de cuong hoc phan NLC CHUAN

LỜI NÓI ĐẦU
Nguyên lý cắt là một trong những môn học chuyên ngành(Học phần bắt buộc),
được dùng làm tài liệu giảng dạy cho sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật cơ khí,
trong chương trình đào tạo 110 tín chỉ của trường Cao đẳng Kỹ thuật Công
nghiệp.
Môn học này cung cấp những kiến thức cơ bản về nguyên lý gia công có phoi,
thông số hình học phần cắt, vật liệu dụng cụ cắt và phạm vi sử dụng của chúng,
nguyên tắc kết cấu dụng cụ cắt thông thường.
Nhóm biên soạn xin trân trọng cảm ơn sự đóng góp ý kiến , phản biện của giảng
viên và các đồng nghiệp. Do thời gian và các hạn chế của lần biên soạn đầu tiên,
chắc chắn sẽ không tránh khỏi các sai sót. Nhóm biên soạn rất mong nhận được
các ý kiến đóng góp của các bạn đồng nghiệp và các em sinh viên để chúng tôi
tiếp tục chỉnh sữa, bổ sung nội dung cần thiết cho những lần tái bản. Mọi ý kiến
đóng góp xin gửi tới người biên tập:Chu Việt Khánh
email:
Xin trân trọng cảm ơn!

1


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU.......................................................................................................1
CHƯƠNG 1: THÔNG SỐ HÌNH HỌC CỦA DỤNG CỤ...................................2
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH CẮT..................................34
CHƯƠNG 3: CHẾ ĐỘ CẮT GIA CÔNG CƠ KHÍ............................................50
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................111

CHƯƠNG 1: THÔNG SỐ HÌNH HỌC CỦA DỤNG CỤ
CẮT VÀ LỚP CẮT
1.1: Những khái niệm và định nghĩa cơ bản
1.1.1: Các chuyển động khi cắt

Các chuyển động diễn ra trong quá trình cắt gồm: chuyển động cắt chính,
chuyển động chạy dao và chuyển động phụ.

a

b

Hình 1.1: Các chuyển động trong quá trình cắt
a: quá trình tiện; b: quá trình phay
V: chuyển động cắt chính; S: chuyển động chạy dao
* Chuyển động cắt chính:
- Là chuyển động cơ bản tạo ra phoi.
- Xác định tốc độ bóc tách phoi và tiêu thụ chủ yếu công suất cắt.
- Có thể là chuyển động tịnh tiến hoặc quay tròn, do dao hoặc phôi thực

2


hiện.
Ví dụ: Khi tiện, chuyển động quay tròn của phôi là chuyển động cắt chính.;
Khi bào, chuyển động tịnh tiến khứ hồi của dao bào là chuyển động cắt chính;
Khi khoan, chuyển động quay tròn của mũi khoan là chuyển động cắt chính; …
* Chuyển động chạy dao: là chuyển động cần thiết để duy trì quá trình cắt.
Ví dụ: Khi tiện, chuyển động tịnh tiến của dao sau một vòng quay của phôi là
chuyển động chạy dao. Khi phay, chuyển động tịnh tiến của bàn máy mang phôi là
chuyển động chạy dao. Khi bào hay khi phay răng bằng dao phay đĩa môđun,
chuyển động chạy dao là gián đoạn; Khi tiện, chuyển động chạy dao là liên tục.
Hợp của chuyển động cắt chính và chuyển động chạy dao tạo nên quỹ đạo
chuyển động cắt tương đối của các điểm trên lưỡi cắt chính so với chi tiết gia công.
Ví dụ khi tiện ngoài, quỹ đạo chuyển động cắt tương đối là đường xoắn vít; khi tiện

mặt đầu, quỹ đạo chuyển động cắt tương đối là đường xoắn Acsimet; khi phay quỹ
đạo chuyển động cắt tương đối là đường Xycloit; khi bào là đường thẳng …
* Chuyển động phụ: là các chuyển động để chuẩn bị và kết thúc quá trình cắt.
Ví dụ: chuyển động điều chỉnh cho dao chạm vào chi tiết trước khi gia
công hoặc chuyển động rút dao ra khi đã cắt xong lớp cắt.
1.1.2: Các bề mặt hình thành trên phôi
Quá trình cắt là quá trình hớt đi từ phôi một lớp kim loại thừa ở dạng phoi
dưới tác dụng của một khối hình chêm gọi là dụng cụ cắt để đạt được chi tiết có
hình dáng, kích thước và độ chính xác theo yêu cầu.
Quá trình hớt đi lượng kim loại thừa đó tạo nên các bề mặt trên phôi, đó là
các bề mặt

Hình 1.2: Các bề mặt hình thành trong quá trình cắt
(1: Bề mặt chưa gia công; 2: Bề mặt đang gia công; 3: Bề mặt đã gia
công)
•
Bề mặt đã gia công: là bề mặt trên phôi đã được hớt đi một lớp
kim loại dưới dạng phoi.
•
Bề mặt chưa gia công: là bề mặt trên phôi sẽ được hớt đi một

3


lớp kim loại.
•
Bề mặt gia công: là bề mặt chuyển tiếp giữa mặt đã và chưa gia
công. Hay có thể định nghĩa chính xác hơn: là tập hợp quỹ đạo chuyển động cắt
tương đối của các điểm trên đoạn lưỡi cắt chính đang tham gia cắt. Bề mặt đang
gia công tiếp xúc với đoạn lưỡi cắt chính đang tham gia cắt.

1.1.3: Các bề mặt trên phần cắt dụng cụ cắt
Quá trình cắt kim loại là quá trình biến dạng dẻo cưỡng bức và tách ra
một lớp kim loại dưới tác dụng của vật thể cứng có dạng chêm gọi là dụng cụ
cắt”.
Như vậy, dù có kết cấu bên ngoài khác nhau, các dụng cụ đều có kết cấu
giống phần cắt tương tự nhau có dạng chêm.
Mặt khác, trong gia công bằng cắt thì gia công bằng dao cắt đơn chiếm
một vị trí quan trọng: tiện, bào, xọc…v.v. Dao tiện được sử dụng trên máy tiện
chiếm tỷ lệ lớn 30-40% tổng số máy cắt kim loại. Vì vậy, dao tiện là một dạng
phổ biến và có cấu tạo đơn giản nhất của dụng cụ cắt mà lại có đầy đủ các yếu tố
kết cấu của dụng cụ cắt”. Chính vì vậy dao tiện ngoài được lấy làm cơ sở để
nghiên cứu thống số hình học phần cắt của dao.
Một dụng cụ cắt thông thường gồm hai phần đó là phần thân và phần cắt.

Hình 1.3: Quan hệ giữa phần cắt của dao tiện ngoài với một số loại dao khác
1 Phần thân
Phần thân của dụng cụ là phần nối giữa phần cắt của dụng cụ với máy. Nó
có nhiệm vụ:
- Định vị và kẹp chặt phần cắt của dụng cụ so với máy.
- Truyền chuyển động và công suất cắt từ máy tới phần cắt của dụng cụ.
Phần thân của dụng cụ có thể là khối trụ tròn, lăng trụ hay côn.

4


Phần thân thường làm bằng các loại vật liệu có cơ tính trung bình, khác
với vật liệu phần cắt, ví dụ như thép 45, 50, 40X, …
2 Phần cắt
Phần cắt của dụng cụ là phần trực tiếp tham gia quá trình cắt.
Phần cắt thường được chế tạo bằng các loại vật liệu có tính cắt tốt như

thép gió, hợp kim cứng, gốm, kim cương,… Chất lượng và độ chính xác của
phần cắt ảnh hưởng quyết định đến chất lượng của dụng cụ cắt.
Phần cắt của dụng cụ bao gồm các lưỡi cắt và các bề mặt sẽ nghiên cứu dưới
đây.

Hình 1.4: Các yếu tố trên phần cắt của dao tiện ngoài
a. Các bề mặt hình thành trên phần cắt của dụng cụ trong quá trình cắt
•
Mặt trước: là bề mặt của dao tiếp xúc với phoi. Trong quá trình
cắt phoi được hình thành và thoát ra trên mặt trước.
•
Mặt sau chính: là bề mặt của dao đối diện với mặt đang gia công
của phôi.
•
Mặt sau phụ: là bề mặt của dao đối diện với mặt đã gia công của
phôi.
•
Mặt chuyển tiếp: là bề mặt nối tiếp giữa mặt sau chính và mặt
sau phụ. Mặt chuyển tiếp có thể là mặt phẳng hoặc là mặt cong tuỳ theo kết cấu
phần cắt của dụng cụ cắt.
Các bề mặt trên phần cắt của dụng cụ có thể là mặt phẳng, cũng có khi là
mặt cong. Giao tuyến giữa chúng tạo nên các lưỡi cắt.
•
Lưỡi cắt chính: là giao tuyến giữa mặt trước và mặt sau chính.
Lưỡi cắt chính tham gia cắt chủ yếu trong suốt quá trình cắt.
•
Lưỡi cắt phụ: là giao tuyến giữa mặt trước và mặt sau phụ.
Trong quá trình cắt chỉ một phần nhỏ của lưỡi cắt phụ tham gia cắt.
Trên phần cắt có thể có một hoặc nhiều lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ.
Ví dụ: dao tiện ngoài có một lưỡi cắt chính và một lưỡi cắt phụ; dao tiện

5


cắt đứt có một lưỡi cắt chính và hai lưỡi cắt phụ; mũi khoan có hai lưỡi cắt
chính và hai lưỡi cắt phụ; ...

Hình 1.5: Dao tiện cắt đứt và dao tiện ngoài
•
Mũi dao: là phần chuyển tiếp giữa lưỡi cắt chính và lưỡi cắt
phụ. Mũi dao có thể nhọn hoặc có dạng cung tròn với bán kính ρ. Thực tế mũi
dao không nhọn tuyệt đối mà bao giờ cũng tồn tại một bán kính cong ρ nào đó.
Trị số của bán kính cong mũi dao ρ phụ thuộc vào vật liệu chế tạo dụng cụ và
cách mài dao.
Chế độ cắt có ảnh hưởng quan trọng và nhiều khi mang tính quyết định tới
cả năng suất gia công và chất lượng lớp bề mặt gia công. Các yếu tố của chế độ
cắt bao gồm tốc độ cắt V, lượng chạy dao S, chiều sâu cắt t.

Hình 1.6: Các yếu tố của quá trình cắt
a. Tiện với lượng chạy dao dọc; b. Tiện với lượng chạy dao ngang
•
Tốc độ cắt: là lượng dịch chuyển tương đối của một điểm trên
lưỡi cắt chính so với bề mặt đang gia công. Đo theo phương chuyển động cắt
tương đối trong một đơn vị thời gian.
•
Tốc độ cắt xác định tốc độ bóc tách phoi.
n


 V0

V

Hình 1. 7: Các thành phần của véctơ tốc độ cắt

6


Tốc độ cắt tại một điểm trên lưỡi cắt được biểu diễn bởi một vectơ V :

 
V = Vο + S

Vo - vectơ tốc độ chuyển động cắt chính

S - vectơ tốc độ chạy dao.

Trị số tốc độ chạy dao S thường rất nhỏ so với tốc độ cắt chính V o. Do đó,
tốc độ cắt V và tốc độ cắt chính V o có trị số xấp xỉ bằng nhau. Để đơn giản cho
việc tính toán, trị số tốc độ cắt chính tại một điểm trên lưỡi cắt được coi là trị số
tốc độ cắt tại điểm đó, tốc độ cắt được tính gần đúng: V = Vο
Khi tiện ngoài, tốc độ cắt thay đổi theo quy luật giảm dần ứng với các điểm
càng gần mũi dao. Khi tiện cắt đứt hoặc xén mặt đầu, tốc độ cắt giảm dần khi
mũi dao tiến gần tới tâm phôi... Vì vậy, trị số tốc độ cắt được qui ước tính trong
điều kiện làm việc nặng nề nhất tức là tính ứng với đường kính lớn nhất của phôi
khi gia công bề mặt ngoài hoặc đường kính lớn nhất của chi tiết khi gia công bề
mặt trong. Ví dụ khi tiện ngoài, tiện cắt đứt, xén mặt đầu thì tính theo đường
kính của bề mặt chưa gia công. Khi tiện lỗ thì tính theo đường kính của bề mặt
đã gia công.
Khi tiện phôi có đường kính D [mm], tốc độ quay của trục chính là n [v/p]

thì tốc độ cắt được tính bằng:
V =

∏ .D.n
[m / p ]
1000

Khi gia công, tốc độ cắt V đã xác định được (bằng cách tính hoặc tra các
sổ tay), muốn đạt được tốc độ cắt ấy ta phải tính ra tốc độ quay trục chính, sau
đó đối chiếu với cấp tốc độ của máy. Tốc độ quay trục chính tính theo công
thức:
n=

V .1000
[v / p ]
Π.D

trong đó n: tốc độ vòng quay trục chính [v/p].
D: đường kính phôi gia công tại điểm đang xét [mm].
Tốc độ cắt có ảnh hưởng quan trọng tới chất lượng bề mặt gia công, năng
suất gia công, tuổi bền của dụng cụ, … Tuỳ theo vật liệu gia công, vật liệu dụng

7


cụ cắt, tính chất gia công, … mà chọn trị số vận tốc cắt V thích hợp.
Lượng chạy dao: là lượng dịch chuyển của lưỡi cắt so với bề mặt đã gia công
trong một đơn vị quy ước đo theo phương chuyển động chạy dao. Đơn vị quy
ước đó có thể là một phút, một giây, một vòng, một răng hay một hành trình kép
Lượng chạy dao ảnh hưởng quyết định đến độ nhẵn bóng của bề mặt gia

công, tuổi bền của dụng cụ, năng suất gia công, … Chọn được trị số của lượng
chạy dao S hợp lý có ý nghĩa thực tiễn to lớn.
Tuỳ theo phương chạy dao hoặc tuỳ theo từng đơn vị quy ước mà ta có các
loại lượng chạy dao khác nhau.
Khi phương chạy dao song song với đường tâm chi tiết thì ta có chạy dao
dọc.
Khi phương chạy dao vuông góc với đường tâm chi tiết thì ta có chạy dao
ngang.
Khi phương chạy dao hợp với đường tâm chi tiết một góc nào đó thì ta có
chạy dao đường chéo.
Khi lượng chạy dao được tính bằng lượng dịch chuyển của lưỡi cắt so với
bề mặt đã gia công đo theo phương chạy dao trong thời gian một phút thì ta có
lượng chạy dao phút: Sp [mm/p]
Khi lượng chạy dao được tính bằng lượng dịch chuyển của lưỡi cắt so với
bề mặt đã gia công trong khi phôi hoặc dao quay được một vòng thì ta có lượng
chạy dao vòng: Sv [mm/v]
Khi lượng chạy dao được tính bằng lượng dịch chuyển của lưỡi cắt so với
bề mặt đã gia công đo theo phương chuyển động chạy dao trong thời gian dao
quay được một góc bằng góc giữa hai răng, ta có lượng chạy dao răng: Sr [mm/r]
Khi lượng chạy dao được tính bằng lượng dịch chuyển của lưỡi cắt so với
bề mặt đã gia công đo theo phương chạy dao trong khi dao hoặc phôi thực hiện
được một hành trình kép thì ta có lượng chạy dao hành trình kép: Shtk [mm/htk]
Khi phay với số răng của dao phay là Z thì khi dao quay được một vòng
cũng chính là Z răng, lượng chạy dao vòng được tính bằng: Sv = Z.Sr.
•
Chiều sâu cắt: là khoảng cách giữa bề mặt đã gia công và bề
mặt chưa gia công, đo theo phương vuông góc với bề mặt đã gia công.
Kí hiệu: t [mm].
Chiều sâu cắt t có ý nghĩa rất quan trọng, nó ảnh hưởng tới chất lượng chi
tiết gia công, tuổi bền của dụng cụ, năng suất gia công, … Khi chọn trị số chiều

sâu cắt lớn thì năng suất gia công cao nhưng chất lượng bề mặt gia công lại

8


thấp.
Chiều sâu cắt khi tiện ngoài được tính theo công thức:
t=

Do − D
[mm]
2

Chiều sâu cắt khi tiện trong được tính theo công thức:
t=

D − Do
[mm]
2

trong đó D0: đường kính chi tiết trước khi gia công.
D: đường kính chi tiết sau khi gia công.

Hình 1.8: Chiều sâu cắt khi tiện trong và tiện ngoài
1.2: Thông số hình học phần cắt xét trong trạng thái tĩnh
1.2.1: Xác định trong tiết diện chính và phụ
Khi nghiên cứu các thông số hình học của dụng cụ cắt, chúng ta phải đặt
dụng cụ trong các mặt phẳng toạ độ. Các mặt toạ độ được quy ước, nhằm xác
định chính xác và thống nhất các góc trên phần cắt của dao, chúng gồm: mặt cắt,
mặt đáy, tiết diện chính, tiết diện phụ, tiết diện dọc, tiết diện ngang, ...

Hình 1.9: Mặt đáy và mặt cắt

9


Khi nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số hình học phần cắt dụng
cụ tới quá trình cắt, người ta phải xét trị số các thông số hình học ở tiết diện
chính và tiết diện phụ. Nhưng đồ gá mài sắc dụng cụ chỉ quay được theo 3
phương vuông góc, nên để đạt được trị số chính xác của các thông số hình học
dụng cụ ở tiết diện chính và phụ thì người ta phải nghiên cứu thông số hình học
của dụng cụ ở tiết diện dọc và ngang, phải nghiên cứu mối quan hệ của các
thông số hình học dụng cụ ở tiết diện chính và phụ với thông số hình học của
dụng cụ ở tiết diện dọc và ngang
Mặt cắt tại một điểm trên lưỡi cắt chính là mặt phẳng chứa véc tơ tốc độ cắt
tại điểm đó và toàn bộ lưỡi cắt chính (nếu lưỡi cắt thẳng) hoặc chứa đường
thẳng tiếp tuyến với lưỡi cắt tại điểm đó (nếu lưỡi cắt cong).
Mặt đáy tại một điểm trên lưỡi cắt chính là mặt phẳng vuông góc với véctơ
tốc độ cắt tại điểm đó. Mặt đáy tại một điểm trên lưỡi cắt luôn vuông góc
với mặt cắt tại điểm đó.
X-X

VÕt mÆt ®¸y
VÕt mÆt c¾t

N1-N1

N-N

Y

n
Y-Y

N1

N

X
S
N1

X
Y
N

Hình 1.10: Tiết diện chính (N-N), tiết diện phụ (N1-N1), tiết diện dọc (Y-Y) và
ngang (X-X)
•
Tiết diện chính tại một điểm trên lưỡi cắt chính là mặt phẳng
vuông góc với hình chiếu của lưỡi cắt chính trên mặt đáy.
•
Tiết diện phụ tại một điểm trên lưỡi cắt phụ là mặt phẳng vuông
góc với hình chiếu của lưỡi cắt phụ trên mặt đáy.
•
Tiết diện ngang (X-X) tại một điểm trên lưỡi cắt là mặt phẳng
chứa phương chạy dao và thẳng góc với mặt đáy tại điểm đó.
•
Tiết diện dọc (Y-Y) tại một điểm trên lưỡi cắt là mặt phẳng đồng
thời thẳng góc với mặt đáy và tiết diện ngang tại điểm đó.
Các góc của dao xét ở trạng thái tĩnh được gọi là góc tĩnh, góc tĩnh rất cần

thiết cho việc thiết kế, chế tạo và kiểm tra hình dáng hình học của dụng cụ. Nó
gồm các góc sau:

10


Hình 1.11: Các góc của dao tiện trong tiết diện chính và phụ
• Góc trước: ký hiệu γ
Góc trước tại một điểm trên lưỡi cắt chính là góc hợp bởi mặt trước và mặt
đáy xét trong tiết diện chính tại điểm đó.
γ > 0 : khi mặt trước của dao nằm thấp hơn mặt đáy đi qua điểm đang xét.
γ < 0 : khi mặt trước của dao nằm cao hơn mặt đáy đi qua điểm đang xét.
γ = 0 : khi mặt trước của dao trùng với mặt đáy.
Góc trước γ có thể âm, dương hoặc bằng không. Tuỳ từng điều kiện cắt (gia
công tinh hay thô, cắt có va đập hoặc không), tuỳ từng loại vật liệu gia công cụ
thể mà chọn giá trị của γ cho hợp lý.
Góc trước nhỏ thì thể tích mũi dao nhỏ, khả năng đâm sâu vào vật liệu gia
công dễ dàng hơn, do vậy biến dạng của vật liệu gia công giảm, lực cắt và nhiệt
cắt giảm, thuận lợi cho quá trình cắt; tuy nhiên thể tích mũi dao nhỏ làm cho độ
bền cơ học giảm, mũi dao và lưỡi cắt dễ bị sứt mẻ.
Góc trước với giá trị dương thường được sử dụng.
• Góc sau chính: ký hiệu α
Góc sau chính tại một điểm trên lưỡi cắt chính là góc hợp bởi mặt sau chính
và mặt cắt xét trong tiết diện chính tại điểm đó.
Góc sau làm giảm ma sát giữa bề mặt sau của dao với bề mặt đang và đã
gia công của phôi. Việc tăng góc sau để giảm ma sát, lực cắt giảm, nhiệt cắt
giảm. Tuy nhiên việc tăng góc sau lớn làm thể tích vật liệu đầu dao giảm, độ bền
cơ học lưỡi cắt giảm, lưỡi cắt dễ bị sứt mẻ
Góc trước phụ: ký hiệu γ 1

11


Góc trước phụ tại một điểm trên lưỡi cắt phụ là góc hợp bởi mặt trước và
mặt đáy xét trong tiết diện phụ tại điêm đó.
Góc sau phụ: ký hiệu α1
Góc sau phụ tại một điểm trên lưỡi cắt phụ là góc hợp bởi mặt sau phụ và
mặt cắt xét trong tiết phụ tại điểm đó.
Góc sắc: ký hiệu β
Góc sắc tại một điểm trên lưỡi cắt chính là góc hợp bởi mặt trước và mặt sau
chính xét trong tiết diện chính tại đó.
Trị số của góc sắc β đặc trưng cho độ sắc của lưỡi dao, nó ảnh hưởng tới
khả năng cắt của dụng cụ. Góc sắc β càng lớn thì mũi dao càng bền, càng khoẻ
nhưng khả năng đâm sâu vào vật liệu gia công càng kém, biến dạng của vật liệu
gia công lớn, lực cắt lớn.
• Góc cắt: ký hiệu δ
Góc cắt tại một điểm trên lưỡi cắt chính là góc tạo bởi mặt trước và mặt cắt
xét trong tiết diện chính tại điểm đó.
Ta có các quan hệ sau:
γ + α + β = 900
γ + δ = 900
α+β=δ
HYPERLINK "../../../Documents and Settings/GhostViet/My Documents/New
Folder/01-CI Cac KN&DN cb/data/tiet 2/Hinh tiet 2.htm" \l "1.9" \t "_blank"
INCLUDEPICTURE
"../AppData/Documents%20and
%20Settings/GhostViet/My%20Documents/New%20Folder/01-CI%20Cac
%20KN&DN%20cb/data/tiet%202/C.%20tie4.gif"
\*
MERGEFORMAT

Hình 1.12: Góc ϕ, ϕ, ε của dao tiện ngoài
•

Góc nghiêng chính: ký hiệu ϕ

12


Góc nghiêng chính tại một điểm trên lưỡi cắt chính là góc tạo bởi hình chiếu
của lưỡi chính trên mặt đáy và phương chạy dao.
Góc nghiêng phụ: ký hiệu ϕ1
Góc nghiêng phụ tại một điểm trên lưỡi cắt phụ là góc tạo bởi phương chạy
dao và hình chiếu của lưỡi cắt phụ trên mặt đáy.
•

Góc nghiêng phụ ϕ1 ảnh hưởng tới độ nhám bề mặt gia công, tuổi bền của đỉnh
dao và tuổi bền của dụng cụ. Góc ϕ1 càng nhỏ thì chiều dài đoạn lưỡi cắt phụ
tham gia cắt càng lớn, độ nhẵn bề mặt gia công càng tăng nhưng biến dạng và
lực cắt cũng tăng.
Góc mũi dao: ký hiệu ε
Góc mũi dao là góc tạo bởi hình chiếu của lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ trên
mặt đáy.
•

Góc ε càng lớn thì độ bền cơ học của mũi dao càng lớn nhưng khi cắt biến
dạng của vật liệu gia công và lực cắt tăng.
Ta có quan hệ: ϕ + ε + ϕ1 = 1800
•
Góc nâng của lưỡi cắt chính: ký hiệu λ

Góc nâng tại một điểm trên lưỡi cắt chính là góc hợp bởi lưỡi cắt chính và hình
chiếu của nó trên mặt đáy.
λ > 0 khi mũi dao là điểm thấp nhất (so với mặt đáy đi qua mũi dao) trên
toàn bộ lưỡi cắt chính.
λ < 0 khi mũi dao là điểm cao nhất (so với mặt đáy đi qua mũi dao)trên toàn
bộ lưỡi cắt chính.
λ = 0 khi mặt đáy chứa lưỡi cắt chính.
Góc nâng của lưỡi cắt chính có ảnh hưởng đến phương thoát phoi, đến sức
bền của phần lưỡi cắt và điều kiện cắt vào vật liệu của từng điểm trên lưỡi cắt.

Hình 1.14: Góc nâng
của lưỡi cắt chính
Kết luận

13


Việc nghiên cứu này hoàn toàn mang tính tổng quát vì định nghĩa như vậy
còn đúng cho cả khi xét thông số hình học của dao ở trạng thái động.
Việc nghiên cứu thông số hình học dao cắt đơn là cơ sở cho việc nghiên cứu
dụng cụ nhiều lưỡi cắt.
Làm cơ sở cho việc thiết kế, chế tạo, cải tiến kết cấu dụng cụ cho phù hợp
với từng điều kiện gia công cụ thể.
1.2.2: Xác định trong tiết diện dọc và ngang
Khi nghiên cứu người ta sử dụng các góc xét trong tiết diện chính và phụ,
nhưng để nhận được các góc ấy thì phải qua quá trình mài. Trên máy mài sắc đồ
gá mài chỉ quay được theo 3 trục toạ độ vuông góc với nhau, để thuận lợi cho việc
mài sắc dụng cụ, đồng thời dễ dàng cho việc gá đặt, đo, kiểm tra giá trị các góc, ta
phải xác định các góc trong tiết diện dọc và tiết diện ngang.

Hình 1.15: Các góc trong tiết diện dọc và ngang
Trong tiết diện ngang X-X có góc γ x, αx.
Trong tiết diện dọc Y-Y có góc γ y, αy.
Quan hệ giữa các góc trong tiết diện chính với các góc trong tiết diện dọc

14


và ngang như sau:
tgγ x = tgγ .sinϕ ± tgλ.cosϕ
tgγ y = tgγ .cosϕ ± tgλ.sinϕ
cotgαx = cotgαsinϕ ± tgλ.cosϕ
cotgαy = cotgα.cosϕ ± tgλ.sinϕ
Dấu trên ứng với λ < 0
Dấu dưới ứng với λ > 0
Khi λ = 0 thì : tgγ x = tgγ .sinϕ
tgγ y = tgγ .cosϕ
cotgαx = cotgα.sinϕ
cotgαy = cotgα.cosϕ
1.3 Thông số hình học phần cắt khi dụng cụ cắt làm việc
1.3.1. Ảnh hưởng của việc gá dao
1.Sự thay đổi giá trị các góc ϕ và ϕ1 khi gá trục dụng cụ cắt không thẳng góc với
đường tâm chi tiết:
Hình 1.16 Ảnh hưởng của việc gá dao

Dụng cụ sau khi mài sắc có các góc nghiêng chính và góc nghiêng phụ
Nếu khi gá dao, trục dao không vuông góc với đường tâm thì:
+ Nếu gá dao nghiêng về bên trái:
*Góc nghiêng chính khi làm việc

ϕc = ϕ - (900 -τ)

*Góc nghiêng phụ khi làm việc

ϕ1c = ϕ1 + (900 -τ)

+Nếu gá dao nghiêng về bên phải:

15


*Góc nghiêng chính khi làm việc

ϕc = ϕ + (900 -τ)

*Góc nghiêng phụ khi làm việc

ϕ1c = ϕ1 - (900 -τ)

2. Sự thay đổi giá trị các góc khi mũi dao gá không ngang tâm máy :
* Trường hợp tiện ngoài

* Trường hợp tiện trong

- Khi tiện ngoài, nếu mũi dao gá cao hơn đường tâm của máy thì góc
trước của dụng cụ khi làm việc γ tt sẽ tăng lên, góc sau αtt sẽ giảm đi ; còn khi

16

gá dao thấp hơn đường tâm của máy thì góc trước khi làm việc γ tt sẽ gảm đi,
còn góc sau khi làm việc αtt sẽ tăng lên.
- Khi tiện trong kết quả sẽ ngược lại.
Ơ cả hai trường hợp trên, giá trị của các góc sẽ thay đổi một giá trị bằng
gócµ. Góc đó được tính theo công thức :
Trong đó:
H : là độ cao (thấp) của mũi dao so với tâm máy.
R : là bán kính của bề mặt được gia công ( hay bán kính chi tiết )
µ = arcSinH/R
1.3.2. Ảnh hưởng của chuyển động chạy dao
Chuyển động chạy dao ngang và chuyển động chay dao dọc
+ Chuyển động chạy dao ngang (khi xén mặt đầu, cắt đứt..)
Khi có chuyển động chạy dao ngang thì quỹ đạo của chuyển động cắt
tương đối là đường acsimét.
Do có lượng chạy dao ngang nên hướng của vectơ tốc độ cắt tổng hợp
luôn luôn thay đổi, làm thay đổi góc độ của dụng cụ cắt.

Ta có :
γ yc = γ y + µ1

17


αyc = αy - µ1
Góc µ1 được tính theo biểu thức sau:

tgµ1 =

Vs
Sn

=
V 0 πD

Trong đó :
Sn : lượng chay dao ngang sau một vòng quay của chi tiết (mm/vg)
D : là đường kính của chi tiết ở điểm khảo sát (mm)
+ Chuyển động chạy dao dọc
Khi có chuyển động chạy dao dọc thì quỹ đạo của chuyển động cắt tương
đối là đường xoắn ốc, do đó véctơ tốc độ cắt tổng hợp sẽ nghiêng với véctơ tốc
độ cắt ở trạng thái tĩnh một gócµ2
Ta có:
αxc = αx - µx
γ xc = γ x + µx
Giá trị của µ2 được tính từ biểu thức:
Trong đó: Sd: là lượng chạy dao dọc sau một vòng quay chi tiết (mm/vg)
D : là đường kính chi tiết tại điểm khảo sát
Lượng chạy dao dọc càng lớn, đường kính chi tiết gia công càng bé thì
góc µ2 càng lớn. Do đó khi cắt với lượng chạy dao lớn như khi cắt ren bước lớn
như ren nhiều đầu mối, thì khi mài dao cần phải chú ý đến góc µ2 để đảm bảo
góc sau khi cắt không âm.
1.4 Thông số hình học của lớp cắt
Trong quá trình cắt, luôn có những lớp kim loại được tách ra khỏi bề mặt
phôi để tạo thành phoi. Những lớp kim loại này được gọi là lớp cắt. Tiết diện
ngang lớp cắt được quy ước đo trên mặt trước của dao sau khi mũi dao dịch
chuyển một lượng bằng lượng chạy dao S. Quá trình biến dạng của kim loại khi
cắt, sự hình thành và biến thiên của lực cắt... không những phụ thuộc vào diện

18

tích tiết diện ngang lớp cắt mà còn phụ thuộc vào các thông số khác của lớp cắt
như chiều dày cắt, chiều rộng cắt.
Thông số hình học của lớp cắt bao gồm chiều dài lớp cắt a và chiều rộng
lớp cắt b.
Chiều sâu cắt và lượng chạy dao chủ yếu đặc trưng cho quá trình cắt về mặt
năng suất chứ chưa giải thích được cơ sở vật lý của quá trình cắt. Để làm rõ cơ
sở vật lý của quá trình cắt, người ta dùng khái niệm chiều rộng và chiều dày của
lớp cắt.

ϕ1
ϕ

Hình 1.17: Thông số hình học lớp cắt
1.4.1 Chiều dày cắt a
Chiều dày cắt a là khoảng cách giữa hai vị trí liên tiếp của lưỡi cắt khi dao
dịch chuyển được một lượng đúng bằng lượng chạy dao S, đo trên mặt trước
theo phương vuông góc với lưỡi cắt.

Hình 1.18: Chiều dày lớp cắt a với lưỡi cắt thẳng và lưỡi cắt cong
Với dao có lưỡi cắt thẳng, chiều dày cắt không thay đổi ứng với mọi điểm
trên lưỡi cắt. Với dao có lưỡi cắt cong, chiều dày cắt thay đổi theo từng điểm
trên lưỡi cắt. Chiều dày cắt tại một điểm trên lưỡi cắt cong là đoạn giới hạn giữa
hai vị trí liên tiếp của lưỡi cắt đo theo phương vuông góc với lưỡi cắt tại điểm
đó.

19


1.4.2 Chiều rộng lớp cắt b
Chiều rộng lớp cắt là khoảng cách giữa bề mặt chưa gia công với bề mặt

đã gia công đo dọc theo lưỡi cắt.
Chiều rộng cắt chính là chiều dài của đoạn lưỡi cắt tham gia cắt hoặc là
chiều dài đoạn tiếp xúc giữa lưỡi cắt với bề mặt đang gia công.
Mối quan hệ giữa chiều dày cắt a và lượng chạy dao S , giữa chiều rộng
cắt b và chiều sâu cắt t được xác định theo công thức :
a = S.sinϕ
- Khi γ ≠ 0: a =

a
S.sinϕ
=
cosγ
cosγ

- Khi λ = 0: b =

t
sinϕ

- Khi λ≠ 0: b =

b
t
=
cosλ cosλ.sinϕ

Chiều dày lớp cắt tăng thì tải trọng đơn vị trên chiều dài lưỡi cắt tăng,
nhiệt cắt và lực cắt tăng làm cho lưỡi cắt nhanh bị mài mòn. Do vậy có thể nói
chiều dày lớp cắt đặc trưng cho tải trọng đơn vị của lưỡi cắt. Giữ nguyên chiều
dày và tăng chiều rộng của lớp cắt thì lớp phoi bị biến dạng nhiều hơn, tải trọng

đơn vị không thay đổi trên suốt chiều dài lưỡi cắt.
1.4.3. Diện tích lớp cắt
ϕ1
ϕ

Hình 1.19: Diện tích lớp cắt
Trường hợp mũi dao gá ngang tâm, λ = 0 và γ = 0, ta có:
F = a.b = S.sinϕ .

t
= S. t
sinϕ

F = a.b = S . t

20


Đây là diện tích danh nghĩa của lớp cắt, trong thực tế do ảnh hưởng của
lượng chạy dao, nên trên bề mặt gia công thường còn lại các nhấp nhô (có tiết
diện ngang ABC như hình 20 trên).
Diện tích danh nghĩa trùng với diện tích thực khi mà chiều dài lưỡi cắt phụ
tham gia cắt lớn hơn lượng chạy dao S và khi góc nghiêng phụ ϕ1 = 0 (không kể
đến biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi của lớp kim loại sau khi gia công). Trong
quá trình cắt, do chuyển động tương đối giữa dao với phôi nên trên bề mặt đã gia
công bao giờ cũng còn dư lại những giải kim loại hình xoắn vít có tiết diện ngang
ABC. Chiều cao CD = h của chúng tạo ra độ nhấp nhô bề mặt và ảnh hưởng trực
tiếp đến độ nhẵn bề mặt gia công. Như vậy, diện tích cắt thực tế F 0 bao giờ cũng
nhỏ hơn diện tích cắt danh nghĩa một lượng SABC.
Ta có: Fo = F - SABC

Trong đó: Fo - diện tích tiết diện lớp cắt thực.
F - diện tích tiết diện lớp cắt danh nghĩa.
SABC - diện tích tiết diện nhấp nhô còn lại.
Xét ảnh hưởng của các thông số đến chiều cao nhấp nhô h (và do đó ảnh
hưởng đến độ nhẵn của bề mặt gia công):
•
Trường hợp bán kính mũi dao r = 0
Xét ∆ABC, có: AB = AD + DB
AD =

Trong đó: AB = S ;

h
;
tgϕ1

BD =

h
tgϕ

 1
1 

+
 tgϕ tgϕ1 

⇒ S = h
h=

⇒

S
1
1
+
tgϕ tgϕ1

•
Trường hợp bán kính mũi dao r ≠ 0
CD = h = KD - KC = r - KC
Xét ∆CKM: CK = MC2 − MK 2
Ta thấy: MK = S/2; MC = r, nên: KC =

 S
r − 
 2
2

2

Thay vào trên có:

21


h=r-

r2 −

S2
4

⇒ ( h-r)2 = r2 -

S2
4

S2
⇒ h - 2h.r+r = r 4
2

2

2

Vì lượng chạy dao S rất bé nên chiều cao nhấp nhô h lại càng bé hơn, có
thể coi h2 là vô cùng bé và bỏ qua khi tính toán. Rút gọn phương trình trên được:
2h.r =

S2
4

hay h =

S2
8.r

Tóm lại, ở hai trường hợp bán kính mũi dao r = 0 và r ≠ 0 thì chiều cao
nhấp nhô được tính theo các công thức:

- Khi r = 0:

h=

- Khi r ≠ 0: h =

S
1
1
+
tgϕ tgϕ1
S2
8.r

Các công thức trên, cho thấy: Muốn tăng độ nhẵn bề mặt gia công cần phải
giảm lượng chạy dao S, giảm góc nghiêng chính ϕ, giảm góc nghiêng phụ ϕ1
hoặc tăng bán kính mũi dao r. Cần chú ý là những công thức trên không hoàn
toàn chính xác vì chỉ xét thuần túy toán học mà chưa kể đến ảnh hưởng của biến
dạng, rung động và các hiện tượng vật lý khác xẩy ra trong quá trình cắt. Thực tế
cho thấy: chiều cao của lớp nhấp nhô bề mặt lớn hơn nhiều và được tính bằng
các công thức thực nghiệm
1.5 Vật liệu dụng cụ cắt
1.5.1 Yêu cầu chung đối với vật liệu làm phần cắt của dao.
a.Độ cứng:
Thường vật liệu cần gia công trong chế tạo cơ khí là thép, gang… có độ
cứng cao, do đó để có thể cắt được, vật liệu làm dao phần cắt dụng cụ phải có độ
cứng cao hơn (60 – 65HRC)
b.Độ bền cơ học:
Dụng cụ cắt thường phải làm việc trong điều kiện rất khắc nghiệt : tải
trọng lớn không ổn định, nhiệt độ cao, ma sát lớn, rung động…. Dễ làm lưỡi cắt

22


của dụng cụ sứt mẻ. Do đó vật liệu làm phần cắt dụng cụ cần có độ bền cơ học
(sức bền uốn, kéo, nén, va đập…) càng cao càng tốt.
c.Tính chịu nóng:
Ở vùng cắt, nơi tiếp xúc giữa dụng cụ và chi tiết gia công dụng cụ và chi
tiết gia công, do kim loại bị biến dạng, ma sát…nên nhiệt độ rất cao (700 –
800oC), có khi đạt đến hàng ngàn độ (khi mài). Ở nhiệt độ này vật liệu làm dụng
cụ cắt có thể bị thay đổi cấu trúc do chuyển biến pha làm cho các tính năng cắt
giảm xuống. Vì vậy vật liệu phần cắt dụng cụ cần có tính chịu nóng cao nghĩa là
vẫn giữ được tính cắt ở nhiệt độ cao trong một thời gian dài.
d.Tính chịu mài mòn:
Làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao, ma sát lớn thì sự mòn dao là điều
thường xảy ra. Thông thường vật liệu càng cứng thì tính chống mài mòn càng
cao. Tuy nhiên ở điều kiện nhiệt độ cao khi cắt (700 – 800 0C) thì hiện tuợng mài
mòn cơ học không còn là chủ yếu nữa, mà ở đây sự mài mòn chủ yếu do hiện
tượng chảy dính (bám dính giữa vật liệu gia công và vật liệu làm dụng cụ cắt) là
cơ bản. Ngoài ra do việc giảm độ cứng ở phần cắt do nhiệt độ cao khiến cho lúc
này hiện tượng mòn xảy ra càng khốc liệt.
Vì vậy, vật liệu làm phần cắt dụng cụ phải có tính chịu mòn cao.
e.Tính công nghệ:
Vật liệu làm dụng cụ cắt phải dể chế tạo: dễ rèn, cán, dễ tạo hình bằng cắt
gọt, có tính thấm tôi cao, dễ nhiệt luyện…
Ngoài các yêu cầu chủ yếu nêu trên, vật liệu làm phần cắt dụng cụ phải có
tính dẫn nhiệt tốt, độ dai chống va đập cao và giá thành rẻ.
Một cách lí tưởng, vật liệu dụng cụ cắt cần phải đảm bảo các yêu cầu sau đây:
+. Độ cứng đâm xuyên cao ở nhiệt độ cao để tăng tính chống mòn do cào
sước;

+. Độ bền biến dạng cao để bảo toàn hình dáng lưỡi cắt khỏi sự biến dạng
hoặc cong oàn dưới tác động của ứng suất phát sinh khi tạo phoi;

23


+. Tính dẻo dai và chịu va đập để chống lại sự mẻ vỡ lưỡi cắt, đặc biệt khi
cắt không liên tục (có va đập);
+. Tính trơ hóa học (ái lực hóa học thấp) với vật liệu gia công để chống lại
mòn oxy hóa, mòn hóa học và mòn khuyếch tán;
+. Tính dẫn nhiệt cao để giảm nhiệt cắt gần lưỡi cắt;
+. Độ bền mỏi cao, đặc biệt với các dụng cụ được sử dụng cắt không liên
tục;
+. Độ bền mỏi nhiệt cao để bảo vệ dụng cụ không bị vỡ khi cắt không liên
tục;
+. Độ bền hình dạng cao để đảm bảo độ chính xác gia công; và
+. Tính trơn trượt thỏa đáng ma sát nhỏ với vật liệu gia công để hạn chế
việc hình thành lẹo dao, đặc biệt khi gia công vật liệu mềm dẻo.
1.5.2 Các loại vật liệu dụng cụ cắt thường dùng:
Để làm phần cắt dụng cụ, người ta có thể dùng các loại dụng cụ khác nhau
tuỳ thuộc váo tính cơ lý của vật liệu cần gia công và diều kiện sản xuất cụ thể.
Dưới đây lần lượt giới thiệu làm phần cắt dụng cụ theo sự phát triển và sự
hoàn thiện về khả năng làm việc của chúng.
1. Thép Cacbon dụng cụ:
Để đạt được độ cứng, tính chịu nhiệt và chịu mài mòn, lượng C trong thép
Cacbon dụng cụ không thể được dưới 0,7% (thường từ 0,7- 1,3%)và lượng P, S
thấp (P< 0,035%, S < 0,025%)
Độ cứng sau khi tôi và ram đạt HRC = 58-62.
-Sau khi ủ độ cứng đạt đượckhoảng HB = 107-217 nên dễ gia công cắt và
gia công bằng áp lực.

-Độthấm tôi nên thường tôi trong nước do đó dễ gây ra nứt vỡ nhất là
những dụng cụ có kích thước lớn.
-Tính chịu nóng kém, độ cứng giảm nhanh khi nhiệt độ đạt đến 200 o –
250oC ứng với tốc độ cắt 4-5 m/ph.

24


-Khó mài và dễ biến dạng khi nhiệt luyện do đó ít dùng để chế tạo những
dụng cụ định hình, cần phải mài theo prôphin khi chế tạo.
- Dễ gia công bằng cắt và dễ mài sắc
- Rẻ tiền
- Có độ dẻo dai cao
+ Phạm vi sử dụng:
- Dùng làm dụng cụ cắt có vận tốc cắt thấp; dụng cụ cầm tay; dụng cụ gia
công hợp kim màu, dụng cụ cắt gỗ.
Dưới đây là bản nêu thành phần hóa học, cơ lý tính và phạm vi ứng dụng của
một số mác thép Cácbon dụng cụ thường gặp.
Giả sử ta có nhãn hiệuY10A
-Chữ Y: kí hiệu của Cácbon.
-Chữ A:kí hiệu của chất lượng tốt(hàm lượng P,S <0,03%)
-Số10: giá trị trung bình của cácbon trong thép(0,95- 1,09%)
Ngoài ra còn có các nhãn hiệu khác như Y7,Y8…Y10,Y12 nhưng chất lượng
kém hơn(không có chữ A) nên hiện nay ít dùng
2.Thép hợp kim dụng cụ:
Đưa thêm một số ngtố HK như: W, Va, Si, Mn, Cr vào trong thép làm tăng
độ dẻo ở trạng thái tôi, tăng chiều sâu lớp thấm tôi, giảm khuynh hướng biến
dạng và nứt khi NL
- Độ cứng sau NL đạt HRC 63-67
+ Ưu điểm:

- Tăng độ dẻo ở trạng thái tôi
- Tăng chiều sâu lớp thấm tôi
- Giảm khuynh hướng biến dạng và nứt khi NL
- tốc độ cắt cao hơn thép cacbon dụng cụ khoảng 20%.
+ Nhược điểm:

25