Nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng xác định hệ số co rút phoi khi tiện hợp kim đồng trên máy tiện vạn năng 1k62

..

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

TẠ THỊ HƯƠNG

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ DẬP THỦY TĨNH PHƠI TẤM
ĐỂ TẠO HÌNH CHI TIẾT CĨ BIÊN DẠNG PHỨC TẠP

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. LÊ TRUNG KIÊN

HÀ NỘI - 2016


Luận văn Thạc Sĩ

MC LC
CC T VIT TT
DANH MC CC BẢNG BIỂU
PHẦN MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 3
1. Tính cấp thiết của đề tài: .............................................................................................. 3
2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận văn ......................................... 4
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn ................................................................ 4

4. Nội dung của luận văn.................................................................................................. 5
5. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................................. 5
CHƯƠNG 1 ..................................................................................................................... 6
TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TIỆN VÀ VẬT LIỆU ĐỒNG .............................. 6
1.1. Tổng quan của phương pháp tiện. ............................................................................. 6
1.2. Nguồn gốc sinh lực và các thành phần lực cắt .......................................................... 7
1.3. Tổng quan đồng và hợp kim của đồng: ................................................................... 12
1.3.1.

Đồng ............................................................................................................ 12

1.3.2. Hợp kim đồng .................................................................................................. 12
1.3.2.1. Latông. ...................................................................................................... 12
1.3.2.2. Brông ........................................................................................................ 13
CHƯƠNG 2 ................................................................................................................... 14
CƠ SỞ VẬT LÝ QUÁ TRÌNH CẮT GỌT KIM LOẠI ................................................ 14
2.1. Quá trình cắt gọt kim loại và việc tạo phoi ............................................................. 14
2.2. Các dạng phoi .......................................................................................................... 17
2.3 Hiện tượng lẹo dao .................................................................................................. 20
2.3.1. Hiện tượng ....................................................................................................... 20
2.3.2. Cơ chế hình thành lẹo dao ............................................................................... 20
2.3.3. Các loại lẹo dao................................................................................................ 20
2.3. Hiện tượng nhiệt khi cắt .......................................................................................... 20
2.3.1. Nguồn sinh nhiệt .............................................................................................. 21
2.3.2. Phân bố nhiệt cắt .............................................................................................. 22
2.4. Vn rung ng khi ct ........................................................................................ 23

Trần Văn Hòa

1

Kỹ thuật Cơ khí


Luận văn Thạc Sĩ

2.5. S co rỳt phoi v cỏc nhân tố ảnh hưởng đến hệ số co rút phoi. ............................ 25
2.5.1. Sự co rút phoi ................................................................................................... 25
2.5.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến hệ số co rút phoi .................................................. 26
2.5.2.1. Ảnh hưởng của vật liệu gia công đến hệ số co rút phoi. .......................... 26
2.5.2.2. Ảnh hưởng của góc cắt đến hệ số co rút phoi. ......................................... 28
2.5.2.3. Ảnh hưởng của góc nghiêng chính φ ....................................................... 28
2.5.2.4. Ảnh hưởng của chế độ cắt. ....................................................................... 29
CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM VỀ HỆ SỐ CO RÚT PHOI ........... 34
3.1. Mơ phỏng q trình tạo phoi khi tiện đồng C1100 ................................................. 34
3.2. Giới thiệu sơ lược về phần mềm Abaqus/Explicit .................................................. 35
3.3. Thiết lập q trình mơ phỏng: ................................................................................. 36
3.2. Thực nghiệm về xác định hệ số co rút phoi trên máy tiện khi gia công vật liệu
C1100 ............................................................................................................................. 45
3.2.1. Yêu cầu đối với hệ thống thí nghiệm ............................................................... 45
3.3.2. Mơ hình thí nghiệm.......................................................................................... 46
3.2.3. Điều kiện thực nghiệm ..................................................................................... 46
3.2.4. Kết quả thí nghiệm ........................................................................................... 50
CHƯƠNG 4 ................................................................................................................... 53
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN HỆ SỐ CO
RÚT PHOI TRÊN MÁY TIỆN...................................................................................... 53
4.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................... 53
4.2. Nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng các thông số công nghệ (t, s) đến hệ số co
rút phoi ........................................................................................................................... 53
KẾT LUẬN .................................................................................................................... 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 61

Trần Văn Hòa

2

Kỹ thuật Cơ khí


Luận văn Thạc Sĩ

PHN M U
1. Tớnh cp thit ca đề tài:
Để thực hiện được mục tiêu “Cơng nghiệp hố, hiện đại hố Đất nước” thì việc
phát triển khoa học cơng nghệ nói chung và khoa học cơng nghệ trong cơ khí nói
riêng càng trở nên quan trọng và cấp thiết hơn bao giờ hết. Từ cuối thập niên 80 của
thế kỷ XX đến nay, rất nhiều doanh nghiệp trong nước đă trang bị nhiều loại máy, thiết
bị sử dụng kỹ thuật CNC nhằm nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm
Tuy nhiên do giá thành thiết bị cao, chủ yếu trang bị cho dạng sản xuất vừa và
nhỏ, việc chuyển giao công nghệ chưa đầy đủ, chưa chủ động trong cơng tác sửa chữa
và bảo trì máy…. nên cịn nhiều hạn chế. Do đó các máy cơng cụ truyền thống vẫn
được trang bị trong các nhà máy cơ khí chiếm số lượng lớn. Trong gia cơng cơ thì
phương pháp tiện là gọt thông dụng nhất, chiếm tỷ trọng lớn trong gia cơng cắt gọt kim
loại (khoảng 25-50%) ngồi ngun cơng tiện thơng thường thì trên máy tiện cịn có
khả năng khoan, kht, doa, tarơ... trong nhà máy cơ khí thì máy tiện chiếm khoảng 20
– 35% tổng số thiết bị trong phân xưởng. Tiện là phương pháp gia công có phoi được
thực hiện bằng sự phối hợp hai chuyển động gọi là chuyển động tạo hình gồm chuyển
động chính là chuyển động quay tròn của chi tiết và chuyển động chạy dao.
Hiện nay ở trong nước và trên thế giới đă có rất nhiều đề tài nghiên cứu trên
máy tiện như:

Nghiên cứu về ảnh hưởng của các thông số cơng nghệ đến cơ chế mịn dụng cụ
khi gia cơng trên máy tiện với nhiều loại đối tượng vật liệu dao và phôi khác nhau.
Nghiên cứu về ảnh hưởng của chế độ công nghệ đến chất lượng bề mặt thông
qua các thơng số về độ nhám, độ bóng bề mặt ...
Nghiên cứu về yếu tố rung động ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt sản phẩm…
Các nghiên cứu để tối ưu hóa về chế độ cắt, xây dựng các biểu n nh ca
mỏy.

Trần Văn Hòa

3

Kỹ thuật Cơ khí


Luận văn Thạc Sĩ

Cỏc nghiờn cu ny c th hin thông qua các đề tài nghiên cứu các cấp, các
luận văn, luận án và các bài báo đăng trên các tạp chí khoa học, kết quả của một số
nghiên cứu đă được phổ biến vào các giáo trình để đào tạo trong các trường cao đẳng
và đại học.
Một trong những hiện tượng vật lý của quá trình cắt là hệ số co rút phoi, đây là
hiện tượng có ảnh hưởng mật thiết đến các thơng số của q trình cắt như năng suất
chất lượng và hiệu quả gia công như lực cắt, nhiệt cắt, biến dạng chi tiết và chất lượng
bề mặt gia công…Đây cũng là thông số quan trọng quyết định sự tiến triển của quá
trình cắt.
Trong quá trình gia công kim loại màu như đồng, hợp kim đồng thì yếu tố vật
liệu có ảnh hưởng lớn đến hệ số co rút phoi vì đặc trưng của đồng là loại vật liệu dễ
biến dạng và có tính dẫn nhiệt cao. Hiện nay hợp kim đồng được sử dụng nhiều trong
các sản phẩm dạng bạc, chế tạo các điện cực…Từ những phân tích trên tác giả nhận

thấy việc nghiên cứu hệ số co rút phoi đối vật liệu đồng hiện nay là cần thiết nên lựa
chọn đề tài ‘‘Nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng xác định hệ số co rút phoi khi
tiện hợp kim đồng trên máy tiện vạn năng 1K62’’ để thực hiện luận văn thạc sỹ.
2. Mục đích , đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận văn
Nghiên cứu hiện tượng vật lý của quá trình cắt kim loại khi tiện.
Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số co rút phoi đối với vật liệu đồng khi
gia công trên máy tiện.
Phạm vi nghiên cứu là mơ phỏng q trình tạo phoi bằng phần mềm và thực
nghiệm về hệ số co rút phoi của vật liệu đồng được thực hiện trên máy tiện 1K62 tại
trường Đại học công nghiệp Vinh.
3. Ý nghĩa khoa học và thc tin ca lun vn
í ngha khoa hc

Trần Văn Hòa

4

Kỹ thuËt C¬ khÝ


Luận văn Thạc Sĩ

Lun vn xỏc nh c mi quan hệ và xây dựng được công thức thực
nghiệm biểu thị mối quan hệ của hệ số co rút phoi với thông số công nghệ khi tiện vật
liệu đồng C1100 trên máy 1K62.
Mơ phỏng q trình tiện đồng bằng phần mềm Abaqus/Explicit để xác định hệ
số co rút phoi.
Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả của luận văn có thể ứng dụng trong đào tạo, thực tiễn sản xuất. Kết quả
nghiên cứu có giá trị trong việc lựa chọn chế độ cơng nghệ hợp lý khi gia công vật liệu

đồng trên máy tiện để đạt được chất lượng sản phẩm tốt.
4. Nội dung của luận văn
Luận văn được trình bày trong 3 chương, phần mở đầu, phần kết luận và phụ
lục. Sau đây là nội dung tóm lược của các chương:
Chương I: Tổng quan của phương pháp tiện và vật liệu đồng.
Chương này tổng hợp các vấn đề cơ bản chung nhất của phương pháp gia công tiện và
vật liệu đồng như tính chất cơ lý và các đặc điểm khác, ứng dụng của vật liệu đồng….
Chương II: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về các hiện tượng vật lý trong quá trình gia
cơng tiện. Chương này đi sâu tìm hiểu về các hiện tượng vật lý khi gia công tiện, ảnh
hưởng của thông số công nghệ đến hệ số co rút phoi. Là tiền đề để tiến hành các
nghiên cứu về thực nghiệm cũng như mô phỏng cho các chương tiếp theo.
Chương III: Mơ phỏng q trình tạo phoi và thực nghiệm kiểm chứng xác định độ tin
cậy của mô phỏng.
Chương IV: Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công nghệ đến hệ số co rút phoi
đồng. Từ kết quả thực nghiệm thu được xây dựng công thức thực nghiệm biểu thị mối
quan hệ và kết luận ảnh hưởng của thông số công nghệ đến hệ số co rút phoi.
5. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu ở đây là kết hợp nghiên cứu lý thuyết với mô phỏng
và thực nghiệm kiểm chứng. Tiến hành thực nghiệm kết hợp phương pháp quy hoch

Trần Văn Hòa

5

Kỹ thuật Cơ khí


Luận văn Thạc Sĩ

thc nghim, ng dng tin hc tìm ra các quy luật, thơng số và xây dựng các công

thức thực nghiệm.
Các thực nghiệm được tiến hành với các thiết bị hiện có tại Việt Nam như: máy
tiện 1K62, cân phân tích CPA124S của hăng Sartorios tại Khoa Công nghệ – Trường
Đại học Công nghiệp Vinh.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TIỆN VÀ VẬT LIỆU ĐỒNG
1.1. Tổng quan của phương pháp tiện.
Tiện là phương pháp gia công cắt gọt được thực hiện nhờ chuyển động chính
thơng thường do phơi quay trịn tạo thành chuyển động cắt Vc kết hợp với chuyển động
tiến dao là tổng hợp của hai chuyển động tiến dao dọc Sd và tiến dao ngang Sng do dao
thực hiện (hình 1.1)
Khi tiện trục trơn chuyển động tiến dao ngang Sng = 0, chuyển động tiến dao
dọc Sd  0. Khi tiện mặt dầu hoặc cắt đứt chuyển động tiến dao dọc Sd =0. chuyển
động tiến dao ngang Sng  0.
Khả năng công nghệ của tiện: Tiện có thể gia cơng được nhiều loaị bề mặt khác nhau
như các mặt trịn xoay trong
và ngồi, các loại ren, các bề
mặt cơn, các mặt định hình
v.v…(hình 1.1)
a- Tiện mặt ngoài
b- Tiện lổ
c- Tiện mặt đầu
d- Tiện cắt đứt
e- Tiện ren ngồi
f- Tiện ren trong
g- Tiện cơn ngồi

TrÇn Văn Hòa

6

Kỹ thuật Cơ khí


Luận văn Thạc Sĩ

h- Tin cụn trong
i- Tin nh hỡnh

Hỡnh 1.1. Khả năng cơng nghệ tạo hình của phương pháp tiện.
1.2. Nguồn gốc sinh lực và các thành phần lực cắt
Mặt trước của dao chịu tác dụng của lực R0, lực R0 là tổng hợp lực pháp tuyến
N và lực ma sát của phoi lên mặt trước F0, có nghĩa là R0 = N  F0 . Mặt sau của dao
gần lưỡi cắt chịu tác dụng của lực pháp tuyến N’ và lực ma sát lên mặt sau.
Trong quá trình cắt, dưới tác dụng của dao kim loại gia công bị biến dạng đàn
hồi và biến dạng dẻo. Cùng một lúc khi biến dạng lớp cắt, dao chịu tác dụng lên mặt
trước và mặt sau các lực tương ứng.
Ngoài ra, khi cắt phoi trượt ra ngoài trên mặt trước của dao nên giữa phoi và
mặt trước có lực ma sát T. Đồng thời trong q trình cắt, dao có chuyển động tương
đối so với bề mặt đă gia cơng có lực ma sát T1.
Tổng hợp tất cả các lực tác động lên dao, xác định được lực cản cắt gọt (gọi tắt
là lực cắt) - đó chính là sự thể hiện quá trình chống lại của kim loại khi bị phỏ hy ( khi
to phoi ).

Trần Văn Hòa

7

Kỹ thuật Cơ khÝ

Luận văn Thạc Sĩ

Lc ct tỏc dng t phớa lp bị cắt lên mặt trước của dao, là hợp của lực biến
dạng đàn hồi Pđh, lực biến dạng dẻo Pdt và lực ma sát T.
Lực cắt, tác dụng từ phía bề mặt đă gia công lên bề mặt sau của dao – hợp của
các lực tương ứng Pđs , Pds và lực ma sát T1
Trị số của các lực ma sát T, T1 được xác định như sau:
T=  (Pđt+Pdt) ; T1= 1 (Pđs+Pds)
Trong đó  , 1 - hệ số ma sát tương ứng của bề mặt trước và sau với phoi và với kim
loại đă gia công.
R- hợp lực của tất cả các lực PT, PS
Do ảnh hưởng của các hiện tượng vật lý xảy ra trong quá trình cắt nên trị số và
phương của lực cắt R luôn luôn thay đổi.
Để tiện nghiên cứu, người ta thường phân hợp lực R theo 3 hướng trong tọa độ
đề các ta có :
R = Px+Py+Pz

Hình 1.2: Sơ đồ tác dụng của lực khi cắt tự do
Về trị số : R =

Px Py Pz
2

2

2

(1.1)

Trong ú:

Trần Văn Hòa

8

Kỹ thuật C¬ khÝ


Luận văn Thạc Sĩ

Pz lc ct chớnh (lc tip tuyến), tác động theo hướng chuyển động cắt chính.
Có giá trị lớn nhất trong 3 thành phần của lực cắt.
Thường dùng thành phần này để tính tốn độ bền của dao, của máy và để tính cơng
suất máy.
PY – lực hướng kính, tác dụng trong mặt phẳng nằm ngang và có phương vng
góc với đường tâm của chi tiết. Py thường gây cong chi tiết, ảnh hưởng đến độ chính
xác gia công.
Pz – lực chạy dao tác dụng ngược với hướng chạy dao nên nó cản trở chuyển
động chạy dao. Lực Py cần thiết để tính độ bền của cơ cấu chạy dao, công suất tiêu hao
của cơ cấu chạy dao.
Góc hợp bởi lực Pz và R là

,

thường nằm trong khoảng 250 đến
400.
Khi cắt thép 45 bằng dao tiện có góc
 =450;  = 00;  = 150 thì giữa Pz,

Px,Py có mối quan hệ sau:

Py : Pz = (0,4  0,5) ;
Px : Pz = (0,3  0,4)
Thay trị số của Py, Px vào (1.1) có:
R= (1.1-1.18)Pz
 Tổng hợp Px +Py = Pn

Pn có phương pháp tuyến với lưới

Hình 1.3 Các thành phần lực cắt khi tiện mặt trụ

cắt chính, có :
Px = Pn.sin 
Py = Pn.cos 
Để tính gần đúng lực Pz, dùng lực cắt đơn vị:
Pz = p.Fc

Trần Văn Hòa

9

Kỹ thuật Cơ khí


Luận văn Thạc Sĩ

Trong ú Fc din tớch lp cắt (mm2)
P – lực cắt đơn vị (N/mm2)
Lực cắt khi gia cơng vật liệu có độ cứng cao khơng cao hơn so với khi gia cơng
vật liệu có độ cứng thấp trong cùng điều kiện. Góc tạo phoi lớn và phoi dạng răng cưa
do tính dẻo của vật liệu gia công kém làm giảm lực cắt mặc dù độ bền của vật liệu

cao. Khi gia công thép 0,25% các bon thay đổi độ cứng đến HV500 sử dụng dao có
góc trước 0o, lực cắt hầu như độc lập với độ cứng. Mặt khác khi sử dụng góc trước 20o, khi tăng độ cứng của phôi cả lực cắt và lực hướng kính đều giảm. Tăng góc
trước âm có tác dụng làm tăng thành phần lực cắt hướng kính đáng kể [11].
Khi tiện thép thấm các bon, ni tơ tôi cứng đến 60 HRC bằng dao PCBN với  =
- 6o và α = 0o, các thành phần lực cắt P z và Py tăng nhanh theo chiều dài cắt còn
thành phần P x tăng hầu như không đáng kể theo chiều dài cắt. Thành phần lực cắt
Py luôn là thành phần lớn nhất do góc trước âm lớn biến đổi dọc theo bán kính của
lưỡi cắt chỉ ra trên hình 1.4 [12].

Hình 1.4: Mối quan hệ giữa lực cắt và chiều dài cắt khi tiện thép thấm Các
bon, Ni tơ tôi cứng đến 60 HRC bằng dao PCBN với  = - 6o v = 0o.

Trần Văn Hòa

10

Kỹ thuật C¬ khÝ


Luận văn Thạc Sĩ

Liu v ng nghip [13] c s dụng dao PCBN – L với 60% CBN và TiN
làm chất dính kết khi gia cơng thép vịng bi tơi cứng đến 60 ÷ 64 HRC. Họ đă
phát hiện ra rằng lực cắt giảm dần khi tăng độ cứng của vật liệu gia công đến 50 HRC.
Khi độ cứng vượt quá 50 HRC phoi dây dạng răng cưa xuất hiện và lực cắt tăng đột
ngột. Độ cứng 50 HRC gọi là độ cứng tới hạn với tiêu chí lực cắt tối thiểu.
Vấn đề bôi trơn làm nguội tối thiểu so với cắt khô và bôi trơn làm nguội
tràn đă được Varadarajan và đồng nghiệp nghiên cứu [14] khi tiện thép có độ cứng 46
HRC sử dụng dao các bít phủ TiC, TiN, TiCN. Các kết quả chỉ ra rằng bôi trơn, làm
nguội tối thiểu có ưu điểm vượt trội so với tiện khô hoặc bôi trơn, làm nguội thông

thường trên khía cạnh về lực cắt, độ nhám bề mặt sau gia công, hệ số co rút phoi,
chiều dài tiếp xúc phoi và mặt trước và tuổi bền dụng cụ.
Theo Diniz.A.E và đồng nghiệp [15], tiện cứng thường thực hiện trong mơi
trường khơ vì nhiệt độ cao làm cho phoi biến dạng và trượt dễ hơn. Tuy nhiên nhiệt
độ cao lại làm cho phôi dễ bị biến dạng, ảnh hưởng tới độ chính xác hình học, kích
thước và chất lượng tích hợp bề mặt. Trong nghiên cứu của họ đă sử dụng dao PCBN
tiện thép AISI 52100 tôi cứng đạt 58 ÷ 60 HRC với vận tốc cắt từ 110 ÷ 175m/ph; s =
0,08 mm/v; t = 0,3 mm trong môi trường khô, bôi trơn/làm nguội bằng tưới tràn và bôi
trơn làm nguội tối thiểu. Kết quả thí nghiệm đă chứng tỏ rằng trong mơi trường cắt
khơ và tối thiểu mịn mặt sau luôn nhỏ hơn khi bôi trơn/làm nguội tưới tràn; độ nhám
bề mặt hầu như không thay đổi khi cắt trong cả ba mơi trường. Từ đây có thể thấy mơi
trường cắt khơ là tốt nhất trên khía cạnh giảm mòn, độ nhám bề mặt thấp và tiết kiệm
chi phí chất bơi trơn/làm nguội. Trái lại các nghiên cứu thực tế của Koefer [15] cho
thấy sử dụng dung dịch làm nguội ở dạng sương mù hay áp suất cao có tác dụng làm
tăng tuổi bền của dao khi tiện cứng và dầu không nên sử dụng trong tiện cứng do
nhit vựng ct cao (ti 1700oF).

Trần Văn Hòa

11

Kỹ thuËt C¬ khÝ


Luận văn Thạc Sĩ

1.3. Tng quan v ng v hp kim của đồng:
Đồng và hợp kim đồng đă và đang được sử dụng rộng răi trong đời sống hàng
ngày của xă hội. Như các vật dụng trong đời sống hàng ngày, dùng để truyền tải điện
trong lĩnh vực điện, điện tử. Và đặc biệt trong ngành Cơ khí hợp kim đồng được các

nhà thiết kế, chế tạo ra các thiết bị ứng dụng trong các thiết bị máy móc để phục vụ
cho như cầu của con người. Ngoài ra đồng và hợp kim đồng còn được sử dụng trong
lĩnh vực trang trí, chế tác đồ trang sức cho nhân loại.
1.3.1. Đồng
Đồng là kim loại có một dạng thù hình, có mạng lập phương tâm mặt với thông
số mạng a = 3,6A0. Đồng có tính chất như sau:
- Có khối lượng riêng lớn γ = 8,94 g/cm3.
- Tính dẫn nhiệt, dẫn điện rất cao.
- Tính chống ăn mịn tốt.
- Nhiệt độ chảy tương đối cao, Tnc = 10830C.
- Có độ bền thấp σ = 16KG/mm2, HB = 40 nhưng độ bền sẽ tăng mạnh khi biến
dạng nguội.
- Có tính cơng nghệ tốt.
1.3.2. Hợp kim đồng
Là kim loại mà trong đó ngồi ngun tố Cu cịn có các ngun tố khác như Zn,
Sn, Pb, Mn...được đưa vào để tăng cơ tính của đồng. Nhằm đáp ứng yêu cầu kỹ thuật
của chi tiết sau khi gia cơng.
Theo thành phần hóa học, hợp kim đồng được chia thành hai loại chính:
1.3.2.1. Latơng: Là hợp kim của đồng mà thành phần chính là Cu và Zn. Latơng hay
cịn gọi là đồng thau hay đồng vàng. Ngồi ra trong thành phần của hợp kim cịn có các
nguyên tố khác như Pb, Sn, Ni...
Latông theo TCVN 1695 – 75 được kư hiệu bằng chữ L sau đó là các chữ kư
hiệu tên nguyên tố hóa học và ch s thnh phn ca nú

Trần Văn Hòa

12

Kỹ thuật Cơ khÝ

Luận văn Thạc Sĩ

Latụng c chia thnh hai nhúm :
- Latơng đơn giản: Là hợp kim mà trong đó thành phần hóa học chỉ có hai
nguyên tố Cu và Zn. Hợp kim này có độ dẻo cao, độ bền và độ cứng phụ thuộc vào
lượng Zn, khi Zn tăng thì độ bền σb và độ cứng cũng tăng.
- Latông phức tạp: Là hợp kim trong đó ngồi hai ngun tố Cu và Zn thì cịn
có một số ngun tố khác như Pb, Sn, Al, Ni... để cải thiện tính chất của hợp kim.
Thơng thường những Latơng này có độ cứng khoảng 70HB đến 130 HB.
1.3.2.2. Brông:
Là hợp kim của đồng với các nguyên tố khác ngoại trừ nguyên tố Zn, Brơng hay
cịn gọi là đồng thanh. Từ đó ta có các loại brông như sau :
- Brông thiếc: Là hợp kim của Cu với ngun tố chính là Sn, brơng thiếc có độ
bền cao, tính dẻo tốt, tính chống ăn mòn tốt nên thường được sử dụng để chế tạo ổ
trượt, bánh răng, lị xo...
- Brơng nhơm: Là hợp kim của Cu và ngun tố Al. Brơng nhơm có độ bền cao
hơn brơng thiếc, tính chống ăn mịn tốt nhưng nhược điểm lớn nhất là khó đúc.
- Brơng berili: Là hợp kim của Cu với nguyên tố hợp kim chính là Be, còn gọi
là đồng đàn hồi. Hợp kim này có độ cứng cao, tính đàn hồi rất cao, tính chống ăn mòn
và độ dẫn điện tốt nên thường được dùng chế tạo lò xo trong các thiết bị điện.
Kết luận:
- Tiện là phương pháp gia công cắt gọt mà có khả năng cơng nghệ rất rộng. Vì thế tiện
được sử dụng rất phổ biến trong q trình gia cơng chế tạo chi tiết máy.
- Đồng và hợp kim của đồng có tính cơng nghệ tất tốt và được ứng dụng rộng rãi trong
ngành chế tạo máy nói riêng và ngnh cụng nghip nng núi chung.

Trần Văn Hòa

13

Kỹ thuật Cơ khÝ


Luận văn Thạc Sĩ

CHNG 2: C S VT Lí QU TRÌNH CẮT GỌT KIM LOẠI
2.1. Q trình cắt gọt kim loại và việc tạo phoi
Khi cắt gọt kim loại để tạo ra phoi thì lực tác dụng vào cũng phải đủ lớn để tạo
ra trong lớp kim loại bị cắt một ứng suất lớn hơn sức bền của vật liệu bị gia cơng.
Hình dạng, độ cứng, mức độ biến dạng và cấu tạo của phoi chứng tỏ rằng lớp
kim loại bị cắt đã chịu một ứng suất như vậy.
Việc nghiên cứu q trình tạo phoi có một ý nghĩa rất quan trọng vì trị số của
cơng cắt, độ mịn dao và chất lượng bề mặt gia công phụ thuộc rõ rệt vào q trình tạo
phoi.

Hình 2.1 Sơ đồ hóa miền tạo phoi
Khi cắt do tác dụng của lực P (hình.2.1), dao bắt đầu nén vật liệu gia công theo
mặt trước. Khi dao tiếp tục chuyển động trong vật liệu gia công phát sinh biến dạng
đàn hồi, biến dạng này nhanh chóng chuyển sang biến dạng dẻo và lớp phoi có chiều
dày a1 được hình thành từ lớp kim loại bị cắt có chiều dày a, di chuyển theo mặt trước
của dao.
Việc nghiên cứu kim tương khu vực tạo phoi chứng tỏ rằng trước khi biến thành
phoi, lớp kim loại bị cắt đă trải qua một giai đoạn biến dạng nhất định, nghĩa là giữa
lớp kim loại bị cắt và phoi có một khu vực biến dạng. Khu vực này có th l min to
phoi.

Trần Văn Hòa

14

Kỹ thuật Cơ khí


Luận văn Thạc Sĩ

Hỡnh 2.2 : Min to phoi
Trong min này như đã sơ đồ hóa ở hình 2.1 có những mặt trước OA, OB, OC,
OD, OE. Vật liệu gia cơng trượt theo những mặt đó (những mặt trên đó ứng suất tiếp
có giá trị cực đại).
Miền tạo phoi được giới hạn bởi đường OA, dọc theo đường OA phát sinh
những biến dạng dẻo đầu tiên, và đường OE là đường kết thúc biến dạng dẻo, và
đường AE là đường nối liền giữa khu vực chưa biến dạng của kim loại và phoi.
Trong quá trình cắt, miền tạo phoi AOE di chuyển cùng với dao.
Ngoài ra lớp kim loại bị cắt, sau khi đã biến dạng trong miền tạo phoi, khi
chuyển thành phoi còn chịu thêm biến dạng phụ do ma sát với mặt trước của dao.
Những lớp kim loại phía dưới của phoi, kể cả mặt trước của dao (hình 2.1 khu
vực I) chịu biến dạng phụ thêm nhiều hơn các lớp phía trên. Mức độ biến dạng của
chúng lớn đến là các hạt tinh thể trong chúng bị kéo dài ra theo một hướng nhất định,
tạo thành tếch – tua.
Như vậy phoi cắt ra chịu biến dạng không đều.
Mức độ biến dạng của phoi: Kf = Kbd + Kms
Trong đó: Kbd - mức độ biến dạng của phoi trong min to phoi

Trần Văn Hòa

15

Kỹ thuật Cơ khí

Luận văn Thạc Sĩ

Kms - mc bin dng ca phoi do ma sát với mặt trước của dao.
Vì biến dạng dẻo của phoi có tính lan truyền, do đó lớp kim loại nằm phía dưới
đường cắt ON (hình 2.1 khu vực II) cũng sẽ chịu biến dạng dẻo.
Chiều rộng của miền tạo phoi phụ thuộc vào tính chất vật liệu gia công và điều
kiện cắt.
Tốc độ cắt ảnh hưởng lớn nhất đến chiều rộng miền tạo phoi. Tăng tốc độ cắt
miền tạo phoi sẽ co hẹp lại: Vì khi tăng tốc độ cắt, vật liệu gia công sẽ chuyển qua
miền tạo phoi với tốc độ nhanh hơn. Khi di chuyển với tốc độ lớn như vậy vật liệu gia
công sẽ đi ngang qua đường OA nhanh đến mức mà sự biến dạng dẻo không kịp xảy ra
theo đường OA mà chậm đi một thời gian theo đường OA’ (hình 2.3). Tương tự như
vậy, nơi kết thúc quá trình biến dạng trong miền tạo phoi sẽ là đường OE’ chậm hơn so
với OE.
Như vậy tốc độ cắt thấp có miền tạo phoi là AOE, thì ở tốc độ cắt cao miền tạo
phoi sẽ là A’OE’. A’OE’ quay đi một góc theo chiều quay của kim đồng hồ và khi đó
chiều dày cắt giảm đi so với trước (a’1 > a1) vì biến dạng dẻo giảm đi.

Hình 2.3 Miền tạo phoi ứng với tốc độ cắt khác nhau
Ở tốc độ cắt lớn miền tạo phoi co hẹp đến mức mà chiều rộng của nó chỉ cịn
vào khoảng vài phần trăm milimet. Trong trường hợp đó sự biến dạng của vật liệu gia

Trần Văn Hòa

16

Kỹ thuật Cơ khí

Luận văn Thạc Sĩ

cụng cú th xem nh nm lõn cận mặt OF. Do đó để cho đơn giản, ta có thể xem một
cách gần đúng q trình biến dạng dẻo khi cắt xảy ra ngay trên mặt OF đi qua lưỡi cắt
và hợp với phương chuyển động của dao một góc bằng θ.
Mặt OF được gọi là mặt trượt quy ước, góc θ là góc trượt.
Góc trượt là một thông số đặc trưng cho hướng và giá trị của biến dạng dẻo
trong miền tạo phoi.

Hình 2.4 : Tính góc trượt θ
Theo hình 2.4 nếu chiều dày lớp kim loại bị cắt là a, chiều dày của phoi là a1 ta
có:
r

a
OC.Sin
Sin


a1 OC.Cos(   ) Cos(   )

Do đó ta có thể tính θ theo cơng thức: tag 
Nếu đặt

tag 

r. cos
1  r. sin 

cos

1
ta có tag 
K  sin 
r

2.2. Các dạng phoi
Khi gia công vật liệu dẻo và giòn với chế độ cắt (V, s, t) và thơng số hình học
của dao (, ) khác nhau có thể cho các dạng phoi khác nhau.
Có các dang phoi ch yu sau õy :

Trần Văn Hòa

17

Kỹ thuật Cơ khÝ


Luận văn Thạc Sĩ

Phoi xp : Phoi thu c khi gia công vật liệu dẻo ở tốc độ thấp, chiều dày cắt
lớn và góc cắt của dao có giá trị tương đối lớn. Phoi kéo dài thành từng đoạn ngắn, mặt
đối diện với mặt trước của dao rất bóng, mặt kia có nhiều gợn nẻ. Nhìn chung phoi có
dạng từng đốt xếp lại.
Phoi xếp chịu biến dạng rất lớn, do đó vật liệu gia cơng bị mất tính dẻo và được
hóa bền đến mức là các phần tử của phoi đều bị trượt theo mặt OF. Phoi xếp thu được
khi gia cơng thép và có độ cứng cao hơn độ cứng của vật liệu gia công từ 2 – 3 lần.
Điều này chứng tỏ vật liệu đã được hóa bền ở mức độ cao.

c)

a)

d)

b)

Hình 2.5. Các loại phoi tiện
a) Phoi vụn.
b) Phoi xếp.

c) Phoi dây xoắn.
d) Phoi dây hình dải

Phoi dây: Phoi dây thu được khi gia công vật liệu dẻo với tốc độ cắt cao, chiều
dày cắt bé. Phoi kéo dài liên tục, mặt kề với mặt trước của dao rất bóng, cịn mặt đối
diện hơi bị gợn. Ở phoi dây ta khó quan sát mặt trượt như ở phoi xp. iu ú chng

Trần Văn Hòa

18

Kỹ thuật Cơ khí


Luận văn Thạc Sĩ

t mc bin dng do khi tạo thành phoi dây ít hơn so với khi hình thành phoi xếp.
Nói cách khác khi cắt phoi dây quá trình cắt dễ dàng hơn.
Như vậy dạng phoi thu được khi gia cơng kim loại dẻo có thể dùng làm tiêu
chuẩn để đánh giá điều kiện cắt. Khi tạo thành phoi dây, lực cắt đơn vị bé và ít biến

đổi, độ bóng bề mặt đạt được cao hơn khi hình thành phoi xếp.
Phoi vụn: Phoi vụn thu được khi gia cơng vật liệu giịn, trong q trình gia
cơng dụng cụ cắt không làm cho yếu tố phoi trượt mà dường như dứt nó lên.
Khi gia cơng, lớp kim loại bị cắt không qua giai đoạn biến dạng dẻo. Do tác
dụng của dao, trong vật liệu gia công phát sinh biến dạng đàn hồi và ứng suất nén theo
phương chuyển động của dao, mặt khác theo phương thẳng góc với chuyển động xuất
hiện ứng suất kéo. Các yếu tố của phoi bị tách ra chủ yếu do tác dụng của ứng st
kéo, bởi vì vật liệu giịn là loại vật liệu có ứng suất kéo kém hơn ứng suất nén rất
nhiều.
Độ bóng đạt được khi gia cơng phoi vụn khơng cao, bề mặt có cấu tạo gần như
bề mặt kim loại khi bị phá hủy giòn.
Khi cắt ra phoi xếp và phoi dây, phoi tiếp xúc với mặt trước của dao một đoạn l
trước khi rời khỏi dao. Sau đoạn tiếp xúc đó phoi tách ra khỏi mặt trước và cuộn lại
như hình xoắn ốc. Sở dĩ như vậy là vì phoi ở phần tiếp xúc với dao dày thêm, làm cho
các yếu tố của phoi có dạng hình thang.
Nếu giữ nguyên các điều kiện cắt khác và tăng tốc độ cắt thì sự biến dạng của
phoi giảm đi, khiến cho bán kính của cuộn phoi tăng lên.
Góc cắt càng lớn, chiều dày cắt càng bé thì biến dạng của phoi càng lớn nên bán
kích của cuộn phoi càng nhỏ.
Dạng mặt trước của dao cũng ảnh hưởng rất lớn đến bán kính của phoi. Khi dao
bị mịn theo mặt trước, tạo ra một rănh cong thì độ cong của rănh đó trc tip nh
hng n bỏn kớnh ca cun phoi.

Trần Văn Hòa

19

Kỹ thuật Cơ khí

Luận văn Thạc Sĩ

Din tớch tip xỳc ca phoi vi mặt trước của dao phụ thuộc vào tính chất của
vật liệu gia công, tốc độ cắt, chiều dày cắt và các điều kiện cắt khác. Nếu diện tích tiếp
xúc đó giảm đi thì khi cùng một giá trị lực cắt, tải trọng đơn vị trên dao sẽ tăng.
2.3 Hiện tượng lẹo dao
2.3.1. Hiện tượng
Trong quá trình cắt ra phoi dây, trên mặt trước của dao kề ngay lưỡi cắt thường
xuất hiện những lớp kim loại có cấu trúc kim tương khác hẳn với vật liệu gia công và
vật liệu làm dao. Nếu lớp kim loại này bám chắc vào lưỡi cắt của dụng cụ thì được gọi
là lẹo dao.
2.3.2. Cơ chế hình thành lẹo dao
Cơ chế của quá trình hình thành lẹo dao có thể giải thích thêm như sau: do chịu
áp lực lớn và nhiệt độ cao, mặt khác vì mặt trước của dao khơng tuyệt đối nhẵn nên các
lớp kim loại bị cắt nằm kề sát với mặt trước của dao có tốc độ di chuyển chậm và trong
những điều kiện nhất định lực cản thắng được lực ma sát trong nội bộ kim loại thì lớp
kim loại sẽ nằm lại ở mặt trước tạo thành lẹo dao. Vì biến dạng rất lớn nên độ cứng của
lẹo dao lớn hơn độ cứng của vật liệu gia công từ 2,5-3,5 lần và do đó có thể thay thế vật
liệu làm dao để thực hiện quá trình cắt.
2.3.3. Các loại lẹo dao
Nhiều cơng trình nghiên cứu đã chứng tỏ rằng có 2 loại lẹo dao:
- Lẹo dao ổn định: nằm dọc theo lưỡi cắt trong suất quá trình cắt. Loại này gồm một số
lớp gần như song song với mặt trước và thường hình thành khi cắt thép với chiều dày
cắt nhỏ.
- Lẹo dao chu kỳ: Loại này gồm 2 phần: phần nền nằm sát với mặt trước của dao, về cơ
bản gọi là lẹo dao loại 1. Trên nền đó hình thành phần thứ 2, phần này sinh ra lớn lên
và mất đi nhiều lần trong một đơn vị thời gian. Sự xuất hiện và mất đi của lẹo dao làm
cho các góc cắt của dao trong q trình cắt ln ln biến đổi.
2.3. Hiện tượng nhiệt khi cắt

TrÇn Văn Hòa

20

Kỹ thuật Cơ khí


Luận văn Thạc Sĩ

Nhit phỏt sinh trong quỏ trỡnh ct tác động đến:
Dụng cụ cắt: nhiệt cắt làm giảm độ cứng, độ bền cơ học, tăng độ mòn, ảnh
hưởng xấu đến khả năng cắt.
- Vật liệu gia công: nhiệt cắt làm nóng chi tiết gia cơng, gây biến dạng nhiệt độ chính
xác gia cơng giảm.
- Nhiệt cắt gây biến đổi cấu trúc kim loại lớp bề mặt, tạo ra ứng suất dư kéo, tác động
xấu đến chất lượng lớp vật liệu bề mặt chi tiết.
- Tác động vào hệ thống công nghệ (máy-dao- chi tiết)
- Nhiệt cắt làm hệ thống công nghệ biến dạng, ảnh hưởng xấu đến năng suất và chất
lượng khi cắt gọt.
Nhiệt lượng phát sinh khi cắt lớn, cơng cơ học tiêu hao cho q trình cắt sẽ lớn.
Vì vậy: Giảm nhiệt cắt cho phép tăng năng suất cắt, tăng độ chính xác hình học chi tiết
và tăng chất lượng về cơ lư tính lớp bề mặt, gỉam độ mòn của dụng cụ cắt. Cho phép
nâng cao hiệu quả của quá trình cắt.
2.3.1. Nguồn sinh nhiệt
Quá trình cắt là do công tiêu hao để:
- Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo lớp bị cắt và các lớp tiếp xúc giữa bề mặt đă gia
công và bề mặt cắt với dao.
- Để khắc phục ma sát trên mặt trước của dao với phoi và mặt sau của dao với phơi.
Khi cắt kim loại có 3 vùng phát sinh nhiệt.
- Khu vực 1: trên vị trí tiếp xúc giữa phoi và mặt trước của dao.

- Khu vực 2: trên vị trí tiếp xúc giữa phơi và mặt sau của dao.
- Khu vực 3: Trên miền tạo phoi
Nhiệt phát sinh từ 3 khu vực trên và được truyền vào phoi, phơi và dao, có thể xác định
qua phương trình.
Q = Qbd + Qmst + Qmss

Trần Văn Hòa

21

Kỹ thuật Cơ khÝ


Luận văn Thạc Sĩ

Trong ú:
Q: Nhit sinh ra khi ct kim loại
Qbd : lượng nhiệt phát sinh tương đương với công làm biến dạng vật liệu trong
vùng tạo phoi.
Qmst : lượng nhiệt sinh ra tương đương với công ma sát của phoi với mặt trước.
Qmss : lượng nhiệt sinh ra tương đương với công ma sát giữa mặt sau của dụng
cụ cắt với bề mặt đă gia công của chi tiết.
2.3.2. Phân bố nhiệt cắt
Để điều khiển tác động của nhiệt cắt nhằm giảm tác động xấu. Căn cứ vào quy
luật truyền nhiệt có:
Q= Qf + Qct +Qd + Qmt
Tổng nhiệt lượng phát sinh trong vùng cắt được truyền vào phoi, chi tiết, dao và mơi
Chi tiết
Phoi

Qm
Qp

Qc

Dao

Qd

Hình 2.6. Sự phân bố nhiệt xảy ra trong quá trình cắt
trường.
Qf –nhiệt lượng truyền vào phoi (khoảng 50 % - 80%).
Qct –nhiệt lượng truyền vào chi tiết (3% - 10%)
Qd – nhiệt lượng truyn vo dao (10 % - 40% )

Trần Văn Hòa

22

Kỹ thuËt C¬ khÝ


Luận văn Thạc Sĩ

Qmt nhit lng truyn vo mụi trường (1% -5%)
Thực tế: nhiệt lượng do biến dạng ở vùng tạo phoi cơ bản là làm nóng phoi.
Phần nhỏ hơn truyền vào mặt trước của dao. Mặt trước của dao bị nung nóng đến nhiệt
độ cao cịn do ma sát giữa nó với phoi.
Ma sát ở mặt sau của dao với bề mặt đã gia công sinh nhiệt. Nhiệt lượng này
truyền vào dao và chi tiết nhiều hay ít phụ thuộc vào độ dẫn nhiệt của chúng. Nhiệt

lượng truyền vào môi trường lớn làm giảm nhiệt độ vùng cắt.
Do đó dung dịch trơn nguội vừa làm giảm ma sát, giảm lượng nhiệt phát sinh và
dẫn nhiệt ra khỏi vùng cắt làm giảm nhiệt độ vùng cắt.
Nhiệt cắt được phân bố không đều trên dao, phoi và phôi ở trên khu vực, nhiệt
cắt cùng được phân bố không đều nhau, có tới 20% - 80% lượng nhiệt cắt tập trung
trên phoi, khi tăng V tỷ lệ này tăng theo.
Ví dụ: Khi tiện phoi chiếm 20-80% nhiệt, 2-10 % dao, phôi từ 20-70% và mơi trường
chiếm gần 1%.

Hình 2.7 Sơ đồ hình thành và lan tỏa nhiệt
2.4. Vấn đề rung động khi cắt
Khi nghiên cứu rung động cần quan tâm đến những vấn đề sau:
- Hệ thống công nghệ Máy –Dao- gỏ cú cng vng nht nh.

Trần Văn Hòa

23

Kỹ thuËt C¬ khÝ


Luận văn Thạc Sĩ

- Khi lc tỏc ng vo h thống thay đổi thì gây rung động
- Thơng số đặc trưng của rung động là: biên độ A và tần số f
- Hiện tượng cộng hưởng khi có rung động cần được lưu ư.
Rung động luôn luôn xuất hiện trong quá trình cắt vật liệu. Những chỉ tiêu kỹ thuật
của rung động là biên độ(A) và tần số rung động (f).
- Ảnh hưởng xấu của rung động.
- Làm giảm chất lượng bề mặt gia công.

- Làm giảm tuổi thọ của dụng cụ cắt.
- Làm giảm tuổi thọ của máy.
- Giảm năng xuất gia cơng.
Trong q trình cắt tồn tại 2 loại rung động
- Rung động cưỡng bức
- Rung động tự rung.
Rung động cưỡng bức
Nguyên nhân gây rung động cưỡng bức
- Lượng dư gia công không đều
- Do những chi tiết của máy có tham gia chuyển động quay khơng cân bằng
- Các chi tiết máy hay cụm chi tiết như hình bánh răng, đai, hệ thống truyền dẫn
thủy lực…có khuyết tật.
-Do cộng hưởng của rung động từ máy gần đó truyền sang.
- Do sự gián đoạn của bản thân quá trình cắt như khi phay, bào, xọc tiện chi tiết có
lượng dư khơng đều.
- Rung động cưỡng bức dễ phát hiện và khắc phục.
Rung động tự rung
Tự rung là loại rung động tự sinh ra bên trong quá trình cắt, dù cho dao động
cưỡng bức có được khắc phục hồn tồn đi nữa.(Xuất hiện dưới tác động của nội lực)
Ví dụ: Lực ma sát giữa phoi và mặt trước của dao thay i

Trần Văn Hòa

24

Kỹ thuật Cơ khí