Bài giảng Công nghệ tạo hình dụng cụ - PGS.TS. Bùi Ngọc Tuyên

Bài giảng Công nghệ tạo hình dụng cụ cung cấp cho người học những kiến thức như: Động học tao hình & động học gia công; Bề mặt khởi thủy & các phương pháp xác định bề mặt khởi thủy; Đặc điểm công nghệ chế tạo dụng cụ & các giai đoạn chế tạo dụng cụ; Các nguyên công tạo hình dụng cụ trước nhiệt luyện; Các nguyên công tạo hình dụng cụ sau nhiệt luyện.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ Bộ môn Gia công vât liệu dụng cụ công nghiệp CƠNG NGHỆ TẠO HÌNH DỤNG CỤ Thuyết trình: PGS.TS Bùi Ngọc Tun HÀ NỘI 2019 CƠNG NGHỆ TẠO HÌNH DỤNG CỤ Bài mở đầu: Hình học bề mặt Chương 1: Động học tao hình & động học gia cơng CƠNG NGHỆ TẠO HÌNH DỤNG CỤ Chương 2: Bề mặt khởi thủy & phương pháp xác định bề mặt khởi thủy Chương 3: Các điều kiện tao hình bề mặt Chương 4: Đặc điểm công nghệ chế tạo dụng cụ & giai đoạn chế tạo dụng cụ Chương 5: Các nguyên công tạo phôi dụng cụ Chương 6: Các nguyên cơng tạo hình dụng cụ trước nhiệt lun Chương 7: Các ngun cơng tạo hình dụng cụ sau nhiệt lun Bài mở đầu: Hình học bề mặt I   Giới thiệu Bề mặt cấu thành lên vật thể, chi tiết máy Phương trình bề mặt dạng khơng tham số : P  [x y z]T  [x y f(x,y)]T  Phương trình bề mặt dạng tham số P(u, v)  [x y z]T  [x(u,v) y(u,v) z(u,v)]T umin  u  umax ; vmin  v  vmax Mỗi mảnh bề mặt cấu trúc cạnh có tập hợp điều kiện biên gồm: 16 vecto đường cong biên 16 vecto là: vecto vị trí góc P(0,0); P(1,0); P(1,1) P(0,1); vecto tiếp tuyến góc (mỗi góc có vecto tiếp tuyến ứng với đường cong biên u, v qua điểm góc), vecto xoắn điểm góc đường cong biên u=0, u=1, v=0, v=1 Bài mở đầu: Hình học bề mặt  Bề mặt 1) Mặt phẳng 2) Mặt kẻ 3) Mặt tròn xoay 4) Mặt trụ 5) Măt xoắn vít  Bề mặt từ đường cong tổng hợp Hình thành sở đường cong tổng hợp Thừa kế đặc tính điều khiển từ đường cong  Hermite  Bezier  B-spline  NURBS Bài mở đầu: Hình học bề mặt  Các đặc trưng hình học bề mặt:  Véc tơ tiếp tuyến → Vecto tiếp tuyến điểm P(u,v) bề mặt tham số nhận cách giữ tham số không đổi lấy đạo hàm theo tham số   P( u , v ) Pv ( u , v )  P ( u , v ) Pu ( u , v )  u v  Vecto pháp tuyến → Vec tơ pháp tuyến điểm tích có hướng hai vec tơ tiếp tuyến điểm đó: N (u, v)  P P x  Pu x Pv u v  Véc tơ xoắn → Vecto xoắn điểm bề mặt dùng để đo độ xoắn bề mặt điểm Đó tốc độ thay đổi vecto tiếp tuyến Pu v hay vecto tiếp tuyến Pv u vecto đạo hàm hỗn hợp 2 Puv ( u ,v )  P( u , v ) uv  Độ cong → Độ cong bề mặt điểm P(u,v) định nghĩa độ cong đường cong tiết diện pháp tuyến nằm bề mặt qua điểm - Đơ cong k1,P; k2,P k1, P  k1, P - Độ cong trung bình: H= - Độ cong Gaussian : K = k1, P k2, P  Bán kính cong → Bán kính cong bề mặt tiết diện pháp tuyến nghịch đảo độ cong đường cong tiết diện pháp tuyến: r =1/ k Bài mở đầu: Hình học bề mặt II Bề mặt → Các bề mặt cho phép có chuyển động tự trượt: - Bề mặt tròn xoay - bề mặt trụ - mặt phẳng - Các bề mặt vít với bước số, → Bề mặt nhóm hình thành đường sinh chuyển động theo quy luật định  Thuộc tính dạng bề mặt tồn dạng chuyển động đặc biệt Khi thực chuyển động này, mặt bao vị trí liên tiếp bề mặt chuyển động P trùng với bề mặt P đó: → Bề mặt vít cho phép chuyển động tự trượt theo hướng đường vít → Bề mặt trịn xoay cho phép chuyển động tự trượt xung quanh trục (mặt cầu bề mặt tròn xoay mà profin mặt phẳng qua trục cung đường tròn với tâm nằm trục quay, cho phép chuyển động tự trượt xung quanh tâm nó) → Mặt trụ cho phép chuyển động tự trượt theo hướng đường thẳng (mặt trụ tròn cho phép chuyển động tự trượt theo hướng đường thẳng theo hướng vòng tròn) → Mặt phẳng cho phép chuyển động tự trượt dọc theo đường thẳng nằm Bài mở đầu: Hình học bề mặt  Sơ đồ bề mặt cho phép có chuyển động tự trượt: Bài mở đầu: Hình học bề mặt  Các bề mặt cấu thành nên bề mặt chi tiết máy hay dụng cụ bề mặt thân khai bánh răng, bề mặt hớt lưng dao phay lăn răng, bề mặt xoắn acsimet dao phay trụ, …  Cơng nghệ tạo hình bề mặt nhóm thực việc phối hợp chuyển động đơn giản tịnh tiến quay trịn phơi dụng cụ  Dụng cụ sử dụng để gia cơng tạo hình bề mặt gồm:  Các dụng cụ cắt thông dụng, tiêu chuẩn như: dao tiện để gia công bề mặt trụ tròn xoay, dao phay trụ, dao phay mặt đầu để gia công mặt phẳng…  Các dụng cụ chuyên dùng tiêu chuẩn dao phay lăn răng, dao xọc để gia công bánh  Các dụng cụ chuyên dùng phi tiêu chuẩn như: dao tiện định hình để gia cơng bề mặt trịn xoay định hình, dao phay định hình để gia cơng mặt trụ định hình,… Bài mở đầu: Hình học bề mặt III Các bề mặt tự ( Sculptured Surfaces)  Các bề mặt tự hay gọi bề mặt không gian với thuật ngữ thường sử dụng Sculptured Surfaces hay freeform surfaces hay NURBS surfaces bề mặt cong trơn, liên tục với tham số đặc trưng cho cấu trúc hình học cục (độ cong, tiếp tuyến, pháp tuyến, ) hai điểm lân cận vùng bề mặt khác  Các bề mặt tự dùng để thiết kế vỏ sản phẩm nhằm thỏa mãn tính thẩm mỹ theo yêu cầu người sử dụng ví dụ vỏ tơ, xe máy, đồ điện tử dân dụng,…cũng đáp ứng yêu cầu chức hình học bề mặt số chi tiết khí động học (như cánh tc bin, cánh quạt,…), chi tiết quang học (gương phản quang,…), sản phẩm ứng dụng y học (chi tiết tái tạo phục vụ cho giải phẫu), khuôn mẫu (đúc, ép nhựa, dập,…)  Các bề mặt tự thực thể hình học phức tạp Khơng thể có phân loại khoa học cho dạng bề mặt tự do.Tuy nhiên ta phân loại vùng bề mặt cục bề mặt tự sở thuộc tính hình học chúng Bề mặt tự cấu thành từ 10 dạng vùng bề mặt cục sơ đồ phân loại  Gia cơng tạo hình bề mặt thường thực hiệu máy điều khiển số nhiều trục dụng cụ vạn dạng dao phay ngón Tại thời điểm trình gia cơng, bề mặt tự cần tạo hình tiếp xúc với bề mặt khởi thủy dụng cụ điểm Bề mặt tạo hình hình thành mặt bao họ bề mặt khởi thủy dụng cụ trình chuyển động tạo hình Bài mở đầu: Hình học bề mặt CHƯƠNG Các ngun cơng tạo hình dụng cụ trước nhiệt luyện c) Hớt lưng chiều trục  Nguyên lý: Phương chuyển động tịnh tiến DTĐH hớt lưng song song với trục chuyển động quay (trục phôi)  Áp dụng: Hớt lưng đầu dao cắt bánh côn xoắn, phần côn cắt bàn ren,… CHƯƠNG Các ngun cơng tạo hình dụng cụ sau nhiệt luyện I Đặc điểm trình tạo hình dụng cụ sau nhiệt luyện → Quá trình mài mài sắc dụng cụ : - Mài bề mặt chuẩn, bề mặt kết cấu - Mài sắc: mài mặt trước, mài mặt sau- tạo hình lưỡi cắt 1.1 Đặc điểm vật liệu dụng cụ cắt - VLDCC HKC,…có độ cứng cao, giịn chịu va đập - VLDCC thép nhiệt luyên có độ cứng, độ bền học cao  Y/C chọn đá mài, chế độ mài phù hợp 1.2 Đặc điểm độ xác - ĐCX DCC phụ thuộc nhiều vào đcx trình mài - Yêu cầu: mặt chuẩn, mặt trước, mặt sau : + Độ xác hình học cao độ xác kích thước, độ xác vị trí tương quan + Độ nhám bề mặt thấp - Thiết bị : Máy mài vạn năng+ đồ gá chuyên dùng - Máy mài dụng cụ vạn năng, máy mài dụng cụ chuyên dùng CHƯƠNG Các nguyên công tạo hình dụng cụ sau nhiệt luyện II Các nguyên công mài mặt chuẩn mài bề mặt kết cấu - Các mặt chuẩn thường bề mặt bản: mặt phẳng đầu, mặt trụ ngoài, - Các NC mài mặt chuẩn thực đầu tiên, sau NL - Cố gắng tiến hành mài đồng thời mặt chuẩn lần gá đặt- giảm sai số - Sau mài mặt chuẩn thường mài nghiền, đánh bóng - Các bề mặt kết cấu mài sau mài mặt chuẩn CHƯƠNG Các ngun cơng tạo hình dụng cụ sau nhiệt luyện III Các nguyên công mài sắc mặt sau - MT, MS bề mặt làm việc DCC Độ xác MT, MS định độ xác hình học, vị trí tương quan lưỡi cắt dụng cụ so với bề mặt khởi thủy mặt chuẩn độ xác, chất lượng làm việc dụng cụ - Nguyên lý mài mặt trước, mặt sau dùng đường sinh bề mặt làm việc đá mài làm đường sinh tạo hình 3.1 Mài sắc mặt sau bề mặt - Mặt phẳng - dao tiện, dao bào, dao phay nhọn,… - Mặt trụ  DTĐH lăng trụ,… Mặt côn  Dao chuốt lỗ trụ,… Mặt trịn xoay định hình DTĐH hình trịn … - Mài tương tự mài bề mặt chi tiết máy thông thường CHƯƠNG Các nguyên công tạo hình dụng cụ sau nhiệt luyện 3.2 Mài sắc mặt sau mặt hớt lưng Các loại DCC có mặt sau mặt hớt lưng, yêu cầu đcx cao số loại DFĐH, loại dao phay lăn,… cần phải mài hớt lưng (hớt lưng lần)  Tiện hớt lưng thực trước nhiệt luyện  Lượng hớt lưng tiện: K1 = (1,2÷1,5)K  Mài hớt lưng thực sau nhiệt luyện  lượng hớt lưng K - Quan hệ góc sau đỉnh lượng hớt lưng K: tg αe = 𝑲𝒁 𝝅𝑫𝒆 ↔K= 𝝅𝑫𝒆 tgαe 𝒁 - Qúa trình mài hớt lưng thường thực máy tiện hớt lưng với cđ:  Cđ quay đá- cđ cắt  Cđ tịnh tiến hướng kính đá  Cđ quay phơi ` CHƯƠNG Các ngun cơng tạo hình dụng cụ sau nhiệt luyện a Xác định đường kính lớn đá mài hớt lưng ∗ Rđ (*) (**) BA*  Re2  RB2  Re RB cos  2  z  1  2 = 3 2 z   = ∗ tg αB = = 900 - αB tg αe ∗ ∗   2     2 3 z ∗ = =arcsin( = arcsin( ∗ ∗ ) - 900 + αB (***) Ođ CHƯƠNG Các ngun cơng tạo hình dụng cụ sau nhiệt luyện b Xác định profin đá mài hớt lưng  Phương pháp gần đúng: coi đường cong hớt lưng BD, AE gần cung tròn có tâm od  b/k cong đường hớt lưng đỉnh: Re cos  e  KC tâm phôi op tâm od : r =: = R tg α  e 𝑝 𝑑 e  Góc sau điểm chân (điểm A): cotg αi =  Chiều cao profin đá: đ= 𝑑 𝑑  đ= - CHƯƠNG Các ngun cơng tạo hình dụng cụ sau nhiệt luyện IV Các nguyên công mài sắc mặt trước 4.1 Mài sắc mặt trước bề mặt  Mặt phẳng độc lập : dao tiện, dao bào,  mài phẳng mặt đầu đá đường sinh thẳng đá trụ  Mặt côn: dao xọc răng, dao chuốt,… Mài đường sinh đá trụ đá côn  Mặt phẳng, phần rãnh thoát phoi thẳng: dao phay trụ thẳng, dao phay góc, …. Mài phẳng đường sinh đá  Mặt xoắn vít, phần rãnh phoi: mũi khoan, mũi khoét, dao phay nghiêng,…-.Mài đá mài định hình R ma x  r nđ  nc CHƯƠNG Các nguyên công tạo hình dụng cụ sau nhiệt luyện 4.2 Mài sắc mặt trước mặt xoắn vít Helicoit 4.2.1 Mài mặt trước dao phay lăn  Mặt trước loai dao phay lăn: dao phay lăn răng, dao phay lăn trục then hoa,… mặt xoắn vít Helicoit (mặt xoắn vít Acsimet vng) góc trước tiết diện mặt đầu (tiết diện vng góc đường trục) khơng (γ = 0) a Ngun lý hình thành mặt xoắn vít Helicoit  Đường sinh cắt vng góc với trục chuyển động xoắn vít dọc trục thực đồng thời chuyển động quay xung quanh trục tịnh tiến dọc trục CHƯƠNG Các nguyên công tạo hình dụng cụ sau nhiệt luyện b Vị trí gá đặt chuyển động đá dao phay lăn mài mặt trước  Đá mài côn đĩa- sử dụng đường sinh mặt côn đá để tạo hình mặt trước dao phay lăn • Trục đá xoay góc ω so với phương vng góc với trục dao để đường sinh đá tiết tuyến với mặt trước dao phay lăn đường sinh đá cắt vng góc với đường trục dao (ω góc xoắn đường vít trung bình mặt trước) • Các chuyển động: 1- Chuyển động quay đá 2- Chuyển đông quay dao 3- Chuyển động tịnh tiến dọc trục dao 4- Chuyển động phân độ sau mài xong mặt trước CHƯƠNG Các nguyên công tạo hình dụng cụ sau nhiệt luyện 4.2.2 Sai số mài mặt trước dao phay lăn  Mặt trước DFLR tập hợp đường xoắn vít có bước xoắn Sk phân bố tạ đường kính từ Di đến De  đường vít có góc xoắn khác nhau:  Các đường vít tai đường kính De , Dm , Dtb , Di có góc xoắn ωe , ωm , ω , ωi xác định theo công thức:  De tg   Dm tge  m Sk Sk tg   Dtb Sk tgi   Khi gá đặt đá để đường sinh tiếp tuyến với mặt trước, cần xoay trục đá góc ω so với phương vng góc với trục dao đường sinh đá tiếp với mặt trước dao đường kính trung bình chỉ có đường vít đường kính trung bình có góc xoắn ω tiếp tuyến với đường sinh đá, đường vít cịn lại có góc xoắn khác góc ω cắt đường sinh đá tượng mài lẹm mặt trước vùng đỉnh vùng chân gây sai số profin mặt trước Δe , Δi  Di Sk CHƯƠNG Các nguyên công tạo hình dụng cụ sau nhiệt luyện 4.2.3 Xác định sai số mài mặt trước dao phay lăn a Phương pháp gần - Cắt mặt trước dao điểm M mặt phẳng QQ - Vòng tròn mật tiếp với đường cong giao tuyến QQ với mặt trước dao có bán kính R𝑡 đường thẳng // với đường khai triển đường xoắn vít mặt trước điểm C đường kính Dtb - Đường vít có góc nghiêng ω tiếp xúc với vịng trịn mật tiếp đường khai triển đường xoắn vít mặt trước điểm M đường kính Dm - Đường vít có góc nghiêng ωm ω cắt vịng trịn mật tiếp điểm  gây sai số Δm CHƯƠNG Các ngun cơng tạo hình dụng cụ sau nhiệt luyện Δm =R𝑡 - R𝑡 cos Ψm Δm= Rđ / sin η).(1-cosΨm ) = Rđ / sin η).(2sin2 R𝑡 =Rđ / sin η  Lượng cắt lẹm điểm mặt trước có bán kính Rm : Δ m= Dđ η sin Ψm Ψm ) CHƯƠNG Các ngun cơng tạo hình dụng cụ sau nhiệt luyện  Lượng cắt lẹm điểm ngồi mặt trước có bán kính Re : Δe= Dđ sin η Ψe Với Ψe = ωe - ω  Lượng cắt lẹm điểm chân mặt trước có bán kính Ri : Δi= Dđ 2Ψ i sin η Với Ψi = ωi − ω b Phương pháp giải tích  Cơng thức xác định sai số: Δe= Dđ η tg Ψe Δ m= Dđ 2Ψ tg m η Δi= Dđ tg2 Ψi η CHƯƠNG Các nguyên công tạo hình dụng cụ sau nhiệt luyện  Phương pháp khắc phục sai số  Giảm đường kính đá mài  Tăng góc profin đá  Sửa profin đá có dạng cung trịn ... vât liệu dụng cụ cơng nghiệp CƠNG NGHỆ TẠO HÌNH DỤNG CỤ Thuyết trình: PGS.TS Bùi Ngọc Tuyên HÀ NỘI 2019 CÔNG NGHỆ TẠO HÌNH DỤNG CỤ Bài mở đầu: Hình học bề mặt Chương 1: Động học tao hình & động... động tạo hình tao thành sơ đồ động học tạo hình - Các chuyển động tạo hình cần thiết để xác định bề mặt khởi thủy dụng cụ - Bề mặt khởi thủy dụng cụ bề mặt nguyên gốc ban đầu dụng cụ chưa tạo hình. .. điều kiện tao hình bề mặt Chương 4: Đặc điểm cơng nghệ chế tạo dụng cụ & giai đoạn chế tạo dụng cụ Chương 5: Các nguyên công tạo phôi dụng cụ Chương 6: Các ngun cơng tạo hình dụng cụ trước nhiệt