Bài thí nghiệm NGUYÊN LÝ CẮT KIM LOẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
******

Bài thí nghiệm

NGUYÊN LÝ CẮT KIM LOẠI

Họ và tên sinh viên: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Lớp: . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Khoa:. . . . . . . . . . . . . . . . . . .


NĂM 2011
Thí nghiệm Nguyên lý cắt kim loại
Bài 1
XÁC ĐỊNH HỆ SỐ CO RÚT PHOI K
1.1

Hiện tượng co rút phoi

Trong quá trình cắt kim loại, kích thước của phoi không
giống với kích thước của lớp cắt tương ứng khi còn trên chi tiết.
Về mặt hình thức, sự biến dạng dẻo của lớp kim loại bị cắt
được biểu hiện ở chỗ:
- Chiều dài của lớp phoi cắt ra L f ngắn hơn quảng đường mà
dao đi L dọc theo bề mặt gia công, còn chiều dày của phoi a f lớn
hơn chiều dày cắt a, chiều rộng của phoi b f , khi λ bé, thay đổi
không đáng kể so với chiều rộng cắt b (H. 1.1)
af

a

Lf

L

Hình 1.1
Hiện tượng này gọi là hiện tượng co rút phoi.
Sự biến đổi kích thước của lớp kim loại bị cắt là do kết quả
của biến dạng dẻo, được đánh giá bằng hệ số co rút phoi K.
Nếu cho rằng thể tích của khối kim loại trước và sau khi biến
dạng không đổi và b f =b thì ta có:

K=

af
L
=
Lf
a

Trị số của K phụ thuộc vào tất cảc các yếu tố có ảnh hưởng
tới sự biến dạng của phoi và có giá trị thay đổi trong một phạm vi
rộng K=1÷ 8. Về ý nghĩa cơ học, nếu K càng lớn chứng tỏ mức độ
biến dạng càng lớn.
2


1.1

Xác định hệ số co rút phoi K
Để đo hệ số co rút phoi K, ta thường dùng phương pháp sau:
1.2.1. Đo trực tiếp phoi .

Chuẩn bị mẫu thí nghiệm như hình 1.2. Mẫu là một đoạn trụ
ngắn bằng thép có đường kính D. . Mẫu có xẻ 2 rãnh nhỏ đối xứng
có bề rộng e được nhồi đầy phoi bằng đồng để tránh va đập khi
cắt.
Thực hiện cắt tự do trên máy tiện (Hình 1.3) với chiều sâu
cắt là t, thu nhận phoi và đo kích thước chiều dài
Ta có:
-

Chiều dài L của lớp cắt: L =

-

Chiều dài L f của phoi:

-

Hệ số co rút phoi K:

Π.( D − t )
−e
2

Lf =

Lf 1 + Lf 2

2

t
D
e

Lf1
Lf2

Hình 1.2
1.2.2

Hình 1.3

Đo theo cách cân phoi

Ta chọn lấy một phoi tương đối thẳng, mang đo chiều dài và
cân trọng lượng (L f , Q). Giả thiết cân được trọng lượng là Q (g).
Thể tích lớp cắt, tương ứng với mảnh phoi vừa cân, được tính
theo công thức:
V =

1000Q
(mm3 )
γ
3


Với: γ - tỷ trọng của vật liệu gia công (g/cm 3 )
Đồng thời ta có:

V=S.t.L (mm 3 )
Với

S - lượng chạy dao khi cắt (mm/vòng)
t - chiều sâu khi cắt (mm)
L - chiều dài của lớp cắt (mm)

Từ đó ta có:

Hệ số co rút phoi:

L=

1000.Q
S .t.γ

K =

1000.Q
S .t .γ.L f

1.3. Tiến hành thí nghiệm
- Chuẩn bị phôi: thép 35 có đường kính D
- Chuẩn bị dao: dao tiện rãnh thép gió có γ = 0 0
- Chuẩn bị máy: sử dụng máy T616.
- Chế độ cắt: điều chỉnh máy với v = 50 ÷ 70 m/ph
- Dụng cụ đo:
*Thước kẹp
*Thước lá
*Cân tiểu ly

- Thực hiện thí nghiệm với sự thay đổi lượng chạy dao (S 1 , S 2 ,
S 3 ).
- Xác định hệ số co rút phoi K theo phương pháp trên.
1.4 Số liệu quy đổi trọng lượng của cân tiểu ly
1 kg = 26,66 lượng
1 phân = 10 ly
1 chỉ = 10 phân
1 lượng =10 chỉ
1.5

Nhận xét kết quả và kết luận .

- Ghi các giá trị lượng chạy dao S 1 , S 2 , S 3 khi thí nghiệm vào
bảng. Đo và tính giá trị chiều dài trung bình của phoi (L f ) ứng với
3 lượng chạy dao trên và ghi vào bảng. Tính toán các giá trị chiều
4


dài lớp cắt tương ứng cho phương pháp đo L đ o (bằng nhau cho cả 3
giá trị của S) và cho phương pháp cân L c â n theo 3 giá trị S nêu trên
rồi ghi vào bảng. Cuối cùng là tính toán các giá trị hệ số co rút
phoi theo hai phương pháp đo và cân ứng với 3 giá trị S 1 , S 2 , S 3
(ghi vào bảng).

Lượng chạy dao (mm/vg)
P.P. đo

Tính L đ o (mm)

→

Đo L f (mm)

→

Tính K đ o = L đ o / L f
P.P. cân

S2=

S3=

→

Cân Q (g)

→

Tính L c â n (mm)

→

Tính K c â n = L c â n / L f

S1=

→

- Nhận xét về kết quả K đã xác định được đối với từng trường
hợp cụ thể: (ghi vào khoảng trống dưới)

- Nêu kết luận:
• Bản chất của quá trình biến dạng và ma sát khi cắt kim
loại được đặc trưng bởi K ở mức độ nào?

• Ảnh hưởng của lượng chạy dao S đến K ?

5


- Trình bày ý nghĩa của giá trị K trong nghiên cứu cắt gọt kim
loại

Thí nghiệm Nguyên lý cắt kim loại
Bài 2
XÁC ĐỊNH LỰC CẮT
2.1 Lực cắt
Để tách được phoi và thắng được lực ma sát khi cắt cần phải có lực.
Lực sinh ra khi cắt kim loại là kết quả của quá trình biến dạng và ma sát.
Trong cắt gọt kim loại
ta gọi lực sinh ra trong quá trình cắt tác dụng lên dao
r
là lực cắt. Kí hiệu là P . Hiểu biết về tải trọng lực là cơ sở cho việc tính toán,
thiết kế hệ thống công nghệ.

r r
r
P = Pbd + Fms

Nói chung, trong cắt gọt thực tế, lực cắt là một lực không gian;

để tiện cho việc nghiên cứu, tính toán và đo kiểm tra, người ta nghiên cứu lực
cắt thông qua thành phần của chúng.

r
v

r
s

r
t

r
Px

r
Py

r
Pz
6

r
P

Hình 2.1 Các thành phần lực cắt


Theo mục đích sử dụng trong tính toán, thiết kế và để đo đạc
người ta thường phân tích lực cắt ra các

thành phần có phương trùng với
r r r
phương của các chuyển động cắt gọt v , s , t (hình 2.1).

r
Pz - là thành phần lực cắt theo phương
r
Px - là thành phần lực cắt theo phương
r
Py - là thành phần lực cắt theo phương

Ta có:

r
v
r
s

r
t

r r
r
r
P = PZ + PX + PY

và giá trị :

P = PZ2 + PX2 + PY2
Nhờ vào việc phân tích lực cắt trên ma ta có thể :

- Đo các thành phần lực cắt một cách dễ dàng,
- Xác định được lực cắt tổng hợp,
- Tính toán thiết kế máy, đồ gá, dao phù hợp,
- Tính toán được công suất khi cắt.
2.2 Xác định lực cắt
Có nhiều phương pháp xác định lực cắt:
- Bằng cách đo trực tiếp,
- Bằng cách thông qua đo công suất cắt,
- Bằng tính toán.
Đo lực cắt là dùng dụng cụ đo trực tiếp để xác định giá trị các thành
phần lực cắt Pz, Px , Py .
Thiết bị đo lực cắt có thể được chế tạo dựa theo nguyên lý khác
nhau như:
- Theo nguyên lý cơ học,
- Theo nguyên lý thủy khí,
- Bằng điện,
- Theo nguyên lý biến dạng dẻo.
7


Ta xét dụng cụ đo lực cắt theo nguyên lý cơ học để xác định độ lớn tức
thời của thành phần Pz (hình 2.2).

7

8

9

Pz

1
6

5

4
2
3

1 – Dao; 2 – Lò xo; 3 - Chốt tỳ; 4 - Chốt quay của lò xo; 5 – Cơ cấu kẹp dao;
6 - Chốt quay của cơ cấu kẹp dao; 7 – Thân; 8 – Vít kẹp; 9 - Đồng hồ so.

Hình 2.2 Dụng cụ đo lực cắt dùng lò xo

Dao 1 được kẹp trên cơ cấu kẹp dao 5 nhờ các vít 8; cơ cấu 5 và lò xo 2
có thể quay quanh các chốt quay tương ứng 4 và 6 của chúng gắn trên thân
dụng cụ 7. Dưới tác dụng của lực cắt P z, dao và bộ kẹp 5 chuyển vị, độ lớn
chuyển vị đọc được đo trên đồng hồ so 9. Từ độ lớn chuyển vị trên 9 ta suy ra
được lực Pz nhờ bảng đối chiếu đã lập sẵn.
2.3 Các số liệu ban đầu về phôi, dao
2.3.1 Dao:
- Vật liệu dao (ghi theo thực tế thí nghiệm):
- Các thông số hình học của dao (ghi theo thực tế thí nghiệm):
* Góc trước γ :
* Góc sau

α:

* Bán kính mũi dao r:

* Góc nghiêng chính ϕ :
* Góc nghiêng phụ ϕ1 :
- Điều kiện cắt gọt:
* Không sử dụng dung dịch trơn nguội
* Cắt gọt trên máy (ghi theo thực tế thí nghiệm):
8


2.3.2 Phôi:
- Vật liệu phôi: gang, thép
- Phôi trụ có đường kính (ghi theo thực tế thí nghiệm):
2.3.3 Giá trị lực tương ứng với sự dịch chuyển một vạch của kim đồng
hồ so là (ghi theo thực tế thí nghiệm): C = ...........KG lực
2.4 Phương pháp đo và tính lực cắt Pz
Gọi a i là số vạch nhận được trên đồng hồ so; C là giá trị lực ứng với sự
dịch chuyển một vạch của kim đồng hồ so. Giá trị của lực cắt P z được tính như
sau:
P = ai x C (KG)
Thí nghiệm được tiến hành cho 2 loại vật liệu phôi (thép, gang) và trong
2 trường hợp sau:
1/ Giữ nguyên s và t không đổi thay đổi tốc độ cắt với các giá trị n 1, n2,
n3.
2/ Giữ nguyên n và t không đổi, thay đổi lượng chạy dao với các giá trị s1,
s2, s3.
Ghi các giá trị n1, n2, n3 và s1, s2, s3 cũng như các kết quả nhận được về số
vạch ai cho từng trường hợp vào bảng đối chiếu kết quả. Sau đấy tính các giá trị
lực Pzi cho từng trường hợp rồi ghi vào bảng.
BẢNG ĐỐI CHIẾU KẾT QUẢ
1/ Phôi bằng thép:
- Trường hợp 1: Cho s, t cố định, cho n thay đổi (n1, n2, n3)

n

n1 =

vg/ph

n2 =

vg/ph

n3 =

vg/ph

ai (trên đồng hồ)
Pzi (tính)
- Trường hợp 2: Cho n, t cố định, cho s thay đổi (s1, s2, s3).
n

s1 =

mm/vg s2 =

ai (trên đồng hồ)
Pzi (tính)
2/ Phôi bằng gang:
9

mm/vg s3 =

mm/vg


- Trường hợp 1: Cho s, t cố định, cho n thay đổi (n1, n2, n3)
n

n1 =

vg/ph

n2 =

vg/ph

n3 =

vg/ph

ai (trên đồng hồ)
Pzi (tính)
- Trường hợp 2: Cho n, t cố định, cho s thay đổi (s1, s2, s3).
n

s1 =

mm/vg s2 =

mm/vg s3 =

mm/vg

ai (trên đồng hồ)
Pzi (tính)
2.5 Nhận xét và kết luận:
- Xử lý các số liệu đo nhận được, xây dựng (vẽ) các mối quan hệ Pz – v và Pz –
s

- Xác định các giá trị lực cắt Pz theo công thức thực nghiệm sau (tra sổ tay):

Pz = C pz .t xpz .s ypz .K pz (KG)

- So sánh các kết quả tính toán nhận đuợc và kết quả thực nghiệm ở bảng kết
quả:

10


- Nêu nhận xét và kết luận về thí nghiệm:

11