Những yếu tố cơ bản của Dụng Cụ Cắt Gọt Kim Loại

Dụng cụ cắt hay còn gọi là dao là bộ phận của hệ thống công nghệ có nhiệm vụ trực tiếp tách phoi để hình thành bề mặt gia công. Kinh nghiệm cho thấy: dao có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình cắt gọt. Nó không những tác động trực tiếp tới chất lượng chi tiết mà còn chi phối không nhỏ tới vấn đề năng suất và giá thành chế tạo sản phẩm.

Trong thực tế vì bề mặt gia công là muôn hình muôn vẻ, do đó dao để phục vụ gia công cũng rất đa dạng. Để thuận tiện và tùy thuộc vào mục đích yêu cầu sử dụng mà người ta phân loại dao thành các nhóm khác nhau.

• Dựa vào vật liệu chế tạo dao thì có dao thép cacbon dụng cụ, dao thép hợp kim dụng cụ, dao thép gió, dao hợp kim cứng, dao kim cương...
• Dựa vào yêu cầu tính chất gia công dao được phân ra: dao gia công thô, dao gia công tinh, dao gia công bóng.
• Dựa vào số lưỡi cắt trên dao ta lại có các loại: loại một lưỡi cắt (như dao tiện, dao bào), dao hai lưỡi cắt (như mũi khoan), dao nhiều lưỡi cắt tiêu chuẩn (như dao phay, dao chuốt), dao phi tiêu chuẩn nhiều lưỡi cắt (như đá mài).
• Dựa vào kết cấu và đặc điểm làm việc ta có loại dao thường và loại dao định hình. Phổ biến hơn cả là căn cứ vào phương pháp gia công ta chia ra dao tiện, dao phay, mũi khoan, dao khoét, dao doa, đá mài, dao chuốt...

Trong tất cả các loại dao cắt gọt, do đặc điểm cấu tạo, dao tiện được coi là dao điển hình nhất. Tất cả những loại dao khác chẳng qua là sự phân tách hoặc tổng hợp của dao tiện.

Kết cấu của dụng cụ cắt gọt kim loại

Dao cắt gọt kim loại được cấu tạo bởi ba phần: phần làm việc còn gọi là phần cắt, phần gá đặt dao và phần cán dao

• Phần làm việc của dao (phần cắt) là phần của dao trực tiếp tiếp xúc với chi tiết gia công để làm nhiệm vụ tách phoi, đồng thời còn là phần dự trữ mài dao lại khi dao đã bị mòn.
• Phần gá đặt dao là một bộ phận của dao dùng để gá đặt dao lên máy nhằm bảo đảm vị trí tương quan giữa dao và chi tiết.
• Phần thân dao cũng là một phần trên dao nối liền giữa phần cắt và phần gá đặt dao.

Để hoàn thành tốt nhiệm vụ cắt gọt, về mặt kết cấu th ì phần cắt của dao được tạo bởi các bề mặt và lưỡi cắt thích hợp, bao gồm:

• Mặt trước dao là mặt của dao để phoi trượt lên đó thoát ra khỏi vùng cắt trong quá trình gia công.
• Mặt sau chính là mặt của dao đối diện với bề mặt đang gia công tr ên chi tiết. Vị trí tương quan của mặt này với mặt đang gia công của chi tiết quyết định mức độ ma sát giữa mặt sau chính dao và mặt đang gia công trên chi tiết.
• Mặt sau phụ là mặt trên phần cắt dao đối diện với bề mặt đ ã gia công trên chi tiết. Ý nghĩa của nó tương tự như mặt sau chính.
• Lưỡi cắt chính là giao tuyến giữa mặt trước và mặt sau chính. Trong quá trình cắt phần lớn lưỡi cắt chính tham gia cắt gọt. Phần trực tiếp tham gia cắt gọt của lưỡi cắt chính gọi là chiều dài cắt thực tế của lưỡi cắt - đó chính là chiều rộng cắt.
• Lưỡi cắt phụ là giao tuyến giữa mặt trước và mặt sau phụ. Khi cắt có một phần l ưỡi cắt phụ cũng tham gia cắt.
• Mũi dao là giao điểm của lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ. Mũi dao là vị trí của dao dùng để điều chỉnh vị trí tương quan giữa dao và chi tiết.
• Lưỡi cắt chuyển tiếp: Trong một số trường hợp (như dao phay một đầu) người ta cần tạo nên lưỡi chuyển tiếp giữa lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ.

Thông số hình học của dụng cụ cắt gọt kim loại

Kết quả thí nghiệm và thực tế sản xuất cho thấy: vị trí tương đối giữa các bề mặt và lưỡi cắt trên phần làm việc của dao so với các bề mặt tr ên chi tiết gia công có ảnh hưởng lớn đến quá trình cắt gọt. Vị trí của các bề mặt và lưỡi cắt được xác định bởi những góc độ trên phần làm việc của dao. Những góc độ đó gọi là những thông số hình học của dao.

Nói đến góc độ trên phần làm việc của dao nghĩa là nói đến vị trí tương quan giữa các bề mặt và lưỡi cắt so với hệ toạ độ nào đó được chọn làm chuẩn. Hệ toạ độ này gọi là hệ toạ độ xác định.

Trong nghiên cứu ứng dụng cho dụng cụ cắt, hệ toạ độ xác định được thành lập trên cơ sở của chuyển động cắt và bao gồm mặt phẳng cơ bản:

• Mặt cơ bản 1: được tạo bởi vectơ tốc độ cắt và vectơ chạy dao cắt
• Mặt cơ bản 2: được tạo bởi vectơ tốc độ cắt và vectơ chiều sâu cắt
• Mặt cơ bản 3:(còn gọi là mặt đáy) được tạo bởi vectơ cắt và vectơ cắt

Ngoài ba mặt cơ bản trên người ta còn sử dụng các mặt phẳng và tiết diện phụ trợ. Mặt phẳng phụ trợ gồm có mặt cắt. Mặt cắt đi qua một điểm nào đó trên lưỡi cắt là một mặt phẳng qua điểm đó tiếp tuyến với mặt đang gia công và chứa vectơ vận tốc cắt . (Nếu là lưỡi cắt thẳng thì mặt cắt chứa lưỡi cắt).

Những tiết diện phụ trợ bao gồm: tiết diện chính là tiết diện của đầu dao được cắt bởi mặt phẳng đi qua điểm cắt trên lưỡi cắt chính và vuông góc với lưỡi cắt chính. Tiết diện phụ là tiết diện của đầu dao do mặt phẳng vuông góc với lưỡi cắt phụ tại điểm cắt tạo nên.

Thông số hình học dao khi thiết kế

Các thông số hình học của dao nhằm xác định vị trí của mặt tr ước, mặt sau chính, mặt sau phụ và lưỡi cắt chính, lưỡi cắt phụ của đầu dao. Những thông số hình học này được xác định ở tiết diện chính, ở mặt đáy, ở tiết diện phụ và trên mặt cắt. Xét dao và chi tiết được gá đặt ở vị trí tương đối như sau: Mũi dao nằm trong mặt phẳng ngang chứa đường tâm máy, trục dao thẳng góc với đường tâm máy. Đây là vị trí qui ước

Để xác định vị trí các bề mặt và lưỡi cắt của dao, người ta dùng 10 thông số hình học: góc trước, góc sau, góc sắc, góc cắt, góc tr ước phụ, góc sau phụ, góc nghi êng chính, góc nghiêng phụ và góc nâng

Ở đây cần nhấn mạnh rằng: lưỡi cắt của dao nói chung không phải là đường thẳng, do đó nói góc độ dao là nói xác định tại một vị trí nào đó trên lưỡi cắt.

• Góc trước là góc tạo bởi mặt trước dao và mặt đáy do trên tiết diện chính. Giá trị góc trước xác định vị trí của mặt trước dao trong hệ toạ độ xác định. Độ lớn góc trước ảnh hưởng đáng kể đến khả năng thoát phoi.
• Góc sau là góc tạo bởi mặt sau chính của dao và mặt cắt, đo trên tiết diện chính. Giá trị góc sau quyết định vị trí mặt sau dao trong hệ toạ độ xác đ ịnh. Độ lớn góc sau xác định mức độ ma sát giữa mặt sau chính của dao và mặt đang gia công của chi tiết.
• Góc sắc là góc tạo bởi mặt trước và mặt sau chính của dao, đo trong tiết diện chính. Độ lớn của góc sắc quyết định độ bền của đầu dao.
• Góc cắt là góc tạo bởi mặt trước dao và mặt cắt (hoặc phương vận tốc cắt) đo trong tiết diện chính. Độ lớn của góc cắt biểu thị mặt trước dao.
• Góc nghiêng chính là góc tạo bởi lưỡi cắt chính của dao và phương chạy dao trên mặt đáy. Độ lớn của góc nghiêng chính xác định vị của lưỡi cắt chính dao trong hệ toạ độ xác định.
• Góc nghiêng phụ là góc tạo bởi lưỡi cắt phụ của dao và phương chạy dao, đo trên mặt đáy. Độ lớn góc nghiêng phụ xác định vị trí lưỡi cắt phụ của dao trong hệ qui chiếu xác định.
• Góc mũi dao là góc tạo bởi lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ, đo trên mặt đáy. Độ lớn góc mũi dao biểu thị cho độ bền của mũi dao. Thường giữa lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ được nối với nhau bằng một đoạn cong, bán kính cung cong đo trên mặt đáy gọi là bán kính mũi dao.
• Góc trước phụ là góc tạo bởi mặt trước của dao và mặt đáy đo trên tiết diện phụ. Độ lớn góc trước phụ cũng xác định vị trí mặt tr ước dao trong hệ toạ độ xác định.
• Góc sau phụ là góc tạo bởi mặt sau phụ của dao và mặt cắt đo trên tiết diện phụ. Giá trị của góc sau phụ xác định vị trí mặt sau phụ của dao trong hệ toạ độ xác định và quyết định mức độ ma sát giữa mặt sau phụ của dao v à mặt đã gia công của chi tiết.
• Góc nâng của lưỡi cắt là góc tạo bởi lưỡi cắt chính của dao và mặt đáy, đo trên mặt cắt. Độ lớn của góc nâng lưỡi cắt biểu thị vị trí của lưỡi cắt chính trong hệ toạ độ xác định. Giá trị của góc nâng lưỡi cắt có thể lớn hơn, nhỏ hơn hoặc bằng 0. Giá trị của góc nâng không những quyết định hướng thoát phoi khi cắt, mà còn quyết định điểm tiếp xúc đầu tiên của dao vào chi tiết khi cắt. Điều này có ý nghĩa lớn đối với độ bền của dao cũng như chất lượng gia công.

Giá trị các thông số hình học dao phải được xác định vừa đảm bảo điều kiện cắt, vừa phải đảm bảo khả năng làm việc của dao (tuổi bền dao). Bằng thực nghiệm người ta đã xác định được các giá trị hợp lý góc độ của dao tuỳ thuộc vào vật liệu gia công, vật liệu dao với các điều kiện cắt khác.

Những đặc điểm về điều kiện làm việc của dao

Phần cắt của dao trực tiếp làm nhiệm vụ tách phoi khi cắt. Thực nghiệm chứng tỏ rằng, để tách được phoi khi cắt dao đã làm việc trong những điều kiện hết sức khắc nghiệt. Những điều kiện đó có thể khái quát như sau:

• Khi cắt dao làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao, th ường từ 800-1000o và có khi cao hơn. Ở nhiệt độ cao thường có ảnh hưởng xấu đến cơ -lý tính của vật liệu.
• Trong quá trình cắt mỗi đơn vị diện tích trên bề mặt làm việc của dao phải chịu áp lực rất lớn. Điều đó dễ gây nên hiện tượng rạn nứt và gãy vỡ dao khi cắt.
• Khi cắt giữa các bề mặt tiếp xúc của dao với phoi v à chi tiết gia công xảy ra quá trình ma sát rất khốc liệt. Hệ số ma sát khi cắt lên đến 0,4-1,0.
• Trong nhiều trường hợp, khi cắt dao phải làm việc trong điều kiện va đập (như phay, bào, xọc), và sự dao động đột ngột về nhiệt độ. Sự dao động về tải trọng lực và nhiệt có ảnh hưởng rất xấu đến khả năng làm việc của dao.
• Ở một số phương pháp gia công (như chuốt, khoan) thì điều kiện thoát phoi, thoát nhiệt khi cắt rất hạn chế. Điều đó c àng làm tăng nhiệt độ trên dao khi cắt và dễ gây ra hiện tượng kẹt dao.

Những yêu cầu đối với vật liệu chế tạo dao

Trong những điều kiện làm việc như đã nêu trên, dao muốn cắt gọt được, phải thoả mãn các yêu cầu sau:

• Vật liệu chế tạo dao phải có độ cứng đảm bảo về nguyên tắc: dao muốn tách được phoi phải có độ cứng cao hơn độ cứng của chi tiết gia công, và độ cứng đó phải duy trì được ở nhiệt độ cắt. Cụ thể theo thực nghiệm, độ cứng ở nhiệt độ bình thường phải đạt được từ 61 HRC trở lên. Khi cắt ở nhiệt độ cao, độ cứng đó phải duy trì trên 55 HRC.
• Vật liệu chế tạo dao phải có độ bền và độ dẻo cần thiết. Có như vậy mới chịu được áp lực lớn và va đập lớn.
• Vật liệu chế tạo dao phải có khả năng chịu mài mòn cao.
• Vật liệu chế tạo dao phải chịu nhiệt tốt - có nghĩa là khi cắt ở nhiệt độ cao thì cơ - lý tính của vật liệu thay đổi trong một phạm vi cho phép.
• Vật liệu chế tạo dao phải có tính công nghệ tốt v à tính kinh tế cao. Điều đó có nghĩa là vật liệu dùng để chế tạo dao phải được gia công dễ dàng, dễ kiếm và giá thành rẻ.

Xem thêm

Hao mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt gọt kim loại

Gia công cắt gọt kim loại, Vật liệu làm dao cắt gọt kim loại là gì?

Hutscom - Nhà phân phối dụng cụ cơ khí, thiết bị công nghiệp uy tín tại thị trường Việt Nam
Mail: sales@hutscom.vn
Hotline: 0903 867 467
Địa chỉ: Phòng G7, Số 6 Phùng Khắc Khoan, Phường Đakao, Quận 1, TPHCM
Mail: sales@hutscom.vn
Hotline: 0903 867 467
Địa chỉ: Phòng G7, Số 6 Phùng Khắc Khoan, Phường Đakao, Quận 1, TPHCM