(TIỂU LUẬN) đồ án môn học THIẾT kế DỤNG cụ cắt

Trong đồ án môn học này em đợc giao nhiệm vụ thiết kế những dụng cụ cắt điển hình đó là dao tiện định hình, dao chuốt lỗ hen hoa và daoxọc răng.. Phần II: DAO CHUỐT LỖ TRỤ THEN HOAYêu cầ

VIỆN CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ DỤNG CỤ CẮT

Người hướng dẫn: TS.Hoàng Vĩnh Sinh

Sinh viên thực hiện: Trần Văn Nam

LỜI NểI ĐẦU

*

* *

Trong nghành cơ khí chế tạo máy để tạo hình chi tiết thì ngoàichuẩn bị thiết kế chi tiết,chuẩn bị trang thiết bị thì việc chế tạo dụng

cụ cắt không thể không coi trọng Dụng cụ cắt cùng với những trang thiết

bị công nghệ khác đảm bảo tính chính xác, tính kinh tế cho chi tiết giacông Vì vậy việc tính toán thiết kế dụng cụ cắt kim loại luôn là nhiệmquan trọng của ngời kỹ s

Trong đồ án môn học này em đợc giao nhiệm vụ thiết kế những dụng

cụ cắt điển hình đó là dao tiện định hình, dao chuốt lỗ hen hoa và daoxọc răng

Ngoài việc vận dụng những kiến thức đã đợc học,các tài liệu về thiết

kế Em đợc sự hớng dẫn tận tình, chu đáo của các thầy trong bộ

môn ,đặc biệt là thầy Hoàng Vĩnh Sinh đã giúp em hoàn thành đồ án

này

Với thời gian và trình độ còn hạn chế, em mong đợc sự quan tâm chỉbảo tận tình của các thầy để em thực sự vững vàng khi ra trờng nhận côngtác

Em xin trân thành cảm ơn

Sinh viên thiết kế

Trần Văn Nam

Mục Lục

LỜI NÓI ĐẦU 1

Mục Lục 3

Phần I: DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH 5

1.1 Phân tích chi tiết gia công: 5

1.2 Chọn loại dao tiện đình hình: 5

1.3 Chọn thông số hình học dụng cụ: 6

1.4 Tính toán dao tiện định hình gá thẳng: 6

1.4.1 Chọn điểm cơ sở : 6

1.4.2 Tính toán tại các điểm: 8

1.4.3 Tính toán phần phụ: 9

1.5 Điều kiện kĩ thuật: 10

Phần II: DAO CHUỐT LỖ TRỤ THEN HOA 12

2.1 Hình dạng lỗ chuốt: 12

2.2 Sơ đồ chuốt: 12

2.3 Chọn dao: 13

2.4 Thiết kế phần răng và sửa đúng: 13

2.4.1 Cấu tạo dao chuốt: 13

2.4.2 Tính lượng dư gia công: 13

2.5 Tính toán các thông số của dao chuốt: 13

2.5.1 Tính lượng nâng của răng: 13

2.5.2 Kết cấu răng và rẵnh: 14

2.6 Số răng dao chuốt và đường kính răng dao 16

2.7 Kiểm tra độ bền của dao chuốt: 17

2.8 Tính toán phần đầu dao và các phần phụ khác: 18

2.9 Yêu cầu kỹ thuật của dao: 19

Phần III: DAO XỌC RĂNG 21

3.1 Góc trước trên đỉnh răng 22

3.2 Góc sau ở đỉnh răng 22

3.3 Góc sau ở mặt bên 22

3.4 Đường kính vòng tròn cơ sở 22

3.5 Đường kính vòng chia dao xọc (đường kính danh nghĩa) 22

3.6 Khoảng cách khởi thuỷ a 22

3.7 Xác định kích thước dao xọc theo mặt trước 24

3.8 Dung sai và yêu cầu kỹ thuật 26

Phần I: DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH

Yêu cầu: Thiết kế dao tiện đình hình với các số liệu sau:

Vật liệu gia công: Thép C45 cób= 750 N / mm2

1.1 Phân tích chi tiết gia công:

Chi tiết gia công làm từ thép C45 có 750 N / mm2 , bao gồm nhiều loại bề mặt tròn xoay, mặt trụ, mặt côn và mặt đầu Đây là chi tiết tương đối điển hình, kết cấu chi tiết cân đối Độ chênh lệch đường kính không quá lớn Trên chi tiết không

có đoạn nào có góc profile quá nhỏ hoặc bằng 0

Do chi tiết có mặt côn nên khi gia công nên rất dễ xuất hiện sai số do lưỡi cắt không song song với đường tâm chi tiết Tuy nhiên độ chính xác của chi tiết không yêu cầu cao Mặt đầu chi tiết có độ chênh lệch đường kinh không quá lớn Căn cứ vào yêu cầu và thông số bài cho ta xác đinh được chiều sâu cắt max:

tmax= D max −d min

2 = 30−202 = 5 (mm)

1.2 Chọn loại dao tiện đình hình:

a) Chiều sâu cắt max: tmax = 5 (mm).

Như vậy với các yếu tố:

 Độ cứng vững và độ chính xác cao hơn dao hình tròn, đồng thời có thể khắc phục được sai số loại 2 còn sai số loại 1 có thể khắc phục được

→ Ta chọn dao tiện định hình lăng trụ

b) Phương pháp gá đặt:

Do chi tiết có mặt côn nên khi gia công nên rất dễ xuất hiện sai số do lưỡi cắt không song song với đường tâm chi tiết Tuy nhiên độ chính xác của chi tiết không yêu cầu cao Mặt đầu chi tiết có độ chênh lệch đường kinh không quá lớn

và dao tiện chuẩn bị nguyên công cắt đứt

→ Do đó ta có thể chọn hình thức gá dao thẳng

c) Kích thước kết cấu của dao:

Với tmax = 5 (mm) Dựa vào bảng 3.3 – Kích thước kết cấu dao tiện định hình lăng trụ [ Hướng dẫn thiết kế dụng cụ cắt kim loại] Ta tra được các thông số kích thước cơ bản của dao:

Để thuận tiện cho việc tính toán ta chọn điểm cơ sở theo nguyên tắc : điểm cơ

sở là điểm nằm ngang tâm chi tiết và xa chuẩn kẹp nhất ( hoặc gần tâm chi tiết nhất ) vậy ta chọn điểm 1 làm điểm cơ sở như hình vẽ :

` Công thức tính toán:

hi = i × cos( + ) ; i = Ci – B ; Ci = ri × cos( i )

B = r 1 .cos( ) = 9 cos (20) = 8,457 (mm)

A = r1 Sin () = ri sin(i) => i = arc sin( r1

r i ) sin() => i = ri cos( r r1

i sin ⁡() ) – r cos ()

hi =[r i cos( r

r sin❑)−r cos❑].cos¿= i .cos ¿

1.4.2 Tính toán tại các điểm:

1.4.3 Tính toán phần phụ:

Phần phụ profin dụng cụ dùng để vát mép và chuẩn bị cho nguyên công cắt đứt

ra khỏi phôi có kích thước như hình:

Hình 1.1 Kích thước phần phụChọn kích thước phần phụ như sau:

Chiều dài của dao L = Lc + a + b + d + c = 30 + 1 + 1 + 4 + 2 = 38 mm

Profin tại tiết diện trùng với mặt trước :

Hình 1.2 Profin tại tiết diện trùng với mặt trướcProfin tại tiết diện vuông góc với mặt sau :

Hình 1.3 Profin tại tiết diện vuông góc với mặt sau

1.5.Điều kiện kĩ thuật:

Dung sai chế tạo: Js6.

Kí hiệu dao:  = 20,  = 12,P18 - ĐHBKHN

Phần II: DAO CHUỐT LỖ TRỤ THEN HOA

Yêu cầu:Tính toán thiết kế lỗ trụ then hoa của bánh răng với vật liệu gia công là thép

45 và các dữ liệu:

- Kích thước danh nghĩa của mối ghép là: D8x32x38

- Chiều dài chi tiết gia công: L = 50 mm

- Vật liệu gia công: thép 45 có b = 650 N/mm2

2.3 Chọn dao:

Dao chuốt kéo thường được chia làm hai loại vật liệu:

+ Phần đầu dao (hai phần cán) được làm bằng thép kết cấu 40X

+ Phần sau dao (phần định hướng trở về sau) làm bằng thép gió P15

2.4 Thiết kế phần răng và sửa đúng:

2.4.1 Cấu tạo dao chuốt:

Dao chuốt có thể chia làm 5 thành phần như sau:

Hình 2.3 Cấu tạo dao chuốt I: Đầu dao: Phần kẹp, cổ dao, côn chuyển tiếp

II: Phần định hướng trước

III: Phần cắt: răng cắt thô, răng cắt tinh, răng sửa đúng

IV: Phần dẫn hướng sau

V: Phần đỡ

2.4.2 Tính lượng dư gia công:

- Lượng dư gia công khi chuốt lõ then hoa được chọn theo yêu cầu công nghệ, trị số dụng cụ phụ thuộc vào chiều dài lỗ chuốt được tính theo đường kính răng sửa đúng, lỗ trước khi chuốt và được tính theo công thức:

2.5 Tính toán các thông số của dao chuốt:

2.5.1 Tính lượng nâng của răng:

- Ở răng dao chuốt, răng sau cao hơn răng trước một lượng gọi là lượng nâng của răng

Sz Lượng nâng của răng dao chuốt là hiệu số đường kính các răng liên tiếp Theo bảng(3.3.1), với vật liệu gia công là thép 45 có b = 650 N/mm2, ta chọn được: Sz = 0,1

- Các răng cắt chuốt bao gồm:

+ Răng cắt thô: phần cắt thô có lượng dư không đều Sz = 0,1 để cắt hết phần thô + Răng cắt tinh: Phần cắt tinh bao gồm 3 răng có lượng dư giảm dần lượng cắt tinh chuẩn bị cho các răng sửa đúng

Lượng dư cắt tinh được tinh theo công thức:

A1 = ∑S Ztinh= 0,06 + 0,04 + 0,02 = 0,12 mm

2.5.2 Kết cấu răng và rẵnh:

Hình dạng răng và rãnh cần phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Thông số hình học của răng phải đảm bảo tuổi bền tối đa

- Răng dao phải đảm bảo được số lần mài lại tối đa

- Răng phải đủ bền để không bị gãy trước tác dụng của momen uốn trong quá trình cắt

- Rãnh giữa các răng phải có hình dạng và kích thước sao cho khi cắt ra phoi dễ dàng theo mặt trước, cuốn xoắn đều và nằm gọn trong rãnh

- Với vật liêu gia công là thép 45, có độ khá cao và độ dẻo thấp do vậy khi chuốt tạo

ra phoi vụn nên rãnh được thiết kế có dạng lưng thẳng để chứa phoi vụn, đồng thời dễ chế tạo biên dạng lưng thẳng

Dạng răng và rãnh được đặc trưng bởi các thông số sau:

Xác định từng thông số:

- Bước răng t và chiều sâu rãnh được tính toán thiết kế sao cho đủ không gian chứa phoi Nếu xem gần đúng rãnh thoát phoi như hình tròn có đường kính d thì rãnh có diện tích là:

Lây chiều rông then theo tiêu chuẩn: h = 4

+ Bước răng t được chọn theo chiều dài chi tiết gia công:

t=(1,25 ÷1,5)√L=(1,25 ÷ 1,5)√50=(8,84 ÷ 10,61)

Để đảm bảo chuốt êm, định tâm và định hướng tốt số răng đồng thời tham gia cắt phải đảm bảo: 2≤ L t ≤6 ta chọn t = 10

+ Kiểm tra số răng cắt lớn nhất: Z 0 max= 5010+1=6

Như vật dao chuốt thiết kế đảm bảo tính định hướng tốt

- Ở răng cắt thô lấy f = 0,05mm

- Ở răng sửa đúng lấy f = 0,2mm

Dao chuốt lỗ trụ then hoa mặt trước và mặt sau đều là mặt côn Tra theo bảng (3.3b) ta

có được giá trị

+ Góc trứơc γ được chọn theo vật liệu: γ = 15o

+ Góc sau α được yêu cầu chọn rất nhỏ để hạn chế hiện tượng giảm đường kính sau mỗi lần mài lại, để làm tăng tuổi thọ của dao ta chọn:

 Ở đầu răng cắt thô: α = 30

 Ở đầu răng cắt tinh: α = 20

 Ở đầu răng sửa đúng: α = 10

2.6 Số răng dao chuốt và đường kính răng dao

- Lượng dư gia công A = 3,0125 mm

- Lượng dư gia công tinh Atinh = 0,12 mm

- Lượng dư gia công thô: Athô = A – Atinh = 3,0125 – 0,12 = 2,89 mm

Số răng cắt thô:

Z tho=A tho

S z =2,89 0,1 =28,9

khi đó ta chọn Zthô = 28 răng

Như vậy lượng dư mà răng cắt thô cắt thực tế là: 28.0,1 = 2,8 mm

Lương cắt thô còn lại là: 2,89 – 2,8 = 0,09 mm > 0,015 mm

Do vậy ta tiến hành thêm một răng cắt thô nữa, và ta cho thêm một răng cắt thô ban đầu do răng này không tham gia vào quá trình cắt mà chỉ có tác dụng sửa bavia mép lỗ,khi đó tổng số răng cắt thô của dao chuốt là: 28 + 1 + 1 =30 răng

Vậy tổng số răng của dao truốt là: 30 + 3 +5 = 38 răng

Trong quá trình cắt như vậy thì 5 răng cắt đúng có nhiệm vụ sửa đúng kích thước của

lỗ then cần chuốt để đạt kích thước 38H7

Đương kính của răng cắt thô:

- Do q = 0,09 mm > 0,015mm , nên ta có D1 = Dmin = 32 mm

- D2 = D1 + 2q = 32,18mm

Di = Di-1.2.Sz Với i = 2 ¿30

Và ta lập được bảng giá trị như sau:

Đường kính của răng.

2.7 Kiểm tra độ bền của dao chuốt:

Sơ đồ chịu lực: Mỗi răng của dao đều bị chịu hai lực thành phần tác dụng

+ Thành phần hướng kính: Fy hướng vào tâm của dao, tổng các lực Fy của răng dao chuốt sẽ bị triệt tiêu

+ Thành phần lực dọc trục Pz song song với trục của chi tiết, tổng hợp các lực Pz là lực

P hướng theo chiều trục Lực này tác dụng lên mỗi răng có thể làm mẻ răng và dễ làm đứt tại các thiết diện đầu tiên

Do vậy điều kiện để xác định độ bền của dao là:

k: hệ số hiệu chỉnh ma sát khi cắt, tra bảng (3.3h) ta có g = 0,93

B: tổng chiều dài lưỡi cắt trên vành răng B = b.Zo = 6.8 = 48 mm

Vậy: P = 160.48.8.0,93 = 57139 N

σ b k = 4 p

π D i2

= 4.57139 3,14 32 2=71,08( N

mm2 )

Như vậy dao chuốt đủ độ bền

2.8 Tính toán phần đầu dao và các phần phụ khác:

+ Phần đầu dao bao gồm phần đầu kẹp, phần cổ dao, phần côn chuyển tiếp

+ Phần đầu kẹp được tiêu chuẩn hoá, theo bảng (4.4.1)

+ Phần cổ dao và côn chuyển tiếp: D2 = D1 – 2 = 32 – 2 =30 mm

+ Chiều dài L2 của phần cổ dao được tính từ điều kiện gá đặt:

+ Tổng chiều dài của dao:

Chiều dài của dao phải nhỏ hơn hành trình máy và nhỏ hơn 30.Dmax

Vật liệu phần đầu dao: Thép 40X

Độ cứng sau khi nhiệt luyện:

Phần cắt và phần định hướng phía sau HRC 6265

Phần định hướng phía trước HRC 6062

Phần đầu dao HRC 4047

Độ nhám:

Trên cạnh viền của răng sửa đúng không lớn hơn 0,25

Mặt trước, mặt sau của răng, mặt côn làm việc trong lổ tâm, phần định hướng khôngthấp hơn 0,5

Mặt đáy răng, đầu dao, côn chuyển tiếp các rãnh chia phoi không lớn hơn.1

Các mặt không mài không lớn hơn 2

Sai lệch lớn nhất của đường kính ,các răng cắt không vượt quá trị số -0,008

Sai lệch cho phép đường kính của các răng sửa đúng và các răng cắt tinh khôngvượt quá trị số +0,025

Phần III: DAO XỌC RĂNG

Yêu cầu: Thiết kế dao xọc răng để gia công bánh răng có modun=6,góc ăn khớp

e Khoảng cách khởi thuỷ a (khi  = 200): a = 6,3 mm

f Chiều dài lỗ gá: b = 8 mm, Chiều dài dao xọc: H=28 mm

3.1 Góc trước trên đỉnh răng  đ

Góc đ được đo trên mặt phẳng hướng kính đi qua trục dao Trong mọi trường hợpgóc đ không đổi, góc đ có ảnh hưởng đến góc prôfin u

Chọn theo tiêu chẩn đ = 50

3.2 Góc sau ở đỉnh răng  đs

Góc sau đ quyết định mức độ thay đổi khoảng dịch chỉnh thanh răng theo chiều cao dao xọc, nó cũng ảnh hưởng tới trị số góc sau ở mặt bên Góc sau đ không đổitrong trạng thái chuyển động

Chọn theo tiêu chuẩn đ = 60

3.3 Góc sau ở mặt bên  b

Góc sau ở mặt bên b được xác định trong tiết diện pháp tuyến của prôfin răngtại điểm khảo sát, đó là góc sau nhỏ nhất phía bên răng dao, xác định độ mòn mặt

sau

Góc sau ở mặt bên b được tính theo công thức

tanb = tanđ.sinu Trong đó góc prôfin u của răng dao xọc được tính theo công thức

tan αu= tanα❑

1−tanα đ .tanγ đ=1−tan 6° tan 5° tan 20° =1−0,1051.1,08750,364 =0,3673 Với  là góc prôfin

của bánh răng được cắt  = 200tanu = 0,3673 = tan(20,170)  u = 20,170 Thay giá trị u thay giá trị vào biểu thức tính tanb

a=❑u m

tanα đ Như ta đã thấy, muốn xác định a phải xác định u (hệ số đỉnh dao chophép);nếu a nhỏ thì số lần mài lại sẽ ít, tuổi thọ dao giảm Nếu a lớn quá thì chiềudày đỉnh răng dao ở tiết diện mặt trước Seu sẽ nhỏ và do đó chóng mòn dao khi làm

việc Vì vậy việc lựa chọn u phải đảm bảo đủ chiều dày Seu cho phép

Giá trị chiều dày lưỡi cắt trên đỉnh dao xọc Seu

a=❑u m tanα đ = 0,29.6

tan6°=16,5

3.7 Xác định kích thước dao xọc theo mặt trước

a Chiều dày răng theo cung vòng chia

Được tính theo công thức:

S u = πm2 +2.a.tan α đ tan α❑Theo bảng 5 - VIII sách (HDTKDCC) tra bảng ta được

lượng tăng chiều dày răng dụng cụ:

h' = 9,23mm

c Đường kính vòng tròn trên đỉnh răng

Deu = m z + 2.m (f' + c') + a.tanđ = 6 21 + 2 6 1,25 + 16,5 tan60

Deu = 142,73 mm

d Đường kính đường tròn chân răng

Diu = m z - 2 m(f' + c') + a tanđ = 6 21 - 2 6 1,25 + 16,5 tan60= 112,73 mm

TT Thông số Ký hiệu Giá trị TT Thông số Ký hiệu Giá trị

1 Góc trước γ đ 5 0 2 Góc sau đỉnh răng α đ 6 0

3 Góc sau

bên răng α b 2,09 0 4 Đường

kính vòng d 0 126mm

11 Góc ăn khớp α 0 20 0 12 Chiều dài dao xọc H 28mm

13 Chiều dài lỗ gá b 8mm 14 Đường kính lỗ gá d 1 44,45mm

Bảng 3.1 Thông số dao xọc gia công răng trụ răng thẳng với m=6, Z=21

3.8 Dung sai và yêu cầu kỹ thuật

Điều kiện kỹ thuật của dao xọc răng mô đun 6 cấp chính xác 7

5 Sai số tích luỹ lớn nhất bước vòng của vòng chia là 0,045mm

6 Độ lệch của biên dạng răng không quá 0,0063mm

7 Độ lệch tâm vòng cơ sở đối với đường tâm lỗ dao xọc không quá 0,01mm

8 Độ lệch tâm của vòng đỉnh đối với trục lỗ gá của dao không quá 0,0075mm (độ đảo vòng đỉnh  0,015mm)

9 Sai lệch độ vuông góc giữa trục lỗ gá với mặt tựa  0,05mm

10 Độ đảo mặt đầu của mặt trước xác định trên vòng chia không quá 0,02mm

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 “Hướng dẫn thiết kế dụng cụ cắt” - TS Nguyễn Thị Phương Giang – PGS.TS Trần Thế Lục – TS Lê Thanh Sơn Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam 2001

2 “Bài giảng thiết kế dụng cụ công nghiệp” - Nguyễn Duy – Trần Thế Lục – Bành Tiến Long Bộ môn gia công vật liệu và dụng cụ công nghiệp

3 “Hướng dẫn làm bài tập dung sai” - Ninh Đức Tốn – 2001