Cắt kim loại: Ý nghĩa, lịch sử và nguyên tắc
Sau khi đọc bài viết này, bạn sẽ tìm hiểu về: - 1. Ý nghĩa của việc cắt kim loại 2. Lịch sử cắt kim loại 3. Các loại quy trình cắt 4. Các yếu tố 5. Phương pháp 6. Nguyên tắc 7. Vận tốc.
Ý nghĩa của việc cắt kim loại:
Cắt kim loại là quy trình loại bỏ vật liệu không mong muốn dưới dạng chip, từ một khối kim loại, sử dụng công cụ cắt sắt. Một người chuyên gia công được gọi là thợ máy. Một căn phòng, tòa nhà hoặc công ty nơi gia công được thực hiện được gọi là Cửa hàng máy.
Các yếu tố cơ bản liên quan đến quá trình này là:
(i) Một khối kim loại (chi tiết gia công).
(ii) Công cụ cắt.
(iii) Máy công cụ.
(iv) Cắt chất lỏng.
(v) Tốc độ cắt (Chuyển động chính).
(vi) Thức ăn (Chuyển động thứ cấp).
(vii) Khoai tây chiên.
(viii) Công việc giữ và sửa chữa.
(ix) Lực lượng và năng lượng tiêu tan, và
(x) Bề mặt hoàn thiện.
Các điều kiện thiết yếu để cắt kim loại thành công là:
(a) Chuyển động tương đối giữa công việc và công cụ cắt.
(b) Vật liệu dụng cụ phải cứng hơn vật liệu làm việc.
(c) Công việc và công cụ phải được giữ chắc chắn bởi khuôn và đồ đạc.
(d) Lưỡi cắt sắc bén của dụng cụ cắt.
(e) Chuyển động chính (Tốc độ cắt).
(f) Chuyển động thứ cấp (Cắt thức ăn).
Hầu như tất cả các sản phẩm được sản xuất bởi quá trình loại bỏ kim loại, trực tiếp hoặc gián tiếp. Những nhược điểm chính của quá trình là mất nguyên liệu ở dạng chip.
Lịch sử cắt kim loại:
Lịch sử cắt kim loại bắt đầu ở Ai Cập, nơi một thiết bị quay được gọi là dây cung được sử dụng để khoan lỗ trên đá.
Lịch sử cắt kim loại được nêu trong Bảng 9.1:
Các loại quy trình cắt (Hoạt động):
Gia công không chỉ là một quá trình; nó là một nhóm các quá trình Có nhiều loại hoạt động gia công. Mỗi trong số đó là chuyên ngành để tạo ra một phần hình học nhất định và chất lượng hoàn thiện bề mặt.
Một số quy trình cắt phổ biến hơn được hiển thị trong Hình 9.1:
(i) Biến:
Quay được sử dụng để tạo ra một hình trụ. Trong quy trình này, chi tiết gia công được quay và công cụ cắt sẽ loại bỏ vật liệu không mong muốn dưới dạng chip. Dụng cụ cắt có lưỡi cắt đơn. Chuyển động tốc độ được cung cấp bởi phần công việc quay và chuyển động của cấp liệu đạt được bằng công cụ cắt di chuyển chậm theo hướng song song với trục quay của chi tiết gia công.
(ii) Khoan:
Khoan được sử dụng để tạo ra một lỗ tròn. Trong quy trình này, dụng cụ cắt được quay và nạp vào phần công việc được cố định trong thiết bị giữ. Công cụ cắt thường có hai hoặc nhiều cạnh cắt. Công cụ được đưa vào theo hướng song song với trục quay của nó vào chi tiết gia công để tạo thành lỗ tròn.
(iii) Chán:
Nhàm chán được sử dụng để phóng to một lỗ đã khoan. Đây là một hoạt động hoàn thiện tốt được sử dụng trong giai đoạn cuối cùng của sản xuất sản phẩm.
(iv) Phay:
Phay được sử dụng để loại bỏ một lớp vật liệu khỏi bề mặt làm việc. Nó cũng được sử dụng để tạo ra một khoang trong bề mặt làm việc. Trong trường hợp đầu tiên, nó được gọi là phay tấm và trong trường hợp thứ hai, nó được gọi là phay cuối. Về cơ bản, quá trình xay xát được sử dụng để sản xuất một mặt phẳng hoặc bề mặt thẳng. Dụng cụ cắt được sử dụng có nhiều cạnh cắt. Chuyển động tốc độ được cung cấp bởi dao phay quay. Hướng của chuyển động thức ăn vuông góc với trục quay của công cụ.
(v) Cắt bỏ:
Cắt bỏ được sử dụng để cắt kim loại thành hai phần. Trong thao tác này, phần công việc được xoay và công cụ cắt di chuyển hoàn toàn vào bên trong để tách các thành phần.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cắt kim loại:
Các yếu tố hoặc thông số khác nhau ảnh hưởng đến quá trình cắt và do đó độ hoàn thiện bề mặt và độ chính xác của hình dạng bộ phận, được đưa ra trong Bảng 9.2:
Biến độc lập:
Các biến độc lập chính là:
(a) Vật liệu dụng cụ cắt, hình dạng, hình học, góc.
(b) Vật liệu mảnh làm việc, điều kiện, nhiệt độ.
(c) Các thông số cắt, chẳng hạn như tốc độ, cấp liệu và độ sâu cắt.
(d) Cắt chất lỏng.
(e) Thông số kỹ thuật máy công cụ.
(f) Giữ và sửa chữa công việc.
Các biến phụ thuộc:
Các biến phụ thuộc bị ảnh hưởng bởi những thay đổi trong các biến độc lập.
Các biến phụ thuộc chính là:
(a) Các loại chip hình thành.
(b) Vùng nhiệt độ tại giao diện công cụ làm việc.
(c) Công cụ hao mòn và hỏng hóc.
(d) Bề mặt hoàn thiện.
(e) Lực và năng lượng trong quá trình cắt.
Phương pháp cắt kim loại:
Có hai phương pháp cắt kim loại cơ bản dựa trên lưỡi cắt và hướng chuyển động tương đối giữa dụng cụ và công việc:
(i) Quá trình cắt trực giao (Hai chiều)
(ii) Quá trình cắt xiên (Ba chiều)
(i) Quy trình cắt trực giao:
Trong quá trình cắt trực giao, cạnh cắt vuông góc (90 độ) với hướng của thức ăn. Các chip chảy theo hướng bình thường để cắt cạnh của công cụ. Một công cụ hoàn hảo sắc nét sẽ cắt kim loại trên bề mặt giá đỡ.
Quá trình cắt trực giao được thể hiện trong hình 9.3. (a):
(ii) Quy trình cắt xiên:
Trong quá trình cắt xiên, cạnh cắt nghiêng theo một góc nhọn (dưới 90 độ) theo hướng của thức ăn. Các chip chảy sang một bên trong một cuộn dài. Con chip chảy theo hướng ở một góc với bình thường đến cạnh cắt của dụng cụ.
Một số tính năng so sánh chính của cả hai quy trình được đưa ra trong Bảng 9.3:
Nguyên lý cắt kim loại:
Một quy trình cắt kim loại điển hình bằng công cụ cắt một điểm được thể hiện trong Hình 9.2. Trong quá trình này, một công cụ hình nêm di chuyển so với phần công việc ở một góc a. Khi công cụ tiếp xúc với kim loại, nó gây áp lực lên nó. Do áp lực gây ra bởi đầu dao, kim loại sẽ cắt dưới dạng chip trên mặt phẳng cắt AB. Một con chip được sản xuất trước công cụ cắt bằng cách biến dạng và cắt vật liệu liên tục, dọc theo mặt phẳng cắt AB.
Mặt phẳng cắt thực sự là một vùng hẹp và kéo dài từ mép cắt của dụng cụ đến bề mặt của chi tiết gia công. Lưỡi cắt của dụng cụ được hình thành bởi hai bề mặt giao nhau.
Một chi tiết về các thuật ngữ khác nhau được đưa ra dưới đây:
(i) Bề mặt giá đỡ:
Nó là bề mặt giữa chip và bề mặt trên của dụng cụ cắt. Đó là bề mặt mà chip di chuyển lên trên.
(ii) Bề mặt sườn:
Nó là bề mặt giữa chi tiết gia công và đáy của dụng cụ cắt. Bề mặt này được cung cấp để tránh cọ xát với bề mặt gia công.
(iii) Góc giá (α):
Đó là góc giữa bề mặt giá đỡ và phần bình thường để làm việc. Góc giá có thể là dương hoặc âm.
(iv) Góc sườn / Góc giải phóng mặt bằng / Góc cứu trợ (γ):
Đó là góc giữa bề mặt sườn và bề mặt gia công ngang. Nó được cung cấp cho một số khe hở giữa bề mặt sườn và bề mặt gia công của chi tiết gia công để tránh tác động cọ xát của dụng cụ cắt lên bề mặt hoàn thiện.
(v) Khu vực biến dạng chính:
Đây là khu vực giữa đầu dao và mặt phẳng cắt AB.
(vi) Vùng biến dạng thứ cấp:
Đây là khu vực giữa bề mặt giá đỡ của dụng cụ và chip.
(vii) Khu vực biến dạng cấp ba:
Đó là khu vực giữa bề mặt sườn của dụng cụ và bề mặt gia công của chi tiết gia công.
Hầu như tất cả các quá trình cắt liên quan đến cùng một lý thuyết biến dạng cắt. Công cụ cắt được sử dụng trong quá trình cắt có thể là công cụ cắt một điểm hoặc đa điểm. Quay, xâu chuỗi và tạo hình, nhàm chán, vát cạnh và đối mặt là một số thao tác cắt được thực hiện bằng công cụ cắt một điểm. Phay, khoan, mài, khoan và chuốt là một số thao tác cắt được thực hiện bằng công cụ cắt đa điểm.
Cơ chế hình thành chip:
Một quy trình cắt kim loại điển hình bằng công cụ cắt một điểm được thể hiện trong Hình 9.5. Trong quá trình này, một công cụ hình nêm di chuyển so với phần công việc ở một góc α. Khi công cụ tiếp xúc với kim loại, nó gây áp lực lên nó. Do áp lực gây ra bởi đầu dao, kim loại sẽ cắt dưới dạng chip trên mặt phẳng cắt AB. Một con chip được sản xuất trước công cụ cắt bằng cách biến dạng và cắt vật liệu liên tục dọc theo mặt phẳng cắt AB.
Nghiên cứu kính hiển vi cho thấy chip được sản xuất bởi quá trình cắt. Quá trình cắt trong quá trình hình thành chip tương tự như chuyển động của các thẻ trong một cỗ bài trượt với nhau, như trong Hình 9.5. Cắt diễn ra dọc theo một khu vực cắt (mặt phẳng cắt). Mặt phẳng cắt thực tế là một vùng hẹp. Nó kéo dài từ cạnh cắt của dụng cụ đến bề mặt của chi tiết gia công.
Mặt phẳng này nằm ở một góc gọi là góc cắt (φ), với bề mặt của chi tiết gia công. Vùng cắt có ảnh hưởng lớn đến chất lượng bề mặt gia công. Bên dưới mặt phẳng cắt, chi tiết gia công được hình thành trong khi phía trên mặt phẳng cắt, con chip đã được hình thành và di chuyển lên trên mặt dụng cụ.
Tỷ lệ độ dày của chip trước khi cắt (t o ) với độ dày của chip sau khi cắt (t c ) được gọi là tỷ lệ độ dày chip.
Nó thường được đại diện bởi r, có thể được biểu thị như sau:
Độ dày chip sau khi cắt (t c ) luôn lớn hơn độ dày chip trước khi cắt (t o ). Do đó, giá trị của r luôn nhỏ hơn thống nhất. Đối ứng của r được gọi là tỷ lệ nén chip hoặc tỷ lệ giảm chip (1 / r). Tỷ lệ giảm chip là thước đo độ dày của chip đã trở nên so với độ sâu cắt (t 0 ). Do đó, tỷ lệ giảm chip luôn lớn hơn thống nhất.
Đạo hàm để tính toán các góc cắt:
Xem xét quá trình cắt trực giao để rút ra biểu thức để tính góc cắt, như trong Hình 9.6. Công cụ cắt được xác định bởi góc cào (α) và góc hở hoặc góc giảm (γ). Con chip được hình thành vuông góc với cạnh cắt của dụng cụ.
Sau đây là một số giả định được thực hiện cho các cơ chế hình thành chip:
(i) Công cụ nên liên lạc với chip trên mặt cào của nó.
(ii) xem xét các điều kiện biến dạng đồng bằng. Nó có nghĩa là không có dòng chảy bên của chip trong quá trình cắt.
(iii) Vùng biến dạng rất mỏng (theo thứ tự 10 -2 đến 10 -3 mm) tiếp giáp với mặt phẳng cắt AB.
Trong 9.6 trên. các ký hiệu sau được sử dụng:
góc nghiêng
- Góc giải phóng mặt bằng (cứu trợ)
- Góc cắt
AB - Mặt phẳng cắt
t 0 - Độ dày chip chưa cắt
t c - Độ dày chip (biến dạng)
Khu vực DEFG - Khu vực chip chưa cắt
Khu vực HIJK - Khu vực chip sau khi cắt.
Đây là mối quan hệ cần thiết để tính góc cắt (φ). Mối quan hệ này cho thấy phụ thuộc vào t 0, t c và α (góc cào). Nó có nghĩa là bằng cách đo t 0, t c và a của công cụ, góc cắt (φ) có thể được xác định bằng biểu thức trên.
Tỷ lệ độ dày chip (r) có thể được xác định bằng các phương pháp sau:
(i) Bằng cách sử dụng phương trình liên tục
(ii) Bằng cách cân một chiều dài đã biết của chip.
(iii) Bằng cách biết vận tốc chip (V c ) và vận tốc mảnh công việc (V).
(i) Bằng cách sử dụng phương trình liên tục:
Trọng lượng ban đầu của chip trước khi cắt = trọng lượng của chip sau khi cắt.
(ii) Bằng cách cân một chiều dài chip đã biết:
Nếu chiều dài cắt không được biết trực tiếp thì chúng ta có thể ước tính bằng cách cân một chiều dài đã biết của chip; sau đó
phép tính 'r' và ɸ từ các phương trình trên.
(iii) Bằng cách biết Vận tốc chip (V C ) và Vận tốc mảnh công việc (V):
Áp dụng phương trình liên tục như:
Bằng cách đặt giá trị của r và α, chúng ta có thể thu được góc cắt (φ).
Vận tốc trong quá trình cắt kim loại:
Do chuyển động tương đối giữa đầu dao và mảnh công việc và chip bị loại bỏ, có ba loại vận tốc ra đời.
Sau đây là:
(i) Tốc độ cắt hoặc Vận tốc (V):
Đó là vận tốc của dụng cụ cắt so với chi tiết gia công.
(ii) Vận tốc cắt (V s ):
Đó là vận tốc của chip so với phần công việc. Nói cách khác, vận tốc cắt xảy ra.
(iii) Vận tốc chip (V c ):
Đó là vận tốc của con chip lên mặt dụng cụ (mặt cào) trong quá trình cắt.
Hình 9.7. Vận tốc cắt kim loại.
Hình 9.7 cho thấy ba vận tốc và mối quan hệ của chúng:
Cho V - Vận tốc cắt
V s - Vận tốc cắt
V c - Vận tốc chip
- Góc cắt
góc nghiêng
r - Tỷ lệ độ dày chip
- Góc giải phóng mặt bằng
Do đó, sử dụng phương trình liên tục, khối lượng loại bỏ kim loại trước và sau là như nhau, do đó:
Vt = V c t c
V c / V = t / t c = r
Trong hình 9.7, sử dụng quy tắc sin cho các vectơ vận tốc chúng ta có thể viết:
Từ lý thuyết động học, vận tốc tương đối của hai cơ thể (công cụ và chip) bằng hiệu số vectơ giữa vận tốc của chúng so với cơ thể tham chiếu (phần công việc), sau đó
V = V C + V S
Lực lượng hành động trên chip:
Các lực khác nhau tác dụng lên chip trong quá trình cắt kim loại trực giao được thể hiện trong hình 9.8:
(i) Lực cắt (F s ):
Đó là hành động dọc theo mặt phẳng cắt. Đó là khả năng chống cắt của kim loại.
(ii) Lực bình thường (F n ):
Nó vuông góc với mặt phẳng cắt được tạo ra bởi chi tiết gia công.
(iii) Lực lượng bình thường (N):
Nó được sử dụng bởi đầu công cụ trên chip.
(iv) Lực lượng kháng chiến phân số (F):
Nó hoạt động trên chip và nó chống lại chuyển động của chip dọc theo mặt công cụ.
Hình 9, 8 (b) chỉ ra sơ đồ thân tự do của chip ở trạng thái cân bằng dưới tác dụng của các lực tổng hợp bằng nhau và ngược chiều về độ lớn và hướng.
Như vậy
Vì, con chip đang ở trạng thái cân bằng, nên chúng ta có thể nói rằng
Các loại chip được sản xuất trong gia công:
Các chip được sản xuất trong quá trình cắt kim loại không giống nhau. Loại chip được sản xuất phụ thuộc vào vật liệu được gia công và các điều kiện cắt.
Những điều kiện này bao gồm:
(a) Loại dụng cụ cắt được sử dụng.
(b) Tốc độ và tốc độ cắt.
(c) Công cụ hình học và góc cắt.
(d) Tình trạng của máy.
(e) Sự hiện diện / vắng mặt của chất lỏng cắt, v.v.
Nghiên cứu về chip được sản xuất rất quan trọng bởi vì loại chip được sản xuất ảnh hưởng đến bề mặt hoàn thiện của chi tiết gia công, tuổi thọ công cụ, độ rung, tiếng kêu, lực và yêu cầu công suất, v.v.
Điều quan trọng cần lưu ý là một con chip có hai bề mặt:
(a) Bề mặt sáng bóng:
Đó là bề mặt tiếp xúc với mặt cào của dụng cụ. Vẻ ngoài sáng bóng của nó được gây ra bởi sự cọ xát của chip khi nó di chuyển lên mặt dụng cụ.
(b) Bề mặt gồ ghề:
Đó là bề mặt không tiếp xúc với bất kỳ cơ thể rắn nào. Nó là bề mặt ban đầu của tác phẩm. Sự xuất hiện thô ráp của nó được gây ra bởi hành động cắt, như trong Hình 9, 9.
Về cơ bản, có ba loại chip thường được quan sát trong thực tế như trong Hình 9, 9:
Chúng được thảo luận dưới đây:
(i) Chip liên tục.
(ii) Chip liên tục có cạnh tích hợp.
(iii) Chip không liên tục hoặc phân đoạn.
(i) Chips liên tục:
Chip liên tục được sản xuất khi gia công nhiều vật liệu dẻo hơn như thép nhẹ, đồng và nhôm.
Do biến dạng dẻo lớn có thể với vật liệu dẻo hơn, chip liên tục dài hơn được sản xuất. Nó được liên kết với các góc công cụ tốt, tốc độ và nguồn cấp dữ liệu chính xác và việc sử dụng chất lỏng cắt.
Ưu điểm:
1. Họ thường sản xuất bề mặt tốt.
2. Họ mong muốn nhất vì các lực ổn định và hoạt động trở nên ít rung động hơn.
3. Chúng cung cấp tốc độ cắt cao.
Hạn chế:
1. Chip liên tục rất khó xử lý và loại bỏ.
2. Chip liên tục cuộn trong một vòng xoắn và cuộn quanh công cụ và làm việc và thậm chí có thể làm tổn thương người vận hành nếu đột ngột bị lỏng.
3. Các chip liên tục vẫn tiếp xúc với mặt dao trong thời gian dài hơn, dẫn đến nhiệt ma sát được sử dụng nhiều hơn để phá vỡ chip liên tục thành các phần nhỏ để các chip không thể cuộn quanh dụng cụ cắt.
Hình thức đơn giản nhất của bộ ngắt chip được thực hiện bằng cách mài một rãnh trên mặt dụng cụ một vài mm phía sau cạnh cắt. Đôi khi, một tấm kim loại nhỏ với mặt dụng cụ cắt được sử dụng làm bộ phận bẻ phoi.
Điều kiện cắt thuận lợi:
Các điều kiện cắt thuận lợi để sản xuất chip liên tục như sau:
tôi. Gia công vật liệu dẻo hơn như đồng, nhôm.
ii. Tốc độ cắt cao với thức ăn tốt.
iii. Góc cào lớn hơn.
iv. Lưỡi cắt sắc bén hơn.
v. Chất bôi trơn hiệu quả.
(ii) Chip liên tục có cạnh dựng sẵn:
Các chip liên tục có cạnh dựng sẵn (BUE) được sản xuất khi gia công vật liệu dẻo trong các điều kiện sau:
tôi. Nhiệt độ địa phương cao trong khu vực cắt.
ii. Áp suất cực lớn trong khu vực cắt.
iii. Ma sát cao ở giao diện chip-công cụ.
Các điều kiện gia công ở trên làm cho vật liệu gia công tuân thủ hoặc dính vào cạnh cắt của công cụ và tạo thành Cạnh dựng sẵn (BUE). Các cạnh tích hợp tạo ra nhiệt và ma sát cục bộ, dẫn đến bề mặt hoàn thiện kém, mất điện.
Các cạnh xây dựng thường được quan sát trong thực tế. Cạnh dựng lên thay đổi kích thước của nó trong quá trình cắt. Đầu tiên nó tăng, sau đó giảm, và sau đó lại tăng, v.v ... Chu kỳ này là nguồn rung động và bề mặt hoàn thiện kém.
Ưu điểm:
Mặc dù cạnh tích hợp thường không mong muốn, BUE mỏng, ổn định thường được mong muốn vì nó làm giảm sự mài mòn bằng cách bảo vệ mặt cào của dụng cụ.
Hạn chế:
tôi. Đây là một con chip cần tránh.
ii. Hiện tượng dẫn đến kết thúc bề mặt kém và hư hỏng của dụng cụ.
Điều kiện cắt thuận lợi:
Các điều kiện cắt thuận lợi để sản xuất chip liên tục có cạnh tích hợp như sau:
tôi. Tốc độ cắt thấp.
ii. Góc cào thấp.
iii. Thức ăn cao.
iv. Cung cấp không đủ chất làm mát.
v. Ái lực cao hơn (xu hướng hình thành liên kết) của vật liệu công cụ và vật liệu làm việc.
Giảm hoặc loại bỏ BUE:
Xu hướng hình thành BUE có thể được giảm bớt hoặc loại bỏ bởi bất kỳ một trong những thực hành sau:
tôi. Tăng tốc độ cắt.
ii. Tăng góc cào.
iii. Giảm độ sâu của vết cắt.
iv. Sử dụng dung dịch cắt hiệu quả.
v. Sử dụng một công cụ sắc nét.
vi. Ánh sáng cắt ở tốc độ cao hơn.
(iii) Chipset không liên tục hoặc phân đoạn:
Các con chip không liên tục được sản xuất khi gia công các vật liệu giòn hơn như gang xám, đồng, đồng thau, v.v ... với các góc cào nhỏ. Những vật liệu này thiếu độ dẻo cần thiết cho biến dạng chip nhựa đáng kể. Vật liệu thất bại trong một vết gãy giòn trước cạnh công cụ dọc theo khu vực cắt. Điều này dẫn đến các phân đoạn nhỏ của chip không liên tục. Không có gì sai với loại chip này trong những trường hợp này.
Ưu điểm:
tôi. Kể từ khi các chip chia thành các phân đoạn nhỏ, ma sát giữa công cụ và chip giảm đi, dẫn đến bề mặt hoàn thiện tốt hơn.
ii. Những con chip này thuận tiện để thu thập, xử lý và thải bỏ.
Hạn chế:
tôi. Do tính chất không liên tục của sự hình thành chip, các lực liên tục thay đổi trong quá trình cắt.
ii. Độ cứng hoặc độ cứng hơn của dụng cụ cắt, giá đỡ và thiết bị giữ công việc được yêu cầu do lực cắt khác nhau.
iii. Do đó, nếu độ cứng là không đủ, máy công cụ có thể bắt đầu rung và nói nhảm. Điều này, đến lượt nó, ảnh hưởng xấu đến độ hoàn thiện bề mặt và độ chính xác của thành phần. Nó có thể làm hỏng dụng cụ cắt hoặc gây ra sự mài mòn quá mức.
Điều kiện cắt thuận lợi:
Các điều kiện cắt thuận lợi để sản xuất chip không liên tục như sau:
tôi. Gia công vật liệu giòn.
ii. Góc cào nhỏ.
iii. Tốc độ cắt rất thấp.
iv. Độ cứng thấp của máy công cụ.
v. Độ sâu cắt cao hơn.
vi. Chất bôi trơn không đầy đủ.
vii. Vật liệu có chứa tạp chất cứng và tạp chất.
