LỜI NÓI ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Quá trình cắt kim loại là một quá trình phức tạp có kèm theo hiện tượng vật
lý như biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, sinh nhiệt, toả nhiệt, lẹo dao, mòn dao Vì
vậy cần phải tìm hiểu và nắm vững bản chất những hiện tượng vật lý đó để có
những biện pháp cải thiện điều kiện cắt, điều khiển quá trình cắt nhằm đạt mục đích
cuối cùng là tăng chất lượng sản phẩm.
Bôi trơn-làm nguội kiểu tưới tràn đã được nghiên cứu và ứng dụng rất rộng
rãi trong ngành cơ khí. Tuy nhiên phương pháp này vẫn được các nhà khoa học tiếp
tục nghiên cứu với các hướng chủ yếu như:
Nâng cao hiệu quả của quá trình bôi trơn làm nguội.
Tìm các chất phụ gia nhằm nâng cao hoạt tính của dầu cắt gọt.
Nghiên cứu tìm các loại dầu cắt gọt mới ít độc hại, thân thiện với môi
trường
Do những hạn chế của phương pháp tưới tràn nên từ những năm 90 của thế
kỷ 20, ở các nước công nghiệp phát triển như CHLB Đức, Thuỵ Điển đã bắt đầu
nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bôi trơn làm nguội tối thiểu (Minium Quantity
Lubricant). Do có nhiều ưu điểm nổi bật và đặc biệt là không gây ô nhiễm môi
trường nên công nghệ này được nghiên cứu và ứng dụng rất rộng rãi trong sản xuất.
Hướng nghiên cứu chủ yếu tập trung vào các vấn đề như:
Tìm các loại dầu cắt mới đáp ứng các yêu cầu của công nghệ bôi trơn làm
nguội tối thiểu. Hoặc tìm các chất phụ gia để làm tăng tính cắt của các loại dầu
Nghiên cứu xác định áp suất và lưu lượng tưới tối ưu.
Cải tiến kết cấu dụng cụ để thích hợp với công nghệ bôi trơn làm nguội tối
thiểu.
Nghiên cứu ứng dụng bôi trơn làm nguội trong công nghệ tiện cứng, trong
gia công tốc độ cao
Các nghiên cứu đã chứng minh được ưu điểm của phương pháp bôi trơn tối
thiểu so với các phương pháp tưới truyền thống hay gia công khô [1], [3]. Trong
2

trong và ngoài nước về công nghệ sạch và thân thiện với môi trường.
Bổ xung thêm lý thuyết về cơ sở vật lý của quá trình tạo phoi khi có MQL.
b.Ý nghĩa thực tiễn.
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của bôi trơn làm nguội tối thiểu tới quá trình
gia công vật liệu là thép 9XC có thể áp dụng trực tiếp hoặc dùng để tham khảo khi
gia công các loại thép khác.
Đưa ra hướng dẫn công nghệ để quá trình tạo phoi thuận lợi nhất và độ mòn
của dụng cụ cắt là nhỏ nhất.
6. Nội dung nghiên cứu
Ảnh hưởng của bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) đến quá trình hình thành
phoi, dạng phoi và xác định hệ số co rút phoi (so sánh với tiện khô).
Cơ chế mòn, độ mòn của dụng cụ cắt khi có bôi trơn làm nguội tối thiểu
(MQL), (so sánh với tiện khô).
Kết luận chung.
7. Kết quả của đề tài
Đã tìm hiểu được một số lý thuyết cơ bản về bôi trơn làm nguội trong cắt
gọt, đặc biệt là bôi trơn tối thiểu trong quá trình tiện cứng.
Sử dụng thành công dầu thực vật sẵn có ở Việt Nam vào tiện cứng khi sử
dụng phương pháp bôi trơn tối thiểu.
Kết quả nghiên cứu đã cho thấy hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của phương pháp
tiện thép qua tôi sử dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu so với tiện khô.
8. Lời cảm ơn!
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới
PGS.TS. Nguyễn Đăng Bình, thầy giáo đã tận tình hướng dẫn và giúp em
hoàn thành luận văn này.
Trung tâm thí nghiệm - Trường ĐHKT Công nghiệp, phòng thí nghiệm kỹ
thuật và công nghệ vật liệu cùng các đồng nghiệp đã giúp em hoàn thành luận văn
này.
4
Thái Nguyên, ngày 05 tháng 11 năm 2011

milimet và coi như xảy ra trên mặt phẳng OF nghiêng với phương chuyển động dao
một góc θ, θ gọi là góc trượt: đặc trưng cho hướng và giá trị biến dạng dẻo trong
miền tạo phoi.
Tgθ = cosγ/(k – sinγ)
* Phân loại phoi.
Phoi dây (hình 1.2a) được hình thành khi gia công vật liệu dẻo với chiều sâu
cắt nhỏ, tốc độ cắt và góc trước γ lớn.
Phoi xếp lớp (hình 1.2b) được hình thành khi gia công thép và các vật liệu
dẻo khác với chiều sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trước γ nhỏ.
Phoi vụn (hình 1.2c) được hình thành khi gia công các vật liệu dẻo với chiều
sâu cắt lớn, tốc độ cắt và góc trước γ nhỏ.
Phoi vụn (hình 1.2d) được hình thành khi gia công các vật liệu giòn (gang)
với chiều sâu cắt và góc trước γ lớn.
a
P
a)
a
P
C
B
a
P
C
B
a
P
C
B
c)
b)

a
b)
P
2
1
C
δ
ψ
β
B
a
c)
P
2
1
C
δ
ψ
β
1
B
3
4
5
Biến dạng dẻo xảy ra trong vùng được giới hạn bởi góc Ψ, góc này được gọi là góc
tác động. Góc β
1
gọi là góc trượt, còn mặt phẳng BC gọi là mặt phẳng trượt.
Quá trình hình thành phoi trên đây xảy ra khi gia công các vật liệu dẻo với
chiều sâu cắt lớn và góc cắt δ nhỏ.

Hình 1.4. Sơ đồ quá trình hình thành phoi thép
Sự co rút phoi là đặc tính tiêu biểu nói lên mức độ biến dạng dẻo về lượng
của kim loại khi cắt gọt.
Phương pháp xác định hệ số co rút phoi được xác định bằng 2 phương pháp.
* Đo trực tiếp chiều dài, chiều dày phoi cắt ra bằng dụng cụ đo chiều dài
hoặc bằng kính hiển vi.
* Đo theo phương pháp trọng lượng. Trong trường hợp phoi cắt quá ngắn
(từ 5÷10 mm), chọn lấy một phoi tương đối thẳng, mang đo chiều dài và cân trọng
lượng. Diện tích của phoi cắt ra sẽ là :
F
p
= 10
3
.Q/γ .L
p
[4]
Trong đó: Q : khối lượng phoi (g)
γ : khối lượng riêng (g/cm
2
)
L
p
: chiều dài phoi (mm)
Vì thể tích của phoi không đổi nên ta có: L
p
.F
p
= L.s.t
Từ đó ta có: K = L/L
p


b
(N/mm
2
)
HB(N/mm
2
)
Độ co tương
đối (%)
Thép30KҐCA 1,9 322 770 2375 0,384
Thép 35 2,84 265 512 1500 0,531
Thép 20 X 3,64 235 438 1500 0,464
Đồng 6,5 - 245 726 0,9
Khi thay đổi vật liệu gia công hệ số co rút phoi thay đổi trong phạm vi rất
rộng.
Không tồn tại một quan hệ rõ rệt nào giữa hệ số co rút phoi và các thông số
đặc trưng cho tính chất cơ lí của vật liệu gia công.
Khi gia công các hợp kim Titan ta có hệ số co rút phoi nhỏ hơn đơn vị (chiều
dài phoi cắt ra lớn hơn quãng đường đi của dao) Ví dụ: khi tiện hợp kim Titan nhãn
hiệu BT2, hệ số co rút phoi khi V=5m/ph là 1,6, tăng tốc độ cắt từ 35÷50 m/ph hệ
số co rút phoi bằng 1, tăng thêm tốc độ cắt nữa thì hệ số co rút phoi trở nên nhỏ hơn
đơn vị và khi V=100m/ph hệ số co rút phoi bằng 0,8.
Có thể giải thích hiện tượng đó bằng những lí do sau:
Hợp kim Titan ít dẻo do đó sự biến dạng của kim loại khi cắt không thể có
giá trị lớn được.
Hợp kim Titan có tính dẫn nhiệt kém, do đó nhiệt độ khi cắt cao. Nhiệt độ
cao như vậy làm phoi bị giãn dài ra (khi V=40m/ph, t=1,5mm, S=0,11mm/vg nhiệt
độ tiếp xúc đạt đến 880
o

’
B’). Phoi khi thoát ra còn bị biến dạng thêm do
sự giao nhau trên cung cong (phương thoát phoi xem như thẳng góc với lưỡi cắt,
hình 1.8b) ngoài ra chiều dày cắt lúc này thay đổi dọc theo đoạn cong của lưỡi cắt
12
H.1.7. Sơ đồ tính toán sự co rút phoi
và có giá trị nhỏ hơn chiều dày cắt trên đoạn thẳng, do đó phoi trên đoạn cong bị
biến dạng nhiều hơn trên đoạn thẳng.
Trên đoạn cong của lưỡi cắt (khi λ>0
o
) giá trị của góc trước thay đổi và giảm dần
(theo chiều kim đồng hồ) khiến cho hệ số co rút phoi tăng.
Khi tăng bán kính mũi dao, hệ số co rút phoi tăng do chiều dài đoạn cong của
lưỡi cắt tăng.
* Ảnh hưởng của chế độ cắt
a. Tốc độ cắt.
Trong các yếu tố của chế độ cắt thì tốc độ cắt ảnh hưởng đến hệ số co rút
phoi nhiều nhất. Khi tăng tốc độ cắt đến một khoảng giá trị nào đó thì xuất hiện lẹo
dao làm giảm góc cắt, do đó hệ số co rút phoi giảm (Hình 1.9a, đoạn AB). Tiếp tục
tăng tốc độ cắt, chiều cao lẹo dao giảm làm cho góc cắt tăng lên khiến cho hệ số co
rút phoi lúc này tăng lên (đoạn BC). Khi tốc độ cắt tiếp tục tăng lên nữa vượt quá
khu vực hình thành lẹo dao thì hệ số co rút phoi giảm (đoạn CD) vì lúc này hệ số
ma sát giữa phoi và mặt trước giảm đi. Hình 1.9b cho quan hệ giữa tốc độ và hệ số
ma sát. Điểm A trên hình 1.9b tương ứng với điểm C trên hình 1.9a. Tại đó nhiệt độ
cắt khi gia công thép trung bình đạt khoảng 300÷400
o
C.
Khi tăng tốc độ cắt, chiều dài tiếp xúc giữa phoi và mặt trước của dao giảm
đi, do đó làm giảm ma sát và sự co rút phoi giảm.
13

.
14
Lấy một đoạn phoi có chiều dài ∆
x
, diện tích mặt bên của nó là hình bình hành
ABCD. Trước khi chuyển thành phoi hình bình hành có chiếm vị trí ABDE (hình
1.9b). Khi chuyển thành phoi, điểm E chuyển đến D, còn D chiếm vị trí điểm C.
Ta có: ε = ∆
x
/ ∆
s
, ở đây ∆
s
là độ dài của đoạn ED, DC hoặc AB = EF + FD.
Từ tam giác EFA ta có: EF = ∆
x
.ctg θ
Từ tam giác AFD ta có: FD = ∆
x
.tg(θ – γ) do đó ∆
s
= ∆
x
.ctgθ + ∆
x
.tg (θ – γ)
Từ đó suy ra: ε = ctgθ + tg(θ – γ)
Tìm quan hệ giữa ε và K.
Thay giá trị của θ (tgθ = cosγ / K – sinγ) vào phương trình trên ta có:
ε = K

* Các dạng mài mòn dao.
Phần cắt dao trong quá trình cắt thường bị mài mòn theo các dạng sau:
* Mài mòn theo mặt sau:
Được đặc trưng bởi một lớp vật liệu dao bị tách khỏi mặt sau trong quá trình
cắt và được đánh giá bởi chiều cao mòn h
s
. Mài mòn mặt sau thường xảy ra khi gia
16
Hình 1.10 – Các dạng mài mòn của dụng cụ cắt
công với chiều dày cắt nhỏ, đối với các loại vật liệu gia công giòn. Kết quả là góc
sau α giảm, tăng sự tiếp xúc giữa mặt sau dao và bề mặt đang gia công, tăng ma sát.
* Mài mòn theo mặt trước.
Một lớp vật liệu trên mặt trước dao bị tách đi dẫn đến góc trước dao γ âm,
tăng biến dạng và tăng tải trọng.
+ Mài mòn Crater.
Trong quá trình cắt, phoi trượt liên tục trên mặt trước hình thành một trung
tâm áp lực cách lưỡi cắt một khoảng nào đó nên mặt trước bị mòn theo dạng lưỡi
liềm (Crater). Vết lõm lưỡi liềm thường xảy ra dọc theo lưỡi cắt và được đánh giá
bởi chiều rộng B, chiều sâu h
t
và khoảng cách từ lưỡi dao đến vết lõm K
T
theo mặt
trước. Dạng mài mòn này thường xảy ra khi cắt vật liệu dẻo với chiều dày cắt a lớn
(a>0,6mm) dẫn đến góc γ tăng lên, phoi dễ thoá ra nhưng sẽ làm yếu dần lưỡi dao.
+ Mòn lưỡi cắt.
Dao bị mòn dọc theo lưỡi cắt tạo thành dạng cung hình trụ có bán kính ρ đo
theo mặt vuông góc lưỡi cắt. Dạng mòn này thường gặp khi gia công các loại vật
17
Hình 1.11– Mài mòn mặt sau

ưu và năng suất. Những thay đổi về lượng chạy dao có tác động đáng kể hơn đến
tuổi bền dụng cụ cắt so với do những thay đổi về chiều sâu cắt, lượng chạy dao tăng
50% thường làm giảm tuổi bền dụng cụ cắt 60%. Trong nhiều trường hợp, lượng
chạy dao lớn nhất cho phép phải phù hợp với công suất máy và yêu cầu chất lượng
bề mặt và là giải pháp phù hợp để tăng hiệu quả sử dụng máy. Có thể tăng tốc độ
bóc tách vật liệu cao hơn nhiều mà không làm giảm tuổi bền dao bằng các tăng
lượng chạy dao và giảm tốc độ cắt. Kỹ thuật này đặc biệt hiệu quả trong cắt thô, ở
đó lượng chạy dao lớn nhất phụ thuộc vào lực cắt lớn nhất mà lưỡi cắt và máy có
thể chịu đựng.
Tốc độ cắt.
Tốc độ cắt có ảnh hưởng lớn nhất đến tuổi bền dụng cụ cắt so với chiều sâu
cắt và lượng chạy dao. Khi tốc độ cắt tăng 50%, tuổi bền dao dựa trên mòn mặt sau
hoặc mòn lõm mặt trước thường giảm từ 80-90%.
* Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội đến mòn dụng cụ cắt.
Việc sử dụng dung dịch trơn nguội hợp lý có ảnh hưởng rất lớn đến mòn
dụng cụ cắt. Do dung dịch trơn nguội có khả năng làm giảm ma sát giữa dao và
phôi cũng như giữa dao và bề mặt gia công, nên có thể làm giảm mòn một cách
đáng kể.
Hơn nữa, dung dịch trơn nguội còn có khả năng làm giảm lực cắt và nhiệt cắt
như đã nói ở phần trên. Nên việc sử dụng trơn nguội vào quá trình cắt để làm tăng
tuổi thọ của dao hay để giảm lượng mòn dao là rất cần thiết.
19
3. LỰC CẮT KHI TIỆN
Trong quá trình cắt kim loại, để tách được phoi và thắng được ma sát cần
phải có lực. Lực sinh ra trong quá trình cắt nhằm thực hiện quá trình biến dạng và
ma sát.
Việc nghiên cứu lực cắt trong quá trình cắt kim loại có ý nghĩa cả lý thuyết lẫn
thực tiễn. Trong thực tế, những hiểu biết về lực cắt rất quan trọng để thiết kế dụng
cụ cắt, đồ gá, tính toán thiết kế máy móc thiết bị, Dưới tác dụng của lực và nhiệt,
dụng cụ sẽ bị mòn, bị phá huỷ. Muốn hiểu được quy luật mài mòn và phá huỷ dao

này cùng với lực ma sát tác dụng lên dao, cụ thể trên mặt trước và mặt sau dao.
20
P
dh1
P
dh2
P
d1
P
d2
P
bd
F
ms1
F
ms2
F
ms
P
bd
P
Dao
Phoi
Chi tiết
Trên hình 1.14. trong trường
hợp cắt tự do, ta có:

Trên đây hệ lực được xét là hệ lực phẳng, nhưng nói chung trong cắt gọt thực
tế thì lực cắt là một hệ lực không gian. Để tiện cho việc nghiên cứu, tính toán, đo
đạc và kiểm tra, ta có thể nghiên cứu lực cắt thông qua các thành phần của chúng.

Cpv = Pv = p trong điều kiện a=1mm. B=1mm và dao Tiêu chuẩn
Trong thực tế, hằng số lực cắt Cp được xác định bằng thực nghiệm và cho
theo bảng trong các sổ tay cắt gọt.
σb (N/mm2)
300-400 400-500 500-600 600-700 700-800
Cpv (N) 1270 1390 1490 1630 1840
HB (N/mm2) 1400-1600 1600-1800 1800-2000
Cpv (N) 920 990 1050
Từ các bảng trên ta có nhận xét:
Khi vật liệu có độ bền hoặc độ cứng càng cao thì lực cắt càng lớn bởi vì công
thực hiện biến dạng cũng như thắng ma sát càng phải lớn.
Lực cắt cần thiết để cắt gang (vật liệu dòn) nhỏ hơn khi cắt thép (vật liệu
dẻo) bởi vì khi cắt gang công biến dạng nhỏ và hệ số ma sát của gang cũng
nhỏ hơn của thép.
* Các yếu tố ảnh hưởng của điều kiện cắt đến lực cắt.
Điều kiện cắt gọt bao gồm nhiều yếu tố như chế độ cắt v, s, t; độ cứng vững
của hệ thống công nghệ; có hay không tưới dung dịch trơn nguội vào vùng cắt…Ở
đây ta chỉ khảo sát ảnh hưởng của chế độ cắt đến lực cắt.
Khảo sát ảnh hưởng của các thông số v, s, t đến lực cắt trong quá trình cắt.
Sử dụng nguyên lý cộng tác dụng, khi nghiên cứu ảnh hưởng của một thông số nào
đó, trong thí nghiệm ta cho tất cả các yếu tố khác không thay đổi và chỉ cho yếu tố
22
Bảng 1.2.b. Hằng số lực cắt Cp khi cắt vật liệu dòn [4]
Bảng 1.2.a. Hằng số lực cắt Cp khi cắt vật liệu dẻo [4]
đang xét thay đổi, sau đó tổng hợp lại ta nhận được ảnh hưởng đồng thời của các
yếu tố xét đến lực cắt.
+ Ảnh hưởng của chiều sâu cắt.
Vì chiều rộng cắt b = t/sinϕ có ý nghĩa vật lý trong quá trình cắt nên ta sẽ
khảo sát ảnh hưởng của b đến lực cắt Pv.
Thực hiện cắt thử nghiệm với các yếu tố khác không đổi, cho b thay đổi các

x ≈
loga
logP
v
θ
.
p
v
v
y
v p
P C a=
Từ đồ thị ta nhận thấy rằng khi tăng chiều dày cắt a thì lực cắt cũng tăng,
nhưng không tăng nhiều như đối với b, vì rằng khi tăng a thì sẽ tăng độ lớn của góc
tách phoi dẫn đến giảm lực cắt đơn vị, mặt khác khi tăng a thì không làm tăng chiều
dài làm việc thực tế của lưỡi cắt một cách tuyến tính như khi tăng chiều rộng cắt
b.Từ đồ thị (logP
v
-loga) có dạng tuyến tính, ta có thể xác định được số mũ
v
p
y tg
θ
=
, theo thực tế thì
1
v
p
y <
còn khi cắt thép thì

vậy để đơn giản trong công thức tính lực cắt ta thường bỏ qua yếu tố v.
+ Ảnh hưởng của dụng cụ cắt.
Thực tế cho thấy vật liệu chế tạo dao và thông số hình học của dao có ảnh
hưởng trực tiếp đến lực cắt.
Qua khảo sát bằng thực nghiệm, ảnh hưởng bởi các yếu tố liên quan của
dụng cắt đến lực cắt được biểu thị qua các hệ số điều chỉnh trong công thức kinh
nghiệm tính lực cắt.
KPv= Kγ.K
ϕ
.KR.KΔ.Kl
24
v v
p p
x y>
với Kγ, Kϕ, KR, KΔ, Kl là các hệ số điều chỉnh liên quan đến góc trước, góc
nghiêng chính, bán kính mũi dao, độ lớn mài mòn mặt sau và việc tưới dung dịch
trơn nguội vào khu vực cắt.
Tổng hợp ta có thể lập được phương trình kinh nghiệm tính lực cắt như sau:
'
. . .
p p
v v
v v
x y
v p p
P C t s K
=
Tương tự ta cũng nhận được phương trình tính các thành phần lực Ps và Pt
có dạng như trên.
Các giá trị hằng số lực cắt Cp, các số mũ xp, yp và các hệ số điều chỉnh K