TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ

Nguyễn Văn Tường – Đặng Xuân Phương

BÀI GIẢNG CHẾ TẠO MÁY 1

Nha Trang, 2013

2

Mục lục

Chủ đề Trang

Chủ đề 1: Thông số hình học của dao tiện và cơ sở vật lý quá trình cắt ............................ 5

1.1. Kết cấu của dao tiện đầu thẳng .................................................................................... 5

1.2. Các bề mặt trên chi tiết gia công.................................................................................. 5

1.3. Các mặt tọa độ ............................................................................................................ 5

1.4. Thông số hình học của dụng cụ cắt ở trạng thái làm việc ............................................. 7

1.5. Các chuyển động trong qúa trình cắt........................................................................... 8

1.6. Các yếu tố của chế độ cắt ............................................................................................ 8

1.7. Các thông số hình học của lớp phoi cắt........................................................................ 9

1.8. Biến dạng dẻo khi cắt kim loại .................................................................................... 9

1.9. Cơ chế tạo phoi ......................................................................................................... 10

1.10. Các dạng phoi cắt : ................................................................................................. 10

1.11. Hiện tượng lẹo dao (edge build up formation) ......................................................... 11

1.12. Hiện tượng cứng nguội : .......................................................................................... 12

1.13. Hiện tượng rung động: ............................................................................................ 13

Chủ đề 2: Nhiệt cắt, mài mòn dao và dung dịch trơn nguội ............................................. 14

2.1. Nguồn nhiệt và sự phân bố nhiệt ............................................................................... 14

2.2. Nhiệt cắt và ảnh hưởng của một số yếu tố đến nhiệt cắt: ............................................ 14

2.3. Quá trình và nguyên nhân mài mòn của dao .............................................................. 16

2.4. Các dạng mài mòn và tiêu chuẩn mài mòn dao ......................................................... 16

2.5. Dung dịch trơn nguội. ............................................................................................... 17

Chủ đề 3: Tốc độ cắt và lực cắt.......................................................................................... 19

3.1. Thời gian gia công cơ bản trên máy To ..................................................................... 19

3.2. Năng suất máy N ...................................................................................................... 19

3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ cắt ......................................................................... 20

3.4. Lực cắt ...................................................................................................................... 22

3.5. Công suất cắt ............................................................................................................ 23

3.6. Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt .............................................................................. 23

3.7. Lựa chọn chế độ cắt khi tiện ...................................................................................... 25

3.8. Tính lượng chạy dao ................................................................................................. 26

Chủ đề 4: Quá trình công nghệ và chất lượng bề mặt chi tiết máy .................................. 28

4.1 Quá trình sản xuất và quá trình công nghệ: ................................................................. 28

3

4.2 Các thành phần của quy trình công nghệ .................................................................... 28

4.3. Dạng sản xuất : ......................................................................................................... 29

4.4. Các phương pháp tổ chức sản xuất : .......................................................................... 29

4.5. Các yếu tốt đặc trưng cho chất lượng bề mặt chi tiết máy .......................................... 29

4.6 Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến khả năng làm việc của chi tiết máy. ................ 30

4.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt ............................................................ 31

Chủ đề 5: Độ chính xác gia công ....................................................................................... 35

5.1 Khái niệm độ chính xác gia công :.............................................................................. 35

5.2 Các phương pháp đạt độ chính xác gia công trên máy công cụ. .................................. 35

5.3 Các nguyên nhân gây ra sai số gia công...................................................................... 36

5.4 Các phương pháp đạt độ chính xác gia công ............................................................... 42

5.5 Điều chỉnh máy để đạt độ chính xác .......................................................................... 42

Chủ đề 6: Gá đặt chi tiết gia công ..................................................................................... 44

6.1. Định nghĩa về chuẩn ................................................................................................. 44

6.2. Phân loại ................................................................................................................... 44

6.3 Các nguyên tắc cần tuân thủ khi chọn chuẩn .............................................................. 44

6.4 Quá trình gá đặt chi tiết gia công ................................................................................ 46

Chủ đề 7: Chọn phôi, chuẩn bị phôi và xác định lượng dư gia công................................ 49

7.1 Các phương pháp chế tạo phôi. .................................................................................. 49

7.2 Lượng dư gia công và xác định kích thước phôi. ........................................................ 50

7.3 Các phương pháp gia công chuẩn bị phôi ................................................................... 53

Chủ đề 8: Tiện .................................................................................................................... 56

8.1 Các chuyển động tạo hình ...................................................................................... 56

8.2 Khả năng công nghệ............................................................................................... 56

8.3 Máy và dụng cụ ..................................................................................................... 56

8.4 Đồ gá và phương pháp gá đặt trên máy tiện: ............................................................... 61

8.4.1 Đồ gá ...................................................................................................................... 61

8.5 Các phương pháp cắt khi tiện: .................................................................................... 66

Chủ đề 9: Bào - xọc và chuốt ............................................................................................. 67

9.1 Chuyển động tạo hình ................................................................................................ 67

9.2 Đặc điểm và khả năng công nghệ ............................................................................... 67

9.3 Dụng cụ cắt: ............................................................................................................... 68

9.4. Thiết bị ..................................................................................................................... 70

9.5 Gá đặt khi bào và xọc ................................................................................................. 71

4

Chủ đề 10: Khoan, khoét, doa, ta-rô ................................................................................. 73

10.1 Khoan ...................................................................................................................... 73

10.2 Khoét : ..................................................................................................................... 75

10.3 Doa .......................................................................................................................... 76

10.4 Cắt ren trong bằng tarô ............................................................................................. 77

Chủ đề 11: Phay ................................................................................................................. 79

11. 1 Các chuyển động tạo hình ....................................................................................... 79

11.2 Khả năng công nghệ ........................................................................................... 79

11.3 Máy, dụng cụ và các phương pháp phay ............................................................. 79

Chủ đề 12: Mài ................................................................................................................... 91

12.1 Đặc điểm ............................................................................................................ 91

12.2 Đá mài: ................................................................................................................... 91

12.3 Chọn chế độ mài ..................................................................................................... 92

12.4 Máy mài .................................................................................................................. 92

12.5 Các phương pháp mài: ............................................................................................. 94

12.5 Đặc điểm chuyển động của mài ................................................................................ 98

Chủ đề 13: Mài nghiền, mài khôn, mài siêu tinh ............................................................ 100

13.1 Mài nghiền (lapping) ............................................................................................. 100

13.2 Mài khôn (honing) ................................................................................................. 102

13.3 Mài siêu tinh (Superfinishing): ............................................................................... 104

Chủ đề 14: Các phương pháp phi truyền thống ............................................................. 107

14.1. Gia công bằng tia lửa điện ..................................................................................... 107

14.2. Gia công bằng tia laser ......................................................................................... 112

14.3. Gia công bằng tia nước (Water jet machining) ...................................................... 117

14.4 Gia công bằng siêu âm (ultrasonic machining) ....................................................... 122

5

Chủ đề 1: Thông số hình học của dao tiện và cơ sở vật lý quá trình cắt

1.1. Kết cấu của dao tiện đầu thẳng

Hình 1.1 Kết cấu của dao tiện. 1. Mặt trước; 2. Mặt sau chính;

3. Mặt sau phụ. 4. Mũi dao; 5. Lưỡi cắt phụ; 6. Lưỡi cắt chính.

Dao tiện gồm hai phần chính: phần cắt (đầu dao) và phần thân. * Phần thân: dùng để gá dao vào bàn dao. * Phần cắt : có các lưỡi cắt trực tiếp làm nhiệm vụ cắt. Thông thường các mặt trên phần cắt là những mặt phẳng (có khi là mặt cong). Giao tuyến của chúng tạo thành các lưỡi cắt của dao.

1.2. Các bề mặt trên chi tiết gia công Trên chi tiết đang gia công người ta phân ra các bề mặt sau (hình 1.2) :

Hình 1.2 Các bề mặt trên chi tiết gia công. 1. Bề mặt chưa gia công; 2. Bề mặt đang gia công;

3. Bề mặt đã gia công .

1.3. Các mặt tọa độ 1. Mặt phẳng cắt (mặt cắt): là mặt phẳng qua một điểm trên lưỡi cắt tiếp xúc với bề mặt đang gia công. 2. Mặt phẳng đáy: là mặt phẳng thẳng góc với véc tơ tốc độ cắt. Mặt đáy luôn vuông góc với mặt phẳng cắt. 3. Tiết diện chính: là mặt phẳng thẳng góc với hình chiếu của lưỡi cắt chính trên mặt đáy. 4. Tiết diện phụ: là mặt phẳng thẳng góc với hình chiếu của lưỡi cắt phụ trên mặt đáy.

6

Hình 1.3 Các thông số hình học của dao ở trạng thái tĩnh Xét các góc độ của dao ở hai tiết diện chính và phụ như trên hình 1.4.

Hình 1.4 Các góc độ của dao ở trạng thái tĩnh.

- : Góc trước chính . - Góc sau chính.

- Góc sắc. - Góc cắt.

- : Góc nghiêng chính. - 1: Góc nghiêng phụ.

- Góc mũi dao. - 1 : Góc trước phụ. - 1: Góc sau phụ.

- : Góc nghiêng của lưỡi cắt chính.

Hình 1.5 Góc nghiêng của lưỡi cắt chính.

7

1.4. Thông số hình học của dụng cụ cắt ở trạng thái làm việc 1.4.1. Trục thân dao không thẳng góc với đường tâm máy (chi tiết)

Hình 1.6 Gá trục dao không thẳng góc với đường tâm chi tiết.

Khi làm việc, nếu gá dao nghiêng với tâm chi tiết một góc thì , 1 sẽ thay đổi. Trường hợp hình (1.6 b) thì : ’ = - (900 - ) ; ‘

1 = + (900 - ) Trường hợp hình (1.6c) thì : ’’ = + (900 - ); ‘’

1 = - (900 - )

1.4.2. Đỉnh dao gá cao hoặc thấp hơn tâm chi tiết

Hình 1.7 Gá đỉnh dao cao hoặc thấp hơn tâm chi tiết a- Góc độ của dao trong mặt cắt X-X và Y-Y; b- Gá mũi dao ngang tâm.

c- Gá mũi dao cao hơn tâm chi tiết; d- Gá mũi dao thấp hơn tâm chi tiết

Khi gá dao thấp hơn tâm : = const, 1y = y + , 1y = y - ;

Khi gá dao cao hơn tâm : = const, 1y = y - , 1y = y + .

1.4.3. Ảnh hưởng của chuyển động chạy dao

Gọi lần lượt là véc tơ tốc độ của chuyển động quay tròn và chuyển động chạy dao.

8

a. Ảnh hưởng của chạy dao dọc (hình 1.8b): Sd - lượng chạy dao dọc (mm/vòng); D - đường kính chi tiết.

Ta có quan hệ: dx = x - x, dx = x + x ;

a ) b) Hình 1.8 Ảnh hưởng của chuyển động chạy dao đến các góc của dao. b. Ảnh hưởng của chạy dao ngang (hình 1.8a):

: Véc tơ tốc độ của chuyển động chạy dao ngang. Sn : Lượng chạy dao ngang (mm/vòng).

Ta có quan hệ : dy = y - y, dy = y + y.

1.5. Các chuyển động trong qúa trình cắt

Trong cắt gọt kim loại người ta chia ra các chuyển động tạo hình thành các chuyển động sau : - Chuyển động chính: là chuyển động tạo ra tốc độ cắt gọt. - Chuyển động phụ (hay còn gọi là các chuyển động chạy dao): là các chuyển động tạo ra năng suất và độ bóng bề mặt gia công.

1.6. Các yếu tố của chế độ cắt

a. Tốc độ cắt V : Tốc độ cắt là khoảng dịch chuyển tương đối của lưỡi cắt với bề mặt chi tiết gia công theo hướng chuyển động chính trong một đơn vị thời gian.

9

b. Chiều sâu cắt t : Là chiều sâu lớp kim loại được cắt đi sau một lần chạy dao, đo theo phương thẳng góc với bề mặt gia công. c. Lượng chạy dao S : Là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo phương chạy dao sau một vòng quay của chi tiết gia công (mm/vòng) và được gọi là lượng chạy dao vòng Sv. Ngoài ra người ta còn sử dụng lượng chạy dao phút Sph (mm/ph), lượng chạy dao giây Ss (mm/s).

1.7. Các thông số hình học của lớp phoi cắt

Giả sử sau một vòng quay của phôi, dao dịch chuyển từ vị trí B sang vị trí A như hình 1.9:

- a: Chiều dày của lớp phoi cắt a (chiều dày cắt)

- b: Chiều rộng cắt

Nếu lưỡi cắt thẳng, mũi dao gá ngang tâm chi tiết, = 0 thì :

b =t/sin; a = S.sin ;

Diện tích lớp phoi cắt : F = a.b = S.t

Hình 1.9 Các thông số hình học lớp phoi cắt.

1.8. Biến dạng dẻo khi cắt kim loại

Dưới tác dụng của tải trọng ngoài, tùy theo mức độ của lực tác dụng mà kim loại có thể bị biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo hoặc bị phá hủy. Quan hệ lực tác dụng P và biến dạng l theo định luật Húc như hình 1.10.

10

Hình 1.10 Biểu đồ biến dạng kim loại.

1.9. Cơ chế tạo phoi

Khi cắt, dưới tác dụng của lực cắt P, dao bắt đầu nén vật liệu gia công theo mặt trước; dao tiếp tục chuyển động thì trong vật liệu gia công sinh ra biến dạng đàn hồi, biến dạng này nhanh chóng chuyển sang biến dạng dẻo và một lớp phoi có chiều dày af được hình thành từ lớp kim loại bị cắt có chiều dày a (af > a). Lớp phoi này sẽ di chuyển dọc theo mặt trước của dao. Giữa phoi và lớp kim loại được cắt có một khu vực biến dạng mà người ta gọi đó là miền tạo phoi.

Hình 1.11 Qúa trình hình thành phoi cắt

1.10. Các dạng phoi cắt :

- Phoi vụn : - Phoi xếp : - Phoi dây:

11

Hình 1.12 Các dạng phoi cắt.

a. Phoi vụn; b. Phoi xếp; c. Phoi dây

1.11. Hiện tượng lẹo dao (edge build up formation) 1.11.1 Hiện tượng và điều kiện hình thành:

Khi cắt kim loại dẻo, dưới một điều kiện nhất định, ở phần mặt trước sát mũi dao có một lớp kim loại có cấu trúc tế vi và độ cứng khác hẳn với vật liệu gia công và vật liệu phoi bám lên. Lớp kim loại này lớn dần lên đến một độ cao hH nhất định sau đó bị bật đi và cuốn theo phoi. Hiện tượng này lặp đi lặp lại với tần số vài chục lần một phút. Hiện tượng này là hiện tượng lẹo dao. Độ cứng của cục lẹo dao lớn gấp (2,5 – 3,5) lần so với vật liệu gia công nên nó có khả năng đảm nhận việc cắt gọt.

Nếu gọi:

T - Lực ma sát giữa mặt trước của dao và phoi.

Q - Lực liên kết trong nội bộ kim loại.

S - Lực đẩy để thoát phoi theo mặt trước. Khi T Q + S thì có lẹo dao.

Hình 1.13 Lẹo dao.

Có hai loại lẹo dao :

- Lẹo dao ổn định.

- Lẹo dao chu kỳ.

1.11.2 Những nhân tố ảnh hưởng đến lẹo dao 1. Tốc độ cắt V: 2. Chiều dày cắt a 3. Vật liệu gia công

12

4. Góc trước

a) b)

Hình 11.14 Ảnh hưởng của tốc độ cắt (a) và chiều dày cắt (b) đến lẹo dao.

1.11.3 Tác dụng của lẹo dao - Tác dụng tốt : + Bảo vệ mũi dao, thay mũi dao khi cắt làm dao đỡ mòn. + Làm tăng góc trước nên làm giảm lực cắt. - Tác dụng xấu : Lẹo dao thay đổi nên gây rung động làm giảm chất lượng bề mặt gia công, độ cứng không đều, dễ sinh vết nứt. Gia công thô lẹo dao có lợi hơn gia công tinh. Muốn tránh lẹo dao cần khống chế nhiệt cắt và ma sát trên mặt trước.

1.12. Hiện tượng cứng nguội :

Lưới dao không thực sự sắc hoàn toàn mà có một bán kính cong .

Hình 2.7

a: lớp kim loại định cắt, a1: lớp kim loại thực sự được cắt (<a), a2: lớp kim loại bị đè (gây ra hiện tượng chảy trượt rất mạnh), a3: lớp kim loại đàn hồi trở lại (sẽ ma sát với mặt sau của dao, gây biến dạng). Các biến dạng trên, kết hợp với biến dạng trong miền tạo phoi, sẽ làm cho bề mặt gia công bị biến dạng mức độ lớn, mạnh, tinh thể bị xô lệch nhiều, độ cứng tăng, tính dẻo dai giảm. Đó là hiện tượng cứng nguội.

13

1.13. Hiện tượng rung động:

Trong quá trình cắt có hai loại rung động: cưỡng bức và tự rung.

Nguyên nhân sinh ra dao động cưỡng bức là do các lực kích thích từ bên ngoài truyền đến. Rung động cưỡng bức có thể có chu kỳ hay không có chu kỳ tùy theo lực kích thích.

Tự rung là những rung động mà lực gây ra và duy trì nó được tạo thành và điều khiển bởi chính bản thân các rung động đó.

14

Chủ đề 2: Nhiệt cắt, mài mòn dao và dung dịch trơn nguội

2.1. Nguồn nhiệt và sự phân bố nhiệt

Khi cắt, vùng cắt sinh ra một lượng nhiệt lớn là kết qủa của: - Công ma sát trong giữa các phần tử vật liệu gia công trong quá trình biến dạng Q1. - Công ma sát ngoài giữa phoi và mặt trước của dao Q2. - Công ma sát giữa mặt sau dao và bề mặt đã gia công Q3. - Công đứt phoi (để tạo nên các mặt mới) Q4. Phương trình cân bằng nhiệt: Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 Hoặc biểu diễn theo phương trình cân bằng nhiệt sau: Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = Qf + QCT + Qd + QKK Trong đó : Qf là lượng nhiệt ở phoi. Qd là lượng nhiệt ở dao. QCT là lượng nhiệt chi tiết. QKK là lượng nhiệt ở không khí.

Hình 2.1

2.2. Nhiệt cắt và ảnh hưởng của một số yếu tố đến nhiệt cắt:

Nhiệt tập trung chủ yếu ở 3 khu vực (hình 2.1) :

- Ở miền tạo phoi (3).

- Giữa mặt sau của dao với bề mặt chi tiết đã gia công (2)

- Giữa mặt trước và phoi (1).

Hình 2.2

15

Hình sau đây mô phỏng trường nhiệt độ điển hình khi cắt

Hình 2.3

Thực nghiệm cho thấy lượng nhiệt lớn nhất (T0max) nằm ở khu vực tiếp xúc giữa phoi và dao,

cách lưỡi cắt từ (0,3 - 0,5)l, l là chiều dài tiếp xúc giữa phoi và mặt trước của dao, nhiệt độ đó gọi là nhiệt độ cắt.

Các nhân tố ảnh hưởng đến nhiệt cắt:

a. Ảnh hưởng của V, s và t: là các nhân tố ảnh hưởng nhiều đến nhiệt độ cắt

Hình 2.4 Ảnh hưởng của V, s, t đến nhiệt cắt.

c. Ảnh hưởng của các thông số khác :

- Góc trước : khi giảm 0 tăng ít.

- Góc nghiêng chính : khi tăng thì 0 tăng.

- Bán kính mũi dao r: khi tăng r nhiệt cắt giảm.

- Tiết diện thân dao lớn nhiệt cắt giảm nhưng không đáng kể.

- Vật liệu gia công: khi cắt vật liệu giòn thì nhiệt cắt thấp hơn so với khi gia công vật liệu dẻo.

- Vật liệu làm dao nào có hệ số ma sát càng lớn và tính truyền nhiệt càng bé thì nhiệt độ trên dao càng cao.

16

- Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội: khi cắt có tưới dung dịch trơn nguội thì làm giảm ma sát và nhiệt độ trên bề mặt dao.

2.3. Quá trình và nguyên nhân mài mòn của dao

Trong quá trình cắt dao chịu môt áp lực lớn, nhiệt cắt cao dẫn đến dao bị mòn. Khi dao bị mài mòn thì quá trình cắt gọt xấu đi, biến dạng tăng, nhiệt cắt tăng, áp lực tăng nên dao bị mài mòn nhiều hơn. Đến một lúc nào đó dao không có khả năng cắt nữa, phải bị mài lại. Quan hệ giữa mài mòn và thời gian cắt được thể hiện trên hình 2.5:

Hình 2.5 Quá trình mài mòn dao. - Giai đoạn 1 (đoạn OA): giai đoạn mài mòn ban đầu. - Giai đoạn 2 (đoạn AB): giai đoạn mài mòn bình thường. - Giai đoạn 3 (đoạn BC): giai đoạn mài mòn khốc liệt. Các nguyên nhân mài mòn là: * Do nhiệt * Mài mòn vì dính. * Mài mòn do khuếch tán. * Mài mòn do oxy hóa.

2.4. Các dạng mài mòn và tiêu chuẩn mài mòn dao

Các dạng mài mòn:

1. Mài mòn theo mặt trước là chủ yếu (hình 2.6b). 2. Mài mòn theo mặt sau là chủ yếu (hình 2.6a).

3. Mài mòn đồng thời cả hai mặt trước và sau (hình 2.6c). 4. Lưỡi cắt bị cùn (hình 2.6d)

Hình 2.6 Các dạng mài mòn của dao.

17

- Tiêu chuẩn mài mòn:

Người ta lấy hs để làm tiêu chuẩn mài mòn (dễ đo nhất). Khi con dao đạt đến trị số hs cho phép thì phải mài dao lại.

Khi gia công tinh, độ mòn cho phép phụ thuộc vào độ bóng và độ chính xác gia công, nên người ta quy định một tiêu chuẩn mài mòn khác là tiêu chuẩn mài mòn công nghệ, đó là tiêu chuẩn mài mòn của dao cho phép đảm bảo độ bóng và độ chính xác gia công đã cho.

2.5. Dung dịch trơn nguội.

2.5.1. Tác dụng của dung dịch trơn nguội: Trong quá trình cắt kim loại, để cải thiện điều kiện cắt người ta dùng dung dịch trơn nguội. Dung dịch này những tác dụng sau : - Làm hạ nhiệt độ ở khu vực cắt gọt, làm giảm sai số về kích thước do nhiệt sinh ra, nâng cao chất lượng bề mặt, tăng năng suất và tuổi bền của dao. - Bôi trơn bề mặt làm việc, làm giảm ma sát giữa phoi và dao, làm quá trình biến dạng dẻo dễ dàng hơn, công cắt giảm. - Giúp cuốn phoi ra khỏi khu vực cắt gọt.

2.5.2. Yêu cầu - Không ảnh hưởng đến sức khỏe công nhân. - Không làm rỉ máy, chi tiết và dao. - Phải bền vững, để lâu không bị phân tích và giữ được tính chất một thời gian dài, không bị phân tích ở nhiệt độ cao. - Không tạo thành khối gây khó khăn cho việc lưu thông.

2.5.3. Các loại dung dịch trơn nguội 1. Nhóm có tác dụng làm nguội là chính : Nhằm giảm nhiệt độ để nâng cao tốc độ, tuổi bền của dao: nước có pha các chất chống rỉ (CaCO3, Na2CO3,...) gọi là dung dịch nước điện ly. 2. Nhóm vừa có tác dụng bôi trơn vừa có tác dụng làm nguội : - Dung dịch nước điện ly + xà phòng. - Dung dịch Emunxi (80% H2O + 20%Emunsơn), nhựa thông. Emunsơn là sản phẩm của công nghiệp sản xuất dầu hỏa. 3. Nhóm có tác dụng bôi trơn chính : gồm các loại dầu bôi trơn, dầu thực vật. 2.5.4. Cách sử dụng dung dịch trơn nguội: a. Phương pháp tưới (hình 2.7 a): đơn giản, được dùng phổ biến. b. Phương pháp phun (hình 2.7b): giảm nhiệt nhanh nhờ dòng dung dịch có vận tốc và áp suất cao. Tuy nhiên có nhược điểm: - Cần phải có thiết bị bơm đặc biệt. - Phải đảm bảo hướng phun. - Dung dịch bắn tung té, khó che đậy.

18

Hình 2.8 Sử dụng dung dịch trơn nguội.

19

Chủ đề 3: Tốc độ cắt và lực cắt

3.1. Thời gian gia công cơ bản trên máy To

Thời gian gia công cơ bản là thời gian cần thiết để máy cắt gọt hết chiều dài gia công. Xét sơ đồ tiện như hình 4.1 thì :

Trong đó : - L = l + l1 + l2 (mm): chiều dài tổng cộng.

l1 = t. cotg : lượng ăn tới của dao.

l2 = 2 - 5 mm : lượng ăn quá của dao.

- i : số lần chuyển dao.

- n : số vòng quay của trục chính (vg/ph).

- Sv : lượng ăn dao vòng (mm/vg).

Hình 3.1

3.2. Năng suất máy N

Năng suất máy là số sản phẩm mà máy sản xuất ra trong một đơn vị thời gian.

Với Tckì là thời gian (chu kì) gia công một sản phẩm (phút).

Tckì = To + Tph + Tpv + Tnn

Trong đó:

To: thời gian gia công cơ bản;

Tph: thời gian phụ

Tpv: thời gian phục vụ kỹ thuật, tổ chức;

Tnn: thời gian nghỉ ngơi theo nhu cầu cần thiết của công nhân.

Tổng thời gian cơ bản và thời gian phụ gọi là thời gian nguyên công :

Tnc = To + Tph

20

Một số biện pháp nâng cao năng suất máy khi cắt :

a. Giảm thời gian gia công cơ bản To :

- Nâng cao độ chính xác của phôi để giảm thời gian cắt gọt.

- Rút ngắn số lần chạy dao; cắt gọt với tmax , Smax, tăng vận tốc cắt.

- Giảm hành trình chạy dao bằng cách dùng nhiều dao đồng thời.

b. Giảm thời gian phụ:

- Giảm thời gian gá đặt. bằng cách dùng đồ gá kẹp nhanh, đồ gá điều chỉnh.

- Làm cho thời gian phụ trùng với thời gian cơ bản: dùng bàn gá quay, chạy dao tự động, cấp phôi tự động.

- Bố trí sản xuất khoa học để loại bỏ thao tác thừa.

c. Giảm thời gian phục vụ:

- Chuẩn bị đầy đủ dụng cụ, đồ gá...

- Chuẩn bị dầu mỡ, dẻ lau....

- Chủ động giao nhận ca kíp...

3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ cắt

3.3.1. Ảnh hưởng của tuổi bền T của dao:

Bằng thực nghiệm người ta xác định : v1.T1m = ... = vn.Tn

m

Hay v = A/Tm

Trong đó : v - tốc độ cắt (m/ph);

T - tuổi bền của dao (phút);

A - hằng số phụ thuộc vào điều kiện gia công.

Hình 3.2

3.3.2. Ảnh hưởng của t, S:

Tăng chiều sâu cắt t và lượng chạy dao S khi cắt thì lực cắt và nhiệt cắt tăng, dao chóng mòn. Do đó để giữ tuổi bền của dao không đổi thì phải giảm tốc độ cắt.

Quan hệ giữa T, v, t, S được biễu diễn như sau :

Trong đó : Cv - hệ số; xv, yv - số mũ nói lên mức độ ảnh hưởng của t, S đến v.

21

Trong điều kiện cắt bình thường, khi t> S thì xv < yv tức ảnh hưởng của t đến v nhỏ hơn của S đến v.

3.3.3. Ảnh hưởng của thông số hình học của dao đến tốc độ cắt

- Góc trước : (hình 4.3a).

- Góc sau : (hình 4.3b).

- Góc nghiêng chính (hình 4.4).

Hình 3.3 Ảnh hưởng của góc trước (a) và góc sau (b) đến tốc độ cắt.

Hình 3.4

- Bán kính mũi dao: khi tăng r thì lực Pz, Py tăng, Px giảm, đồng thời chiều dài lưỡi cắt và thể tích đầu dao tham gia lớn nên điều kiện truyền nhiệt tốt hơn, dao đỡ mài mòn, nên có thể nâng cao tốc độ cắt.

- Tiết diện thân dao: thân dao càng lớn điều kiện truyền nhiệt càng tốt, nên có khả năng nâng cao tốc độ cắt.

3.3.4. Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội:

Dung dịch trơn nguội làm cho sự hình thành phoi dễ dàng, ma sát giảm, nhiệt cắt giảm. Vì vậy khi có sử dụng dung dịch trơn nguội cho phép nâng cao tốc độ cắt.

3.3.5. Ảnh hưởng của vật liệu gia công và vật liệu làm dao:

- Vật liệu có hệ số truyền nhiệt càng lớn, sức bền càng lớn thì càng có khả năng nâng cao tốc độ cắt.

- Vật liệu làm dao nào có độ chịu nhiệt cao, hệ số truyền nhiệt lớn, hệ số ma sát nhỏ thì có thể cắt

22

ở tốc độ cao hơn.

Công thức thực nghiệm tính V:

Trong đó :

T - tuổi bền của dao (phút);

t - chiều sâu cắt (mm);

S - lượng chạy dao vòng (mm/vg);

kv - hệ số điều chỉnh tính đến ảnh hưởng của các yếu tố kể trên.

3.4. Lực cắt

3.4.1. Các thành phần của lực cắt :

Xét sơ đồ cắt như hình 3.5 :

Hình 3.5

N1: áp lực của phoi lên mặt trước của dao;

F1: lực ma sát của phoi tác dụng lên dao;

N2: áp lực của lớp kim loại trên bề mặt đã gia công tác dụng lên mặt sau dao;

F2: lực ma sát của bề mặt đã gia công tác dụng lên dao.

Ta có :

Lực cắt tổng hợp:

23

Hình 3.6 Lực cắt khi tiện.

+ Pz: lực tiếp tuyến.

+ Py: lực hướng kính tác dụng theo thân dao.

+ Px: lực chạy dao.

Tổng hai lực Px, Py ta được lực PN trùng với phương thoát phoi.

Ta có :

Tỉ số giữa các lực biến đổi theo điều kiện cắt. Khi tăng thì Px/Pz tăng, Py/Pz giảm.

3.5. Công suất cắt

Công suất tiêu hao khi cắt phụ thuộc vào Px, Pz (Py không sinh công vì theo phương Py không có chuyển vị).

- Lực tiếp tuyến dùng để tính công suất cho chuyển động quay của chi tiết gia công:

- Lực Px dùng để tính công có ích cho chuyển động chạy dao do cơ cấu chạy dao thực hiện:

Thường Ns << Nn nên khi tính công suất động cơ có thể bỏ qua Ns. Công suất động cơ điện được tính:

Trong đó : - hiệu suất sử dụng có ích của máy ( = 0,7 - 0,75).

3.6. Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt

3.6.1. Ảnh hưởng của vật liệu gia công:

24

Khi gia công vật liệu dòn, lực cắt nhỏ hơn so với vật liệu dẻo. Khi độ hạt càng nhỏ, độ cứng càng cao, lực cắt càng lớn.

3.6.2. Ảnh hưởng của chế độ cắt:

a. Chiều sâu cắt t (hình 3.7 a):

b. Lượng chạy dao S (hình 3.7 b):

Hình 3.7 Ảnh hưởng của t và s đến lực cắt.

c. Tốc độ cắt v :

Hình 3.8 Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến lực cắt.

3.6.3. Ảnh hưởng của các thông số hình học của dao:

- Góc trước : càng bé lực cắt càng tăng.

- Góc sau : càng lớn thì ma sát giữa mặt sau của dao và chi tiết càng giảm, lực cắt giảm. Ở dao tiện, thường = 8 - 120.

- Góc nghiêng chính :

+ Nếu tăng mà giữ nguyên t, S thì Pz giảm khi r = 0; khi r 0 thì lúc đầu Pz giảm nhưng khi >

600 thì Pz tăng.

+ Khi tăng thì Px tăng, Py giảm.

- Bán kính mũi dao r : khi tăng r thì Pz tăng, Py tăng, Px giảm.

- Ảnh hưởng của góc : thay đổi trong 50 thì lực biến đổi ít, tăng lên nữa thì Pz, Py tăng, Px giảm.

3.6.4 Ảnh hưởng của các nhân tố khác:

25

- Vật liệu làm dao khác nhau thì lực cắt cũng khác nhau.

- Sự mài mòn dao: mặt sau càng mòn thì diện tích tiếp xúc giữa chi tiết và dao càng lớn, lực cắt càng tăng.

- Dung dịch trơn nguội: làm giảm nhiệt cắt, giảm ma sát nên lực cắt giảm.

Bằng thực nghiệm người ta chứng minh được :

Pz = Cpz.txpz.Sypz.Vnpz.Kpz

Py = Cpy.txpy.Sypy.Vnpy.Kpy

Px = Cpx.txpx.Sypx.Vnpx.Kpx

Trong đó:

- Cpx, Cpy, Cpz : hằng số phụ thuộc nhóm vật liệu gia công.

- x, y, n : các số mũ chỉ mức độ ảnh hưởng của t, S, V.

- kpx, kpy, kpz: các hệ số điều chỉnh tính đến ảnh hưởng của các thông số khác đến lực cắt.

3.7. Lựa chọn chế độ cắt khi tiện

Chế độ cắt khi tiện thường được tính theo tuần tự:

7.1 Chọn dụng cụ cắt :

- Chọn vật liệu làm dao và tuổi bền của dao theo tiêu chuẩn.

- Xác định thông số hình học của dao.

7.2 Chọn chiều sâu cắt t :

- Chọn t càng lớn càng tốt, tốt nhất t = h (h: lượng dư).

- Khi gia công thô chọn t = h (lượng dư gia công thô).

- Khi gia công bán tinh (h > 2 mm) nên cắt 2 lần.

- Khi gia công tinh cần đạt độ bóng cao, có thể cắt 3 lần.

7.3 Xác định lượng chạy dao S :

Khi gia công thô S bị hạn chế bởi:

- Sức bền thân dao (S1),

- Sức bền cơ cấu chạy dao (S2),

- Độ cứng vững của chi tiết gia công (S3).

Lấy S = min (S1, S2, S3) làm trị số an toàn sau đó chọn lượng chạy dao thực có trên máy Sm S.

Khi tiện tinh cần chọn s theo độ nhám.

7.4 Tính chọn V và số vòng quay :

Số vòng quay:

So sánh số vòng quay tính được với số vòng quay thực trên máy. Chọn nthực gần với ntính toán nhất.

26

3.8. Tính lượng chạy dao

a. Tính s theo sức bền thân dao :

Hình 3.9

Ta có : Mu [Mu]; Mu = Pz.l ; [Mu] = Wu [u]

: Modun chống uốn

u = Mu/Wu = 6.Pz.l/BH2 [u]

Hay Cpz .txpz.S1ypz .Vnpz. Kpz.6l [u ]BH2

Vậy

(mm/vòng)

b. Tính s theo sức bền cơ cấu chạy dao:

Muốn cơ cấu chạy dao làm việc được thì:

Px + f .(Pz + Py) [Px]

Với f - Hệ số ma sát giữa xe dao và sống trượt, thường f = 0,1.

Vì Py/Pz = 1/2, Px/Pz = 1/3 nên

[Px] Px + 0,1 (3/2 Px + 3 Px) = 1,45 Px = 1,45. Cpx.txpx. Sypx2. Vnpx.Kpx

Vậy

(mm/vòng)

c. Chọn s theo độ cứng của chi tiết:

Lực Pz,Py làm chi tiết bị võng, độ võng một lượng :

27

Trong đó: l: chiều dài chi tiết gia công (mm)

E: modun đàn hồi vật liệu gia công.

J: Momen quán tính của tiết diện chi tiết gia công (mm4)

K: hệ số phụ thuộc cách gá đặt. Khi gá trên mâm cặp thì K=3, một đầu mâm cặp một đầu chống tâm thì K=100, hai đầu chống tâm thì K=48.

Nếu Py = 1/2. Pz thì Q = 1,1.PZ

1,1. Cpz. txpz.Sypz.Vnpz.Kpz/kEJ [f]

Vậy : (mm/vòng)

Lấy S = min (S1, S2, S3) làm trị số an toàn sau đó chọn lượng chạy dao thực có trên máy Sm S.

* Nếu là dao hợp kim cứng thì phải kiểm tra sức bền mảnh hợp kim hàn vào thân dao.

Khi tiện tinh :

Với : CB: hệ số đặc trưng điều kiện gia công bình thường.

Rmax: chiều cao nhấp nhô bề mặt lớn nhất cho phép.

r: Bán kính mũi dao

28

Chủ đề 4: Quá trình công nghệ và chất lượng bề mặt chi tiết máy

4.1 Quá trình sản xuất và quá trình công nghệ:

Quá trình sản xuất là qúa trình con người tác động vào tài nguyên thiên nhiên để biến nó thành sản phẩm cho xã hội. Trong một nhà máy cơ khí thì quá trình sản xuất là tổng hợp các hoạt động để biến nguyên vât liệu thành sản phẩm, bao gồm: chế tạo phôi, gia công cơ, gia công nhiệt hóa, lắp ráp và hàng loạt quá trình phụ như: vận chuyển, chế tạo đồ gá, dao cắt, sữa chữa máy, chạy thử, sơn, bao bì, đóng gói...

Quá trình công nghệ (QTCN) là một phần của quá trình sản xuất mà nó trực tiếp làm thay đổi trạng thái, tính chất của đối tượng sản xuất, bao gồm: thay đổi hình dáng kích thước và các tính chất cơ lý của vật liệu.

Xác định QTCN hợp lý rồi ghi thành văn kiện công nghệ thì các văn kiện công nghệ đó được gọi là quy trình công nghệ.

4.2 Các thành phần của quy trình công nghệ

1. Nguyên công: là một phần của QTCN, nó được hoàn thành liên tục tại một địa điểm làm việc do một hoặc một nhóm công nhân thực hiện.

Ví dụ : tiện trục bậc như hình 4.1 :

Hình 4.1

- Kẹp một đầu trong mâm cặp và đầu kia chống tâm, gia công hai mặt B, C.

- Trở đầu và gia công tiếp tại máy đó bề mặt A.

Vậy cả ba mặt A, B, C được gia công liên tục tại một địa điểm, trên một máy nên cả ba bề mặt được thực hiện trong một nguyên công.

Nếu tiện xong cả ba mặt, sau đó đem tới máy phay để phay rãnh H thì ta đã thực hiện hai nguyên công.

Việc phân chia QTCN thành các nguyên công nhằm đảm bảo sự cân bằng trong sản xuất.

2. Gá: là một phần của nguyên công, được thực hiện trong một lần gá đặt của chi tiết. Một nguyên công có thể có một hay nhiều lần gá.

3. Vị trí: là một phần của nguyên công, được xác định bởi một vị trí tương quan giữa dao và chi tiết. Mỗi lần gá có thể có một hoặc nhiều vị trí.

4. Bước: là một phần của nguyên công tiến hành gia công trong cùng một bề mặt (hoặc một tập hợp nhiều bề mặt), sử dụng một dao (một tập hợp dao), đồng thời chế độ làm việc của máy duy trì không đổi. Một nguyên công có thể có một hoặc nhiều bước.

29

5. Đường chuyển dao: là một phần của bước để hớt đi một lớp vật liệu có cùng chế độ cắt và cùng một dao. Mỗi bước có thể có một hoặc nhiều đường chuyển dao.

6. Động tác: là một hành động của công nhân để điều khiển máy. Động tác là đơn vị nhỏ nhất của QTCN.

4.3. Dạng sản xuất :

- Dạng sản xuất đơn chiếc

Dạng sản xuất mà trong đó sản lượng ít, chủng loại nhiều và không ổn định. Việc chế tạo sản phẩm này thường không lặp lại trong quá trình sản xuất hoặc lặp lại nhưng sau một thời gian không xác định.

- Dạng sản xuất hàng loạt

Dạng sản xuất mà trong đó sản phẩm được chế tạo theo từng loạt và thường xuyên lặp lại sau một thời gian nhất định.

- Dạng sản xuất hàng khối

Dạng sản xuất mà trong đó sản lượng hàng năm rất lớn, sản phẩm ổn định. Tại mỗi chổ làm việc, nguyên công không đổi và luôn lặp lại hoặc phân chia thành từng loạt.

4.4. Các phương pháp tổ chức sản xuất :

Theo cách bố trí máy, có hai phương pháp tổ chức sản xuất :

- Phương pháp tổ chức sản xuất dây chuyền

- Phương pháp tổ chức sản xuất không theo dây chuyền

4.5. Các yếu tốt đặc trưng cho chất lượng bề mặt chi tiết máy

4.5.1. Tính chất hình học của bề mặt đang gia công:

a. Sai lệch hình học đại quan (S/H > 1000) : là sai lệch rìa biên của bề mặt thực so với hình dạng lý tưởng của nó, ví dụ: độ côn, độ ô van.

b. Độ sóng (S/H = 50 - 1000): là chu kỳ không bằng phẳng của bề mặt quan sát trong phạm vi 1 - 10 mm.

c. Độ nhám bề mặt (S/H < 50): là tập hợp các nhấp nhô của profile bề mặt với bước tương đối nhỏ, đo trong chiều dài chuẩn.

30

Hình 4.2

4.5.2 Tính chất cơ lý của bề mặt gia công:

a. Sự biến cứng (làm chắc) bề mặt kim loại :

Trong quá trình gia công, dưới tác dụng của lực cắt, trên lớp bề mặt kim loại sinh ra biến dạng dẻo. Biến dạng dẻo xuất hiện ở cả vùng trước và sau lưỡi cắt. Phoi được hình thành do kết qủa biến dạng dẻo của các hạt vật liệu trong vùng trượt. Các hạt tinh thể bị xô lệch mạng, sinh ra ứng suất giữa các tinh thể. Tác dụng đó làm tăng thể tích riêng và làm giảm mật độ hạt, nâng cao giới hạn bền, nâng cao độ cứng, độ giòn, làm giảm tính dẻo, tính dai... Hiện tượng này gọi là sự biến cứng kim loại. Mức độ biến cứng và chiều sâu lớp biến cứng tăng khi lực tác dụng tăng và mức độ biến dạng dẻo của lớp bề mặt tăng.

b. Ưng suất dư : là ứng suất được hình thành sau khi ngừng tác động của lực cắt. Một số nguyên nhân gây ra ứng suất dư là:

- Do biến dạng dẻo khi cắt kim loại.

- Do nhiệt.

4.6 Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến khả năng làm việc của chi tiết máy.

4.6.1 Ảnh hưởng đến tính chống mòn:

a. Ảnh hưởng của nhám bề mặt:

Trên hình 4.3 biểu thị mối quan hệ giữa lượng mòn và thời gian sử dụng của một cặp chi tiết với nhau. Các đường a, b, c ứng với ba độ nhám ban đầu khác nhau của các bề mặt tiếp xúc. Đường a ứng với cặp bề mặt tiếp xúc có độ bóng tối ưu cho tuổi thọ cao nhất. Vậy nâng cao độ nhẵn bề mặt đến giá trị tối ưu làm chi tiết có tuổi thọ cao hơn.

Hình 4.3

31

b. Ảnh hưởng của lớp biến cứng đến tính chống mòn:

Độ biến cứng càng tăng thì độ mòn càng giảm.

c. Ảnh hưởng của ứng suất dư bề mặt đến tính chống mòn: ứng suất dư bề mặt không ảnh hưởng đến tính chống mòn của chi tiết trong điều kiện hao mòn bình thường.

4.6.2 Ảnh hưởng đến tính chống ăn mòn hóa học của lớp bề mặt:

a. Ảnh hưởng của nhám bề mặt: các chỗ lõm trên bề mặt chi tiết là nơi chứa những tạp chất có tác dụng ăn mòn hóa học. Sau khi ăn mòn hết bề mặt lại tạo thành các nhấp nhô mới và cứ thế tiếp tục. Quá trình ăn mòn xảy ra theo chiều hướng như hình 7.3. Vì vậy bề mặt càng nhẵn thì càng ít bị ăn mòn, bán kính đáy lõm càng lớn thì mức độ chống ăn mòn càng cao.

Hình 4.4

b. Ảnh hưởng của lớp biến cứng bề mặt :

Biến dạng dẻo làm các mạng nguyên tử bị lệch với các mức độ khác nhau trong các hạt, gây nên sự không đồng nhất tế vi của kim loại đa tinh thể, sinh ra một số lượng lớn các phân tử ăn mòn, nhất là ở các mặt phẳng trượt, gây hiện tương hấp thụ mạnh, tăng cường quá trình ăn mòn và khuếch tán ở lớp bề mặt.

4.6.3 Ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy:

a. Ảnh hưởng của nhám bề mặt: độ nhám bề mặt có ảnh hưởng lớn đến độ bền mỏi của chi tiết nhất là khi chi tiết chịu tải trọng chu kỳ đổi dấu vì ở đáy các nhấp nhô có ứng suất tập trung lớn, lúc đó dễ tạo thành các vết nứt tế vi.

b. Ảnh hưởng của lớp biến cứng: bề mặt biến cứng có thể làm tăng độ bền mỏi 15 - 20 %. Chiều sâu và mức độ biến cứng càng lớn thì độ bền mỏi càng lâu vì nó làm cho các vết nứt tế vi khó xuất hiện.

c. Ảnh hưởng của ứng suất dư: ứng suất dư nén trên lớp bề mặt làm nâng cao độ bền mỏi, ứng suất dư kéo làm giảm độ bền mỏi.

4.6.4 Ảnh hưởng đến độ chính xác của các mối ghép:

- Mối ghép lỏng: Trong quá trình làm việc, các nhấp nhô bị san phẳng nên đường kính trục giảm, đường kính lỗ tăng, kết quả là độ hở của mối ghép tăng, mối ghép làm việc không tốt.

- Mối ghép chặt: quá trình lắp ghép làm cho đường kính trục giảm, đường kính lỗ tăng nên độ dôi giảm.

4.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt

4.7. 1 Ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt:

a. Ảnh hưởng của những yếu tố hình học :

32

+ Khi tiện dao có đỉnh nhọn (R = 0, lưỡi cắt thẳng) với bước tiến S, thì:

Hình 4.5

+ Dao có bán kính R 0 (lưỡi cắt cong), thì :

Vậy tăng R thì Rz giảm.

b. Ảnh hưởng của biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi đến CLBM :

Khi gia công vật liệu dẻo thì bề mặt gia công bị biến dạng dẻo mạnh làm cho cấu trúc của nó thay đổi, ảnh hưởng rất nhiều đến hình dáng và trị số nhấp nhô. Khi gia công vật liệu giòn, các hạt tinh thể cá biệt bị bóc ra làm tăng kích thước nhấp nhô tế vi.

Tốc độ cắt là yếu tố cơ bản nhất ảnh hưởng đến sự phát triển của biến dạng dẻo khi tiện. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tốc độ cắt đến độ nhám bề mặt được thể hiện trên hình 4.6.

Hình 4.6 Ảnh hưởng của tốc độ cắt V đến chiều cao nhấp nhô tế vi Rz.

Khi gia công vật liệu giòn: tăng tốc độ cắt thì bề mặt nhẵn bóng hơn.

Ảnh hưởng của S trong quá trình biến dạng đối với độ nhẵn bề mặt: hình 4.7 mô tả quan hệ giữa S và Rz

33

Hình 4.7

Vật liệu dẻo dai (thép ít C) thì dễ biến dạng dẻo sẽ cho độ nhẵn bóng bề mặt thấp. Độ cứng của vật liệu gia công tăng chiều cao nhấp nhô giảm.

c. Ảnh hưởng của độ cứng vững của hệ thống công nghệ và rung động đến nhấp nhô bề mặt:

Độ cứng vững của hệ thống công nghệ càng tăng thì nhấp nhô bề mặt càng giảm.

4.7.2 Ảnh hưởng đến độ biến cứng:

Khi thay đổi chế độ cắt làm tăng lực cắt và mức độ biến dạng dẻo thì mức độ biến cứng tăng.

- Thực nghiệm cho thấy, khi tiện nếu tăng S, r thì mức độ biến cứng lớp bề mặt tăng (hình 4.8).

- Góc trước tăng từ âm đến dương thì mức độ và chiều sâu biến cứng giảm (hình 4.9).

Hình 4.8

Hình 4.9

34

- Ảnh hưởng của V đến độ biến cứng (hình 4.10) :

Hình 4.10

4.7. 3 Ảnh hưởng đến ứng suất dư bề mặt:

Thực nghiệm cho thấy chế độ cắt, hình dáng hình học của dao, dung dịch trơn nguội là những yếu tố ảnh hưởng nhiều đến ứng suất dư bề mặt. Tuy vậy rất khó xác định mối quan hệ cụ thể. Dựa vào thực nghiệm người ta có những nhận định sơ bộ sau :

- Tăng tốc độ cắt V hoặc tăng lượng chạy dao S có thể tăng, cũng có thể giảm ứng suất dư.

- Tăng lượng chạy dao S làm tăng chiều sâu có ứng suất.

- Góc trước giảm đến giá trị âm lớn gây ra ứng suất dư nén tùy thuộc giá trị của V và S.

- Vật liệu dòn thường gây ứng suất dư nén, vật liệu dẻo thường gây ứng suất dư kéo,...

35

Chủ đề 5: Độ chính xác gia công

5.1 Khái niệm độ chính xác gia công :

Độ chính xác gia công của chi tiết máy là mức độ giống nhau về mặt hình học và các tính chất cơ lí của chi tiết gia công so với chi tiết máy lý tưởng trên bản vẽ thiết kế.

Để đánh giá mức độ chính xác người ta dựa vào các yếu tố.

- Độ chính xác về kích thước của bản thân mặt gia công.

- Độ chính xác về hình dạng hình học của bề mặt gia công.

- Độ chính xác về vị trí tương quan giữa các bề mặt với nhau.

5.2 Các phương pháp đạt độ chính xác gia công trên máy công cụ.

5.2.1 Phương pháp cắt thử từng kích thước riêng biệt:

Sau khi gá chi tiết gia công lên máy, tiến hành cắt đi một lớp phoi rất ngắn của chi tiết gia công. Sau đó dừng máy đo thử kích thước vừa nhận được. Nếu chưa đạt kích thước yêu cầu thì điều chỉnh dao ăn sâu hơn nữa, rồi lại cắt thử, quá trình cứ thế tiếp tục cho đến khi đạt kích thước yêu cầu, sâu đó tiến hành cắt toàn bộ chiều dài chi tiết gia công.

Phương pháp này chỉ dùng trong sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ, trong công nghệ sữa chữa và chế thử.

Ưu, nhược điểm của phương pháp cắt thử từng kích thước riêng biệt :

a. Ưu điểm :

- Có thể đạt được độ chính xác về kích thước nhờ rà gá.

- Có thể loại trừ ảnh hưởng của dao mòn đến độ chính xác gia công.

- Tận dụng được những phôi không chính xác nhờ phân bố lại lượng dư.

- Không cần những đồ gá phức tạp.

b. Nhược điểm :

- Độ chính xác gia công của phương pháp này hạn chế bởi bề dày bé nhất của lớp phoi cắt.

- Người thợ phải chú ý cao nên dễ mệt, dễ sinh phế phẩm.

- Năng suất thấp.

- Đòi hỏi trình độ tay nghề cao.

- Giá thành cao.

5.2.2 Phương pháp tự động đạt kích thước:

Theo phương pháp này, dụng cụ cắt có vị trí tương quan cố định so với vật gia công. Vị trí này được đảm bảo cố định nhờ các cơ cấu định vị của đồ gá. Khi gia công theo phương pháp này máy và dao đã được điều chỉnh trước (hình 5.1).

36

Hình 5.1

Ưu, nhược điểm của phương pháp tự động đạt kích thước:

- Đảm bảo độ chính xác gia công, giảm phế phẩm.

- Năng suất cao vì chỉ cắt một lần là đạt kích thước.

- Nâng cao hiệu quả kinh tế.

Phương pháp này cũng có một số hạn chế về mặt hiệu quả kinh tế nếu loại sản xuất bé vì :

- Phí tổn về việc thiết kế, chế tạo đồ gá cũng như phí tổn về công và thời gian cho việc điều chỉnh cao.

- Phí tổn về việc chế tạo phôi chính xác đôi khi không bù lại được nếu số chi tiết gia công quá ít.

- Nếu chất lượng dụng cụ kém, mau mòn thì kích thước điều chỉnh sẽ bị phá hoại nhanh chóng, do đó phải liên tục điều chỉnh lại, gây tốn kém, phiền phức.

5.3 Các nguyên nhân gây ra sai số gia công.

5.3.1 Do biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ:

Hệ thống công nghệ (máy – dao – đồ gá – chi tiết gia công) là một hệ thống đàn hồi do khi chịu lực nó bị biến dạng. Trong quá trình cắt gọt biến dạng này gây ra sai số kích thước và hình dáng hình học của chi tiết gia công.

Khi cắt, dưới tác dụng của lực cắt trên hệ thống công nghệ xuất hiện lượng chuyển vị tương đối giữa dao và chi tiết gia công. Lượng chuyển vị này có thể được tách thành 3 thành phần x, y, z theo 3 trục tọa độ, trong đó chuyển vị y có ảnh hưởng đến kích thước gia công nhiều nhất.

Hình 5.2 Ảnh hưởng của lượng chuyển vị đến kích thước chi tiết khi tiện.

Gọi Py là thành phần lực pháp tuyến thẳng góc với bề mặt chi tiết gia công và y là lượng chuyển vị tương đối giữa dao và chi tiết gia công theo hướng đó thì tỉ số Py/y được gọi là độ cứng vững của

37

hệ thống công nghệ, kí hiệu là J (MN/m).

Lượng chuyển vị y là tổng hợp các chuyển vị của các chi tiết và bộ phận chịu lực có trong hệ thống, do đó:

;

Trong đó:

yi: lượng biến dạng của chi tiết thứ i trong hệ thống công nghệ.

Ji: độ cứng vững của chi tiết hay bộ phận thứ i.

Theo định nghĩa thì:

nên:

Vậy :

Đặt : độ mềm dẻo (m/MN) thì:

= 1 + 2 + ... + n

a. Do biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ: Xét quá trình tiện một trục được gá trên hai mũi tâm.

- Sai số do chuyển vị của 2 mũi tâm:

Xét trường hợp gia công trên máy tiện chống tâm hai đầu như hình 5.3. Do hai mũi tâm kém cứng vững nên chúng dịch chuyển với các lượng ys, yt. Giả sử dao đang ở vị trí cách mép phải chi tiết một đoạn x, thì lượng tăng bán kính của chi tiết được tính bởi công thức:

Hình 5.3

38

- Sai số gây ra do biến dạng của chi tiết gia công :

Khi gá chi tiết trên hai mũi tâm, nếu chi tiết không cứng vững thì lượng tăng bán kính r2 :

Trong đó : E - modun đàn hồi.

J - momen quán tính, J = 0,5.D4 (trục tròn)

Biến dạng chung của chi tiết: (hình 8.4)

r = r1 + r2

Hình 5.4

- Sai số do biến dạng của dao cắt và ụ gá dao:

Dưới tác dụng của lực cắt, do bàn xe dao và dao không cứng vững nên bị biến dạng đàn hồi, làm cho bán kính chi tiết tăng một lượng :

;

Jd là độ cứng vững của ụ và dao.

Ụ dao và dao di động dọc theo chiều bước tiến nên chịu lực Py = const. Do đó r3 là một hằng số. Có thể triệt tiêu r3 bằng cách cắt thử và điều chỉnh lại chiều sâu cắt.

Vậy hệ thống công nghệ có độ cứng vững kém thì sẽ bị sai số gia công khi chịu lực. Sai số này tỉ lệ nghịch với độ cứng vững các bộ phận. Để giảm sai số ta phải nâng cao độ cứng vững của hệ thống công nghệ.

Ảnh hưởng của độ cứng vững của HTCN đến độ chính xác gia công

b. Ảnh hưởng do dao mòn :

Dao cùn ngoài việc làm thay đổi kích thước gia công còn làm thay đổi Py một lượng :

Py = Kdm.m. K . Kt. K

Với : m - bề rộng diện tích mòn ở mặt sau (mm).

Kdm - hệ số tỉ lệ.

K , Kt, K - hệ số hiệu chỉnh tùy theo góc , , bán kính r.

c. Ảnh hưởng do sai số hình dáng hình học của phôi :

Sai số hình học của phôi làm lượng dư gia công không đều, chiều sâu cắt luôn thay đổi và Py thay đổi theo một lượng , gây nên sai số hình dạng cùng loại trên chi

tiết gia công.

39

Hình 5.5

Giả sử phôi có sai số Df = Dfmax - Df

min, sẽ làm cho chiều sâu cắt tăng một lượng 2t = Df, gây nên tăng một lượng Py và biến dạng thêm y = Py/J của hệ thống. Vì thế chổ phôi có đường kính lớn thì chi tiết gia công cũng có đường kính lớn (hình 5.5). Sai số của chi tiết gia công là :

Dct = DCTmax - DCT

min = 2y

Tỷ số : - hệ số chính xác hóa.

- hệ số giảm sai (< 1).

Nếu gia công nhiều lần với các hệ số giảm sai k1,k2,...kn; thì hệ số chung k = k1. k2.... kn. Vậy để chi tiết có độ chính xác cao người ta chia ra làm nhiều lần cắt, được thể hiện: thô, bán tinh, tinh; nhiều lần trên thô, nhiều lần bán tinh,...

5.3.2 Do độ chính xác của máy, dao, đồ gá và tình trạng mài mòn của chúng

5.3.2.1 Ảnh hưởng của máy :

Nếu các bộ phận chính như trục chính, xe dao, bàn máy,... chuyển động gây sai số thì sai số này sẽ phản ánh lên chi tiết gia công. Ví dụ:

- Đường tâm trục chính máy tiện không song song với sống trượt ở thân máy trên mặt phẳng nằm ngang, thì khi tiện chi tiết gia công sẽ có hình côn (hình 5.6a).

Hình 5.6 .

40

- Nếu sống trượt không thẳng trên mặt phẳng nằm ngang sẽ làm cho quỹ tích mũi dao không thẳng, làm cho chi tiết chổ to, nhỏ (hình 5.6b). Trạng thái mòn của máy cũng gây nên sai số gia công.

5.3.2.3 Ảnh hưởng của dụng cụ cắt:

Độ chính xác chế tạo dao, mức độ mài mòn và sai số gá đặt dao trên máy đều ảnh hưởng đến độ chính xác gia công. Các dao định kích thước (khoan, doa, khoét,...) ảnh hưởng trực tiếp đến đường kính lỗ gia công. Nhóm dao định hình nếu có sai số profile thì nó in dập sai số đó lên chi tiết gia công. Dao mài mòn gây nên sai số hệ thống thay đổi.

Gá dao không chính xác cũng gây nên sai số như sai số hình học của dao.

5.3.3 Do biến dạng nhiệt của hệ thống công nghệ

5.3.3.1 Biến dạng nhiệt của máy: Khi máy làm việc nhiệt độ ở các bộ phận khác nhau của máy có thể chênh lệch từ 100-500C, sinh ra biến dạng không đều và máy sẽ mất chính xác. Ảnh hưởng đến độ chính xác gia công nhiều nhất là biến dạng nhiệt của ụ trục chính. Nhiệt tăng làm cho tâm trục chính xê dịch theo hai phương thẳng đứng và ngang. Sự dịch chuyển này làm ảnh hưởng đến độ chính xác của chi tiết gia công.

Hình 5.7

8.3.3.2 Biến dạng nhiệt của dao cắt:

Một phần nhiệt ở vùng cắt truyền qua dao làm dao dài ra. Nếu dao làm việc liên tục thì độ giãn dài của dao l càng ngày càng dài, nếu dao làm việc không liên tục thì l lúc tăng lúc giảm.

Hình 5.8 Biến dạng nhiệt của dao.

41

5.3.3.3 Biến dạng nhiệt của chi tiết gia công:

Một phần nhiệt ở vùng cắt truyền vào chi tiết, làm nó biến dạng gây ra sai số gia công. Nếu nhiệt được phân bố đều trên toàn chi tiết thì kích thước trên toàn bộ chiều dài như nhau, khi chi tiết nguội đi thì nó bị co rút trên toàn chiều dài, nên sai số là sai số bản thân kích thước.

Ví dụ trên một trục, nhiệt độ xung quanh vùng cắt phân bố không đều.

Hình 5.9 Biến dạng nhiệt của chi tiết.

5.3.4 Sai số do rung động phát sinh trong quá trình cắt : Rung động của hệ thống công nghệ trong khi cắt làm tăng độ nhấp nhô bề mặt và độ sóng và tăng độ mòn của dao. Rung động làm cho vị trí tương đối giữa dao cắt và vật gia công thay đổi theo chu kỳ do đó bề mặt chi tiết không bằng phẳng nếu tần số thấp, biên độ bé sẽ sinh ra độ nhấp nhô bề mặt rung động cũng làm cho chiều sâu cắt, tiết diện phôi và lực cắt tăng, giảm theo chu kỳ ảnh hưởng tới sai số gia công.

5.3.5 Sai số gia công do gá đặt và chọn chuẩn :

Sai số gá đặt cũng ảnh hưởng đến độ chính xác gia công. Sai số gá đặt :

Trong đó : c - sai số chuẩn.

k - sai số kẹp chặt.

đg - sai số đồ gá.

Nếu gọi là hàm số phụ thuộc vào các biến số x1, x2, .....,xn trong chuỗi kích thước, khi đó sai số chuẩn của kích thước thực hiện là :

5.3.6 Sai số do phương pháp đo và dụng cụ đo gây ra :

42

Trong quá trình đo không thể tránh khỏi sai số. Sai số của quá trình đo phụ thuộc nhiều yếu tố như: độ chính xác, độ mòn của dụng cụ, phụ thuộc vào việc lựa chọn dụng đo, phương pháp đo, trình độ và khả năng của người đo.

5.4 Các phương pháp đạt độ chính xác gia công

5.4.1 Phương pháp thống kê kinh nghiệm :

Đây là phương pháp đơn giản nhất; căn cứ vào độ chính xác bình quân kinh tế để đánh giá. Độ chính xác bình quân kinh tế là độ chính xác gia công đạt được một cách kinh tế trong những điều kiện sản xuất bình thường.

Điều kiện sản xuất bình thường là khi :

- Thiết bị gia công hoàn chỉnh.

- Đồ gá đạt yêu cầu về chất lượng.

- Bậc thợ trung bình.

- Chế độ cắt theo tiêu chuẩn, định mức thời gian theo tiêu chuẩn.

5.4.3 Phương pháp thống kê xác xuất:

Điều chỉnh máy rồi cắt thử một số chi tiết, đo kích thước tìm phương sai và sai số hệ thống thay đổi, còn sai số hệ thống không đổi không ảnh hưởng đến sự phân tán kích thước, có thể triệt tiêu khi điều chỉnh máy.

Phương pháp này tương đối chính xác và đơn giản, nhưng số lượng chi tiết cắt thử lớn (20 50) chiếc nên chỉ dùng cho sản xuất lớn.

5.5 Điều chỉnh máy để đạt độ chính xác

5.5.1 Điều chỉnh tĩnh:

Điều chỉnh tĩnh tức là gá dụng cụ theo calip hoặc dưỡng mẫu trên máy chưa chuyển động. Khi gá dao ta lắp calip hoặc dưỡng mẫu vào vị trí của chi tiết gia công, sau đó dịch chuyển dụng cụ tùy sát vào bề mặt calip hoặc dưỡng mẫu rồi kẹp chặt. Các cữ tỳ cũng theo calip đó mà được điều chỉnh tương tự.

Phương pháp này có độ chính xác không cao và hệ thống công nghệ sẽ bị biến dạng đàn hồi do lực cắt và nhiệt. Để bù vào lượng thay đổi kích thước thực của chi tiết gia công so với kích thước điều chỉnh ta phải cộng một lượng bổ sung đối với lỗ và trừ một lượng đối với trục.

Tính toán bù

Lđctt = Lđc

ct bs.

Trong đó : Lđctt - kích thước điều chỉnh tính toán.

Lđcct - kích thước thực của chi tiết nhận được sau điều chỉnh.

bs- lượng bổ xung cho biến dạng đàn hồi của MDGC, độ nhấp nhô bề mặt chi tiết gia công và khe hở ổ trục chính (bs > 0).

Nếu điều chỉnh vào giữa trường dung sai thì :

bs = 1 + 2 + 3 đối với mặt không đối xứng.

bs = 2(1 + 2 + 3) đối với mặt đối xứng.

43

Với : 1 = Py/J - lượng biến dạng đàn hồi của hệ thống khi chịu lực cắt.

Py (kN, kG) - phản lực pháp tuyến của lực cắt.

J (kN/m, kG/mm) - độ cứng vững của hệ thống.

2 = Rz (mm). Rz : chiều cao nhấp nhô.

3 - khe hở hướng kính của ổ đỡ trục chính.

5.5.2 Điều chỉnh theo chi tiết cắt thử nhờ ca líp làm việc của người thợ:

Dùng calip mà người thợ sẽ dùng khi làm việc để điều chỉnh. Sau khi điều chỉnh người thợ sẽ gia công thử một vài chi tiết, nếu kích thước của chúng nằm trong phạm vi dung sai (do bằng calip làm việc) thì việc điều chỉnh coi như được và tiếp tục gia công toàn bộ loạt chi tiết. Phương pháp này không thể tránh khỏi phế phẩm.

5.5.3 Điều chỉnh theo chi tiết cắt thử dùng dụng cụ đo vạn năng: Theo phương pháp này ta gá đặt dụng cụ cắt (hoặc cữ tỳ) đến kích thước Lđc, sau đó cắt thử m chi tiết, nếu kích thước trung bình cộng của m chi tiết nằm trong phạm vi dung sai điều chỉnh đc thì việc điều chỉnh là được.

44

Chủ đề 6: Gá đặt chi tiết gia công 6.1. Định nghĩa về chuẩn Chuẩn là tập hợp của những bề mặt, đường hoặc điểm của một chi tiết mà người ta căn cứ vào đó để xác định vị trí các bề mặt, đường hoặc điểm khác của bản thân chi tiết đó hoặc của chi tiết khác.

6.2. Phân loại

a. Chuẩn thiết kế: là chuẩn dùng để xác định vị trí của những bề mặt, đường hoặc điểm của bản thân một chi tiết hay của những chi tiết khác của sản phẩm trong quá trình thiết kế. Chuẩn thiết kế có thể là chuẩn thực hay chuẩn ảo.

Ví dụ trên hình 6.1: Mặt A là chuẩn thực, điểm O: chuẩn ảo.

Hình 6.1

b. Chuẩn công nghệ:

+ Chuẩn gia công: bao gồm chuẩn thô và chuẩn tinh. Chuẩn tinh được chia thành chuẩn tinh chính (bề mặt dùng làm chuẩn tinh còn dùng trong quá trình lắp ráp sau này) và chuẩn tinh phụ (bề mặt chuẩn tinh không được sử dụng trong quá trình lắp ráp sau này).

+ Chuẩn lắp ráp.

+ Chuẩn đo lường (hay chuẩn kiểm tra). Trong thực tế có khi chuẩn thiết kế, công nghệ lắp ráp, đo lường không trùng nhau và có khi trùng nhau hoàn toàn, ví dụ như mặt A trên hình 6.2.

Hình 6.2

6.3 Các nguyên tắc cần tuân thủ khi chọn chuẩn

6.3.1 Chọn chuẩn thô

Khi chọn chuẩn thô phải bảo đảm :

- Phân phối đủ lượng dư cho các bề mặt gia công.

- Đảm bảo độ chính xác cần thiết về vị trí tương quan những bề mặt không gia công và những bề mặt sắp gia công.

45

Dựa theo hai yêu cầu trên mà người ta đưa ra năm nguyên tắc sau :

a. Nếu chi tiết gia công có một bề mặt không gia công thì nên lấy bề mặt đó làm chuẩn thô, như vậy sẽ làm cho sự thay đổi vị trí tương quan giữa bề mặt gia công và bề mặt không gia công là nhỏ nhất.

Hình 9.3a: mặt A không gia công, lấy A làm chuẩn thô để gia công các bề mặt B, C, D; các mặt này sẽ đồng tâm với mặt A.

Hình 9.3b : chọn mặt trong làm chuẩn thô để gia công mặt ngoài sẽ đảm bảo thành piston có bề dày đều.

Hình 6.3

b. Nếu có một số bề mặt sẽ không gia công thì nên chọn bề mặt không gia công nào có yêu cầu về độ chính xác vị trí tương quan cao nhất đối với các bề mặt gia công làm chuẩn thô.

Hình 6.4

Ví dụ: Trên hình 6.4, khi gia công lỗ biên, nên lấy mặt A làm chuẩn thô để đảm bảo lỗ có bề dày đều nhau vì yêu cầu đồng tâm giữa lỗ và mặt A quan trọng hơn giữa lỗ và mặt B (không gia công).

c. Nếu tất cả các bề mặt chi tiết sẽ phải gia công thì nên chọn bề mặt nào đó có lượng dư yêu cầu đều, nhỏ nhất làm chuẩn thô.

Hình 6.5

Ví dụ (hình 6.5): Thân máy tiện được đúc bằng gang xám. Khi đúc mặt B nằm ở khuôn dưới nên có cấu trúc kim loại tốt hơn, do đó lượng dư của mặt B yêu cầu nhỏ và đều để giữ lại lớp kim loại có cấu trúc tốt trên bề mặt, do vậy nên chọn B làm chuẩn thô để gia công mặt A, sau đó chọn mặt A để gia

46

công mặt B.

d. Bề mặt chọn làm chuẩn thô nên tương đối bằng phẳng, không ba via, đậu ngót hoặc gồ gề quá.

e. Chuẩn thô chỉ được dùng một lần trong cả quá trình gia công.

Ví dụ : khi gia công trục bậc, nếu lần gá thứ nhất dùng mặt 2 làm chuẩn thô để gia công mặt 3 và lần gá thứ hai vẫn dùng mặt 2 làm chuẩn để gia công mặt 1 thì khó đảm bảo độ đồng tâm giữa các mặt 1 và 3.

Hình 6.6

6.3.2 Nguyên tắc chọn chuẩn tinh

a. Cố gắng chọn chuẩn tinh là chuẩn tinh chính, như vậy sẽ làm chi chi tiết lúc gia công có vị trí tương tự lúc làm việc .

Ví dụ : chọn lỗ A làm chuẩn tinh chính khi gia công bánh răng (hình 6.7).

Hình 6.7

b. Cố gắng chọn chuẩn định vị trùng với gốc kích thước để sai số chuẩn bằng không.

c. Chọn chuẩn sao cho khi gia công không bị lực cắt, lực kẹp làm biến dạng chi tiết nhiều. Lực kẹp phải gần bề mặt gia công, đồng thời mặt định vị cần phải có diện tích đủ lớn.

Ví du (hình 9.8) : khi gia công lỗ biên nên kẹp gần lỗ gia công, không nên kẹp ở giữa để tránh gây biến dạng.

Hình 6.8

d. Chọn chuẩn sao cho kết cấu đồ gá đơn giản và sử dụng thuận tiện.

e. Cố gắng chọn chuẩn thống nhất: Chọn chuẩn thống nhất có nghĩa là trong nhiều lần gá cũng chỉ dụng một chuẩn để thực hiện tất cả các nguyên công của quy trình công nghệ. Khi thay đổi chuẩn sẽ có sai số tích lũy ở những lần gá sau.

6.4 Quá trình gá đặt chi tiết gia công

6.4.1 Khái niệm về quá trình gá đặt :

Gá đặt chi tiết là quá trình bào gồm định vị và kẹp chặt chi tiết.

47

- Định vị là quá trình xác định vị trí tương quan giữa chi tiết gia công với máy hoặc dao.

- Kẹp chặt là quá trình cố định chi tiết sau khi định vị để nó không bị thay đổi vị trí dưới tác dụng của ngoại lực, chủ yếu là lực cắt.

Trong quá trình gá đặt thì quá trình định vị được thực hiện trước. Không bao giờ có sự xảy ra đồng thời hay kẹp chặt trước định vị.

6.4.2 Các phương pháp gá đặt chi tiết khi gia công:

a. Phương pháp rà gá : Có thể rà trực tiếp trên máy hoặc theo dấu đã vạch sẵn.

Để thực hiện phương pháp này, công nhân dùng mắt của mình với những dụng cụ như bàn ra, mũi rà, đồng hồ so,... để xác định vị trí của chi tiết so với máy hoặc dao.

Ưu-nhược điểm của phương pháp rà gá:

Ưu điểm:

- Có thể đạt được yêu cầu về độ chính xác.

- Tận dụng được những phôi liệu có độ chính xác kém bằng cách linh động bố trí lượng dư khi vạch dấu.

- Có thể loại trừ được ảnh hưởng của dao mòn tới độ chính xác gia công vì đối với mỗi chi tiết đều rà gá theo kích thước.

- Không cần đến những đồ gá phức tạp.

Nhược điểm :

- Tốn nhiều thời gian để thực hiện rà hay vạch dấu.

- Yêu cầu bật thợ cao.

- Độ chính xác kém vì đường vạch dấu lớn.

Phương pháp rà gá thường được dùng trong sản xuất đơn chiếc hay hàng loạt nhỏ, những trường hợp mặt phôi quá thô, không dùng trên đồ gá được.

b. Phương pháp tự động đạt kích thước :

Theo phương pháp này, dụng cụ cắt cơ vị trí tương quan cố định so với chi tiết gia công (tức vị trí đã điều chỉnh). Vị trí này được đảm bảo cố định nhờ các cơ cấu định vị của đồ gá. Khi gia công theo phương pháp này, máy và dao được điều chỉnh trước.

Hình 6.9 Phương pháp tự động đạt kích thước

48

Trên hình 6.9 trình bày ví dụ gá đặt bằng phương pháp tự động đạt kích thước khi phay bằng dao phay dĩa 3 mặt cắt, dao đã được điểu chỉnh trước, đảm bảo kích thước a, b.

Ưu nhược điểm của phương pháp gá tự động đạt kích thước

Ưu điểm:

- Gá đặt chính xác, độ chính xác gia công ít phụ thuộc vào tay nghề công nhân.

- Thời gian gá đặt nhỏ, do đó nâng cao được năng suất gia công.

Nhược điểm:

- Số lượng chi tiết gia công trong một loạt phải đủ lớn.

- Không tận dụng được một số phôi có sai số lớn.

- Nếu dụng cụ cắt mòn nhanh thì thời gian giữa hai lần điều chỉnh ngắn lại, làm giảm độ chính xác gia công và làm tăng chi phí gia công.

Phương pháp này thường dùng trong sản xuất hàng loạt và hàng khối.

49

Chủ đề 7: Chọn phôi, chuẩn bị phôi và xác định lượng dư gia công

7.1 Các phương pháp chế tạo phôi.

7.1.1 Phôi chế tạo bằng phương pháp đúc

Phôi đúc được chế tạo bằng cách rót kim loại lỏng vào khuôn có hình dạng, kích thước xác định. Sau khi kim loại kết tinh ta thu được chi tiết có hình dạng và kích thước yêu cầu.

Ưu nhược điểm của phương pháp đúc :

- Có thể đúc được tất cả các kim loại và hợp kim.

- Có thể gia công những chi tiết rất nhỏ, khối lượng từ vài gam đến vài tấn.

- Có thể chế tạo những chi tiết từ đơn giản đến rất phức tạp.

- Có thể đạt độ bóng, độ chính xác khá cao bằng phương pháp đúc đặc biệt.

- Có dạng sản xuất linh động phù hợp với công nghệ địa phương.

- Dễ cơ khí hóa và tự động hóa.

- Giá thành hạ, vốn đầu tư ít.

Nhược điểm của phương pháp đúc là :

- Hao tốn kim loại nhiều.

- Là phương pháp gia công không chính xác, năng suất thấp, nhất là đúc bằng khuôn cát.

- Kiểm tra khuyết tật trong vật đúc khó khăn.

Các loại phôi đúc:

- Đúc trong khuôn cát: - Đúc trong khuôn kim loại: - Đúc áp lực, - Đúc trong khuôn có mẫu chảy, - Đúc ly tâm….

7.1.2 Phôi chế tạo bằng phương pháp gia công áp lực

Gia công kim loại bằng áp lực là dùng ngoại lực tác dụng thông qua các dụng cụ làm cho kim loại bị biến dạng theo hình dạng và kích thước yêu cầu.

Ưu nhược điểm của phương pháp gia công áp lực:

Ưu điểm:

- Cơ tính của vật liệu được cải thiện.

50

- Độ chính xác về hình dạng, kích thước và chất lượng bề mặt phôi cao.

- Rút ngắn được các bước của quá trình công nghệ.

- Dễ cơ khí hóa và tự động hóa nên năng suất cao.

Nhược điểm:

- Khó chế tạo các chi tiết có hình dạng phức tạp.

- Không áp dụng được đối với các kim loại và hợp kim có tính dẻo thấp.

- Tính linh hoạt của phương pháp bị hạn chế.

Các loại phôi gia công áp lực - Phôi từ thép cán. - Phôi rèn tự do. - Phôi dập thể tích. - Phôi dập tấm.

7.1.3 Phôi hàn

Hàn là phương pháp nối hai hay nhiều kim loại lại với nhau bằng cách nung nóng chúng đến trạng thái chảy hay dẻo, sau đó có thể dùng hoặc không dùng áp lực để ép chi tiết hàn dính chặt với nhau.

Đặc điểm của hàn: - Tiết kiệm kim loại.

- Giảm được thời gian và giá thành chế tạo kết cấu.

- Hàn có khả năng nối được những chi tiết kim loại có tính chất khác nhau.

- Thiết bị hàn đơn giản, dễ chế tạo.

- Độ bền mối hàn cao, mối hàn kín.

- Nhược điểm: Sau khi hàn vẫn tồn tại ứng suất dư, tổ chức kim loại gần mối hàn không tốt, vật hàn dễ cong vênh.

* Các phương pháp hàn

a. Hàn nóng chảy:

Trong nhóm này ta gặp các phương pháp hàn khí, hàn hồ quang tay, hàn tự động và bán tự động dưới lớp thuốc, hàn trong môi trường có khí bảo vệ , hàn điện xỉ , hàn plasma…

b. Hàn áp lực : Thường gặp dưới các dạng sau :

- Hàn dưới tác dụng của nguồn nhiệt và áp lực: hàn điểm , hàn đường, hàn điện trở, hàn khuếch tán. - Hàn dưới tác dụng của áp lực: hàn nguội , hàn nổ, hàn siêu âm .

7.2 Lượng dư gia công và xác định kích thước phôi.

7.2.1 Khái niệm về lượng dư gia công - Lượng dư gia công là lớp kim loại được hớt đi trong quá trình gia công. - Lượng dư trung gian Zb là lượng dư giữa hai nguyên công (bước) liên tiếp nhau :

51

Zb = a - b , (7.1) Trong đó a và b là kích thước của nguyên công sát trước và nguyên công đang thực hiện. - Lượng dư tổng cộng Z0 là lớp kim loại cần phải hớt đi của tất cả các nguyên công (bước) để gia công bề mặt đó, nghĩa là bằng tổng các lượng dư trung gian.

(7.2)

Trong đó : n - số nguyên công (bước) để gia công bề mặt đó. Aph , Act : kích thước phôi và kích thước chi tiết. - Lượng dư đối xứng: tồn tại khi gia công các mặt tròn xoay đối xứng và khi gia công các mặt phẳng đối xứng.

hay 2Zb = da - db và 2Zb = la - lb (7.3)

hay 2Zb = db – da và 2Zb = lb – la (7.4)

Trong đó: - 2Zb là lượng dư gia công đường kính hoặc lượng dư hai phía khi gia công các mặt phẳng

đối xứng. - da và db là các đường kính bề mặt ở bước hay nguyên công trước và ở bước hay nguyên

công đang thực hiện. - la và lb là các kích thước giữa các mặt phẳng ở bước hay nguyên công trước và ở bước

hay nguyên công đang thực hiện.

Hình 7.1 Lượng dư đối xứng. - Lượng dư không đối xứng: tồn tại khi các bề mặt được gia công không phụ thuộc lẫn nhau (hình 10.2)

52

Hình 7.2 Lượng dư không đối xứng. Như vậy: Zb1 = a1 – b1; : Zb2 = a2 – b2 Lượng dư gia công một phía là một trường hợp đặc biệt của lượng dư không đối xứng khi có một bề mặt đối diện không được gia công. 7.2.2 Các yếu tố tạo thành lượng dư trung gian

Lượng dư trung gian của nguyên công đang thực hiện gồm :

- Độ nhấp nhô bề mặt của nguyên công sát trước để lại Rzi-1.

- Lớp bề mặt hư hỏng Ti-1.

- Những sai lệch không gian do nguyên công sát trước để lại i-1

- Sai số gá đặt i do nguyên công đang thực hiện gây nên.

Đối với lượng dư một phía Zbmin = Rzi-1 + Ti-1 + i-1 + i (7.5)

Đối với lượng dư đối xứng : (7.6)

7.2.3 Các phương pháp xác đinh lượng dư a. Phương pháp thống kê kinh nghiệm : Ở đây lượng dư gia công được xác định bằng tổng giá trị lượng dư các bước gia công theo kinh nghiệm của lượng dư thường được tổng hợp thành bảng trong các sổ tay thiết kế công nghệ. Nhược điểm cơ bản của phương pháp này là không xét đến những điều kiện gia công cụ thể nên giá trị lượng dư thường lớn hơn cần thiết .

b. Phương pháp tính toán phân tích:

Phương pháp này tính lượng dư cho hai trường hợp:

- Dụng cụ cắt được đều chỉnh sẵn trên máy, phôi được xác định vị trí nhờ đồ ga.

- Phôi được rà gá sẳn trên máy.

Ở đây tính lượng dư cho trường hợp đầu.

Khi gia công một loạt phôi cùng loại trên máy điều chỉnh sẵn vì kích thước của phôi thay đổi trong giới hạn dung sai nên lượng dư cũng sẽ thay đổi. Những phôi trong loạt kích thước amin thì khi gia công sẽ có kích thước bmin lượng dư Zbmin những phôi kích thước amax thì khi gia công xong sẽ có kích thước bmax lượng dư gia công Zbmax giá trị thực tế của lượng dư gia công sẽ nằm trong lượng dư Zbmin và Zbmax

53

Hình 7.3 CH kích thước điều chỉnh dụng cụ cắt ứng với cả loạt phôi. Zbmin = amin – bmin (7.7) Zbmax = amax -bmin (7.8) Thay: amax = amin + a ; bmax = bmin + b Thì : Zbmax = ( amin+ a) - ( bmin + a) = ( amin - bmin )+ (a - b) = Zimin + a- b (7.9) - Mặt ngoài đối xứng : 2Zbmin = Damin - Dbmin (7.10)

2Zbmax = Damax - Dbmax (7.11) - Mặt trong đối xứng 2Zbmin=Dbmax – Damax (7.12) 2Zbmax =Dbmin - Damin (7.13) Dung sai lượng dư : - Bề mặt không đối xứng : Z =Zbmax- Zbmin = a - b - Bề mặt đối xứng : Z = 2Zbmax- 2Zbmin = Da - Db

7.3 Các phương pháp gia công chuẩn bị phôi

7.3.1 Làm sạch phôi :

Các phôi sau khi đúc hoặc rèn dập ta phải làm sạch phôi nhằm :

- Loại trừ các rìa mép, các lớp kim loại hư hỏng trên bề mặt.

- Làm sạch các vết bẩn, vết gỉ và các rìa mép thừa trên những bề mặt không gia công.

Khi sản lượng nhỏ người ta làm sạch phôi theo phương pháp thủ công với những dụng cụ đơn giản: chổi sắt, bàn chải sắt, dũa... Các chi tiết nhỏ cho vào thùng quay, các chi tiết sẽ va đập vào nhau làm các vết gỉ, bẩn rơi ra.

Có thể làm sạch bằng đá mài, ngọn lửa, cát, nước, dung dịch a xít...

Trong sản xuất hàng loạt và hàng khối người ta làm sạch các vật đúc, rèn nhờ các thiết bị chuyên dùng, cơ khí hóa.

7.3.2 Nắn thẳng phôi:

Phôi dài sau khi nắn thẳng thì lượng dư đều, giảm sai số gia công, dễ gá đặt, kẹp chặt tốt. Có thể nắn thẳng bằng các phương pháp sau:

- Ngắm bằng mắt, nắn bằng búa tay.

- Ép thẳng: lắp phôi lên hai mũi tâm của máy tiện dùng bàn dao để nắn. Có thể nắn trên hai khối V hoặc trên hai mũi tâm như hình 7.4.

54

Hình 7.4

Đối với những phôi đơn giản, mặt cắt tròn hoặc không tròn ta có thể nắn trên máy ép.

- Nắn trên máy nắn chuyên dùng.

- Nắn trên máy cán ren phẳng.

Hình 7.5 Nắn thẳng trên máy chuyên dùng

Hình 7.6 Nắn thẳng trên máy cán ren phẳng

7.3.3 Gia công phá, cắt đứt và gia công lỗ tâm

a. Gia công phá:

Mục đích của gia công phá là bóc lớp vỏ ngoài của các loại phôi có bề mặt xấu và có sai lệch lớn. Máy dùng gia công phá cần có công suất lớn, độ cứng vững cao, còn độ chính xác thì không cần cao lắm.

b. Cắt đứt phôi: Có thể dùng những phương pháp cắt sau: Cưa tay, máy cưa ngang, cưa đĩa, cắt đứt bằng đá mài, cắt trên máy tiện. Ngoài ra còn có thể cắt trên máy cắt chuyên dùng, cắt bằng mỏ cắt, bào, phay... c. Gia công lỗ tâm: Trong sản xuất hàng loạt nhỏ thì lỗ tâm thường được gia công trên máy tiện, máy khoan... Trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối thì người ta dùng máy khoan tâm chuyên dùng.

55

Hình 7.7 Khoan tâm trên máy liên hợp

56

Chủ đề 8: Tiện

8.1 Các chuyển động tạo hình

Chuyển động chính của phương pháp tiện là chuyển động quay tròn của chi tiết do mâm cập thực hiện và chuyển động động chạy dao do bàn xe dao dọc và ngang thực hiện.

8.2 Khả năng công nghệ

Máy cắt gọt kim loại dùng phổ biến nhất trong các nhà máy, chiếm 40 – 50% thiết bị. Máy tiện dùng để gia công các chi tiết dang tròn xoay: mặt trụ, mặt định hình, mặt nón, mặt ren vít… Có thể khoan, khoét, doa, ren, răng, xén mặt đầu, cắt đứt, thậm chí có thể gia công rãnh then trên trục nếu trục có thể gá trên đài gá dao. Nếu có đồ gá máy có thể gia công được những vật không tròn xoay. Độ chính xác bề mặt có thể đạt đến cấp 7-8 và độ bóng cấp 6 -7.

8.3 Máy và dụng cụ

Máy tiện có nhiều loại, được phân thành các nhóm sau: 1. Nhóm máy tiện ren vít vạn năng. 2. Máy tiện chuyên dùng. 3. Máy tiện cụt. 3. Máy tiện đứng. 4. Máy tiện Rơvônve.

5. Máy tiện tự động, bán tự động. 6. Máy tiện NC, CNC…

Máy tiện ren vít vạn năng

Máy cắt kim loại dùng để tiện các chi tiết theo phương pháp có phoi. Máy có thể tiện được các loại ren quốc tế, ren Anh, ren modun, ren pit, ren mặt đầu. Máy có thể tiện được các loại ren quốc tế, ren Anh, ren modun, ren pit, ren mặt đầu. Khi gia công, phôi nhận chuyển động quay từ trục chính của máy nhờ các mâm cặp, ống kẹp... Trục chính của máy được truyền động từ động cơ thông qua hộp tốc độ truyền đến. Dao được đặt trên giá dao lắp trên bàn dao nhận chuyển động từ trục trơn khi tiện trụ, tiện côn, tiện mặt đầu…hay nhận chuyển động từ trục vít me khi tiện các loại ren.

57

Hình 8.1 Hình dạng bên ngoài của máy tiện ren vít vạn năng.

Máy tiện cụt

Máy cắt kim loại dùng để tiện các chi tiết mà tỉ lệ giữa chiều dài và đường kính 0,5 < L/ D < 1 . Thường đường kính phôi gia công trên máy này nằm trong khoảng 300 – 1000 mm. Máy tiện cụt có 2 loại: 1) loại có bàn máy và thân máy liền một khối dùng gia công các chi tiết nhỏ và dài, 2) loại thân máy và trụ đỡ tách rời dùng gia công các chi tiết lớn và dẹt. Nhược điểm của loại máy này la năng suắt thấp gá đặt chi tiết khó khăn, độ chính xác thấp.

Hình 8.2 Máy tiện cụt

Máy tiện đứng

Máy cắt kim loại có trục chính bố trí thẳng đứng thuộc nhóm máy tiện dùng để gia công chi tiết có khối lượng và đường kính lớn. Máy tiện đứng được chia làm máy tiện đứng một trụ và hai trụ. Khi gia công phôi được kẹp vào mâm quay, dao tiện được gá trên bàn dao di động trên xà ngang.

58

Hình 8.3 Máy tiện đứng

Máy tiện NC, CNC

Máy tiện điều khiển chương trình số (NC-Numerical Control). Trên các loại máy này, thứ tự, giá trị của các chuyển động cũng như thứ tự đóng mở các bộ phận máy, các hệ thống làm nguội, bôi trơn, thay dao, kẹp phôi… đều được thực hiện theo đúng chương trình vạch sẵn. Máy tiện CNC là máy tiện điều khiển chương trình số bằng máy tính.

Hình 8.4 Máy tiện CNC

Máy tiện Rơvônve

Máy cắt kim loại dùng để gia công hoàn chỉnh một sản phẩm cần qua nhiều nguyên công. Máy tiện rơvonve có hai loại: gia công vật liệu phôi thanh (dùng ống kẹp và ống đẩy có hệ thống cấp phôi thanh) và gia công phôi đơn chiếc (dùng mâm cặp). Máy tiện rơvonve khác máy tiện ren vít vạn năng

59

ở chỗ là nó không có trục vít me và trục trơn mà chỉ cắt ren theo thước chép hình ren, mẫu hay dùng bàn ren và tarô. Trên đầu rơvonve có thể gắn các dụng cụ như dao tiện, mũi khoan, khoét, tarô, bàn ren… Trong quá trình gia công, đầu rơvonve có thể quay đến những vị trí khác nhau để thay đổi dụng cụ cắt.

Hình 8.5 Máy tiện rơvonve

Máy tiện tự động, bán tự động

Máy cắt kim loại dùng để gia công phôi đơn chiếc từ đập, rèn và đúc bằng thép, gang hay kim loại màu. Tuỳ theo hình dáng và kích thước của phôi mà sử dụng ổ cấp phôi tương ứng. Chuyển động chính của máy từ động cơ qua hộp giảm tốc đến trục trung tâm lam cho các bánh răng quay hành tinh mang tất cả các trục chính quay cùng chiều tạo nên lực cắt gọt. Chuyển động chạy dao nhờ các cam đĩa và cam thùng cho các bàn dao dọc và bàn dao ngang tịnh tiến thực hiện. Cơ cấu kẹp phôi là mâm cặp 3 chấu . Máy có thể làm được các công việc: tiện, khoan, khoét, doa. Phần lớn các chi tiết gia công trên máy đề chưa hoàn chỉnh cần phải trở đầu để gia công trên máy thứ 2. Máy sử rộng hợp lý trong sản xuất hàng loạt .

Hình 8.6 Máy tiện tự động

60

Dụng cụ cắt : Dao tiện được phân loại như sau : a. Theo hướng tiến của dao b Theo công dụng của dao c. Theo kết cấu đầu dao d. Theo kết cấu thân dao

Hình 8.7 Phân loại theo công dụng.

a. Dao tiện phá đầu thẳng; b. Dao tiện phá đầu cong; c. Dao vai; d. Dao xén mặt dầu; đ. Dao cắt đứt; e. Dao tiện rãnh định hình; f. Dao tiện ren; g. Dao tiện lỗ thông; h. Dao tiện lỗ không thông.

Dao tiện phá đầu thẳng, dao tiện cắt đứt, dao vai, dao tiện rãnh

Hình 8.8 Phân loại dao tiện theo kết cấu đầu dao.

61

a. Dao tiện đầu thẳng; b. Dao tiện đầu cong; c. Dao tiện đầu vuốt.

Hình 8.9 Hình 8.10 Dao tiện gắn mảnh hợp kim cứng

8.4 Đồ gá và phương pháp gá đặt trên máy tiện: 8.4.1 Đồ gá a. Mâm cặp : - Mâm cặp 3 chấu: gồm 3 chấu có chuyển đồng ra vào đồng thời trong rãnh của mâm cặp, dùng để cặp các chi tiết tròn xoay hoặc lệch tâm nhỏ (hình 8.11a). - Mâm cặp 4 chấu: bốn chấu kẹp chuyển động độc lập trong rãnh của mâm căp, chủ yếu dùng để cặp các chi tiết lớn, không tròn xoay và các chi tiết lệch tâm (hình 8.11b).

Hình 8.11 Mâm cặp chấu.

- Mâm cặp hoa mai: trên bề mặt có các rãnh để lắp các bu lông và chấu kẹp. Loại này dùng để kẹp những chi tiết lớn, có hình dáng phức tạp (hình 8.12).

62

Hình 8.12 Mâm cặp hoa mai. b. Mũi tâm: dùng để lắp lên trục chính hay ụ động để đỡ chi tiết l/d >5, nâng cao độ cứng vững chi tiết gia công. Mũi tâm được chia làm hai loại : mũi tâm cố định và mũi tâm quay. Mũi tâm quay được dùng khi chi tiết quay với vận tốc lớn.

Mũi tâm cố định

Mũi tâm quay

Hình 8.13 Mũi tâm c. Luy nét (giá đỡ) :

- Luy nét cố định (hình .14a): được lắp cố định trên băng máy trong suất quá trình gia công. - Luy nét di động (hình 8.14b): lắp cùng bàn xe dao, nên nó di chuyển theo dao trong quá trình gia công.

63

a) b) Hình 8.14 Luy nét.

Luy-net tĩnh, luy-net động d. Trục gá : trục gá cứng, trục gá bung

Hình 8.15 Các loại trục gá. 8.4.2 Chọn chuẩn và cách gá đặt khi tiện mặt trụ ngoài

Tùy theo tỷ số giữa chiều dài và đường kính chi tiết gia công l/d mà người ta có thể tiến hành gá đặt như sau :

- Gá trên mâm cặp: khi l/d < 5

- Một đầu mâm cặp và một đầu chống tâm hoặc hai đầu chống tâm: khi 5 < l/d < 10

- Một đầu mâm cặp và một đầu chống tâm hoặc hai đầu chống tâm và dùng thêm luy nét: khi l/d>10

Tiện ngoài

Tiện ngoài là phương pháp gia công thông dụng nhất đối với tiện, nhất là các chi tiết dạng trục. Hình 8.16 giới thiệu một số sơ đồ gá đặt khi tiện ngoài.

64

Hình 8.16 Một số sơ đồ gá đặt khi tiện bề mặt trụ ngoài.

Tiện lỗ:

Khi tiện lỗ, phương pháp cắt hoàn toàn giống như khi tiện ngoài. Nhưng nó bị hạn chế bởi kích thước lỗ gia công, do đó bao giờ độ cứng vững cũng thấp hơn, nhất là đối với các lỗ nhỏ, dài. Tùy thuộc hình dạng và kích thước của chi tiết mà có thể thực hiện tiện lỗ trên máy tiện hoặc trên máy doa. Khi tiện trên máy tiện thì chi tiết quay tròn còn dao chuyển động tiến dao. Khi tiện trên máy doa thì chi tiết đứng yên, dao quay tròn kết hợp với tiến dao.

65

Hình 8.17 Dao tiện lỗ thông (a) và lỗ không thông (b).

Hình 8.18 Sơ đồ tiện lỗ trên máy tiện.

a,b Dao gá trên trục gá ; c. Dao gá trực tiếp trên bàn xe dao.

Hình 8.19 Tiện lỗ chi tiết dạng hộp trên máy doa.

Tiện ren: Tiện ren được thực hiện trên máy tiện ren vít với dao tiện ren. Sơ đồ tiện ren được thể hiện ở hình 8.20.

66

Hình 8.20 Sơ đồ tiện ren.

Nếu bước ren được cắt có sẵn trên máy thì ta điều chỉnh các tay gạt để cắt ren. Nếu cắt ren với bước ren phi tiêu chuẩn hoặc bước ren không có trên máy thì ta thay đổi các bánh răng thay thế. Khi cắt ren tam giác có thể tiến dao theo ba phương pháp sau:

- Tiến dao theo phương vuông góc với tâm chi tiết (hình 8.21 a). - Tiến dao nghiêng (hình 8.21 b). - Tiến dao phối hợp (hình 8.21 c).

Hình 8.21 Phương pháp tiến dao khi tiện ren.

8.5 Các phương pháp cắt khi tiện:

- Tiện thô

- Tiện bán tinh.

- Tiện tinh.

- Tiện mỏng (tiện kim cương) Khi tiện thô bề mặt trụ ngoài có thể cắt theo lớp (H.11.12a), cắt từng đoạn (H.11.12b) và cắt phối hợp (H.11.12c). Khi tiện tinh thì phương pháp cắt phụ thuộc vào cách ghi kích thước, cách chọn chuẩn và độ chính xác yêu cầu.

Hình 8.22

67

Chủ đề 9: Bào - xọc và chuốt

9.1 Chuyển động tạo hình

Bào và xọc là hai phương pháp gia công kim loại có các chuyển động gần giống nhau trong quá trình cắt. Đối với bào, chuyển động chính là chuyển động thẳng, tịnh tiến khứ hồi theo phương ngang gồm một hành trình có tải và một hành trình không tải. Chuyển động này có thể do dao (trên máy bào ngang) hoặc bàn máy mang chi tiết (trên máy bào giường) thực hiện.

Xọc là một trường hợp đặc biệt của bào có chuyển động chính do dao thực hiện theo phương thẳng đứng, còn chuyển động chạy dao do bàn máy mang chi tiết thực hiện.

Chuốt chỉ có một chuyển động thẳng hoặc quay tròn. Chuyển động thẳng có thể do dao chuốt hoặc bàn máy mang chi tiết thực hiện. Trong một số trường hợp khi gia công lỗ có rãnh xoắn thì có hai chuyển động thẳng và quay tròn.

9.2 Đặc điểm và khả năng công nghệ

9.2.1 Bào và xọc

Bào chủ yếu để gia công các mặt phẳng, rãnh, ngoài ra còn có thể gia công các bề mặt định hình có đường sinh thẳng. Bào có thể đạt độ chính xác cao nhất là cấp 8 – 7 và độ bóng Ra = 2,5-1,25 m. Xọc chủ yếu để gia công rãnh trong lỗ.

Bào và xọc thường dùng trong sản xuất nhỏ. Đối với sản xuất lớn người ta hay thế bằng phay hoặc chuốt. Nếu mặt gia công hẹp và dài thì bào năng suất cao hơn phay.

Hình 9.1 Nguyên lý gia công của bào và xọc.

Đặc điểm bào và xọc:

Năng suất thấp

68

Quá trình cắt chỉ thực hiện ở lượt đi còn lượt về chạy không. Đầu dao có chuyển động tịnh tiến khứ hồi do đó không thể làm việc với vận tốc cắt lớn. Để tránh lực quán tính lớn sinh ra khi đảo chiều, thường vận tốc cắt khi bào thô V = 12 ÷ 22 m/ph. Để tăng năng suất gia công hành trình làm việc thường tốc độ thấp, hành trình trở lại chạy không có tốc độ lớn. Trước mỗi hành trình bao giờ cũng có khoảng chạy tới, bởi vậy dao luôn chịu va đập dễ gây mẻ dao, giảm tuổi thọ dao. Chuyển động tiến thực hiện gián đoạn vào trước lúc thực hiện mỗi hành trình, do đó góc độ dao bào khi làm việc không bị thay đổi như tiện.Trên máy bào khi gia công người ta hầu như không tưới nguội

9.2.2 Chuốt (truốt)

Chuốt là phương pháp gia công cắt gọt bằng nhiều lưỡi cùng một lúc. Nó có thể gia công lỗ tròn, lỗ có rãnh thẳng hoặc xoắn, lỗ then hoa, mặt phẳng, rãnh. Ngoài ra cũng có thể gia công mặt trụ ngoài, bánh răng nhưng còn ít dùng. Độ chính xác đạt đến cấp 7, độ bóng Ra=0,6 0,8 m.

9.3 Dụng cụ cắt:

Dao bào và xọc

Các thông số của dao bào và xọc nói chung rất giống với dao tiện. Nhìn chung về kết cấu, các loại dao bào và xọc đơn giản, dễ chế tạo, giá thành không cao.

Hình 9.2 Hình dạng dao bào.

Hình 9.3 Các loại cán dao bào và cách gá đặt

69

Hình 9.4 Dao chuốt

Chuốt mặt phẳng

Chuốt là phương pháp gia công cắt gọt bằng nhiều lưỡi cắt đồng thời có năng suất cao. Chuốt thường được sử dụng trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối. Chuốt có thể đạt độ chính xác cấp 7. Chuyển động cắt khi chuốt là chuyển động thẳng với vận tốc nhỏ (2-12m/ph). Có thể thực hiện chuốt mặt phẳng trên máy chuốt đứng hoặc ngang.

Hình 9.5 Sơ đồ chuốt mặt phẳng.

Chuốt mặt phẳng có thể dùng các kiểu dao khác nhau như:

- Kiểu chuốt mảnh: các răng dao có độ cao bằng nhau (hình 9.6 a,b), dùng để chuốt bề mặt thô.

- Kiểu chuốt lớp: các răng có một lượng nâng từ răng trước đến răng sau (hình 9.6 c), dùng để chuốt những bề mặt đã qua gia công thô.

Hình 9.6 Các kiểu dao chuốt mặt phẳng.

70

9.4. Thiết bị

Máy bào-xọc

Tùy theo đặc trưng về công nghệ và kích thước của máy, máy bào-xọc được chia thành :

- Máy bào ngang (hình 9.7 a).

- Máy bào giường (hình 9.7 b).

- Máy xọc (hình 9.8).

a) b)

Hình 9.7 Máy bào

Hình 9.8 Máy xọc

71

Máychuốt

Hình 9.9 Máy chuốt đứng và các dạng sản phẩm gia công

Hình 9.10 Máy chuốt ngang

9.5 Gá đặt khi bào và xọc

Chi tiết gia công được gá trực tiếp lên bàn máy bằng bu lông thanh kẹp hoặc gá bằng ê tô, thỏi kê, khối V, ke…

Hình 9.11 Một số phương pháp gá đặt khi bào.

72

9.6 Đồ gá chuốt

Hình 9.12 là đồ gá chuốt lỗ trên máy chuốt nằm ngang khi mặt đầu đã được gia công. Hình 9.12a là đồ gá chuốt lỗ tròn, chi tiết được định tâm theo phần dẫn hướng của dao chuốt và bằng lực cắt ấn vào mặt đầu của máy, ở đây không cần dùng cơ cấu kẹp chặt. Hình 9.12b là đồ gá chuốt lỗ then hoa của bánh răng côn, chi tiết đệm 2 được gá trên tấm bích 1 của máy giống như hình 9.12a nhưng ở đây chi tiết được định tâm theo bề mặt trụ ngoài của phần đuôi đã được gia công vào bạc gá số 3.

Hình 9.12. Đồ gá chuốt lỗ trơn và lỗ then hoa trên chi tiết dạng bạc hoặc bánh răng

Trong trường hợp mặt đầu của lỗ chưa được gia công thì ta nên sử dụng gia công chuốt tự lựa để chuốt lỗ trên máy chuốt ngang. Trên hình 9.13 là đồ gá chuốt tự lựa, cầu tự lựa 3 tì vào tấm bích tự lựa 2 có dạng cầu lõm. Lò xo 1 có tác dụng giữ cho dầu cầu 3 tì sát vào tấm bích 2. Điều chỉnh độ căng của lò xo bằng hai đai ốc 6. Quá trình định tâm được thực hiện bằng phần dẫn hướng của dao chuốt.

Hình 9.13. Đồ gá tự lựa chuốt lỗ bánh răng

73

Chủ đề 10: Khoan, khoét, doa, ta-rô

10.1 Khoan

Khoan là phương pháp dùng để gia công các lỗ hình trụ, côn, các lỗ này có thể thông hoặc không

thông. Có thể khoan lỗ có đường kính 0,1 80mm, phổ biến nhất là dưới 35mm. Độ chính xác kinh tế

của khoan khá thấp, chỉ đạt khoảng cấp 12, độ bóng đạt Ra = 3,2 – 12,5m. Có thể thực hiện khoan lỗ

trên máy khoan, máy tiện, máy phay…

Có nhiều loại mũi khoan: mũi khoan xoắn, mũi khoan nòng súng, mũi khoan mặt đầu… Đối với lỗ l/d<5 thì thường dùng mũi khoan xoắn.

Hình 10.1 Mũi khoan xoắn.

Hình 10.2 Các loại mũi khoan thường gặp

Máy khoan thường gặp hai loại cơ bản là máy khoan đứng, máy khoan cần (hình 10.3) và máy khoan CNC (hình 10.4). Máy phay cũng có thể thực hiện chức năng của máy khoan.

74

(a) (b)

Hình 10.3 là hình dáng bên ngoài của máy khoan đứng (a) và máy khoan cần (b).

Hình 10.4 Máy khoan CNC

Trên máy tiện cũng có thể thực hiện nguyên công khoan các lỗ trùng tâm với đường trục của trục (hình 10.5). Chi tiết cần khoan được gá trên mâm cặp và mũi khoan được lắp trên ụ động. Việc tiến dao được thực hiện nhờ tay quay trên ụ động. Mũi khoan cũng có thể được gá trên bàn xe dao.

75

Hình 10.5 Khoan trên máy tiện.

10.2 Khoét :

Khoét là phương pháp gia công lỗ nhằm mục đích :

- Nâng cao độ chính xác của lỗ sau khi khoan. Khoét có thể đạt cấp chính xác cấp 911, độ nhẵn bề mặt đạt Rz=2,5 10m.

- Dùng làm nguyên công (hay bước) trung gian để chuẩn bị cho nguyên công doa có thể đạt độ chính xác, độ bóng cao hơn.

Dao khoét có nhiều kiểu và công dụng khá rộng rãi. Ngoài lỗ trụ, khoét còn gia công được lỗ bậc, khoét côn và khoét mặt phẳng.

Hình 10.6 Dao khoét lỗ trụ.

76

Để nâng cao độ chính xác, nâng cao năng suất, khoét thường dùng bạc dẫn hướng. Có thể dùng bạc ở cả hai đầu để nâng cao độ cứng vững (hình 12.8).

Hình 10.7

10.3 Doa

Doa là một phương pháp gia công bán tinh và tinh nhưng lỗ đã khoan hoặc đã khoan và khoét. Doa được thực hiện trên máy doa, máy khoan hoặc máy tiện. Doa có thể đạt độ chính xác cấp 7-9, độ nhẵn bóng bề mặt đạt Ra = 0,63-1,25m.

Dao doa có độ cứng vững cao, số lưỡi cắt nhiều, các lưỡi cắt bố trí không đối xứng nên tránh được hiện tượng rung động. Dao doa có loại doa tay và dao doa máy.

Hình 10.8 Các loại dao doa

77

(a) (b)

Hình 10.9 May doa đứng (a) và máy doa ngang (b).

10.4 Cắt ren trong bằng tarô

Tarô là phương pháp cắt ren sử dụng tarô để gia công ren trong. Có thể tarô bằng tay hoặc máy.

Hình 10.10 Kết cấu ta rô.

Hình 10.11 Sơ đồ ta rô trên máy tiện.

78

Hình 10.12 Máy ta-rô ren

79

Chủ đề 11: Phay 11. 1 Các chuyển động tạo hình

- Trong quá trình phay, chi tiết và dụng cụ cắt có có các chuyển động sau: - Chuyển động chính là chuyển động quay tròn của dụng cụ cắt . - Chuyển động chạy dao là chuyển động thẳng theo các phương ngang, dọc của bàn máy mang

phôi.

11.2 Khả năng công nghệ Trên các máy phay có thể gia công được các mặt phẳng, các gờ lồi, các rãnh và nhiều mặt định hình khác nhau (bánh răng, ren, cam, khuôn mẫu, cánh quạt…). Độ chính xác khi phay đạt cấp 8 - 9, độ bóng đạt cấp 6 (Ra = 2,5-1,25m)

11.3 Máy, dụng cụ và các phương pháp phay 11.3.1 Phay mặt phẳng: Dụng cụ cắt :

- Dao phay mặt trụ. - Dao phay mặt đầu. - Dao phay ngón. - Dao phay đĩa. - Dao phay góc. Ngoài ra còn có các loại dao phay định hình, dao phay rãnh then, dao phay dùng để gia công bánh răng…

Hình 11.1 Hình 3D các loại dao phay thông dụng

80

Hình 11.2 Một số loại dao phay, chiều sâu cắt và chiều rộng cắt

Thiết bị:

- Máy phay vạn năng.

- Máy phay giường.:

- Các loại máy phay khác : Máy phay chuyên dùng (dùng để gia công một số bề mặt nhất định, như máy phay bánh răng, máy phay ren, phay chép hình…), máy tổ hợp, máy điều khiển theo chương trình số.

81

Hình 11.3 Máy phay CNC

a) b)

c)

Hình 11.4 Một số dạng máy phay.

a. Máy phay ngang, b. Máy phay đứng c. Máy phay giường

Đồ gá :

Trên máy phay có sử dụng rất nhiều loại đồ gá khác nhau, sau đay là một số đồ gá vạn năng thường dùng :

a. Bích ép:

Hình 11.5 Một số dạng bích ép.

82

b. Thỏi kê :

Hình 13.9 Một số dạng thỏi kê

c. E ke, khối V, ê tô :

Hình 11.6

Các phương pháp phay mặt phẳng

Có thể dùng dao phay hình trụ, dao phay mặt đầu, dao phay ngón hoặc dao phay đĩa để phay mặt phẳng.

83

Hình 11.7 Một số sơ đồ phay mặt phẳng.

Khi gia công mặt phẳng bằng dao phay hình trụ, tùy theo chiều quay của dao, hướng tiến dao mà người ta chia làm hai loại phay thuận và phay nghịch (hình 11.8):

- Phay thuận (hình 11.8 a) là khi dao quay cùng chiều với phương chuyển động của bàn máy mang chi tiết gia công. Phương pháp này thường dùng khi gia công tinh.

- Phay nghịch (hình 11.8 b) khi dao và chi tiết có chuyển động ngược chiều nhau. Phay nghịch thường dùng khi gia công thô.

Hình 11.8 Phay thuận và phay nghịch.

11.3.2 Phay ren:

Hình 11.9 Phay ren bằng dao phay đĩa.

84

Phay ren có thể được dùng để gia công ren trong, ren ngoài với năng suất cao, được dùng trong sản xuất hàng loạt. Có thể phay bằng dao phay đĩa hoặc dao phay ren lược.

Hình 11.10 Phay ren bằng dao phay ren lược.

11.3.3 Gia công rãnh then

Rãnh then trên trục được gia công bằng phương pháp phay sau khi trục đã tiện tinh. Các rãnh then bán nguyệt thường được gia công bằng dao phay đĩa đặc biệt. Các rãnh then hở hoặc có bán kính phía thoát dao được gia công bằng dao phay đĩa ba mặt cắt. Các rãnh then kín được gia công bằng dao phay ngón hoặc dao phay rãnh then chuyên dùng.

Hình 11.11 Các phương pháp phay rãnh then.

11.3.4 Gia công then hoa

Then hoa trên trục được gia công bằng phương pháp phay định hình và phay lăn răng. Các trục then hoa sau khi nhiệt luyện có thể được mài.

85

Hình 11.12 Phay then hoa (a,b) và phay lăn răng then hoa (c).

11.3.5 Phay định hình

Theo phương pháp này, chi tiết được gá trên đầu chia độ, dùng dao phay đĩa môđun hoặc dao phay ngón môđun để cắt từng răng, sau khi cắt xong một răng thì phân độ để quay chi tiết đi 1/z vòng (z là số răng của bánh răng cần gia công) để gia công rãnh tiếp theo cho đến khi gia công xong các rãnh răng.

Hình 11.13 Sơ đồ phay bánh răng bằng dao phay môđun.

86

Hình 11.13 Sơ đồ gá chi tiết trên đầu phân độ, phay trên máy phay ngang.

11.3.6 Đầu chia độ:

Đầu chia độ là một đồ gá tiêu chuẩn kèm theo máy, dùng để gia công các chi tiết có quá trình phân độ. Đầu chia độ có thể chia phôi thành những phần đều hay không đều nhau, thường dùng cho những trường hợp sau :

- Phay các rãnh trên một mặt trụ hoặc mặt côn : rãnh bánh răng, dao phay...

- Phay các cạnh của một chi tiết có dạng hình khối đa diện như đầu bu lông, đai ốc, chuôi ta rô...

- Gia công các lỗ trên chi tiết dạng đĩa : mặt bích đĩa chia...

Đầu chia độ có các loại sau :

* Loại có đĩa chia độ : đầu chia trực tiếp, đầu chia giản đơn, đầu chia vạn năng.

* Loại không có đĩa chia với cơ cấu bánh răng hành tinh và bộ bánh răng thay đổi.

* Đầu chia độ quang học : dùng để chia các chi tiết chính xác và các nguyên công kiểm tra.

1. Đầu chia độ trực tiếp (hình 11.14) : tùy theo phần chia trên đĩa mà chia các phần trên phôi. Ví dụ đĩa chia có 12 khoảng chia thì có thể chia phôi ra 2, 4, 6 và 12 phần bằng nhau. Loại này thì sai số của đĩa chính là sai số của phôi gia công.

Hình 11.14 Đầu chia độ trực tiếp

2. Đầu chia độ đơn giản (hình 11.15) : loại này đĩa chia có định, tay quay nối với trục chính qua bộ truyền trục vít bánh vít. Thường số răng của bánh vít là 40. Vậy muốn cho trục chính quay 1 vòng thì phải quay tay quay 40 vòng.

Hình 11.15. Đầu chia độ đơn giản.

Số vòng quay của tay quay cần để cho trục chính quay 1 vòng được gọi là đặc tính của đầu phân độ, kí hiệu N.

87

Nếu gọi n là số vòng quay cần thiết của tay quay để chia chi tiết thành Z khoảng thì n = N/Z, thường N = 40. N và Z đều là các số nguyên, có nghĩa là nếu tìm trên hàng lỗ nào trên đĩa chia có số lỗ là Z thì mỗi lần phân độ ta chỉ việc quay tay quay đi một cung chứa N lỗ trên vòng có Z lỗ.

Trường hợp tổng quát ta có :

(1)

Trong đó : - A : số nguyên vòng quay của tay quay.

- a/b : phân số không chia hết của N/Z

- m : số nguyên tố tự chọn sao cho tích b.m bằng số lỗ trên đường tròn đồng tâm trên đĩa chia.

Như vậy nghĩa là sau khi phay xong một rãnh (một răng) ta quay tay quay đi A vòng và a.m khoảng trên hàng lỗ có b.m lỗ.

Ví dụ : Để chia vòng tròn thành 9 phần bằng nhau, biết N = 40, trên đĩa chia có các hàng lỗ : 17, 18, …, 34 : thì tính như sau :

Ta có :

Vì trên đĩa chia không có hàng 9 lỗ nên ta biến đổi :

Có nghĩa là : để chốt cắm vào hàng lỗ 18, mỗi lần phân độ ta quay tay quay đi 4 vòng chẵn cộng thêm với 8 khoảng (trên hàng lỗ 18).

Để tránh nhầm lẫn mỗi khi phân độ ngưòi ta sử dụng phụ tùng nan quạt, nó có tác dụng chắn một cung với số khoảng a để tránh nhầm lẫn.

3. Đầu chia độ vạn năng có đĩa chia : trên đầu phân độ này có thể thực hiện bốn cách phân độ : phân độ đơn giản, phân độ trực tiếp, phân độ vi sai, phân độ vi sai rãnh xoắn.

* Phân độ trực tiếp : trục vít không ăn khớp với bánh vít, sau đó lắp đĩa phân độ lên trục chính và dùng tay quay đầu phân độ.

* Phân độ đơn giản : trục vít và bánh vít vẫn ăn khớp nhau, nhưng các bánh răng thay thế vẫn không dùng đến. Như thế truyền động phân độ được thực hiện từ tay quay 1 trên đĩa phân độ, qua tỉ số truyền i = 1 và tỉ số truyền trục vít - bánh vít k/Zbv đến trục chính (hình 11.16 a). Ta có phương trình xích động :

88

Hình 11.16. Đầu chia độ vạn năng.

Đặt thì :

Vậy nếu trục chính quay 1 vòng thì tay quay quay N vòng.

Mỗi lần phân độ 1/Z vòng thì : n = N/Z

Quá trình tính toán giống như trường hợp đầu chia độ đơn giản.

Đĩa phân độ là một đĩa tròn, hai mặt có khoan các hàng lỗ chia đều trên những vòng tròn đồng tâm. Đĩa lắp lồng không trên trục tay quay. Số lỗ trên mỗi vòng tròn đồng tâm theo tiêu chuẩn. Đầu phân độ Y 135 có N = 40, mặt thứ nhất của đĩa chia có các hàng lỗ : 24, 25, 28, 30, 34,37, 38, 39, 41, 42, 43. Mặt kia có các hàng lỗ : 46, 47, 49, 51, 53, 54, 57, 58, 59, 62, 66.

* Phân độ vi sai :

Lý luận như trên, nhưng khi đã tính n theo công thức (1) vẫn không tìm được hàng lỗ có b.m lỗ trên đĩa thì phải dùng phương pháp phân độ vi sai . Để thực hiện cách phân độ này ta nối một xích truyền động từ trục chính của đầu chia độ đến trục bánh răng côn. Các bánh răng thay thế này được

89

tính như sau :

- Đầu tiên chọn Zx Z sao cho : n’ = N/Z = A/B1, B1 có trên đĩa chia.

Như vậy mỗi lần phân độ có sai số :

- Sai số n’’ được khử bằng cách lắp thêm bánh răng thay thế a, b, c, d từ trục chính tới đầu phân độ. Khi quay tay quay thì tùy giá trị n’’ âm hay dương mà đĩa chia phải quay ngược lại hoặc quay thêm một lượng n’’.

Xích phân độ bù sai số :

Hay :

-Nếu Zx > Z thì x > 0 : khi phân độ đĩa quay cùng chiều với tay quay.

-Nếu Zx < Z thì x < 0 : khi phân độ đĩa quay ngược chiều với tay quay, nên phải lắp thêm bánh răng trung gian.

Ví dụ : Tính tóan phân độ để phay bánh răng có số răng Z = 67, biết máy phay được trang bị đầu chia độ Y 135, các bánh răng thay thế có số răng là bội số của 5 : 20, 20, 25,30,…,120.

Giải :

Ta có :

:

với kết quả này thì không thể phân độ đơn giản được mà phải phân độ vi sai.

Chọn ZX = 70, khi đó :

Kiểm tra điều kiện lắp : a + b > c + 15; c + d > b + 15

Với a = 60, b = 20, c= 40, d = 70 thì điều kiện lắp nêu trên thỏa mãn.

Ta có :

Vậy : để chốt cắm vào hàng lỗ 28 lỗ, mỗi lần phân độ ta quay tay quay đi 16 khoảng.

* Phân độ phay rãnh xoắn :

Để tiến hành phay rãnh xoắn, ngoài phân độ đơn giản để chia vòng tròn thành nhiều phần bằng nhau, còn phải thêm một chuyển động phối hợp giữa dao và phôi để hình thành rãnh xoắn có bước S. Trường hợp này không dùng phương pháp phân độ vi sai được, mà ta nối các bánh răng thay thế từ trục bánh răng côn của đầu chia độ đến trục vít me chạy dao dọc của bàn máy sao cho khi bàn máy phay tịnh tiến một đoạn S thì trục chính của đầu chia độ mang phôi quay đúng một vòng (hình

90

11.16c). Các bước điều chỉnh như sau :

- Phân độ đơn giản để xác định số vòng quay của tay quay mỗi khi phân độ.

- Tính tỷ số truyền của các bánh răng thay thế :

Với tx là bước của trục vít me bàn máy.

Nếu biết trước góc nghiêng của rãnh xoắn thì bước của rãnh xoắn được tính như sau :

S = .D. cotg;

Trong đó : mn , mS là mô đun pháp và mô đun ngang của bánh răng có số răng Z cần gia công.

Để gia công rãnh xoắn thì ta phải quay bàn máy đi một góc để phương chuyển động của dao trùng với phương của rãnh xoắn.

91

Chủ đề 12: Mài

12.1 Đặc điểm Mài là phương pháp gia công cắt gọt mà dụng cụ cắt là đá mài, thanh mài, hạt mài… Chyển động chính khi mài thường là chuyển động quay tròn của đá với vận tốc lớn 30-50 m/s. Mài có thể dùng để gia công thô hoặc gia công tinh. Mài có thể gia công các mặt tròn xoay, mặt phẳng, mặt định hình. Mài thích hợp để gia công các vật liệu cứng nhưng không dùng để gia công các loại vật liệu mềm như đồng hoặc gang. Mài có thể đạt độ chính xác cấp 5-6, cấp nhám Ra = 0.16-0.32 (cấp nhám 9-10)

12.2 Đá mài:

Các dạng chính của đá mài :

Hình 12.1 Một số dạng đá mài.

Vật liệu hạt mài : - Kim cương nhân tạo. - Nitric Bo lập phương. - Al2O3 điện. - Các bít Silic. - Các bit Bo B4C. 3. Chất dính kết: dùng để liên kết các hạt mài, thường dùng là: ceramic, silicat, bakelit, vuncanic, cao su, kim loại… 4. Cấu trúc của đá mài: Vhạt mài + Vkhoảng không + Vchất dính kết = 100 %. Khi thể tích khoảng không càng lớn thì đá càng xốp, khi thể tích hạt mài và chất dính kết càng lớn thì đá càng sít chặt.

92

Hình 12.2 Cấu trúc đá mài. 5. Độ cứng của đá mài: là khả năng đá chịu tác dụng của ngoại lực mà các hạt mài không bị bứt ra khỏi viên đá. Chất dính kết càng tốt thì lực liên kết giữa các hạt mài càng cao. 6. Sự tự mài sắc của đá mài : trong quá trình mài các hạt mài ở lớp bề mặt mòn dần, khi đó tính cắt gọt kém đi, lực cắt sinh ra lớn. Đến một lúc nào đó lực liên kết giữa các hạt mài không còn giữ được các hạt mài, các hạt mài ở lớp bề mặt sẽ bị tróc ra, khi đó sẽ xuất hiện lớp hạt mài mới, lớp hạt mài này tiếp tục nhiệm vụ cắt gọt. Chọn đá mài: Mài có thể gia công được các chi tiết là vật liệu cứng nhưng lại không thể gia công được các chi tiết là nhưng vật liệu mềm. Vì phôi của vật liệu quá mềm sẽ bám vào nhưng khe hở giữa nhưng hạt đá làm cho đá không mài được. Vì vậy việc chọn đá mài hợp lý có liên quan đến chất lượng của chi tiết gia công và năng suất lao động. Do đó khi chọn đá mài ta cần chú ý đến những vấn đề sau. +Vật liệu mài +Chất kết dính đá mài + Mật độ hạt của đá mài Đá mài có kết cấu xốp thường kém bền hơn đá mài có kết cấu chặt tuy nhiên ít bị mài mòn hơn. Vì vậy thích ứng với việc mài cắt vật liệu dẻo. Cấu trúc của đá mài có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng gia công. Đá có số hạt nhiều cho năng suất lao động cao. Độ lớn của hạt càng bé thì độ bóng của chi tiết càng cao. Loại đá chứa nhiều hạt và độ cứng thấp khi mài tròn nó có khả năng tróc, ngay cả lúc ở tải trọng nhỏ nên thích ứng với trường hợp mài tinh. Khi tăng tiếp xúc giữa đá và chi tiết, do nhiệt cắt thi vậy khi vật liệu gia công cứng thì ta dùng đá mềm. Khi mài vật liệu cạnh sắc như trục, then hoa đá mài sẽ vỡ thì ta dùng đá mài có độ cứng cao.

12.3 Chọn chế độ mài

Chọn chế độ mài có nghĩa là phải chọn tốc độ của đá mài và tốc độ quay của chi tiết, lượng chạy dao, lượng ăn dao. Chế độ mài ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và năng suất lao động Nếu tốc độ của đá mài quá bé thì trong những điều kiện khác nhau tạo nên áp lực cắt tăng vì vậy mà hạt mài rơi ra nhanh làm cho đá chóng mòn. Còn nếu tốc độ mài cao quá thì lực li tâm rất lớn có thể vỡ đá gây nguy hiểm. Do đó tốc độ của đá mài phụ thuộc vào phương pháp mài, kết cấu đá mài, cụ thể là chất kết dính của đá mài. Thông thường tốc độ của đá mài là 30- 50m/s. Tốc độ quay của chi tiết phụ thuộc vào yêu cầu độ bóng, nhẵn của bề mặt gia công, đường kính vật mài , lượng chạy dao dọc, lượng chạy dao ngang, độ cứng vững của đá. Tốc độ của chi tiết gia công có một ý nghĩa rất lớn về phương diện và chất lượng khác của quá trình mài Nếu tốc độ quay của chi tiết quá lớn thì đá mài sẽ bị mài mòn nhanh. Thông thường tốc độ quay của chi tiết vào khoảng 1-5% tốc độ quay của đá . Lượng chạy dao ngang phụ thuộc vào độ nhẵn trong bề mặt, mật độ mài và công suất của máy. Thông thường lượng chạy dao ngang theo một hành trình khép kín của bàn máy vào khoảng Sn = 0.06 - 0.15 (mm) Lượng chạy dao dự tính theo một vòng quay chi tiết, nó phụ thuộc vào đường kính gia công, độ nhẵn bóng của bề mặt khi tiện thô. Đối với thép thì Sd= 0.3-0.7 bề rộng. Đối với gang thì Sd= 0.05-0.95 bề rộng. Khi mài tinh thì Sd =0.5 bề rộng đá.

12.4 Máy mài Máy mài tròn ngoài có tâm

93

Hình 12.3 Máy mài tròn ngoài có tâm

Máy mài tròn ngoài vô tâm

Hình 12.4 Máy mài tròn ngoài vô tâm.

94

Hình 12.5 Máy mài tròn trong

Hình 12.6 .Máy mài phẳng

12.5 Các phương pháp mài:

12.5.1 Mài tròn ngoài a. Mài tròn ngoài có tâm: Chi tiết được gá vào 2 lỗ tâm và một đầu cặp vào mâm cặp, đầu kia chống tâm. - Kiểu chạy dao dọc (hình 12.7 a, b). - Kiểu chạy dao ngang (hình 12.7 c ).

a) b) c)

95

Hình 12.7 Sơ đồ mài tròn ngoài có tâm. b. Mài tròn ngoài vô tâm:

Hình 12.8 Mài tròn ngoài vô tâm. Đặc điểm của mài vô tâm là chuẩn định vị của chi tiết gia công chính là mặt đang gia công. - Mài vô tâm chạy dao dọc (hình 11.18a). - Mài vô tâm chạy dao ngang (hình 11.18b) Chi tiết mài được cắt giữa hai đá , một đá làm nhiệm vụ dùng cho chi tiết hai chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến (đá dẫn), một đá làm nhiệm vụ cắt phôi phía dưới có thamh đỡ đặt song song với trục mài và nâng tâm khi chi tiết lên cao hơn một khoảng 0,5-1R. R : là bán kính của chi tiết + Mài vô tâm chạy dao ngang như mài có tâm ăn dao ngang . Nếu sửa đá chính xác , có thể mài côn, mài định hình . Yêu cầu độ cứng vững tốt , mặt gia công ngắn * Ưu nhược điểm của phương pháp mài vô tâm - Ưu điểm chính của mài vô tâm là giảm được thời gian gá lắp chi tiết , quá trình gia công mặt chuẩn dễ tự động hoá , độ cứng vững cao hơn mài có tâm . -Nhược điểm chính của phương pháp này là không có khả năng đảm bảo độ đồng tâm giữa các mặt nên thường dùng để gia công mặt trụ trơn.

12.5.2 Mài lỗ: Bản chất vật lý của quá trình cắt gọt khi mài lỗ giống như khi mài mặt trụ ngoài. Mài lỗ có thể đạt cấp chính xác 6-7, Ra=3,2-0,2m. Mài lỗ được thực hiện trên máy mài lỗ, máy mài tròn vạn năng, máy mài lỗ vô tâm… Trong máy mài vạn năng có bộ phận mài lỗ hoặc dùng máy tiện vạn năng mài lỗ thông thường . Việc chọn máy nào gia công là phụ thuộc vào dạng sản xuất và kích thước , cách thức mài ứng với từng chi tiết cụ thể . Mài lỗ vô tâm được thực hiện trên máy vô tâm .

Chuyển động cắt và bản chất của quá trình mài hoàn toàn giống nhau như mài tròn ngoài vì kích thước của đá mài hoàn toàn phụ thuộc vào kích thước của lỗ mài . Nếu đường kính của chi tiết gia công càng nhỏ thì đường kính của đá mài càng nhỏ sự ăn mòn nhanh, kích thước của đá nhỏ , trục mang đá nhỏ khiến cho độ cứng vững của nó kém , ảnh hưởng không ít đến độ chính xác của chi tiết gia công.

96

Hình 12.9 Một số máy mài lỗ.

Có hai phương pháp mài lỗ: mài lỗ có tâm và mài lỗ vô tâm.

Hình 12.10 Mài lỗ có tâm vơi chi tiết quay (a) và mài lỗ kiểu hành tinh (b).

Chi tiết kẹp trên mâm cặp và trục đá quay tròn, có thể thực hiện chạy dao dọc hay chạy dao ngang. Cách này được dùng để gia công những chi tiết nhỏ, các vật thể tròn hoặc dễ gá lắp trên mâm cặp. Các loại này có thể được thực hiện trên máy mài vận năng và đồ gá chuyên dùng (sơ đồ hình 12.10 a).

Sơ đồ hình 12.10 b, Chi tiết gá cố định trên máy, trục mang đá thực hiện các chuyển động : Chuyển động quay đá, chuyển động chạy dao, chuyển động của hành trình dá quay xung quanh tâm lỗ đá. Cách mài được dùng để gia công những chi tiết lớn như thân động cơ, máy nén khí, các loại hộp khâu rất thuận lợi.

Hình 12.11 Mài lỗ vô tâm.

12.5.3 Mài mặt phẳng

97

Mài phẳng là phương pháp gia công tinh mặt phẳng có độ cứng cao, các mặt phẳng sau khi phay hoặc bào… Có thể đạt độ chính xác cấp 6-7; độ bóng đạt Ra=1,6 0,4m. - Mài mặt phẳng bằng đá mài hình trụ. - Mài mặt phẳng bằng đá mài mặt đầu.

Hình 12.12 Mài phẳng.

Mài phẳng bằng đá mài mặt đầu: có thể dùng nhiều trục đá mài để mài đồng thời. Cũng có thể dùng hai thớt đá để mài hai mặt đầu đồng thời. Đối với mài mặt đầu, việc thoát phoi, thoát nhiệt và tưới nguội gặp khó khăn nên độ chính xác và độ nhẵn bề mặt thấp hơn so với mài bằng mặt trụ của đá. Muốn đạt độ chính xác cao phải dùng chế độ cắt thấp.

Hình 12.13 Mài phẳng trục đứng (vertical grinding machines) bằng đá mài mặt đầu

Khi mài phẳng trên các máy mài trục ngang, thường chi tiết được gá trên bàn từ.

98

Hình 12.14 Bàn từ

12.5.4 Mài ren:

Mài ren dùng để gia công tinh các ren có yêu cầu độ chính xác cao và gia công ren đã qua nhiệt luyện. Có thể mài ren bằng đá đơn hoặc đá ren lược.

Hình 12.15 Mài ren.

Hình 12.16 Mài then hoa.

12.5 Đặc điểm chuyển động của mài

Các chuyển động trên máy mài

Máy mài tròn có chuyể động chính là chuyển động quay của đá mài.

99

Chuyển động ăn dao là chuyển động quay chi tiết cần gia công (ăn dao vòng) chuyển động dọc trục mài của bàn máy(ăn dao dọc) và chuyển động tịnh tiến của ụ đá(ăn dao theo chu kỳ).

Chuyển động ăn dao.

Chuyển động ăn dao là chuyển động tịnh tiến củabàn chữ nhật hoặc chuyển động quay của bàn tròn (ăn dao dọc), chuyển động tịnh tiến của đá hoặc của bàn theo phương thẳng góc với phương ăn dao dọc (ăn dao ngang) chuyển động của đá theo phương thẳng đứng từng khoảng bằng chiều sâu cắt (ăn dao theo chu kỳ).

Đăc điểm của chuyển động chính

Thường không yêu cầu điều chỉnh tốc độ tuy nhiên ở máy mài cỡ nặng để duy trì tốc độ cắt không đổi khi đá mài bị mài mài hoắc thay đổi kích thước chi tiết(mài tròn) có yêu cầu phạm vi điều chỉnh tốc độ (2:1 đến 3:1)

Khi mở máy không tải mô men cản tĩnh trên trục động cơ khi đó chỉ chiếm khoảng 15-20% chỉ số định mức. Mômen quán tính lớn, mômen của đá và cơ cấu truyền lực tính đối về trục động cơ về khoảng (50-100%), mômen quán tính của Rôto động cơ và vậy phải hãm cữơng bức động cơ khi dừng máy.

Đối với đá mài không yêu cầu đổi chiều quay của đá thì tốc độ của đá mài là 30-50 m/s nếu tốc độ đá nhanh thì hạt mài rơi nhiều gây mòn đá. Còn nếu nhanh quá có thể gây vỡ đá do lực li tâm lớn.

Đặc điểm chuyển động quay chi tiết

Là truyền động quay chi tiết gia công. Tốc độ quay phụ thuộc và yêu cầu, độ bóng, nhẵn của bề mặt gia công, đường kính ngoài, lượng chạy dao dọc, lượng chạy dao ngang, độ cứng vững của đá. ở máy mài truyền động quay chi tiết yêu cầu tốc độ ổ định trong phạm vi điều chỉnh tương đối cao không cần đảo chiều quay. Do vậy tốc độ của chi tiết gia công có ý nghĩa rất lớn về phương diện năng suất và chất lượng khác của quá trình mài.

100

Chủ đề 13: Mài nghiền, mài khôn, mài siêu tinh

13.1 Mài nghiền (lapping) 13.1.1 Đặc điểm Mài nghiền là phương pháp gia công nhẵn bóng dùng bột mài hạt nhỏ hoặc bột kim cương trộn vào dầu nhờn và một số hóa chất rồi bôi lên bề mặt dụng cụ nghiền tiếp xúc với mặt gia công. Mài nghiền đạt độ bóng cao (cấp 10 14) và độ chính xác đến cấp 5.

Hình 13.1 Mài nghiền

13.1.2 Mài nghiền lỗ: Bản chất của mài nghiền lỗ giống như mài nghiền bề mặt trụ ngoài. Để mài nghiền lỗ người ta sử dụng chày nghiền.

Hình 13.2 Sơ đồ mài nghiền lỗ.

1. Chi tiết gia công; 2. Chày nghiền.

101

Hình 13.3 Chày nghiền.

13.1.3 Mài nghiền mặt phẳng: Bản chất của mài nghiền mặt phẳng tương tự như mài bề mặt trụ ngoài và trụ trong. Mài nghiền mặt phẳng có thể được thực hiện bằng phương pháp mài một đĩa hoặc hai đĩa.

Hình 13.4 Nguyên lý mài nghiền.

13.1.4 Dung cụ và thiết bị

Hình 13.5 Đĩa nghiền.

102

Hình 13.6 Máy mài nghiền mặt phẳng

13.2 Mài khôn (honing)

Dụng cụ mài khôn là đầu khôn với các thỏi đá. Đầu khôn có hai chuyển động là quay tròn và tịnh tiến của đầu khôn. Mài khôn có thể gia công được nhiều bề mặt khác nhau, chủ yếu là để gia công lỗ. Có thể gia công lỗ có đường kính 6 1500 mm và chiều dài từ 100 mm20 m. có thể đạt được độ bóng bề mặt Ra=0,4 0,025m, độ chính xác cấp 7 và đôi khi đến cấp 6. Mài khôn là công đoạn gia công lần cuối, thường dùng để gia công các lỗ xy lanh động cơ, xy lanh máy khí nén…

Ngày nay, để mài khôn xi lanh động cơ đạt độ chính xác và độ nhẵn bóng cao, quy trình bao gồm 4 bước để gia công bề mặt gương xy lanh như sau:

1. Doa thô để đạt được hình dạng hình học cơ bản của lỗ. 2. Mài khôn thô. 3. Mài khôn tinh để đạt được nhám bề mặt mong muốn. 4. Mài khôn kim cương đỉnh phẳng để bóc các đỉnh nhấp nhô bề mặt chi tiết sau khi đã mài khôn để đạt được bề mặt nhẵn bóng.

103

Hình 13.7 Mài khôn xi-lanh động cơ đốt trong

Hình 13.8. Cấu tạo của đầu khôn

104

Hình 13.9 Nguyên lý và vết của mài khôn

Hình 13.10 Máy mài khôn đứng

13.3 Mài siêu tinh (Superfinishing):

Đặc điểm Mài siêu tinh là một phương pháp gia công lần cuối để đạt độ chính xác và độ bóng bề mặt cao. Mài siêu tinh có những điểm quan trọng khác mài khôn: - Có thêm chuyển động lắc ngắn dọc trục với tần số cao (500 1200 hành trình kép/phút) nhưng chiều dài hành trình rất ngắn (1.5 5 mm) - Áp lực của đá mài lên bề mặt gia công rất nhỏ (0.02 0.07 MPa) - Tốc độ cắt tương đối thấp, 1 đến 15 m/phút so với tốc độ cắt 1800 - 3500 mét/phút của mài tròn ngoài. Ngoài ra vẫn tồn tại chuyển động quay của chi tiết gia công và chuyển động tịnh tiến chậm của

105

dụng cụ dọc trục.

Hình 13.11 Nguyên lý mài siêu tinh.

Mài siêu tinh còn được gọi là quá trình vi gia công (micromachining) hoặc mài khôn với hành trình ngắn (short-stroke honing). Độ chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt chi tiết gia công tăng lên nhờ hạt mài (của đá mài hoặc đai vải mài) lấy đi một lớp tính thể dày khoảng 1 μm. Không giống như quá trình đánh bóng, mài siêu tinh để lại vết chéo ca-rô trên bề mặt chi tiết gia công. Mài siêu tinh lỗ: Về bản chất thì mài siêu tinh lỗ giống như mài siêu tinh bề mặt trụ ngoài. Sơ đồ mài siêu tinh lỗ được thể hiện trên hình sau:

Hình 13.12 Mài siêu tinh lỗ.

106

Hình 13.13. Máy mài siêu tinh

107

Chủ đề 14: Các phương pháp phi truyền thống

14.1. Gia công bằng tia lửa điện

14.1. 1 Nguyên lý gia công tia lửa điện

Hệ thống gia công tia lửa điện (Electrical Discharge Machining -EDM) bao gồm có hai bộ phận chủ yếu: máy công cụ và nguồn cung cấp điện. Máy công cụ gắn điện cực định hình (đóng vai trò là dao) và điện cực tiến tới bề mặt chi tiết gia công sinh ra một lỗ chép hình hình dạng của dụng cụ. Nguồn năng lượng cung cấp sản sinh ra một tần số cao, tạo ra một loạt tia lửa điện giữa điện cực và bề mặt chi tiết và bóc đi một lớp kim loại bởi sự ăn mòn của nhiệt độ và sự hóa hơi.

Phương pháp gia công tia lửa điện được phát triển vào năm 1943 ở Liên Xô bởi hai vợ chồng người Nga tại trường Đại học Moscow là Giáo sư - Tiến sĩ Boris Lazarenko và Tiến sĩ Natalya Lazarenko. Cho đến nay, phương pháp gia công này đã được phổ biến rộng rãi khắp nơi trên thế giới. Nguyên tắc của phương pháp này là bắn phá chi tiết để tách vật liệu bằng nguồn năng lượng nhiệt rất lớn được sinh ra khi cho hai điện cực tiến gần nhau. Trong hai điện cực này, một đóng vai trò là dao và một đóng vai trò là phôi trong quá trình gia công. Hiện nay, các máy EDM đã được thiết kế khá hoàn chỉnh và quá trình gia công được điều khiển theo chương trình số.

Trong quá trình gia công, dụng cụ và chi tiết là hai điện cực, trong đó dụng cụ là catốt, chi tiết là anốt của một nguồn điện một chiều có tần số 50 – 500kHz, điện áp 50 – 300V và cường độ dòng điện 0,1 – 500A. Hai điện cực này được đặt trong dung dịch cách điện được gọi là chất điện môi. Khi cho hai điện cực tiến lại gần nhau thì giữa chúng có điện trường. Khi điện áp tăng lên thì từ bề mặt cực âm có các điện tử phóng ra, tiếp tục tăng điện áp thì chất điện môi giữa hai điện cực bị ion hóa làm cho chúng trở nên dẫn điện, làm xuất hiện tia lửa điện giữa hai điện cực. Nhiệt độ ở vùng có tia lửa điện lên rất cao, có thể đạt đến 12.000oC, làm nóng chảy, đốt cháy phần kim loại trên cực dương. Trong quá trình phóng điện, xuất hiện sự ion hóa cực mạnh và tạo nên áp lực va đập rất lớn, đẩy phoi ra khỏi vùng gia công. Toàn bộ quá trình trên xảy ra trong thời gian rất ngắn từ 10-4 đến 10-7s. Sau đó mạch trở lại trạng thái ban đầu và khi điện áp của tụ được nâng lên đến mức đủ để phóng điện thì quá trình trên lại diễn ra ở điểm có khoảng cách gần nhất.

108

Hình 14.1. Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện

Gia công tia lửa điện là một quá trình lặp đi lặp lại các chu kỳ đánh lửa. Các chu kỳ đánh lửa do máy phát xung phát ra có thể biểu diễn bằng hình vẽ sau:

Chuỗi các xung điện áp tại khe hở phóng điện trong quá trình đánh lửa (gia công) có dạng sau

Cường độ dòng diện trong quá trình đánh lửa có dạng xung như sau:

Ghi chú: TON : Thời gian xung ON (bật) TOFF : Thời gian xung OFF (tắt) Td: Thời gian khởi đầu chuẩn bị đánh lửa (thời gian trễ) Vp: Điện áp khe hở Vg: Điện áp khe hở trung bình Ip: Dòng điện cực đại khi gia công (I peak)

Thiết bị gia công tia lửa điện Gia công EDM có thể được phân loại như sau:

- Gia công xung định hình EDM (Die Sinking EDM hay Ram-EDM)

- Gia công vi EDM (Micro EDM)

- Gia công EDM bằng dây cắt (Wire-cut EDM hoặc Wire EDM)

0 t (µsec)

T ON T OFF

Vp

0 t (µsec)

T ON T OFF

Ip

0 t (µsec)

T ON T OFF

Vp

Td

Vg Vg

109

- Khoan EDM (EDM drilling)

- Máy lấy mũi tarô bị gãy (Broken Tap Remover)

Máy EDM dùng điện cực thỏi còn được gọi là máy xung định hình. Điện cực trên máy này có dạng thỏi được chế tạo sao cho biên dạng của nó giống với bề mặt cần gia công. Máy này có thể được điều khiển bằng tay, ZNC hay CNC. Loại điều khiển bằng tay có độ chính xác kém nên hiện nay ít dùng.

Hình 14.2. Máy EDM điện cực thỏi (định hình)

Máy EDM dùng điện cực dây (hay còn gọi là máy cắt dây). Điện cực trên máy này là một dây mảnh được cuốn liên tục và được chạy theo một biên dạng cho trước. Loại máy cắt dây EDM truyền thống được điều khiển bằng tay, kém chính xác. Hiện nay, chủ yếu người ta sử dụng máy cắt dây CNC.

110

Hình 14.3. Máy cắt dây EDM

Điện cực dụng cụ

Trong gia công xung định hình, điện cực dụng cụ đóng vai trò cực kì quan trọng vì độ chính

xác gia công một phần phụ thuộc vào độ chính xác của điện cực. Việc lựa chọn hợp lý vật liệu điện

cực là một yếu tố quan trọng. Điều này không những ảnh hưởng đến độ chính xác gia công, mà còn

ảnh hưởng đến tính kinh tế thông qua năng suất và độ hao mòn điện cực trung bình. Giá của điện cực

có thể chiếm 80% chi phí gia công.

Hình 14.4. Một số điện cực dụng cụ trên máy EDM điện cực thỏi

111

Hình 14.5. Điện cực dùng trên máy cắt dây

Các loại vật liệu có thể dùng làm điện cực cho gia công xung định hình thường là đồng đỏ,

đồng – volfram, bạc-volfram, đồng thau, volfram, nhôm, môlipđen, hợp kim cứng, thép… Trong đó

đồng đỏ và đồng-volfram là thường dùng nhất. Các loại vật liệu volfram, nhôm, môlipđen, hợp kim

cứng, thép… chỉ được sử dụng trong một số trường hợp đặc biệt.

Trên máy cắt dây người ta thường sử dụng dây cắt làm bằng đồng đỏ, đồng thau, môlipđen,

volfram, bạc hay kẽm có đường kính dây cắt thường từ 0,1 – 0,3mm. Các dây cắt có thể được phủ một

lớp kẽm, oxyt kẽm hoặc graphit… để nâng cao độ bền của dây cũng như cải thiện khả năng sục chất

điện môi vào khu vực cắt.

Hình 14.6. Các dạng sản phẩm gia công trên máy cắt dây EDM

Khả năng công nghệ, ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng

Bề mặt chi tiết được gia công EDM có thể đạt Ra = 0,63µm khi gia công thô và Ra = 0,16µm khi gia công tinh. Thông thường độ chính xác gia công vào khoảng 0,01mm. Ở các máy khoan tọa độ EDM độ chính xác gia công đạt đến 0,0025mm.

Phương pháp này có thể gia công những vật liệu khó gia công mà các phương pháp gia công không truyền thống không làm được như thép tôi, thép hợp kim khó gia công, hợp kim cứng. Nó cũng gia công được các chi tiết hệ lỗ có hình dáng phức tạp.

Ưu nhược điểm Ưu điểm:

112

- Gia công được các loại vật liệu có độ cứng tùy ý.

- Điện cực có thể sao chép hình dạng bất kì, chế tạo và phục hồi các khuôn dập bằng thép đã tôi.

- Chế tạo các lưới sàn, rây bằng cách gia công đồng thời các lỗ bằng những điện cực rất mảnh. - Gia công các lỗ có đường kính rất nhỏ, các lỗ sâu với tỉ số chiều dài trên đường kính lớn.

- Do không có lực cơ học nên có thể gia công hầu hết các loại vật liệu dễ vỡ, mềm… mà không sợ bị biến dạng

- Do có dầu trong vùng gia công nên bề mặt gia công được tôi trong dầu

Nhược điểm:

- Phôi và dụng cụ (điện cực) đều phải dẫn điện - Vì tốc độ cắt gọt thấp nên phôi trước gia công EDM thường phải gia công thô trước. - Do vùng nhiệt độ tại vùng làm việc cao nên gây biến dạng nhiệt.

Ứng dụng Có thể sử dụng phương pháp này trong một số trường hợp sau:

- Biến cứng bề mặt chi tiết làm tăng khả năng mài mòn

- Chế tạo và phục hồi các khuôn dập đã tôi và khuôn bằng hợp kim cứng

- Các lưới sàng, rây bằng cách gia công đồng thời các lỗ bằng điện cực rất mảnh

- Mài phẳng, mài tròn, mài sắc hoặc làm rộng lỗ

- Gia công các lỗ có đường kính nhỏ Ø 0,15mm của các vòi phun cao áp có năng suất cao (từ 15 đến 30s/chiếc), gia công lỗ sâu từ 60mm cho sai số 5µm. Các lỗ Ø 0,05mm – 1mm với chiều sâu lớn như các lỗ làm mát trong cánh tuabin làm bằng hợp kim siêu cứng, các lỗ sâu với tỉ số chiều dài trên đường kính lên đến 67.

- Lấy các dụng cụ bị gãy và kẹp trong chi tiết (bulông, tarô…).

- Gia công khuôn mẫu và các chi tiết cần độ chính xác cao bằng vật liệu hợp kim cứng

14.2. Gia công bằng tia laser

Nguyên lý phát tia laser

LASER được viết tắc một thuật ngữ tiếng Anh: Light Amplication by Stimulated Emission of Radiation - khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ cưỡng bức. Lý thuyết cơ sở đặt nền móng cho việc phát minh ra laser đã được nhà khoa học Emission nêu lên từ năm 1917. Nhưng mãi đến năm 1954 nhà khoa học Mỹ Ch.H Towner và hai nhà khoa học Nga là A.M. Prokhorov, N. G. Basov (giải Nobel chung năm 1946) mới đồng thời tìm ra được bức xạ cưỡng bức ở bước sóng vô tuyến của chữ amoniac. Và vào 16/05/1960 - Giáo sư vật lý người Mỹ Theodore Maiman đã thành công trong việc kích thích một thanh hồng ngọc tạo ra những chùm sáng hẹp có cường độ lớn bằng cách quấn quanh thanh hồng ngọc bằng một bóng đèn công suất lớn.

Nguyên lý cấu tạo chung của một máy laser gồm có: buồng cộng hưởng chứa hoạt chất laser, nguồn nuôi và hệ thống dẫn quang.

113

Hình 14.7. Nguyên lý cấu tạo bộ phát tia Laser

Nguồn năng lượng được tạo ra từ bộ điều khiển sự phóng điện tới đèn phát xung 2. Khi đèn phát sáng, toàn bộ năng lượng sẽ tập trung buồng cộng hưởng 1 chứa hợp chất laser (hồng ngọc (rubi), heli và neon, argen...). Những Ion của hợp chất laser bị kích lên mức năng lượng cao, khi tụt xuống chúng sẽ phát ra những lượng tử. Nhờ dao động của các gương phẳng 3 và 4, những lượng tử này sẽ đi lại nhiều lần qua hợp chất và kích các ion khác để rồi cùng phóng ra chùm tia lượng tử lớn và cứ thế khuếch đại lên nhiều lần. Tia sáng ở đầu ra là tia laser 5.

Máy phát tia laser trong phòng thí nghiệm theo nguyên lý nói trên được minh họa ở hình 14.8

Trong kỹ thuật công nghiệp, tia laser dùng để gia công cắt gọt chi tiết kim loại. Khi tia sáng đã xuyên qua kính phản chiếu ở đầu ra, thì hình thành một tia nối tiếp nhau, đã được chuẩn trực rất mạnh. Tia sáng được điều chỉnh ở tiêu cự, hướng vào mặt phẳng của vật gia công. Tia laser có đường kính khoảng 0.01mm. Vật liệu gia công hút năng lượng của chùm tia laser và chuyển năng lượng này thành nhiệt năng. Đốt nóng vật liệu gia công tới nhiệt độ có thể làm nóng chảy và bốc hơi vật liệu. Được xem là máy cắt bằng tia sáng.

Ngoài ứng dụng trong cơ khí chế tạo máy, laser còn được ứng rất nhiều trong các lĩnh vực khác như: công nghệ thông tin, công nghệ sinh học, khoa học vũ trụ, y học...

- Laser dùng để kiểm tra chất lượng các sản phẩm đúc, kiểm tra độ tinh khiết của chất lỏng hoặc khí, các sản phẩm điện tử.

- Trong y khoa, laser được ứng dụng trong việc giải phẩu, điều trị bệnh bong võng mạc mắt, khoan .

- Laser còn thâm nhập vào cuộc sống của chúng ta qua các băng từ, máy in laser, máy photo laser, và nhiều ứng dụng khác nữa.

114

Hình 14.8. Máy phát tia laser trong phòng thí nghiệm

Hình 14.9. Sơ đồ nguyên lý máy gia công (hàn hoặc cắt) bằng tia leser rắn

1: Bộ cung cấp và điều khiển điện 2: Buồng phản xạ ánh sáng. 3: Đèn phát xung. 4: Thanh hồng ngọc. 5: Gương phản xạ toàn phần.

6: Gương phản xạ bán phần. 7: Thấu kính hội tụ. 8: Chi tiết. 9: Bàn Gá. 10: Tế bào quang điện

Máy hàn-cắt laser cấu tạo bao gồm một tinh thể hồng ngọc hình trụ. Hồng ngọc là hợp kim nhôm oxit ( AlO2 ) có chứa hợp chất tích cực Crom. Hồng ngọc được sử dụng thường là sản phẩm nhân tạo.

+ Hai đầu của tinh thể hồng ngọc là 2 gương phản xạ một gương phản xạ toàn phần, một gương phản xạ bán toàn phần có một lỗ nhỏ cho việc phát tia laser .

115

+ Tinh thể hồng ngọc được bao quang hoặc nằm trong lõi của đèn xoắn Xenon. Đèn Xenon đóng vai trò là nguồn cấp xung. Cả hệ thống đèn lõi hồng ngọc được chứa trong buồng phản xạ ánh sáng nhằm phản xạ tối đa ánh sáng vào tinh thể hồng ngọc. Đèn Xenon có tác dụng chuyển hóa năng lượng điện thành năng lượng ánh sáng.

+ Một hệ thống làm mát sử dụng khí hoặc chất lỏng để bảo vệ thanh hồng ngọc không bị phá hỏng bởi nhiệt sinh ra.

+ Khi đèn xenon phát sáng toàn bộ năng lượng sẽ tập trung vào thanh hồng ngọc những Ion Cr+3 chứa trong thanh hồng ngọc bị kích thích lên mức năng lượng cao, khi tụt xuống chúng sẽ phát ra những lượng tử.

+ Hai hệ thống gương phản xạ lượng tử làm chúng đi lại nhiều lần trong thanh hồng ngọc và kích thích các Ion Cr+3 khác để rồi phóng ra các chùm tia điện tử khác.

+ Chùm tia lượng tử sau khi được tập trung sẽ được phát ra qua gương phản xạ bán phần 6. Chùm tia sẽ được tập trung lại qua hệ thống thấu kính và tập trung lên chi tiết gia công và chuyển thành nhiệt năng.

Gia công bằng tia laser có hỗ trợ của dòng khí.

Khí hỗ trợ khi gia công bằng tia laser có vai trò rất quan trọng. Nó giúp thổi kim loại nóng chảy ra khỏi vùng cắt và làm nguội vùng cắt nhờ đối lưu cưỡng bức. Nếu tỉ lệ bóc tách vật liệu theo phương pháp nóng chảy không hiệu quả có thể dẫn đến việc giảm chất lượng bề mặt vết cắt. Hình 14.10 minh họa sơ đồ của quá trình cắt có hỗ trợ khí.

Hình 14.10. Cấu tạo của đầu cắt bằng tia laser có hỗ trợ khí

Các loại laser thông dụng

116

Máy laser trên thị trường khác nhau chủ yếu là loại nguồn laser sử dụng. Thông dụng nhất là laser CO2, lasers diot và laser sợi. Mỗi loại laser có riêng các ưu nhược điểm và phù hợp với các loại vật liệu khác nhau.

1. Laser co2 (laser khí)

Laser CO2 là laser khí và được kích hoạt bằng điện thế. Với bước sóng 10.6 micrometers, nó chủ yếu được dùng để gia công vật liệu phi kim và hầu hết các loại nhựa. Laser CO2 có hiệu quả cao và chất lượng chùm tia rất tốt. Do đó nó là loại laser được sử dụng rộng dãi nhất. Nó phù hợp gia công các vật liệu: Gỗ, mika, thủy tinh, giấy, vải, các loại nhựa, màng mỏng & phim, da.

2. Laser Nd:YAG, Nd:YVO4 (laser tinh thể bơm điot)

Laser tinh thể thuộc nhóm laser bán dẫn. Ngày nay, laser dùng để đánh dấu và khắc hầu hết được bơm kích hoạt bằng diot (trong quá khứ là đèn chớp hiện chỉ dùng cho hệ công suất lớn, cho máy hàn laser). Hai loại thông dụng là Nd:YAG (neodymium-doped yttrium aluminum garnet) và Nd:YVO (neodymium-doped yttrium ortho-vanadate). Bước sóng 1.064 micrometers, laser tinh thể có cùng bước sóng với laser sợi và chúng rất phù hợp để đánh dấu và khắc trên kim loại và nhựa. Tuổi thọ tiêu chuẩn khoảng 25.000 giờ. Nó phù hợp với các loại vật liệu: kim loại, kim loại phủ, nhựa, ceramic

3. Laser sợi Giống laser tinh thể, Laser sợi thuộc vào nhóm laser bán dẫn. Nó được tạo ra và kích hoạt

trong các sợi thủy tinh được thiết kế đặc biệt bơm kích hoạt bằng diot. Với bước sóng 1.064 micrometers, laser sợi tạo ra chùm tia rất nhỏ và cường độ gấp 100 lần so với laser CO2 có cùng công suất phát.

Laser sợi phù hợp để đánh dấu và khắc sâu trên kim loại và các loại nhựa. Laser sợi nói chung không cần bảo dưỡng và có tuổi thọ tối thiểu 25,000 giờ làm việc. Nó phù hợp với các vật liệu: kim loại, kim loại phủ, nhựa

Hình 14.11 Một kiểu máy khắc laser và hình ảnh của cắt bằng tia laser

117

14.3. Gia công bằng tia nước (Water jet machining)

14.3.1 Nguyên lý gia công.

Cắt bằng tia nước (Water Jet Cutting-WJC) là một quá trình sử dụng tia nước ở áp suất cao để gia công vật liệu. Vết cắt hoặc rãnh có độ rộng xấp xỉ 1mm. Đường kính lỗ nhỏ nhất có thể cắt được là 1,5mm. Phương pháp này còn được gọi là gia công bằng thuỷ động lực học. Sơ đồ nguyên lý được thể hiện trên hình 1.

Hình 14.12. Sơ đồ nguyên lý gia công bằng tia nước

Đầu tiên nước từ thùng cấp nước đi qua bộ lọc và hòa trộn. Sau đó nhờ ống dẫn chất lỏng đi qua bộ khuyếch đại để tăng áp đến đầu phun. Tại đầu phun tia nước được phun ra mạnh hay yếu là nhờ van tiết lưu. Van này được điều khiển bởi một bộ điều khiển. Tia nước sau khi ra khỏi đầu phun có áp suất rất lớn (thường từ 100 – 400 MPa), tốc độ tia nước từ 400 – 1000m/s. Với áp suất này, khi tia nước chạm vào bề mặt vật liệu gia công nó tạo nên áp lực lớn hơn độ bền nén của vật liệu, bề mặt vật liệu bị nát ra và tia nước xuyên qua tạo thành vết cắt, cắt chi tiết gia công. Vậy tia nước tạo đóng vai trò như một cái cưa cắt một vết hẹp trên vật liệu.

Hình 14.13. Hình ảnh gia công bằng tia nước

118

14.3.2 Các thông số công nghệ.

Các thông số gia công quan trọng trong gia công bằng tia nước bao gồm : khoảng cách gia công, đường kính lỗ vòi phun, áp suất nước và tốc độ cắt. Khoảng cách gia công là khoảng cách giữa đầu vòi phun và bề mặt gia công. Thông thường khoảng cách này là nhỏ để tia nước phân tán tới mức tối thiểu trước khi kịp đập vào bề mặt.

Khoảng cách gia công điển hình là 3,2mm. Kích thước của lỗ vòi phun ảnh hưởng đến độ chính xác của quá trình cắt lỗ vòi. Vòi phun nhỏ được sử dụng trên những vật liệu mỏng. Đối với những vật liệu dày hơn thì cần có những tia phun dày hơn và áp suất cao hơn. Tốc độ cắt thường vào khoảng từ 5 – 500 mm/s tùy theo độ dày của chi tiết gia công. Phương pháp gia công tia nước thường được tự động hoá bằng hệ thống CNC hay người máy công nghiệp. Phạm vi gia công : từ 1,6 – 305 mm với độ chính xác là ± 0,13 mm.

14.3.3 Ưu điểm và phạm vi ứng dụng Ưu điểm : - Chất lượng vết cắt rất cao. - Vết cắt có thể bắt đầu ở bất kỳ chỗ nào mà không cần khoan mồi trước và có thể cắt được các vật liệu cán mỏng. - Có khả năng tự động hóa và người máy hóa rất cao. - Chí phí thấp. - Không có chất hóa học như cắt bằng hạt mài (AWJC). - Thích ứng với hệ thống CAD/CAM. - Gia công đạt độ chính xác cao, bề mặt phẳng. - Không ảnh hưởng nhiệt. - Có thể cắt bất cứ vật liệu nào. - Ít lãng phí chất thải sau gia công. - Môi trường gia công trong sạch.

- Phạm vi ứng dụng. - Gia công cắt : phương pháp gia công bằng tia nước được ứng dụng trong các ngành hàng không, thực phẩm, nghệ thuật đồ họa, công nghiệp ôtô, giày dép, cao su, nhựa, đồ chơi, gỗ, luyện kim, giấy, chế tạo máy… - Làm sạch bề mặt trong ngành xây dựng và chế tạo máy. Một số vật liệu được cắt bằng tia nước là : các tông, thảm, lie (làm nút chai), giấy, plastic, sản

119

phẩm gỗ, cao su, da, giấy, lá kim loại mỏng, gạch, vật liệu composite… Tùy loại vật liệu mà chiều dày cắt lên đến 25mm và cao hơn. So với các phương pháp khác, cắt bằng tia nước có năng suất cao và sạch, nên nó cũng được dùng trong công nghệ thực phẩm để cắt và thái mỏng sản phẩm. Khi đó người ta sử dụng dung dịch chất lỏng là cồn, glyxêrin hoặc dầu ăn.

Hình 14.14 Hình dáng một số chi tiết gia công bằng tia nước

14.3.4 Gia công bằng tia nước có hạt mài

Phương pháp gia công bằng tia nước (Water Jet Machining-WJM) thích hợp cho việc cắt nhựa, thực phẩm, cao su, vải,… Để tăng khả năng cắt bằng tia nước nhằm cắt các vật liệu cứng như thép, thủy tinh, bê tông hay vật liệu composite, … người ta thêm vào tia nước những hạt mài. Vì thế phương pháp này được gọi là gia công tia nước có hạt mài (Abrasive Water Jet Machining-AWJM).

Nguyên lý gia công

Nguyên lý của phương pháp này cũng như gia công tia nước nhưng khác ở chổ là trong quá trình hình thành tia nước áp suất cao thì cho thêm vào dòng hạt mài. Vận tốc rất cao của dòng tia khi đi qua lỗ phun sẽ tạo chân không để hút các hạt mài từ ống chứa hạt mài, sau đó, hạt mài sẽ trộn với nước trong ống trộn. Việc cấp hạt mài trong quá trình gia công quyết định năng suất gia công.

Đối với gia công tia nước có hạt mài, khi thêm những hạt mài vào tia nước sẽ làm phức tạp quá trình gia công vì phải bổ sung một số thông số và những thông số này phải được điều khiển. Những thông số thêm vào cho quá trình là loại hạt mài, cỡ hạt và tốc độ dòng chảy.

Các loại vật liệu hạt mài thường được sử dụng là Al2O3, SiO2 và garnet, với cỡ khoảng từ 60 đến 100. Lượng mài được thêm vào trong tia nước xấp xỉ khoảng 0,3 kg/phút sau khi thoát ra vòi

120

phun. Đường kính lỗ của vòi khoảng từ 0,25 ÷ 0,63 mm. Sở dĩ kích cỡ hơn một chút so với sự gia công bằng tia nước là để có được tốc độ dòng chảy cao hơn và năng lượng nhiều hơn vì bên trong nó có chứa hạt mài.

Áp suất nước trong gia công bằng tia nước có hạt mài giống trong gia công bằng tia nước. Khoảng cách cho phép phải ít hơn để giảm đến mức tối thiểu hiệu quả phân tán của chất lỏng cắt mà hiện giờ có chứa những hạt mài. Khoảng cách cho phép điển hình là khoảng ¼ hay ½ khoảng cách trong gia công tia nước.

Hình 14.15. Nguyên lý gia công tia nước có hạt mài

Thiết bị

Hình 14.16. Máy gia công tia nước có hạt mài

121

Các bộ phận chính của một thiết bị gia công tia nước có hạt mài cũng giống như gia công tia nước, bao gồm các bộ phận chính sau:

Bộ lọc: làm sạch nước để tăng tuổi thọ hệ thống. Bộ tăng áp: tăng áp lực của nước. Bộ phận phân phối nước: đường ống, khớp nối và các bộ phận phân phối nước tăng áp. Đầu trộn: trộn nước áp lực cao và hạt mài. Đầu cắt: dẫn hướng tia nước. Giàn máy NC: định vị đầu cắt. Bộ phận thu gom nước đã phun.

Các thông số công nghệ và khả năng công nghệ Các thông số cần chú ý khi gia công tia nước có hạt mài là: tỉ lệ cấp hạt mài, đường kính ống trộn, đường kính miệng vòi phun, áp suất nước trong vòi, khả năng cắt vật liệu, chiều dày chi tiết gia công, chất lượng cần gia công, công suất máy bơm, biên dạng hình học cần gia công…

Các thông số công nghệ cơ bản của quá trình cắt là:

Áp suất tia nước (20,000 -60,000 PSI hay 1300 – 4000 bar). Đường kính tia nước. Tốc độ của dòng tia lên đến 1950 m/ph, khoảng 2,5 lần tốc độ âm thanh. Độ xa. Tốc độ nạp hạt mài. Tốc độ cắt từ 25 - ÷ 130mm/ph. Tốc độ cắt càng lớn thì chất lượng bề mặt càng tốt.

Khả năng công nghệ:

Chiều rộng vết cắt điển hình là 0,76mm và lớn hơn. Tầm ảnh hưởng của dòng tia lên đến 200mm đối với vật liệu cứng. Áp suất hạ xuống sau

25mm. Độ chính xác phụ thuộc vào loại máy được sử dụng. Loại máy lớn với đầu phun dịch chuyển

trên khung đạt độ chính xác ±0,38mm. Các máy cỡ trung có thể độ chính xác ±0,127mm. Các máy hiện đại hiện nay có thể đạt độ độ chính xác ±0,064mm, độ thẳng đạt 0,05mm.

Một số đặc điểm và ứng dụng

Cắt các vật liệu rất cứng như titan, inconel, hợp kim đặc biệt, rẻ hơn các phương pháp gia công khác (plasma, laser,…).

Cắt được hầu như mọi vật liệu: thép tôi cứng, thép mềm, thép không rỉ, đồng thau, nhôm, vật liệu giòn như thuỷ tinh, gốm, thạch anh, và đá, tấm mỏng, vật liệu dễ cháy, cắt quặng mỏng hoặc quặng dày, tạo được mọi loại hình dạng với chỉ một dụng cụ cắt.

Cắt với một phạm vi bề dày lớn với dung sai hợp lý, không sinh nhiệt, vùng gia công không chịu tác động nhiệt, đây là phương pháp gia công cắt lạnh.

Độ nhám bề mặt có thể tốt như các phương pháp gia công truyền thống. Lực cắt không đáng kể, vì thế có rất ít hoặc không có Chi phí thấp: trung tâm AWJM sử dụng file DXF sẵn có (hoặc bản vẽ CAD khác). Không tốn

chi phí cho khuôn, đồ gá hay không yêu cầu chương trình CNC phức tạp, tỉ mỉ.

122

Phương pháp gia công tia nước hay tia nước có hạt mài có thể sử dụng thay thế cho các phương pháp gia công tia laser hay tia plasma nếu yêu cầu không có ảnh hưởng nhiệt tại đường cắt vật liệu.

14.4 Gia công bằng siêu âm (ultrasonic machining)

Khái niệm

G/c bằng siêu âm là truyền dao động vào vùng cắt dưới tần số siêu âm. Dđ này va đập vào hạt mài, hạt mài va đập vào vùng cắt tạo nên bề mặt cần g/c.

Siêu âm là sóng đàn hồi có tần số từ 20KHz ÷ 1GHz nhưng dùng để g/c với tần số 20 ÷ 30 KHz. Máy siêu âm dùng để g/c các chi tiết có cơ tính cứng và dòn như thủy tinh, gốm, sứ…

Nguyên lý g/c:

- Dđ có tần số từ 20 ÷ 30 KHz được máy phát siêu âm truyền đến bộ biến từ . Tại đây dao động biến thành dao động có cùng tấn số, còn biên độ dao động trong khoảng 5÷10µm, để có thể nhận được biên bộ dao động cần thiết cho việc g/c 30÷80µm. Cần phải có thanh truyền đặt sau bộ biến từ.

- Dụng cụ có hình dạng theo yêu cầu g/c được lắp vào đầu của thanh truyền . Dung dịch hạt mài được đưa vào vùng g/c ở phía đầu dụng cụ.

G/c siêu âm trong nhóm g/c cơ do đó khi g/c có lực tác dụng cơ học để bóc tách kim loại, tác dụng cơ học này thông qua hạt mài mang nặng lượng lớn va đập vào chi tiết g/c, do đó khi g/c bằng siêu âm thì khả năng g/c rất cao với những vật liệu có độ cứng, độ bền và độ giòn lớn. G/c bằng siêu âm phải có nguồn âm và phải xuất hiện hiện tượng từ giảo

Hình 14.17. Nguyên lý gia công siêu âm

123

Hình 14.18. Máy gia công bằng siêu âm

Hình 14.19. Các phần tử cơ bản của máy gia công bằng siêu âm

Khả năng công nghệ của phương pháp g/c bằng siêu âm

G/c siêu âm có thể g/c được các vật liệu có độ cứng, bền, giòn cao. Người ta sử dụng phương pháp khoan, khoét, doa để g/c những biên dạng lỗ tron, elip hay rãnh. Khi sử dụng phương pháp g/c để mài, cắt, xẻ rãnh thì yêu cầu chi tiết g/c phải có biên dạng gần giồng với biên dạng của dụng cụ cắt.