BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ DỤNG CỤ CẮT. DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH, DAO CHUỐT LỖ, DAO PHAY LĂN THEN HOA

BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ DỤNG CỤ CẮT. DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH, DAO CHUỐT LỖ, DAO PHAY LĂN THEN HOA

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, trong các ngành kỹ thuật nói chung và đặc biệt là ngành Cơkhí đòi hỏi kỹ sư Cơ khí và cán bộ kỹ thuật Cơ khí được đào tạo ra phải cókiến thức cơ bản vững chắc và tương đối rộng đồng thời phải biết vận dụngnhững kiến thức đó để giải quyết những vấn đề cụ thể thường gặp trong sảnxuất

Môn học Thiết kế Dụng cụ cắt có vị trí quan trọng trong chương trìnhđào tạo kỹ sư phục vụ ngành kinh tế trong nền kinh tế quốc dân Để giúp chosinh viên nắm vững được các kiến thức cơ bản của môn học và làm quen vớinhiệm vụ người kỹ sư, trong chương trình đào tạo môn học Thiết kế Dụng cụcắt là không thể thiếu được đối với sinh viên chuyên ngành chế tạo máy.Sau một thời gian tìm hiểu và với sự hướng dẫn chỉ bảo tận tình của thầyPhùng Xuân Sơn, em đã hoàn thành Bài Tập Lớn được giao Trong quá trìnhlàm việc, em đã cố gắng tìm hiểu các tài liệu liên quan, tuy nhiên sẽ khôngtránh khỏi những sai sót ngoài ý muốn Do vậy em rất mong được sự chỉ bảo

và sự đóng góp ý kiến của thầy để em hoàn thiện môn học của mình cũng nhưhoàn thiện hơn vốn kiến thức

Em xin chân thành cảm ơn

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

MỤC LỤC 2

CHƯƠNG 1 THIẾT KẾ DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH 4

1.1 Phân tích chi tiết gia công 4

1.2 Chọn loại dao 5

1.3 Thông số hình học của dao 6

1.4 Tính toán chiều cao hình dáng Profile dao trong hai tiết diện 6

1.4.1 Chọn điểm cơ sở 6

1.5 Phần phụ của Profile dụng cụ 10

1.6 Thiết kế dưỡng đo và dưỡng kiểm 10

1.7 Yêu cầu kỹ thuật 11

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ DAO CHUỐT LỖ 13

2.1 Sơ đồ cắt chuốt 13

2.2 Vật liệu làm dao chuốt 13

2.3 Cấu tạo dao chuốt 14

2.4 Lượng nâng của răng (Sz) 14

2.5 Lượng dư gia công 14

2.6 Kết cấu răng và rãnh 15

2.6.1 Profile dao chuốt 15

2.6.2 Profin mặt đầu (trong tiết diện vuông góc với trục) 17

2.6.3 Số răng dao chuốt 18

2.6.4 Số răng cùng cắt lớn nhất 18

2.6.5 Đường kích các răng dao chuốt 19

2.6.6 Kiểm tra sức bền dao chuốt 19

2.6.7 Phần đầu dao 20

2

2.6.8 Lỗ tâm 22

2.7 Yêu cầu kỹ thuật 23

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ DAO PHAY LĂN THEN HOA 25

3.1 Tính toán profin dao phay lăn trục then hoa 25

3.2 Profile pháp tuyến 27

3.3 Profile dọc trục 28

3.4 Profile mặt đầu của dao 30

3.5 Điều kiện kỹ thuật của dao 31

KẾT LUẬN 33

TÀI LIỆU THAM KHẢO 34

CHƯƠNG 1 THIẾT KẾ DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH

1.1 Phân tích chi tiết gia công

Vật liệu gia công: Thép 45 có σb = 750N/mm2

Hình 1: Chi tiết tiện định hình

Chi tiết gia công gồm các bề mặt cần gia công là bề mặt trụ, cầu và côn.Vật liệu chi tiết gia công là thép C45 có σb = 750N/mm2

Phôi ở dạng thanh tròn có đường kính ɸ = 42 mm

Chất lượng bề mặt chi tiết gia công không có gì đặc biệt

1.2 Chọn loại dao

Chi tiết cần gia công có bề mặt gia công là bề mặt ngoài nên có thể sửdụng dao tiện định hình lăng trụ hoặc hình tròn đều được Tuy vậy, dao tiệnđịnh hình lăng trụ có một số ưu điểm hơn so với dao tiện hình tròn như sau:Dao tiện định hình lăng trụ được kẹp bằng kẹp có có rãnh mang cá kẹpdao dễ dàng hơn nên độ cứng vững tốt hơn và tăng được tuổi bền của dao.Việc mài lại dụng cụ cắt đơn giản hơn do mài theo mặt phẳng song songvới mặt trước cũ

Vậy ta chọn dao tiện định hình hình lăng trụ để gia công chi tiết

Chiều cao hình dáng lớn nhất của chi tiết là: tmax= 14mm

Tra bảng 1.2 (Giáo trình Thiết kế dụng cụ cắt) ta có các số liệu sau:Lượng dư

lớn nhất

của chi tiết

Kích thước dao (mm) Chuôi (mm)

Kích thước mảnh dao được chọn theo quy định :

- Chiều cao mảnh dao H1: H1 =(1/4 -2/3)H

- Chiều rộng mảnh dao B1=( 1,5÷1,7)tmax

- Trong đó H là chiều cao của dao định hình(mm)

- tmax- chiều cao hình dáng lớn nhất của chi tiết gia công (mm)

- Chọn H1 =1/3.75=25 mm

- Chọn B1 = 1,7.14 =23.8 mm

1.3 Thông số hình học của dao

Góc trước, góc sau của dao tiện định hình ở những điểm khác nhauthường không bằng nhau Vì vậy, chọn 1 điểm cơ sở để chọn góc trước, gócsau và để tính toán profile của dao

Góc trước γ được chọn phụ thuộc vào vật liệu gia công

Tra bảng1.1 (Giáo trình Thiết kế dụng cụ cắt ĐHCNHN)

Với vật liệu chi tiết gia công là thép C45 có σb = 750N/mm2 thì γ =20º ÷ 25º

=> Chọn γ = 25º

Góc sau được chọn cho vừa giảm được ma sát giữa mặt sau của dao vàmặt đang gia công của chi tiết, đồng thời giảm được độ bền của lưỡi cắt Đốivới dao lăng trụ chọn α = 8º ÷15º

để vẽ profile dao khi đã xác định được profile của dao trong các tiết diện cầnthiết

Ta thấy, tại những điểm của lưỡi cắt nằng càng gần kẹp hơn so vớiphương ngang thì góc sau càng nhỏ đi, góc trước tăng lên và ngược lại

Việc góc trước đói với một dụng cụ cắt lướn lên hay nhỏ đi một lượngnào đó không đáng quan tâm quá mức vì góc trước γ có thể dương, bằng 0,hoặc âm là tùy thuộc loại dụng cụ cắt và vật liệu làm dao Song đối với gócsau α thì khi nó thay đổi giá trị thoe vị trí của từng điểm trên lưỡi cắt ta phảiquan tâm khi góc sau quá nhỏ, có thể bằng 0 hoặc âm thì sẽ gây ra ma sát lớnhoặc không làm việc được

Do đó để khỏi phải kiểm tra lại góc sau khi thiết kế ta nên chọn điểm cơ

sở theo nguyên tắc sau:

6

Điểm cơ sở được chọn thường là điểm nằm ngang tâm chi tiết và xachuẩn kẹp của dao nhất Vậy ta chọn điểm 1 làm điểm cơ sở (hình vẽ)

Các số liệu cho trước là:

- ri : bán kính chi tiết ứng với các vòng tròn đã cho như đề bài

- Góc trước và góc sau của dao chọn cho điểm cơ sở: γ = 25º, α = 12º

- γi : là góc trước tại điểm i trên profile dao

Ti = ri.cos {arcsin[( r / ri ).sinγ]} ˗ r.cosγ

Chiều cao profile của dao lăng trụ gá thẳng trong tiết diện vuông góc vớimặt sau dao là:

hi = Ti.cos( α + γ )

Ta tính cụ thể cho các diểm như sau:

r9 = 21 mm

8

γ9 = arcsin (r.sinγ / r9) = arcsin (7.sin25º/ 21) = 8,0984 mm

B(mm)

Hình 2: Chiều cao hình dáng profile dao

1.5 Phần phụ của Profile dụng cụ

Phần phụ của profile dụng cụ để vát mép và chuẩn bị cho nguyên côngcắt đứt

Ta chọn các thông số như sau:

Phần vượt quá làm cho dao khỏe tăng bền cho dao hơn: a = 1 (mm)Chiều dài phần để xén mặt đầu là: b = 1 (mm)

Chiều dài đoạn lưỡi cắt phụ dung để xén mặt đầu là : c = 1 (mm)

Vậy tổng chiều dài lưỡi cắt của dao tiện định hình là L

L = lg + a+b+c= 40+1+1+1=43 mm

lg : chiều dài phần lưỡi cắt chính

10

Chọn α = α1 = 45º.

Hình 3: Phần phụ của profile dao

1.6 Thiết kế dưỡng đo và dưỡng kiểm

Dưỡng đo, dưỡng kiểm dùng trong quá trình chế tạo dao, dưỡng đo dùng

để kiểm tra profin dụng cụ, dưỡng kiểm dùng để kiểm tra dưỡng đo

Kích thước danh nghĩa của dưỡng được quy định theo quy luật bao và bịbao, giá tri của các sai lệch lấy theo cấp chính xác 7 TCVN2245_77 lấy miềndung sai H,h

Về kinh nghiệm lấy kích thước dưỡng kiểm bằng kính thước danh nghĩadưỡng đo giá trị sai lệch lấy theo cấp chính xác 6 TCVN2245_77 lấy miềndung sai Js,.js.

Vật liệu dưỡng được chế tạo từ thép lò xo 65 là thép có tích chống màimòn cao, độ cứng sau nhiệt luyện đạt được 62 – 65 HRC Độ nhám các mặtlàm việc đạt khoảng Ra = 0,63 - 0,32 (độ bóng  = 8 -9) các mặt còn lại đạt

Ra = 1,25 (độ bóng  = 7)

Dung sai chế tạo dưỡng được thể hiện ở bảng sau:

Điểm 3’ là điểm đầu chi tiết chỗ vát mép

1.7 Yêu cầu kỹ thuật

- Vật liệu chế tạo dao phần cắt: T15K6

- Vật liệu chế tạo thân: thép 45X

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

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ DAO CHUỐT LỖ

Yêu cầu: Thiết truốt với số liệu sau:

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

- Đường kích lỗ sau khi khoan Do = 20 mm

- Đường kích lỗ sau khi truốt D = 21H7 mm

2.2 Vật liệu làm dao chuốt

Dao truốt kéo thường được chế tạo từ 2 loại vật liệu

- Phần đầu dao (hay phần cán) làm bằng thép kết cấu (thép 45)

- Phần phía sau (từ phần định hướng phía trước trở về sau) làm bằng thépgió P18

2.3 Cấu tạo dao chuốt

Hình 5: Cấu tạo dao

Trong đó :

l1 : Chiều dài đầu kẹp

l2 : Chiều dài cổ dao

l3 : Chiều dài côn chuyển tiếp

l4 : Chiều dài phần định hướng phía trước

l5 : Chiều dài phần cắt và sửa đúng

l6 : Chiều dài phần dẫn hướng phía sau

2.4 Lượng nâng của răng (Sz)

Ở dao truốt, răng cao hơn răng trước một lượng Sz – gọi là lượng nângcủa răng Lượng nâng thay cho bước tiến dao

Trên phần răng cắt thô, các răng có lượng nâng bằng nhau Trị số lượngnâng của răng cắt thô Sz phụ thuộc vào vật liệu gia công Vật liệu gia công làthép C45 có b = 750 N/mm2

=> Chọn lượng nâng bằng nhau Sz = 0,015 (mm)

Phần răng cắt tinh: chọn 2 răng cắt tinh, với lượng nâng các răng giảmdần

Sz2 = 0,4 Sz = 0,006 (mm)

Sz3 = 0,2 Sz = 0,003 (mm)

Phần răng sửa đúng có lượng nâng Sz= 0 ( mm )

2.5 Lượng dư gia công

Lượng dư gia công được cho theo yêu cầu công nghệ ,trị số lượng dưphụ thuộc chiều dài lỗ truốt , dạng gia công trước khi truốt

14

Công thức tính lượng dư (về mặt hình học):

2.6.1 Profile dao chuốt

Khi chuốt thép có độ cứng trung bình thường tạo ra phoi dây Vì vậydạng rãnh được thiết kế có 2 cung tròn nối tiếp để phoi dễ cuốn

Sz : Lượng nâng của răng

Xem gần đúng rãnh thoát phoi như hình tròn có đường kính h thì diệntích rãnh là:

L : chiều dài chi tiết, L = 30 ( mm )

Sz : lượng nâng của răng, Sz = 0,015 ( mm )

Khi cuốn vào trong răng phoi không xếp được khít chặt Để phoi cuốnhết vào rãnh và không bị kẹt cần đảm bảo tỷ số

Để đảm bảo khả năng chứa phoi tốt ta chọn h = 3 (mm)

Các thông số khác được tính theo kinh nghiệm như sau:

Với răng cắt thô:

tc = ( 2,5 ÷ 2,8 ).h = 7,5 ÷ 8,4 => chọn tc = 8 ( mm )

bc = ( 0,3 ÷ 0,4 ).tc = 2,4 ÷ 3,2 => chọn bc = 3 ( mm )

rc = ( 0,5 ÷ 0,55 ).h = 1,5 ÷ 1,65 => chọn rc = 1,5 ( mm )

16

Rc = ( 0,65 ÷ 0,8 ).tc = 5,2 ÷ 6,4 => chọn Rc = 6 ( mm ) Cạnh viền : + Răng cắt: f = 0,05 (mm)

- Ở răng cắt thô  = 3

- Ở răng cắt tinh  = 2

- Ở răng sửa đúng  = 1

- Ở đáy răng chia phoi  = 4

2.6.2 Profin mặt đầu (trong tiết diện vuông góc với trục)

Trong tiết diện này, dao truốt lỗ trụ có lưỡi cắt là những vòng tròn đồng

tâm lớn dần theo lượng nâng Để phoi dễ cuốn vào rãnh , lưỡi cắt chia thành

những đoạn nhỏ sao cho chiều rộng mỗi đoạn không lớn hơn 6 (mm)

Góc sau rãnh chứa phoi ta lấy 4 , số lượng rãnh là 8 (Bảng 4.3.3c), chiềurộng rãnh m = 1 ( mm ), bán kính rãnh r = 0,4 ( mm ) (Bảng 4.3.3d)

Hình 7: Profile mặt đầu

2.6.3 Số răng dao chuốt

Số răng cắt thô phải có là:

+ Số răng cắt thô: Zthô = 1 răng

+ Số răng cắt tinh: Ztinh = 2 răng

+ Số răng sửa đúng chọn theo độ chính xác của lỗ truốt với chi tiết giacông yêu cầu đạt độ chính xác cấp 7, số răng sửa đúng Zsửađúng=6÷8

Ta chọn: Zsửa đúng = 7 (răng)

Vậy tổng số răng của dao truốt là :

Z = Zthô + Ztinh + Zsửa đúng = 1 + 2 +7 = 10 ( răng )

2.6.5 Đường kích các răng dao chuốt

Từ các công thức :

Răng cắt thô: D1 = Dmax – 2.A = 20,021– (2.0,0105) = 20 (mm)

Răng cắt tinh: D2 = D1 + 2.0,4.Sz

D3 = D2 + 2.0,2.Sz

Răng sửa đúng: Dsửađúng = Dmax = D4 = D5 = D6 = D7 = D8 = D9 = D10

Ta có bảng tính toán đường kính các răng như sau:

2.6.6 Kiểm tra sức bền dao chuốt

Sơ đồ chịu lực: mỗi răng cắt của dao chịu 2 lực thành phần tác dụng.Thành phần hướng kính Py hướng vào tâm dao Tổng hợp các lực Py của cácrăng sẽ triệt tiêu thành phần dọc trục Pz song song với trục chi tiết Tổng hợpcác lực Pz sẽ là lực chiều trục P tác dụng lên tâm dao

Lực cắt thành phần Pz tác dụng lên mỗi răng có thể làm mẻ răng Songtrường hợp này ít xảy ra Lực tổng hợp P dễ làm dao đứt ở tiết diện đáy răngđầu tiên

Điều kiện bền xác định ở mặt cắt đáy răng đầu tiên (vật liệu thép gió)

- B: chiều dài lưỡi cắt trên một vòng răng

Phần cổ dao dùng để nối dài dao cho thuận lợi khi truốt

Lg : chiều dài gá

Lh : chiều dài khe hở: Lh = 5  10(mm) => Lh = 8(mm)

Lm : chiều dầy thành máy: Lm = 20  30(mm) => Lm= 30(mm)

Lb : chiều dài bạc gá: Lb = 10  15(mm) => Lb = 15(mm)

L3 : chiều dài phần côn chuyển tiếp : L3 = 0,5.D1 = 0,5.20 = 20 (mm) => L2 = (8 + 30 + 15) – 10 = 43 (mm)

Vậy L2 = 43 (mm)

Phần định hướng dùng để dẫn hướng dao lúc bắt đầu truốt

Các thông số của lỗ tâm:

Hình 9: Lỗ tâm

D1(mm) d

(mm)

D (mm)

L (mm) L1 (mm) L2 (mm)

2.7 Yêu cầu kỹ thuật

- Vật liệu dao truốt chế tạo bằng thép P18

- Độ cứng của dao sau khi nhiệt luyện

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

Phần cắt và phần định hướng phía trước: HRC = 60  62

Phần đầu dao (phần kẹp) : HRC = 40  47

- Độ nhẵn bề mặt :

+ Cạnh viền răng sửa đúng Ra = 0,32

+ Mặt trước, mặt sau răng, mặt côn làm việc của lỗ tâm, mặt đầu hướng

Ra = 0,63

+ Phần trụ ngoài của đầu dao, rãnh chia phoi Ra = 1,25

+ Các mặt không mài Ra = 2,5

- Sai lệch về bước không được vượt quá 2 lần dung sai theo cấp chính xác 9

- Sai lệch lớn nhất đường kính các răng cắt thô không được vượt quá - 0,01

- Sai lệch cho phép đường kính các răng sửa đúng và răng cắt tinh khôngđược vượt quá - 0,005

- Độ đảo tâm theo đương kính ngoài của răng sửa đúng ,răng cắt tinh , phầnđịnh hướng sau không được vượt quá trị số dung sai của đường kích tươngứng 0,006

- Độ elip trên phần công tác phải nằm trong dung sai của đường kích tươngứng 0  0,021

- Độ sai lệch góc cho phép không vượt quá:

Góc trước:  2 0

Góc sau của răng cắt: 30 

Góc sau của răng sửa đúng: 15 

Góc sau của răng chia phoi: 30 

- Sai lệch chiều sâu đáy rãnh răng không được vượt quá +0,3

- Chiều rộng cạnh viền trên răng sửa đúng f = 0,05  0,2 mm Trên răng cắt ,chiều rộng cạnh viền không được vượt quá 0,05

24

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ DAO PHAY LĂN THEN HOA

3.1 Tính toán profin dao phay lăn trục then hoa

Tra bảng 9.1 Hướng dẫn thiết kế dụng cụ cắt ta có

f

r

Kích thước danhnghĩa Sai lệch giới hạn

Vậy ta tính toán dao phay lăn trục then hoa có:

6 × 26 × 30

H 7 h6 × 6 ×

Đường kínhtrong Di

Chiều dày then

Như vậy thỏa mãn h1 < 0,2R

Vì vậy profile của dao phay có thể thay thế bằng cung tròn

Để thay thế, ta xác định góc profile chi tiết:

Bước tp bằng bước vòng của chi tiết trên bán kính tâm tích R:

t p=t c=2 π R

Z c =

2 π 14,99

Với Zc là số then của trục then hoa

Chiều dày răng dao Sp:

Chân răng có cạnh vát εv = 45º với Z = 10 ¿ 14

Z: số rãnh thoát phoi (hay số răng dao)

Các kích thước chân răng bao gồm:

- Chiều sâu vát : hv = 2f = 0,6 mm (f là cạnh vát đỉnh then)

- Chiều sâu rãnh thoát đá: u

U = K+ (1 ¿ 2) = 4 ¿ 5 mmVậy chọn u = 4 mm

- Chiều rộng rãnh thoát đá: v

v = tp - (Sp+ 2hv) = 15,697 – (12,699 + 2.0,6) = 1,798 mm

Chiều cao profile dao: h

h = h1 + h2

h1: chiều cao đầu dao: h1 = 1,97 mm

h2: chiều cao chân dao: h2 = hv + he = 0,6 mm (với he = 0)

tp: Bước pháp tuyến dao.

ω : góc nâng của đường vit trên đường kính trung bình tính toán Dtb

Để đảm bảo độ chính xác của chi tiết và đảm bảo tuổi thọ của dao cao , đườngkính trunh bình Dtb được tính:

Dtb = De – 2h1 – σK (mm)

De: đường kính ngoài của dao

h1: chiều cao của dao

σ: hệ số, σ = 0,25

Dtb = De – 2h1 – σK = 60 – 2.1,97 – 0,25.3 = 55,31 (mm)Sau khi có Dtb, ta tính góc nâng qua công thức:

Chiều dài dao L

Chiều dai chung của dao L thường lấy

t = π.Dtb.cot ω = π.55,31.cot (11,17º) = 880 (mm)Với ω là góc nghiêng của rãnh thoát phoi trên đường kính trung bình Dtb,chính bằng góc nâng ε của đường răng.

3.4 Profile mặt đầu của dao

Đường kính ngoài De cần xác định sao cho dao đủ độ bền, đủ độ cứngvững và đảm bảo độ chính xác yêu cầu thông thường, đường kính ngoài De

xác định theo độ lớn của bước pháp tuyến tp và chiều sâu của rãnh thoát phoiH:

K , K1 : lượng hớt lưng lần thứ nhất và thứ hai, được thiết kế đảm bảo đủgóc sau, đủ chỗ thoát đá

r: bán kính lượn ở đáy rãnh thoát phoi: r=(1 ¿ 4) mm , chọn r=1 mm.Đường kính lỗ không lắp ghép d1: