Giáo trình Cơ sở cắt gọt kim loại - Chương 2: Những yếu tố cơ bản của dụng cụ cắt kim loại
C 2 YTCB DCCKL
1
GVC NGUYỄN THẾ TRANH - TRẦN QUỐC VIỆT
Chương 2
NHỮNG YẾU TỐ CƠ BẢN CỦA DỤNG CỤ CẮT KIM LOẠI
Dụng cụ cắt hay còn gọi là dao là bộ phận của hệ thống công nghệ có nhiệm vụ trực tiếp
tách phoi để hình thành bề mặt gia công. Kinh nghiệm cho thấy: dao có ảnh hưởng rất lớn đến
quá trình cắt gọt. Nó không những tác động trực tiếp tới chất lượng chi tiết mà còn chi phối
không nhỏ tới vấn đề năng suất và giá thành chế tạo sản phẩm.
Vì lý do khách quan như vậy nên những hiểu biết về dao nhằm sử dụng chúng một cách
hợp lý là một trong những trọng tâm của công tác nghiên cứu cắt gọt kim loại.
Trong thực tế vì bề mặt gia công là muôn hình muôn vẻ, do đó dao để phục vụ gia công
cũng rất đa dạng. Để thuận tiện cho công tác nghiên cứu, tuỳ thuộc vào mục đích yêu cầu
nghiên cứu, sử dụng mà người ta phân loại dao thành các nhóm khác nhau.
Ví dụ:
Dựa vào vật liệu chế tạo dao thì có dao thép cacbon dụng cụ, dao thép hợp kim dụng cụ,
dao thép gió, dao hợp kim cứng, dao kim cương...
Dựa vào yêu cầu tính chất gia công dao được phân ra: dao gia công thô, dao gia công
tinh, dao gia công bóng.
Dựa vào số lưỡi cắt trên dao ta lại có các loại: loại một lưỡi cắt (như dao tiện, dao bào),
dao hai lưỡi cắt (như mũi khoan), dao nhiều lưỡi cắt tiêu chuẩn (như dao phay, dao chuốt),
dao phi tiêu chuẩn nhiều lưỡi cắt (như đá mài).
Dựa vào kết cấu và đặc điểm làm việc ta có loại dao thường và loại dao định hình.
Phổ biến hơn cả là căn cứ vào phương pháp gia công ta chia ra dao tiện, dao phay, mũi
khoan, dao khoét, dao doa, đá mài, dao chuốt...
Trong tất cả các loại dao, do đặc điểm cấu tạo, dao tiện được coi là dao điển hình nhất.
Tất cả những loại dao khác chẳng qua là sự phân tích hoặc tổng hợp của dao tiện. Vì vậy khi
nghiên cứu về dao thì những nét chung nhất đều được minh hoạ bằng ví dụ dao tiện.
Tiếp theo ta lần lượt nghiên cứu một số vấn đề cơ bản về dụng cụ cắt kim loại.
2.1. Kết cấu của dụng cụ cắt kim loại
Dao cắt kim loại được cấu tạo bởi ba phần: phần làm việc còn gọi là phần cắt, phần gá
đặt dao và phần cán dao (hình 2.1).
Phần làm việc của dao (phần cắt) là phần của dao trực tiếp tiếp xúc với chi tiết gia công
để làm nhiệm vụ tách phoi, đồng thời còn là phần dự trữ mài dao lại khi dao đã bị mòn.
Phần gá đặt dao là một bộ phận của dao dùng để gá đặt dao lên máy nhằm bảo đảm vị
trí tương quan giữa dao và chi tiết.
Phần thân dao cũng là một phần trên dao nối liền giữa phần cắt và phần gá đặt dao.
Để hoàn thành tốt nhiệm vụ cắt gọt, về mặt kết cấu thì phần cắt của dao được tạo bởi
các bề mặt và lưỡi cắt thích hợp, bao gồm:
C 2 YTCB DCCKL
2
GVC NGUYỄN THẾ TRANH - TRẦN QUỐC VIỆT
PhÇn g¸ ®Æt
MÆt tr-íc
MÆt c¾t phô
PhÇn th©n dao
MÆt sau phô
PhÇn c¾t
Mòi dao
L-ìi c¾t chÝnh
MÆt sau chÝnh
Hình 2.1. Kết cấu của dao
(1) Mặt trước dao là mặt của dao để phoi trượt lên đó thoát ra khỏi vùng cắt trong quá
trình gia công.
(2) Mặt sau chính là mặt của dao đối diện với bề mặt đang gia công trên chi tiết. Vị trí
tương quan của mặt này với mặt đang gia công của chi tiết quyết định mức độ ma
sát giữa mặt sau chính dao và mặt đang gia công trên chi tiết.
(3) Mặt sau phụ là mặt trên phần cắt dao đối diện với bề mặt đã gia công trên chi tiết. ý
nghĩa của nó tương tự như mặt sau chính.
(4) Lưỡi cắt chính là giao tuyến giữa mặt trước và mặt sau chính. Trong quá trình cắt
phần lớn lưỡi cắt chính tham gia cắt gọt. Phần trực tiếp tham gia cắt gọt của lưỡi cắt
chính gọi là chiều dài cắt thực tế của lưỡi cắt - đó chính là chiều rộng cắt b.
(5) Lưỡi cắt phụ là giao tuyến giữa mặt trước và mặt sau phụ. Khi cắt có một phần lưỡi
cắt phụ cũng tham gia cắt.
(6) Mũi dao là giao điểm của lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ. Mũi dao là vị trí của dao
dùng để điều chỉnh vị trí tương quan giữa dao và chi tiết.
(7) Lưỡi cắt chuyển tiếp: Trong một số trường hợp (như dao phay một đầu) người ta cần
tạo nên lưỡi chuyển tiếp giữa lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ.
2.2. Thông số hình học của dụng cụ cắt
2.2.1. Khái niệm
Kết quả thí nghiệm và thực tế sản xuất cho thấy: vị trí tương đối giữa các bề mặt và lưỡi
cắt trên phần làm việc của dao so với các bề mặt trên chi tiết gia công có ảnh hưởng lớn đến
quá trình cắt gọt. Vị trí của các bề mặt và lưỡi cắt được xác định bởi những góc độ trên phần
làm việc của dao. Những góc độ đó gọi là những thông số hình học của dao.
Nói đến góc độ trên phần làm việc của dao nghĩa là nói đến vị trí tương quan giữa các
bề mặt và lưỡi cắt so với hệ toạ độ nào đó được chọn làm chuẩn. Hệ toạ độ này gọi là hệ toạ
độ xác định.
Trong nghiên cứu dụng cụ cắt, hệ toạ độ xác định được thành lập trên cơ sở của ba
chuyển động cắt (
v
,
s
,
t
) và bao gồm ba mặt phẳng cơ bản:
Mặt cơ bản 1: được tạo bởi vectơ tốc độ
v
và vectơ chạy dao
s
.
C 2 YTCB DCCKL
3
GVC NGUYỄN THẾ TRANH - TRẦN QUỐC VIỆT
Mặt cơ bản 2: được tạo bởi vectơ tốc độ
v
và vectơ chiều sâu cắt
t
.
t
Mặt cơ bản 3:(còn gọi là mặt đáy) được tạo bởi vectơ
s
và vectơ
. (xem hình 2.2)
Ngoài ba mặt cơ bản trên người ta còn sử dụng các mặt phẳng và tiết diện phụ trợ.
Mặt phẳng phụ trợ gồm có mặt cắt. Mặt cắt đi qua một điểm nào đó trên lưỡi cắt là một
mặt phẳng qua điểm đó tiếp tuyến với mặt đang gia công và chứa vectơ vận tốc cắt
lưỡi cắt thẳng thì mặt cắt chứa lưỡi cắt).
v
. (Nếu là
Những tiết diện phụ trợ bao gồm: tiết diện chính là tiết diện của đầu dao được cắt bởi
mặt phẳng đi qua điểm khảo sát trên lưỡi cắt chính và vuông góc với lưỡi cắt chính - ký hiệu
N - N. Tiết diện phụ là tiết diện của đầu dao do mặt phẳng vuông góc với lưỡi cắt phụ tại
điểm xét tạo nên - ký hiệu N1 - N1.
Các mặt cơ bản và các mặt tiết diện phụ trợ xem ở hình 2.2 và 2.3.
v
MÆt c¬ b¶n 1
s
MÆt c¬ b¶n 2
t
MÆt c¬ b¶n 3 (mÆt ®¸y)
Hình 2.2
Ghi chú: Việc thành lập hệ toạ độ xác định dựa trên cơ sở về ý nghĩa vật lý của quá
trình cắt, đồng thời phải khảo sát tới khả năng xác định độ lớn các thông số hình học dao
bằng phương pháp đo trực tiếp.
L-ìi c¾t chÝnh
90o
TiÕt diÖn N - N
M
Æ
t
®
¸
y
Hình 2.3.
C 2 YTCB DCCKL
4
GVC NGUYỄN THẾ TRANH - TRẦN QUỐC VIỆT
2.2.2. Thông số hình học dao khi thiết kế
Các thông số hình học của dao nhằm xác định vị trí của mặt trước, mặt sau chính, mặt
sau phụ và lưỡi cắt chính, lưỡi cắt phụ của đầu dao. Những thông số hình học này được xác
định ở tiết diện chính N - N, ở mặt đáy, ở tiết diện phụ N1-N1 và trên mặt cắt. Xét dao và chi
tiết được gá đặt ở vị trí tương đối như sau: Mũi dao nằm trong mặt phẳng ngang chứa đường
tâm máy, trục dao thẳng góc với đường tâm máy. Đây là vị trí qui ước.
Để xác định vị trí các bề mặt và lưỡi cắt của dao, người ta dùng 10 thông số hình học:
góc trước, góc sau, góc sắc, góc cắt, góc trước phụ, góc sau phụ, góc nghiêng chính, góc
nghiêng phụ và góc nâng (xem hình 2.4)
Ở đây cần nhấn mạnh rằng: lưỡi cắt của dao nói chung không phải là đường thẳng, do
đó nói góc độ dao là nói xác định tại một vị trí nào đó trên lưỡi cắt. Để đơn giản ta sẽ không
nhắc lại trong các định nghĩa.
Góc trước, ký hiệu là góc tạo bởi mặt trước dao và mặt đáy do trên tiết diện chính N -
N. Giá trị góc trước xác định vị trí của mặt trước dao trong hệ toạ độ xác định. Độ lớn góc
trước ảnh hưởng đáng kể đến khả năng thoát phoi.
Góc sau, ký hiệu là góc tạo bởi mặt sau chính của dao và mặt cắt, đo trên tiết diện
chính N - N. Giá trị góc sau quyết định vị trí mặt sau dao trong hệ toạ độ xác định. Độ lớn góc
sau xác định mức độ ma sát giữa mặt sau chính của dao và mặt đang gia công của chi tiết.
Góc sắc, ký hiệu là góc tạo bởi mặt trước và mặt sau chính của dao, đo trong tiết diện
chính N - N. Độ lớn của góc sắc quyết định độ bền của đầu dao.
Góc cắt, ký hiệu là góc tạo bởi mặt trước dao và mặt cắt (hoặc phương vận tốc cắt
đo trong tiết diện chính N - N. Độ lớn của góc cắt biểu thị mặt trước dao.
v
)
Các góc độ của dao tại một điểm bất kỳ trên lưỡi cắt, đo trên tiết diện chính N - N có
mối quan hệ hình học sau: (2.1)
+
+
=
+
= 90o
Trong đó và là những thông số độc lập; , là những thông số phụ thuộc.
1
1
N1
A
N
1
N1
N
S
Theo hướng A
Hình 2.4
C 2 YTCB DCCKL
5
GVC NGUYỄN THẾ TRANH - TRẦN QUỐC VIỆT
Góc nghiêng chính, ký hiệu là góc tạo bởi lưỡi cắt chính của dao và phương chạy
dao trên mặt đáy. Độ lớn của góc nghiêng chính xác định vị của lưỡi cắt chính dao trong hệ
toạ độ xác định.
Góc nghiêng phụ, ký hiệu 1 là góc tạo bởi lưỡi cắt phụ của dao và phương chạy dao,
đo trên mặt đáy. Độ lớn góc nghiêng phụ xác định vị trí lưỡi cắt phụ của dao trong hệ qui
chiếu xác định.
Góc mũi dao, ký hiệu là góc tạo bởi lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ, đo trên mặt đáy.
Độ lớn góc mũi dao biểu thị cho độ bền của mũi dao.
Thường giữa lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ được nối với nhau bằng một đoạn cong, bán
kính cung cong đo trên mặt đáy ký hiệu là R. R gọi là bán kính mũi dao.
Các thông số hình học dao đo trên mặt đáy có mối quan hệ hình học sau:
1
= 180o
(2.2)
+
+
Trong đó và 1 là những thông số độc lập, còn là thông số phụ thuộc.
Góc trước phụ, ký hiệu 1 là góc tạo bởi mặt trước của dao và mặt đáy đo trên tiết diện
phụ N1 - N1. Độ lớn góc trước phụ cũng xác định vị trí mặt trước dao trong hệ toạ độ xác
định.
Góc sau phụ, ký hiệu 1 là góc tạo bởi mặt sau phụ của dao và mặt cắt đo trên tiết diện
phụ N1 - N1. Giá trị của góc sau phụ xác định vị trí mặt sau phụ của dao trong hệ toạ độ xác
định và quyết định mức độ ma sát giữa mặt sau phụ của dao và mặt đã gia công của chi tiết.
Góc nâng của lưỡi cắt, ký hiệu là góc tạo bởi lưỡi cắt chính của dao và mặt đáy, đo
trên mặt cắt. Độ lớn của góc nâng lưỡi cắt biểu thị vị trí của lưỡi cắt chính trong hệ toạ độ xác
định. Giá trị của góc nâng lưỡi cắt có thể lớn hơn, nhỏ hơn hoặc bằng 0o (qui định như ở hình
2.5. Giá trị của góc nâng không những quyết định hướng thoát phoi khi cắt, mà còn quyết
định điểm tiếp xúc đầu tiên của dao vào chi tiết khi cắt. Điều này có ý nghĩa lớn đối với độ
bền của dao cũng như chất lượng gia công. (Ví dụ khi nghiên cứu về khả năng làm việc của
dao phay mặt đầu)
<0o
=0o
>0o
Hình 2.5
Giá trị các thông số hình học dao phải được xác định vừa đảm bảo điều kiện cắt, vừa
phải đảm bảo khả năng làm việc của dao (tuổi bền dao). Bằng thực nghiệm người ta đã xác
định được các giá trị hợp lý góc độ của dao tuỳ thuộc vào vật liệu gia công, vật liệu dao với
các điều kiện cắt khác. Những giá trị thông số hình học dao đã được tiêu chuẩn hoá trong các
sổ tay cắt gọt.
2.2.3. Sự thay đổi góc độ dao khi cắt (góc độ làm việc của dao)
Trong quá trình gia công thực tế, do việc gá đặt dao không chính xác, do ảnh hưởng của
các chuyển động cắt, do dao bị mài mòn... dẫn đến sự thay đổi hệ toạ độ xác định (theo định
nghĩa), do đó gây nên sự thay đổi các thông số hình học dao so với khi thiết kế.
1. Sự thay đổi các góc độ dao do gá đặt dao không chính xác (xem hình 2.6)
C 2 YTCB DCCKL
6
GVC NGUYỄN THẾ TRANH - TRẦN QUỐC VIỆT
Khi gá đặt dao thường xảy ra các trường hợp sai lệch sau:
(1) gá mũi dao không ngang tâm chi tiết (hình 2.6.a,b)
(2) gá hướng dao không đảm bảo vị trí tương quan với chi tiết (hình 2.6.c, d)
Hình 2.6.a và và 2.6.b thể hiện khi gá dao thấp hoặc cao hơn tâm chi tiết một đoạn là h.
Do việc gá dao không đúng vị trí như vậy nên vectơ vận tốc cắt thực tế v t bị sai lệch so với
vận tốc cắt lý tưởng v lt một góc là . Do sai lệch hệ toạ độ xác định, dẫn đến sự thay đổi góc
trước và góc sau của dao một lượng tương ứng là .
Gọi góc độ dao trong mặt cắt Y-Y theo trục dao khi cắt là yc và c, lúc đó:
Đối với trường hợp a, ta có: yc = y - , yc = y +
Đối với trường hợp b, ta có: yc = y + , yc = y -
h
Trong đó:
arctg
R
a.
b.
yc
R
R
y
y
yc
yc
y
yc
vt
y
vLt
vt
vLt
r
r
c.
d.
st
sLt
st
sLt
1
Hình 2.6
Hình 2.6.c và 2.6.d. biểu thị vị trí tương quan giữa dao và bề mặt cần gia công bị sai
lệch. Ví dụ trường hợp c. muốn tạo thành mặt trụ đáng lẽ phải gá đặt trục dao vuông góc với
trục chi tiết gia công, nhưng khi gá trục dao bị lệch đi một góc là . Trường hợp d. muốn hình
thành mặt côn thì trục dao phải được gá vuông góc với mặt côn cần gia công, nhưng do gá đặt
không chính xác nên trục dao bị lệch một góc là . Trong cả hai trường hợp trên đều đã gây
nên sai lệch góc nghiêng chính và góc nghiêng phụ so với thiết kế một lượng là .
Cụ thể là:
c = +
và 1c = 1 -
C 2 YTCB DCCKL
7
GVC NGUYỄN THẾ TRANH - TRẦN QUỐC VIỆT
2. Sự thay đổi góc độ dao do phối hợp chuyển động cắt.
Hình 2.7
a.
b.
d
y
s
d
c
s
30o
s1
N-N
c
c
y
c
N
N
QuÜ tÝch mòi dao
y
s
d
Hình 2.7.a và b. biểu diễn chuyển động chạy dao (khi tiện trụ ngoài) và chuyển động
chạy dao ngang (khi tiện cắt đứt) đã làm thay đổi góc độ của dao.
Thực vậy trong trường hợp 2.7.a do có chạy dao dọc với lượng chạy dao sd, bằng
phương pháp vẽ hình học đơn giản ta thấy ngay được góc trước và góc sau dao (trên tiết diện
chính N - N) bị thay đổi một lượng là . Cụ thể là:
c = + ,
c = -
Trường hợp có chạy dao ngang với lượng chạy dao sn, bằng cách khai triển hình học
đơn giản ta có:
Trong đó:
c = + y,
c = - y
sd
Trường hợp a.: arctg
D
sn
Trường hợp b.: y arctg
D
Cần nhấn mạnh rằng: nói chung trong mọi trường hợp cắt thực tế đều gây ra sự thay đổi
góc độ của dao. Nhưng thường do lượng chạy dao s nhỏ và khi gá đặt dao nói chung người
công nhân cũng rất thận trọng. Vì vậy giá trị thay đổi về góc độ dao nhỏ, có thể bỏ qua. Tất
nhiên đối với một số trường hợp đặc biệt như giá công ren có bước lớn (tức lượng chạy dao s
lớn đáng kể) thì khi đó phải lưu ý sự thay đổi này.
2.3. Vật liệu chế tạo dao
Vấn đề vật liệu có ý nghĩa cách mạng trong ngành cơ khí chế tạo máy. Trong đó vật liệu
chế tạo dao đóng vai trò quan trọng.
Trong phần kết cấu của dao đa giới thiệu: dao được cấu tạo bởi ba phần có chức năng
khác nhau trong quá trình cắt gọt. Vì vậy vật liệu chế tạo các phần cũng không giống nhau.
Thông thường thì phần thân dao và phần gá đặt dao được chế tạo cùng loại vật liệu. Theo kinh
nghiệm thì hầu hết các loại dao cần chế tạo phần cắt và phần cán riêng thì vật liệu phần cán
được chế tạo bằng thép 45 hoặc thép hợp kim 40X. Chính vì vạy khi nói tới vật liệu chế tạo
dao có nghĩa là nói đến vật liệu chế tạo phần làm việc của dao.
C 2 YTCB DCCKL
8
GVC NGUYỄN THẾ TRANH - TRẦN QUỐC VIỆT
2.3.1. Đặc điểm làm việc và yêu cầu đối với vật liệu dao
2.3.1.1. Những đặc điểm về điều kiện làm việc của dao
Phần cắt của dao trực tiếp làm nhiệm vụ tách phoi khi cắt. Thực nghiệm chứng tỏ rằng,
để tách được phoi khi cắt dao đã làm việc trong những điều kiện hết sức khắc nghiệt. Những
điều kiện đó có thể khái quát như sau:
1. Khi cắt dao làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao, thường từ 800-1000o và có khi cao
hơn. ở nhiệt độ cao thường có ảnh hưởng xấu đến cơ -lý tính của vật liệu.
2. Trong quá trình cắt mỗi đơn vị diện tích trên bề mặt làm việc của dao phải chịu áp lực
rất lớn. Điều đó dễ gây nên hiện tượng rạn nứt và gãy vỡ dao khi cắt.
3. Khi cắt giữa các bề mặt tiếp xúc của dao với phoi và chi tiết gia công xảy ra quá trình
ma sát rất khốc liệt. Hệ số ma sát khi cắt lên đến 0,4-1,0.
4. Trong nhiều trường hợp, khi cắt dao phải làm việc trong điều kiện va đập (như phay,
bào, xọc), và sự dao động đột ngột về nhiệt độ. Sự dao động về tải trọng lực và nhiệt
có ảnh hưởng rất xấu đến khả năng làm việc của dao.
5. ở một số phương pháp gia công (như chuốt, khoan) thì điều kiện thoát phoi, thoát
nhiệt khi cắt rất hạn chế. Điều đó càng làm tăng nhiệt độ trên dao khi cắt và dễ gây ra
hiện tượng kẹt dao.
2.3.1.2. Những yêu cầu đối với vật liệu chế tạo dao
Trong những điều kiện làm việc như đã nêu trên, dao muốn cắt gọt được, phải thoả mãn
các yêu cầu sau:
1. Vật liệu chế tạo dao phải có độ cứng đảm bảo.
Về nguyên tắc: dao muốn tách được phoi phải có độ cứng cao hơn độ cứng của chi
tiết gia công, và độ cứng đó phải duy trì được ở nhiệt độ cắt. Cụ thể theo thực
nghiệm, độ cứng ở nhiệt độ bình thường phải đạt được từ 61 HRC trở lên. Khi cắt ở
nhiệt độ cao, độ cứng đó phải duy trì trên 55 HRC.
2. Vật liệu chế tạo dao phải có độ bền và độ dẻo cần thiết. Có như vậy mới chịu được áp
lực lớn và va đập lớn.
3. Vật liệu chế tạo dao phải có khả năng chịu mài mòn cao.
4. Vật liệu chế tạo dao phải chịu nhiệt tốt - có nghĩa là khi cắt ở nhiệt độ cao thì cơ - lý
tính của vật liệu thay đổi trong một phạm vi cho phép.
5. Vật liệu chế tạo dao phải có tính công nghệ tốt và tính kinh tế cao. Điều đó có nghĩa
là vật liệu dùng để chế tạo dao phải được gia công dễ dàng, dễ kiếm và giá thành rẻ.
2.3.2. Các loại vật liệu chế tạo dao
Vật liệu là lĩnh vực khoa học đã được nghiên cứu từ sớm và đã đạt được những thành
tựu to lớn. Xuất hiện từ năm yêu cầu cơ bản đã kê trên ta tiến hành lựa chọn và tìm kiếm các
loại vật liệu phù hợp.
Theo lịch sử phát triển của các phương pháp gia công cắt gọt, ta lần lượt điểm qua các
loại vật liệu chế tạo dao thông dụng sau đây:
2.3.2.1. Thép cacbon dụng cụ và phạm vi ứng dụng của chúng:
Thép cacbon dụng cụ là loại vật liệu được sử dụng sớm nhất vào lĩnh vực cắt gọt. Thành
phần hoá học cơ bản của thép cacbon dụng cụ là Fe và C. Trong đó hàm lượng cacbon chiếm
khoảng 0,6-1,5%, và hàm lượng cacbon quyết định độ cứng của thép.
Loại vật liệu này có ưu điểm lớn là độ cứng sau khi nhiệt luyện đạt cao (61-65 HRC) và
dễ mài sắc, mài bóng. Nhưng cũng có nhược điểm rất cơ bản là khi nhiệt độ cắt lên tới 200-
250oC độ cứng của thép giảm rất nhanh; hơn nữa biến dạng sau khi nhiệt luyện rất đáng kể.
C 2 YTCB DCCKL
9
GVC NGUYỄN THẾ TRANH - TRẦN QUỐC VIỆT
Vì những nhược điểm cơ bản đó thép cacbon dụng cụ chỉ dùng để chế tạo các loại dao
cắt ở tốc độ thấp (dưới 15m/ph) và dao có hình dáng đơn giản.
Hiện nay thép cacbon thường dùng làm đục, dũa và một số dụng cụ cắt bằng tay.
Thép cacbon dụng cụ thường dùng hiện nay gồm các dạng sau: Y7A, Y8A, Y9A,
Y10A, Y12A, Y13A. Những loại này chế độ nhiệt luyện như sau:
- Tôi ở nhiệt độ 750-840oC trong nước hoặc trong dầu rồi ram ở nhiệt độ 180-200oC.
Độ cứng bề mặt đạt 60-65 HRC, độ cứng bên trong khoảng 40 HRC.
2.3.2.2. Thép hợp kim dụng cụ và phạm vi ứng dụng:
Khi nấu luyện thép, nếu ta thêm vào mẻ nấu một lượng thích hợp các nguyên tố hợp
kim như Crôm (Cr), Mangan (Mn), Silic (Si), Môlypden (Mo), Wolfram (W)..., ta sẽ thu được
sản phẩm của mẻ nấu là thép hợp kim. Những loại thép hợp kim dùng để chế tạo dụng cụ cắt
gọt là thép hợp kim dụng cụ.
Tuỳ thuộc vào loại nguyên tố hợp kim và hàm lượng của chúng được cho vào mẻ nấu
mà tính chất hợp kim có khác nhau. Ví dụ: Crôm sẽ làm tăng độ cứng và độ thấm tôi của thép;
Wolfram làm tăng khả năng chịu nhiệt và chịu mòn của thép; Vanadi làm tăng độ bền của
thép.
So với thép cacbon dụng cụ, thép hợp kim dụng cụ có những ưu điểm sau:
1. Độ biến dạng khi nhiệt luyện nhỏ. Vì vậy có thể chế tạo được các loại dao phức tạp
như dao chuốt, bàn ren...
2. Độ bền nhiệt cao hơn thép cacbon dụng cụ, thường khoảng 350-4000oC. Do đó có thể
cắt trong phạm vi tốc độ 15-30 m/ph.
3. Dễ mài sắc và mài bóng
Cũng như thép cacbon dụng cụ khả năng chịu nhiệt của thép hợp kim dụng cụ không
đáp ứng được yêu cầu cắt gọt hiện đại (cắt cao tốc), do đó phạm vi sử dụng chúng
cũng bị thu hẹp. Hiện nay các loại vật liệu này chủ yếu là dúng để chế tạo các loại
dao cắt với tốc độ thấp như bàn ren, ta rô, dao chuốt...
ở nước ta sử dụng các mác thép hợp kim dụng cụ (theo tiêu chuẩn Liên Xô) sau: 9XC,
XB..., XB5, XB121, X12. Những mác thép trên khi tôi ở nhiệt độ 820-830oC, có thể đạt
được độ cứng 62-64 HRC.
2.3.2.3. Thép gió (thép cao tốc) và phạm vi sử dụng:
Thực chất thép gió là thép hợp kim, nhưng có hàm lượng hợp kim cao, thường 18%
Wolfram, 4% Crom và 1% Vanadi. Nhờ vậy cho phép cắt với tốc độ cao hơn thép dụng cụ,
thường 30-80m/ph.
Các loại thép gió thường sử dụng là (bảng 2.1)
Bảng 2.1. Các loại thép gió
Nước sản xuất
Liên Xô
Ký hiệu
PK10
R1
Ký hiệu
Ký hiệu
P18
Ký hiệu
Ký hiệu
P9
R5
-
Hungaria
R2
T4
R3
EJ276
M2
Aisi USA
ILS Japan
T5
T1
SKH4
SKH2
SKH7
Thép gió nếu nhiệt luyện với chế độ hợp lý có thể đạt được độ cứng 64 HRC, độ cứng
ấy không thay đổi khi nhiệt độ tăng đến 550-600oC.
C 2 YTCB DCCKL
10
GVC NGUYỄN THẾ TRANH - TRẦN QUỐC VIỆT
2.3.2.4. Hợp kim cứng và phạm vi sử dụng:
Hợp kim cứng được chế tạo bằng cách trộn một (hoặc nhiều) loại bột carbit với bột
Koban, sau đó đem nung nóng và ép lại thành những mảnh tiêu chuẩn (gọi là thiêu kết). Các
loại và hàm lượng carbit quyết định tính năng cắt gọt của hợp kim cứng; bột Koban chủ yếu
có tác dụng dính kết, đồng thời có tác dụng làm tăng độ dẻo của hợp kim cứng.
Cho đến nay, trong ngành chế tạo máy thường dùng ba loại hợp kim cứng sau:
Hợp kim cứng 1 carbit gồm có bột carbit Wolfram và bột dính kết Koban.
Ký hiệu công thức (theo Liên Xô): BC + K = BK
Hợp kim cứng 2 carbit gồm có bột carbit Wolfram, bột carbit Titan trộn với bột dính
kết Koban để thiêu kết.
Ký hiệu công thức: (BC + TiC) + = TK
Hợp kim cứng 3 carbit được tạo bằng cách trộn carbit Wolfram, bột carbit Titan và bột
carbit Tantan với bột Koban đem thiêu kết.
Ký hiệu công thức: (BC + TiC + TaC) + K = TTK
Hợp kim cứng là loại vật liệu chế tạo dao được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới hiện
nay. Vì chúng có nhiều ưu điểm cơ bản mà ba loại vật liệu trước nó không thể có. Những ưu
điểm là:
1. Độ cứng cao (62 - 65 HRC hoặc cao hơn) và độ cứng đó không giảm mấy trong điều
kiện cắt cao tốc.
2. Khả năng chịu bền cao, do đó tuổi bền cao.
Tuy vậy HKC cũng có nhược điểm lớn là dòn, khả năng chịu uốn và chịu va đập kém.
Trong thực tế thường sử dụng các hợp kim cứng như ở bảng 2.2. Trong đó nhóm BK có
độ dẻo tốt hơn thường dùng để gia công gang, nhóm TK thường dùng trong gia công thép.
Các loại hợp kim cứng đều đã được tiêu chuẩn hoá và cho trong các sổ tay cắt gọt.
Bảng 2.2. Các loại hợp kim cứng thường dùng
Độ
bền
Ký hiệu (Theo
Độ cứng
HRA
Thành phần cấu tạo (%)
kg/mm2
Nhóm tiêu
chuẩn
FOCT)
Kg/mm2
WC
98
97
96
95
94
93
92
92
85
78
79
83
TiC
TACK
u
n
BK
BK2
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
2
90
100
110
130
135
-
-
-
-
BK3M
BK4
-
3
91
-
4
89,5
88
BK46
BK6
-
4
-
6
88,5
90
140 500
130
140 330
BK6M
BK8
-
6
-
-
8
87,5
86,5
88,5
89,5
90
BK8b
T5K10
T14K6
T15K6*
T15K125
-
8
155
130
-
-
TK
5
14
15
5
10
8
115 400
110 400
6
12
87
150
-
C 2 YTCB DCCKL
11
30
GVC NGUYỄN THẾ TRANH - TRẦN QUỐC VIỆT
T30K4
66
81
78
-
4
92
87,0
-
90
155
-
-
-
-
TTK TT17K12
TT7K15
4
4
3
3
12
12
Bảng 2.3. Hướng dẫn sử dụng hợp kim cứng
Mác hợp kim cứng theo
Qui luật thay
Phạm vi ứng dụng
Màu
sắc
các tiêu chuẩn
đổi tính chất
và khả năng
ISO
FOCT
USA
Vật liệu gia công
Thép, Thép đúc
Tính chất gia công
Gia công tịnh với tốc
độ cắt lớn và diện tích
tiết diện lớp cắt nhỏ
PO1 T6DK6
P10
K165
Tiện, phay với v lớn, q
Thép, Thép đúc
Thép, Thép đúc
Thép, Thép đúc
Thép, Thép đúc
trung bình
Gia công với v trung
bình, q trung bình
P20
P30
P40
T14K6
K21
K25
Xanh
đậm
Gia công với v nhỏ, q
nhỏ, g có thể lớn
Gia công với v nhỏ, q
lớn, g có thể lớn
T5K10
Thép, Thép đúc
có B nhỏ, trung
bình
Gia công với v nhỏ, q
lớn, có thể lớn
P50
Độ dẻo, lượng chạy dao s
Tính chịu mòn, tốc độ cắt v
Mác hợp kim cứng theo
Qui luật thay
đổi tính chất
và khả năng
Phạm vi ứng dụng
Màu
sắc
các tiêu chuẩn
ISO
K01
FOCT
USA
K11
Vật liệu gia công
Tính chất gia công
Thép tôi gang xám
có độ cứng cao. Hợp
kim nhôm. Vật liệu
dẻo chịu mòn cao
Tiện, tiện tinh,
khoan tinh, phay
tinh
BK2
Thép tôi, thép đúc,
Gang xanh, Hợp kim
nhôm có nhiều silic
Tiện tinh, bán tinh,
khoan, doa, chuốt.
K10
K20
Gang xám có HB <
220, Đồng, nhôm.
Vật liệu cứng có B
cao
Đỏ
Tiện phay, bào,
doa, chuốt
BK55
BK86
K8
K1
Thép có B nhỏ.
Gang xám có HB
nhỏ
K30
K40
Tiện phay, bào, xạ
Tiện phay, bào, xạ
Kim loại màu
Độ dẻo, lượng chạy dao s
Tính chịu mòn, tốc độ cắt v
C 2 YTCB DCCKL
12
GVC NGUYỄN THẾ TRANH - TRẦN QUỐC VIỆT
Mác hợp kim cứng theo
các tiêu chuẩn
Qui luật thay
đổi tính chất
và khả năng
Phạm vi ứng dụng
Màu
sắc
ISO
FOCT
USA
Vật liệu gia công
Tính chất gia công
Tiện với v lớn và
trung bình, q nhỏ
và trung bình
Thép, thép mangan
thép đúc, gang xám
M10 T15K6T K4H
Thép, thép đúc, thép
Austenit Thép
mangan, gang xám
Tiện phay với v
trung bình, q trung
bình
M20
Vàng
Thép, thép Austenit.
Hợp kim chịu nhiệt
gang xám
Tiện phay với v
trung bình, q trung
bình
M30
M40
BK6
K6
Thép tự động. Thép
có B nhỏ. Kim loại
và hợp kim màu
Tiện, tiện tự động
Ghi chú: v là vận tốc cắt (m/ph)
q là diện tích tiết diện lớp cắt (q = s.t = a.b mm2)
Để tiện việc lựa chọn sử dụng loại vật liệu phổ biến này ta có thể tham khảo bảng 2.3.
2.3.2.5. Các loại vật liệu khác:
Ngoài 4 loại vật liệu thông dụng đã kể trên, trong ngành chế tạo máy người ta còn dùng
một số vật liệu khác để chế tạo dụng cụ cắt kim loại, như kim cương, sành sứ, elbor.
1. Vật liệu sành sứ:
Sành sứ được nghiên cứu vào chế tạo dụng cụ cắt từ sau đại chiến thế giới thứ II. Thành
phần chủ yếu là oxyt Nhôm (Al2O3). Vật liệu sành sứ có những đặc điểm có bản sau:
1. Có độ cứng rất cao. ở nhiệt độ bình thường khoảng 90 HRA. Độ cứng ấy hầu như
không thay đổi khi nhiệt độ lên tới 1000oC.
2. Độ bền uốn rất nhỏ (u = 30 - 40 kg/mm2).
3. Rất khó mài sắc.
Vì những đặc điểm trên, vật liệu sành sứ sẽ có triển vọng rất tốt nếu ta cải tạo được tính
dòn của chúng.
Bảng 2.4: Vật liệu sành sứ
Ký hiệu (theo nước)
Thành phần hoá học
Độ bền uốn Độ cứng
u kg/mm2
HRA
LC96 (MSZ)
VK15 (MSZ)
100% Al2O3
95% Al2O3 + 0,5% MoF2
100% Al2O3
32
40
85
87
HC20M (NDK)
KAVENIT (NDK)
REVOLOX (Sved)
C30 (USA)
30 - 50
30 - 40
55
80
Al2O3 + Karbid nặng
78
50% Wc + 40% Al2O3 + 1 số carbit nặng
90% Al2O3 + 10% TiO
92
72
93,5
2. Kim cương:
Kim cương được hình thành trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao. Vì vậy chúng có
cấu tạo tinh thể đặc biệt, có độ cứng rất cao.
C 2 YTCB DCCKL
13
GVC NGUYỄN THẾ TRANH - TRẦN QUỐC VIỆT
Bên cạnh kim cương tự nhiên, hiện nay người ta cũng dã tạo được kim cương nhân tạo
có tinh thể đủ lớn để làm các mảnh dao.
Cũng như sành sứ, kim cương rất dòn (u 30 kg/mm2). Vì nhược điểm này nên kim
cương chủ yếu được dùng làm hạt mài để mài các loại vật liệu có độ cứng và độ bền cao (như
hợp kim cứng).
Cần lưu ý rằng: Kim cương là loại vật liệu hiếm, đắt tiền do vậy khi sử dụng chúng phải
chú ýe đến hiệu quả kinh tế.
3. Vật liệu tổng hợp elbor
Đây là loại vật liệu dao mới chủ yếu là làm hạt mài có tính chất như kim cương.
Để thấy rõ lịch sử phát triển và vận dụng vật liệu chế tạo dao ta có thể biểu diễn sơ đồ
hình 2.8 sau đây:
2.3.2.6. Phương hướng phát triển của vật liệu chế tạo dao
Vật liệu là vấn đề không ngừng phải tìm kiếm, phát triển. Do vậy vật liệu dao cũng đang
được nghiên cứu tìm kiếm.
Bên cạnh việc tìm kiếm những vật liệu mới thì hướng cơ bản hiện nay là:
1. Thép hợp kim nói chung và thép gió nói riêng có nhiều ưu điểm về phương tiện chế
tạo dao. Nếu tăng được khả năng chịu nhiệt và tính chống mòn nó sẽ trở nên rất ưu việt. Để
làm được điều này người ta đắp trên mặt thép gió một lớp mỏng vật liệu chịu mòn và chịu
nhiệt (ví dụ Titan). Đắp vật liệu gì nữa, đó là hướng tìm hiểu thêm.
2. Sành sứ có độ cứng ưu việt cho việc cắt gọt. Nếu cải tạo được tính dòn sẽ trở nên vật
liệu tuyệt vời. Cho thêm vào sành sứ những gì để đạt được điều đó. Đó là một hướng lớn của
nhiều nhà nghiên cứu.
800
700
4
600
500
400
300
200
100
0
3
2
1
1930 1940
1960 1970
1900 1910
1950
1920
n¨m
Hình 2.8. Lịch sử phát triển vật liệu dao [32]
1. Thời đại thép gió
3. Thời đại sành sứ
2. Thời đại hợp kim cứng
4. Thời đại sau sành sứ
13 trang
21080
Free
Bạn đang xem tài liệu "Giáo trình Cơ sở cắt gọt kim loại - Chương 2: Những yếu tố cơ bản của dụng cụ cắt kim loại", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_co_so_cat_got_kim_loai_chuong_2_nhung_yeu_to_co_b.doc
