ĐỒ án THIẾT kế DỤNG cụ cắt TÍNH TOÁN THIẾT kế DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH

PHẦN I: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH Nhiệm vụ của quá trình tính toán thiết kế dao tiện định hình được thự hiệntheo trình tự sau: - Phân tích hình dạng, độ chính xác theo yêu c

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LỜI NÓI ĐẦU

Dụng cụ cắt kim loại đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực gia công cơ khí, nó trực tiếp tác động vào quá trình sản xuất ra các sản phẩm cơ khí, công cụ sản xuất máy móc thiết bị cho nềnkinh tế quốc dân

Việc nắm bắt được vai trò quan trọng của dụng cụ cắt gọt kim loại cũng như khả năng thiết kế chế tạo tối ưu hoá là một đòi hỏi bắt buộc đối với người làm công tác kỹ thuật trong lĩnh vực cơ khí có như vậy mới có thể đạt được yêu cầu kỹ thuật, năng suất cho quá trình chế tạo cơ khí đóng góp cho quá trình phát triển chung của đất nước

Vì những lí do trên nên việc hoàn thành đồ án môn học “Thiết kế dụng cụ cắt kim loại” đóng vai trò quan trọng và cần thiết đói với mỗi sinh viên làm quen rèn luyện kỹ năng thiết kế

đế chuẩn bị cho công tác sau này

Để hoàn thành đồ án môn học này có sự cố gắng của bản thân em và sự chỉ bảo, giúp đỡtận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn đặc biệt là thầy: GS Nguyễn Đức Toàn đã hưỡng dẫn và chỉ bảo trong suốt quá trình làm đồ án Vì vậy em xin chân thành cảm ơn thầy!

Đồ án được hoàn thành nhưng còn có nhiều thiếu sót bởi vì môn học là một vấn đề khó

và liên tục phát triển Vậy em rất mong được sự chỉ bảo thêm của các thầy cô giáo trong bộ môn và sự đóng góp ý kiến của các bạn

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo!

Sinh viên thực hiện Nguyễn Hữu Hoàng

Mục lục

PHẦN I: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH 1

1.1 Đề bài 1

1.2 Phân tích chi tiết để chọn dụng cụ gia công 2

1.3 Chọn loại dao 2

1.4 Chọn cách gá dao 3

1.5 Thiết kế dao 3

1.6 Sơ đồ tính toán thông số profin dao 4

1.7 Tính toán chiều cao profin của dao 6

1.8 Kết cấu dao 7

1.9 Điều kiện kỹ thuật 10

1.10 Bản vẽ thiết kế 10

PHẦN II: THIẾT KẾ DAO PHAY LĂN RĂNG 13

2.1 Yêu cầu 13

2.2 Chọn dao phay lăn răng: 13

2.3 Điều kiện kỹ thuật của dao phay lăn răng: 21

CHƯƠNG III:THIẾT KẾ DAO PHAY ĐỊNH HÌNH HỚT LƯNG 22

3.1 Phân tích chi tiết, chọn loại dao gia công: 22

3.2 Chọn điểm cơ sở: 23

3.3 Chọn thông số hình học của dao: 23

3.4 Tính toán profin dao trong tiết diện chiều trục: 24

3.5 Điều kiện kỹ thuật của dao 28

TÀI LIỆU THAM KHẢO 30

PHẦN I: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH

 Nhiệm vụ của quá trình tính toán thiết kế dao tiện định hình được thự hiệntheo trình tự sau:

- Phân tích hình dạng, độ chính xác theo yêu cầu của chi tiết để chọn

kiểu sao phù hợp

- Xác định loại dao và cỡ dao.

- Xác định điểm cơ sở, góc trước, góc sau

- Vẽ sơ đồ hình

- Thiết kế profin dao trong các tiết diện.

- Lựa chọn phần phụ.

- Vẽ profin và các hình chiếu của dao

- Quy định về điều kiện kỹ thuật.

1.1 Đề bài

Tính toán thiết kế dao tiện định hình để gia công chi tiết theo Hình 1.1 (Dao có chuẩn bị để cắt đứt)

Vật liệu gia công: Phôi thanh ∅60 bằng thép C45

Hình 1.1 Kích thước của chi tiết

4

Bảng 1.1 Thông số kích thước của chi tiết.

∅1(mm) ∅2(mm) ∅3(mm) ∅4(mm) L1(mm) L2(mm) L3(mm) L(mm)

1.2 Phân tích chi tiết để chọn dụng cụ gia công.

Chi tiết có biên dạng mặt tròn xoay trên đó bao gồm mặt côn, mặt trụ Dochi tiết có mặt côn nên khi gia công rất dễ mắc phải sai số do lưỡi cắt không song song với đường tâm chi tiết Song độ chính xác chi tiết yêu cầu không cao, mặt đầuchi tiết có đọ chênh lệch đường kính không quá lớn

Đây là một chi tiết không phức tạp, chiều dài nhỏ, độ chênh lệch đường kínhkhông quá lớn

Chiều sâu lớn nhất: tmax = Dmax−Dmin

2

Trong đó Dmax: Đường kính lớn nhất khi tiện

Dmin : Đường kính nhỏ nhất khi tiện

ta chỉ cần dùng dao có điểm cơ sở nằm ngang chi tiết

Dao tiện định hình có hai loại chính theo hình dáng đó là loại dao hình lăng trụ và dao tiện hình tròn, trong hai loại trên em chọn loại dao lăng trụ vì chúng có những ưu điểm sau:

- Được gá kẹp bằng rãnh mang cá có độ cứng cao.

- Dao lăng trụ chỉ gây ra sai số ∆1 còn dao hình tròn còn gây ra sai sốgia công ∆2

- Góc sau α có thể lựa chọn giá trị lớn vì điều kiện gia công cho phép

- Truyền nhiệt tốt, tuổi thọ cao, mài lại dao dễ.

=> Dựa vào những ưu điểm trên và chiều sâu lớn nhất của chi tiết= 18.5 mmnên em chọn dao tiện định hình hình lăng trụ

1.4 Chọn cách gá dao

Để thuận tiện và đơn giản trong quá trình thiết kế cũng như chế tạo mà vẫn đảm bảo được yêu cầu kỹ thuật trong khi gia công cũng như độ chính xác về kích thước và hình dáng hình học, chất lượng của bề mặt gia công và tuổi thọ của dụng

Hình 1.2 Xác định các điểm trên chi tiết

6

 Xác định bán kính tại các điểm trên biên dạng chi tiết

1.6 Sơ đồ tính toán thông số profin dao

Sơ đồ tính toán các thông số profin dao tại một điểm i bất kỳ trên lưỡi cắt được biểu diễn như sau:

Hình 1.3 Sơ đồ tính toán profin dao lăng trụ

Điểm 1 được chọn làm điểm cơ sở để xác định profin lưỡi cắt Qua điểm 1trên hình chiếu đứng vẽ mặt trước T hợp với phương ngang một góc Mặt trước

T cắt các vòng tròn có bán kính r1,r2,r3, tại các điểm 1’,2’,3’,… trên lưỡi cắt dao Các điểm 1’,2’,3’,… trên lưỡi cắt của dao gia công các vòng tròn bán kinh r1, r2, r3,

… ứng với các điểm 1, 2, 3, ….của profin chi tiết

8

Khoảng cỏch từ điểm 1 đến cỏc điểm 2’,3’,… là τ2 , τ3 , là chiều cao profinlưỡi cắt theo mặt trước.

Từ cỏc điểm 2’,3’,4’,… trờn lưỡi cắt dao ha cỏc đoạn thẳng vuụng gúc với điểm 1 được cỏc đoạn hd2, hd3,…Đú chớnh là chiều cao profin lưỡi cắt trong tiết diện vuụng gúc với mặt sau

1.7 Tớnh toỏn chiều cao profin của dao 1.7.1 Xõy dựng cụng thức tớnh toỏn

1.7.1 Tớnh toỏn profin dao tại cỏc điểm

- Chiều cao gá dao: k = R.sin = 10,5.sin120 = 2,183 mm

- Chiều cao mài: H = R.sin( + ) = 10,5.sin(120 +200) = 5,564 mm

- Khoảng cách từ tâm chi tiết đến mặt trớc:

+ A = r.sin( ) = rx sin x = 10,5.sin120 = 3,591 mm

+ B = r1 cos 1 = 10,5 cos 20 o = 9,87 mm

+ C1 = B = 9,87 mm

*Điểm 2, 3:

- r2 = r3 = 19,5 mm γ2 = γ3 = arcsin(

r1

r2 sin γ) = arcsin(10,519,5.sin20o ) = 10,613

B = 9,87 mm

C2 = r2.cos γ2 = 19,5 cos(10,613) = 19,166 mm 𝒯2 = 𝒯3 = C2 – B = 9,296 mm

.h2 = h3 = 𝒯2 cos (20+12) = 7,883 mm

*Điểm 4, 5:

- r4= r5 = 29 mm γ4 = γ5 = arcsin(r1

r4.sin γ) = arcsin(10,529 sin20o ) = 7,113

B = 9,87 mm

C4 = r4.cos γ4 = 19 cos(7,113) = 28,777 mm 𝒯4 = 𝒯5 = C4 – B = 18,907 mm

.h4 = h5 = 𝒯4 cos (20+12) = 16,034 mm

10

Bảng 1.3 Thông số profin dao.

Căn cứ vào chiều sâu cắt lớn nhất của chi tiết: tmax = 18,5

mm Dựa vào bảng 3.2a [2] ta có kích thước cơ bản của dao:

Bảng 1.4: Kích thước cơ bản của dao

Hình 1.7 Profin dao trong tiết diện trùng với mặt trước

1.9 Điều kiện kỹ thuật

- Vật liệu làm dao : Thép C45

- Độ cứng sau nhiệt luyện : HRC = 62-65

Hình 1.8: Ban vể+ thiể-t

kể-PHẦN II: THIẾT KẾ DAO PHAY LĂN RĂNG 2.1 Yêu cầu

Thiết kế dao phay lăn răng có modun m = 2.5 mm ; α = 200 để gia công chi tiết bằng vật liệu thép 40XH (σb = 950 N/mm2)

2.2 Chọn dao phay lăn răng:

Dao phay lăn răng là dụng cụ cắt hoạt động theo phương pháp bao hình, dùng để gia công bánh răng trụ răng thẳng hoặc nghiêng Có hai loại dao phay lăn răng, đó là: dao phay lăn răng gia công thô và dao phay lăn răng gia công tinh

Để gia công bánh răng có modun m = 2.5 (mm), góc ăn khớp α = 20˚thì

ta chọn dao phay lăn răng gia công tinh nguyên khối (có mài profile dao sau

nhiệt luyện), có một đầu mối, có trục vít cơ sở là trục vít Acsimet

Đặc điểm của trục vít Acsimet: là trục vít và mặt ren là đường xoắn ốc Acsimet Mặt xoắn ốc này là quỹ đao chuyển động của một đường thẳng luôn luôn dựa trên một đường xoắn ốc trụ tròng và giao nhau với trục của hình trụ một góc không đổi Trục vít Acsimet có cạnh răng thẳng trong mặt cắt dọc chứa đường tâm ren vít Giao tuyến của mặt ren và mặt cắt ngang (vuông góc với trục) là đường xoắn ốc Acsimet

Ưu điểm khi chế tạo dao phay lăn răng theo trục vít cơ sở là trục vít

Acsimet: đơn giản, dễ chế tạo, chiều cao profile không đổi khi mài lại ở mặt trước, góc sau thay đổi không đáng kể

Chọn cấp chính xác để chế tạo dao phay lăn răng: cấp chính xác A

Để gia công được bánh răng chính xác, ta chế tạo dao phay lăn răng có góctrước γ = 0

16

Hình 2.1 Tạo hình profin răng dao phay

Các thông số hình học của dao phay lăn răng có modun m = 1 ÷ 20 được tiêuchuẩn hoá, được tính theo các công thức ở các bảng 8.1 và 8.2 [1]

 Bước theo phương pháp tuyến: tn = π.m.n

Trong đó: m = 2.5 (mm): modun dao

n=1: số đầu mối của dao

Vậy h1 = 1,25 2,5 1 = 3,125 (mm).

 Chiều cao chân răng: h2 = h1= 1,25.m.f = 3,125 (mm)

 Chiều cao toàn bộ profile: h = 2,5.m.f = 2,5 2,5 1 = 6,25 (mm)

 Bán kính đoạn cong đầu răng: r1 = 0,25.m = 0,25 2,5 = 0,625 (mm)

 Bán kính đoạn cong chân răng: r2 = 0,3.m = 0,3 2,5 = 0,75 (mm)

 Đường kính đỉnh răng (De): Bảng 8.2 [1], với m = 2,5 thì De = 65(mm)

 Số răng dao phay: :

Z = 360φ (ra0ng)

Trong đó : cos(φ)= 1 - 4,5 m.f De = 1 - 4,5 2,5.165 = 0.827 => φ=34.2 0

Z =360φ = 34.2360 = 10.526 (răng). Chọn Z = 10 (răng)

 Lượng hớt lưng lần 1: K = π De Z .tan ⁡(α)

Trong đó: De = 65 (mm): đường kính đỉnh răng

Z = 10 (răng): số răng dao phay

α: góc sau trên đỉnh răng

Nếu α = 100 thì K = 3.6 mm

Chọn lượng hớt lưng K theo tiêu chuẩn: K = 4 (mm)

 Lượng hớt lưng lần 2 (dao có mài profile):

 Trị số góc profile theo mặt trước: α1 = α – Δα

 Bước của răng vít theo chiều trục: to =cos ⁡(w) tn =cos ⁡(2,485)7,85 =7,857(mm)

 Chiều sâu của rãnh thoát phoi H (đối với dao có mài profile):

Trong đó: De =65 (mm): đường kính đỉnh răng

H = 12 (mm): chiều sâu của rãnh thoát phoi

 Chiều dài của gờ: lg = (3,5 ÷ 5) mm Chọn lg = 4 (mm).

 Chiều dài phần làm việc của dao (L1): ta chọn theo bảng 8.2 [1] tr153 với m

= 2,5 (mm) thì L1 = 48 (mm)

 Chiều dài toàn bộ dao phay: L = L1 + 2.lg = 56 (mm)

 Tính các góc αt và αp trong tiết diện chiều trục:

Ta có cot α0 =cot α1.cos ω = cot(19˚59’).cos(2,485) = 2,747

cot αt = cot α0 + K Z T = 2,747 + 4169,6174.10 = 2,757 => α t = 19˚56’

Góc sau trong tiết diện pháp tuyến (αP):

cot αP = cot α0 - K Z T = 2,747 - 4169,6174.10 = 2,737 => α P = 20˚4’

20

Bảng 2.1 Thông số hình học dao phay lăn răng:

3 Chiều dày răng ở thiết diện pháp tuyến Sn 3,93 (mm)

13 Đường kính trung bình tính toán của dao (dao có mài profile) Dt 57,6 (mm)

15 Lượng biến thiên góc profile theo mặt trước Δα 1’

16 Trị số góc profile theo mặt trước α1 19˚59’

18 Bước của răng vít theo chiều trục t0 7,857 (mm)

19 Chiều sâu của rãnh thoát phoi (đối với dao có mài profile) H 12 (mm)

28 Góc sau trong thiết diện chiều trục αt 19˚56’

29 Góc sau trong thiết diện pháp tuyến αp 20˚4’

`

Hình 2.2 Profin dao trong tiết diện pháp tuyến

22

Hình 2.3 Profin dao trong tiết diện chiều trục

2.3 Điều kiện kỹ thuật của dao phay lăn răng:

Vật liệu làm dao: thép 40XH Nhiệt luyện đạt độ cứng 62 ÷ 65 HRC

Độ nhám bề mặt:

 Mặt đầu dao, gờ dao, mặt trụ lắp ghép: Ra = 0,32 (μm)

 Mặt sau phần tiện hớt lưng, mặt trụ phần không lắp ghép: Ra = 2,5 (μm)

 Mặt sau phần mài hớt lưng: Ra = 0,63 (μm)

STT Độ không chính xác cho phép lớn nhất Giá trị

2 Sai số tích luỹ giới hạn trên độ dài 3 bước ±0,015 (mm)

3 Độ đảo hướng kính theo đường kính ngoài trong giới hạn một vòng tròn 0,30 (mm)

4 Sai lệch giới hạn gốc profile (trong giới hạn của phần có hiệu lực của profile và đường thẳng của nó

5 Giới hạn sai lệch hướng kính của mặt trước ở điểm bất kỳ trên chiều cao profile (chỉ tháo một phần phía

6 Sai lệch tích luỹ lớn nhất của bước vòng của rãnh xoắn 0,04 (mm)

7 Hiệu số khoảng cách từ đỉnh răng phân bố dọc rãnh thoát phoi đến trục dao phay 0,015 (mm)

12 Sai lệch giới hạn của bước rãnh vít theo mặt trước răng +175 (mm)

CHƯƠNG III:THIẾT KẾ DAO PHAY ĐỊNH HÌNH HỚT LƯNG

Yêu cầu: Thiết kế dao phay định hình có để gia công vật liệu bằng thép 45 có

Với profin chi tiết như hình vẽ:

3.1 Phân tích chi tiết, chọn loại dao gia công:

- Chi tiết gia công có dạng rãnh, profin phức tạp gồm các đường thẳng

- Dao phay hớt lưng đảm bảo được lượng profin lưỡi cắt không đổi và đồng nhất trong quá trình sử dụng khi mài sắc lại theo mặt trước, tính vạn năng cao, năng suất cao, không yêu cầu gá đặt phức tạp, không đòi hỏi thợ bậc cao Do đó, dao phay hớt lưng chủ yếu được

- Chiều cao ở những điểm mút của profin khác nhau ít, hơn nữa, chế tao rãnh đáy thẳng (đáy rãnh làm song song với trục) dễ dàng hơn rãnh vát (đáy rãnh làm nghiêng với trục dao).

Từ đó, ta chọn dao phay định hình có góc trước , hớt lưng một lần, đáy rãnh thẳng để gia công chi tiết

3.2 Chọn điểm cơ sở:

Đối với dao phay định hình, càng gần tâm góc sau càng tăng, do

đó để đảm bảo góc sau tại các điểm trên lưỡi cắt không quá nhỏ, điểm cơ

sở khi thiết kế dao phay định hình thường được chọn trùng với các điểm trên chi tiết nằm xa tâm dao nhất (các điểm có chiều cao profin lớn nhất)

3.3 Chọn thông số hình học của dao:

Với vật liệu gia công là thép 45, có , theo bảng 4.2, ta có:

3.4 Tính toán profin dao trong tiết diện chiều trục:

Profin chi tiết được biểu diễn bởi các điểm

Xét điểm i trên chi tiết, để gia công được điểm này thì phải có điểm i’ tương ứng trên profin dao Xác định điểm i’ như sau:

+ Từ điểm i trên profin chi tiết ta dóng ngang sang phía dao cắt đường tại điểm E Lấy làm tâm, quay cung tròn bán kính cắt vếtmặt trước tại F

+ Vẽ đường cong hớt lưng acsimet cắt tại G Từ G kẻ đường thẳng vuông góc với ta được điểm i’, điểm này nằm trên profin dao dùng để gia công điểm i trên profin chi tiết

Để thiết kế dao phay định hình có cần phải tính chiều cao profin dao của tất cả các điểm tương ứng với các điểm trên profin chi tiết

Từ sơ đồ tính ta có:

27

 Tính chiều cao profin dao trong tiết diện chiều trục của dao:

+ Điểm 1: θ1= arcsin (R d sinγ

+ Điểm 4, Điểm 5:θ4= arcsin (R d sinγ

Chiều cao profin dao trong tiết diện chiều trục :

 Tính chiều cao profin dao trong tiết diện trùng với mặt trước

Chiều cao profin dao trong tiết diện trùng mặt trước được dùng để kiểm tra dao sau khi chế tạo có đạt yêu cầu hay không Từ sơ đồ tính, với điểm i bất kì, công thức tính chiều cao profin dao trong tiết diện trùng mặt trước:

29

Tính toán cụ thể cho từng điểm:

Bảng kết quả tính toán

Chiều cao profin trong tiết diện chiều trục và trong tiết diện trùng mặt

trước Điểm

3.5 Điều kiện kỹ thuật của dao

Kích thước kết cấu dao tra theo bảng 4.11, ứng với chiều cao lớn

nhất của profin chi tiết hcmax = 20mm , ta có kích thước kết cấu của dao như sau:

- Đường kính lớn nhất của dao: D = 150 mm

- Đường kính lỗ định vị dao d = 40 mm

- Đường kính phần không lắp ghép d1 = 42 mm

- Số răng Z = 10

- Lượng hớt lưng K = 8 mm

- Hình dáng đáy rãnh thoát phoi H = 34 mm

- Bán kính góc lượn ở đáy rãnh thoát phoi r = 3 mm

- Độ bóng: bề mặt làm việc Ra = 0,63

- Bề mặt còn lại Ra = 1,28

- Độ đảo hướng tâm của mặt trước ≤ 0,06 mm

- Độ đảo hướng kính của các lưỡi cắt ≤ 0,03 mm

- Kí hiệu dao : DPĐHHL - N03 – γ = 10 – D = 150 – d = 40 – B = 31- P18 – ĐHBKH

32

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Hướng Dẫn Thiết Kế Dụng Cụ Cắt (2011) – TS Nguyễn Thị Phương Giang, PGS TS Trần Thế Lục, TS Lê Thanh Sơn - Nhà xuất bản Giáo Dục

2 Dung Sai Lắp Ghép - PGS.TS Ninh Đức Tốn - Nhà xuất bản Khoa Học

Kỹ Thuật

3 Thiết Kế Dụng Cụ Công Nghiệp – GS TSKH Bành Tiến Long, PGS TSTrần Thế Lục, PGS TS Trần Sĩ Túy - Nhà xuất bản Khoa Học Kỹ Thuật

4 Sổ Tay Công Nghệ Chế Tạo Máy – GS TS Nguyễn Đắc Lộc, PGS TS

Lế Văn Tiến, PGS TS Ninh Đức Tốn, PGS TS Trần Xuân Việt - Nhà xuấtbản Khoa Học Kỹ Thuật

33