Xây dựng phương pháp đánh giá tính gia công cho vật liệu là kim loại màu hợp kim đồnghợp kim nhôm

Bộ giáo dục và đào tạo
Trường đại học bách khoa hà nội

Luận văn thạc sĩ khoa học

Xây dựng phương pháp đánh giá
tính gia công cho vật liệu là kim loại màu
(hợp kim đồng, hợp kim nhôm)

ngành: công nghệ cơ khí

nguyễn văn mẽ

Người hướng dẫn khoa học: pgs.ts. nguyễn viết tiếp

Hà nội, Năm 2006


2

Mục lục
Trang
Trang phụ bìa
Mục lục
Mở đầu
Chương I: Cơ sở lý luận đánh giá tính gia công của vật liệu
1.1. Khái niệm cơ bản về tính gia công của vật liệu.
1.2. Những quan điểm đánh giá tính gia công của vật liệu.
1.2.1..Đánh giá tính gia công của vật liệu từ quan điểm độ lớn của
tốc độ cắt.
1.2.2. Phương pháp đánh giá tính gia công của vật liệu từ quan

điểm lực cắt.
1.2.3. Phương pháp đánh giá tính gia công từ quan điểm chất
lượng bề mặt sau khi gia công.
1.2.4. Đánh giá tính gia công từ quan điểm sự hình thành phoi.
1.2.5. Đánh giá tính gia công từ quan điểm ổn định kích thước của
vật liệu sau khi gia công.
1.2.6. Phương pháp không đánh giá trực tiếp tính gia công.
1.2.7. Phương pháp đánh giá tổng hợp tính gia công.
1.3. Mối quan hệ giữa tính gia công và vật liệu dao cắt.

1
2
4
8
8
10
10

Chương II: nghiên cứu tính gia công của vật liệu hợp kim đồng.

31
31

2.1. Lý thuyết chung về đồng và hợp kim của đồng.
2.1.1. Khái niệm chung.
2.1.2. Tính chất của đồng nguyên chất.
2.1.3. Đặc điểm công nghệ sản xuất bán thành phẩm.
2.2. Các loại hợp kim đồng trong kỹ thuật

2.2.1. Phân loại hợp kim đồng.

2.2.2. Latông (đồng thau).
1/ Latông đơn giản.
2/ Latông phức tạp.
3/ Latông đúc.
2.2.3. Brông (đồng thanh).
1/ Khái niệm.

13
14
16
17
18
20
28

32
32
33
33
37
41
42


3

2/ ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim đến cơ tính và tính
chất của đồng thanh.
2.3. Tính gia công của đồng và hợp kim đồng.
2.3.1. Xếp loại về hệ số tính gia công.

43

2.3.2.Tác động của các yếu tố hợp kim lên tính gia công trên máy.

55

Chương III. Tính gia công của hợp kim nhôm.
3.1. Phân loại hợp kim nhôm.
3.2. Tính gia công và ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim đến tính
gia công của hợp kim nhôm.

59

Chương IV: Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đánh giá tính
gia công của hợp kim màu.
4.1. Các phương pháp thí nghiệm.
4.1.1. Phương pháp thí nghiệm với thời gian dài.
4.1.2. Phương pháp thí nghiệm tiện mặt đầu.
4.2. Xây dựng phương pháp đánh giá tính gia công đối với vật liệu
hợp kim màu.
4.2.1. Sơ ®å thÝ nghiÖm.
4.2.2. Lùa chän vËt liÖu thÝ nghiÖm.
4.2.3. Chän vật liệu và thiết kế dụng cụ cắt.
4.2.4. Chọn máy gia công.
4.2.5. Lựa chọn chế độ cắt.
4.2.6. Thiết kế kết cấu đồ gá.
4.2.7. Trình tự tiến hành thí nghiệm.
4.2.8. Kết quả thí nghiệm.
4.3. Đánh giá kết quả thực nghiệm.

4.3.1. Kiểm tra tính đồng nhất của thực nghiệm.
4.3.2. Xác định hệ số tính gia công và xếp nhóm tính gia công.

62

Kết luận.
Tài liệu tham khảo.
Phụ lục

84

44
45

61

62
62
66
68
69
70
73
75
75
76
77
77
80
85

87


4

Mở đầu
Ngày nay, sự phát triển như vũ bÃo của khoa học và công nghệ đà và đang
đòi hỏi mỗi quốc gia nói chung và ngành chế tạo máy nói riêng cần tập trung
nghiên cứu những tiến bộ kỹ thuật trong lĩnh vực công nghệ chế tạo. Đặc biệt
khi thiết kế công nghệ chuẩn bị sản xuất, một trong những mấu chốt cần phải
giải quyết để nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật của quá trình chế tạo cơ
khí là phải xác định chế độ cắt tối ưu cho từng nguyên công khác nhau nhằm
rút ngắn thời gian chuẩn bị công nghệ; đồng thời đảm bảo thời gian gia công
và chi phí gia công nhỏ nhất, hiệu quả kinh tế của quá trình sản xuất cao nhất.
Trong công nghệ chuẩn bị sản xuất, việc nghiên cứu lựa chọn chế độ cắt
cho mỗi nguyên công phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố của hệ thống công nghệ
như máy, dao, đồ gá và chi tiết gia công. Một trong các yếu tố đó mà chúng ta
cần quan tâm là vật liệu của cho tiết gia công và những tính chất của vật liệu
đố hay còn gọi là tính gia công cđa vËt liƯu.
TÝnh gia c«ng cđa vËt liƯu cã thĨ hiểu một cách đơn giản là mức độ khó
hay dễ gia công. Nếu vật liệu dễ gia công thì ta có thể dùng chế độ cắt lớn,
ngược lại nếu vật liệu khó gia công ta hạ thấp chế độ cắt. Một vật liệu trong
chế tạo máy phải có độ cứng, độ bền nhất định để đáp ứng được yêu cầu của
sản phẩm. Tuy nhiên vật liệu ấy phải đảm bảo được cả tính gia công, nghĩa là
gia công được bằng các phương pháp hiện có.
Như vậy, trong ngành chế tạo máy việc nghiên cứu tính gia công của vật
liệu là hết sức cần thiết và được rất nhiều nước quan tâm nghiên cứu. Tuy
nhiên ở nước ta hiện nay, các công trình nghiên cứu tính gia công của vật liệu
và xây dựng phương pháp đánh giá tính gia công của vật liệu mới chỉ tập trung
vào nghiên cứu đối với một số vật liệu phổ biến đang được ứng dụng trong

việc chế tạo các chi tiết máy như các loại thép, gang,chưa có sự tập trung
nghiên cứu đến tính gia công đối với vật liệu là kim loại màu và hợp kim màu.


5

Vật liệu kim loại màu tiềm tàng các tính chất cơ, lý, hoá đặc biệt, rất
phong phú và đa dạng. Nhiều yêu cầu hóc búa về chức năng của các thiết bị,
kết cấu, dụng cụ trong các lĩnh vực công nghệ cao như điện tử, tin học, hàng
không vũ trụ, năng lượng nguyên tử, hoàn toàn có thể tìm được câu trả lời
trong nhóm vật liệu kim loại màu và hợp kim màu.
Trong lĩnh vực công nghệ chế tạo máy, việc nghiên cứu sử dụng đúng đắn,
hiệu quả vật liệu kim loại màu đòi hỏi phải nghiên cứu xây dựng được phương
pháp đánh giá tính gia công của nó để từ đó xác định được hệ số tính gia công.
Với hệ số tính gia công này làm cơ sở để xác định chế độ cắt khi gia công trên
máy gia công truyền thống cũng như khi gia công trên máy NC, CNC hay
trung tâm gia công.
Trên cơ sở nghiên cứu tính gia công của vật liệu nói chung và vật liệu kim
loại màu nói riêng, ta có thể phân loại, xếp nhóm những vật liệu có tính gia
công tương tự nhau để được phép dùng chung một chế độ cắt khi gia công. Đó
cũng là cơ sở cho phép xác định chế độ cắt một cách nhanh chóng, thuận tiện
bằng các phương pháp khác nhau như tra bảng, tính theo công thức và tối ưu
với việc dùng máy tính để thực hiện.
Với ý nghĩa đó, trong phạm vi nghiên cứu của đề tài chỉ tập trung vào
Xây dựng phương pháp đánh giá tính gia công cho vật liệu là kim loại
màu với đối tượng nghiên cứu cụ thể là hợp kim đồng, hợp kim nhôm.
Nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm:
Chương I: Cơ sở lý luận đánh giá tính gia công của vật liệu.
Đây là chương trọng tâm, cung cấp cơ sở lý luận để đánh giá tính gia
công của vật liệu. Trong đó tập trung vào hai nội dung cơ bản:

1. Những khái niệm cơ bản về tính gia công của vật liệu.
2. Những phương pháp đánh giá tính gia công của vật liệu.


6

Chương II: Nghiên cứu tính gia công của hợp kim đồng
Chương III: Nghiên cứu tính gia công của hợp kim nhôm
Đây là hai chương chủ yếu nghiên cứu những khái niệm cơ bản về hợp
kim đồng, hợp kim nhôm. Nghiên cứu tính chất, đặc điểm của một số loại hợp
kim đồng, nhôm và ảnh hưởng của một số nguyên tố hợp kim trong thành
phần hoá học đến tính gia công của nó.
Chương IV: Xây dựng phương pháp đánh giá tính gia công của kim loại
màu (hợp kim đồng, hợp kim nhôm).
Trong chương này, tác giả đà vận dụng những cơ sở lý luận đà được
nghiên cứu để tiến hành thực nghiệm . Trong đó tập trung vào nghiên cứu:
- Phân tích các sơ đồ thí nghiệm để lựa chọn sơ đồ thí nghiệm phù hợp
với điều kiện thực tiễn tại cơ sở.
- Lựa chọn vật liệu hợp kim đồng, hợp kim nhôm đại diện cho các
nhóm vật liệu làm thí nghiệm.
- Nghiên cứu vật liệu làm dụng cụ cắt phù hợp để đạt được mục đích
của thí nghiệm (đây được xác định là khâu mấu chốt của toàn bộ quá trình
thực nghiệm).
- Lựa chọn máy thí nghiệm.
- Thiết kế đồ gá để gá đặt chi tiết theo sơ đồ thí nghiệm.
- Lựa chọn chế độ cắt, các thông số hình học của dụng cụ cắt.
- Trình tự các bước tiến hành thí nghiệm.
- Xử lý số liệu và đánh giá kết quả thí nghiệm.
Kết luận và những kiến nghị.
Trong nội dung này chủ yếu đưa ra những kết luận có tính chất lý luận

và thực tiễn trong việc nghiên cứu xây dựng phương pháp đánh giá tính gia
công cho vật liệu hợp kim đồng, nhôm. Đồng thời đề xuất những ®Þnh h­íng


7

tiÕp theo trong viƯc nghiªn cøu tiÕp theo nh»m tèi ưu hoá quá trình cắt gọt đối
với vật liệu gia công là hợp kim màu.
Về phương pháp nghiên cứu: Do tính chất của đề tài vừa có tính lý thuyết
vừa có tính thực tiễn, nên trong quá trình nghiên cứu tác giả sử dụng kết hợp
cả 2 phương pháp vừa nghiên cứu cơ sở lý luận, vừa tiến hành làm thực
nghiệm phân tích số liệu để xây dựng cho được phương pháp đánh giá tính gia
công cho vật liệu là hợp kim đồng và hợp kim nhôm.
Tuy nhiên, đây là đề tài nghiên cứu rất rộng lớn và hoàn toàn mới mẻ, các
tài liệu nghiên cứu còn ít. Mặt khác, do kinh nghiệm cá nhân trong lĩnh vực
nghiên cứu còn hạn chế, điều kiện làm thực nghiệm gặp rất nhiều khó khăn
nên trong quá trình nghiên cứu chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót.
Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các Thầy, Cô giáo và các
cộng sự để đề tài tiếp tục được hoàn thiện.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cám ơn sự giúp đỡ hết sức nhiệt tình của
PGS, TS Nguyễn Viết Tiếp cùng các Thầy, Cô giáo trong bộ môn Công nghệ
chế tạo máy- Khoa Cơ Khí Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và các bạn
đồng nghiệp đà giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài này.
Hà Nội, ngày 10 tháng 11 năm 2006


8

Chương I: Cơ sở lý luận đánh giá
tính gia công của vật liệu

1.1.

Khái niệm cơ bản về tính gia công của vật liệu.

Tính gia công của vật liệu là tập hợp những tính chất của vật liệu được gia
công từ quan điểm sự thích hợp của nó đối với gia công các chi tiết máy bằng
một phương pháp gia công cụ thể. Hay nói cách khác, tính gia công của vật
liệu nào đó là mức độ dễ hay khó gia công của vật liệu đó đối với một phương
pháp gia công cụ thể. Mức độ tính gia công của vật liệu đà cho là kết quả đánh
giá về hiệu quả kinh tế và chất lượng của sản phẩm trong quá trình gia công.
Một vật liệu gia công nhất định nào đó có tính gia công tốt hơn vật liệu
khác khi thời gian tiêu tốn cho quá trình cắt gọt càng ngắn nhưng vẫn đảm bảo
yêu cầu về mặt kỹ thuật về độ chính xác kích thước, về sai số hình dáng hình
học của sản phẩm và độ nhám bề mặt gia công; đồng thời đảm bảo sự tiêu tốn
về dụng cụ cắt gọt, năng lượng về thiết bị sản xuất càng nhỏ.
Tính gia công của vật liệu còn có thể hiểu là tập hợp của những tính chất
của vật liệu gia công xác định sự thích hợp của nó với năng suất gia công và
hiệu quả kinh tế kỹ thuật.
Tính gia công của vật liệu không thể chỉ đặc tr­ng b»ng mét sè chØ tiªu
th­êng cã ë vËt liƯu như độ bền, độ cứng,mà khái niệm về tính gia công còn
bao hàm trong nó những tính chất công nghệ khác nhau của vật liệu và với
những tính chất đó có ảnh hưởng trực tiếp đến độ mòn của dụng cụ cắt, lực
cắt, độ nhám bề mặt, hình dạng của phoi cắt,
Tính gia công của vật liệu phụ thuộc vào hàng loạt các nhân tố như thành
phần hoá học của vật liệu, phương pháp tạo phôi và gia công nhiệt, ảnh hưởng
của cấu trúc tế vi, độ lớn của hạt kim loại và cấu trúc của mạng tinh thể,


9

Các nhân tố này ảnh hưởng tương hỗ nhau đến tính gia công và không thể
đánh gía độc lập, riêng lẻ nhau.
Nghiên cứu tính gia công của vật liệu ta thấy nó là một hàm số không chỉ
của riêng vật liệu gia công mà còn của phương pháp gia công, vật liệu chế tạo
dao cắt, Tính gia công của vật liệu có thể đánh giá bằng nhiều chỉ tiêu khác
nhau như hình dạng của phoi, độ ổn định của kích thước sau khi gia công, độ
nhám bề mặt, lực cắt, độ mòn của dao cắt, Tuỳ theo các chỉ tiêu đánh giá
mà ta có các khái niệm về tính gia công khác nhau:
1. Tính gia công động học: Là khái niệm về tính gia công khi đánh giá
tính gia công của vật liệu theo tốc độ cắt v.
2. Tính gia công động lực học: Là khái niệm về tính gia công khi đánh
giá tính gia công của vật liệu theo lực cắt P.
3. Tính gia công hình học tế vi: Là khái niệm về tính gia công khi đánh
giá tính gia công của vật liệu theo độ nhám bề mặt Rz.
4. Tính gia công tuyệt đối: Là khái niệm về tính gia công khi đánh giá
tính gia công của vật liệu theo một chỉ tiêu nào đó trong một điều
kiện nhất định được một giá trị cụ thể nào đó. Khi điều kiện đó thay
đổi thì giá trị đó lại thay đổi.
5. Tính gia công tương đối: Là khái niệm về tính gia công khi đánh giá
tính gia công của các vật liệu khác nhau theo cùng một chỉ tiêu nào
đó với cùng một điều kiện thực nghiệm như nhau. Trên cơ sở kết quả
thu được ta có thể so sánh tính gia công của các vật liệu đó với nhau
hoặc so sánh với vật liệu trong nhóm đánh giá đó với vật liệu được
chọn làm vật liệu chuẩn. Căn cứ vào mức độ so sánh này ta xác định
được hệ số tính gia công, từ đó xem mức độ khó hay dễ gia công của
các vật liệu khác nhau.


10

1.2.

Những quan điểm đánh giá tính gia công của vật liệu.
Như trên đà trình bày, hiện nay có rất nhiều quan điểm đánh giá tính

gia công của vật liệu như đánh giá tính gia công từ độ lớn của tốc độ cắt, độ
lớn của lực cắt, độ nhám bề mặt sau khi gia công, từ quan điểm của sự hình
thành phoi cắt, từ quan điểm nhiệt cắt,..
1.2.1. Đánh giá tính gia công của vật liệu từ quan điểm độ lớn của tốc độ cắt.

a/ Đánh giá tính gia công từ quan điểm tính chất cơ học của vật liệu
Theo phương pháp này để xác định mức độ tính gia công trong thùc tÕ
ng­êi ta chØ sư dơng mét tiªu chn theo tốc độ cắt v 45 (tốc độ cắt phù hợp với
R

R

tuổi bền của dao là 45 phút). Với tuổi bền đà chọn của dụng cụ cắt, tốc độ cắt
được xây dựng từ công thức đơn giản chỉ dùng một giá trị là tính chất cơ học
của vật liệu thông qua trị số độ bền b hoặc độ cứng HB cña nã nh­ sau:
R

v 45.1  σ b.2 

=
v 45.2  σ b.1 

R

x

(1.1)

y

hay

v45.1  HB2 

=
v45.2  HB1

trong đó:

b - Độ bền của vật liệu (Mpa), (N/mm2).
R

R

(1.2)

P

P

HB - §é cøng cđa vËt liƯu.
x,y – Sè mị (x,y = 1,25-2,2)
ChØ sè 1,2 – vËt liÖu 1, vËt liệu 2.
Trong công thức trên giá trị x,y nhỏ tương ứng với vật liệu có độ bền

thấp, ngược lại giá trị x,y lớn tương ứng với vật liệu có độ bÒn cao.


11

V45(m/p)

b (Mpa)
Hình 1.1. Quan hệ v 45 và b
R

R

R

Đối với mỗi vật liệu, độ dÃn dài () có ảnh hưởng đến tính gia công của
vật liệu được thể hiện bằng công thức (1.3)

vt = c. n
trong đó:

(1.3)

- độ dÃn dài của vật liệu.
n số mũ ( giá trị trung bình n = 1- 9).

Từ công thức (1.3) nếu vật liệu có độ dÃn dài tăng, cho phép tốc độ
cắt tăng và tính gia công của vật liệu được cải thiện.
V45(m/p)

Hình 1.2. Quan hệ v45 và

(%)


12

Độ dẫn nhiệt và nhiệt riêng của vật liệu cũng ảnh hưởng đến tính gia
công của vật liệu thể hiện bëi c«ng thøc:

λ0,5
vT = c. 1,8
σb

(m/p )

(1.4 )

Tõ c«ng thøc (1.4 ) nếu hệ số dẫn nhiệt tăng, tốc độ cắt v T tăng và
R

R

tính gia công được cải thiện. Điều này đà được thực tế kiểm nghiệm, nếu vật
liệu có độ dẫn nhiệt cao sẽ tạo điều kiện cho lưỡi cắt có sự dẫn nhiệt tốt và
như vậy cho phép nâng cao tốc độ cắt mà không có sự tập trung nhiệt.
Tóm lại: Để xây dựng được phương pháp đánh giá tính gia công của vật
U

U

liệu theo quan ®iĨm ®é lín tèc ®é c¾t ta chØ viƯc ®o ®é cøng, ®é bỊn, ®é d·n
dµi, ®é dÉn nhiƯt cđa vật liệu và áp dụng các công thức trên để tính toán.
b/ Đánh giá tính gia công từ quan điểm độ mòn và tuổi bền của dao:
Phương pháp đánh giá này được dựa vào việc xác định tuổi bền của dao
ứng với tốc độ cắt V T nhất định trên cơ sở đo độ mòn của dao. Khi đó hệ số
R

R

tính gia công được xác định theo công thức (1.5 ) nh­ sau:

kv =
Trong ®ã:

vT
vT .e

(1.5)

v T – tèc ®é cắt ứng với tuổi bền T của vật liệu nghiên cứu.
R

R

v T.e - Tốc độ cắt ứng với tuổi bền T của vật liệu được chọn
R

R

làm vật liệu chuẩn.
k v Hệ số tính gia công động học tương đối của vật liệu.
R

R

Đây là phương pháp đánh giá tính gia công hay được dùng nhất được
xác định trên cơ sở ®o ®é mßn cđa dao.


13

1.2.2. Phương pháp đánh giá tính gia công của vật liệu từ quan điểm lực cắt.

Phương pháp đánh giá tính gia công của vật liệu dựa trên cơ sở lực cắt
được gọi là tính gia công động lực học.
Tính gia công theo lực cắt biểu hiện sức chịu tải cơ học của lưỡi cắt, của
dao, của máy trong quá trình gia công và là cơ sở cho tính toán công suất tiêu
thụ khi gia công. Để đánh giá tính gia công theo phương pháp này ta tiến hành
thí nghiệm với các vật liệu nghiên cứu với cùng một điều kiện như nhau về
máy, dao cắt, chế độ cắt (v,s,t), điều kiện bôi trơn, độ cứng vững của hệ thống
công nghệ, Thước đo tính gia công theo lực cắt là tỷ lệ thành phần lực cắt
tiếp tuyến của vật liệu nghiên cøu so víi lùc c¾t tiÕp tun cđa vËt liƯu chuẩn
thể hiện theo công thức (1.6)

kd =
Trong đó:

Fz
Fz .e

(1.6)

k d - Hệ số tính gia công động lực học tương đối.
R

R

Fz - Lực cắt tiếp tuyến đo được khi cắt vật liệu nghiên cứu.
R

R

Fz.e - Lực cắt tiếp tuyến đo được khi cắt vật liệu chuẩn.
R

R

Như vậy để đánh giá tính gia công theo phương pháp này ta chỉ cần đo
lực cắt và dùng công thức (1.6) để so sánh. Nhìn chung, khi độ bền kéo, tính
dai va đập và độ cứng của vật liệu tăng thì lực cắt cũng tăng. Với cùng điều
kiện thí nghiệm như nhau nếu lực cắt tăng thì tính gia công của vật liệu giảm,
nghĩa là vật liệu đó khó gia công.
Về nguyên tắc lực cắt cũng là một chỉ tiêu để đánh giá tính gia công
nhưng nó không được sử dụng một cách thực tế để đánh giá mức độ của tính
gia công. Ngoài ra, người ta còn dùng tỷ lệ lực cắt đơn vị khi cắt vật liệu


14

nghiên cứu và vật liệu chuẩn trong cùng một điều kiện để đánh giá tính gia
công.
Khi đó:

kd =
Trong đó:

k ST
k ST .e

(1.7)

k d - Hệ số tính gia công động lực học.
R

R

k ST - Lực cắt đơn vị của vật liệu nghiên cứu.
R

R

k ST.e - Lực cắt đơn vị của vật liệu chuẩn.
R

R

1.2.3. Phương pháp đánh giá tính gia công từ quan điểm chất lượng bề mặt
sau khi gia công.
Phương pháp đánh giá tính gia công từ quan điểm chất lượng bề mặt sau

khi gia công được gọi là tính gia công hình học tế vi. Tính gia công hình học
tế vi được sử dụng để đánh giá mức độ tính gia công ở các nguyên công gia
công lần cuối và do đó độ nhám bề mặt sau khi gia công được làm chỉ tiêu so
sánh đánh giá.
Độ nhám bề mặt sau khi gia công phụ thuộc vào các yếu tố:
+ Chế độ cắt (v, s,t), hình dáng hình học của dao, dạng phoi và độ lớn
của phoi; độ cứng vững của hệ thống công nghệ,
+ Vật liệu gia công: tính chất vật lý, thành phần hoá học, cấu trúc tế vi.
Trong tất cả các tính chất vật lý ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt ta thấy
độ dÃn dài (ảnh hưởng không thích hợp) và độ cứng (ảnh hưởng thích hợp).
ảnh hưởng của thành phần hoá học biểu hiện ở chỗ có nguyên tố làm
tăng, có nguyên tố lại làm giảm độ nhám.


15

Cấu trúc tế vi bề mặt khi tiện được thay đổi đáng kể nếu như thay đổi
các thông số như : tốc độ cắt, lượng chạy dao, bán kính mũi dao, độ mòn của
dao, dung dịch trơn nguội, độ cứng vững của hệ thống công nghệ, các thông
số hình học của dao cắt, phương pháp gá đặt chi tiết gia công,
Chiều cao nhấp nhô R max của bề mặt chi tiết gia công khi tiện bằng dao
R

R

sắc nhọn với chế độ cắt khác nhau bao gồm các thành phần như sau:
R max = h r + h pl + h o + h pr + h tr + h t
R

Trong đó:

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

(1.8)

h r - Chiều cao nhấp nhô liên quan đến b¸n kÝnh mịi dao r.

R

R

h pl - ChiỊu cao nhÊp nhô do biến dạng dẻo của kim loại.
R

R

h o - Chiều cao nhấp nhô liên quan đến độ nhám của lưỡi
R

R

cắt.
h pr - Chiều cao nhấp nhô liên quan đến biến dạng đàn hồi
R

R

ở đỉnh và đáy nhấp nhô.
h tr - Chiều cao nhấp nhô do phoi chạy qua.
R

R

h r - Chiều cao nhấp nhô liên quan đến độ cững vững của
R

R

hệ thống công nghệ.
Từ quan điểm độ nhám với tốc độ cắt có giá trị tới hạn của tốc độ cắt là
v kmin và v kmax (hình 1.3). Tốc độ này giới hạn vùng có tốc độ cắt có độ nhám
R

R

R

R

lớn không thích hợp.
Rz

Độ nhấp nhô cho phép

Vkmin

Vkmax

V (m/p)


16

Hình 1.3. Xác định tốc độ cắt tới hạn từ quan điểm độ nhám bề mặt cho phép
Phương pháp này thích hợp đối với dao thép gió. Để đánh giá tính gia
công theo phương pháp này ta chọn tỷ số độ khác nhau của tốc độ cắt tới hạn
của vật liệu chuẩn và vật liệu nghiên cứu làm tiêu chuẩn tính gia công hình

học tế vi k mg .
R

R

kmg

vk .e max − vk .e min
=
vk max − vk min

(1.9)

Trong ®ã:
v kmax , v kmin Tốc độ cắt lớn nhất và nhỏ nhất của vật liệu nghiên cứu.
R

R

R

R

V k.emax , v k.emin - Tốc độ cắt lớn nhất và nhỏ nhÊt cđa vËt liƯu chn.
R

R

R

R

NÕu hƯ sè k mg cµng lớn thì vùng tốc độ cắt có độ nhám bề mặt lớn
R

R

không thích hợp càng hẹp nghĩa là tính gia công càng tốt.
1.2.4. Đánh giá tính gia công từ quan điểm sự hình thành phoi.
Khi sử dụng phương pháp này có thể dùng các thước đo:
- Hệ số thể tích: Dựa trên việc đo chiều dài l 1 của một đoạn phoi và
R

R

cân trọng lượng Q của nó. Ta có hƯ sè co rót phoi nh­ sau:

kq =
Trong ®ã:

1000Q
ρ .l1.s.t

(1.10)

Q Trọng lượng của phoi.
- Khối lượng riêng của vËt liƯu (g/cm3)
P

l 1 – ChiỊu dµi phoi (mm).

R

R

P


17

s Lượng chạy dao (mm/vòng).
t Chiều sâu cắt (mm)
Hệ số co rút phoi dọc hoặc ngang:
Chiều dài đường cắt của dao sau một thời gian
l
kl = =
l1
Chiều dài phoi xt hiƯn trong thêi gian ®ã

(1.11)

kl > 1 (hƯ số co rút phoi dọc)

Chiều dày phoi thoát
al
ka =
=
a
Chiều dày mặt cắt

(1.12)

ka > 1 ( Hệ số co rút phoi ngang)
kl = ka
R

R

R

R

Từ các thước đo trên,với mỗi loại vật liệu sẽ xác định được một hệ số co
rút phoi. Để so sánh tính gia công của các vật liệu ta phải chọn một vật liệu
làm chuẩn so sánh và có hệ số tính gia công tương đối:

kv =
Trong đó:

kl
k l .e

(1.13)

k l – HƯ sè co rót phoi cđa vËt liƯu nghiªn cøu.
R

R

k l.e – HƯ sè co rót phoi của vật liệu chuẩn.
R

R

Các hệ số này ngoài phụ thuộc vào vật liệu còn phụ thuộc vào chế độ
cắt và thông số hình học của dao. Tuy nhiên, đánh giá tính gia công của vật
liệu từ quan điểm hình dạng phoi không được sáng tỏ đầy đủ so với các
phương pháp khác, cho nên khi áp dụng cần thiết phải kết hợp với các phương
pháp khác.
1.2.5. Đánh giá tính gia công từ quan điểm ổn định kích thước của vËt liƯu
sau khi gia c«ng.


18

Phương pháp đánh giá tính gia công của vật liệu theo độ ổn định kích
thước chỉ được thực hiện trong những trường hợp đặc biệt khi:
- Sản xuất loạt lớn và hàng khối những sản phẩm chính xác trên máy
bán tự động và máy tự động.
- Sản xuất loạt lớn và hàng khối những sản phẩm ở những nguyên công
gia công lần cuối.
Để thực hiện phương pháp đánh giá này chØ viƯc theo dâi kÝch th­íc cđa
mÉu c¾t sau khi cắt với thời gian xác định.
Hệ số tính gia công tương đối được xác định theo công thức:

k =
Trong đó:


e

(1.14)

- sai sè kÝch th­íc sau mét thêi gian tõ khi cắt của vật
liệu nghiên cứu.
e - sai số kÝch th­íc sau mét thêi gian tõ khi c¾t cđa vật
R

R

liệu chuẩn.
Ngoài các phương pháp trên, ta có thể đánh giá tính gia công từ quan
điểm nhiệt cắt và phương pháp không đánh giá trực tiếp tính gia công.
1.2.6. Phương pháp không đánh giá trực tiếp tính gia công.
Theo phương pháp này, các thí nghiệm công nghệ được tiến hành trên
các dụng cụ đặc biệt kể cả phương pháp đánh giá tính gia công bằng nhiệt cắt,
độ co rút phoi.
Trên thùc tÕ ta cã thĨ sư dơng bóa thư nghiƯm hoặc phương pháp khoan
với áp lực không thay đổi để đánh giá tính gia công của vật liệu.


19

Sau đây ta khảo sát sơ đồ đánh giá tính gia công bằng phương pháp
khoan (hình 1.3).

m

Hình 1.3. Sơ đồ thử nghiệm tính gia công lỗ khoan với áp lực không đổi
Theo sơ đồ trên, ta thực hiện khoan vào vật liệu nghiên cứu đến độ sâu
h với mũi khoan có đường kính nhất định với số vòng quay nhất định và một

áp lực cố định nhờ đối trọng (m). Do tính gia công của các vật liệu khác nhau
nên đạt được độ sâu h khác nhau ở từng vật liệu. Để thực hiện phương pháp
này ta tiến hành đo độ sâu h và áp dụng công thức (1.15) sẽ cho phép xác định
được hệ số tính gia công đối với từng loại vật liệu nghiên cứu:

kk =
Trong đó:

h
he

(1.15)

k k Hệ số tính gia công tương đối.
R

R

h Chiều sâu lỗ khoan được vào vật liệu nghiên cứu.
h e Chiều sâu lỗ khoan được vào vật liệu chuẩn.
R

R


20

Khi thực hiện phương pháp khoan này ta cũng có thể điều chỉnh độ sâu
khoan với lỗ sâu h như nhau víi cïng mét mịi khoan, cïng mét ¸p lùc ở các
vật liệu nghiên cứu khác nhau. Do tính gia công của các vật liệu khác nhau,

nên thời gian cắt của chúng khác nhau. Bởi vậy ta tiến hành đo thời gian t ở
các vật liệu và xác định hệ số tính gia công tương đối theo công thức (1.16).

kt =
Trong đó:

t
te

(1.16)

t Thời gian khoan được chiều sâu h vào vật liệu nghiên
cứu.
t e thời gian khoan được chiều sâu h vào vật liệu chuẩn.
R

R

1.2.7.Phương pháp đánh giá tổng hợp tính gia công.
Phương pháp đánh giá tổng hợp tính gia công là một phương pháp rất
khó khăn. Tuy nhiên, chúng ta cũng có thể tiến hành những thí nghiệm để tìm
các tiêu chuẩn đánh giá tính gia công từ một số hoặc nhiều chỉ tiêu.
1/ Tính gia công cơ học Mo.
Tính gia công cơ học Mo biểu hiện bằng tỷ lệ tính gia công động học
V T và tính gia công động lực học k st (công thức1.17).
R

R

R

Mo =

R

VT
k ST

(cm3/phút)

(1.17)

Tiêu chuẩn tính gia công cơ học Mo tăng lên khi giá trị tốc độ cắt V T
R

R

tăng và lực cắt đơn vị k ST giảm. Nó được biểu hiện bằng thể tích vật liệu trong
R

R

một phút được cắt bằng một lực cắt đơn vị.
2/ Năng suất cắt Po.


21

Năng suất cắt Po biểu hiện bằng tích của tốc độ cắt V T và lượng chạy
R

R

dao công nghệ cho phép ST (công thức 1.18).
R

R

Po = 10.V T .ST (cm3/phút)
R

R

R

R

P

(1.18)

P

Lượng chạy dao công nghệ cho phép được tính:

ST =
Trong đó:

Fcf
k ST .t

(mm)

(1.19)

F cf Lực cắt tối đa cho phép.
R

R

t Chiều sâu cắt.
k ST Lực cắt đơn vị.
R

R

Cho nên:

Po = 10.

VT Fcf
.
= Mo.C
k ST t

(1.20)

3/ Đánh giá tính gia công của vật liệu bằng phương pháp mài.
Mài cũng là phương pháp gia công bằng cắt gọt nên ta hoàn toàn có thể
sử dụng những phương pháp đánh giá trên để đánh giá tính gia công của vật

liệu. Tuy nhiên, gia công vật liệu bằng phương pháp mài có đặc thù riêng nên
đây là một lĩnh vực cần được nghiên cứu sâu và hết sức cụ thể.
Đánh giá tính gia công bằng phương pháp mài có thể bằng nhiều chỉ
tiêu như sau:
Đánh giá bằng năng suất mài Q;
Đánh giá theo hệ số tính cắt gọt của đá mài;
Đánh giá theo khả năng cắt gọt của đá mài;
Đánh giá theo hệ số mài giữa lực mài tiÕp tun vµ h­íng kÝnh;


22

Đánh giá bằng các đại lượng đặc trưng có liên quan đến chiều dày
tương đương của lớp cắt;
Đánh giá bằng độ sắc của đá mài Q s ;
R

R

Đánh giá bằng tốc độ ăn vật liệu qui ước Q b ;
R

R

Đánh giá bằng năng lượng mài e MS ;
R

R

Đánh giá bằng hệ số thể hiện hiệu quả mài;

Đánh giá tính gia công trên cơ sở đo độ mòn của đá và tuổi bền của đá;
Đánh giá tính gia công của vật liệu dựa trên đường cong phát tia lửa;
Đánh giá tính gia công bằng sự phối hợp một số chỉ tiêu hay bằng đặc
tính của mài.
Do phạm vi nghiên cứu của đề tài nên chỉ giới thiệu một số chỉ tiêu khi
đánh giá tính gia công của vật liệu bằng phương pháp mài:
a/ Đánh giá bằng năng suất mài Q:
Theo phương pháp này, đánh giá tính gia công của vật liệu bằng lượng
vật liệu mài ra được sau một thời gian t

Q=

Vo
t

(mm3/s)
P

P

(1.21)

Ta cũng có thể đánh giá bằng năng suất mài đơn vị q:

q=
Trong đó:

Q
p

(mm3/s.W)
P

P

V o - Thể tích vật liệu mài ra được từ phôi thí nghiệm
R

R

(mm3).
P

(1.22)

P

t Thời gian mài (s).
p Công suất cắt khi mài (W).


23

b/ Đánh giá theo hệ số tính cắt gọt của đá mài:
Hệ số tính cắt gọt của đá mài được tính bằng tỷ lệ tốc độ tiến sâu vào
vật của đá mài và lực cắt:

vy

ky =

(1.23 )

( àm/s.N )

(1.24 )

Fy

vy

kz =
Trong đó:

( àm/s.N )

Fz

V y Tốc độ tiến sâu vào vật của đá mài.
R

R

(àm/s).

Fy - Lực hướng kính (N).
R

R

Fz Lực tiếp tuyến (N).
R

R

c/ Đánh giá theo khả năng cắt gọt của đá mài:
Hệ số khả năng cắt gọt của đá mài k Q được xác định theo công thøc
R

R

(1.25):

Q
Fy

kQ =
Trong ®ã:

( mm3/s.N )

( 1.25 )

Q – ThĨ tÝch kim loại mài ra được sau một đơn vị thời

gian
(mm3/s).
P

P

F y Lực cắt hướng kính (N).
R

R

Trên cơ sở của phương pháp này còn thực hiện thông qua việc đánh giá
bằng hệ số ăn vật liệu khi mài K u :
R

KU =

R

Q
QK

(1.26)


24

Trong đó:

Q Thể tích của kim loại được mài ra sau một đơn vị thời
gian (mm3/s).
P

P

Q K Thể tích của đà bị mòn sau một đơn vị thời gian
R

R

(mm3/s).
P

P

d/ Đánh giá tính gia công trên cơ sở đo độ mòn của đá mài và tuổi bền
của đá:
- Độ bền của đá được xác định:

O=
với:

C0
T

(1.27)

C o Hằng số phụ thuộc vào điều kiện mài.
R

R

T Tuổi bền của đá (phút).
- Tuổi bền của đá được xác định:

Co
Qm

Tm =
Trong đó:

(1.28)

m số mũ.
Q m Lượng ăn vật liệu tính trên một đơn vị bề mặt cắt
R

R

của
đá mài (mm3/phút.mm2).
P

P

P

P

Bằng cách xây dựng quan hệ biểu đồ T f (Q m ) hay trong toạ độ
R

R

logT - logQ m xác định được tuổi bền của đá, từ đó xem xét tính cắt gọt của đá

R

R

và tính gia công của vật liệu.
Bằng cách xây dựng quan hệ độ mòn của đá với chiều sâu cắt tương
đương h eq có biểu thøc:
R

R

hBK = h1.heqh

(1.29)


25

Trong đó:

h BK - độ mòn của đá.
R

R

h Hằng số đối với h eq = 1àm.
R

R

h số mũ.
Cũng trên cơ sở đo độ mòn của đá mài trong quan hệ với thời gian. Độ
mòn đá mài được tính:

hBK = hoBK + b.tba
Trong đó:

(1.30)

h oBK - Độ mòn ban đầu của đá mài.
R

R

t B Thời gian mài.
R

R

b Hệ số.
a Số mũ
Để so sánh tính gia công của các loại vật liệu khác nhau ta chọn một giá
trị h eq và thời gian t B như nhau (vÝ dơ h eq – 0,3µm, t B =10 phót).
R

R

R

R

R

R

R

R

Sau khi xây dựng được quan hệ độ mòn và thời gian h BK = f(t) đối với
R

R

mỗi loại đá mài cho c¸c vËt liƯu kh¸c nhau ta dïng hƯ thøc:

J =
Trong ®ã:

d .hBK hBK ..(t2 ) − hBK .(t1 )
=
dt
t2 − t1

(1.31)

h BK (t 2 , t 1 ) - độ mòn của đá mài ở thời điểm t 2 vµ t 1 .
R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

t 2 , t 1 – thêi điểm thứ 2 và thứ 1 được chọn để so sánh
R

R

R

R

đánh giá.
đ/ Đánh giá tính gia công của vật liệu dựa trên đường công phát tia lửa.
Một trong những đặc điểm mang tính chất đặc thù của phương pháp gia
công bằng mài là sau khi điều chỉnh chiều sâu cắt cho đá chạy qua vật mài thì

với một lần chạy dao không bao giờ cắt hết lượng dư cắt. Cứ tiÕp tơc cho ch¹y