Ảnh hưởng của bôi trơn tối thiểu (MQL) đến mòn dụng cụ cắt và nhám bề mặt khi tiện tinh thép 9CrSi (9XC) qua tôi

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
-------------- o0o -------------

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

ẢNH HƢỞNG CỦA BÔI TRƠN TỐI THIỂU (MQL)
ĐẾN MÒN DỤNG CỤ CẮT VÀ NHÁM BỀ MẶT KHI
TIỆN TINH THÉP 9CrSi (9XC) ĐÃ QUA TƠI

HỒNG XN TỨ

THÁI NGUN, 2009


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
-------------- o0o -------------

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
ẢNH HƢỞNG CỦA BÔI TRƠN TỐI THIỂU (MQL)
ĐẾN MÒN DỤNG CỤ CẮT VÀ NHÁM BỀ MẶT KHI
TIỆN TINH THÉP 9CrSi (9XC) ĐÃ QUA TÔI

CHUYÊN NGÀNH: CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
MÃ SỐ:
HỌC VIÊN: HỒNG XN TỨ
NGƢỜI HD KHOA HỌC: TS. TRẦN MINH ĐỨC

THÁI NGUYÊN, 2009

3
Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
TT

Tên hình

Nội dung

1

Hình 1.1

Các loại phoi

2

Hình 1.2

Q trình hình thành phoi khi tiện thường

3

Hình 1.3

Sơ đồ quá trình hình thành phoi thép

4

Hình 1.4

Quá trình hình thành phoi khi tiện cứng

5

Hình 1.5

Sơ đồ nguồn gốc lực cắt

6

Hình 1.6

Nguồn gốc và sự phân bố nhiệt cắt

7

Hình 1.7

Quan hệ giữa θ và v

8

Hình 1.8

Quan hệ giữa chiều dày cắt và nhiệt cắt

9

Hình 1.9

Quan hệ giữa nhiệt cắt với b

10

Hình 1.10

Các dạng mài mịn của dụng cụ cắt

11

Hình 1.11

Mài mịn mặt sau

12

Hình 1.12

Mài mịn Crater

13

Hình 1.13

Các dạng mài mịn chính khi tiện

14

Hình 1.14

Dẫn dung dịch lên chi tiết gia cơng

15

Hình 1.15

Dẫn dung dịch lên mặt trước dao

16

Hình 1.16

Dẫn dung dịch vào mặt sau của dao

17

Hình 1.17

Dẫn dung dịch kết hợp mặt trước và mặt sau của dao

18

Hình 2.1

Phun theo phương tiếp tuyến với mặt trước của dao

19

Hình 2.2

Phun theo phương tiếp tuyến với mặt sau của dao

20

Hình 3.1

Sơ đồ nguyên lý đầu phun

21

Hình 3.2

Đầu phun

22

Hình 3.3

Máy nén khí

23

Hình 3.4

Máy đo nhám cầm tay Mitutoyo SJ-201

24

Hình 3.5

Kính hiển vi điện tử, TM-1000 Hitachi, Nhật Bản

25

Hình 3.6

Thân dao MTENN 2020 K16-N (hãng KANELA)

26

Hình 3.7

Mảnh dao CBN: TPGN 160308


4
Luận văn thạc sỹ

Chun ngành: Cơng nghệ chế tạo máy

27

Hình 3.8

Hình ảnh mặt trước dao PCBN sau khi tiện 16,25 phút

28

Hình 3.9

Hình ảnh mặt trước dao PCBN sau khi tiện 32,5 phút.

29

Hình 3.10

Hình ảnh mặt trước dao PCBN sau khi tiện 48,75 phút.

30

Hình 3.11

Hình ảnh mặt trước dao PCBN sau khi tiện 32,5 phút.

31

Hình 3.12

Hình ảnh mặt sau dao PCBN sau khi tiện 16,25 phút

32

Hình 3.13

Hình ảnh mặt sau dao PCBN sau khi tiện 32,5 phút.

33

Hình 3.14

Hình ảnh mặt sau dao PCBN sau khi tiện 48,75 phút.

34

Hình 3.15

Quan hệ giữa lượng mòn mặt sau u và thời gian cắt khi gia
cơng khơ và gia cơng có sử dụng bơi trơn tối thiểu

35

Hình 3.16

Biểu dồ so sánh tuổi bền của dao theo lượng mịn cho phép

36

Hình 3.17

Quan hệ giữa nhám bề mặt Ra và thời gian cắt khi gia công
khô và gia cơng có sử dụng bơi trơn tối thiểu


5

Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

LỜI NĨI ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong q trình gia cơng, mịn dụng cụ cắt là ngun nhân dẫn đến dụng
cụ cắt bị phá hu ỷ. Các nghiên cứu ngà y nay đã phát triển công nghệ gia công
theo xu hướng nâng cao vận tốc cắt và tốc độ chạy dao. Việc tăng tốc độ cắt và
tốc độ chạ y dao đồng nghĩa với nhiệt cắt sinh ra là rất lớn, điều này không chỉ
làm giảm tuổi thọ của dụng cụ cắt mà chất lượng của sản phẩm cũng bị giảm đi.

Người ta sử dụng dung dịch trơn nguội nhằm giải quyết vấn đề nà y. Bởi vì dung
dịch trơn nguội có khả năng làm giảm ma sát trong vùng cắt, tải nhiệt ra kh ỏi
vùng cắt, hạn chế tác dụng xấu của nhiệt độ đối với dụng cụ cắt. Đảm bảo nhiệt
độ làm việc của môi trường thấp và ổn định. Giúp vận chuyển phoi ra khỏi vùng

cắt dễ dàng. Tuy nhiên, sử dụng dung dịch trơn nguội trong q trình gia cơng
hiện nay cho thấ y nhược điểm của nó là gâ y ơ nhiễm mơi trường và độc hại đối
với lao động. Do vậ y, việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu
(Minimum Quantity Lubricant - MQL) cho q trình gia cơng là cần thiết và cần
được phát triển.

Phương pháp bôi trơn tối thiểu sử dụng dầu thực vật làm dung dịch bôi
trơn với lưu lượng khoảng từ 50 - 500 ml/1 giờ, nhỏ hơn rất nhiều so với phương
pháp tưới tràn (có thể lên tới 10l/phút). Quan niệm về phương pháp bôi trơn tối

thiểu cũng gần giống với phương pháp gia công khô và phương pháp bôi trơn cực
tiểu được đề ra với ý nghĩa bảo vệ môi trường và người lao động. Ngồi ý nghĩa
đó phương pháp nà y cịn mang lại các hiệu quả về kinh tế do tiết kiệm được dầu

bôi trơn, giảm thời gian làm sạch phôi, dụng cụ cắt và má y móc.

Hiện nay, phương pháp tiện khô không bôi trơn làm nguội đã trở nên
thông dụng trong sản xuất công nghiệp khi gia công các loại thép có độ cứng cao,
đặc trưng của phương pháp này là năng lượng sử dụng cho quá trình cắt rất lớn.
Điều nà y được chứng minh khi so sánh với phương pháp tưới tràn truyền thống,

lực cắt nhỏ hơn và nhiệt sinh ra trong quá trình cắt cũng nhỏ hơn so với phương
pháp gia công khô. Do vậ y, khi sử dụng phương pháp gia công khô sẽ làm giảm


6
Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

tuổi thọ của dụng cụ cắt và chất lượng bề mặt khi gia cơng tinh lần cuối, để có
thể gia cơng được phải giảm tốc độ chạ y dao và chiều sâu cắt, dẫn đến năng suất
cắt giảm xuống. Việc áp dụng phương pháp bơi trơn tối thiểu vào q trình tiện
cứng sẽ làm tăng tuổi thọ của dụng cụ cắt cũng như chất lượng bề mặt khi gia
công tinh lần cuối.
Ở Việt Nam hiện nay, việc nghiên cứu và ứng dụng cơng nghệ bơi trơn tối

thiểu vào q trình tiện cứng hầu như chưa được quan tâm. Với những lợi ích về
môi trường, kinh tế và ý nghĩa khoa học mà phương pháp nà y mang lại em thấ y
cần thiết khi chọn đề tài nghiên cứu: "Ảnh hƣởng của bơi trơn tối thiểu (MQL)
đến m ịn dụng cụ cắt và nhám bề m ặt khi tiện tinh thép 9CrSi (9XC) qua tơi".

2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích của nghiên cứu thực nghiệm nhằm: Nghiên cứu so sánh giữa

phương pháp bôi trơn làm nguội tối thiểu sử dụng dầu thực vật của Việt Nam
với phương pháp gia công khô. Qua đó đánh giá được những ưu nhược điểm của
bơi trơn tối thiểu và gia công khô khi tiện cứng.

3. Đối

nghiên cứu
Nghiên cứu công nghệ bôi trơn tối thiểu khi áp dụng cho quá trình tiện

cứng. Ở đây chỉ nghiên cứu tiện cứng thép 9XC đã qua tôi đạt độ cứng 55 - 60
HRC, sử dụng dao gắn mảnh CBN.
pháp nghiên cứu

4.

Sử dụng phương pháp nguyên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm, trong đó
nghiên cứu thực nghiệm là chủ yếu.

5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
a.Ý nghĩa khoa học.
Nghiên cứu ứng dụng thành công cơng nghệ bơi trơn tối thiểu vào q
trình tiện sẽ đóng góp thêm các kiến thức về cơng nghệ gia công cắt gọt. Cung

cấp thêm các kiến thức về cơ chế mòn của dụng cụ cắt và chất lượng bề mặt khi
tiện cứng.
b.Ý nghĩa thực tiễn.


7
Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

Công nghệ tiện cứng ngà y nay được áp dụng rất rộng rãi nhằm thay thế

cho nguyên công mài vốn rất tốn kém. Khi tiện cứng người ta thường sử dụng
phương pháp gia công khô. Nhằm nâng cao hơn nữa hiệu quả của q trình tiện
cứng với việc ứng dụng cơng nghệ bôi trơn tối thiểu sẽ làm giảm ma sát trong
vùng cắt dẫn đến giảm được mòn dụng cụ cắt, đồng thời nâng cao chất lượng của

bề mặt chi tiết gia công. Áp dụng phương pháp nà y với việc sử dụng dầu thực vật
của Việt Nam sẽ làm giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tác hại đối với công nhân
vận hành má y và lượng tiêu tốn dung dịch bơi trơn là rất ít. Từ những hiệu quả về
kỹ thuật của phương pháp nà y khi áp dụng vào thực tế sản xuất sẽ mang lại hiệu
quả kinh tế rất lớn.
6. Nội dung của đề tài
Ngồi lời nói đầu, tài liệu tham khảo, phụ lục, nội dung chính của đề tài

gồm 3 chương và phần kết luận chung.
Chƣơng 1: Tổng quan.
Nội dung chính là tìm hiểu một số lý thuyết cơ bản về q trình tiện và bơi
trơn làm nguội. Tổng hợp từ các nghiên cứu đã có, định hướng vấn đề nghiên cứu
Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết
Nghiên cứu lý thuyết về bôi trơn tối thiểu khi tiện và bôi trơn tối thiểu khi

tiện cứng. Giới hạn vấn đề nghiên cứu, mục đích và phương pháp nghiên cứu.
Chƣơng 3: Nghiên cứu so sánh giữa phương pháp bôi trơn tối thiểu và
phương pháp gia công khô khi tiện tinh thép 9XC đã qua tơi.
Nội dung chính bao gồm:
- Nghiên cứu so sánh giữa bôi trơn làm nguội tối thiểu và gia công khô khi

tiện tinh cứng qua các chỉ tiêu về chất lượng bề mặt, lượng mòn dao, cơ chế mịn,
để từ đó tìm được các ưu điểm nổi trội của phương pháp bôi trơn tối thiểu.

- Nghiên cứu sử dụng dầu thực vật của Việt Nam áp dụng vào quá trình
tiện cứng khi sử dụng phương pháp bôi trơn tối thiểu.
Kết luận chung.
7. Kết quả của đề tài


8
Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

- Đã tìm hiểu được 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 phương pháp bôi trơn tối thiểu.
- Kết quả nghiên cứu đã cho thấ y hiệu quả kinh tế-k ỹ thuật của phương
pháp tiện tinh cứng 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:
- TS. Trần Minh Đức, thầ y giáo đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em hồn
thành luận văn nà y.

- Phịng Thí nghiệm Kỹ thuật cơ khí và Động lực - Trung tâm thí nghiệm Trường ĐHKT Cơng nghiệp; Phịng Thí nghiệm Vật lý - Khoa Vật lý - Trường
Đại học Sư phạm Thái Nguyên và các bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ học viên
hoàn thành luận văn này.
Thái Nguyên, ngày 28 tháng 04 năm 2009

Học viên

Hoàng Xuân Tứ


9
Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

Chương1:

TỔNG QUAN
1.1. QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHOI
1.1.1. Khái niệm và phân loại phoi
* Gia công kim loại bằng cắt gọt là một phương pháp gia công kim loại rất
phổ biến trong ngành cơ khí chế tạo máy.
Q trình cắt kim loại là quá trình con người sử dụng dụng cụ cắt để hớt bỏ

lớp kim loại thừa khỏi chi tiết, nhằm đạt được những u cầu cho trước về hình
dáng, kích thước, vị trí tương quan giữa các bề mặt và chất lượng bề mặt của chi

tiết gia công.
Lớp kim loại thừa trên chi tiết cần hớt bỏ đi gọi là lượng dư gia công cơ.
Lớp kim loại đã bị cắt bỏ khỏi chi tiết gọi là phoi cắt.
* Phân loại phoi.
- Phoi dâ y (hình 1.2a) được hình thành khi gia công vật liệu dẻo với chiều
sâu cắt nhỏ, tốc độ cắt và góc trước lớn.

- Phoi xếp lớp (hình 1.2b) được hình thành khi gia cơng thép và các vật
liệu dẻo khác với chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trước nhỏ.
- Phoi vụn (hình 1.2c) được hình thành khi gia cơng các vật liệu dẻo với
chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trước

nhỏ.

Khi gia cơng các vật liệu giịn (gang) với chiều sâu cắt và góc trước
thì phoi vụn (hình 1.2d) có hình dạng khơng giống nhau được hình thành.

lớn


10
Luận văn thạc sỹ

Chun ngành: Cơng nghệ chế tạo máy
a)

b)
P

a

a

C

P
B

c)

a

d)
C

P

C

a

P

B

B

Hình 1.1. Các loại phoi

1.1.2. Quá trình hình thành phoi khi tiện thƣờng.
Qua nghiên cứu q trình tiện nói chung thì thực tế phoi được phoi được
tánh ra khỏi chi tiết khi cắt không theo phương của vận tốc cắt v (tức là phương

lực tác dụng). Phoi khi cắt ra bị uốn cong về phía mặt tự do; kích thước của phoi
bị thay đổi so với lớp cắt khi còn trên chi tiết (hình 3.1).

bF

LF

aF
V
V

b
a

L

Hình 1.2: Quá trình hình thành phoi khi tiện thường

Khi dao dịch chuyển các phân tử kim loại lúc đầu bị nén đàn hồi (hình
1.1a), 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 nà y xả y ra sự xếp lớp
của các phần tử phoi và sự trượt của chúng trên mặt phẳng BC (hình 1.1b). Hiện
tượng tương tự cũng xảy ra đối với các phần tử tiếp theo từ 1

5 (hình 1.1c).


11
Luận văn thạc sỹ

Chun ngành: Cơng nghệ chế tạo máy
a)

b)

C
1
2

B

c)
2

C

3
4

1

P

5

B

Hình 1.3. Sơ đồ quá trình hình thành phoi thép

Biến dạng dẻo xả y ra trong vùng được giới hạn bằng góc
gọi là góc tác động. Góc

1

, góc nà y được

gọi là góc trượt, cịn mặt phẳng BC gọi là mặt phẳng

trượt.
Quá trình hình thành phoi trên đâ y xả y ra khi gia công các vật liệu dẻo với

chiều sâu cắt lớn và góc cắt nhỏ.
1.1.3. Q trình hình thành phoi khi tiện cứng
Đối với quá trình hình thành phoi khi tiện cứng xả y ra cũng giống khi tiện

thường, 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 trường hợp
gia công tinh ta cần cố gắng tạo phoi dâ y bằng cách nâng cao tốc độ cắt.
Khi tạo phoi dâ y, do phoi được hình thành một cách liên tục, do đó lực cắt
khá ổn định, ít rung động. Nhờ vậ y dễ đạt độ bóng bề mặt cao.
v
1

c

Hình 1.4. Quá trình hình thành phoi khi tiện cứng


12
Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

1.2. LỰC CẮT KHI TIỆN
Trong quá trình cắt kim loại, để tách được phoi và thắng được ma sát cần
phải có lực. Lực sinh ra trong quá trình cắt là động lực cần thiết nhằm thực hiện
quá trình biến dạng và ma sát.

Việc nghiên cứu lực cắt trong quá 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 má y móc thiết bị,... Dưới tác dụng
của lực và nhiệt, dụng cụ sẽ bị mòn, bị phá hu ỷ. Muồn hiểu được quy luật mài
mòn và phá hu ỷ dao thì phải hiểu được quy luật tác động của lực cắt. Muốn tính
cơng tiêu hao khi cắt cần phải biết lực cắt. Những hiểu biết lý thuyết về lực cắt

tạo khả năng chính xác hố lý thuyết quá trình cắt. Trong trạng thái cân bằng
năng lượng của quá trình cắt thì các mối quan hệ lực cắt cũng cân bằng.
Lực cắt sinh ra khi cắt là một hiện tượng độ ng lực học, tức là trong chu
trình thời gian gia cơn g thì lực cắt khơng phải là hằng số mà biến đổi theo quãng
đường của dụng cụ. Theo cơ học, nghiên cứu về lực nói chung là xác định 3 yếu

tố:
Điểm đặt của lực.

Hướng (phương và chiều) tác dụng của lực.
Giá trị (độ lớn) của lực.

Trong cắt gọt kim loại, người ta gọi lực sinh ra trong quá trình cắt tác
r

dụng lên dao là lực cắt, ký hiệu là P ; cịn lực có cùng độ lớn, cùng phương
'
nhưng ngược chiều với lực cắt gọi là phản lực cắt, ký hiệu là P .

r

Quá trình cắt thực hiện được 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 quá trình biến
dạng và ma sát. Biến dạng khi cắt có biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo. Do vậ y
r
P
lực sinh ra do biến dạng cũng có lực biến dạng đàn hồi dh và lực biến dạng dẻo
r
Pd
ữ
ự à ù
ớ ự
sát tác ụ lên
ụ ể trên ặ ướ và

. Nh ng l c n y c ng v i l c ma

mặt sau dao.

d ng

dao, c th

m t tr

c

13
Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

Trên hình 1.5. trong trường hợp
cắt tự do, ta có:

=

+

=

+

Pbd =

+

=

+

P=

Chi

P

P

Pdh1
Fms1

P
P

+

Phoi

Fms Dao

Fms2
P

Hình 1.5- Sơ đồ nguồn gốc của lực cắt

P

Trên đâ y hệ lực được xét là hệ lực phẳng, nhưng nói chung trong cắt gọt

thực tế thì lực cắt là một hệ lực không gian. Để tiện cho việc nghiên cứu, tính
tốn, đo đạc và kiểm tra, ta có thể nghiên cứu lực cắt thông qua các thành phần

của chúng.
1.2.1. Các yếu tố ảnh

đến lực cắt khi tiện.

* Ảnh hƣởng của chi tiết gia công đến lực cắt.
Bản chất biến dạng và ma sát của quá trình cắt kim loại cho ta thấ y rằng:
chi tiết gia cơng có ảnh hưởng lớn đến quá trính cắt, đặc biệt đến lực cắt.
Thực nghiệm ghi nhận chi tiết gia công ảnh hưởng 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,
* Phương pháp chế tạo phôi…
Thực tế nếu tiến hành khảo sát ảnh hưởng 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 người ta biểu thị mức độ ảnh hưởng 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 vậ y đối với một loại vật liệu thì p cịn phụ thuộc vào chiều dày cắt a. Vì


14
Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

vậy để phân biệt trong khảo sát trong công thức kinh nghiệm: Lực cắt đơn vị p
được 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.
Như vậ y lực cắt đơn vị đặc trưng cho một loại vật liệu xác định được gọi

là hằng số lực cắt, thường 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, hảng số lực cắt Cp được xác định bằng thực nghiệm và cho
theo bảng trong các sổ tay cắt gọt.
Bảng 1.1- Hằng số lực cắt Cp khi cắt vật liệu dẻo
b (N/mm2)
Cpv (N)

300-400

400-500

500-600

600-700

700-800

1270

1390

1490

1630

1840

Bảng 1.2- Hằng số lực cắt Cp khi cắt vật liệu dòn
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 như 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.
* Ảnh hƣởng của điều kiện cắt đến lực cắt.
Điều kiện cắt gọt bao gồm nhiều yếu tố như chế độ cắt v, s, t; độ cứng

vững của hệ thống cơng nghệ; có hay khơng tưới dung dịch trơn nguội và o vùng
cắt…Ở đâ y ta chỉ khảo sát ảnh hưởng của chế độ cắt đến lực cắt.
Khảo sát ảnh hưởng của các thông số v, s, t đến lực cắt trong quá trình cắt.

Sử dụng nguyên lý cọng tác dụng, khi nghiên cứu ảnh hưởng của một thông số
nào đó, trong thí nghiệm ta cho tất cả các yếu tố khác không thay đổ i và chỉ cho


15
Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

yếu tố đang xét thay đổi, sau đó tổng hợp lại ta nhận được ảnh hưởng đồng thời
của các yếu tố xét đến lực cắt.
+ Ảnh hưởng của chiều sâu cắt t đến lực cắt.
Vì chiều rộng cắt b = t/sin có ý nghĩa vật lý trong q trình cắt nên ta sẽ

khảo sát ảnh hưởng 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 được các giá trị lực cắt Pv tương ứng như trên đồ thị.

Từ đồ thị ta nhận thấ y rằng khi tăng b thì lực cắt cũng tăng. Nếu như cắt
với chiều dà y cắt atb = 1mm thì lực cắt chính Pv được tính bằng:

P

C

x

Kết quả xử lý số liệu đo
được như đồ thị ta nận
được:

x pv

1
chiều rộng cắt b (mm)

+ Ảnh hưởng của lượng chạy dao s đến lực cắt.
Vì chiều dà y cắt a = s.sin có ý nghĩa vật lý trong q trình cắt nên ta sẽ

khảo sát ảnh hưởng 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 được các giá trị lực cắt Pv tương ứng.
Bằng cách xử lý các số liệu đo ta có thể biểu diễn mối quan hệ giữa lự cắt
và a như sau:

P

C

y

Từ đồ thị ta nhận thấy rằng khi tăng chiều dày cắt a thì lực cắt cũng tăng,
nhưng khơng tăng nhiều như 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


16
Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

tăng chiều dài làm việc thực tế của lưỡi cắt một cách tuyến tính như khi tăng
chiều rộng cắt b.
Từ đồ thị (logPv-loga)
có dạng tuyến tính, ta
có thể xác định được số
mũ:
y

tg

v

Theo thực tế:
y

v

1

Khi cắt thép thì
y pv

0, 75
loga

Kết hợp cho thay đổi đồng thời chiều rộng cắt b và chiều dà y cắt a, mối
quan hệ giữa lực cắt Pv và b, a được viết như sau:

P

C .b

pv

Hoặc có thể viết theo s, t:

P

C

.t

Trong đó ta nhận thấ y:

x

v

y

v

+ Ảnh hưởng của tốc độ cắt v đến lực 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 như ngà y nay đang sử dụng thì nhận thấ y rằng

khi tăng tốc độ cắt v , lực cắt hầu như không thay đổi hoặc thay đổi không đáng
kể. Do vậ y để đơn gian trong cơng thức tính lự c cắt ta thường bỏ qua yếu tố v.
+ Ảnh hưởng của dụng cụ cắt đến lực cắt.

Thực tế cho thấ y vật liệu chế tạo dao và thơng số hình học của dao có ảnh
hưởng trực tiếp đến lực cắt.
Qua khảo sát bằng thực nghiệm ảnh hưởng của các yếu liê n quan của dụng
cắt đến lực cắt được biểu thị qua các hệ số điều chỉnh trong cơng thức kinh
nghiệm tính lực cắt.


17
Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

KPv= Kγ.K .KR.KΔ.Kl
với Kγ, K , KR, KΔ, Kl là các hệ số điều chỉnh liên quan đến góc trước,
góc nghiêng chính lưỡi cắt, bán kính mũi dao, độ l ớn mài mòn mặt sau dao và

việc tưới dung dịch trơn nguội vào khu vực cắt.
Tổng hợp ta có thể lập được phương trình kinh nghiệm tính lực cắt như
sau:
'

x

y

v

Tương tự ta cũng nhận được phương trình tính các thành phần lực Ps và Pt
có dạng như trên.
Các giá trị hằng số lực cắt Cp, các số mũ xp, yp và các hệ số điều chỉnh K

được cho trong các sổ tay tra cứu về cắt gọt.

1.2.2. Ảnh

của dung dịch trơn nguội đến lực cắt

Nhiều nghiên cứu cho thấ y 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 phải càng giảm rõ rệt nếu vật
liệu gia cơng càng có độ dẻo cao. Điều nà y được giải thích như sau: trong trường
hợp nà y 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 10 với
tốc độ cắt cao và dùng dung dịch trơn nguội êmuxi, lực cắt Pz lớn hơn chút ít so
với trường hợp gia cơng khơng có dung dịch trơn nguội.
Mặc dù có lời khun trên, nhưng trong thực tế sử dụng dung dịch trơn
nguội trong mọi trường hợp (kể cả gia công tốc độ cao) vẫn có ưu 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 được cải thiện đáng kể

1.3. NHIỆT CẮT KHI TIỆN.


18
Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

Quá trình tạo phoi và thốt phoi khỏi vùng cắt trong quá trình cắt làm xuất

hiện một lượng nhiệt nhất định. Lương nhiệt nà y sinh ra do sự chuyển đổi từ
công cắt gọt. Thực nghiệm chứng tỏ rằng gần như tất cả cơng cần thiết trong q
trình cắt đều chuyển biến thành nhiệt trừ công biến dạng đàn hồi và cơng kín
(cơng để biến dạng mạng tinh thể và các bề mặt lớn). Khoảng gần 98% cơng nà y

chuyển hố thành nhiệt tổng cọng 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.

Nhiệt lượng cắt được định nghĩa như là lượng nhiệt được sinh ra trong q
trình cắt sau một phút. Đó chính là cơng suất nhiệt khi cắt. Cịn lượng nhiệt có
trên một đơn vị thể tích hay khối lượng của vật thể được cắt gọi là nhiệt lượng
đơn vị (Cal/cm3; Cal/g).

Nhiệt lượng sinh ra khi cắt làm nóng chi tiết gia công, phoi và dụng cụ
cắt. Nhiệt độ tại các điểm khác nhau có sự tác động của lượng nhiệt khác nhau và
gọi là nhiệt độ cắt tức thời của các điểm khối lượng khảo sát trong vùng cắt.

Trung bình cọng đại số của nhiệt độ các điểm khối lượng của phoi gọi là nhiệt độ
trung bình của phoi. Tương tự ta có nhiệt độ trung bình của dụng cụ và chi tiết
gia cơng. Nhiệt độ trung bình trên các bề mặt tiếp xúc của vật liệu gia côngvà vật
liệu cắt gọi là nhiệt độ cắt, qui ước gọi tắt là nhiệt cắt.
* Nguồn gốc của nhiệt cắt.
Như trên đã phân tích rõ ràng để tách được phoi và thắng được ma sát khi
cắt ta cần có lực cần thiết tác động vào chi tiết gia công tạo ra công cắt gọt và gần
như hầu hết công nà y chuyển biến thành nhiệt. Cơng nà y chính là để thực hiện
quá trình biến dạng và thắng ma sát khi cắt. Do vậ y ta có thể nói rằng; nguồn gốc

của nhiệt cắt là biến dạng và ma sát khia cắt.
Qcg = Qbd + Qms

(1.2)


19
Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

Khi gia cơng cắt gọt ta có thể phân định vùng cắt thành các vùng biến
dạng và ma sát. Do vậ y nhiệt sinh ra từ 4 nguồn:
+ Vùng tạo phoi. Nhiệt sinh ra do công ma sát giữa các phần tử của vật liệu gia
cơng trong q trình biến dạng: Qdh

Nếu xem vùng tạo phoi như là một mặt trượt duy nhất thì qua nghiên cứu
lượng nhiệt nà y có thể xác định qua biểu thức sau:
Qdh

Pc .vc1
427

(1.3)

Trong đó: Pc - lực theo phương trượt
vc1 - vận tốc trượt.

phoi

dao

v

chi tiết

Hình 1.6- Nguồn gốc và sự phân bố nhiệt cắt

+ Vùng tiếp xúc của phoi và mặt trước dao. Nhiệt sinh ra do cơng biến dạng đàn
hồi và ma sát ngồi: Qdm
Lượng nhiệt xuất hiện trên mặt trước dao là do 2 nguồn: do tác dụng của
lực ma sát trong ở lớp vật liệu phoi gần sát mặt trước kháng lại biến dạng đàn hồi
và lực ma sát ngoài trên mặt tiếp xúc.

+ Vùng tiếp xúc của mặt sau dao và mặt cắt của chi tiết gia công. Nhiệt sinh ra
do sự chuyển đổi công ma sát: Qms


20
Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

+ Nhiệt sinh ra do công đứt phoi: Qdp
1.3.1. Ảnh

của nhiệt cắt đến quá trình cắt khi tiện.

Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến quá trình cắt thường được nghiên cứu theo 3

quan điểm:
Theo độ chính xác gia cơng.
Theo chất lượng bề mặt đã gia công.
Theo khả năng cắt của dao.
* Ảnh hƣởng của nhiệt cắt đến độ chính xác gia cơng.
Độ chính xác gia cơng khi cắt gọt được quyết định bởi vị trí tương quan

giữa dao và chi tiết gia cơng trong q trình cắt. Do vậ y sự biến dạng về nhiệt
của dao và chi tiết gia công do ảnh hưởng của nhiệt khi cắt được quan tâm khảo
sát.

Về quá trình trao đổi nhiệt, ta biết rằng nếu cung cấp một lượng nhiệt Q
cho một vật có thể tích V (cm3), t ỷ nhiệt c (J/kg.0K), khối lượng riên g

(kg/cm3),

thì độ tăng của nhiệt độ của vật thể được xác định:
θ =

Q

c.γ.V

( 0K )

(1.4)

Độ thay đổi chiều dài L theo phương nào đó của vật thể là:
ΔL = α.Δθ.L

(mm)

(1.5)

Như vậy nếu ta xét trường hợp khi tiện một chi tiết có được đường kính là
D theo thiết kế trên bản vẽ , nếu nhiệt lượng truyền vào cho chi tiết là Qct thì
nhiệt độ trên chi tiết sẽ tăng lên một lượng

xác định và đường kính của chi tiết

sẽ thay đổi một lượng là D:
ΔD = α.Δθ.D

(mm)

(1.6)

Mặt khác, nhiệt lượng Qd truyền vào dụng cụ cũng sẽ làm cho dụng cụ
tăng chiều dài về phía tâm chi tiết. Khác với chi tiết, vật liệu trên dao là không
đồng nhất giữa phần cắt và phần cán dao, do vậy sự biến dạng của dao theo chiều
dài dưới tác dụng của nhiệt cắt phức tạp hơn rất nhiều. Ỏ đâ y ta phải khảo sát

biến dạng dài của dao trong mối quan hệ phức hợp:


21
Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
L = f(L,F,σ d ,v,s,t...)

(1.7)

trong đó:
- là tiết diện thân dao

F
d

v,s,t

- là độ bền vật liệu dao.
- là chế độ cắt.

Sau quá trình cắt, khi chi tiết về nhiệt độ thường, đường kính thực tế của
chi tiết gia cơng sẽ là:
D t = D - (α.Δθ.D + ΔL)

(1.8)

* Ảnh hƣởng của nhiệt cắt đến chất lƣợng bề m ặt gia công.

Chất lượng bề mặt đã gia công của chi tiết được đặc trưng bởi độ nh ấp
nhơ bề mặt và tính chất cơ - lý lớp sát bề mặt. Nhiệt cắt có ảnh hưởng chủ yếu
đến sự thay đổi tính chất cơ - lý lớp bề mặt chi tiết gia công.

Ta biết rằng, khi kim loại bị đốt nóng đến một nhiệt độ nào đó thi tổ chức
kim tương của chúng sẽ thay đổi. Sự thay đổi nà y dẫn đến sự thay đổi về cơ - lý
tính của kim loại. Mặt khác, trong quá trình cắt sự tăng giảm đột ngột về nhiệt độ
trên bề mặt gia công kết hợp với sự dao động của lực cắt sẽ tạo nên ứng suất dư
và vết nứt tế vi trên lớp kim loại sát trên bề mặt, đồng thời trên đó kim loại cũng

bị biến cứng hay hố bền. Nói chung các ảnh hưởng nà y đều theo chiều hướng
bất lợi cho yêu cầu về cắt gọt.
* Ảnh hƣởng của nhiệt cắt đến khả năng làm việc của dao.
Những kết quả nghiên cứu về cắt gọt cho thấy rằng khi cắt kim loại, đặc
biệt khi cắt ở tốc độ cao thì yếu tố quyết định lớn nhất đến khả năng cắt của dao
đó là nhiệt cắt, tiếp đến mới là ma sát.

Khả năng cắt gọt của dao được đánh gía bởi tuổi bền dao thông qua việc
xác định độ lớn của các dạng mài mòn dao cụ thể.

Dưới tác dụng của nhiệt khi cắt vật liệu của dao sẽ có sự thay đổi về tính
chất cơ - lý - hố, đặc biệt độ cứng, độ bền giảm, tính chống mịn cũng giảm...
dẫn đến mài mịn dao nhanh chóng, hậu quả là thời gian sử dụng dao vào cắt gọt
cũng bị rút ngắn đi, dao nhanh chóng mất khả năng cắt gọt.


22
Luận văn thạc sỹ

Chun ngành: Cơng nghệ chế tạo máy

Tóm lại, nhiệt cắt ngoài ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia cơng,
chất lượng lớp bề mặt gia cơng và khả năng cắt gọt của dao, còn ảnh hưởng đáng
kể đến má y và đồ gá trong hệ thống công nghệ.
1.3.1. Các yếu tố ảnh

đến nhiệt cắt khi tiện.

a. Ảnh hưởng của vật liệu gia công đến nhiệt cắt.
Các tính chất về cơ học và nhiệt của vật liệu gia cơng có ảnh hưởng
đáng kể đến nhiệt cắt. Nhiệt cắt thấp hơn khi gia công hợp kim so với khi gia
công thép nhờ khả năng biến dạng nhỏ hơn của hợp kim.
Có thể nhận xét một cách tổng quát rằng khi cắt vật liệu giịn do cơng

biến dạng rất bé và lực cắt đơn vị không đáng kể nên nhiệt cắt thấp hơn khi cắt
vật liệu dẻo. Độ cứng và độ bền của vật liệu gia công càng lớn thì nhiệt cắt càng
lớn do có quan hệ với cơng biến dạng. Nhiệt cắt cơ bản phụ thuộc vào nhiệt dung
và đặc biệt phụ thuộc vào tính chất dẫn nhiệt của vật liệu gia công và vật liệu làm

dao.
Ảnh hưởng của vật liệu gia công đến nhiệt cắt trong điều kiện thí

nghiệm cắt với a=1mm, b=1mm và v=1m/ph được biểu thị bằng hằng số thực
nghiệm Cθ.
b. Ảnh hưởng của vật liệu làm dao đến nhiệt cắt.
Vật liệu làm dao cũng có đặc tính tương tự như vật liệu chi tiết gia cơng.
Loại vật liệu dao nào có tính dẫn nhiệt tốt thì khi cắt nhiệt cắt sẽ thấp và ngược
lại. Yếu tố quyết định của dao về cao thấp của nhiệt cắt sinh ra là cấu trúc thành
phần hoá học của vật liệu xác định tính tương đồng hố học của nó với vật liệu
gia cơng, mặt khác là lý tính của nó như tính dẫn nhiệt và hệ số ma sát. Ảnh

hưởng của tính dẫn nhiệt sẽ tăng khi tăng tốc độ cắt, giảm góc cắt, giảm chiều
dày phoi. Với tốc độ cắt thấp thì ảnh hưởng của độ dẫn nhiệt nhỏ.
Kích thước thân dao cũng có ảnh hưởng như vậy đến nhiệt cắt vì nó ảnh

hưởng đến khả năng dẫn nhiệt của dụng cụ cắt. Kích thước càng lớn thì nhiệt
sinh ra khi cắt càng thấp.
c. Ảnh hưởng của tốc độ cắt.

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

.v n


23
Luận văn thạc sỹ

Chun ngành: Cơng nghệ chế tạo máy
Hình 1.7 - Quan hệ giữa θ và v


23
Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

Trong các yếu tố cắt thì tốc độ cắt là yếu tố có ảnh hưởng lớn nhất đến

nhiệt cắt. Khi tăng tốc đọ cắt thì nhiệt cắt lúc đầu tăng nhanh, sau khi đã đạt được
độ lớn nhất định thì cường độ tăng chậm lại và đường cong của hàm số phụ thuộc
θ = f(v) gần tiệm cận với nhiệt độ nóng chả y của vật liệu gia cơng.

Bằng thực nghiệm ta có thể thiết lập được mối quan hệ giữa nhiệt cắt và
tốc độ cắt theo công thức sau:
C .v x

Giá trị số mũ xθ phụ tuộc vào vật liệu gia công và vùng vận tốc cắt.

Khi v =15-45 m/ph thì
và

xθ = 0,5 đối với gia cơng thép
xθ = 0,35-0,45 đối với gia cơng gang.

Khi v = 45-180 m/ph thì xθ = 0,23 đối với gia công thép
và

xθ = 0,18 đối với gia công gang.

d. Ảnh hưởng của chiều dày cắt.

Hình 1.8. Quan hệ giữa chiều
dày cắt và nhiệt căt

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

Khi tăng lượng chạ y dao
(cũng như tăng a) áp lực của
phoi trên dao tăng, công ma sát
trên mặt trước tăng, nhiệt cắt ở
vùng biến dạng bậc nhất tăng,

tuy nhiên hệ số co rút phoi
giảm, tổng công biến dạng cho
một đơn vị thể tích giảm, điều
kiện truyền nhiệt tốt hơn vì
chiều dà y phoi lớn lên và diện
tích tiếp xúc giữa dao vbà phoi
được mở rộng, nhiệt cắt vì vậ y
có tăng nhưng khơng tăng
nhanh như khi tăng tốc độ cắt.
Bằng thực nghiệm ta có
thể thiết lập được mối quan hệ
giữa nhiệt cắt và chiều dày cắt
theo công thức
sau:
C a .a


24
Luận văn thạc sỹ

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

Chiều dà y cắt ảnh hưởng đến nhiệt cắt ít hơn so với vận tốc cắt. Khi tăng
chiều dà y a hay lượng chạ y dao s thì nhiệt cắt tăng nhưng khơng phải tăng tuyến
tính.
Giá trị trung bình của số mũ yθ từ thực nghiệm:
Đối với thép: yθ = 0,3; gang: yθ = 0,2.

e. Ảnh hưởng của chiều rộng cắt.
Chiều rộng cắt b (hay chiều sâu cắt t) có ảnh hưởng đến nhiệt cắt ít hơn so

với lượng chạ y dao.
Khi tăng chiều sâu cắt, một
mặt tải trọng trên một đơn vị chiều
dài lưỡi cắt không đổi, mặt khác khi
tăng t do φ không đổi nên chiều dài
phần làm việc của lưỡi cắt tuy có
tăng nhưng điều kiện truyền nhiệt tốt
hơn. Kết quả là nhiệt cắt thay đổi ít.
Từ kết quả thực nghiệm ta
thiết lập được mối quan hệ giữa
nhiệt cắt θ và chiều rộng cắt b như
sau:
C .b z

Hình 1.9 - Quan hệ giữa nhiệt cắt với b

Ta có đối với thép: zθ = 0,05-0,14
đối với gang: zθ = 0,04

f. Ảnh hưởng của các thơng số hình học dao.
Góc nghiêng chính φ, bán kính mũi dao R cũng ảnh hưởng tới độ lớn của

nhiệt cắt, ta dễ dàng nhận biết qua sự thay đổi của chiều dà y cắt a và chiều rộng
cắt b dẫn đến sự thay đổi mức độ biến dạng và khả năng tản nhiệt.
Để đặc trưng các ảnh hương nà y đến nhiệt cắt ta dùng các hệ số điều chỉnh

nhiệt cắt Kφθ và KRθ.
Ngoài ra sự mài mòn của dụng cụ làm thay đổi hình dáng hình học phần

cắt và góc độ dao cũng làm cho nhiệt cắt thay đổi. Nói chung dụng cụ càng bị

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