Tài liệu Kỹ thuật nguội Chương 4 : Khoan lỗ, khoét lỗ và doa lỗ doc

98
Chơng 4: KHOAN Lỗ, KHOéT Lỗ Vệ DOA Lỗ
A. Lý thuyết
4.1. Khoan lỗ
4.1.1.Khái niệm khoan lỗ , các bộ phận v công dụng của mũi khoan xoắn
1. Khái niệm khoan lỗ.
- Khoan lỗ l phơng pháp gia công lỗ tại một vị trí xác định trên vật liệu đặc
biệt của chi tiết gia công, bằng dụng cụ l mũi khoan.
- Khoan lỗ thờng dùng trong công việc nguội để khoan các lỗ lắp bulông, vít
để kẹp các chi tiết với nhau, khoan lỗ trớc khi cắt ren lỗ (ta rô), khoan các lỗ dùng
đóng chốt định vị, khoan để cắt đứt tấm kim loại.
2. Các bộ phận v công dụng của mũi khoan.
Cấu tạo của mũi khoan xoắn gồm 3 bộ phận :
- Cán mũi khoan: Dùng để lắp vo đầu khoan, đồng thời dùng truyền lực (lực
hớng trục v mô men xoắn ).
- Cổ khoan: L rãnh lùi dao của bánh mi khi chế tạo mũi khoan.
- Thân mũi khoan còn gọi l bộ phận lm việc, đầu nhọn lm bộ phận cắt, bộ
phận dẫn hớng cho mũi khoan.
Hình 4.1.Cấu tạo mũi khoan xoắn phổ thông
4.1.2.Các yếu tố kết cấu của bộ phận cắt mũi khoan xoắn phổ thông
Hình 4.2.Bộ phận cắt của mũi khoan xoắn phổ thông
Bộ phận cắt của mũi khoan xoắn phổ thông bao gồm các yếu tố kết cấu sau:

99
- Bộ phận chủ yếu của mũi khoan chủ yếu do mặt trớc v mặt dao sau tạo
thnh.
- Mặt dao trớc l mặt dao m phôi cắt đi, mặt đối diện với bề mặt cắt gọi
l mặt dao sau, mặt đối diện với bề mặt gia công gọi l mặt dao sau phụ. Lỡi cắt tạo
thnh bởi mặt dao trớc v sau giao nhau, lỡi cắt do mặt dao trớc v mặt dao sau
chỉnh giao nhau tạo thnh lỡi cắt chính, lỡi cắt do hai mặt dao sau chính phụ giao

nhau tạo thnh lỡi cắt ngang, giao điểm của hai lỡi cắt l điểm uốn chuyển.
4.1.3.Hệ cơ chuẩn kết cấu của mũi khoan gồm những mặt cơ chuẩn no
- Mặt cơ sở kết cấu Prc l mặt phẳng song song với đờng nối liền điểm uốn
chuyển mép ngoi của hai lỡi chính với điểm uốn lỡi cắt ngang.
- Mặt phẳng đầu Ptc l mặt phẳng đầu vuông góc với đờng mũi khoan.
- Mặt phẳng tâm Pc l mặt phẳng đi qua trục mũi khoan, vuông góc với mặt cơ
sở v mặt đầu.
Hình 4.3. Hệ cơ chuẩn kết cấu mũi khoan xoắn
4.1.4.Các góc kết cấu của mũi khoan xoắn phổ thông
Mũi khoan xoắn phổ thông bao gồm những góc kết cấu sau:
1.Góc sắc nguyên thuỷ.
Hình 4.4. Góc sắc đầu
mũi khoan
(a) Góc sắc sử dụng 2
< 2
o
;
(b) Góc sắc nguyên thuỷ2
o
;
(c) Góc sắc sử dụng 2 > 2
o
;
(a) (b) (c)

100
-Góc sắc nguyên thủy 2
o
l góc kẹp của hai lỡi cắt chính mũi khoan xoắn chiếu
trên mặt cơ sở kết cấu.

- Lỡi cắt chính của mũi khoan xoắn phổ thông l đờng thẳng thì góc sắc
nguyên thủy l 2
o
=116
o
ữ 120
o
.
- Hình (a)v (c) sử dụng l góc kẹp của đờng nối giữa điểm mép ngoi lỡi
cắt chính với điểm uốn chuyển lỡi cắt ngang chiếu trên mặt cơ sở.
-Trong quá trình gia công mi lỡi cắt cho phù hợp sử dụng 2
o
phù hợp với
yêu cầu gia công.
+ Khi 2 > 2
o
thì lỡi cằt chính l đờng cong lõm.
+ Khi 2
< 2
o
thì lỡi cằt chính l đờng cong lồi.
2.Góc xoắn.
-Góc xoắn l góc kẹp sắc giữa tiếp tuyến lỡi cắt phụ v đờng trục mũi
khoan chiếu trên mặt cơ sở kết cấu.
- Góc xoắn ốc ở chỗ bán kính đợc tính theo công thức:
o
tg
R
r
tg

EE

Trong đó: R l bán kính mũi khoan (mm).
r l bán kính vị trí điểm chọn trên lỡi cắt chính (mm).

o
E
l góc xoắn mũi khoan(độ).

E
l góc xoắn rãnh lỡi cắt tại điểm xác định (độ).
Hình 4.5. Góc xoắn của mũi khoan xoắn v quan hệ giữa góc
xoắn các điểm trên lỡi cắt với bán kính
3.Góc sau kết cấu.
- Góc sau kết cấu l góc kẹp giữa mặt dao sau nơi lỡi cắt chính lân cận điểm
chuyển mép ngoi với mặt phẳng đầu mũi khoan.
- Tuỳ theo sự khác nhau của mặt phẳng đo m góc sau lại chia ra:

101
+ Góc sau kết cấu hớng trục
c
D
l góc sau đo đợc mặt phẳng song song với
trục mũi khoan v vuông góc mặt cơ sở kết cấu.
+ Góc sau phơng pháp kết cấu
nc
D
l góc đo đợc trong mặt phẳng song song
với trục mũi khoan v vuông góc với mặt phẳng bán kính.
+Góc sau chu vi kết cấu

fc
D
l góc đo đợc trong mặt phẳng (hoặc mặt trụ song)
song song với trục mũi khoan đồng thời vuông góc với mặt phẳng bán kính .Trong
tiêu chuẩn mũi khoan xoắn phổ thông thờng l
oo
fc
208 y
D
.
Hình 4.6. Góc sau kết cấu của mũi khoan
4.Góc xiên lỡi ngang
- Góc xiên lỡi ngang
\
l góc kẹp sắc giữa đờng nối điểm uốn chuyển lỡi
ngang v điểm mép ngoi lỡi cắt chính với lỡi ngang trên hình mặt đầu mũi khoan
.Góc xiên lỡi ngang của mũi khoan xoắn phổ thông
oo
5547 y
\
.
Hình 4.7. Góc xiên lỡi ngang của mũi khoan
4.1.5. Mặt cơ chuẩn của hệ thống cơ chuẩn lý thuyết mũi khoan xoắn
Hệ thống mặt cơ chuẩn lý thuyết xác định góc lý thuyết cuả đầu mũi khoan gồm 3
mặt chuẩn sau:
1.Mặt cơ sở (gốc) Pro.
- Mặt cơ sở Pro l mặt phẳng vuông góc với tốc độ cắt gọt.
- Do hai lỡi cắt chính không đi qua tâm mũi khoan cho nên phơng tốc độ cắt
của các điểm trên lỡi cắt chính không giống nhau, vì vậy mặt cơ sở của các điểm
cũng không trùng nhau.

102
Hình 4.8. Sự thay đổi mặt cơ sở mặt phẳng cắt gọt trên lỡi cắt
chính của mũi khoan xoắn
2. Mặt phẳng cắt gọt P
SA
.
- Mặt phẳng cắt gọt
SA
P
l mặt phẳng qua tiếp tuyến với lỡi cắt tại điểm xác
định v chứa phơng tốc độ cắt gọt của các điểm đó. Mặt phẳng cắt gọt của điểm trên
lỡi cắt vuông góc với mặt cơ sở của điểm đó.
- Phơng tốc độ cắt trên lỡi cắt chính không giống nhau nên phơng cắt của
các điểm không trùng nhau.

103
Hình 4.9. Hệ cơ chuẩn lý thuyết của mũi khoan
3. Mặt phẳng đo.
- Mặt phẳng đo l mặt phẳng qua điểm xác định trên lỡi cắt chính đầu mũi
khoan nh hình vẽ 4.9.
- Mặt cắt chính P
o
l mặt phẳng qua điểm xác định của lỡi cắt v vuông với P
r
v mặt phẳng P
s
.
- Mặt cắt pháp tuyến P
n

l mặt phẳng vuông góc với lỡi cắt.
- Mặt phẳng tiến động giả định P
f
l mặt phẳng đi qua điểm xác định, vuông
góc mặt cơ sở v song song hớng tiến động giả định.
4.1.6. Góc lý thuyết cuả mũi khoan xoắn
Góc lý thuyết của mũi khoan xoắn bao gồm những gó sau:
1.Góc trớc chính.
- Góc trớc chính kí hiệu
o
J
l góc kẹp nằm trong mặt cắt chính P
o
của điểm
chọn trên lỡi cắt gọt giữa mặt cơ sở P
r
của điểm đó v mặt dao trớc
J
A
.
- Góc trớc của các điểm trên lỡi cắt chính khoan xoắn phổ thông thay đổi rất
lớn, từ mép ngoi đến ruột khoan góc trớc giảm từ 30
o
ữ -30
o
.
2.Góc sau chính.
- Góc sau chính kí hiệu
o
D

l góc kẹp nằm trong mặt cắt chính P
o
của điểm chọn
trên lỡi cắt gọt giữa mặt phẳng cắt gọt P
s
của điểm đó v mặt dao sau
D
A
.
- Góc sau của các điểm trên
lỡi cắt chính mũi khoan xoắn phổ
thông tăng dần từ điểm mép ngoi
đến chỗ tâm mũi khoan, khoảng từ
10
o
ữ26
o
.
3.Góc lệch lỡi.
- Góc lệch lỡi kí hiệu K
r
l
góc kẹp nằm trong mặt cơ sở của
điểm chọn trên lỡi cắt gọt giữa
mặt phẳng tiến động giả định của
điểm đó v mặt phẳng cắt gọt P
s
.
- Góc lệch lỡi của các điểm
trên lỡi cắt chính của mũi khoan

xoắn phổ thông, giảm từ mép
ngoi vo tâm.

Hình 4.10. Góc lý thuyết chỗ điểm mép

104
ngoi đầu mũi khoan
Hình 4.11. Góc trớc, sau v góc lệch chính của đầu mũi khoan
Hình 4.12. Phân bố Góc lệch chính của mũi khoan phổ thông
4.Góc nghiêng lỡi
- Góc nghiêng lỡi kí hiệu
s
O
l góc kẹp nằm trong mặt phẳng cắt gọt của điểm
chọn trên lỡi cắt với mặt cơ sở.
- Trong hình vẽ 4.13 góc nghiêng lỡi của các điểm trên lỡi cắt chính của mũi khoan
xoắn phổ thông sẽ tăng dần từ điểm đờng tròn ngoi vo tâm khoan.
Hình 4.13. Góc nghiêng lỡi
của các điểm trên lỡi chính
mũi khoan xoắn

105
40
30
20
10
0
-10
-20
-30

-40
-50
-60
-70
0.2
0.4
0.6
0.8
Điểm chọn trên
luỡi cắt chính
Đuờng kính mũi khoan
d = 23 (mm)
Góc sắc NoA
I
'

1$I
'

Góc truớc chính
JR
(độ)
NOA (phay)
Tính
toán
4.1.7.Nhợc điểm của mũi khoan xoắn phổ thông
- Trị số góc trớc các điểm trên lỡi cắt chính thay đổi tơng đối lớn. Quy luật
thay đổi l góc trớc giảm dần từ mép ngoi vo trong tâm biên độ thay đổi từ 30
o
ữ -

30
o
, góc trớc của lỡi cắt chính ở chỗ gần mép ngoi rất lớn, tốc độ cắt ở chỗ đó cao
nhất, cờng độ v tản nhiệt ở chỗ đó không đủ rễ lm mòn lỡi cắt
Hình 4.14. Sự phân bố góc trớc của mũi khoan xoắn
Hình 4.15. Góc trớc của bộ phận tâm mũi khoan

106
Hình 4.16. Góc lý thuyết của lỡi ngang
- Lỡi ngang quá di khiến mũi khoan định tâm kém, lực hớng trục lớn.
- Do chiều di của lỡi cắt chính quá lớn, phoi cắt rộng, chênh lệch tốc độ đùn
ra của phoi cắt ở các điểm lỡi dao tơng đối lớn khiến phoi cắt cuộn cong lại thnh
cuộn xoắn ốc rộng, dẫn tới xả phoi khó khăn.
Hình 4.17. Hình dạng phoi cắt khi dùng mũi khoan xoắn phổ
thông để khoan vật liệu nhựa
- Độ dy cắt gọt phân bố không đều theo lỡi cắt chính, độ dy cắt gọt kí hiệu
a
c
l chỉ khoảng cách giữa hai bề mặt cắt gọt gần nhau trong mặt cơ sở, đợc tính theo
công thức sau:
rc
K
f
a
sin
2

(mm)

107

Điểm chọn trên luơĩ chính
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Trị số độ dy cắt gọt
0.50
0.45
0.40
0.35
0.30
Hình 4.18. Hình cắt gọt của khoan lỗ
Hình 4.19. Sự phân bố độ dy cắt gọt của lỡi chính mũi khoan
xoắn phổ thông
- Mặt dao sau của lỡi cắt chính lại l mặt dao trrớc sau của lỡi ngang sau
khi mi ra, góc sau lỡi cắt chính đợc xác định m góc sắc đầu mũi khoan, góc xiên
lỡi ngang cũng theo đó đợc xác định. Do đó khó đảm bảo đợc trị số hợp lý.
- Mũi khoan xoắn phổ thông đợc chế tạo bằng vật liệu thép gió, rất khó khăn
gia công trên vật liệu có độ cứng cao, vật liệu chiệu nhiệt...Thậm chí không thể gia
công đợc.
4.1.8.Các phơng pháp mi sửa mũi khoan xoắn phổ thông để giảm lực cắt khi
khoan
Bảng 4.1: Sự phân phối lực khoan của mũi khoan xoắn phổ thông
trên lỡi cắt (%)
Lỡi cắt
Lực khoan cắt
Lỡi cắt chính Lỡi ngang Đai lỡi
Lực hớng trục
Mômen xoắn
40
80
51
8

3
12
- Qua bảng ta thấy lực hớng trục khi khoan lỗ chủ yếu từ lỡi ngang, còn mômen
xoắn chủ yếu từ lỡi cắt chính. Để giảm lực khoan cắt v mômen xoắn ta cần tiến
hnh mi sửa nh sau:

108
+Mi sửa lỡi ngang để giảm độ di của nó v tăng góc trớc chỗ mi sửa.
(a) (b) (c) (d)
Hình 4.20. Kiểu thức mi lỡi ngang
(a) Kiểu cắt miệng (b) Rút ngắn lỡi ngang
(c) Dạng chữ thập (d) Kiểu tổng hợp
+Mi đoạn từ giữa lỡi cắt chính đến tâm mũi khoan thnh lỡi cung tròn, để
mở rộng góc lệch chính v góc trớc của lỡi cắt ở đoạn ny, nhằm giảm lực cắt.
+ Trên lỡi cắt chính mi thnh rãnh chia phoi để lỡi cắt tiến hnh cắt phân
đoạn. Nh vậy phoi cắt ra sẽ trở lên hẹp, dầy, giảm nhỏ biến dạng cắt, đạt mục đích
giảm lực cắt, khi mi bố trí so le nhau rãnh chia phoi trên hai lỡi cắt thể hiện nh
hình vẽ.

(a) Rãnh chia phoi không đối xứng;
Hình 4.21. Góc lệch chính của lỡi
cung tròn
Hình 4.22. Phơng pháp chia phoi

109
(b) Rãnh chia phoi một bên lỡi cắt;
(c) Bậc thang chia phoi một bên lỡi cắt.
4.1.9.Biện pháp giải quyết vấn đề xả phoi khi khoan lỗ tơng đối sâu
Khi khoan lỗ, dùng mũi khoan xoắn để khoan lỗ tơng đối sâu
L/d = 5 ữ 20L,

Trong đó: L l độ sâu lỗ khi khoan (mm),
d l đờng kính lỗ (mm).
Trong khi khoan nếu xả phoi thuận lợi thì thờng xuyên rút mũi khoan ra ngoi
lỗ, sẽ ảnh hởng đến gia công lỗ. Nh vậy phoi lm tắc lỗ, dung dịch lm mát không
thể chảy vo để bôi trơn, lm dao mòn rất nhanh. Để xả phoi thuận lợi có thể áp dụng
các phơng pháp sau:
- Mi thnh rãnh chia phoi trên lỡi cắt chính, khiến lỡi khoan cắt gọt theo
từng phần. Do đó có thể tăng tốc độ cắt trên mỗi đoạn phôi cắt đi, giảm mức độ cuộn
phoi, khiến phoi cắt ra có dạng di hẹp, giảm không gian chiếm cứ của phoi.
- Tăng góc sắc của mũi khoan, để cho
oo
1701402 y
I
. Khi khoan lỗ sâu trên
hợp kim nhôm, cần phải giảm nhỏ góc trớc đoạn từ giữa lỡi cắt chính đến mép
ngoi đầu mũi khoan, theo miệng lỡi cắt mi một mặt phẳng nhỏ, độ rộng
1
r
b
hơi lớn
hơn lợng tiến động f, đồng thời giảm góc trớc pháp tuyến
n
J
ở chỗ mép ngoi
xuống còn 8
o
ữ10
o
.

110
Hình 4.23. Phơng pháp chia phoi đầu mũi khoan nhỏ
Hình 4.24. Mũi khoan phổ thông khoan hợp kim nhôm
- Nâng cao thích hợp tốc độ khoan cắt, lợi dụng độ văng cắt gọt ở ngoi lỗ để xả
phoi.
4.1.10.Các phơng pháp lm gãy phoi khi khoan lỗ
Khi lỗ nếu phoi cắt di, lại không chịu đứt, ảnh hởng hiệu quả lm mát, còn
lm giảm năng suất v độ bền của mũi khoan. Để lm gãy phoi trong khi khoan có thể
áp dụng các phơng pháp sau:
- Dùng đá mi đầu mi phần lỡi thẳng của lỡi cắt chính mũi khoan thnh cạnh
vát hoặc dùng đá mi, mi thnh mặt gây gẫy phoi khiến góc trớc hơi
giảm(
oo
bc
1510 y
J
), độ rộng mặt cạnh
1
J
b
khoảng bằng lợng tiến cấp. Trong quá
trình khoan thì độ lớn của
nc
J
phải phù hợp với vật liệu gia công v chọn lợng cắt hợp
lý nhằm bẻ gãy phoi.
a) b)
Hình 2.25. Mi cạnh đảo v mặt bẻ phoi
a. Mi cạnh vát; b. Mi mặt bẻ phoi

111
-Trên mặt dao trớc lỡi thẳng của lỡi cắt chính đầu mũi khoan mi thnh bậc
bẻ phoi. Bậc bẻ phoi lm cho phoi khi đùn ra tạo biến dạng phụ đạt mục đích bẻ
phoi.Tỷ lệ giữa độ rộng
1
J
b
v độ sâu c của bậc bẻ phoi khoảng 4ữ10 (mm).
Hình 4.26. Mi mặt gãy, mi Hình 4.27. Rãnh bẻ phoi khe
bậc bẻ (cuộn) phoi bán nguyệt
- Mi rãnh bẻ phoi hở bán nguyệt trên mặt dao trớc ở chỗ cách miệng lỡi
khoảng 0,15ữ 0,4 (mm). Đồng thời giảm nhỏ thích hợp góc trớc sao cho
o
n
5
J
.
- Mi lỡi thẳng thnh lỡi vòng cung, tăng biến dạng phoi cắt có lợi cho xả
phoi.
Hình 4.28. Mũi khoan dạng cơ bản cỡ trung bình
(đờng kính 15ữ 40 mm)
- Thông qua sự khống chế hình dạng phoi cắt v lợi dụng tình hình chịu lực khi
phoi đùn ra, lm tăng ứng lực cục bộ của phoi để thực hiện bẻ phoi, tăng góc lỡi dao
ở các điểm chia phoi trên lỡi cắt chính.

112

Hình 4.29. Mũi khoan phổ thông khoan thép không gỉ.

Hình 4.30. Quá trình gãy phoi của phoi dạng hoa tặng

- Lợi dụng tác dụng của góc nghiêng lỡi mặt đầu đối với cuộn phoi v hớng
đùn phoi để lm đứt phoi.
- Hình 4.31 l mũi khoan đứt phoi khoan đồng không ôxy. Ban đầu góc nghiêng
lỡi mặt đầu ở lỡi thẳng vốn l âm, bây giờ mi thnh trị số dơng, lm cho phoi
chặn lại ở dới đáy lỗ, phoi liềm dồn lại, tiếp sau đó phoi mỏng ít biến dạng mới cắt
sẽ đùn theo hớng miệng lỗ mang cả phoi ra ngoi lỗ.