CƠ BẢN VỀ QUÁ TRÌNH CẮT GỌT

VẤN ĐỀ CƠ BÀN VỀ QUÁ TRÌNH CẮT GỌT

I. Quá trình tạo phoi trong gia công cắt gọt

             Các chi tiết được chế tạo bằng phương pháp cắt gọt từ phôi là một khối vật liệu để thay đổi hình dáng, kích thước, chất lượng bề mặt và tính chất vật liệu gia công. Lớp vật liệu cần phải lấy đi trên phôi trong quá trình cắt gọt gọi là lương dư gia công, phần vật liệu bị hớt bỏ đi được gọi là phoi.

             Lượng dư gia công càng lớn thì thời gian cần thiết để cắt gọt càng nhiều, do đó để chế tạo ra một chi tiết dùng được bằng phương pháp cắt gọt thì lượng dư  cũng như thời gian gia công phải đủ. Lượng dư gia công thường không được cắt hết một lần mà phải sau vài lần cắt ( chạy dao ), người ta thường chia quá trình gia công cắt gọt thành hai giai đoạn chạy dao: Giai đoạn thứ nhất là gia công thô, tức là lấy đi phần cơ bản của lượng dư gia công, giai đoạn này người ta ít chú ý đến sai số về hình dáng,kích thước, cũng như chất lượng bề mặt gia công; giai đoạn hai gồm các bước gia công bán tinh, gia công tinh hớt bỏ đi một lượng nhỏ lượng dư gia công còn lại để đạt được độ chính xác về hình dáng, kích thước và chất lượng bề mặt gia công theo yêu cầu kỹ thuật của bản vẽ chi tiết.     

I.1. Quá trình hình thành phoi

             Như đã nói ở trên thì quá trình gia công cắt gọt là quá trình lấy đi khỏi phôi một lượng vật liệu không nguyên khối được gọi là phoi để nhận được chi tiết có hình dáng, kích thước, chất lượng bề mặt theo yêu cầu kỹ thuật.

             Nhiều công trình nghiên cứu đã chứng minh rằng : Quá trìng cắt gọt là sự trượt phá của các phần tử vật liệu dưới tác dụng của lực mà các thành phần dụng cụ cắt tác dụng vào.

             Dưới tác dụng của lực cắt P (hình 1.1), lớp kim loại ở mặt trước của dao sẽ bị nén lại, sau đó lớp kim loại bị tách rời bắt đầu bị ép trồi lên dọc theo mặt trước của dao ( hiện tượng này xảy ra cho đến khi nào áp lực của dao chưa vượt quá lực liên kết giữa các phần tử vật liệu ) cho đến khi áp lực của dao lên vật liệu vượt quá lực liên kết giữa các phần tử vật liệu thì phoi bị nén sẽ trượt theo mặt phẳng  -  , dao tiếp tục nén và các phần tử phoi tiếp theo tiếp tục trượt.Các phần tử vật liệu trượt theo mặt trượt - nằm nghêng so với bề mặt phôi một góc ₁ = 30-40^o. Bên trong mỗi phần tử vật liệu cũng diễn ra sự xê dịch các tinh thể dưới một góc ₂ = 60-65^o.

  

                                                    Hình 1.1: Quá trình hình thành phoi.

             Như vậy, trong quá trình cắt gọt, đầu tiên trong các phần tử vật liệu được cắt xảy ra biến dạng đàn hồi sau đó là biến dạng dẽo, và kết thúc là các phần tử phoi trượt liên tục. 

I.2. Các dạng phoi

             Tùy theo cơ tính của vật liệu ( khả năng biến dạng đàn hồi và biến dạng dẽo ) mà trong quá trình cắt gọt tạo ra nhiều dạng phoi khác nhau. Trong thực tế người ta chia lám ba dạng phoi: Phoi vụn, phoi xếp và phoi dây.

             a. Phoi vụn (hình 1.2.a)

             Phoi vụn được hình thành khi gia công các vật liệu cứng và giòn ví dụ như gang, đồng thau, đá, gốm xứ, Ebônít, . . .Nó gồm những mảnh vật liệu rời rạc có hình dáng khác nhau, các phần tử vật liệu này không liên kết với nhau hoặc liên kết với nhau rất yếu.

             b. Phoi xếp (hình 1.2.b)

             Phoi xếp được tạo thành khi gia công vật liệu có độ cứng vừa phải, có ít độ dẽo với vận tốc cắt trung bình. Phía bề mặt phoi trượt lên mặt trước của dao là mặt nhẳn, còn phía đối diện thì gồ ghề có dạng răng cưa. Các phần tử vật liệu trong dạng phoi này liên kết với nhau tương đối bền vững. 

             c. Phoi dây (hình1.2.c)

             Phoi dây được tạo thành khi gia công các vật liệu có độ dẽo cao, độ cứng thấp với tốc độ cắt lớn. Phoi dạng này trượt ra khỏi dao dưới dạng dây dài có độ nhẳn cá bề mặt xung quanh tương đối như nhau, ít thấy răng cưa

    

      a) Phoi vụn                                                           b) Phoi xếp                                                     c)Phoi dây

                                                Hình 1.2 : các dạng phoi

            

             Các dạng phoi trên đây không phải là cố định theo vật liệu, mà nó có thể thay đổi từ dạng phoi nài sang dạng phoi khác nếu ta thay đổi điều kiện cắt gọt. Ví dụ như khi chiều sâu cắt nhỏ và tốc độ cắt cao thì khả năng tạo ra phoi dây cao hơn.

I.3. Sự co rút của phoi (Hình 1.3)

             Do quá trình cắt gọt là quá trình biến dạng của phoi, nên phoi được tách ra khỏi chi tiết do bị nén sẽ có chiều dài ngắn hơn chiều dài cắt và theo định luật biến dạng khối Poisson thì bề dày sẽ dày hơn. Hiện tượng đó được gọi là sự co rút của phoi, hiện tượng này có thể nhận biết bằng cách quan sát hình dáng bên ngoài của phoi. Hệ số co rút của phoi có thể được tính theo công thức sau:

                                                    K = 

             Trong đó :  - Lo là chiều dài cắt trên bề mặt gia công ( quảng đường đi được của dao trên phôi ) (mm).

                                 - L là chiều dài thực của phoi (mm).

                                                 

                                                    Hình 1.3: Sự co rút của phoi.

             Hệ số co rút của phoi K luôn lớn hơn 1. Hệ số K càng lớn thì phoi biến dạng càng nhiều, nghĩa là khả năng chống lại sự trượt phá của vật liệu giảm ( tương ứng với khả năng gia công càng tốt, dễ gia công ). Hệ số co rút phoi xác định giá trị biến dạng dẽo của vật liệu khi cắt gọt, hệ số K cáng lớn thì biến dạng dẽo càng tăng.

             Từ hệ số co rút củ phoi có thể phần nào đánh giá được sức bền của vật liệu trong quá trình cắt gọt ( khả năng gia công ), từ đó rút ra được những kết luân cần thiết và áp dụng những biện pháp hợp lý làm cho quá trình cắt được dễ dàng, ví dụ như ảnh hưởng của sự co rút của phoi liên qua đến việc gảy tarô khi trả ngược để bẻ phoi khi gia công vật liệu dẽo.

I.4. Các phương pháp tạo hình trong gia công cắt gọt

I.4.1 Phương pháp cắt bao hình (hình 1.4.a)

             Đây là phương pháp tạo hình bằng gia công cắt gọt trong đó chuyển động chính (chuyển động cắt) nhằm tạo nên một đường hoặc mặt trên bề mặt gia công, mà nó hoàn toàn không có hình dáng giống với hình dáng của bề mặt gia công. Để tạo nên bề mặt cần gia công thì phải có thêm chuyển động phụ được gọi là chuyển động chay dao ( chuyển động tiến dao) là chuyển động tạo hình. Trong chương pháp cắt bao hình thì hình dáng của bề mặt gia công không phụ thuộc vào hình dáng lưỡi cắt của dao, mà chỉ phụ thuộc vào quỹ đạo của dao khi chạy dao mà thôi.

I.4.2 Phương pháp cắt định hình (hình 1.4.b)

             Là phương pháp tạo hình bằng gia công cắt gọt mà trong đó hình dáng của bề mặt chi tiết gia công được quyết định bởi hình dáng lưỡi cắt của dụng cụ cắt và tạo bởi chuyển động chính, còn chuyển động chạy dao chỉ có nhiêm vụ là xác định kích thước của chi tiết gia công.

                                        

             a) phương pháp cắt bao hình                                                                     b) phương pháp cắt định hình

                               Hình 1.4 : Các phương pháp tạo hình trong gia công cắt gọt

I.5. Quá trình tạo hình trong gia công cắt gọt

             Cắt gọt là phương pháp gia công cơ khí bằng cách hớt bỏ đi phần vật liệu thừa của phôi ban đầu để tạo hình cho chi tiết cần gia công. Quá trình tạo hình trong gia công cắt gọt là phối hợp của các quá trình chuyển động của dao và chi tiết gia công. Ta có hai chuyển động cơ bản là Chuyển động chính và chuyển động tạo hình.

             + Chuyển động chính ( chuyển động cắt) là chuyển động của dao hoặc chi tiết nhằm tách phoi ra khỏn khối vật liệu.

             + Chuyển động tạo hình ( chuyển động chạy dao) là chuyển động của dao hoặc chi tiết nhằm rãi vết cắt do chuyển động chính tạo ra lên khắp bề nặt khối vật liệu để định hình bề mặt gia công.

Tùy theo dạng chuyển động của chuyển động chính và chuyển động tạo hình mà ta có các phương pháp gia công khác nhau.

Dao       Chi tiết	Chuyển động tịnh tiến	Chuyển động quay tròn
Chuyển động tịnh tiến	Phương pháp gia công Bào và xọc	Phương pháp gia công Phay, Doa, Khoan.
Chuyển động quay tròn	Phương pháp gia công tiện	Phương pháp gia công Mài tròn, phay lăn răng

Types of chips

The three common types of chip from a single point tool are. 1.Discontinuous or segmental chip:                         Discontinuous chips is formed by a series of rupture occurring approximately perpendicular to the tool place face’ each chip element passing off along the tool face the chip  element’ in the form of small segment may adhere loosely to each other and becomes slightly longer. Since the chips break up into small segments the friction between the tool and the chips reduces’ resulting in better surface finish. These chips are convenient to collect’ handle and dispose off. Discontinuous chips tends to be formed when one or more or the following conditions exist:1.     Brittle material , such as cast iron and bronze.
2.     large chip thickness
3.     low cutting speed
4.     small rack angle
Discontinuous chips are also produced when cutting more ductile material with the use of a cutting fluid.
2.Continuous Chips:Continuous chips are formed by the continuous plastic deformation of metal without fracture in front of the cutting edge of the tool and is formed by the smooth flow of the chip  up the tool face. Mild steel and copper are considered to be most desirable materials for obtaining continuous chips. The chips obtained have same thickness throughout. This type of chip is the most desirable. Since it is stable cutting, resulting in generally good surface finish. On the other hand these chips are difficult to handle and dispose off.Continuous chips tend to be formed when the following condition exist:1.     ductile material
2.     high cutting speed
3.     small chip thickness
4.     large rack angle
5.     minimum friction of chip on tool face by :
·        polished tool face
·        use of efficient cutting lubricants.
·        Use of tool material with low-coefficient of friction.
3.Continuous Chip with Built up Edge:This type of chip is very similar to the continuous chip. With the difference that it has a built up edge adjacent to tool face and also it is not so smooth. It is obtained by  machining on ductile material, in this condition of high local temperature and extreme pressure in the cutting and high friction in the tool chip interference, may cause the work material to adhere or weld to the cutting edge of the tool. Successive layers of work material are then added to the built up edge. When this edge becomes larger and unstable , it breaks up and part of it is carried up the face of the tool along with the chip while the remaining is left over the surface being machined, which contributes to the roughness of the surface. The built up edge changes its size during the cutting operation. It first increases , then decreases, then again increases etc.