B b i =
3.2.4 Khoan –Khoét – Doa
Khoan, khoét, doa là những phương pháp gia cơng lỗ cĩ thể đạt chất lượng gia cơng khác nhau. Tùy theo hình dạng, kích thước, tính chất vật liệu, loại phơi và chất lượng yêu cầu mà việc ứng dụng cĩ khác nhau như : cĩ thể chỉ cần khoan; hoặc khoan, khoét, rồi doa; hoặc khoét rồi doa (trường hợp lỗ cĩ sẵn).
Về mặt cơng nghệ, muốn sử dụng hợp lý các phương pháp trên để đạt chất lượng và năng suất, ta cần phải hiểu rõ bản chất và khả năng cơng nghệ của chúng.
Để thực hiện khoan, khoét, doa cần các chuyển động sau: chuyển động cắt chính là chuyển động quay trịn của dao hoặc chi tiết, chuyển động chạy dao là chuyển động dọc trục chi tiết của dao.
1. Khoan
a) Khả năng cơng nghệ
Khoan thường sử dụng để gia cơng lỗ trên các phơi đặc (phơi chưa cĩ lỗ từ trước), khoan cĩ thể gia cơng các lỗ cĩ đường kính từ 1÷80mm, nhưng phổ biến nhất là các lỗ cĩ đường kính từ 35 mm trở xuống. Với các lỗ lớn hơn thì địi hỏi máy cĩ cơng suất cắt lớn, các lỗ bé đường kính mũi khoan quá nhỏ thì mũi khoan lại rất yếu, dễ gãy. Để giảm bớt dao động ngang của mũi dao (một nguyên nhân làm gãy mũi khoan), cĩ thể dùng tốc độ vịng quay cao và lượng chạy dao nhỏ. Với các lỗ đúc hay dập sẵn, nĩi chung khơng nên dùng khoan để gia cơng phá vì mũi khoan cĩ sức bền kém, khơng chịu nổi lớp vỏ cứng bên trong của lỗ cĩ sẵn, do đĩ nĩ càng yếu và bị lệch theo độ lệch cĩ sẵn của lỗ phơi.
Khoan khơng những thực hiện trên nhĩm máy khoan, máy phay, mà cịn thực hiện khá rộng rãi và thường xuyên trên các loại máy tiện vạn năng, tự động và bán tự động.
Độ chính xác gia cơng của khoan nĩi chung là thấp, chỉ đạt cấp chính xác 12 ÷13 và độ bĩng Ra = 3,2÷12,5 μm (∇3 - ∇4). Đối với các lỗ cĩ yêu cầu độ chính xác cao thì khoan chỉ là bước gia cơng thơ. Khoan cịn là bước chuẩn bị cho việc cắt ren lỗ tiêu chuẩn, tiện ren lỗ khơng tiêu chuẩn và tiện tinh các lỗ.
b) Kết cấu và thơng số hình học phần cắt mũi khoan
Dụng cụ để khoan là mũi khoan. Mũi khoan cĩ nhiều loại khác nhau như mũi khoan ruột gà, mũi khoan nịng súng, mũi khoan đặc biệt gia cơng lỗ sâu. Nếu gia cơng lỗ thường ( l/d < 5 ) thì mũi khoan ruột gà (tiêu chuẩn) là hợp lý nhất và rất thơng dụng.
Kết cấu chung mũi khoan ruột gà chia làm 3 phần (hình 3.35)
- Phần chuơi: là bộ phận dùng lắp vào trục chính của máy khoan để truyền momen xoắn và truyền chuyển động khi cắt. Mũi khoan đường kính lớn 20 mm thường làm cán hình cơn, cịn đường kính nhỏ hơn thì dùng cán hình trụ.
- Phần cổ dao: là phần nối tiếp giữa cán dao và phần làm việc. Nĩ chỉ cĩ tác dụng để thốt đá mài khi mài phần chuơi và phần làm việc. Thường ở đây ghi kích thước và nhẵn hiệu mũi khoan.
Hình 3.35 Kết cấu mũi khoan ruột gà ψ- 2ϕ - - ω
Phần trụ định hướng cĩ tác dụng định hướng mũi khoan khi làm việc. Nĩ cịn là phần dự trữ khi mài phần cắt đã mịn.
Đường kính cuả phần trụ định hướng giảm dần từ phần cắt về phần chuơi để tạo thành gĩc nghiêng phụ ϕ1. Lượng giảm thường từ 0,01 ÷ 0,08mm/ 100mmchiều dài. Trên phần định hướng cĩ hai rãnh xoắn để thốt phoi với gĩc xoắn ω = 180-200 (hình 3.35) thay đổi tùy theo đường kính và điều kiện gia cơng. Dọc theo rãnh xoắn ứng với đường kính ngồi cĩ hai dải viền chiều rộng f, chính cạnh viền này cĩ tác dụng định hướng mũi khoan khi làm việc, mặt khác nĩ cĩ tác dụng giảm ma
sát giữa mặt trụ mũi khoan và mặt lỗ gia cơng. Phần kim loại cịn lại giữa hai rãnh xoắn là lõi mũi khoan. Thường đường kính lõi làm lớn dần về phía chuơi để tăng sức bền mũi khoan. Lượng tăng thường từ: 1,4 -1,8mm/100mm chiều dài.
λo
Hình 3.36
Thơng số hình học phần cắt của mũi khoan
2ϕ
Mũi khoan gồm 5 lưỡi cắt : (hình 3.35) hai lũi cắt chính 1-2 và 3-4 ; hai lưỡi cắt phụ 2-5 và 4-6 ; một lưỡi cắt ngang 1-3.
và 4-6 ; một lưỡi cắt ngang 1-3.
Phần cắt : là phần chủ yếu của mũi khoan dùng để cắt vật liệu tạo ra phoi. Từ hình 3.36 cho ta các thơng số hình học của phần cắt của mũi khoan.
Phần cắt : là phần chủ yếu của mũi khoan dùng để cắt vật liệu tạo ra phoi. Từ hình 3.36 cho ta các thơng số hình học của phần cắt của mũi khoan.
- Mũi khoan gồm 5 lưỡi cắt : hai luỡi cắt chính; hai lưỡi cắt phụ; một lưỡi cắt ngang. - Mũi khoan gồm 5 lưỡi cắt : hai luỡi cắt chính; hai lưỡi cắt phụ; một lưỡi cắt ngang.
Lưỡi cắt phụ là đường xoắn chạy dọc cạnh viền của mũi khoan. Nĩ chỉ tham gia cắt trên Lưỡi cắt phụ là đường xoắn chạy dọc cạnh viền của mũi khoan. Nĩ chỉ tham gia cắt trên
một đoạn ngắn chừng một nửa lượng chạy dao.
Lưỡi cắt ngang khơng tham gia cắt mà cịn cản trở quá trình cắt, thường gĩc trước γ
của nĩ cĩ giá trị âm (hình 3.36). Vì vậy trong quá trình cắt người ta tìm cách giảm chiều dài của lưỡi cắt ngang.
Hai lưỡi cắt chính tạo thành hai gĩc nghiêng chính 2ϕ
Mặt trước của mũi dao là mặt xoắn. Mặt sau nĩ cĩ thể là mặt con, mặt xoắn, mặt phẳng hay mặt trụ tùy theo cách mài mặt sau.
Mũi khoan cĩ thể coi là hai dao tiện ghép với nhau bằng lõi hình trụ. Vì vậy cách xác định gĩc độ phần cắt của mũi khoan cũng như đối với dao tiện, bao gồm các gĩc trước γn, gĩc sau αn (trong tiết diện chính), gĩc nâng của lưỡi cắt chính λo trong hình chiếu mặt đầu, gĩc nghiêng chính ϕ, gĩc nghiêng của lưỡi cắt ngang ψ và gĩc xoắn ω (hình 3.36).
b) Thơng số chế độ cắt và hình học lớp cắt (hình 3.37) - Chiều sâu cắt t (mm): Lỗ khơng thơng (lỗ đặc) : t = D/2 Lỗ rỗng : 2 d D
t = − Trong đĩ: D – đường kính lỗ đang khoan; d – đường kính lỗ cĩ sẵn.
- Lượng chạy dao S (mm/vịg): là lượng tịnh tiến của mũi khoan ứng với một vịng quay của dao hoặc chi tiết.
Với mũi khoan 2 lưỡi cắt thì mỗi lưỡi cắt tính được: Sz=S/2.
-85- - Chiều dày cắt a:
a = Sz.sinϕ = S/2.sinϕ (mm) - Chiều rộng cắt b : Đối với chi tiết đặc :
ϕϕ 2.sin ϕ 2.sin sin D b t b = ⇒ =
Đối với chi tiết rỗng :
ϕϕ 2.sin ϕ 2.sin sin d D t b = = − (mm) Thơng số hình học lớp cắtHình 3.37 d) Lực cắt khi khoan (hình 3.38)
Tại mổi điểm của lưỡi cắt, lực tác dụng khác nhau. Để tiện cho việc nghên cứu, ta coi hợp lực của các lực phân bố trên lưỡi cắt tập trung tại điễm A cách tâm mũi khoan một đoạn bằng D/4 hay R/2. Lực cắt khi khoan chia làm 3 thành phần :
- Lực Pγ: lực hướng kính. Lực này cĩ tác dụng lên hai lưỡi cắt chính cĩ trị bằng nhau và ngược chiều nhau nên chúng triệt tiêu lẫn nhau. Trên hai lưỡi cắt phụ thì lực P'
y cũng triệt tiêu.
- Lực P0 : lực chiều trục. Lực này cĩ khuynh hướng chống lại lực chạy dao. Lực P0 bằng tổng các lực sau:
+ Lực chiều trục Px tác dụng lên lưỡi cắt chính. chiếm khoảng 40% lực P0. + Lực chiều trục P'
x tác dụng lên lưỡi cắt phụ, chiếm khoảng 3% lực P0. + Lực chiều trục Pn tác dụng lên lưỡi cắt ngang, chiếm khoảng 57% lực P0. - Lực Pz : lực tiếp tuyến. Lực này tạo ra momen cắt chính. Qua thực nghiệm chứng tỏ rằng 80% momen do lực tiếp tuyến tác dụng lên lưỡi cắt chính; 12% momen là do lực tiếp tuyến tác dụng lên lưỡi cắt phụ; cịn 8% trên lưỡi cắt ngang.
Hiện nay chưa cĩ cơng thức lý thuyết tính momen cắt và lực chiều trục. Người ta dùng cơng thức thực nghiệm sau: - Momen cắt: M = Cm Dxm Sym Km (Nm) - Lực chiều trục: P0 = C0 Dxp Syp Kp (N) Trong đĩ: C0, Cm: hệ số phụ thuộc tính chất vật liệu gia cơng;
Hình 3.38 Lực cắt khi khoan
Km, Kp :hệ số điều chỉnh.
c) Một số biện pháp cơng nghệ khi khoan
Khoan đạt độ chính xác thấp vì:
- Kết cấu của mũi khoan chưa hồn thiện
- Sai số do chế tạo và mài mũi khoan sinh ra (mài khơng đối xứng hai lưỡi cắt chính) sẽ làm cho lỗ gia cơng bị lay rộng ra. Mặt khác, phần trụ định hướng của mũi khoan cĩ độ cơn ngược về phía chuơi (giảm ma sát khi khoan), khi mũi khoan phải mài lại, lượng mài càng nhiều thì kích thước lỗ sẽ càng nhỏ đi. Nếu mài hai luỡi cắt của khoan khơng đều, lực tác dụng dọc trục của mũi khoan sẽ khơng đều làm cho lỗ khoan bị cong hoặc lệch đi (hình 3.39a). Trường hợp lỗ sau khi khoan bị cong hoặc lệch thường xuất hiện trên máy khoan hoặc máy phay (chi tiết đứng yên), cịn lỗ bị loe chủ yếu xuất hiện khi khoan trên máy tiện (hình 3.39b).
- Độ cứng vững của mũi khoan yếu, lại thêm cĩ lưỡi cắt ngang nên khi ăn vào chi tiết gia cơng, mũi khoan dể bị lệch khỏi tâm quay.
Để khắc phục những sai số đĩ, ngồi các yêu cầu đảm bảo về máy, dao … cịn cĩ các biện pháp cơng nghệ sau đây :
- Thực hiện khoan bằng cách cho vật quay, dao tịnh tiến như khi khoan trên máy tiện. Biện pháp này cĩ hiệu quả khi khoan lỗ sâu (hình 3.40 a,b).
- Dùng bạc dẫn khoan, đây là biện pháp tích cực, vừa cĩ thể nâng cao độ cứng vững của mũi khoan vừa đảm bảo chính xác vị trí tâm của mũi khoan.
- Dùng lượng chạy dao nhỏ để ít chịu ảnh hưởng của lực cắt.
- Khi khoan lỗ nhỏ, cĩ thể dùng mũi khoan to, ngắn, cĩ độ cứng vững cao để khoan mồi trước, định tâm cho mũi khoan sau.
Để tăng năng suất khi khoan, ngồi việc sử dụng các kết cấu hợp lý và tiên tiến của mũi khoan, cịn cĩ thể dùng các biện pháp sau đây :
- Dùng đồ gá để giảm bớt thời gian phụ và nguyên cơng lấy dấu. - Dùng đầu khoan nhiều trục để gia cơng nhiều lỗ cùng một lúc. - Dùng đầu khoan
Rơvonve để giảm thời gian thay dao khi cần gia cơng nhiều bước trên một nguyên cơng.
Hình 3.39 – Sai lệch của lỗ khi khoan a) Lỗ bị cong b) Lỗ bị loe
Hình 3.40 – Khoan trên máy tiện a) Khi chi tiết ngắn b) Khi chi tiết dài - Cung cấp đầy đủ
dung dịch trơn nguội để cĩ khả năng tăng năng suất và độ chính xác gia cơng.
2. Khoét
a) Khả năng cơng nghệ của khoét
Khoét là phương pháp gia cơng lỗ nhằm nâng cao độ chính xác của lỗ sau khi khoan hoặc đúc sẵn. Khoét cĩ thể đạt chính xác từ cấp 9-11, độ nhẵn bĩng bề mặt RZ = 2,5-10 μm (∇4 - ∇6). Khoét cĩ thể là nguyên cơng cuối hoặc trung gian giữa khoan và doa.
Mũi khoét cĩ nhiều lưỡi cắt hơn mũi khoan, nên độ cứng vững của nĩ cao hơn, vì thế đảm bảo độ chính xác và độ nhẵn bĩng bề mặt cao hơn khoan và sửa được những sai số về vị trí tương quan do khoan lỗ để lại. Cũng vì vậy, đối với các lỗ đúc sẵn, hay dập sẵn, khơng nên khoan phá mà cĩ thể dùng ngay khoét (hoặc tiện trong) để trừ bỏ về cơ bản những sai lệch về vị trí tương quan cĩ sẵn ở lỗ phơi. Ngồi ra, khoét cịn cĩ khả năng nâng cao lượng chạy dao nên cĩ năng suất cao hơn khoan.
Khoét cĩ nhiều cơng dụng khá rộng rãi. Ngồi lỗ trụ, khoét cịn cĩ khả năng gia cơng lỗ bậc (phối hợp cùng với khoan lỗ - hình 3-41a), khoét vát lỗ (hình 3-41b), khoét lỗ cơn (hình 3-41 c, d).
a) b)
Hình 3.41 – Cơng dụng của khoét
c) d
b) Kết cấu và thơng số hình học của mũi khoét
Kết cấu của mũi khoét rất giống mũi khoan, chỉ khác là chúng cĩ nhiều răng hơn (hình 3.42) và khơng cĩ lưỡi cắt ngang. Lưỡi khoét thường cĩ 3 – 4 răng. Nếu đường kính nhỏ hơn 35 mm thì làm 3 răng (hình 3.42), lớn hơn thì làm 4 răng (hình 3.43). Đơi khi người ta dùng mũi khoét cĩ 2 lưỡi cắt.
Mũi khoét gồm các loại chuơi liền, răng liền bằng thép giĩ (hình 3.42); chuơi rời, răng chắp bằng các mảnh hợp kim cứng (hình 3.44).
Thơng số hình học phần cắt của mũi khoét cũng gồm các gĩc tương tự như mũi khoan.
-89-
c) Thơng số hình học lớp cắt và chế độ cắt (hình 3.45)
Lượng dư để khoét 0,5 ÷ 2 mm (theo bán kính) phụ thuộc vào đường kính của lỗ.
Bước tiến S (mm/vịg) khi khoét bằng mũi khoét thép giĩ: 0,3 ÷1.2; bằng mũi khoét hợp kim cứng: 0,4 ÷ 1,5.
Tốc độ cắt V = 20 ÷ 35 m/phút với mũi khoét thép giĩ và V = 60 ÷ 200 m/phút với mũi khoét hợp kim cứng.
Hình 3.43 – Mũi khoét 4 răng thép giĩ, chuơi liền.
Hình 3.45 -Thơng số hình học lớp cắt và chế độ cắt khi khoét. A D Cổ Chuơi Phần cắt gọt Nhìn theo A Phần làm việc
Hình 3.42 - Mũi khoét 3 răng thép giĩ, chuơi liền.
3. Doa
a) Khả năng cơng nghệ
Doa là một phương pháp gia cơng bán tinh và tinh những lỗ đã khoét. Doa thực hiện trên máy doa, máy khoan, máy tiện hoặc bằng tay.
Doa cĩ thể đạt độ chính xác cấp 9 - 6 và Ra= 2,5 ÷ 0,63 (∇6 ÷ ∇8). Tuy vậy, doa khơng sửa được sai lệch về vị trí tương quan hoặc nếu cĩ thì rất ít.
b) Kết cấu và thơng số hình học của mũi doa
Kết cấu chung của mũi doa cũng giống mũi khoan, nhưng cĩ nhiều lưỡi cắt hơn và khơng cĩ lưỡi cắt ngang. Mũi doa cĩ từ 6 ÷16 lưỡi cắt và số lưỡi cắt luơn luơn chẵn. Mũi doa gồm các loại: mũi doa tay (hình 3.46) và mũi doa máy (hình 3.47).
Hình 3.46 Doa tay α γ γ1nhỏ α1=0 Hình 3.47 Doa máy
a) Chuơi rời b) Chuơi liền
γ=0 α=
Gĩc 2ϕ = 4 ÷12o để gia cơng gang và 2ϕ = 15 ÷30o để gia cơng thép (khi doa lỗ suốt).
Để mũi doa thốt ra khỏi lỗ được dễ dàng, trên phần trụ định hướng cĩ mài cơn ngược dọc theo cạnh viền, đường kính giảm dần về phía chuơi mũi doa khoảng 0,04 – 0.08/100mm chiều dài.
Bước giữa các răng mũi doa được làm khơng đều nhau, để các vết cắt khơng trùng nhau, nâng cao chất lượng gia cơng (tránh được chu kỳ sinh rung động). Nhưng các răng đối diện nhau phải nằm trên một đường thẳng đi qua tâm; điều kiện này rất quan trọng để kiểm tra đường kính mũi doa.
Ngồi ra chất lượng gia cơng đạt được cao bằng cách dùng mũi doa cĩ răng xoắn (hình 3.48), gĩc xoắn ω.
Hình 3.48 – Mũi doa cĩ rãnh xoắn ω
ω b)
a) Các rãnh xoắn trái khi quay
thuận (theo chiều kim đồng hồ) sẽ đẩy phoi thốt ra phía trước, loại trừ được nguy cơ phoi làm hỏng bề mặt gia cơng (hình 3.48a).
Trường hợp doa lỗ khơng suốt, nên để phoi thốt ra phía sau (phía chuơi) (hình 3.48b: rãnh xoắn phải và chiều quay thuận).
c) Thơng số cắt gọt và một số đặc điểm khi doa
Hình 3.49
Thơng số hình học lớp cắt Hình 3.49 thể hiện sơ đồ cắt gọt
khi doa.
Mũi doa cĩ số lưỡi cắt nhiều, γ lớn nên lưỡi cắt dao doa cắt được lớp phơi rất mỏng dù lượng chạy dao lớn. Khi doa thơ lượng dư doa khoảng 0,25-0,5 mm. Cịn doa tinh thì khoảng 0,05- 0,15 mm. Lượng dư của doa tương đối khắc khe. Nếu quá nhỏ dao sẽ bị trượt làm cho độ bĩng giảm. Ngược lại, khi lượng dư lớn, do phải chịu tải lớn, mài mịn làm sai kích thước cần đạt. Do đĩ khơng dùng dao đã mịn đểå doa thơ vì khi đĩ gĩc cắt
thay đổi nên dao cạo vào mặt gia cơng làm cho nĩ bị biến cứng và doa tinh sau này rất khĩ khăn.
Lượng chạy dao cĩ thể từ 0,5 ÷ 3,5 mm/vịng. Bởi vậy tốc độ doa tuy thấp (8-10 mm/vịng) nhưng năng suất vẫn cao.
Khi doa cĩ thể thực hiện bằng hai cách : cưỡng bức và tùy động.