Nghiên cứu ảnh hưởng các thông số đặc trưng của bôi trơn tối thiểu đến quá trình tạo phoi và mòn của dụng cụ khi tiện thép 9xc qua tôi sử dụng bôi trơn làm nguội tối thiểu mql

..


Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bơi trơn tối thiểu đến q trình
tạo phoi và mịn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội
tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy)

1
LỜI NĨI ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Quá trình cắt kim loại là một quá trình phức tạp có kèm theo hiện tƣợng vật
lý nhƣ biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, sinh nhiệt, toả nhiệt, lẹo dao, mịn dao...Vì
vậy cần phải tìm hiểu và nắm vững bản chất những hiện tƣợng vật lý đó để có
những biện pháp cải thiện điều kiện cắt, điều khiển q trình cắt nhằm đạt mục đích
cuối cùng là tăng chất lƣợng sản phẩm.
Bôi trơn-làm nguội kiểu tƣới tràn đã đƣợc nghiên cứu và ứng dụng rất rộng
rãi trong ngành cơ khí. Tuy nhiên phƣơng pháp này vẫn đƣợc các nhà khoa học tiếp
tục nghiên cứu với các hƣớng chủ yếu nhƣ:
Nâng cao hiệu quả của q trình bơi trơn làm nguội.
Tìm các chất phụ gia nhằm nâng cao hoạt tính của dầu cắt gọt.
Nghiên cứu tìm các loại dầu cắt gọt mới ít độc hại, thân thiện với mơi
trƣờng...
Do những hạn chế của phƣơng pháp tƣới tràn nên từ những năm 90 của thế
kỷ 20, ở các nƣớc công nghiệp phát triển nhƣ CHLB Đức, Thuỵ Điển... đã bắt đầu
nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu (Minium Quantity
Lubricant). Do có nhiều ƣu điểm nổi bật và đặc biệt là không gây ô nhiễm môi
trƣờng nên công nghệ này đƣợc nghiên cứu và ứng dụng rất rộng rãi trong sản xuất.
Hƣớng nghiên cứu chủ yếu tập trung vào các vấn đề nhƣ:
Tìm các loại dầu cắt mới đáp ứng các yêu cầu của công nghệ bơi trơn làm
nguội tối thiểu. Hoặc tìm các chất phụ gia để làm tăng tính cắt của các loại dầu...
Nghiên cứu xác định áp suất và lƣu lƣợng tƣới tối ƣu.

Cải tiến kết cấu dụng cụ để thích hợp với công nghệ bôi trơn làm nguội tối
thiểu.
Nghiên cứu ứng dụng bôi trơn làm nguội trong công nghệ tiện cứng, trong
gia công tốc độ cao...
Các nghiên cứu đã chứng minh đƣợc ƣu điểm của phƣơng pháp bôi trơn tối
thiểu so với các phƣơng pháp tƣới truyền thống hay gia công khơ [1], [3]. Trong

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bơi trơn tối thiểu đến q trình
tạo phoi và mịn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội
tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy)

2
nghiên cứu của Ronan Autret [6] đối với q trình tiện cứng cho thấy bơi trơn tối
thiểu có ƣu điểm hơn hẳn so với gia cơng khơ về nhám bề mặt, lực cắt và nhiệt cắt.
Ở Việt Nam, công nghệ này mới chỉ đƣợc tiếp cận trong vài năm trở lại đây.
Các nghiên cứu của TS. Trần Minh Đức [2] khi tiện cắt đứt và phay lăn răng sử
dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu với một số chất bôi trơn nhƣ Emuxi, dầu lạc và
dầu D40 cho thấy những ƣu điểm của phƣơng pháp bôi trơn tối thiểu. Nghiên cứu
của TS. Trần Minh Đức, ThS. Phạm Quang Đồng [3] khi áp dụng bôi trơn tối thiểu
cho q trình phay rãnh bằng dao phay ngón cũng cho thấy những ƣu điểm của
phƣơng pháp này nhƣ làm tăng tuổi bền của dụng cụ cắt, giảm ô nhiễm môi trƣờng.
Với mục đích nghiên cứu và ứng dụng cơng nghệ bơi trơn tối thiểu một cách
có hiệu quả trong điều kiện cụ thể ở nƣớc ta, tác giả đã chọn đề tài nghiên cứu tài:
“Nghiên cứu ảnh hưởng các thông số đặc trưng của bôi trơn tối thiểu đến quá trình
tạo phoi và mịn của dụng cụ cắt khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm

nguội tối thiểu (MQL).” Là cần thiết và có tính ứng dụng trực tiếp.
2. Mục đích nghiên cứu
Đƣa ra chế độ bơi trơn làm nguội hợp lý để nâng cao tuổi bền của dụng cụ
cắt.
3. Đối tƣợng nghiên cứu
Tiện cứng thép 9XC qua tôi, sử dụng dao CBN trên máy tiện OKUMA với
dầu thực vật làm dung dịch trơn nguội.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Q trình cắt sử dụng bơi trơn làm nguội tối thiểu là một quá trình phức tạp
với tập hợp lớn các thông số ảnh hƣởng và chỉ tiêu đánh giá. Phƣơng pháp nghiên
cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm đƣợc trình bày trong luận văn khơng chỉ phù hợp
với đối tƣợng nghiên cứu của đề tài mà cịn có thể sử dụng khi nghiên cứu q trình
bơi trơn làm nguội tối thiểu ứng với các điều kiện khác nhau.
5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
a.Ý nghĩa khoa học.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bơi trơn tối thiểu đến q trình
tạo phoi và mịn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội
tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy)

3
Về mặt khoa học, đề tài phù hợp với xu thế phát triển khoa học công nghệ
trong và ngồi nƣớc về cơng nghệ sạch và thân thiện với môi trƣờng.
Bổ xung thêm lý thuyết về cơ sở vật lý của q trình tạo phoi khi có MQL.
b.Ý nghĩa thực tiễn.

Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của bôi trơn làm nguội tối thiểu tới q trình
gia cơng vật liệu là thép 9XC có thể áp dụng trực tiếp hoặc dùng để tham khảo khi
gia công các loại thép khác.
Đƣa ra hƣớng dẫn cơng nghệ để q trình tạo phoi thuận lợi nhất và độ mòn
của dụng cụ cắt là nhỏ nhất.
6. Nội dung nghiên cứu
Ảnh hƣởng của bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) đến quá trình hình thành
phoi, dạng phoi và xác định hệ số co rút phoi (so sánh với tiện khơ).
Cơ chế mịn, độ mịn của dụng cụ cắt khi có bơi trơn làm nguội tối thiểu
(MQL), (so sánh với tiện khô).
Kết luận chung.
7. Kết quả của đề tài
Đã tìm hiểu đƣợc một số lý thuyết cơ bản về bôi trơn làm nguội trong cắt
gọt, đặc biệt là bơi trơn tối thiểu trong q trình tiện cứng.
Sử dụng thành cơng dầu thực vật sẵn có ở Việt Nam vào tiện cứng khi sử
dụng phƣơng pháp bôi trơn tối thiểu.
Kết quả nghiên cứu đã cho thấy hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của phƣơng pháp
tiện thép qua tôi sử dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu so với tiện khô.
8. Lời cảm ơn!
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới
PGS.TS. Nguyễn Đăng Bình, thầy giáo đã tận tình hƣớng dẫn và giúp em
hồn thành luận văn này.
Trung tâm thí nghiệm - Trƣờng ĐHKT Cơng nghiệp, phịng thí nghiệm kỹ
thuật và cơng nghệ vật liệu cùng các đồng nghiệp đã giúp em hoàn thành luận văn
này.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bơi trơn tối thiểu đến q trình
tạo phoi và mịn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội
tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy)

4
Thái Nguyên, ngày 05 tháng 11 năm 2011
Học viên

Chu Ngọc Hùng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bơi trơn tối thiểu đến q trình
tạo phoi và mịn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội
tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy)

5
Chƣơng 1

TỔNG QUAN
1. QUÁ TRÌNH TẠO PHOI
1.1. Sự hình thành và phân loại phoi
* Sự hình thành.
Lớp kim loại bị cắt ra trong q trình gia cơng cơ khí đƣợc gọi là phoi.
Sự tạo thành phoi chỉ phát sinh khi lực P đủ lớn để tạo ra trong lớp cắt một
ứng suất vƣợt quá giới hạn bền của vật liệu gia công.

H1.1 Miền tạo phoi
Dao dƣới tác dụng của lực P đi vào vật liệu gia công, mặt trƣớc nén vật liệu,
nếu dao tiến thêm vật liệu gia công phát sinh biến dạng đàn hồi rồi mau chóng
chuyển thành biến dạng dẻo, bề dầy a ban đầu suy biến thành bề dày a 1, phoi
chuyển động theo mặt trƣớc của dao và chịu thêm một biến dạng phụ do ma sát với
mặt trƣớc dao.
Khi nghiên cứu tổ chức tế vi khu vực tạo phoi chứng tỏ: trƣớc khi thành phoi
lớp kim loại bị cắt qua một giai đoạn biến dạng, khu vực này gọi là miền tạo phoi
(AOE).
OA: đƣờng phát sinh biến dạng dẻo đầu tiên.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bơi trơn tối thiểu đến q trình
tạo phoi và mịn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội
tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy)

6
OE: đƣờng kết thúc biến dạng dẻo.
OA, OB, OC, OD, OE: là những mặt trƣợt, kim loại bị trƣợt theo mặt đó.θ
Trong q trình cắt, vùng tạo phoi AOF di chuyển theo dao.Vùng này rộng
hay hẹp phụ thuộc vào nhiều yếu tố: vật liệu gia cơng, hình dạng dụng cụ cắt, chế
độ cắt…..nhƣng chủ yếu là tốc độ cắt.
Tốc độ càng cao, miền tạo phoi càng hẹp có thể dần đến vài phần trăm
milimet và coi nhƣ xảy ra trên mặt phẳng OF nghiêng với phƣơng chuyển động dao
một góc θ, θ gọi là góc trƣợt: đặc trƣng cho hƣớng và giá trị biến dạng dẻo trong

miền tạo phoi.
Tgθ = cosγ/(k – sinγ)
* Phân loại phoi.
Phoi dây (hình 1.2a) đƣợc hình thành khi gia cơng vật liệu dẻo với chiều sâu
cắt nhỏ, tốc độ cắt và góc trƣớc  lớn.
Phoi xếp lớp (hình 1.2b) đƣợc hình thành khi gia công thép và các vật liệu
dẻo khác với chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trƣớc  nhỏ.
Phoi vụn (hình 1.2c) đƣợc hình thành khi gia công các vật liệu dẻo với chiều
sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trƣớc  nhỏ.
Phoi vụn (hình 1.2d) đƣợc hình thành khi gia cơng các vật liệu giịn (gang)
với chiều sâu cắt và góc trƣớc  lớn.
a)

b)
P

a

a

C

P
B

c)

a

d)

C

P
B

a

C

P
B

Hình 1.2. Các loại phoi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bơi trơn tối thiểu đến q trình
tạo phoi và mịn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội
tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy)

7
1.2. Quá trình tạo phoi khi tiện thƣờng
Qua nghiên cứu q trình tiện nói chung thì thực tế phoi đƣợc tánh ra khỏi
chi tiết khi cắt không theo phƣơng của vận tốc cắt v (tức là phƣơng lực tác dụng).
Phoi khi cắt ra bị uốn cong về phía mặt tự do, kích thƣớc của phoi bị thay đổi so với
lớp cắt khi cịn trên chi tiết (hình 1.3).
bF

LF

aF
V

b
a

L

Hình 1.3: Quá trình hình thành phoi khi tiện thường
Khi dao dịch chuyển các phân tử kim loại lúc đầu bị nén đàn hồi (hình 1.4a), sau đó
bị biến dạng dẻo, quá trình biến dạng dẻo tăng dần cho đến khi bị lực liên kết bên
trong của các phân tử chặn lại. Ở thời điểm này xảy ra sự xếp lớp của các phần tử
phoi và sự trƣợt của chúng trên mặt phẳng BC (hình 1.4b). Hiện tƣợng tƣơng tự
cũng xảy ra đối với các phần tử tiếp theo từ 1  5 (hình 1.4c).
a)

b)
P



a

1
2



a



C

P

B

c)
2

C





P


4

a

1

3

5

B

Hình 1.4. Sơ đồ quá trình hình thành phoi thép
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bơi trơn tối thiểu đến q trình
tạo phoi và mịn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội
tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy)

8
Biến dạng dẻo xảy ra trong vùng đƣợc giới hạn bởi góc , góc này đƣợc gọi là góc
tác động. Góc 1 gọi là góc trƣợt, cịn mặt phẳng BC gọi là mặt phẳng trƣợt.
Quá trình hình thành phoi trên đây xảy ra khi gia công các vật liệu dẻo với
chiều sâu cắt lớn và góc cắt  nhỏ.
1.3. Quá trình tạo phoi khi tiện cứng.
Đối với quá trình hình thành phoi khi tiện cứng xảy ra cũng giống nhƣ tiện
thƣờng, tuy nhiên đối với tiện cứng do chiều sâu cắt nhỏ, tốc độ cắt lớn nên phoi
hình thành trong quá trình tiện cứng là phoi dây.
Biến dạng cắt khi tạo phoi dây là bé nhất. Vì vậy trong những trƣờng hợp gia
công tinh ta cần cố gắng tạo phoi dây bằng cách nâng cao tốc độ cắt.
Khi tạo phoi dây, do phoi đƣợc hình thành một cách liên tục, do đó lực cắt khá
ổn định, ít rung động. Nhờ vậy dễ đạt độ bóng bề mặt cao.
v
1

Hình 1.5. Quá trình hình thành phoi khi tiện cứng
1.4. Hiện tƣợng co rút phoi
Dƣới tác dụng của lực cắt phần kim loại chịu biến dạng dẻo, mạng tinh thể
xô lệch và trƣợt lên nhau theo phƣơng lực tác dụng làm cho chiều dài phoi co lại,
chiều dày phoi lớn lên hiện tƣợng đó gọi là co rút phoi. Nếu cho rằng thể tích khối
kim loại trƣớc và sau khi biến dạng khơng đổi thì ta có:
K = L/Lp = ap/a
Trong đó:

[4]

K: hệ số co rút phoi
L, a: chiều dài, chiều dày lớp kim loại cần cắt
Lp, ap: chiều dài, chiều dày phoi

Sự co rút phoi là đặc tính tiêu biểu nói lên mức độ biến dạng dẻo về lƣợng
của kim loại khi cắt gọt.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bơi trơn tối thiểu đến q trình
tạo phoi và mịn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội
tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy)

9
Phƣơng pháp xác định hệ số co rút phoi đƣợc xác định bằng 2 phƣơng pháp.
* Đo trực tiếp chiều dài, chiều dày phoi cắt ra bằng dụng cụ đo chiều dài

hoặc bằng kính hiển vi.
* Đo theo phƣơng pháp trọng lƣợng. Trong trƣờng hợp phoi cắt quá ngắn
(từ 5÷10 mm), chọn lấy một phoi tƣơng đối thẳng, mang đo chiều dài và cân trọng
lƣợng. Diện tích của phoi cắt ra sẽ là :
Fp = 103.Q/γ .Lp
Trong đó:

[4]

Q : khối lƣợng phoi (g)
γ : khối lƣợng riêng (g/cm2)
Lp: chiều dài phoi (mm)

Hình 1.6. Hiện tượng co rút phoi
Vì thể tích của phoi khơng đổi nên ta có:

Lp.Fp = L.s.t

Từ đó ta có: K = L/Lp = Fp/s.t
Hay:

K = 103.Q/γ.Lp.s.t

[4]

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự co rút của phoi:
* Ảnh hƣởng của vật liệu gia cơng.
Tính chất của vật liệu gia cơng có ảnh hƣởng lớn đến hệ số co rút phoi. Khi
giữ nguyên các điều kiện cắt khác, vật liệu càng dẻo thì sự liên kết giữa các nguyên
tử trong kim loại càng yếu, khiến cho sự sắp xếp của mạng tinh thể kim loại càng dễ

bị phá huỷ do đó khi cắt kim loại sẽ bị biến dạng nhiều hơn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bơi trơn tối thiểu đến q trình
tạo phoi và mịn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội
tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy)

10
Bảng 1.1 Giá trị của hệ số co rút phoi khi cắt các kim loại khác nhau ở cùng
một điều kiện cắt [4].
Vật liệu
gia cơng

Tính chất cơ lí

Hệ số
Co rút
phoi

ζ
2
η(N/mm )

ζ b (N/mm2)

HB(N/mm

Độ co tƣơng

2

)

đối (%)

Thép30KҐCA

1,9

322

770

2375

0,384

Thép 35

2,84

265

512

1500

0,531

Thép 20 X

3,64

235

438

1500

0,464

Đồng

6,5

-

245

726

0,9

Khi thay đổi vật liệu gia công hệ số co rút phoi thay đổi trong phạm vi rất
rộng.
Không tồn tại một quan hệ rõ rệt nào giữa hệ số co rút phoi và các thơng số

đặc trƣng cho tính chất cơ lí của vật liệu gia cơng.
Khi gia cơng các hợp kim Titan ta có hệ số co rút phoi nhỏ hơn đơn vị (chiều
dài phoi cắt ra lớn hơn quãng đƣờng đi của dao) Ví dụ: khi tiện hợp kim Titan nhãn
hiệu BT2, hệ số co rút phoi khi V=5m/ph là 1,6, tăng tốc độ cắt từ 35÷50 m/ph hệ
số co rút phoi bằng 1, tăng thêm tốc độ cắt nữa thì hệ số co rút phoi trở nên nhỏ hơn
đơn vị và khi V=100m/ph hệ số co rút phoi bằng 0,8.
Có thể giải thích hiện tƣợng đó bằng những lí do sau:
Hợp kim Titan ít dẻo do đó sự biến dạng của kim loại khi cắt khơng thể có
giá trị lớn đƣợc.
Hợp kim Titan có tính dẫn nhiệt kém, do đó nhiệt độ khi cắt cao. Nhiệt độ
cao nhƣ vậy làm phoi bị giãn dài ra (khi V=40m/ph, t=1,5mm, S=0,11mm/vg nhiệt
độ tiếp xúc đạt đến 880oC).
Hợp kim Titan ở nhiệt độ cao hấp thụ nhiều Nitơ và Ơxi của khơng khí do đó
trở nên giịn. Do vật liệu của phoi cắt trở nên ít dẻo hơn nên phoi sẽ khơng bị co rút
nữa.
* Ảnh hƣởng của góc cắt.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bơi trơn tối thiểu đến q trình
tạo phoi và mịn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội
tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy)

11

H.1.7. Sơ đồ tính tốn sự co rút phoi
Xét hình 1.7 trong tam giác OCF ta có : CF = OF.sin θ = a

Trong tam giác OBF ta có : BF = OF .cos (θ-γ) = ap
Do đó: K = ap/a = cos(θ-γ)/sin θ
Thay γ = 90o – δ vào cơng thức trên ta có:
K = sin(θ + δ)/sin θ

[4]

Từ phƣơng trình trên ta thấy khi góc cắt tăng thì hệ số co rút phoi tăng. Vì
khi góc cắt càng lớn thì dụng cụ càng khó ăn sâu vào vật liệu gia công khiến cho vật
liệu gia cơng chịu biến dạng càng lớn.
* Ảnh hƣởng của góc nghiêng chính θ
Khi r = 0, góc θ càng tăng thì hệ số co rút phoi càng giảm, vì khi θ tăng thì
chiều dày cắt sẽ tăng do đó phoi càng dày và càng khó bị biến dạng.
Nếu r ≠ 0 thì khi θ thay đổi, sự thay đổi của hệ số co rút phoi phức tạp hơn.
Ban đầu khi tăng θ do chiều dày cắt tăng nên hệ số co rút phoi giảm. Khi vƣợt q
giá trị 6070o thì hệ số co rút phoi tăng lên vì chiều dày phần cong của lƣỡi cắt
tham gia làm việc tăng lên (AB>A’B’). Phoi khi thốt ra cịn bị biến dạng thêm do
sự giao nhau trên cung cong (phƣơng thoát phoi xem nhƣ thẳng góc với lƣỡi cắt,
hình 1.8b) ngồi ra chiều dày cắt lúc này thay đổi dọc theo đoạn cong của lƣỡi cắt
và có giá trị nhỏ hơn chiều dày cắt trên đoạn thẳng, do đó phoi trên đoạn cong bị
biến dạng nhiều hơn trên đoạn thẳng.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bơi trơn tối thiểu đến q trình
tạo phoi và mịn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội
tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy)

12

H1.8. a) ảnh hưởng của góc φ đến hệ số co rút phoi
b) phương thoát phoi khi lưỡi cắt cong
Trên đoạn cong của lƣỡi cắt (khi λ>0o) giá trị của góc trƣớc thay đổi và giảm dần
(theo chiều kim đồng hồ) khiến cho hệ số co rút phoi tăng.
Khi tăng bán kính mũi dao, hệ số co rút phoi tăng do chiều dài đoạn cong của
lƣỡi cắt tăng.
* Ảnh hƣởng của chế độ cắt
a. Tốc độ cắt.
Trong các yếu tố của chế độ cắt thì tốc độ cắt ảnh hƣởng đến hệ số co rút
phoi nhiều nhất. Khi tăng tốc độ cắt đến một khoảng giá trị nào đó thì xuất hiện lẹo
dao làm giảm góc cắt, do đó hệ số co rút phoi giảm (Hình 1.9a, đoạn AB). Tiếp tục
tăng tốc độ cắt, chiều cao lẹo dao giảm làm cho góc cắt tăng lên khiến cho hệ số co
rút phoi lúc này tăng lên (đoạn BC). Khi tốc độ cắt tiếp tục tăng lên nữa vƣợt quá
khu vực hình thành lẹo dao thì hệ số co rút phoi giảm (đoạn CD) vì lúc này hệ số
ma sát giữa phoi và mặt trƣớc giảm đi. Hình 1.9b cho quan hệ giữa tốc độ và hệ số
ma sát. Điểm A trên hình 1.9b tƣơng ứng với điểm C trên hình 1.9a. Tại đó nhiệt độ
cắt khi gia cơng thép trung bình đạt khoảng 300÷400oC.
Khi tăng tốc độ cắt, chiều dài tiếp xúc giữa phoi và mặt trƣớc của dao giảm
đi, do đó làm giảm ma sát và sự co rút phoi giảm.
Khi tốc độ cắt đạt giá trị 200÷300m/ph, hệ số co rút phoi hầu nhƣ khơng thay
đổi.
b. Chiều dày cắt.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bơi trơn tối thiểu đến q trình
tạo phoi và mịn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội
tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy)

13
Hình 1.9. cho thấy sự biến đổi của hệ số co rút phoi theo chiều dày cắt a, khi gia
cơng thép 45 bằng dao có góc trƣớc γ=25o ; θ=45o ; và v=52m/ph.
Từ hình 1.9.a có thể thấy rằng, khi chiều dày cắt a tăng lên thì hệ số co rút
phoi giảm đi. Do sự biến dạng của phoi dọc theo chiều dày không đồng đều, lớp
phoi càng gần mặt trƣớc của dao càng chịu biến dạng lớn, nên khi giữ nguyên các
điều kiện khác, phoi mỏng có trị số co rút phoi lớn hơn phoi dày.
Chiều sâu cắt có ảnh hƣởng khơng đáng kể đến sự co rút của phoi.
Hệ số co rút phoi là một thông số quan trọng quyết định sự tiến triển của quá
trình cắt, bởi vì sự thay đổi của hệ số co rút phoi kéo theo sự thay đổi của lực cắt,
chất lƣợng bề mặt gia công.
Trong một chừng mực nào đó, hệ số co rút phoi có thể đặc trƣng cho mức độ
biến dạng dẻo. Tuy nhiên hệ số co rút phoi khơng thể dùng làm tiêu chuẩn định
lƣợng chính xác cho biến dạng dẻo, bởi vì ngay cả khi hệ số co rút phoi K=1 thì vẫn
có biến dạng dẻo.
Để đặc trƣng cho biến dạng dẻo về mặt số lƣợng, có thể dùng độ trƣợt tƣơng
đối (khi xem quá trình lần lƣợt của các lớp kim loại).
Lý thuyết bền cho ta độ trƣợt tƣơng đối ε bằng tỷ số giữa độ trƣợt ∆ ε và
chiều dày lớp trƣợt ∆x.

H.1.9.a) Quan hệ giữa chế độ cắt và sự co rút phoi b) Sơ đồ trượt tương đối

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bơi trơn tối thiểu đến q trình
tạo phoi và mịn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội
tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy)

14
Lấy một đoạn phoi có chiều dài ∆x, diện tích mặt bên của nó là hình bình hành
ABCD. Trƣớc khi chuyển thành phoi hình bình hành có chiếm vị trí ABDE (hình
1.9b). Khi chuyển thành phoi, điểm E chuyển đến D, cịn D chiếm vị trí điểm C.
Ta có: ε = ∆x / ∆s , ở đây ∆s là độ dài của đoạn ED, DC hoặc AB = EF + FD.
Từ tam giác EFA ta có: EF = ∆x.ctg θ
Từ tam giác AFD ta có: FD = ∆x.tg(θ – γ) do đó ∆s = ∆x.ctgθ + ∆x.tg (θ – γ)
Từ đó suy ra: ε = ctgθ + tg(θ – γ)
Tìm quan hệ giữa ε và K.
Thay giá trị của θ (tgθ = cosγ / K – sinγ) vào phƣơng trình trên ta có:
ε = K2 – 2K.sinγ + 1 / K.cos γ
Từ đó có thể rút ra một kết luận nhƣ sau:
Hệ số co rút phoi không bằng độ trƣợt tƣơng đối, do đó khơng thể biểu diễn
đƣợc mức độ biến dạng của phoi về mặt số lƣợng.
Tăng hệ số co rút phoi thì độ trƣợt tƣơng đối tăng.
Khi K=1 độ trƣợt tƣơng đối không bằng đơn vị, có nghĩa là ngay khi đó vẫn
có biến dạng dẻo.
Độ trƣợt tƣơng đối sẽ có giá trị cực tiểu khi:
d.ε/d.K = 1/cosγ – 1/K2.cosγ = 0
Nghĩa là khi K = 1.
Nhƣ vậy biến dạng dẻo sẽ cƣc tiểu khi hệ số co rút phoi bằng đơn vị.
c. Ảnh hƣởng của dung dịch trơn nguội.
Dung dịch trơn nguội có tác dụng làm giảm ma sát khi cắt, do đó làm giảm
sự co rút của phoi.

2. MÕN DỤNG CỤ CẮT
Trong quá trình cắt, phoi chuyển động trƣợt và tạo ma sát với mặt trƣớc của
dụng cụ cắt, mặt đang gia công của chi tiết chuyển động tiếp xúc với mặt sau của
dụng cụ cắt trong điều kiện áp lực lớn, nhiệt độ cao, ma sát khốc liệt và liên tục gây
nên hiện tƣợng mài mịn dụng cụ cắt.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bơi trơn tối thiểu đến q trình
tạo phoi và mịn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội
tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy)

15
Mài mòn dụng cụ cắt là một quá trình phức tạp, xảy ra theo các hiện tƣợng
cơ lý hoá ở các bề mặt tiếp xúc giữa phoi, chi tiết với dụng cụ gia cơng. Khi bị mài
mịn, hình dạng và thơng số hình học phần cắt dao thay đổi gây nên những hiện
tƣợng vật lý có ảnh hƣởng xấu đến quá trình cắt và chất lƣợng bề mặt gia cơng. Do
đặc điểm của q trình cắt phức tạp nên khác với mài mòn trên các chi tiết máy bình
thƣờng, mài mịn dao có nhiều dạng khác nhau.
* Các dạng mài mịn dao.
Phần cắt dao trong q trình cắt thƣờng bị mài mịn theo các dạng sau:

Hình 1.10 – Các dạng mài mòn của dụng cụ cắt
* Mài mòn theo mặt sau:
Đƣợc đặc trƣng bởi một lớp vật liệu dao bị tách khỏi mặt sau trong quá trình
cắt và đƣợc đánh giá bởi chiều cao mòn hs. Mài mịn mặt sau thƣờng xảy ra khi gia
cơng với chiều dày cắt nhỏ, đối với các loại vật liệu gia cơng giịn. Kết quả là góc

sau  giảm, tăng sự tiếp xúc giữa mặt sau dao và bề mặt đang gia cơng, tăng ma sát.

hs

Hình 1.11– Mài mịn mặt sau

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bơi trơn tối thiểu đến q trình
tạo phoi và mịn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội
tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy)

16
* Mài mòn theo mặt trước.
Một lớp vật liệu trên mặt trƣớc dao bị tách đi dẫn đến góc trƣớc dao  âm,
tăng biến dạng và tăng tải trọng.
+ Mài mịn Crater.
Trong q trình cắt, phoi trƣợt liên tục trên mặt trƣớc hình thành một trung
tâm áp lực cách lƣỡi cắt một khoảng nào đó nên mặt trƣớc bị mòn theo dạng lƣỡi
liềm (Crater). Vết lõm lƣỡi liềm thƣờng xảy ra dọc theo lƣỡi cắt và đƣợc đánh giá
bởi chiều rộng B, chiều sâu ht và khoảng cách từ lƣỡi dao đến vết lõm KT theo mặt
trƣớc. Dạng mài mòn này thƣờng xảy ra khi cắt vật liệu dẻo với chiều dày cắt a lớn
(a>0,6mm) dẫn đến góc  tăng lên, phoi dễ thố ra nhƣng sẽ làm yếu dần lƣỡi dao.

Hình 1.12 – Mài mịn Crater
+ Mòn lƣỡi cắt.
Dao bị mòn dọc theo lƣỡi cắt tạo thành dạng cung hình trụ có bán kính  đo

theo mặt vng góc lƣỡi cắt. Dạng mịn này thƣờng gặp khi gia cơng các loại vật
liệu có tính dẫn nhiệt kém, nhiệt cắt tập trung tại lƣỡi cắt nên bị tù nhanh dẫn đến
dao không tách đƣợc phoi mà bị trƣợt.
* Mài mòn mũi dao.
Phần kim loại ở mũi dao bị mất dần đi hình thành nên bán kính mũi dao R.
Dạng mài mòn này sẽ làm biến đổi vị trí tiếp xúc giữa dao và chi tiết dẫn đến thay
đổi kích thƣớc gia cơng.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bơi trơn tối thiểu đến q trình
tạo phoi và mịn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội
tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy)

17

Hình 1.13 – Các dạng mài mịn chính khi tiện
Trong các dạng mài mịn trên thì mài mòn theo mặt sau là quan trọng và dễ
xác định nhất. Chiều cao mài mịn hs và diện tích lõm mài mòn Crater Ak đƣợc dùng
làm tiêu chuẩn để đánh giá lƣợng mài mòn.
*Ảnh hƣởng của chế độ cắt đến tuổi bền dụng cụ cắt.
Chiều sâu cắt.
Nói chung, tuổi bền dụng cụ cắt bị ảnh hƣởng nhỏ bởi những thay đổi về
chiều sâu cắt so với những thay đổi về lƣợng chạy dao, đặc biệt trong cắt thơ (trong
đó chiều sâu cắt lớn hơn 1,5 mm). Sự lựa chọn phù hợp nhất giữa tuổi bền dao và
tốc độ bóc tách vật liệu trong cắt thô thƣờng nhận đƣợc ở chiều sâu cắt lớn nhất cho
phép. Tuy nhiên, chiều sâu cắt lớn hơn có thể làm giảm tuổi bền dụng cụ cắt trong

cắt bán thô và cắt tinh. Chiều sâu cắt tăng 50% chỉ giảm 15% tuổi bền dụng cụ cắt.
Ảnh hƣởng của chiều sâu cắt phần nào lớn hơn khi chiều sâu cắt nhỏ hơn 10 lần
lƣợng chạy dao.
Lƣợng chạy dao.
Lƣợng chạy dao cho phép lớn nhất có tác động đến cả tốc độ trục chính tối
ƣu và năng suất. Những thay đổi về lƣợng chạy dao có tác động đáng kể hơn đến

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bơi trơn tối thiểu đến q trình
tạo phoi và mịn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội
tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy)

18
tuổi bền dụng cụ cắt so với do những thay đổi về chiều sâu cắt, lƣợng chạy dao tăng
50% thƣờng làm giảm tuổi bền dụng cụ cắt 60%. Trong nhiều trƣờng hợp, lƣợng
chạy dao lớn nhất cho phép phải phù hợp với công suất máy và yêu cầu chất lƣợng
bề mặt và là giải pháp phù hợp để tăng hiệu quả sử dụng máy. Có thể tăng tốc độ
bóc tách vật liệu cao hơn nhiều mà khơng làm giảm tuổi bền dao bằng các tăng
lƣợng chạy dao và giảm tốc độ cắt. Kỹ thuật này đặc biệt hiệu quả trong cắt thơ, ở
đó lƣợng chạy dao lớn nhất phụ thuộc vào lực cắt lớn nhất mà lƣỡi cắt và máy có
thể chịu đựng.
Tốc độ cắt.
Tốc độ cắt có ảnh hƣởng lớn nhất đến tuổi bền dụng cụ cắt so với chiều sâu
cắt và lƣợng chạy dao. Khi tốc độ cắt tăng 50%, tuổi bền dao dựa trên mòn mặt sau
hoặc mòn lõm mặt trƣớc thƣờng giảm từ 80-90%.
* Ảnh hƣởng của dung dịch trơn nguội đến mòn dụng cụ cắt.

Việc sử dụng dung dịch trơn nguội hợp lý có ảnh hƣởng rất lớn đến mịn
dụng cụ cắt. Do dung dịch trơn nguội có khả năng làm giảm ma sát giữa dao và
phôi cũng nhƣ giữa dao và bề mặt gia cơng, nên có thể làm giảm mịn một cách
đáng kể.
Hơn nữa, dung dịch trơn nguội cịn có khả năng làm giảm lực cắt và nhiệt cắt
nhƣ đã nói ở phần trên. Nên việc sử dụng trơn nguội vào quá trình cắt để làm tăng
tuổi thọ của dao hay để giảm lƣợng mòn dao là rất cần thiết.
3. LỰC CẮT KHI TIỆN
Trong quá trình cắt kim loại, để tách đƣợc phoi và thắng đƣợc ma sát cần
phải có lực. Lực sinh ra trong quá trình cắt nhằm thực hiện quá trình biến dạng và
ma sát.
Việc nghiên cứu lực cắt trong q trình cắt kim loại có ý nghĩa cả lý thuyết lẫn
thực tiễn. Trong thực tế, những hiểu biết về lực cắt rất quan trọng để thiết kế dụng
cụ cắt, đồ gá, tính tốn thiết kế máy móc thiết bị,... Dƣới tác dụng của lực và nhiệt,
dụng cụ sẽ bị mòn, bị phá huỷ. Muốn hiểu đƣợc quy luật mài mịn và phá huỷ dao
thì phải hiểu đƣợc quy luật tác động của lực cắt. Muốn tính cơng tiêu hao khi cắt

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bơi trơn tối thiểu đến q trình
tạo phoi và mịn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội
tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy)

19
cần phải biết lực cắt. Những hiểu biết lý thuyết về lực cắt tạo khả năng chính xác
hố lý thuyết q trình cắt. Trong trạng thái cân bằng năng lƣợng của quá trình cắt
thì các mối quan hệ lực cắt cũng cân bằng.

Lực cắt sinh ra khi cắt là một hiện tƣợng động lực học, tức là trong chu trình
thời gian gia cơng thì lực cắt khơng phải là hằng số mà biến đổi theo quãng đƣờng
đi của dụng cụ. Theo cơ học, nghiên cứu về lực nói chung là xác định 3 yếu tố:
Điểm đặt, Hƣớng (phƣơng, chiều) và độ lớn của lực.
Trong cắt gọt kim loại, ngƣời ta gọi lực sinh ra trong quá trình cắt tác dụng


lên dao là lực cắt, ký hiệu là P ; cịn lực có cùng độ lớn, cùng phƣơng nhƣng ngƣợc


'
chiều với lực cắt gọi là phản lực cắt, ký hiệu là P .

Quá trình cắt thực hiện đƣợc cần có lực để thắng biến dạng và ma sát, do vậy
lực cắt theo định nghĩa trên có thể hiểu rằng có nguồn gốc từ q trình biến dạng và
ma sát. Biến dạng khi cắt có biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo. Do vậy lực sinh ra
do biến dạng cũng có lực biến dạng đàn hồi


Pdh

và lực biến dạng dẻo


Pd

. Những lực

này cùng với lực ma sát tác dụng lên dao, cụ thể trên mặt trƣớc và mặt sau dao.

Trên hình 1.14. trong trƣờng
hợp cắt tự do, ta có:

Chi tiết

Pd1
Pbd

Pdh1
Fms1

Pdh2
Pd2

Phoi

Fms

Fms2

Dao

Pbd
P
Hình 1.14- Sơ đồ nguồn gốc của lực cắt

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bơi trơn tối thiểu đến q trình
tạo phoi và mịn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội
tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy)

20
Trên đây hệ lực đƣợc xét là hệ lực phẳng, nhƣng nói chung trong cắt gọt thực
tế thì lực cắt là một hệ lực khơng gian. Để tiện cho việc nghiên cứu, tính tốn, đo
đạc và kiểm tra, ta có thể nghiên cứu lực cắt thơng qua các thành phần của chúng.
3.1. Các yếu tố ảnh hƣởng đến lực cắt khi tiện.
* Ảnh hưởng của chi tiết gia công đến lực cắt.
Bản chất biến dạng và ma sát của quá trình cắt kim loại cho ta thấy rằng: chi
tiết gia cơng có ảnh hƣởng lớn đến q trình cắt, đặc biệt đến lực cắt.
Thực nghiệm ghi nhận chi tiết gia công ảnh hƣởng đến lực cắt bởi các yếu tố
sau:
* Độ bền, độ cứng của vật liệu.
* Thành phần hoá học.
* Cấu trúc kim loại của vật liệu.
* Phƣơng pháp chế tạo phôi…
Thực tế nếu tiến hành khảo sát ảnh hƣởng của từng yếu tố trên đến lực cắt thì
rất phức tạp và khó khăn, do vậy trong các cơng thức thực nghiệm tính tốn lực cắt
ngƣời ta biểu thị mức độ ảnh hƣởng của vật liệu cụ thể đến lực cắt trong điều kiện
cắt gọt xác định bằng độ lớn lực cần thiết để tách 1mm2 diện tích tiết diện phoi cắt
khỏi chi tiết gia cơng. Theo phân tích trên đây chính là lực cắt đơn vị p. Tuy vậy đối
với một loại vật liệu thì p cịn phụ thuộc vào chiều dày cắt a. Vì vậy trong khảo sát
công thức kinh nghiệm, lực cắt đơn vị p đƣợc định nghĩa là lực cần thiết để tách một
lớp phoi tiết diện 1mm2 có chiều dày trung bình atb=1mm và chiều rộng b=1mm
trong điều kiện dao tiêu chuẩn.
Nhƣ vậy lực cắt đơn vị đặc trƣng cho một loại vật liệu xác định đƣợc gọi là
hằng số lực cắt, thƣờng ký hiệu là Cp.

Xét thành phần lực Pv, ta có:
Cpv = Pv = p trong điều kiện a=1mm. B=1mm và dao Tiêu chuẩn
Trong thực tế, hằng số lực cắt Cp đƣợc xác định bằng thực nghiệm và cho
theo bảng trong các sổ tay cắt gọt.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bơi trơn tối thiểu đến q trình
tạo phoi và mịn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội
tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy)

21
Bảng 1.2.a. Hằng số lực cắt Cp khi cắt vật liệu dẻo [4]
b (N/mm2)

300-400

400-500

500-600

600-700

700-800

Cpv (N)

1270

1390

1490

1630

1840

Bảng 1.2.b. Hằng số lực cắt Cp khi cắt vật liệu dòn [4]
HB (N/mm2)

1400-1600

1600-1800

1800-2000

Cpv (N)

920

990

1050

Từ các bảng trên ta có nhận xét:
Khi vật liệu có độ bền hoặc độ cứng càng cao thì lực cắt càng lớn bởi vì cơng
thực hiện biến dạng cũng nhƣ thắng ma sát càng phải lớn.

Lực cắt cần thiết để cắt gang (vật liệu dòn) nhỏ hơn khi cắt thép (vật liệu
dẻo) bởi vì khi cắt gang cơng biến dạng nhỏ và hệ số ma sát của gang cũng
nhỏ hơn của thép.
* Các yếu tố ảnh hưởng của điều kiện cắt đến lực cắt.
Điều kiện cắt gọt bao gồm nhiều yếu tố nhƣ chế độ cắt v, s, t; độ cứng vững
của hệ thống cơng nghệ; có hay không tƣới dung dịch trơn nguội vào vùng cắt…Ở
đây ta chỉ khảo sát ảnh hƣởng của chế độ cắt đến lực cắt.
Khảo sát ảnh hƣởng của các thông số v, s, t đến lực cắt trong quá trình cắt.
Sử dụng nguyên lý cộng tác dụng, khi nghiên cứu ảnh hƣởng của một thơng số nào
đó, trong thí nghiệm ta cho tất cả các yếu tố khác không thay đổi và chỉ cho yếu tố
đang xét thay đổi, sau đó tổng hợp lại ta nhận đƣợc ảnh hƣởng đồng thời của các
yếu tố xét đến lực cắt.
+ Ảnh hưởng của chiều sâu cắt.
Vì chiều rộng cắt b = t/sin có ý nghĩa vật lý trong quá trình cắt nên ta sẽ
khảo sát ảnh hƣởng của b đến lực cắt Pv.
Thực hiện cắt thử nghiệm với các yếu tố khác không đổi, cho b thay đổi các
giá trị khác nhau, ta đo đƣợc các giá trị lực cắt Pv tƣơng ứng nhƣ trên đồ thị.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bơi trơn tối thiểu đến q trình
tạo phoi và mịn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội
tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy)

22
Từ đồ thị ta nhận thấy rằng khi tăng b thì lực cắt cũng tăng. Nếu nhƣ cắt với

Pv  C pv .b

lực cắt Pv (N)

chiều dày cắt atb = 1mm thì lực cắt chính Pv đƣợc tính bằng:
x pv

Kết quả xử lý số liệu đo
đƣợc nhƣ đồ thị ta nhận
đƣợc:
x pv  1

chiều rộng cắt b (mm)

+ Ảnh hưởng của lượng chạy dao.
Vì chiều dày cắt a = s.sin có ý nghĩa vật lý trong quá trình cắt nên ta sẽ
khảo sát ảnh hƣởng của a (qua atb) đến lực cắt Pv.
Thực hiện cắt thử nghiệm với các yếu tố khác không đổi với b = 1mm, cho a
thay đổi các giá trị khác nhau, ta đo đƣợc các giá trị lực cắt Pv tƣơng ứng.
Bằng cách xử lý các số liệu đo ta có thể biểu diễn mối quan hệ giữa lực cắt
Pv  C pv .a

y pv

logPv

và a nhƣ sau:



loga

Từ đồ thị ta nhận thấy rằng khi tăng chiều dày cắt a thì lực cắt cũng tăng,
nhƣng không tăng nhiều nhƣ đối với b, vì rằng khi tăng a thì sẽ tăng độ lớn của góc
tách phoi dẫn đến giảm lực cắt đơn vị, mặt khác khi tăng a thì khơng làm tăng chiều
dài làm việc thực tế của lƣỡi cắt một cách tuyến tính nhƣ khi tăng chiều rộng cắt
b.Từ đồ thị (logPv-loga) có dạng tuyến tính, ta có thể xác định đƣợc số mũ
y pv  tg , theo thực tế thì y pv  1 cịn khi cắt thép thì y pv  0, 75

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bơi trơn tối thiểu đến q trình
tạo phoi và mịn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội
tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy)

23
Kết hợp cho thay đổi đồng thời chiều rộng cắt b và chiều dày cắt a, mối quan
hệ giữa lực cắt Pv và b, a đƣợc viết nhƣ sau:

Pv  C pv .b

x pv

.a

y pv

Hoặc có thể viết theo s, t:

Pv  C p' v .t

x pv

.s

y pv

Trong đó ta nhận thấy:

x pv  y pv

+ Ảnh hưởng của tốc độ cắt.
Qua thực nghiệm ta thấy rằng: ở tốc độ cắt thấp mối quan hệ giữa tốc độ cắt
v với lực cắt P rất phức tạp và khó xác định qui luật. Tuy nhiên khi cắt với tốc độ
phổ biến ở phạm vi tốc độ cao nhƣ ngày nay đang sử dụng thì nhận thấy rằng khi
tăng tốc độ cắt v, lực cắt hầu nhƣ không thay đổi hoặc thay đổi không đáng kể. Do
vậy để đơn giản trong cơng thức tính lực cắt ta thƣờng bỏ qua yếu tố v.
+ Ảnh hưởng của dụng cụ cắt.
Thực tế cho thấy vật liệu chế tạo dao và thông số hình học của dao có ảnh
hƣởng trực tiếp đến lực cắt.
Qua khảo sát bằng thực nghiệm, ảnh hƣởng bởi các yếu tố liên quan của
dụng cắt đến lực cắt đƣợc biểu thị qua các hệ số điều chỉnh trong cơng thức kinh
nghiệm tính lực cắt.
KPv= Kγ.K.KR.KΔ.Kl
với Kγ, K, KR, KΔ, Kl là các hệ số điều chỉnh liên quan đến góc trƣớc, góc
nghiêng chính, bán kính mũi dao, độ lớn mài mòn mặt sau và việc tƣới dung dịch
trơn nguội vào khu vực cắt.

Tổng hợp ta có thể lập đƣợc phƣơng trình kinh nghiệm tính lực cắt nhƣ sau:

Pv  C p' v .t

x pv

.s

y pv

.K pv

Tƣơng tự ta cũng nhận đƣợc phƣơng trình tính các thành phần lực Ps và Pt
có dạng nhƣ trên.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Nghiên cứu ảnh hƣởng các thông số đặc trƣng của bơi trơn tối thiểu đến q trình
tạo phoi và mịn của dụng cụ khi tiện thép 9XC qua tôi, sử dụng bôi trơn làm nguội
tối thiểu (MQL) – Chu Ngọc Hùng (chế tạo máy)

24
Các giá trị hằng số lực cắt Cp, các số mũ xp, yp và các hệ số điều chỉnh K
đƣợc cho trong các sổ tay tra cứu về cắt gọt.
3.2. Ảnh hƣởng của dung dịch trơn nguội đến lực cắt
Nhiều nghiên cứu cho thấy sử dụng dung dịch trơn nguội cho phép giảm lực
cắt xuống 30%, thậm chí xuống 45% khi cắt ren bằng tarơ.

Khi sử dụng dung dịch trơn nguội thì lực cắt giảm rõ rệt nếu vật liệu gia cơng
có độ dẻo cao. Điều này đƣợc giải thích nhƣ sau: trong trƣờng hợp này lực ma sát
giữa dao và phoi tăng, do đó hiệu quả của việc sử dụng dung dịch trơn nguội càng
phải cao.
Tuy nhiên, một số nhà nghiên cứu lại khuyên không nên sử dụng dung dịch
trơn nguội khi gia công với tốc độ cắt lớn. Ví dụ khi gia cơng thép 45 với tốc độ cắt
cao và dùng dung dịch trơn nguội êmuxi, lực cắt Pz lớn hơn chút ít so với trƣờng
hợp gia cơng khơng có dung dịch trơn nguội.
Mặc dù có lời khuyên trên, nhƣng trong thực tế sử dụng dung dịch trơn nguội
trong mọi trƣờng hợp (kể cả gia cơng tốc độ cao) vẫn có ƣu điểm vì khi có dung
dịch trơn nguội, dụng cụ cắt làm việc êm hơn, tuổi bền dụng cụ cao hơn, ngồi ra độ
chính xác và độ nhám bề mặt cũng đƣợc cải thiện đáng kể.
4. NHIỆT CẮT KHI TIỆN.
Quá trình tạo phoi và thốt phoi khỏi vùng cắt trong q trình cắt làm xuất
hiện một lƣợng nhiệt nhất định. Lƣợng nhiệt này sinh ra do sự chuyển đổi từ công
cắt gọt. Thực nghiệm chứng tỏ rằng gần nhƣ tất cả công cần thiết trong q trình cắt
đều chuyển biến thành nhiệt trừ cơng biến dạng đàn hồi và cơng kín (cơng để biến
dạng mạng tinh thể và các bề mặt lớn). Khoảng gần 98% cơng này chuyển hố
thành nhiệt tổng cộng phát sinh sau một phút gia cơng và có thể tính theo cơng thức
sau:
Qcg 

Trong đó:

Pz .v
427

[Kcal/ph]

(1.1)

Pz - thành phần lực cắt tiếp tuyến.
v - tốc độ cắt.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên