Hiện tượng vật lý khi cắt kim loại

Bg Công nghệ kim loại 63 P2_ Gia công cắt gọt
Nguyễn Văn Hoài

..

...

Chơng 2: hiện tợng vật lý khi cắt kim loại
Cắt kim loại là một quá trình phức tạp có nhiều hiện tợng vật lý
kèm theo. Tìm hiểu bản chất vật lý của quá trình cắt có một ý
nghĩa thực tế rất lớn, vì từ đó có thể điều khiển quá trình cắt
để đạt đợc năng suất cao, chất lợng tốt khi gia công chi tiết.
2.1. Quá trình tạo phoi, các dạng phoi

2.1.1. Quá trình tạo phoi
Lớp kim loại bị cắt ra trong quá trình gia công cơ khí đợc gọi
là phoi.
Sự tạo phoi chỉ xẩy ra khi lực cắt P đủ lớn để gây ra trong
lớp kim loại cắt một ứng suất vợt quá giới hạn bền của vật liệu gia
công.
Quá trình tạo phoi có thể chia thành 4 giai đoạn (hình
H.2.1):
Giai đoạn 1: Dao nén vào phôi, dới tác dụng của lực P, lớp kim loại
phôi tiếp xúc với mặt trớc của dao bị nén - bị biến dạng đàn hồi (tơng ứng đoạn 0A, hình H.2.1a).
Giai đoạn 2: Dao tiếp tục
tiến, kim loại càng bị nén, ứng
suất trong nội bộ kim loại tăng lên.
Khi đạt tới giới hạn chảy, bên trong
kim loại xuất hiện sự trợt tơng đối
giữa các phần tử theo mặt trợt
H.2.1 a) Giản đồ nén kim loại

- (hình H.2.1b) nhng kim loại cha
tách rời nhau. Kim loại bị biến dẻo
b) Sơ đồ tạo phoi
dạng dẻo (tơng ứng đoạn AB,
hình 2-1a).
Giai đoạn 3: Dao tiếp tục tiến, ứng suất và biến dạng trong nội
bộ kim loại tiếp tục tăng, khi vợt quá giới hạn bền của vật liệu thì
kim loại phát sinh những gợn nứt (tơng ứng đoạn BC, hình H.2.1a).
Giai đoạn 4: Dao tiến thêm, yếu tố thứ nhất của phoi đợc tạo
thành từ lớp kim loại bị cắt, trợt dọc theo mặt trớc của dao. Quá
trình cắt lặp lại nh trên.
Các giai đoạn của quá trình tạo phoi diễn ra liên tục. Khi cắt
các vật liệu khác nhau, các giai đoạn trên có lúc thấy rõ, có lúc khó
phân biệt. Chẳng hạn, khi cắt gang xám, giai đoạn 2 hầu nh
không có vì biến dạng dẻo rất ít.
Nh vậy, trớc khi tạo thành phoi, lớp kim loại bị cắt đã trải qua
một giai đoạn biến dạng nhất định, nghĩa là giữa lớp kim loại bị
Các hiện tợng vật lý khi cắt

1


Bg Công nghệ kim loại 63 P2_ Gia công cắt gọt
Nguyễn Văn Hoài

..

...

cắt và phoi có một khu vực biến dạng, gọi là miền tạo phoi. Trong

quá trình cắt, miền tạo phoi di chuyển cùng dao cắt.
Ngoài ra, khi đã tạo thành phoi, lớp kim loại bị cắt còn chịu
biến dạng phụ do ma sát với mặt trớc của dao. Lớp kim loại của phoi
kề sát mặt trớc của dao chịu biến dạng phụ nhiều nhất, các lớp
càng xa mặt trớc, biến dạng phụ càng giảm. Nghĩa là, phoi cắt ra
chịu biến dạng không đều.
2.1.2. Các dạng phoi (có thể chia phoi thành
3 dạng sau):
a. Phoi vụn: Phoi cắt ra thành những hạt rời
có kích thớc không đều nhau (hình 2-2). Khi cắt
vật liệu dòn (gang, đồng thau...) thờng nhận đợc
H.2.2. Phoi
phoi vụn.
vụn
Khi cắt ra phoi vụn, lực cắt biến đổi gây
nên rung động, do đó độ nhám bề mặt gia công
thấp.
b. Phoi xếp: Phoi có dạng từng đốt xếp lại (hình H.2.3). Mặt
phoi tiếp xúc với
mặt trớc của dao nhẵn, mặt kia có những gợn
nứt.
Thờng gặp phoi xếp khi cắt vật liệu dẻo ở
tốc độ trung bình thấp với chiều dày cắt và góc
cắt lớn. Khi cắt ra phoi xếp, lực cắt thay đổi ít
hơn loại phoi vụn nên rung động ít, vì vậy độ H.2.3. Phoi sếp
nhám bề mặt gia công tốt hơn.
Phoi xếp bị biến dạng dẻo rất lớn và có độ
cứng cao.
c. Phoi dây: Phoi cắt ra kéo dài liên tục.
Mặt phoi tiếp xúc với mặt trớc của dao rất nhẵn,

mặt kia hơi gợn nứt nhng đôi lúc khó phân biệt
(hình H.2.4). Thờng gặp phoi dây khi cắt vật
liệu dẻo ở tốc độ cao với chiều dày cắt bé.
Khi cắt đợc phoi dây năng lợng tiêu hao ít
H.2.4.
Phoi
hơn phoi xếp, trung tâm áp lực của phoi cách xa
mũi dao, lực cắt hầu nh không đổi, rung động dây
ít nên độ nhám bề mặt gia công tốt.
Cắt đợc phoi dây là tốt nhất, song có nhợc điểm là phoi dài
gây trở ngại khi cắt và dễ mất an toàn cho ngời. Do đó, khi cắt ra
phoi dây cần có cơ cấu bẻ phoi.
Nh vậy, qua nghiên cứu các dạng phoi có thể phán đoán đợc
thông số hình học đầu dao, chế độ cắt đã hợp lý cha, từ đó dựa
Các hiện tợng vật lý khi cắt

2


Bg Công nghệ kim loại 63 P2_ Gia công cắt gọt
Nguyễn Văn Hoài

..

...

vào dạng phoi để điều chỉnh chế độ cắt và mài lại dao để có
năng suất cao và chất lợng gia công tốt.
2.2. Lẹo dao trong quá trình cắt kim loại

2.2.1. Hiện tợng lẹo dao
Khi cắt kim loại ra phoi dây, ở trên mặt trớc của dao kề sát lỡi cắt xuất hiện một lớp kim
loại có cấu trúc và tính chất không giống vật
liệu gia công, cũng không giống vật liệu dao,
nó xuất hiện rồi biến mất với tần số hàng trăm
lần trong một giây. Lớp kim loại này đợc gọi là H.2.4 Kích thớc lẹo
lẹo (hình H.2.4) và hiện tợng trên đây đợc
gọi là lẹo dao.
Thông số đặc trng cho kích thớc lẹo dao là chiều cao lẹo hL.
Nguyên nhân của hiện tợng lẹo dao: do áp lực và nhiệt cắt cao
khi cắt, mặt khác do lực ma sát giữa phoi và mặt trớc của dao lớn,
làm cho lớp kim loại phoi sát mặt trớc có tốc độ dịch chuyển chậm
lại so với các lớp khác (hiện tợng chảy chậm). Nếu lực liên kết trong
nội bộ kim loại bé hơn lực ma sát giữa phoi với mặt trớc thì lớp kim
loại sát mặt trớc sẽ tách khỏi phoi và nằm lại trên dao tạo nên lẹo dao.
Do lớp lẹo chịu áp lực cao, nhiệt độ và ma sát lớn, nên biến
dạng dẻo của nó lớn hơn rất nhiều biến dạng dẻo của lớp phoi cắt,
làm độ cứng tăng (2,5 ữ 3,5) lần so với ban đầu. Với độ cứng này,
lẹo dao có thể tham gia cắt.
2.2.2. Các yếu tố ảnh hởng đến lẹo dao
a. Vật liệu gia công càng dẻo càng dễ hình thành lẹo dao và
chiều cao lẹo càng lớn. Vật liệu dòn ít có lẹo dao.
b. Tốc độ cắt thấp (V < 8m/ph) và cao (V > 60m/ph) không có
lẹo dao. Lẹo dao chỉ phát sinh trong phạm vi tốc độ cắt nhất định
phụ thuộc vào điều kiện gia công (hình H.2.5).
Khi cắt ở tốc độ thấp, nhiệt cắt nhỏ (nhiệt độ thấp), tuy lực
ma sát bên ngoài lớn nhng cha thắng nổi lực liên kết trong nội bộ
kim loại nên không có lẹo dao. Tốc độ
cắt tăng, nhiệt độ vùng cắt tăng, lực liên kết
nội bộ kim loại giảm, trong khi đó ma sát ngoài

tiếp tục tăng và khi nó lớn hơn lực liên kết nội
bộ kim loại sẽ phát sinh hiện tợng lẹo dao. Tốc
độ cắt cao hơn nữa, nhiệt độ tiếp tục tăng,
lực liên kết nội bộ kim loại tiếp tục giảm, nhng
lớp kim loại sát mặt trớc của dao ở nhiệt độ cao
H.2.5 ảnh hởng
gần nh chảy loãng, làm giảm ma sát giữa phoi của tốc độ cắt tới
chiều cao lẹo

Các hiện tợng vật lý khi cắt

3


Bg Công nghệ kim loại 63 P2_ Gia công cắt gọt
Nguyễn Văn Hoài

..

...

và mặt trớc, do đó lực liên kết nội bộ kim loại
thắng lực ma sát ngoài, lẹo dao không còn.
c. Góc trớc càng lớn, biến dạng phoi càng ít, nhiệt cắt càng
thấp nên khó hình thành lẹo dao và chiều cao lẹo càng thấp
(hình 2-6a).
d. Chiều dày cắt a càng lớn,
nhiệt cắt càng cao càng dễ hình
thành của lẹo dao, đồng thời chiều
cao lẹo càng lớn (hình H2.6b).

Lẹo dao làm thay đổi điều
H.2.6 Quan hệ hL = f(V)
kiện cắt. Khi có lẹo dao, góc trớc a) khi khác nhau; b) khi a khác
tăng nên lực cắt giảm, đồng thời
nhau
lẹo có thể tham gia cắt, tăng tuổi
thọ cho lỡi cắt. Nhng do lực cắt
luôn biến
đổi, gây rung động, nên độ nhám bề mặt gia công bị giảm. Nh
vậy, lẹo dao có lợi khi gia công thô và có hại khi gia công tinh. Để tạo
ra lẹo dao hoặc loại bỏ nó cần khống chế nhiệt cắt và ma sát trên
mặt trớc của dao bằng cách thay đổi thông số hình học đầu dao,
thay đổi chế độ cắt, dùng dung dịch trơn nguội, mài mịn mặt trớc của dao
2.3. Hiện tợng co rút phoi

2.3.1. Khái niệm:
Do biến dạng dẻo của kim loại trong quá
trình cắt, nên chiều dài phoi L f ngắn hơn
chiều dài gia công L, còn chiều dày phoi af
lớn hơn chiều dày lớp cắt a. Ta gọi đó là
hiện tợng co rút phoi (hình 2-7).
H.2.7 Sơ đồ tính co
Từ định luật thể tích không đổi ta có:
rút phoi
L.a.b=Lf.af.bf
Thực nghiệm cho thấy biến dạng theo
phơng chiều
rộng của lớp cắt rất nhỏ, có thể bỏ qua, tức là b = bf, rút ra:
L af
=

=K
Lf
a

(2.1)

K đợc gọi là hệ số co rút phoi (thờng K > 1). Dựa vào hệ số co
rút phoi có thể đánh giá sơ bộ mức độ biến dạng dẻo trong lớp cắt,
biết đợc quá trình cắt là khó hay dễ, tiêu tốn năng lợng nhiều hay
ít.
2.3.2. Các yếu tố ảnh hởng đến hệ số co rút phoi:
Các hiện tợng vật lý khi cắt

4


Bg Công nghệ kim loại 63 P2_ Gia công cắt gọt
Nguyễn Văn Hoài

..

...

a. Vật liệu gia công ảnh hởng rất lớn đến mức độ co rút phoi.
Trong cùng điều kiện cắt, vật liệu gia công càng dẻo hệ số co rút
phoi càng lớn.
b. Vật liệu làm dao có hệ số ma sát càng lớn, hệ số co rút
phoi càng lớn.
c. Thông số hình học phần cắt
- Góc cắt càng tăng hệ số co rút phoi càng lớn, vì tăng dao

tiến vào kim loại càng khó và lực biến dạng càng lớn.
- Góc nghiêng chính :
Khi r = 0, nếu tăng làm chiều dày cắt a tăng, nên phoi dày
biến dạng khó, vì vậy biến dạng bình quân K tb giảm (hình
H.2.8a).
Khi r 0, ảnh hởng của đến K phức tạp hơn. Khi = (60 ữ 70)o,
nếu tăng , thì K tăng, do tăng chiều dài làm việc của đoạn cong lỡi
cắt (AB > AB, hình H.2.8a).
Trên đoạn cong đó biến dạng rất phức tạp, các mặt phẳng
biến dạng giao nhau và vuông góc với lỡi cắt (hình H.2.9), phoi
thoát ra chèn ép vào nhau nên mức độ biến dạng tăng.

H.2. 8

H.2.9

H.2.10

- Bán kính mũi dao r tăng làm biến dạng phoi tăng vì chiều dài
phần cong lỡi cắt tăng (hình H.2.10).
d. ảnh hởng của chế độ cắt
- Tốc độ cắt V ảnh hởng rất lớn, rất phức
tạp đến biến dạng của phoi (hình H.2.11).
Khi tăng tốc độ cắt từ V1V2, nhiệt cắt
tăng, xuất hiện lẹo dao làm góc cắt giảm, H.2.1. ảnh hởng của V
do đó hệ số co rút phoi giảm (đoạn AB). đến hệ số co rút phoi
Tiếp tục tăng tốc độ cắt từ V2V3, nhiệt cắt
tiếp tục tăng, chiều cao
cao lẹo giảm, góc cắt tăng nên hệ số co rút phoi tăng (đoạn BC).
Khi tốc độ vợt quá V3, biến dạng của phoi giảm (đoạn CD). Càng

tăng V, nhiệt cắt càng cao, một lớp phoi gần mũi dao bắt đầu
chảy dẻo làm hệ số ma sát giảm. Mặt khác, tốc độ cắt càng cao
biến dạng dẻo của kim loại càng giảm vì thời gian cắt rất ngắn (tơng tự nh kim loại bị phá huỷ dới tác dụng của lực va chạm) nên
biến dạng của phoi giảm. Khi V > V4 (V4 300m/ph) hệ số co rút phoi
Các hiện tợng vật lý khi cắt

5


Bg Công nghệ kim loại 63 P2_ Gia công cắt gọt
Nguyễn Văn Hoài

..

...

hầu nh không đổi, vì ở tốc độ cắt cao tuy nhiệt cắt lớn nhng
không kịp truyền vào lớp cắt nên ma sát ổn định.
Nh vậy, khi cắt ở tốc độ cao biến dạng
dẻo và ảnh hởng của chúng đến tiêu phí
năng lợng trong quá trình cắt không lớn. Do
đó, nên chọn cắt ở tốc độ cao.
- Chiều dày cắt a càng tăng, biến dạng
H.2.12. ảnh hởng
của phoi càng giảm (hình 2-12). Nh đã biết,
biến dạng của phoi thay đổi theo chiều dày của a đến hệ số co
cắt, lớp phoi sát mặt trớc của dao có biến rút phoi khi gia công
thép 45 với = 25o,
dạng lớn nhất và giảm dần đến lớp xa nhất.
o

Vì vậy, khi tất cả các điều kiện khác nh = 45 , V = 52m/ph.
nhau, phoi càng mỏng biến dạng càng lớn.
- Chiều sâu cắt t ảnh hởng ít đến hệ số co rút phoi.
- Kích thớc phôi và việc sử dụng chất trơn nguội cũng ảnh hởng
tới hệ số co rút phoi K.
2.4. cứng nguội, ứng suất d

a. Hiện tợng cứng nguội: Sau gia công, một lớp mỏng kim loại
trên bề mặt đã gia công có tính chất cơ lý khác với tính chất ban
đầu của phôi và có độ cứng cao hơn, ta gọi lớp kim loại đó là lớp
cứng nguội và hiện tợng đó là hiện tợng cứng nguội .
Nguyên nhân:
- Lớp bề mặt chi tiết bị biến dạng dẻo khi cắt.
- Lỡi cắt thực tế của dao không nhọn lý tởng mà có bán kính cong nhất định, nên khi
bắt đầu cắt, điểm tiếp xúc giữa dao và
phôi là điểm A (hình 2-13). Dao càng đi
sâu vào phôi thì điểm có ứng suất lớn nhất
càng hạ thấp và khi quá trình cắt ổn định,
thì điểm tiếp xúc là điểm B (nằm ngay
trên mặt trợt), do đó chỉ có lớp kim loại nằm
H.2.13 Mô hình
trên đờng BC là đợc cắt thành phoi. Lớp kim
khảo sát hiện tợng
cứng nguội.
loại nằm dới đờng BC bị trợt ép, do đó chịu
biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo.
- Sau khi lỡi cắt đi qua, lớp biến dạng
đàn hồi của bề mặt đã gia công nâng lên
gây áp lực pháp tuyến và ma sát với mặt
sau của dao làm cho một lớp kim loại trên bề

mặt đã gia công bị biến dạng thêm và sinh
cứng nguội.
H.2.14. Sự thay đổi
Do biến dạng dẻo lớp cắt giảm dần từ
độ cứng H theo
ngoài vào trong chi tiết nên kết quả là lớp
chiều sâu lớp bề
Các hiện tợng vật lý khi cắt

6


Bg Công nghệ kim loại 63 P2_ Gia công cắt gọt
Nguyễn Văn Hoài

..

...

ngoài cùng trên bề mặt chi tiết bị phá huỷ,
mặt gia công.
tiếp theo là lớp cứng nguội và trong cùng là
vật liệu ban đầu. Bề mặt chi tiết có độ
cứng lớn nhất.
Mức độ cứng nguội H, chiều sâu lớp cứng nguội h phụ thuộc
vào tính chất vật liệu gia công (vật liệu càng dẻo thì mức độ cứng
nguội càng cao), điều kiện cắt
Lớp cứng nguội có độ cứng cao nhng lại dòn, bề mặt cứng
nguội bị rạn nứt nên độ bền mỏi của chi tiết thấp, đồng thời ảnh
hởng đến khả năng gia công tiếp theo. Lớp cứng nguội có tác dụng

tốt khi bề mặt sau gia công không có khuyết tật.
b. ứng suất d ở lớp bề mặt là một hiện tợng quan trọng, ảnh hởng đến khả năng làm việc của chi tiết máy. n d làm tăng độ bền
mỏi, tăng tuổi thọ chi tiết.
Nguyên nhân phát sinh ứng suất d là do biến dạng không đồng
nhất. Quá trình tạo thành d có thể khái quát nh sau: Khi cắt, lớp
kim loại ngoài cùng bị biến dạng dẻo làm tăng thể tích, nhng bị lớp
biến dạng đàn hồi bên trong cản lại, do đó lớp ngoài chịu nén, lớp
trong chịu kéo. Sau khi dao đi qua, lớp kim loại bên trong bị biến
dạng đàn hồi có xu hớng trở lại vị trí ban đầu nhng lại bị lớp biến
dạng dẻo bên ngoài ngăn lại. Kết quả là lớp trong còn d một phần k
và lớp ngoài còn d một phần n. Đồng thời, dới tác dụng của nhiệt,
chi tiết bị nung nóng, làm cho lớp ngoài có xu hớng giãn nở, nhng bị
lớp trong nguội hơn cản trở, do đó lớp bề mặt chịu n. Khi chi tiết
nguội, ở những lớp bên trong xuất hiện ứng n, còn lớp bề mặt xuất
hiện k. Ngoài ra, sự thay đổi pha trong kim loại làm tăng thể tích
cũng gây d.
Trị số, dấu và chiều d phụ thuộc vào tính chất vật liệu gia
công, thông số hình học phần cắt, chế độ cắt, bôi trơn làm
nguội
2.5. Nhiệt sinh ra khi cắt kim loại

2.5.1. Khái niệm: Nhiệt sinh ra khi cắt ảnh hởng trực tiếp đến
độ mài mòn và tuổi bền của dao, chất lợng bề mặt gia công, làm
thay đổi tính chất cơ học và trạng thái kết cấu của vật liệu gia
công, hạn chế khả năng nâng cao tốc độ cắt, do đó ảnh hởng
đến năng suất gia công.
Trong quá trình cắt, công cơ học làm biến dạng kim loại và ma
sát đều chuyển thành nhiệt. Nhiệt sinh ra đợc truyền vào phôi,
dao, phoi và môi trờng (hình 2-15).
Các hiện tợng vật lý khi cắt

7


Bg Công nghệ kim loại 63 P2_ Gia công cắt gọt
Nguyễn Văn Hoài

..

...

Lợng nhiệt truyền vào các bộ phận, nhiệt độ trong từng bộ
phận là không giống nhau, nó phụ thuộc vào tính chất cơ lý (nhiệt
dung, tính dẫn nhiệt...) của vật liệu phôi,
dao và điều kiện cắt. Ví dụ: khi tiện,
khoảng (50ữ 80)% lợng nhiệt truyền cho
phoi ; khi mài, hầu hết hiệt truyền vào chi
tiết và môi trờng xung quanh.
Nói chung, khi cắt tuy lợng nhiệt
truyền vào dao ít song nhiệt độ ở dao
vẫn rất cao. Trong dao, nhiệt độ cao nhất
H.2.15. Sơ đồ các
ở vùng gần mũi dao và xung quanh lỡi cắt,
vùng tạo và phân tán
nhiệt độ ở mặt trớc cao hơn ở mặt sau.
nhiệt
Do nhiệt độ cao, độ cứng của dao giảm
và dao bị mòn nhanh.
2.5.2. Các yếu tố ảnh hởng đến nhiệt cắt
a. Vật liệu gia công ảnh hởng rất lớn đến nhiệt cắt. Vật liệu

có độ bền càng lớn, độ cứng càng cao, khả năng truyền nhiệt càng
kém thì nhiệt cắt càng lớn và nhiệt độ càng cao (chẳng hạn
nhiệt lợng sinh ra khi gia công thép nhiều hơn khi gia công gang
1,5 lần, vì thép có giới hạn bền cao hơn nên công cần để phá huỷ
liên kết nội bộ lớn hơn).
b. Chế độ cắt và thông số hình học đầu dao:
=
O

Khi cắt thép bằng dao thép gió:

CO .V 0,4 .S 0,24 .t 0,125 .(sin )0,28
0,086

t
ữ
S

.r 0,4 .F 0,058

[oC] (2.2a)
Khi gia công thép bằng dao T15K6:
o = Co.V 0,23.S 0,14.t 0,04
[oC] (2.2b)
Khi gia công gang:
o = 138.V 0,36.S 0,133.t 0,09
[oC] (2.2c)
trong đó: CO- hệ số kể đến ảnh hởng của vật liệu gia công, vật
liệu làm dao; F - diện tích mặt cắt ngang thân dao, mm 2; r - bán
kính cong mũi dao, mm.

c. Kích thớc phôi, vật liệu dao, chất trơn nguội ảnh hởng
nhiều đến nhiệt cắt.
Phơng thức quan trọng để giảm nhiệt cắt là sử dụng chất
trơn nguội đúng tính chất, đủ liều lợng, ngay từ đầu, liên tục với
phơng pháp hợp lý.
2.6. Rung động khi cắt

2.6.1. Khái niệm:
Các hiện tợng vật lý khi cắt

8


Bg Công nghệ kim loại 63 P2_ Gia công cắt gọt
Nguyễn Văn Hoài

..

...

Rung động là những dao động tuần hoàn của hệ thống công
nghệ làm thay đổi vị trí tơng đối giữa dao và phôi, làm thay
đổi chiều dày lớp cắt và lực cắt, thay đổi trị số và đặc tính tải
trọng tác dụng lên máy (có khi làm tăng tải đến 10 lần hoặc hơn
nữa so với khi hệ không rung động). Rung động gây tiếng ồn ảnh
hởng đến sức khỏe công nhân, làm giảm chất lợng bề mặt gia
công, giảm tuổi bền dao (đặc biệt là dao làm bằng KHC và gốm),
giảm tuổi thọ của máy. Ngoài ra, rung động không cho phép tăng
các yếu tố cắt do đó không sử dụng hết công suất máy, năng suất
gia công thấp.

Có thể chia rung động làm hai loại:
a. Rung động cỡng bức là những rung động do các tác nhân
bên ngoài quá trình cắt gây ra và có thể khắc phục. Có các
nguyên nhân sau:
- Các tiết máy quay hoặc phôi quay không cân bằng.
- Các khâu truyền động của máy không chính xác gây rung
động có chu kỳ.
- Rung động từ bên ngoài truyền đến, móng máy không cứng
vững.
- Chuyển động của dao không cân bằng và tính chất gián
đoạn của quá trình cắt.
b. Tự rung phát sinh và duy trì do những nguyên nhân của
chính quá trình cắt.
Các nguyên nhân tự rung bao gồm:
- Lực ma sát giữa các bề mặt của dao với phoi và bề mặt gia
công thay đổi.
- Lực cắt biến đổi do độ cứng của vật liệu gia công không
đồng nhất, do lẹo dao
- Lặp lại vết của bớc gia công trớc.
2.6.2. Các yếu tố ảnh hởng đến rung động
a. Vật liệu gia công càng dòn hoặc càng
dẻo thì rung động càng lớn, vì vật liệu dòn cắt
ra phoi vụn, vật liệu dẻo biến dạng lớn.
H.2.16 ảnh hởng
b. Chế độ cắt:
của tốc độ cắt
- Tốc độ cắt ảnh hởng đến rung động khá
đến cờng độ
phức tạp và liên quan mật thiết với hiện tợng lẹo
rung động.

dao (hình 2-16). Khi tăng
tăng tốc độ cắt nhỏ hơn tốc độ lẹo dao Vo thì cờng độ rung
động tăng, khi tốc độ cắt vợt quá tốc độ lẹo dao Vo thì cờng độ
Các hiện tợng vật lý khi cắt

9


Bg Công nghệ kim loại 63 P2_ Gia công cắt gọt
Nguyễn Văn Hoài

..

...

rung động giảm, nhng khi tốc độ cắt rất cao rung động lại tăng,
vì khi đó sai sót của các khâu truyền dẫn đợc khuếch đại.
- Chiều sâu cắt, lợng chạy dao (hình 217):
Khi tăng chiều sâu cắt t thì lực cắt
tăng, do đó cờng độ rung động tăng.
Khi tăng lợng chạy dao S làm giảm ảnh hH.2.17. ảnh hởng
ởng của phần cong lỡi cắt, nhng lại giảm góc
của t, S đến H
sau thực, do đó rung động giảm, nhng giảm
ít.
c. Thông số hình học dao (hình 2-18):
Khi tăng góc nghiêng chính làm thành
phần lực vuông góc với trục phôi giảm, do đó
rung động giảm. Góc trớc càng tăng (trong
vùng > 0) thì rung động càng giảm, bởi vì

lực cắt giảm và mức độ cứng nguội giảm.
H.2.18. ảnh hởng
Góc sau càng nhỏ thì dao cắt vào kim loại của , , , r đến H
càng khó và ma sát càng lớn nên rung động
càng tăng. Khi tăng bán kính mũi dao r làm
góc nghiêng trên phần lỡi cắt giảm, do đó
rung động tăng. Dao cắt càng mòn (đặc
biệt mòn mặt sau) thì rung động càng tăng,
vì lực tác dụng lên dao tăng.
Ngoài ra, độ cứng vững của hệ MGDC ảnh hởng rất lớn đến
rung động. Hệ MGDC càng cứng vững, khe hở giữa các chi tiết
càng bé, rung động càng ít.
Để giảm rung động, cần chọn chế độ cắt và thông số hình
học đầu dao hợp lý, đặc biệt là góc nghiêng chính. Đây là biện
pháp đơn giản nhng rất có hiệu quả.
Về cơ bản, rung động sinh ra trong quá trình cắt là có hại nh
đã nêu ở trên, song trong một số trờng hợp cần chủ động tạo ra rung
động khi cắt sẽ có lợi, nh:
Để nâng cao năng suất khi cắt các vật liệu khó gia công,
Để hạn chế lẹo dao hoặc giảm ba via trên bề mặt gia công,
Trong một số phơng pháp gia công tinh (nghiền), sử dụng rung
động với tần số và chu kỳ thích hợp sẽ làm tăng độ nhám bề mặt
lên (1ữ 2) cấp.
2.7. mòn dao, tuổi bền dao

2.7.1. Tác hại của mòn, cơ chế mài mòn dao
a. Tác hại: Trong quá trình cắt, DC bị mòn dẫn đến:
Các hiện tợng vật lý khi cắt

10

Bg Công nghệ kim loại 63 P2_ Gia công cắt gọt
Nguyễn Văn Hoài

..

...

- Làm thay đổi thông số hình học đầu dao, làm tăng nhiệt
cắt và lực cắt.
- Chất lợng bề mặt gia công giảm (nhấp nhô bề mặt tăng, lớp
cứng nguội tăng ...)
- Vị trí mũi dao thay đổi theo phơng hớng kính, làm sai lệch
kích thớc gia công.
- Vật liệu làm dao bị thay đổi về tổ chức dẫn đến giảm độ
bền và độ cứng.
Nh vậy, DC bị mài mòn ảnh hởng trực tiếp đến chất lợng bề
mặt gia công, năng suất lao động và giá thành của sản phẩm.
b. Quá trình mài mòn của DC tơng tự
quá trình mài mòn các chi tiết máy, nghĩa là
cũng trải qua 3 giai đoạn (hình 2-19).
- Giai đoạn 1 (đoạn 0T 1) chạy rà, mòn
nhanh, san phẳng nhấp nhô tế vi trên bề mặt
H.2.19. Đồ thị mòn
(do gia công để lại).
- Giai đoạn 2 (đoạn T1T2) mòn làm việc.
- Giai đoạn 3 (đoạn T2T3) mòn khốc liệt. Lúc này do nhiệt độ
cao, cấu trúc kim loại của vật liệu dao thay đổi, độ cứng giảm nên
dao mòn rất nhanh. Tại điểm C độ mòn hS tơng ứng với trạng thái

phá huỷ. Khi đó, không thể tiếp tục quá trình cắt.
So với chi tiết máy, điều kiện làm việc của dao cắt nặng nề
hơn nhiều, mài mòn của dao xảy ra trong điều kiện áp lực rất cao,
thờng (4000ữ 5000)MPa trong khi ở chi tiết máy khoảng 15MPa.
Nhiệt độ ở khu vực ma sát lên đến 1000 oC và có khi cao hơn. Sự
trợt tơng đối giữa phoi và dao lớn (V 60m/ph). Nh vậy, hiện tợng
mài mòn khi cắt xảy ra ở điều kiện áp lực và nhiệt độ rất cao,
rất khó tạo ma sát ớt.
2.7.2. Các nguyên nhân mòn dao:
a. Mòn cơ học: Dao bị mòn do ma sát giữa mặt trớc của dao
với phoi và mặt sau của dao với mặt gia công. Đây là dạng mòn chủ
yếu.
b. Mòn do nhiệt: ở nhiệt độ cao, lớp bề mặt của dao có thể
bị thay đổi về cấu trúc dẫn đến mòn.
c. Mòn do ô xy hoá: ở nhiệt độ cao, lớp bề mặt của dao có
thể bị ôxy hoá trở nên rất dòn và dễ bị phá huỷ.
d. Mòn khuếch tán: Khi nhiệt độ vùng cắt đạt tới 900 OC, kim
loại vùng tiếp xúc khuếch tán vào nhau và tạo thành lớp kim loại mới
dễ bị phá huỷ.
e. Mòn dòn: Dao cắt làm bằng HKC và gốm, ngoài mòn cơ học
còn kèm theo hiện tợng gãy từng phần lỡi cắt.
Các hiện tợng vật lý khi cắt

11


Bg Công nghệ kim loại 63 P2_ Gia công cắt gọt
Nguyễn Văn Hoài

..

...

f. Mòn do mỏi: Khi chịu tải thay đổi, lỡi cắt có thể bị phá huỷ
vì mỏi.
g. Mòn dính: Khi cắt với áp lực và nhiệt độ cao, phoi thoát ra
dính vào mặt trớc của dao. Do dính, một phần kim loại của dao bị
rứt rời từng mảnh và cuốn theo phoi.
2.7.3. Các dạng mòn dao
a. Mòn chủ yếu theo mặt sau
xảy ra khi cắt vật liệu dòn hoặc khi gia
công vật liệu dẻo, chiều dày cắt nhỏ
(a < 0,15mm). Nguyên nhân gây mòn
mặt sau là do biến dạng đàn hồi của
lớp kim loại phôi tiếp xúc với mặt sau.
Chỉ tiêu độ mòn mặt sau là hS
(hình 2-20a).
b. Mòn chủ yếu theo mặt trớc H.2.20 Các dạng mòn dao
xảy ra khi gia công vật liệu dẻo với chiều
dày cắt lớn (a > 0,5 mm) và vận tốc cắt
lớn (hình 2-20b). Khi đó, phoi
tạo áp lực rất lớn ở vị trí cách mép lỡi cắt một khoảng f và tạo thành
rãnh lỡi liềm phát triển nhanh về phía lỡi cắt chính. Chiều rộng rãnh
cứ tăng mãi, cho đến khi dao không còn khả năng cắt.
Chỉ tiêu độ mòn mặt trớc là hL.
c. Mòn đồng thời cả mặt trớc và mặt sau (hình 2-20c)
xảy ra khi cắt vật liệu dẻo với chiều dày cắt trung bình
a = (0,15ữ 0,50)mm và tốc độ cắt trung bình. Lợng mòn h đồng
thời tăng dần cả hai phía, đo đó độ bền lỡi cắt giảm nhanh.
d. Mòn mũi dao xảy ra khi cắt vật liệu có tính dẫn nhiệt kém

(chất dẻo), khi đó nhiệt độ ở mũi dao rất cao làm lỡi cắt chóng bị
mềm và cùn đi (hình 2-20d). Trong các dạng mòn, mòn theo mặt
sau là dạng mòn ảnh hởng nhiều nhất đến chất lợng gia công và dễ
đo nhất. Do đó, dùng hs làm tiêu chuẩn đánh giá độ mòn DC.
Trị số độ mòn cho phép [hS] đợc cho trong sổ tay công nghệ
chế tạo máy.
2.7.4. Tuổi bền của dao T
a. Khái niệm: Tuổi bền dao là khoảng thời gian làm việc liên
tục của dao giữa hai lần mài dao liên tiếp. Tuổi bền dao đợc đánh
giá qua trị số độ mòn cho phép [hS].
A
V= m
b. Quan hệ giữa tuổi bền T và tốc độ cắt V :
T
[ph]
(2.3)
Các hiện tợng vật lý khi cắt

12


Bg Công nghệ kim loại 63 P2_ Gia công cắt gọt
Nguyễn Văn Hoài

..

...

trong đó: V- tốc độ cắt, m/ph ; T- tuổi bền của dao, ph; A- hệ số
phụ thuộc vào điều kiện gia công cụ thể; m- hệ số ảnh hởng, phụ

thuộc vào A và đặc trng mòn của dao.
Tuổi bền T đợc tiêu chuẩn hoá theo các loại dao. Dao có cấu tạo
càng phức tạp, giá trị tuổi bền càng lớn và ngợc lại. Với dao tiện, T =
(30ữ 90)ph.
2.8. bôi trơn và Làm nguội quá trình cắt

2.8.1. Công dụng của bôi trơn - làm nguội
Phun chất trơn-nguội vào vùng cắt nhằm làm giảm ma sat,
giảm nhiệt cắt, tăng tuổi thọ DC, nâng cao chất lợng bề mặt và
năng suất gia công.
Ngoài ra, chất trơn-nguội còn có tác dụng cuốn phoi ra khỏi
vùng cắt.
2.8.2. Yêu cầu đối với chất trơn nguội
- Có tính chất bôi trơn và làm nguội tốt, khả năng tẩy tốt,
đồng thời không đợc độc hại cho ngời, không làm han rỉ trang
thiết bị, dụng cụ và chi tiết gia công.
- Giữ đợc tính chất bôi trơn, làm nguội ở nhiệt độ cắt trong
một thời gian đáng kể.
- Thuận tiện cho việc đa chất trơn nguội vào vùng cắt (không
bị vón cục...) và rẻ.
2.8.3. Các chất trơn - nguội:
- Các chất ở thể lỏng: êmunxi và các loại dầu (dầu động vật,
thực vật ...).
- Các chất ở thể khí: cacbônic, nitơ, chất lỏng và bọt dới dạng sơng mù.
- Các chất ở thể rắn: bột paraphin, ...
2.8.4. Các phơng pháp đa chất trơn nguội vào vùng cắt
a. Tới ở áp suất thờng: là phơng pháp đợc dùng phổ biến
(hình 2-21a).
Phơng pháp này đơn giản,
nhng có nhợc điểm là tốc độ

phun thấp, cần lu lợng lớn
(Q = (8ữ 10)lít/ph), dung dịch bị
tung toé nhiều, hiệu suất thấp.
b. Tới ở áp suất cao :
Với áp suất p = (1,5ữ 2)MPa,
cho phép phun dung dịch thành
Các hiện tợng vật lý khi cắt

H.2.21 Các phơng pháp
đa dung dịch trơn nguội vào
vùng cắt
13


Bg Công nghệ kim loại 63 P2_ Gia công cắt gọt
Nguyễn Văn Hoài

..

...

tia nhỏ ( = (0,5ữ 0,6)mm) với tốc
độ cao vào bề mặt làm việc của
dao (hình 2-21b).
Vì áp suất phun lớn nên dung dịch xâm nhập mạnh vào các kẽ
nứt tế vi và các khe hở của vùng tiếp xúc, có tác dụng bôi trơn và
tẩy tốt, hơn nữa phần lớn dung dịch biến thành hơi nên làm mát
bề mặt ma sát tốt.
Phơng pháp này có nhợc điểm là cần bơm áp lực cao, dung
dịch phải sạch, phải hết sức chú ý đến an toàn lao động.

Trong một số trờng hợp, ngời ta dẫn dung dịch trơn nguội qua
thân dao (khoan lỗ sâu) hoặc qua mặt trớc (cắt nhanh vật liệu
dòn) của dao trực tiếp tới vùng cắt (hình 2-21) hoặc tới dung dịch
dới dạng sơng mù.
Để nâng cao hiệu quả sử dụng dung dịch trơn nguội phải:
Chọn chất trơn nguội phù hợp với tính chất gia công - phun trực tiếp
vào vùng cắt - ngay từ đầu - với lu lợng đủ và liên tục trong quá
trình cắt.

Các hiện tợng vật lý khi cắt

14