Trong giai đoạn hiện nay thì ngành nghề gia công kim loại đang ngày càng trở nên phổ biến và quan trọng trong các khâu sản xuất của các doanh nghiệp. Trên thực tế thì không phải ai cũng hiểu các phương pháp gia công cắt gọt kim loại là gì và ứng dụng của công nghệ cắt gọt trong đời sống, sản xuất.
Mục lục bài viết
1. Cắt gọt kim loại là gì?
Cắt gọt kim loại được hiểu như sau:
Nếu muốn cắt bỏ đi một lớp kim loại dư thừa ra khỏi bề mặt cần gia công để nhằm mục đích có thể đạt được hình dáng, kích thước, độ chính xác, độ bóng bề mặt và các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết, trên các máy gia công cắt gọt kim loại (máy tiện, phay, bào, khoan, doa, mài…) bằng phương pháp cắt gọt thì các chủ thể cũng sẽ cần phải dùng các dụng cụ thường gọi là dụng cụ cắt gọt (cụ thể có thể kể đến như: dao tiện, phay, mũi khoan, đá mài..)
Cắt gọt kim loại về bản chất được hiểu chính là quá trình gia công cơ khí trên bề mặt kim loại để nhằm từ đó có thể tạo nên những sản phẩm cơ khí có kích thước, hình dáng và độ bóng bề mặt khác nhau tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật từ một phôi vật liệu ban đầu. Việc các chủ thể thực hiện việc cắt gọt kim loại để các vật thể trở thành các sản phẩm hoàn thiện này chúng ta có thể thực hiện bằng tay hoặc bằng máy, tuy nhiên hiện nay thì đa số các quá trình cắt gọt kim loại đều được gia công bằng các loại máy móc hiện đại và có năng suất cao.
Nghề cắt gọt kim loại trong giai đoạn hiện nay cũng đang được đào tạo tại nhiều tại các trường nghề uy tín trên khắp cả nước. Khi các đối tượng đã hoàn thành khóa học thì các học viên sẽ dễ dàng thực hiện được các thao tác cụ thể như tiện, bào, phay, doa các chi tiết kỹ thuật cơ bản đến phức tạp. Ngoài ra nhiều người còn có thể sử dụng máy tính để có thể từ đó thiết kế ra các khuôn mẫu, chi tiết máy.
Ta hiểu về gia công cắt gọt kim loại như sau:
Gia công cắt gọt kim loại thông thường sẽ được thực hiện ở nhiệt độ bình thường của môi trường (cả trước và sau nguyên công nhiệt luyện ). Gia công cắt gọt kim loại cho độ bóng và độ chính xác cao hơn các phương pháp gia công như hàn, đúc, rèn, dập nóng hay nhiều phương pháp cụ thể khác.
Gia công bằng cắt gọt thông thường là gia công lần cuối nhằm mục đích để có thể tạo cho chi tiết máy chính xác về hình dạng và kích thước. Khả năng chế tạo chi tiết máy chính xác hay không chính xác, tốt hay xấu là tùy thuộc vào trình độ kỹ thuật và khả năng của thiết bị gia công.
Phương pháp gia công bằng cắt gọt chiếm 30% khối lượng công việc gia công cơ khí và trong tương lai thì phương pháp gia công cắt gọt kim loại cũng sẽ có thể nhiều hơn.
Cắt gọt kim loại trong tiếng Anh là: Metal cutting.
2. Tìm hiểu về dao cắt gọt kim loại:
Đặc điểm làm việc của dao cắt gọt kim loại:
– Khi tiến hành cắt, dao cắt gọt kim loại sẽ làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao (800 đến 1000 độ C) có ảnh hưởng xấu đến cơ lý tính của vật liệu.
– Trong qúa trình cắt thì mỗi đơn vị diện tích trên bề mặt làm việc của dao phải chịu lực rất lớn điều đó chỉ gây nên hiện tượng rạng nứt và gãy vở dao khi cắt.
– Khi dao cắt gọt kim loại tiến hành cắt giữa bề mặt tiếp xúc của dao và phoi với chi tiết gia công xảy ra quá trình ma sát rất lớn. Hệ số ma sát lên đến (0,4 – 1).
– Nhiều trường hợp khi cắt dao cắt gọt kim loại phải làm việc trong điều kiện bị va đập (như phay, bào, xọc, tiện… ) và sự dao động đột ngột về nhiệt độ có ảnh hưởng rất xấu đến khả năng làm việc của dao cắt gọt kim loại.
– Ở một số phương pháp gia công (chuốt, khoan) thì điều kiện thoát phoi, thoát nhiệt khó khăn làm tăng nhiệt đo, dễ gây ra hiện tượng kẹt dao.
3. Các vật liệu làm dao cắt gọt kim loại:
Mỗi loại dụng cụ cắt gọt trên thực tế sẽ đều được chế tác từ những vật liệu khác nhau và công dụng của từng loại vật liệu cũng theo đó mà có sự khác biệt. Để có thể làm dụng cụ cắt gọt, người ta có thể dùng các loại dụng cụ khác nhau tuỳ thuộc váo tính cơ lý của vật liệu cần gia công và diều kiện sản xuất cụ thể. Các vật liệu làm dao cắt gọt kim loại bao gồm:
– Thứ nhất: Thép Cacbon dụng cụ
Thép cacbon dụng cụ được biết đến là một loại thép có hai thành phần cơ bản chính là sắt và cacbon, trong khi các nguyên tố khác có mặt trong thép cacbon là không đáng kể.
– Thứ hai: Thép hợp kim dụng cụ:
Thép hợp kim dụng cụ được biết đến là thép (với thành phần chính là sắt và cacbon) được nấu pha trộn với các nguyên tố hoá học khác (đồng, mangan, niken,…) với tổng lượng nguyên tố thêm vào nằm khoảng từ 1,0% đến 50% tổng khối lượng hỗn hợp để cải thiện chất lượng thép thành phẩm. Tuỳ theo số lượng khác nhau của các nguyên tố và tỷ lệ của chúng trong thép mà thay đổi độ cứng, độ đàn hồi, tính dễ uốn, sức bền và khả năng chống oxy hoá của thép thành phẩm.
Các nguyên tố hợp kim như: Cr, W, Co, V có tác dụng quan trọng để làm tăng tính thấm tôi của thép, tăng tính chịu nóng đến 300 độ C, tương ứng với tốc độ cắt cao hơn thép cacbon khoảng 20%.
– Thứ ba: Thép Gió HSS (HSS – High Speed Steel)
Thép gió được biết là một loại thép dụng cụ có tính chịu nóng rất cao và độ cứng lớn, loại thép này bao gồm các mác thép hợp kim hóa cao, được dùng chủ yếu để làm các dụng cụ cắt gọt. Ở đa số các quốc gia khác thép gió được gọi là “thép cắt nhanh” (thí dụ, tiếng Anh: high speed steel) vì thép này khi làm dụng cụ cắt gọt cho phép làm việc với tốc độ rất cao mà không giảm độ cứng của dụng cụ cắt gọt.
– Thứ tư: Hợp kim cứng WC và TiC:
Trong tất cả các loại vật liệu được sử dụ ng để làm dụng cụ cắt thường dùng, hợp kim cứng là loại có tính cứng nóng cao hơn cả, hơn 800 độ C, tốc độ cắt có thể đạt tới hàng trăm m/min.
Thành phần chủ yếu của mọi loại hợp kim cứng là cacbit: WC (chiếm tỷ lệ cao nhất), TiC, TaC rất cứng và nhiệt độ chảy rất cao, ngoài ra còn có lượng nhỏ côban làm chất dính kết, nhờ vậy bảo đảm độ cứng, tính chống mài mòn và cứng nóng rất cao, hơn nữa đây là bản chất tự nhiên không phải qua nhiệt luyện.
Hiệu quả sử dụng hợp kim cứng trong cắt gọt cao hơn hẳn thép gió nhưng không thể làm mất vị trí của thép gió là do những nhược điểm nhất định.
– Thứ năm: Kim cương nhân tạo:
Kim cương nhân tạo hay kim cương tổng hợp thực chất chính là loại đá được sản xuất với ánh quang, tính chất vật lý giống như một viên kim cương tinh khiết và do con người và máy móc hiện đại làm ra.
4. Những yêu cầu đối với vật liệu làm dao cắt gọt kim loại:
– Thứ nhất: Độ cứng:
Thường vật liệu cần gia công trong chế tạo cơ khí là thép, gang… có độ cứng cao, cũng chính bởi vì thế mà để có thể cắt được, vật liệu làm dụng cụ cắt gọt phải có độ cứng cao hơn (60 – 65HRC)
– Thứ hai: Độ bền cơ học:
Dụng cụ cắt gọt thông thường phải làm việc trong điều kiện rất khắc nghiệt : tải trọng lớn không ổn định, nhiệt độ cao, ma sát lớn, rung động…. Dễ làm lưỡi cắt của dụng cụ sứt mẻ. Cũng chính bởi vì thế mà vật liệu làm dụng cụ cắt gọt cần có độ bền cơ học (sức bền uốn, kéo, nén, va đập…) càng cao càng tốt.
– Thứ ba: Tính chịu nóng:
Ở vùng cắt, nơi tiếp xúc của chi tiết gia công và dụng cụ cắt, do kim loại bị ma sát tạo nên nhiệt độ rất cao (700 đến 800 độ C), có khi đạt đến hàng ngàn độ (khi mài – cà). Ở nhiệt độ này vật liệu làm dụng cụ cắt có thể bị thay đổi cấu trúc làm cho các tính năng cắt giảm xuống. Cũng chính do vậy nên vật liệu phần dụng cụ cắt cần có tính chịu nóng cao trong một thời gian dài.
– Thứ tư: Tính chịu mài mòn:
Dao gọt kim loại làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao, ma sát lớn thì sự mài mòn dao là điều thường xảy ra. Thông thường vật liệu càng cứng thì tính chống mài mòn càng cao. Tuy nhiên ở điều kiện nhiệt độ cao khi cắt thì hiện tuợng mài mòn cơ học không còn là chủ yếu nữa, mà ở đây sự mài mòn chủ yếu do hiện tượng chảy dính (bám dính giữa vật liệu gia công và vật liệu làm dụng cụ cắt) là cơ bản. Ngoài ra do việc giảm độ cứng ở phần cắt do nhiệt độ cao khiến cho lúc này hiện tượng mòn xảy ra càng khốc liệt. Cũng do vậy mà vật liệu làm dụng cụ cắt gọt phải có tính chịu mòn cao.
– Thứ năm: Tính công nghệ:
Vật liệu làm dụng cụ cắt phải dễ thực hiện việc chế tạo: dễ rèn, cán, dễ tạo hình bằng cắt gọt, có tính thấm tôi cao, dễ nhiệt luyện… Ngoài các yêu cầu chủ yếu được nêu cụ thể bên trên, vật liệu làm dụng cụ cắt gọt phải có tính dẫn nhiệt tốt, độ dai chống va đập cao và giá thành rẻ.
