẮT KIM LOẠI

Dụng cụ cắt (dao) là một bộ phận của hệ thống công nghệ, có nhiệm vụ trực tiếp tách phoi
để hình thành nên bề mặt gia công. Kinh nghiệm cho thấy: dao có ảnh hưởng rất lớn đến quá
trình cắt gọt, nó không những tác động trực tiếp tới chất lượng chi tiết mà còn chi phối không
nhỏ tới vấn đề năng suất và giá thành sản phẩm.
Do đó, những hiểu biết về dao nhằm sử dụng chúng một cách hợp lý là một trong những
trọng tâm của công tác nghiên cứu cắt gọt kim loại.

2.1 Phân loại dụng cụ cắt kim loại
Trong thực tế bề mặt gia công rất đa dạng, do đó dao dùng để gia công cũng rất đa dạng.
Tuỳ thuộc vào mục đích nghiên cứu, yêu cầu sử dụng mà người ta phân loại dao thành các nhóm

khác nhau, theo những phương pháp phân loại khác nhau.
- Dựa vào vật liệu chế tạo dao thì có: dao thép cacbon dụng cụ, dao thép hợp kim dụng cụ,
dao thép gió, dao hợp kim cứng, dao kim cương,...
- Dựa vào yêu cầu tính chất gia công, dao được phân ra: dao gia công thô, dao gia công
tinh, dao gia công bóng...
- Dựa vào kết cấu và đặc điểm làm việc, ta có loại dao thường và loại dao định hình.
- Dựa vào phương pháp gia công ta chia ra: dao tiện, dao phay, mũi khoan, dao khoét, dao
doa, đá mài, dao chuốt,.... Đây là phương pháp gia công phổ biến hơn cả.
Trong tất cả các loại dao, do đặc điểm cấu tạo, dao tiện được coi là dao điển hình nhất, các
loại dao khác chẳng qua là sự phân tích hoặc tổng hợp của dao tiện. Do vậy, khi nghiên cứu về
dao thì những nét chung nhất đều được minh hoạ bằng dao tiện.

2.2 Kết cấu chung của dụng cụ cắt kim loại
Dao cắt kim loại được chia ra ba phần: Phần làm việc (hay còn gọi là phần cắt ), phần gá
đặt và phần thân dao.

Phần gá đặt

Mặt trước
Lưỡi cắt phụ
Mặt sau phụ

Phần thân dao

Mũi dao

Lưỡi cắt chính

Phần cắt

Mặt sau chính

Hình 2.1: Kết cấu của dao tiện
- Phần làm việc của dao (phần cắt): là phần của dao trực tiếp tiếp xúc với chi tiết gia công
để làm nhiệm vụ tách phoi, đồng thời là phần dự trữ mài lại dao khi dao đã bị mòn.
6


- Phần gá đặt: là một bộ phận của dao dùng để gá đặt dao lên máy nhằm đảm bảo vị trí
tương quan giữa dao và chi tiết.
- Phần thân dao: là một phần trên dao nối liền giữa phần cắt và phần gá đặt dao.
Về mặt kết cấu thì phần cắt của dao được tạo nên bởi các bề mặt và lưỡi cắt thích hợp, bao
gồm:
+ Mặt trước dao: là mặt của dao để phoi trượt lên đó thoát ra khỏi vùng cắt trong quá trình
gia công.
+ Mặt sau chính: là mặt của dao đối diện với bề mặt đang gia công trên chi tiết.
+ Mặt sau phụ: là mặt trên phần cắt dao đối diện với bề mặt đã gia công trên chi tiết.
+ Lưỡi cắt chính: là giao tuyến giữa mặt trước và mặt sau chính. Trong quá trình cắt, phần
lớn lưỡi cắt chính tham gia cắt gọt. Phần trực tiếp tham gia cắt gọt của lưỡi cắt chính gọi là
chiều dài cắt thực tế của lưỡi cắt - đó chính là chiều rộng cắt b.
+ Lưỡi cắt phụ: là giao tuyến giữa mặt trước và mặt sau phụ. Khi cắt có một phần của lưỡi
cắt phụ cũng tham gia cắt.
+ Mũi dao: là giao điểm của lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ. Mũi dao là vị trí của dao dùng
để điều chỉnh vị trí tương quan giữa dao và chi tiết gia công.
+ Lưỡi cắt chuyển tiếp: trong một số trường hợp (như dao phay mặt đầu) người ta cần tạo
nên lưỡi cắt chuyển tiếp giữa lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ.

2.3 Hệ quy chiếu xác định dùng để nghiên cứu quá trình cắt gọt
Xác định các thông số hình học của dao tức là xác định vị trí tương quan giữa các bề mặt
và lưỡi cắt so với hệ tọa độ nào đó được chọn làm chuẩn. Trong nghiên cứu ứng dụng dụng cụ

 
cắt, hệ tọa độ chọn làm chuẩn được thành lập trên cơ sở của ba chuyển động cắt (v , s , t ) và bao
gồm ba mặt phẳng cơ bản:


- Mặt cơ bản 1: được tạo bởi vectơ tốc độ cắt v và vectơ chạy dao s .


- Mặt cơ bản 2: được tạo bởi vectơ tốc độ cắt v và vectơ chiều sâu cắt t .

- Mặt cơ bản 3 (còn gọi là đặt máy): được tạo bởi vectơ chạy dao s và vectơ chiều sâu cắt

t . (Hình 2.2).
Ngoài 3 mặt trên, người ta còn sử dụng các mặt phẳng và tiết diện phụ trợ (hình 2.3):
- Mặt cắt đi qua điểm nào đó trên lưỡi cắt là một mặt phẳng đi qua điểm đó, tiếp tuyến với

mặt đang gia công và chứa vị trí vận tốc cắt v .
- Các tiết diện phụ trợ bao gồm: tiết diện chính và tiết diện phụ.
Tiết diện chính là tiết diện của đầu dao được cắt bởi mặt phẳng đi qua điểm khảo sát trên
lưỡi cắt chính và vuông góc với lưỡi cắt chính.Kí hiệu N – N.
Tiết diện phụ là tiết diện của đầu dao do mặt phẳng vuông góc với lưỡi cắt phụ tại điểm
khảo sát tạo nên. Kí hiệu N1 - N1.
Tất cả các loại dụng cụ cắt đều có tiết diện chính và tiết diện phụ.

2.4 Thông số hình học trên phần làm việc của dụng cụ cắt
2.4.1 Các góc độ của dao khi thiết kế
Các góc độ của dao nhằm xác định vị trí của mặt trước, mặt sau chính, mặt sau phụ , lưỡi
cắt chính và lưỡi cắt phụ của phần làm việc trên dao. Những thông số này được xác định ở tiết
diện chính N - N, ở mặt đáy, ở tiết diện phụ N1 - N1 và ở trên mặt cắt.
7


v

Mặt cơ bản 1


t

Mặt cơ bản 2

s
Mặt cơ bản 3 (mặt đáy)

Hình 2.2: Các mặt phẳng cơ bản

Mặt cắt
Lưỡi cắt chính

900

Tiết diện N -N
Mặt đáy

Hình 2.3: Các mặt phẳng và tiết diện phụ
2.4.1.1 Các thông số đo trên mặt đáy (hình 2.4)
- Góc nghiêng chính, kí hiệu : là góc tạo bởi lưỡi cắt chính của dao và phương chạy dao
đo trên mặt đáy.
- Góc nghiêng phụ kí hiệu 1: là góc tạo bởi lưỡi cắt phụ của dao và phương chạy dao đo

trên mặt đáy.
8


- Góc mũi dao kí hiệu : là góc tạo bởi lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ đo trên mặt đáy. Độ
lớn của góc mũi dao biểu thị độ bền của mũi dao.
Trên thực tế, lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ được nối với nhau bằng một đoạn cong có bán
kính R, gọi là bán kính của mũi dao. Độ lớn của R tuỳ thuộc vào vật liệu làm dao.
Ta có mối quan hệ sau:
 + 1 +  = 1800

(2.1)

Trong đó: , 1 là những thông số độc lập,  là thông số phụ thuộc (hình 2.4)
2.4.1.2 Các thông số đo trên tiết diện chính N – N: (Hình 2.4)
N1 - N1

N-N



n

1
A
1

N1
N








1



N1


N

Theo hướng A

Hình 2.4: Thông số hình học của dụng cụ cắt
- Góc trƣớc, kí hiệu : là góc tạo bởi mặt trước dao và mặt đáy đo trên tiết diện chính N N. Độ lớn của góc trước  ảnh hưởng đáng kể đến khả năng thoát phoi.
- Góc sau, kí hiệu : là góc tạo bởi mặt sau chính của dao và mặt cắt đo trên tiết diện
chính N -N. Độ lớn của góc sau xác định mức độ ma sát giữa mặt sau chính của dao và mặt đang
gia công của chi tiết.
- Góc sắc, kí hiệu : là góc tạo bởi mặt trước và mặt sau chính của dao, trong tiết diện cắt
chính N -N. Độ lớn của góc sắc quyết định độ bền của đầu dao.
- Góc cắt, kí hiệu : là góc tạo bởi mặt trước của dao và mặt cắt đo trong tiết diện chính N
- N.
Ta có mối quan hệ hình học sau:
 +  +  =  +  = 900

(2.2)

2.4.1.3 Các thông số đo trên tiết diện phụ N1 - N1
- Góc trƣớc phụ kí hiệu 1, là góc tạo bởi mặt trước của dao và mặt đáy đo trên tiết diện
phụ N1 - N1.
- Góc sau phụ kí hiệu 1: là góc tạo bởi mặt sau phụ của dao và mặt cắt đo trên tiết diện
phụ N1 - N1. Độ lớn của góc quyết định mức độ ma sát giữa mặt sau phụ của dao và mặt đã gia
công của chi tiết (hình 2.4).
9


2.4.1.4 Thông số đo trên mặt cắt
- Góc nâng của lƣỡi cắt kí hiệu , là góc được tạo bởi lưỡi cắt chính của dao và mặt đáy
đo trên mặt cắt. Giá trị của góc nâng lưỡi cắt  có thể lớn hơn, nhỏ hơn hoặc bằng không (hình
2.5). Giá trị của góc nâng không những quyết định hướng thoát phoi khi cắt mà còn quyết định
đến điểm tiếp xúc đầu tiên của dao và chi tiết khi cắt. Điều này có ý nghĩa lớn đối với độ bền của
dao cũng như chất lượng gia công.
Giá trị các thông số hình học của dao phải được xác định vừa đảm bảo điều kiện cắt, vừa
đảm bảo khả năng làm việc của dao (tuổi bền dao).
Bằng thực nghiệm, người ta xác định được các giá trị hợp lý góc độ của dao phụ thuộc vào
vật liệu gia công, vật liệu dao với các điều kiện cắt khác nhau.

<0

=0

>0

Hình 2.5
2.4.2

Sự thay đổi góc độ dao khi cắt

Trong quá trình gia công thực tế, do việc gá đặt không chính xác, do ảnh hưởng của các
chuyển động cắt , do dao bị mài mòn,...dẫn đến sự thay đổi hệ toạ độ xác định (theo định nghĩa),
do đó gây nên sự thay đổi các thông số hình học dao so với khi thiết kế.
2.4.2.1 Sự thay đổi các góc độ dao do gá đặt không chính xác
a. Gá dao không ngang tâm với chi tiết:
Khi gá dao thấp hơn (hình 2.6a) hoặc cao hơn (hình 2.6b) tâm chi tiết một đoạn h (khi tiện)


thì vectơ vận tốc cắt thực tế Vt bị sai lệch so với vectơ vận tốc lý tưởng Vlt một góc  . Do sai
lệch hệ toạ độ xác định dẫn đến sự thay đổi góc trước và góc sau của dao một lượng tương ứng
là .

Hình 2.6: Sơ đồ sự gá đặt của dao không chính xác
10


Gọi góc độ dao khi cắt là  c và  c
- Đối với trường hợp gá dao thấp hơn tâm chi tiết hình 2.6a, ta có:
c=-
 c=  + 
- Đối với trường hợp gá dao cao hơn tâm chi tiết hình 2.6b, ta có:
c=+
 c=  - 
trong đó:   arcsin

h
R

b. Gá dao không đảm bảo vị trí tương quan với chi tiết:
n

n

Slt

Stt




Stt
Slt
(a)



(b)

Hình 2.7
- Trường hợp a, muốn tạo thành mặt trụ đáng lẽ phải gá đặt trục dao vuông góc với trục chi
tiết gia công, nhưng khi gá trục dao bị lệch đi một góc  so với trục chi tiết.
- Trường hợp b, muốn hình thành mặt côn thì trục dao phải được gá vuông góc với mặt côn
cần gia công, nhưng do gá đặt không chính xác nên trục dao bị lệch đi một góc .
Cả hai trường hợp trên đều gây nên sự sai lệch góc nghiêng chính và góc nghiêng phụ so
với thiết kế một lượng :
c=+
1c = 1 - 

2.4.2.2 Sự thay đổi góc độ dao do phối hợp chuyển động cắt
- Hình 2.8a thể hiện khi tiện dọc, phôi quay còn dao chạy dọc với tốc độ chạy dao dọc V d.
Khi đó bề mặt cắt là bề mặt xoắn ốc. Mặt cắt thực tế AA tạo với mặt cắt lý thuyết BB một góc
d. Do đó, góc trước và góc sau dao bị thay đổi một lượng .

 'd   d  

 'd   d  
- Hình 2.8b thể hiện khi tiện ăn dao ngang (tiện cắt đứt, tiện mặt đầu), phôi quay còn dao
chạy ngang với tốc độ chạy dao Vn, quỹ đạo chuyển động của lưỡi cắt theo đường cong Acsimet.
Tương tự như vậy ta có:

 'n   n  
 'n   n  
11


Trong đó:   arctg

A

s
 .d

V
’

Tiện cắt đứt một chi tiết
hình trụ với lượng chạy dao ngang
Sn = 0.2 mm/vòng. Xác định góc

sau thực tế của dao khi cắt đến điểm
cách tâm một khoảng r = 1mm. Dao
thiết kế có α = 120.

V
c

A



B

Giải: Tính góc µ theo công thức
s
  arctg
 .d

’d

d

(a)

V

’

V
n

nY

0.2
= 1049’
 .2

Vậy góc sau khi cắt đến
điểm cách tâm 1mm sẽ là:

n

α' = α - µ
= 120 - 1049’ = 10011’

d

dX

V
d

Ví dụ:

= arctg

B
B

V

c

(b)

n

’n



Sn


.d

Hình 2.8: Sự thay đổi góc độ dao

2.5 Vật liệu chế tạo dao và khả năng ứng dụng
2.5.1 Điều kiện làm việc của dao
- Điều kiện nhiệt độ cao khi cắt, thường từ 800 - 10000C và có khi cao hơn. Ở nhiệt độ cao
thường có ảnh hưởng xấu đến cơ - lý tính của vật liệu.
- Mỗi đơn vị diện tích trên bề mặt làm việc của dao phải chịu áp lực rất lớn trong quá trình
cắt. Do đó dễ gây ra hiện tượng rạng nứt và gãy vỡ dao khi cắt.
- Khi cắt giữa các bề mặt tiếp xúc của dao với phoi và chi tiết gia công xảy ra quá trình ma
sát khốc liệt. Hệ số ma sát khi cắt từ 0,4 - 1.
- Trong nhiều trường hợp khi cắt dao phải làm việc trong điều kiện va đập (phay, bào, xọc,
chuốt, …) và sự dao động đột ngột về nhiệt độ. Sự dao động về tải trọng lực và nhiệt có ảnh
hưởng rất xấu đến khả năng làm việc của dao.
- Điều kiện thoát phoi, thoát nhiệt khi cắt rất hạn chế ở một số phương pháp gia công (như
chuốt, khoan). Do đó càng làm tăng nhiệt độ trên dao khi cắt và dễ gây ra hiện tượng kẹt dao.

12


2.5.2 Yêu cầu đối với vật liệu làm dao
Do dao được cấu tạo bởi ba phần có chức năng khác nhau trong quá trình cắt gọt, vì vậy
vật liệu chế tạo các phần cũng không giống nhau. Thông thường phần thân dao và phần gá đặt
dao được chế tạo cùng vật liệu, phần cắt và phần cán khác vật liệu. Vật liệu chế tạo phần cán
phải đảm bảo độ bền, thường được chế tạo bằng thép 45 hoặc thép hợp kim 40X. Vật liệu phần
cắt tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng loại dao. Do đó khi nói đến vật liệu chế tạo dao có
nghĩa là nói đến vật liệu chế tạo phần cắt. (Cũng có trường hợp toàn bộ dao đều chế tạo cùng vật
liệu như mũi khoan ruột gà).
Từ những điều kiện làm việc đã nêu trên, dao muốn cắt gọt được phải thoả mãn các yêu
cầu sau:
- Phải có độ cứng đảm bảo. Theo thực nghiệm, độ cứng ở nhiệt độ bình thường phải đạt
được từ 61 HRC trở lên. Khi cắt ở nhiệt độ cao, độ cứng đó phải duy trì trên 55 HRC.
- Độ bền và độ dẻo cần thiết để chịu được áp lực và va đập lớn.
- Có khả năng chịu mài mòn cao.
- Tính chịu nhiệt tốt của vật liệu.
- Tính công nghệ tốt và tính kinh tế cao.
Bảng 2.1. Lịch sử phát triển các loại vật liệu dụng cụ
Năm

Vật liệu dụng cụ

Ve,m/ph

1894
1900
1900

1908
1913
1931
1934
1955
1957
1965
1970

Thép Cacbon dụng cụ
Thép hợp kim dụng cụ
Thép gió
Thép gió cải tiến
Thép gió(tăng Co và WC)
Hợp kim cứng Cácbit vonfram
Hợp kim cứngWC và TiC
Kim cương nhân tạo
Gốm
Nitrit Bo
Hợp kim cứng phủ(TiC)

5
8
12
15-20
20-30
200
300
300
300-500

100-200
300

Nhiệt độ giới hạn
đặt tính cắt 0C
200-300
300-500
500-600
500-600
600-650
1000-1200
1000-1200
800
1500
1600
1000

Độ cứng
HRC
60
60
60-64
60-64
60-64
91
91-92
100.000HV
92-94
8.000HV
18.000HV

Các loại vật liệu dùng để chế tạo dao và phạm vi sử dụng

2.5.3

2.5.3.1 Thép cacbon dụng cụ
Thành phần hoá học cơ bản của thép cacbon dụng cụ là Fe và C. Trong đó, hàm lượng
cacbon chiếm khoảng 0,7 - 1,3 %. Hàm lượng cacbon càng cao thì độ cứng càng tăng và độ dòn
cũng tăng.
 Ƣu điểm
-

Độ cứng sau khi nhiệt luyện cao (61 - 65 HRC).

-

Dễ mài sắc, mài bóng.

-

Tính công nghệ tương đối cao nhờ có độ cứng thấp ở trạng thái ủ (HB 107217) (dễ cắt
gọt và dễ gia công áp lực).
 Nhƣợc điểm

-

Tính chịu nhiệt kém. Khi nhiệt độ cắt tăng lên tới 200 - 2500 C thì độ cứng của thép
giảm rất nhanh.
13

-

Biến dạng sau khi nhiệt luyện rất lớn.

Từ những nhược điểm trên, thép cacbon dụng cụ chỉ dùng để chế tạo các loại dao cắt ở tốc
độ thấp (dưới 15m/ph) và dao có hình dạng đơn giản, thường được dùng để chế tạo các loại dụng
cụ như: dao cưa, đục, dũa và các loại dụng cụ cắt bằng tay,...
Hiện nay thường dùng các mác thép sau: Y7A, Y8A, Y9A, Y10A, Y12A, Y13A.
2.5.3.2 Thép hợp kim dụng cụ
 Thành phần
Ngoài hàm lượng C còn có các nguyên tố hợp kim để làm thay đổi tính chất của vật liệu
như: Crôm (Cr), Mangan (Mn), Silic (Si) làm tăng độ cứng và độ thấm tôi; Wolfram (W) làm
tăng khả năng chịu nhiệt và chịu mòn của thép; Vanadi (V), Molypden (Mo) làm tăng độ bền của
thép.
 Tính chất
- Độ biến dạng khi nhiệt luyện nhỏ nên có thể chế tạo được các loại dao có hình dáng phức
tạp hơn.
- Khả năng chịu nhiệt đến 350 - 4000C. Do đó có thể cắt trong phạm vi tốc độ cắt cao hơn
(15 – 30)m/ph.
- Dễ mài sắc và mài bóng.
Tuy nhiên, khả năng chịu nhiệt của thép hợp kim dụng cụ không đáp ứng được nhu cầu cắt
hiện đại (cắt cao tốc), do đó phạm vi sử dụng chúng bị thu hẹp.


Phạm vi ứng dụng:

Chế tạo các loại dao cắt với tốc độ cắt tương đối thấp như bàn ren, tarô, dao chuốt, chày
đột, các dụng cụ chịu va đập và các dụng cụ gia công gỗ,…
Các mác thép hợp kim dụng cụ thường dùng:

9XC (0,9%C; 1%Cr; 1%Si)
XB (1%C; 1%Cr; 1%W; 1%Mn)
XB121 (1%C; 1%Cr; 12%W; 1%V)
2.5.3.3 Thép gió (thép cao tốc)
 Thành phần: Thực chất, thép gió là thép hợp kim, nhưng có hàm lượng hợp kim
cao (thường  18% Wolfram,  4%Crôm,  1% Vanadi).
 Tính chất
-

Nhờ hợp kim cao nên vận tốc cắt V =30 - 80m/ph.

-

Chịu được nhiệt độ cao 5506000C

Bảng 2.2. Công dụng của thép gió theo các tiêu chuẩn
ISO

OCT
(Nga)

DIN (Đức)

AISI
(Mỹ)

AFNOR
(Pháp)

Phạm vi sử dụng

1.3335

P18

S18-0-2

T1

Z80W18

Dùng cho tất cả các loại dụng cụ cắt để
gia công thép C, thép hợp kim

1.3302

P12
P9

T7

Dùng như trên
Dùng chế tạo dao tiện, khoan, khoét,
tarô, bàn ren, lưỡi cưa để gia công các
loại thép kết cấu.

14


1.3343

P6M5

S6-5-2

M2

Z85WDW
06-05-02

Chế tạo các loại dụng cụ cắt ren và chịu
va đập.

1.3318

P12Ø3

S12-1-4

M3

Z130WDW
06-05-04

Chế tạo các loại dụng cụ gia công tinhgia công các loại thép, kết cấu hợp kim
và không hợp kim

M35

Z80WDKV

06-05-05-02

Chế tạo các loại dụng cụ gia công tinhgia công các loại thép, kết cấu hợp kim
và không hợp kim

T4

Z85WK 1805

Gia công thô và bán tinh thép chịu nóng,
thép hợp kim, không gỉ có sức bền cao

1.3243

P6M5K5

S6-5-2-5

P18K5Ø2

(K: côban, : vanadi)
2.5.3.4 Hợp kim cứng
 Thành phần: Hợp kim cứng được chế tạo bằng cách trộn một (hoặc nhiều) loại
bột carbit (WC, TiC, TaC) với bột Coban, sau đó đem nung nóng và ép lại thành những mãnh
tiêu chuẩn (gọi là thiêu kết). Các loại và hàm lượng Carbit quyết định tính năng cắt gọt của hợp
kim cứng, bột Coban chủ yếu có tác dụng dính kết, đồng thời làm tăng độ dẻo của hợp kim cứng.
Trong ngành chế tạo máy thường dùng 3 loại hợp kim sau:
- Hợp kim cứng 1 Carbit : gồm có bột Carbit Wolfram và bột kết dính Coban. Chủ yếu
dùng để gia công gang.
Ký hiệu công thức (theo Liên Xô) : BC + K = BK

Ví dụ:

BK6 (94% WC; 6%Co)
BK8 (92%WC; 8%Co)

- Hợp kim cứng 2 Carbit: gồm có bột Carbit Wolfram, bột Carbit TiTan trộn với bột kết
dính Coban để thiêu kết. Chủ yếu dùng để gia công thép
Ký hiệu công thức: ( BC + TiC) + K = TK
Ví dụ:

T15K6 (79% WC; 15%TiC; 6%Co)
T5K10 (92%WC; 5%TiC; 10%Co)

- Hợp kim cứng 3 Carbit: được tạo bằng cách trộn Carbit Wolfram, bột Carbit TiTan và
bột Carbit Tantan với bột Coban để thiêu kết.
Ký hiệu công thức: (BC + TiC + TaC) + K = TTK
Ví dụ: TT7K12 (12%Co; 7%TiC+TaC; 81% WC)
Thường dùng chế tạo dao để gia công các loại vật liệu có độ cứng và sức bền cao như thép
không gỉ, thép chịu nhiệt.
 Đặc điểm:
-

Chịu được nhiệt độ cao (800 10000C)

-

Độ cứng rất cao 86 90HRA (>70 HRC)

-

Vận tốc cắt tối đa rất lớn: Vc ≈ 500 m/ph khi cắt thép
Vc ≈ 2700 m/ph khi cắt nhôm.

-

Khả năng chịu bền cao, do đó tuổi bền cao.

-

Tuy vậy HKC cũng có nhược điểm lớn là dòn, khả năng chịu uốn và chịu va đập kém
 Sử dụng:
15


-

Lưỡi cắt dưới dạng mảnh gắn vào thân dao (Thân thường là thép CT60, CT70).

-

Các mảnh có 3 loại: xanh, đỏ, vàng.

-

Không dùng dung dịch trơn nguội hoặc phải tưới mạnh và nhiều.

-

Khi mòn, lưỡi cắt chỉ được mài hợp lý và từ từ bằng đá mài cácbit Silic hoặc đá mài
kim cương.

2.5.3.5 Các loại vật liệu khác
a) Hợp kim gốm:
Thành phần: gồm Oxít nhôm (Al2O3) kết hợp phụ gia là oxít kẽm (ZnO2) hoặc oxít canxi.
Đặc điểm:
-

Độ cứng, tính chịu nhiệt và tính chịu mài mòn rất cao. Ở nhiệt độ bình thường độ cứng
khoảng 90HRA và hầu như không thay đổi khi nhiệt độ lên đến 10000C.

-

Dẫn nhiệt kém nên không dùng dung dịch trơn nguội (dễ gây nứt vỡ dao).

-

Tính dẻo kém, nên sức bền uốn thấp, do đó không chịu được rung động va đập và lực
cắt lớn. Thường sử dụng để gia công tinh.

-

Khó mài sắc

-

Giảm đáng kể độ nhám bề mặt so với trường hợp gia công bằng hợp kim cứng do
không có khả năng hình thành lẹo dao.

b) Kim cương:
Thường dùng là kim cương nhân tạo được tổng hợp từ grafit ở áp suất và nhiệt độ cao (≈

100000 atm; ≈ 25000C).
Kim cương là loại vật liệu làm dao có độ cứng cao nhất dùng để gia công các loại vật liệu
cứng khác. Độ cứng Vicker: HVm ≈ 90100 Gpa (1Gpa = 1000N/mm2).
Tuy nhiên, tính chịu nhiệt của kim cương không cao (8009000C)
Kim cương chủ yếu dùng làm hạt mài để mài các vật liệu có độ cứng và độ bền cao (ví dụ
như mài hợp kim cứng), hay làm dao tiện kim cương.
c) Vật liệu tổng hợp Nitrit bo:
Thành phần gồm các nguyên tố Bo, Silic và Cacbon.
Nitrit bo có độ cứng thấp hơn kim cương (≈ 5090 Gpa) nhưng độ bền nhiệt cao
(120014000C). Hiện nay vật liệu này chỉ dùng ở dạng bột trên đá mài hoặc gắn những mảnh
nhỏ để gia công các loại thép tôi với năng suất cao hơn các loại vật liệu dụng cụ khác.
d) Vật liệu mài (hạt mài, bột mài):
Được chế tạo từ vật liệu thiên nhiên hoặc nhân tạo có độ cứng cao. Bột mài và hạt mài
được trộn với chất kết dính tạo thành các dụng cụ mài (đá mài, thanh mài,…)
Các loại vật liệu mài thường dùng:
- Korun thiên nhiên: Al2O3 + Fe2O3 (9098%Al2O3), dùng mài thép có tính dẻo cao.
- Cacborun (60%Al2O3): dùng chế tạo giấy nhám.
- Korun điện thường (9295%Al2O3) dùng mài thép, gang, gỗ và làm giấy nhám.
- Korun điện trắng (9899%Al2O3) dùng mài thép, gang và mài sắc dụng cụ thép gió
- Cacbit silic (9799%SiC) dùng mài gang cứng, thép gió, hợp kim cứng.
16


Chương 3:
3

CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH CẮT KIM LOẠI

3.1 Quá trình hình thành phoi khi cắt kim loại:
3.1.1 Khái niệm chung:

Cắt kim loại là dùng dụng cụ hớt bỏ đi lớp lượng dư gia công cơ khỏi chi tiết để nhận được
bề mặt đã gia công trên chi tiết theo những yêu cầu cho trước.
Lớp lượng dư gia công cơ đã bị hớt bỏ đi khỏi chi tiết gọi là phoi cắt.
Phần kim loại sát đầu dao còn liên kết với chi tiết và phoi khi cắt gọi là vùng cắt.
Phoi, bề mặt gia công và vùng cắt là đối tượng để nghiên cứu cơ chế cắt gọt.
Phương hướng nghiên cứu cơ chế cắt gọt là tìm mối quan hệ giữa hiện tượng cắt gọt và cơ
học, lý học. Với phương hướng đó từ thế kỷ 19 tới nay cả về thực nghiệm lẫn lý thuyết con
người đã đạt được những thành tựu đáng
kể. Tuy nhiên, cơ chế cắt gọt còn đang
là đề tài cần tiếp tục làm rõ.
Khi quan sát quá trình cắt gọt thực
tế, ví dụ khi bào, người ta rút ra hai nhận
xét:

bf

Lf

af

1. Phoi được tách ra khỏi chi tiết
khi cắt không theo phương của vận tốc

cắt v (tức phương lực tác dụng).

b

2. Phoi khi cắt ra bị uốn cong về
phía mặt tự do; kích thước của phoi bị
thay đổi so với lớp cắt khi còn trên chi

tiết (hình 3.1).


v

a

L

Hình 3.1: Quá trình cắt khi bào

3.1.2 Môt số thí nghiệm:
- Bằng cách chú ý quan sát mặt bên của vật gia công.
- Bằng cách chụp ảnh với độ phóng đại lớn của vùng cắt.
- Bằng cách quan sát cấu trúc tế vi của vùng cắt, phoi và mặt đã gia công.
Sau đây chúng ta nghiên cứu một số thí nghiệm nhằm khám phá cơ chế cắt gọt.
a) Thí nghiệm so sánh mẫu nén và cắt:
Mô hình thí nghiệm được mô tả ở hình 3.2.





B C

Dao
B

P

P
A


D

A
(a)

(b)
Hình 3.2: Thí nghiệp nén và cắt mẫu

- Khi quan sát thí nghiệm nén mẫu (hình 3.2a), người ta thấy rằng: dưới sức ép của lực P,
giữa các phần tử của kim loại sẽ phát sinh ra các ứng suất pháp và tiếp làm cho mẫu bị biến

17



dạng. Phương biến dạng là phương AB và CD tạo với phương của ngoại lực tác dụng P một
góc  xác định với từng loại vật liệu (thép  = 450).
- Khi cắt tự do một mẫu KL (hình 3.2.b) (dao có γ = 00, chỉ có lưỡi cắt chính tham gia cắt).
Ta thấy cũng xảy ra biến dạng tương tự như khi nén nhưng lúc này theo phương CD thì các
phần tử kim loại đã bị phần kim loại trên mẫu chặn lại. Do đó phương biến dạng chỉ còn phương
AB .
Từ đó ta rút ra được một kết luận quan trọng là: Cắt KL là thực hiện một quá trình biến
dạng của các phần tử kim loại dưới sức ép của đầu dao.
b) Thí nghiệm quan sát sự dịch chuyển của các phần tử kim loại khi cắt:
Để làm rõ bản chất của quá trình cắt kim loại, người ta tiến hành một thí nghiệm như sau:
Tiến hành bào tự do một chi tiết. Đánh dấu một phần tử P nào đó để quan sát trong quá trình cắt

P dịch chuyển như thế nào. (Hình 3.3)
P’
R
RF

r

E

F



A
P

C



3’

2
1

Dao

4

3

d

v

2’
O

Chi tiết gia công

Hình 3.3: Thí nghiệm quan sát sự dịch chuyển của phần tử kim loại
Trên hình 3.3 ta thấy được: từ P đến 1, phần tử kim loại dịch chuyển gần như song song

với phương vận tốc cắt v . Qua khỏi điểm 1, đáng lẽ phần tử kim loại dịch chuyển đến điểm 2’,
nhưng thực tế thì nó dịch chuyển đến điểm 2. Đoạn 22' gọi là lượng trượt của phần tử kim loại
P tại thời điểm 2. Điểm 1 là điểm bắt đầu trượt của phần tử kim loại P khi cắt.Tương tự như vậy
ở thời điểm 3, lượng trượt là 33' . Tiếp tục cắt, sau khi qua khỏi điểm 3 phần tử kim loại P di
chuyển đến điểm 4. Đoạn đường 34 song song với mặt trước của dao. Điều đó có nghĩa là đến
thời điểm 3 thì quá trình trượt của phần tử kim loại P đã kết thúc và nó chuyển thành phoi cắt.
Điểm 3 được gọi là kết thúc trượt của phần tử kim loại P khi cắt. Bằng cách đánh dấu như vậy ta
xây dựng được đường dịch chuyển của phân tố kim loại P khi cắt là P1234P' . Trong đó đoạn 4P’
là một cung cong về phía mặt tự do của phoi có bán kính RF. Điểm 4 được xác định bằng cách:
từ điểm tách rời điểm tiếp xúc giữa phoi và mặt trước dao (E) ta kẻ EF vuông góc với mặt trước
dao (EF  OE); EF sẽ cắt đường P1234P' tại 4.
Nếu quan sát vô số điểm trên mặt bên của mẫu cắt, ta sẽ nhận được vô số đường dịch
chuyển của các phần tử kim loại tương ứng; đồng thời xác lập được mặt bắt đầu trượt OA và mặt
kết thúc mặt trượt OC.
Vùng giới hạn bởi mặt bắt đầu trượt OA và kết thúc mặt trượt OC gọi là vùng trượt.
18

Thí nghiệm trên được tiến hành với tốc độ cắt v = 0,002m/ph. Trong thực tế, tốc độ cắt lớn
hơn rất nhiều so với tốc độ đã thí nghiệm, do đó tốc độ biến dạng trượt cũng rất lớn. Chính vì
vậy mặt bắt đầu trượt OA và kết thúc mặt trượt OC gần như trùng nhau. Kinh nghiệm cho thấy
khoảng cách giữa 2 mặt này rất nhỏ, trong khoảng (0,03 - 0,2) mm. Để đơn giản cho việc nghiên
cứu tính toán sau này, người ta coi 2 mặt OA và OC trùng nhau, gọi chung là mặt trượt OM, tạo
với phương vận tốc cắt v một góc 1 gọi là góc trượt (hay góc tách phoi).
Ngoài ra, khi cắt kim loại, tác dụng nhiệt cũng gây nhiều khó khăn cho việc giải đáp các
hiện tượng xảy ra trong quá trình cắt. Theo các kết quả thí nghiệm cho thấy: khi tốc độ biến dạng
tăng lên thì nhiệt trong vật thể biến dạng cũng tăng lên. Tính dẻo của kim loại thay đổi theo
nhiệt.
Từ các thí nghiệm như trên chúng ta có thể giải thích: quá trình hình thành phoi cắt là quá
trình trượt dần hay trượt liên tục của các phần tử kim loại theo mặt trượt của chúng.
 Hiện tượng phoi bị uốn cong về phía mặt tự do của chúng sau khi ra khỏi mặt EF
được giải thích như sau: các phần tử kim loại sau khi ra khỏi vùng trượt thì quá trình trượt cơ bản
đã kết thúc. Nhưng trong khi đó thì các phần tử kim loại nằm sát và tiếp xúc với mặt trước dao
vẫn bị mặt trước dao chèn ép, ma sát, do đó vẫn bị tiếp tục biến dạng. Kết quả của sự chèn ép
này là các hạt kim loại ở vùng tiếp xúc bị ép dài ra khi thành phoi. Mặt khác, từ ở vùng OE bị
mặt trước dao ma sát, khi ra khỏi điểm E, các phần tử kim loại đột ngột được tự do. Do tập hợp
những nguyên nhân trên, khi ra khỏi mặt EF phoi bị uốn cong về phía mặt tự do của chúng.
3.1.3 Các dạng phoi khi cắt kim loại và điều kiện hình thành:
Tuỳ thuộc vào vật liệu gia công, thông số hình học của dao và chế độ cắt gọt mà phoi được
tạo thành có nhiều dạng khác nhau, được chia thành hai nhóm sau:
- Nhóm phoi gãy vụn (phoi vụn).
- Nhóm phoi liên tục.
a)

Phoi gãy vụn: Là phoi có dạng những phần tử rời riêng biệt. (hình 3.4)
Lực cắt (N)
Phoi

Dao

Chi tiết gia công
thời gian t(ph)
Hình 3.4
- Điều kiện hình thành: khi gia công vật liệu dòn (gang, đồng thau cứng, …). Trong quá
trình cắt dao không làm cho các yếu tố phoi trượt mà dường như đứt lên.
- Nguyên nhân: khi gia công, lớp kim loại bị cắt không qua giai đoạn biến dạng dẻo. do tác
dụng của dao, trong vật liệu gia công phát sinh biến dạng đàn hồi và ứng suất nén theo phương
chuyển động của dao; mặt khác theo phương thẳng góc với chuyển động xuất hiện ứng suất kéo.
Các yếu tố của phoi bị tách ra chủ yếu do tác dụng của ứng suất kéo vì vật liệu dòn có ứng suất
kéo kém hơn ứng suất nén rất nhiều.
Các hạt phoi được gãy theo đường biên giới các hạt, do đó khi hình thành phoi vụn thì bề
mặt đã gia công lưu lại các nhấp nhô. Mặt khác do quá trình gãy vụn phoi xảy ra liên tục khi cắt,
cho nên dao động về lực cắt cũng lớn, điều đó cũng ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề mặt đã gia
công (độ bóng chi tiết gia công không cao).
19


Trong thực tế khi gia công tinh và gia công có yêu cầu bề mặt cao, cần chú ý tránh tạo phoi
vụn bằng cách chọn chế độ cắt hợp lý.
Khi gia công tao ra phoi gay vụn, dao bị mòn mãnh liệt ở mũi và mặt sau của dao.
b)

Phoi xếp:

Dao

Dao
v

1

(a)

v
1

Hình 3.5

(b)

Khi gia công vật liệu dẻo (thép, đồng, …) với chiều dày cắt lớn, tốc độ cắt và góc
trước γ nhỏ ta thu được phoi xếp.
Phoi này được cấu tạo từ những mảnh riêng biệt xếp dính với nhau hoặc rời nhau do
lực ép đầu dao và nhiệt độ sinh ra khi cắt. Do được bẻ từng mảnh một nên lực cắt không ổn
định vì thế biên độ dao động của lực trong trường hợp này tương đối lớn.
Điều kiện cắt trong trường hợp này xấu nên sinh ra nhiệt độ cao, dao sẽ bị mòn cả
mặt trước và mặt sau.
c)

Phoi dây: (hình 3.6)

Là phoi có dạng dây dài liên tục, các phần tử
phôi liên kết nhau thành chuỗi liên tục.
Phoi dây được tạo thành khi cắt các loại vật
vật liệu dẻo với tốc độ cắt tương đối lớn và chiều
dày cắt bé.

Dao

v
1

Khi tạo phoi dây, biến dạng cắt là rất nhỏ, phoi
hình thành liên tục nên lực cắt khá ổn định. Nhờ vậy
dễ đạt độ bóng bề mặt cao
Trường hợp này dao cắt bị mòn chủ yếu ở mặt
trước.
Chú ý: Trong sản phẩm cần lưu ý: phoi dây
một mặt dễ gây tai nạn cho công nhân đứng máy,
mặt khác có thể cuốn vào chi tiết gây cào xướt
trên bề mặt đã gia công. Do vậy khi cắt phoi ra
dây cần chú ý sử dụng các cơ cấu cuốn và bẻ
phoi.
d)

Hình 3.6
Khối lẹo dao

Chi tiết


Phoi lẹo dao (hiện tượng lẹo dao):
 Khái niệm:

Khi hình thành phoi dây, thường có một ít
kim loại gia công dính trên mũi dao. Các khối
kim loại dính như vậy gọi là khối loẹ dao, hiện
tượng này gọi là hiện tượng lẹo dao (hình 3.7).

Dao

Hình 3.7
20


 Nguyên nhân:
Do lực ma sát giữa phoi và bề mặt của dụng cụ cắt. Khi cắt phải chịu áp lực lớn và nhiệt độ
cao, do đó ở toàn bộ bề mặt tiếp xúc xuất hiện sự cọ sát của phoi với bề mặt dụng cụ. Tuy được
mài cẩn thận nhưng ở bề mặt dụng cụ vẫn không tuyệt đối nhẵn, cho nên phoi bị biến dạng có
một phần dính vào mặt dao. Các lớp kim loại này xếp chồng lên nhau tạo thành khối lẹo dao. Độ
cứng của khối lẹo dao cao hơn độ cứng của kim loại chi tiết khoảng 2,5 ÷ 3,5 lần.
 Ảnh hƣởng của lẹo dao đến quá trình cắt:
- Gây rung động cho quá trình cắt (do các khối lẹo dao sinh ra, lớn lên và mất đi một
cách liên tục). Điều này làm cho độ nhám bề mặt gia
công tăng.
- Làm thay đổi các góc độ của dao do khối lẹo
dao có độ cứng cao nên đóng vai trò như một lưỡi cắt. (
Hình 3.8: thể hiện góc γ tăng khi có lẹo).
- Giảm độ mòn của dao, tăng tuổi bền của dao
nhờ khối lẹo dao bao bọc.
Khi gia công thô, hiện tượng lẹo dao có lợi vì nó
làm tăng góc trước giúp quá trình tạo phoi dễ dàng và
bảo vệ lưỡi cắt ít bị mài mòn. Tuy nhiên, khi gia công
tinh cần tránh hiện tượng lẹo dao bằng cách làm giảm
mức độ biến dạng và ma sát khi cắt.

Hình 3.8

Mức độ biến dạng cắt có thể giảm bằng cách tăng tốc độ cắt gọt và tăng góc trước của

dao. Mức độ ma sát có thể giảm bằng cách mài bóng mặt trước và mặt sau của dao hoặc dùng
dung dịch bôi trơn - làm nguội để vừa giảm ma sát vừa giảm nhiệt độ khi cắt. những biện pháp
này cần được chú ý khi gia công tinh.


Điều kiện hình thành và mất đi của lẹo dao:
Gọi Q , T lần lượt là lực ma sát trong nội bộ kim loại cắt và lực ma sát giữa phoi và

mặt dụng cụ cắt. S là lực thoát phoi.
Khi T > Q + S thì lẹo dao sẽ ổn định.
Khi T ≤ Q + S thì lẹo dao bị phá hủy.

3.2 Quá trình hình thành bề mặt đã gia công trên chi tiết:
3.2.1 Mô hình cắt gọt thực tế:



Chi tiết
(a)

Dao

Hình 3.9: a - MH lý tưởng
b – MH thực tế

(b)

Ở phần “quá trình hình thành phoi “, do đối tượng nghiên cứu là phoi nên ta đã lý tưởng
hoá đầu dao là hoàn toàn sắc nhọn. Trên thực tế cho thấy rằng: đầu dao luôn luôn tồn tại một

21


phần có bán kính . Ví dụ: dao thép gió tuỳ thuộc vào điều kiện mài sắc, bán kính đầu dao tồn tại
trong khoảng  = 10  18m; dao hợp kim cứng thì  = 18  32m. (1m = 1/1000mm).
Mặt khác, do quá trình mài mòn mặt sau của dao và biến dạng đàn hồi của lớp kim loại sát
bề mặt đã gia công gây nên ma sát giữa bề mặt sau dao và bề mặt đã gia công của chi tiết khi cắt
(mài mòn mặt sau làm α = 0).
3.2.2 Biến dạng và ma sát trong quá trình hình thành bề mặt gia công:
Mô hình thực tế được thể hiện ở hình 3.10. Ta hãy khảo sát khả năng dịch chuyển của các
phần tử kim loại trong quá trình cắt, nhận xét rằng:
R : Lực tổng hợp do đầu dao tác dụng vào phần tử kim loại của chi tiết gia công.

Tại O1 (phần tử kim loại O1): Trượt theo phương hướng về phoi do đó có khả năng trượt để
thành phoi.
Tại O2 (phần tử kim loại O2) có phương trượt hướng về chi tiết gia công. Do đó không
trượt thành phoi mà sẽ bị kim loại chi tiết phía dưới chặn lại và sẽ bị nén xuống.
Phương vận tốc cắt

aF

Phương trượt của kim loại

phoi
Vc


R

a

F

1

O1

Vc

V

O

a


E

Phương lực ép

Dao

O2 O3

R
Vc

Chi tiết

R

2



hs

B

h

A

C3

Hình 3.10
Từ hình vẽ, với O1 và O2 trượt theo 2 phương khác nhau do đó sẽ tìm được phần tử O có
phương trượt VC // V . Trong đó các phần tử kim loại nằm phía trên O trượt thành phoi và các
phần tử kim loại nằm phía dưới O thì bị nén xuống.
Như vậy, có một lớp kim loại Δa bị đầu dao nén xuống. Sự biến dạng của lớp kim loại a
xảy ra cả biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi. Do biến dạng đàn hồi nên khi ra khỏi mặt sau dao,
một phần của lớp kim loại được phục hồi một lượng h < a.
Phân tích trạng thái ứng lực của các phần tử kim loại trong khu vực bị chèn ép ta thấy
(Hình 3.11):
- Các phần tử kim loại nằm trong vùng từ O đến O3 và từ O3 đến A vừa chịu ứng lực nén 
do đầu dao ép, vừa chịu ứng suất kéo  do ma sát giữa mặt dao và các phần tử kim loại trên chi
tiết sát đó.
- Trong vùng AB thì các phần tử kim loại trên chi tiết do sự giãn nở đột ngột từ vùng chèn
ép ra trạng thái tự do bị các phần tử kim loại trước nó và sau nó kéo ra (hình 3.11). Do hiện
tượng kéo giãn đột ngột đó nên bề mặt đã gia công dễ phát sinh các vết nứt tế vi.
Bên cạnh tải trọng lực phức tạp như vậy, bề mặt đã gia công còn nhận tác dụng nhiệt hết

sức phức tạp.
22


1

O






O3



v

B
A






Hình 3.11





Tải trọng lực và nhiệt phức tạp như vậy tạo cho bề mặt đã gia công những hiện tượng cơ lý
hết sức phức tạp. Những hiện tượng đó là:
- Ứng suất dư sinh ra trong lớp bề mặt sát bề mặt đã gia công.
- Một lớp mỏng của lớp bề mặt đã gia công bị hoá bền (hay bị biến cứng), gây khó khăn
cho các bước gia công tiếp theo.
- Trên bề mặt đã gia công xuất hiện các vết nứt tế vi.
Tổng hợp những kết quả nghiên cứu quá trình hình thành phoi và quá trình hình thành bề
mặt đã gia công người ta đúc kết thành thuyết 5 vùng biến dạng khi cắt (Theo hình 3.12).
Vùng I là vùng bắt đầu phát sinh biến dạng khi cắt. Hình thành biến dạng chủ yếu trong
vùng này là biến dạng đàn hồi. Những phần tử kim loại càng gần mặt OA thì mức độ biến dạng
càng tăng. OA là giới hạn chuyển biến từ biến dạng đàn hồi sang trạng thái biến dạng dẻo (trượt)
Vùng II là vùng biến dạng dẻo của vật liệu gia công. Các phần tử kim loại càng gần mặt
OC được coi như dần hoàn thành biến dạng dẻo sắp sửa tách ra trở thành các phần tử phoi. Đây
là vùng biến dạng mãnh liệt nhất.
Vùng III là vùng ma sát giữa mặt trước của dao với các phần tử kim loại phoi cắt sau khi
ra khỏi vùng biến dạng dẻo II. Do ma sát nên bề mặt này của phoi sau khi ra khỏi mặt trước dao
rất nhẵn bóng.
Vùng IV là vùng biến dạng và ma sát
giữa mặt sau dao với các phần tử kim loại trên
bề mặt đã gia công nằm sát mặt sau dao. về biến
dạng thì đây là vùng vừa có biến dạng đàn hồi,
vừa có biến dạng dẻo.
Vùng V là vùng của các phần tử kim loại
đã hoàn thành biến dạng và trở thành phoi cắt.

3.3 Các thông số đặc trƣng mức độ biến
dạng và ma sát khi cắt:

Chi tiết

A
C
I
O

V
III

IV

Trong phần 3.1.và 3.2 ta đã lần lượt
nghiên cứu một cách định tính bản chất của quá
trình cắt kim loại - đó là quá trình biến dạng và
ma sát sau khi cắt.
Để đặc trưng về mặt định lượng, mức độ
biến dạng và ma sát khi cắt, các nhà nghiên

Phoi

II

DAO

Hình 3.12

23

cứu đã lần lượt đưa ra các hệ số:
1. Hệ số co rút phoi K
2. Hệ số trượt tương đối 
3. Góc tách phoi 1
Những hệ số này về mặt giá trị có thể được xác định bằng tính toán cũng như bằng con
đường thực nghiệm. Ta sẽ lần lượt nghiên cứu các hệ số đó.
3.3.1 Hiện tƣợng co rút phoi và hệ số co rút phoi K
a) Khái niệm:
Như những nhận xét ở phần 3.1. Kích thước của phoi tách ra không giống các kích thước
lớp cắt tương ứng khi nó còn nằm trên chi tiết.
- Hiện tượng này gọi là hiện tượng co rút phoi.
Theo kinh nghiệm thì: aF > a,
Trong đó:

lF
a và aF là chiều dày lớp cắt và phoi.
lF và l là chiều dài phoi và lớp cắt.
bF và b là chiều rộng phoi và lớp cắt.

Theo lý thuyết kéo - nén thuần tuý trong sức bền vật liệu thì ta gọi tỷ số kích thước mẫu
trước và sau khi nén (hoặc kéo) là hệ số co rút. Ứng dụng lý thuyết đó vào hiện tượng co rút phoi
ta có:
Hệ số co phoi rút theo chiều dày là: Ka = aF / a >1
Hệ số co phoi rút theo chiều dài là : Kl = l/ lF >1
Hệ số co phoi rút theo chiều rộng là : Kb = bF / b  1
Do định luật bảo toàn về thể tích, tức là V = VF (thể tích lớp cắt bằng thể tích phoi được
tách ra từ lớp cắt tương ứng), ta có:
Ka = Kl = aF / a = l/ lF

(3.1)

Trị số của hệ số co rút phoi phụ thuộc vào tất cả các yếu tố có ảnh hưởng đến sự biến dạng
của phoi (tính chất cơ lý của vật liệu gia công, hình dạng hình học của dao, chế độ cắt và các
điều kiện khác) và có giá trị thay đổi trong một phạm vi rộng K= 18. Nếu K càng lớn tức là
mức độ biến dạng càng lớn.
b) Cách xác định giá trị hệ số K :
Giá trị hệ số K thường được xác định bằng thực nghiệm hoặc thông qua việc đo trực tiếp
các kích thước phoi ở lớp cắt hoặc bằng cân đo trọng lượng phoi.


Xác định K bằng cách đo trực tiếp kích thước lớp cắt và phoi.

Để có lớp cắt và phoi cắt có thể đo được dễ dàng, ta chuẩn bị mẫu thí nghiệm như hình
3.13. Mẫu được chuẩn bị là một trụ ngắn có đường kính D, chiều sâu cắt là t. Mẫu có kẻ hai rãnh
đối xứng có bề rộng e.
Để giảm va đập khi cắt ta nhồi vào rãnh phoi đồng. Mẫu được cắt tự do.
Theo hình 3.13, chiều dài trung bình của lớp cắt tính được:

L

(D  t )
e
2

24


Tương tự ta có: L F 

L F1  L F 2
2

t

Phoi đồng

Theo định nghĩa ta có:
K  Kl  Ka 

D

(D  t )  2e
L F1  L F 2

e

(3.2)

LF1

LF2

Hình 3.13


Xác định K bằng cách cân phoi.

Với phương pháp này không cần chuẩn bị mẫu. Tiến hành cắt vật liệu với trọng lượng
riêng ξ (N/cm2), chế độ cắt là v (mm/vg), s (mm) và t (mm). Sau khi cắt ta tiến hành cân trọng

lượng của phoi cắt ra. Giả thiết cân được trọng lượng là Q (G).
Thể tích lớp cắt tương ứng dễ dàng tính được theo công thức:
V = 1000.Q /  (mm3)
Thể tích lớp cắt còn có thể biểu diễn dưới dạng:
V = s.t. L (mm3)
Kết hợp những công thức trên, ta có:
L = 1000Q /s.t.  (mm)


K  Kl 

1000Q
s.t..L F

(3.3)
(3.4)

3.3.2 Biến dạng khi cắt và hệ số trƣợt tƣơng đối :
Sức bền vật liệu đã nghiên cứu: nếu có một phân tố kim loại ABCD, dưới tác dụng của
ngoại lực bị biến dạng trượt - tức bị số lệch tới vị trí ABC’D’.
Khi đó, hệ số đặc trưng cho mức độ biến dạng trượt thuần tuý đó là hệ số trượt tương đối 
x
được viết dưới dạng:


y

X

aF

C’

D’

D’


Y

C

D

Y
B

A

X

I
D

B
a

C’

v

1
C

Hình 3.14
25