Tuổi thọ dụng cụ cắt gọt cơ khí, phương trình tính tuổi thọ dụng cụ cắt của Taylor

Đăng bởi: Tinh HàDanh mục: Tin kỹ thuật

Trong bài viết này, hãy cùng Tinh Hà tìm hiểu tuổi thọ của dụng cụ cắt là gì, phương trình tính tuổi thọ dụng cụ cắt của Taylor, các yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ dụng cụ cắt là gì và cuối cùng chúng ta sẽ biết cách tính tuổi thọ của dao.

Tuổi thọ của dụng cụ là một thông số rất quan trọng của bất kỳ dụng cụ cắt nào vì thông qua tuổi thọ của dụng cụ, chúng ta có thể biết được dụng cụ cắt này sẽ sử dụng được trong bao lâu thông qua tính toán bằng công thức tính tuổi thọ dao của Taylor.

Tuổi thọ dụng cụ cắt là gì?

Tuổi thọ của dụng cụ cắt là khoảng thời gian giữa hai lần mài lại liên tiếp mà dụng cụ cắt vật liệu một cách hiệu quả.

Tuổi thọ của dụng cụ cắt là một yếu tố quan trọng trong công việc sản xuất vì rất nhiều thời gian bị mất mỗi khi một dụng cụ cần mài lại và lắp đặt lại trên máy gia công.

Tuổi thọ dụng cụ cắt cũng có thể được định nghĩa là thời gian gia công thực tế mà một dụng cụ cắt mới hoạt động tốt đến khi nó cần được cải tạo hoặc thay thế.

Tuổi thọ dụng cụ dựa trên tiêu chí khối lượng vật liệu loại bỏ được tính như sau:

Khối lượng vật liệu được loại bỏ mỗi phút

V = π D × t x f × N (mm3 / phút)

V = π D × t x f × N × T (mm3)

Tốc độ cắt

C = [π DN] /60 (m/giây) 

    = [π DN] /1000 (mm/phút) 

πDN = 1000 x C

Qua đó, chúng ta có công thức tính khối lượng vật liệu:

V = 1000 x C × t x f × T (mm3)

Trong đó:

D = Đường kính của phôi tính bằng mm 

t = độ sâu của vết cắt tính bằng mm 

F = bước tiến dao tính bằng mm / vòng quay 

N = vòng quay của phôi tính bằng vòng / phút 

T = thời gian hỏng dụng cụ tính bằng phút

V = Khối lượng vật liệu 

Phương trình tính tuổi thọ dụng cụ cắt của Taylor

Đây là phương trình của F.W Taylor, dựa vào quan hệ với tốc độ cắt, tuổi thọ của dao có thể được biểu thị bằng

V x Tn = C

Nếu điều kiện ban đầu V1, T1 và điều kiện thứ hai V2, T2 thì có thể được viết là,

V1 × T1n = V2 × T2n

(V1/V2) = (T2/T1)n

Trong đó:

V = Tốc độ cắt (m / phút) 

T = Tuổi thọ dụng cụ (phút) 

n = một hằng số có giá trị phụ thuộc vào vật liệu của dụng cụ cắt & công việc, được gọi là Chỉ số tuổi thọ của dụng cụ. 

(Thông thường, n = 0,08 đến 0,2 đối với dụng cụ HSS, n = 0,2 đến 0,4 đối với dụng cụ carbide, n = 0,5 đến 0,7 đối với dụng cụ ceramic, n = 0,1 đến 0,15 đối với hợp kim đúc)

C = một hằng số, được gọi là hằng số gia công

Phiên bản sửa đổi phương trình tính tuổi thọ dao của Taylor:

V x Tn × fn1 × dn2 = C

Trong đó

f = bước tiến dao theo mm / vòng quay 

d = độ sâu của vết cắt tính bằng mm

Tốc độ cắt là thông số quan trọng nhất ảnh hưởng đến độ mòn của dao và do đó liên quan đến tuổi thọ của dao.

Nói chung, sự giảm tuổi thọ của dao tương ứng với sự gia tăng tốc độ cắt là hình parabol. Hình dưới là đồ thị mô tả mối liên quan giữa tốc độ cắt và tuổi thọ dao.

Quan hệ giữa tốc độ cắt và tuổi thọ dụng cụ
Quan hệ giữa tốc độ cắt và tuổi thọ dụng cụ

Nếu vẽ theo đồ thị log-log giữa mối quan hệ giữa tốc độ cắt và tuổi thọ dao chúng ta sẽ thu được đường minh họa là đường thẳng như hình dưới.

Quan hệ giữa tốc độ cắt và tuổi thọ dụng cụ

Chúng ta có thể viết phương trình tính tuổi thọ dụng cụ cắt của Taylor dưới dạng logarit.

log (V x Tn) = log C

log V + log Tn = log C

log V + n log T = log C

Nó cho thấy rằng tuổi thọ của dụng cụ giảm khi tốc độ cắt tăng lên.

Các yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ dụng cụ cắt

Các thông số khác nhau ảnh hưởng đến tuổi thọ của dao là:

  • Tốc độ cắt
  • Nhiệt độ cắt
  • Bước tiến dao và độ sâu cắt
  • Thiết kế hình học của dụng cụ
  • Vật liệu chế tạo dụng cụ
  • Vật liệu phôi
  • Điều kiện cắt gọt thực tế
  • Dung dịch cắt gọt
  • Kỹ năng của người vận hành

Tốc độ cắt

Như đã thảo luận ở trên, nếu tăng tốc độ cắt thì tuổi thọ của dao sẽ giảm.

Nhiệt độ cắt

Nhiệt độ tăng trong quá trình gia công sẽ làm giảm tuổi thọ của dụng cụ.

Bước tiến dao và độ sâu cắt

Nếu tăng bước tiến dao và chiều sâu cắt sẽ tăng ma sát giữa dao và phôi khiến giảm tuổi thọ của dao.

Dạng hình học của dụng cụ

Thiết kế hình học của dụng cụ cắt ảnh hưởng đến góc cắt, khả năng cắt, khả năng thoát phoi… qua đó ảnh hưởng đến tuổi thọ dụng cụ.

Vật liệu chế tạo dụng cụ cắt

Có nhiều loại vật liệu để chế tạo dụng cụ cắt, do những tính chất cơ học khác nhau mà tuổi thọ của dụng cụ cắt cũng phụ thuộc vào vật liệu nền và lớp phủ dùng chế tạo chúng.

Xem thêm bài viết: Những vật liệu chế tạo dụng cụ cắt gọt phổ biến hiện nay

Vật liệu phôi

Các đặc tính độ cứng, độ bền của vật liệu phôi sẽ ảnh hưởng đến khả năng cắt gọt của dao, bởi vậy cần lựa chọn dụng cụ cắt phù hợp với vật liệu phôi.

Điều kiện cắt gọt

Những ảnh hưởng của môi trường điều kiện cắt, máy móc và thiết bị sử dụng cũng ảnh hưởng đến tuổi thọ của dụng cụ cắt.

Dung dịch cắt gọt

Nếu dung dịch cắt gọt không được sử dụng đúng cách hoặc không có chất lượng tốt sẽ làm giảm tuổi thọ của dụng cụ.

Kỹ năng của người vận hành

Người vận hành phải có kỹ năng tốt trong việc vận hành các quy trình gia công nếu không tuổi thọ của dụng cụ cắt có thể bị giảm.

Ví dụ minh họa về tính toán tuổi thọ dụng cụ cắt

Ví dụ: Quan sát thấy gia công gang bằng dụng cụ cắt thép gió đạt được tuổi thọ là 50 phút với tốc độ cắt 100 m/phút. Xác định tuổi thọ của dao cắt với tốc độ cắt 80 m/phút, trong đó n=0,09.

Ở trên, ta đã có những dữ liệu sau:

T = 50 phút

V = 100 m / phút

n = 0,09

Để tính được tuổi thọ dụng cụ ở tốc độ cắt 80 m/ phút, trước hết ta phải tìm được hằng số gia công C.

Theo phương trình tính tuổi thọ dụng cụ của Taylor: V x Tn = C

Logarit cả 2 phía ta có:

log V + log Tn = log C

log V + n log T = log C

Thay gia trị trên ta có

log (100) + 0.09 log (50) = log C

2 + 0,1529 = log C

2,159 = log C

Từ đó ta có

C = 144,2

Bây giờ chúng ta có thể tìm được tuổi thọ của dụng cụ ở tốc độ 80 m / phút.

V  x Tn = C

80 × T0,09 = 144,2

T 0,09 = 144,2 / 80 = 1.775           

T = 587,31 phút

Dựa theo cách này, chúng ta có thể tính toán được tuổi thọ dụng cụ ở những tốc độ cắt khác nhau. Hy vọng các bạn thích chủ đề này.

Theo: mechical.com