Phụ lục:
Cấu tạo của Mũi khoan Ruột gà
Cách xác định Tốc độ và Bước tiến của Mũi khoan
Các loại Mũi khoan Ruột gà thông dụng
Chiều dài của Mũi khoan Ruột gà
Các lớp phủ của Mũi khoan và Ưu điểm của nó
Các thiết kế Góc cắt
Các loại Chuôi của Mũi khoan
Khoan lỗ sâu
Cách xác định Đường kính của Mũi khoan (Drill Diameter)
1. Cấu tạo của Mũi khoan Ruột gà:
Mũi khoan ruột gà (Jobber length) là loại thông dụng nhất với góc mũi khoan (Point angles) là 118 độ, ngoài ra, loại đắt tiền hơn sẽ có góc mũi khoan 135 độ. Bởi vì Mũi khoan vật liệu thép gió HSS và thép gió Cobalt HSS-Co có ngoại quan khá tương tự, nên đôi lúc mũi HSS-Co sẽ được tiện một bậc nhỏ ở phần đuôi thân để phân biệt với mũi HSS.
Chi tiết diễn tả Mũi khoan ruột gà (tiếng Anh).
2. Yếu tố ảnh hưởng đến Tốc độ và Bước tiến của Mũi khoan
Những yếu tố ảnh hưởng đến việc xác định Tốc độ và Bước tiến phù hợp:
Vật liệu cần gia công
Vật liệu của Mũi khoan và lớp phủ là gì (nếu có)
Chất làm nguội (Cutting fluid - nếu có)
Độ rắn chắc (Rigidity) của Mũi khoan và Máy khoan
Độ rắn chắc của khối nguyên liệu cũng như khuôn kẹp và đồ gá (Jig and Fixture)
Độ chính xác và tiêu chuẩn yêu cầu của Lỗ khoan
Độ sâu của Lỗ khoan.
3. Các loại Mũi khoan Ruột gà thông dụng:
Mũi khoan ruột gà (Twist drills) có khá nhiều thiết kế khác nhau. Loại thông dụng nhất là Mũi khoan ruột gà ren phải (Right-hand jobber length drills) với độ xoắn trung bình (Medium helix). Các loại mũi này khoan theo chiều kim đồng hồ.
Mũi khoan ruột gà ren trái (Left-hand twist drills) có 2 công dụng. Trong sản xuất, các loại máy đa trục (Multi-spindle drilling machines) phần lớn sẽ có vài trục gắn Mũi khoan ren trái cho các quá trình gia công ngược và đồng thời, nhằm đơn giản hoá thiết kế của Máy cũng như các quy trình thay đổi mũi. Ở công dụng khác, Mũi khoan ren trái này được kèm trong bộ Dụng cụ lấy ốc gãy (Broken Screw Extractor) bởi vì hành trình khoan trái và lực xoắn của Mũi sẽ làm lỏng đinh và ốc ren phải.
Mũi khoan ren xoắn cao (High-helix drills), hay còn gọi là Parabolic deep-hole drills, được thiết kế để khoan các lỗ sâu gấp 10 ~ 15 lần đường kính của Mũi. Ren xoắn của Mũi Parabolic được thiết kế nhằm giảm thiểu độ ma sát của phôi lên Mũi khoan và nâng cao lưu lượng dòng chảy của Chất làm nguội (Coolant). Tuy nhiên, phần lớn các Mũi Parabolic được sử dụng cho vật liệu mềm như Nhôm, Kim loại trắng, và các vật liệu có độ bền kéo (Tensile Strength) trung bình.
Mũi khoan giảm thân (Reduced shank drills), hay còn có các tên gọi khác là Silver & Deming drills, Blacksmith drills, và Prentice drills, được tạo ra nhằm cho phép các Mũi khoan với đường kính lớn ghép vào Đầu kẹp (Chuck) với quy cách nhất định. Đường kính chuôi tiêu chuẩn cho các Mũi giảm thân là ¼, ⅜, ½, và ¾ inch. Mũi giảm thân có đường kính ở hệ Mét và hệ Inch với nhiều góc cắt (Point angles) và lớp phủ (Anti-wear coating) khác nhau.
Mũi khoan tầng (Step drills), hay còn gọi là Mũi khoan bậc, có công dụng chính là hỗ trợ khả năng khoan các lỗ với đường kính khác nhau cùng một lúc. Ngoài ra, Mũi khoan tầng còn có thể sử dụng để khoan và vát mép Countersink trên lỗ cho vít nắp đầu trục (Cap screw) cùng một lúc. Đặc biệt, mũi này có hiệu quả khoan tốt hơn Mũi khoan ruột gà trong ứng dụng Khoan chuỗi (Chain drilling), như hình:
4. Chiều dài của Mũi khoan Ruột gà:
Mũi khoan ngắn (Screw machine / Stubby): Giúp tối ưu hoá tốc độ khoan của mũi.
Mũi khoan tiêu chuẩn (Jobber)
Mũi khoan dài (Extended / Long boy): Giúp khoan lỗ sâu, với phần me làm việc dài, hỗ trợ khoan vật liệu sâu hoặc dày.
Mũi khoan dài me ngắn (Aircraft - 6 inch và 12 inch): Mũi Aircraft được thiết kế chủ yếu sử dụng trong ngành Hàng không, hỗ trợ ứng dụng khoan lỗ sâu, khi me cắt của mũi khoan cần thông qua một khoảng trống hoặc vươn tới những phía khuất của vật liệu để khoan. Chỉ dùng để khoan những vật liệu mỏng và không quá cứng. Mũi Aircraft có 2 chiều dài tiêu chuẩn là 6 inch và 12 inch. Tham khảo hình ảnh:
5. Vật liệu và Các lớp phủ của Mũi khoan và Ưu điểm của nó:
Thép gió High-speed steel, viết tắt là HSS và thường được khắc trên Mũi khoan, là loại thông dụng nhất trên thị trường và thích hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau từ Sản xuất, Xây dựng, Sửa chữa,...
Thép gió HSS-Co M42, với thành phần thép M42 và Cobalt, có chi phí gấp 2 lần mũi thép gió HSS trên cùng một size, nhưng đổi lại, mũi HSS-Co M42 có tuổi thọ gấp 10 lần so với HSS khi ứng dụng trên cùng một vật liệu. Mũi HSS-Co M42 thích hợp sử dụng cho vật liệu cứng (Work-hardened), thép không gỉ có độ cứng cao (High-strength Stainless), thép Mangan (Manganese steel 12~14% Mn), thép Titan (Titanium) và thép Inconel. Ngoài ra, mũi HSS-Co M42 còn được sử dụng phổ biến trong gia công Ốc vít, Bulong,.. khi vật liệu có độ cứng cao. Thép M42 và thành phần Cobalt có khả năng chịu nhiệt tốt và duy trì được độ sắc nhọn của góc cắt ở nhiệt độ lên đến 1000 độ F (~537 độ C), vì vậy có thể dùng để khoan ở tốc độ cao (SFM).
Hợp kim Tungsten (Solid Tungsten Carbide) có tuổi thọ gấp 3 lần mũi thép gió HSS khi ứng dụng trên Zinc, Đồng thau (Brass), Cao su (Rubber), nhựa (Plastic) và các vật liệu mài mòn khác có độ tensile strength thấp. Mũi hợp kim Tungsten dễ dàng bị hư tổn bởi va chạm mạnh và không phù hợp ứng dụng trên Thép. Đặc biệt hạn chế va chạm mạnh với Mũi countersink hợp kim Tungsten vì chúng giòn và dễ gãy.
Hợp kim Carbide Cemented, là một hỗn hợp nguyên liệu cứng được sử dụng rộng rãi trong gia công dụng cụ cắt gọt Kim loại, cũng như các ngành công nghiệp khác. Hợp kim Carbide Cemented là một hỗn hợp được kết dính từ các hạt Carbide siêu mịn bao gồm Tungsten Carbide (ký hiệu WC), Titanium Carbide (TiC), và Tantalum Carbide (TaC). Các hạt Carbide siêu mịn này được kết dính bởi kim loại Cobalt (Cobalt Metal Binder). Hợp kim Carbide Cemented mang lại khả năng gia công bề mặt mịn và chịu nhiệt cao (cốt lõi cho việc nâng cao tốc độ khoan) hơn nhiều so với mũi HSS. Được sử dụng chính trong gia công kim loại cứng (Carbon cao), thép không gỉ (Stainless steel), và nhiều loại vật liệu khác có độ mài mòn cao, đặc biệt còn dùng trong sản xuất khi tần suất gia công cao.
Lớp phủ Titanium Nitride (TiN) và Titanium Aluminum Nitride (TiAlN), là lớp phủ mang lại độ hiệu quả gia công cao, tuy nhiên giá thành cũng chênh nhiều so với mũi HSS thông thường. Để tối ưu hoá năng suất và hiệu quả của Mũi khoan với lớp phủ TiN hoặc TiALN, tốc độ khoan cần phải nhanh hơn từ 50~100% so với mũi HSS không phủ. Nếu chạy Mũi phủ TiN hoặc TiALN cùng tốc độ với Mũi HSS không phủ sẽ mang lại sự phản tác dụng và tốn kém chi phí. Với lớp phủ TiN và TiALN, mũi khoan sẽ gia công được vật liệu có độ cứng cao hơn, nâng cao khả năng chống mài mòn, chịu nhiệt và tốc độ khoan nhanh hơn so với mũi không phủ.
6. Các thiết kế Góc cắt:
Vì sao Mũi khoan lại có những góc cắt (Point angle) khác nhau?
Chung quy, với những vật liệu mềm, như Nhựa (Plastic), sẽ khoan tốt hơn với góc cắt 90 độ, và với những vật liệu cứng sẽ hiệu quả hơn khi sử dụng những mũi có góc cắt 135 độ, ít nhọn. Còn với góc cắt 118 độ là thiết kế sử dụng cho đa vật liệu. Loại khoan thông dụng nhất hiện nay trên thị trường là mũi có góc cắt 135 độ với điểm phân hoá ở lưỡi cắt ngang (Split point). Thiết kế này giảm thiểu lực cắt áp xuống từ trục chính (Axial cutting force) bởi vì Lưỡi cắt ngang (Chisel point) đã được làm nhỏ lại và phân hoá ra, đồng thời, thiết kế Split point còn giúp quá trình khoan hạn chế được vấn đề bị trơn trượt khi bắt đầu khoan, lượt bỏ khâu sử dụng Mũi lấy tâm (Center punch mark). Mũi khoan Split-point đa phần sẽ có giá thành cao hơn những mũi khác một ít do nó được thiết kế 2 mặt cắt làm việc. Tham khảo hình:
Các góc cắt khác nhau và góc cắt có Split-point (Góc phân hoá).
7. Các loại Chuôi của Mũi khoan:
Mũi khoan xoắn ruột gà có 2 loại chuôi chính: Chuôi trụ và Chuôi Côn (Col). Những mũi khoan với đường kính nhỏ và trung bình, lên đến ½ inch hoặc 17.5mm sẽ có chuôi trụ và dùng đầu kẹp Jacob hoặc Albrecht để áp vào. Với những mũi khoan đường kính lớn hơn sẽ yêu cầu lực xoay (Torque) mạnh hơn, vì vậy thường được thiết kế chuôi Col nhằm nâng cao lực kẹp. Mũi chuôi Col sẽ được gắn vào Áo côn (Morse taper MT) của máy khoan, máy phay hoặc máy tiện. Phần đuôi dẹp ở cuối thân Mũi khoan được áp vào khe hình chữ nhật của Áo côn nhằm đảm bảo mũi khoan sẽ quay cùng với Áo côn và không bị rung chuyển. Tham khảo hình:
Thân mũi khoan thường không tôi cứng, vì vậy chúng có thể dễ dàng gia công lại như làm ngắn đi hoặc tiện nhỏ lại để phù hợp với kích thước của Bầu kẹp. Tuy nhiên, thân nhỏ sẽ gây khó khăn hơn cho việc kẹp chặt mũi khoan so với kích thước chuẩn của mũi và mũi khoan có thể sẽ xoay hoặc rung chuyển trong quá trình khoan. Nếu trường hợp này xảy ra, quá trình gia công sẽ tạo ra gờ (Burrs) trên thân mũi khoan và lâu ngày, mũi khoan thích nghi và mòn, không thể tiếp tục sử dụng trong gia công chính xác.
8. Khoan lỗ sâu:
Như thế nào là khoan lỗ sâu?
Khoan lỗ sâu được định nghĩa là khi độ sâu của lỗ khoan gấp 2,3 lần hoặc hơn so với đường kính lỗ. Khi sử dụng Mũi khoan xoắn ruột gà khoan lỗ sâu, hãy giảm tốc độ và bước tiến. Thoát phôi là vấn đề lớn nhất thường gặp khi khoan lỗ sâu vì ma sát từ phôi sẽ làm nóng mũi khoan lên, nhiệt độ sẽ bị ủ lại và nguội rất chậm.
Tuy những loại mũi khoan có thiết kế đặc biệt như Mũi parabolic có khả năng thoát phôi tốt, nhưng chỉ ứng dụng hiệu quả với vật liệu mềm như Nhôm, ngoài ra, những vật liệu cứng như Gang (Cast iron) tạo ra phôi và thường có xu hướng nghẹt lại trong lưỡi cắt và cản trở quá trình đẩy phôi của Mũi khoan. Với trường hợp này, Kỹ thuật khoan rút nhiều lần được áp dụng, hay còn gọi là Kỹ thuật “Peck Drilling", bằng cách mỗi 2x hoặc 3x đường kính, mũi khoan sẽ được rút ra trong giây lát và phôi sẽ thoát ra từ me cắt của mũi khoan. Đôi khi, bàn chải thau sẽ được kết hợp để chà sạch phôi nghẹt và dính ở me cắt. Tuỳ vào vật liệu gia công, chất bôi trơn có thể sẽ được thêm vào nhằm làm nguội mũi khoan và hạn chế xu hướng vật liệu gia công bị hàn / dính vào mũi khoan do nhiệt độ quá cao.
9. Cách xác định Đường kính của Mũi khoan (Drill Diameter):
Có 3 cách để xác định đường kính của Mũi khoan:
1. Bằng cách đọc quy cách được khắc trên thân Mũi khoan.
2. Bằng cách đo 2 cạnh đối lập của Mũi khoan bằng Thước Panme (Micrometer), tuy nhiên, nếu cạnh của Mũi khoan bị mòn, xác định đường kính bằng cách đo thân của Mũi khoan. Đặc biệt lưu ý nếu cạnh của Mũi khoan bị mòn, mũi khoan đó sẽ không thể khoan được đường kính lỗ chính xác như ban đầu:
3. Bằng cách sử dụng bảng đo lỗ (Drill check plate):
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Để được tư vấn hoặc hỗ trợ thêm thông tin về các loại Mũi khoan xoắn ruột gà Twist drills, mời mọi người liên hệ Hiệp Thành Tools qua thông tin như sau nhé:
Email: sale-02@hiepthanhtools.com
Zalo: 090.880.1743 (Ms.Linh)
SĐT: (028) 3 9520 133
*Bản quyền bài viết thuộc về Hiệp Thành Tools. Mọi mong muốn chia sẻ và sao chép nội dung xin hãy liên hệ Hiệp Thành Tools để trao đổi thêm. Xin chân thành cám ơn.
*Mời các bạn đón đọc bài viết tiếp theo: Về Các loại mũi khoan khác (phần 4).
Các nguồn tham khảo:
CNCCookbook: Be A Better CNC'er. 2020. Deep Hole Drilling 2019: Easy Guide [Tips, CNC Programming, & Video]. [online] Available at: <https://www.cnccookbook.com/deep-hole-drilling/> [Accessed 14 March 2020].
CNCCookbook: Be A Better CNC'er. 2020. Deep Hole Drilling 2019: Easy Guide [Tips, CNC Programming, & Video]. [online] Available at: <https://www.cnccookbook.com/deep-hole-drilling/>
En.wikipedia.org. n.d. Cemented Carbide. [online] Available at: <https://en.wikipedia.org/wiki/Cemented_carbide#Composition>
Menstungstenonline.com. 2018. What Are The Differences Between Tungsten And Tungsten Carbide Rings?. [online] Available at: <https://www.menstungstenonline.com/Differences-between-Tungsten-and-Tungsten-Carbide-Rings.html>
Verloy-cemented-carbide.com. 2020. Materials And Performance | Carbide Materials | EVERLOY CEMENTED CARBIDE TOOLS. [online] Available at: <https://www.everloy-cemented-carbide.com/en/material/kind.html>