Thiết kế dụng cụ cắt kim loại

LỜI NĨI ĐẦU Dụng cụ cắt Kim loại đóng vai trị quan trọng lĩnh vực gia cơng khí, trực tiếp tác động vào q trình sản xuất sản phẩm khí, cơng cụ sản xuất máy móc thiết bị cho Kinh tế quốc dân Việc nắm bắt vai trò quan trọng dụng cụ cắt gọt kim loại khả thiết kế chế tạo tối ưu hố địi hỏi bắt buộc người làm công tác kỹ thuật lĩnh vực khí có đạt yêu cầu kỹ thuật ,năng suất cho q trình chế tạo khí đóng góp cho q trình phát triển chung đất nước Vì lÝ nên việc hồn thành đồ án mơn học “Thiết kế dụng cụ cắt kim loại” đóng vai trị quan trọng cần thiết đói với sinh viên làm quen rèn luyện kỹ thiết kế đế chuẩn bị cho cơng tác sau Để hồn thành đồ án mơn học có cố gắng thân em bảo, giúp đỡ tận tình thầy giáo hướng dẫn em thầy giáo mơn, q trình tham khảo, hỏi ý kiến bạn bè Vì em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn em tất bạn Đồ án hồn thành cịn có nhiều thiếu sót mơn học vấn đề khó liên tục phát triển Vậy em mong bảo thêm thầy giáo mơn đóng góp ý kiến bạn Một lần nưã em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo! Phần I DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH I Chi tiết gia cơng: u cầu: Tính tốn thiết kế dao tiện định hình để gia cơng chi tiết nh hình vẽ bên Vật liệu : Thép 45 (b = 750 (N/mm2)) II Chọn dao: Ta nhận thấy chi tiết cần có dạng hình trụ trịn xoay bao gồm mặt mặt côn mặt trụ Cho nên ta chọn dao tiện định hình lăng trụ, gá thẳng Bởi so với dao tiện định hình trịn tiện định hình lăng trụ chế tạo dễ dàng dồng thời gia cơng chi tiết cho độ xác Do có độ cứng vững cao đồng thời hạn chế sai số loại sai số loại có khả khắc phục III Chọn thông số dao: Chiều sâu cắt lớn là: mm Dựa vào bảng trang “Hướng dẫn thiết kế đồ án mơn học dao cắt ” ta có kích thước dao sau : B = 25 H = 90 E = 10 A = 30 r=1 d = 10 M = 43,77 Góc trước, góc sau dao tiện định hình điểm khác thường khơng nhau, dao tiện định hình lăng trụ ta phải chọn điểm sở ngang tâm chi tiết xa phần kẹp (Ta chọn điểm 1) Góc trước điểm sở  chọn tiết diện góc với chi tiết, phụ thuộc vào vật liệu gia công Theo bảng với vật liệu gia cơng có b = 750 (N/mm2) ta chọn góc trước  =250 Góc sau  chọn cho giảm ma sát giữ mặt sau mặt gia công đồng thời đảm bảo độ bền lưỡi cắt Đối với dao hình lăng trụ  = 150, ta chọn  = 120 Từ ta có kết cấu dao có dạng nh hình vẽ bên : IV Tính tốn chiều cao hình dáng prơphin dao Ta chọn điểm làm điểm sở, chiều cao prôfin dao mặt trước mặt pháp tuyến điểm tính nh phần SƠ ĐỒ TÍNH *Các cơng thức tính tốn: A = ri* Sini sin i = = *sin   i = arcsin ( *sin  ) Ci = ri*cosi ; B = r* cos i = Ci - B = (ri*cosi - r* cos ) hi = i*cos( +  ) * Tính tốn điểm: Ta có  +  = 12 + 25 = 37 cos37 = 0,7986 - Điểm 1: r1 = r = 7; 1 =  = 25 A = r1*sin  = 7*sin25o = 2,9583 C1= B = r1*cos1 = 7*cos25 = 6,3441 1 = h1 = - Điểm 2: r2 =14 sin 2 = *sin  = *sin 25o = 0,21130913 2 = arcsin(0,21130913) = 12,1991o C2 = r2 *cos2 = 14*cos(12,1991o) = 13,6838 2 = C2 - B = 13,6838 - 6,3441= 7,3397 h2 = 2*cos( +  ) = 7,3397*cos 37o = 3,3676 - Điểm 3: r3 = r2 = 14; 3 = 2 =12,1991o C3 = C2 = 13,6838 3 = 2 = 7,3397 h3 = h2 = 3,3676 - Điểm 4: r4 = 20 sin4 = *sin = *sin 25o = 0,1479 4 = arcsin(0,1479) = 8,5062o C4 = r4*Cos4 = 20*cos(8,5062o) = 19,7799 4 = C4 - B = 19,7799 - 6,3441 = 13,4358 h4 = 4*cos( +  ) =13,4358 * 0,7986 =10,7298 - Điểm 5: r5 = r4 = 20; 5 = 4 = 8,5062o C5 = C4 = 19,7799 5 = 4 = 13,4358 h5 = h4 =10,7298 Bảng kết tính toán điểm Điểm ri A Sini (mm) (mm) 0,4226 i (o) 25 B C (mm) (mm) i 6,3441 i (mm) hi (mm) 0 14 0,21130913 12,1991o 13,6838 7,3397 3,3676 14 2,958 0,21130913 12,1991o 6,344 13,6838 7,3397 3,3676 20 0,1479 8,5062o 19,7799 13,4358 10,7298 20 0,1479 8,5062o 19,7799 13,4358 10,7298 V Phần phụ profin dụng cụ : Phần phụ profin dụng cụ dùng để vát mép chuổn bị cho ngun cơng cắt đứt kích thước phần phụ gồm : + a : Là chiều rộng làm tăng sức bền lưỡi cắt ,chọn a = 4(mm) + b : Là chiều rộng lưỡi ứng với phần cắt đứt ,chọn b = (mm) + c : Là chiều rộng lưỡi tạo phần xén mặt ,chọn c = (mm)  = 20; 1 = 55 Chiều dài tổng cộng dao : L = lc + a + b +c = 45 + + + = 57(mm) VI Thiết kế dưỡng: Trong trình chế tạo dao tiện định hình, profin lưỡi cắt kiểm tra loại dưỡng Dưỡng dùng trình chế tạo gồm hai loại :Dưỡng đo dưỡng kiểm Dưỡng đo dùng để kiểm tra profin chi tiết ,dưỡng kiểm dùng để kiểm tra dưỡng đo - Dưỡng đo : Cấp xác 7, miền dung sai H , h (bao bị bao) - Dưỡng kiểm : Cấp xác 6, miền dung sai Js , j s(bao bị bao) - Vật liệu dưỡng : Thép lò xo 65, nhiệt luyện đạt 62 65 HRC Độ nhám bề mặt làm việc Ra  0,63 m, mặt lại Ra  1,25 m VII Điều kiện kỹ thuật dao tiện định hình : Vật liệu phần cắt : Thép gió P18 Vật liệu phần thân : Thép 45 Độ cứng sau nhiệt luyện: Phần cắt HRC : 62 65 Phần thân HRC:35 45 Độ nhám : Mặt trước mặt sau không lớn Ra < 0,25 Mặt tựa, rãnh mang cá không lớn Ra < 0,5 Mặt cịn lại khơng lớn Ra < 2,0 Mối hàn phần cắt phần thân hàn tiếp xúc bảo độ đồng mối hàn Sai lệch góc cắt tương ứng với góc không Nhãn hiệu sản phẩm : Nơi sản xuất : ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Vật liệu làm dao : P18 0 Góc trước , góc sau dao Phần II Dao phay lăn Yêu cầu : Thiết kế dao phay lăn để gia cơng bánh có mơdun m = Vật liệu gia cơng: Thép 40 XH có b = 950 N / mm2 I Tính tốn thiết kế dao : Dao phay lăn dùng để gia công bánh trụ thẳng bánh nghiêng ăn khớp phần ăn khớp Dao phay lăn chia làm loại: Dao phay tinh dao phay thô tuỳ theo nguyên công cà hay xọc Dao phay tinh để cắt trước cà răng, cịn dao phay thơ để gia công trước xọc Theo yêu cầu thiết kế dao phay có modul m = ta tiến hành thiết kế dao phay lăn tinh đầu mối Với dao phay lăn có m = tiêu chuẩn hố phận với giả thiết dao phay lăn với bánh hình trụ tạo nhà máy đạt cấp xác A 1- Bước theo phương pháp tuyến: tn = *m*n m: môdun bánh gia công n: Số đầu mối cắt ren, lấy n = => tn = *8*1 = 25,13 ( mm ) - Chiều dày tiết diện pháp tuyến : 12,56 ( mm ) - Chiều cao đầu : h1=1,25*m*f f : hệ số chiều cao đầu răng, chọn f = => h1 = 1,25*8*1 = 10 ( mm ) - Chiều cao chân răng: h2 =1,25*m*f => h2 = 1,25*8*1 = 10 ( mm ) - Chiều cao : h = 1,25*m*f => h = 2,5*8*1 = 20 ( mm ) - Trị số góc profin theo mặt trước:  : góc ăn khớp,  = 20  = 2’ 1 =  -  = 20 - 2’ = 1958’ - Bán kính vê đầu răng: r1 = 0,25*m = 0,25* = ( mm ) - Bán kính lượng chân răng: r2 = 0,3*m = 0,3*8 = 2,4 ( mm ) - Đường kính vịng trịn đỉnh dao phay lăn : Tra bảng với m = có De = 125 ( mm ) 10 - Số : Z Z= Cos = - 4,5 * Z= = - 4,5*  0,712    44o36’  8,07 ; Chọn Z = 11 - Lượng hớt lưng : K ;  : Góc sau đỉnh răng, lấy  = 10o K=  8,65 ;lấy tròn K = (mm) K= 12 - Lượng hớt lưng lần thứ hai : K1 K1 = (1,2  1,5)*K K1 = (1,2  1,5)*9 = 10,8  13,5 ; lấy K1 = 11 ( mm ) 13 - Đường kính trung bình tính tốn : ( Đối với dao có mài profin ) Dt = De - 2,5 * m * f - 0,2 *K = 125 - 2,5 *8*1 - 0,2 *9 = 103,2 ( mm ) 14 - Góc nghiêng lý thuyết rãnh xoắn( Góc xoắn rãnh vít ) : sin  = , n : Số đầu mối ren dao sin  = = 0,0775 =>  = 4o27’ 15 - Bước rãnh xoắn lý thuyết (Bước xoắn rãnh vít): T = * Dt * cotg  =  * 103,2 * cotg (4o27’)  4168 (mm) 16 - Bước vít theo chiều trục : t= = = 25,209 (mm) 17 - Chiều sâu thoát phoi H : (ở dao phay mài profin) H= h+ + (1  2) = 20 + = 32 (mm) 18 - Góc rãnh phoi : Chọn phụ thuộc vào số Z dao phay Z = =>  = 25 19 - Bán kính cung trịn đầu rãnh: rk = =  2,5 (mm) 20 - Đường kính lỗ gá : Chọn phụ thuộc vào đường kính d = De - *H - 0,8*m - = 125 - *32 - 0,8 *8 - = 47,6 (mm) Ta lấy theo tiêu chuẩn d = 48 ( OCTY 4020 - 48 ) 21 - Đường kính đoạn lỗ không lắp ghép : d1 = 1,05 * d = 1,05 *48  50 (mm) 22 - Đường kính gờ : D1 = De - 2*H - (1  ) = 125 - 2*32 - (1  2) = 60 (mm) 23 - Chiều dài gờ : l = (3,5  5), lấy l = 4(mm) 24 - Chiều dài phần làm việc dao : L1 = 107 ( mm ) 25 - Chiều dài toàn dao : L = L + * l = 107 + *4 = 115 (mm) II Điều kiện kỹ thuật dao : Vật liệu thép P18 Độ cứng HRC = 62  65 Kiểu dao phay liền : m = Dung sai dao cấp xác A Giới hạn sai lệch bước :  0,025mm Sai số tích luỹ giới hạn độ dài bước :  0,040mm Độ đảo hướng kính theo đường kính ngồi giới hạn vịng ren :  0,050 Sai lệch giới hạn góc profile (trong giới hạn phần có hiệu lực profile đường thẳng tiết diện pháp tuyến) :  0,030 mm Giới hạn sai lệch hướng kính mặt trước điểm chiều cao profile (Chỉ tháo phía phần khoét đáy) : 0,150 mm Sai số tích luỹ lớn bước vòng rãnh xoắn : 0,070 mm 10 Hiệu số khoảng cách từ đỉnh phân bố dọc rẵnh thoát phoi đến trục dao phay : + 0,025 mm 11 Độ đảo hướng kính gờ : 0,020 mm 12 Độ đảo mặt đầu gờ: 0,020 mm 13 Sai lệch góc cắt phút : +13’ -7’ 14 Sai lệch chiều dài : + 0,450 mm 15 Sai lệch chiều dày :  0,050 mm Phần III THIẾT KẾ DAO PHAY ĐỊNH HÌNH Yêu cầu: Thiết kế dao phay định hình  > để gia cơng chi tiết nh hình vẽ Thép gia công 45 Giới hạn bền b= 650 N/ mm2 (Bề mặt I II không gia công) I Phân tích chi tiết chọn dao : Chi tiết có dạng rãnh, có profile phức tạp bao gồm đoạn thẳng cung trịn Vì ta chọn dao phay hình hớt lưng, loại dao phổ biến dùng để gia cơng chi tiết định hình Với dạng profile phức tạp nh ta hớt lưng dao lần, tức không mài lại mặt sau sau nhiệt luyện Để giảm nhẹ lực cắt ta chế tạo dao có góc trước dương  > Vì chiều cao profile lớn hcmax= 20 mm, chiều rộng rãnh l = 34 mm, ta nhận thấy kết cấu lưỡi cắt chưa đủ cứng vững ta chế tạo dao có đáy rãnh thoát phoi nghiêng Căn vào chiều cao lớn chi tiết h0 = 20 mm ta tra Bảng 10-V (Trang 18 Tập HDTKDCC) ta có : Số dao Z = 10 Đường kính đỉnh dao D = 150 mm Vì D > 100 Do ta phải chế tạo dao dao phay định hình hớt lưng lần, có góc trước  > 0, đáy rãnh thoát phoi nghiêng dao hàn vào thân dao Theo Bảng 13-V (Trang 31 - Tập HDTKDCC) ta có thơng số nh sau : ho h01 b D B d h h1 K  D1 Do d1 d2 d3 H 20 34 160 36 40 20 8,5 25o 152 75 60 80 42 42,5 II Tính tốn profile dao tiết diện chiều trục : Ta cần xác định chiều cao profile dao tiết diện chiều trục để chế tạo dao cắt Có sơ đồ tính tốn nh sau : 10 SƠ ĐỒ TÍNH Các thơng số sơ đồ xác định nh sau : - Góc trước  xác định theo Bảng - V (Trang - Tập HĐTKDCC) Với vật liệu Thép 45, b = 650 N/ mm2 ta có  = 150 (ứng với dao cắt thơ) Góc sau n = 120 góc sau phơ 1 = 80 - Bán kính đỉnh dao xác định theo Bảng 13-V (Trg 31-Tập HĐTKDCC) Với chiều cao lớn profile chi tiết hcmax= 20 mm Ta có bán kính đỉnh dao R = 80 mm Dùng profile dao đồ thị ( Đã thực sơ đồ trên) Xét điểm ic chi tiết, để gia công điểm i c phải có điểm id tương ứng thuộc profile dao cắt Ta xác định điểm id nh sau : Từ điểm ic profile chi tiết dóng ngang sang phía dao, cắt đường OT E Lấy O làm tâm quay mét cung tròn có bán kính OE cắt vết mặt trước F Vẽ đường cong hớt lưng Acsimet qua F cắt OT G Từ G dóng đường  ngược lại phía chi tiết, từ điểm i c thuộc profile chi tiết hạ đường thẳng vng góc xuống đường  cắt đường  id ta điểm id điểm profile dao dùng để gia công điểm ic profile chi tiết Các cơng thức tính tốn xác định nh sau: Theo sơ đồ ta có : hdi = GT = ET - EG = hci - h (Với EG độ giáng đường cong hớt lưng Acsimet ứng với góc tâm ) 11 Ta có : h = EG ; Mà i = i -   Trong đó: - K : lượng hớt lưng - Z : số dao phay - R : bán kính đỉnh dao Theo Bảng 13 - V (Trang31 - Tập HDTKDCC)  K = 8,5 ; Z = 10 (răng) Nhận thấy profile chi tiết có đoạn cung trịn Vậy profile dao có đoạn cong tương ứng Nếu xác định profile đoạn nh đoạn khác để đảm bảo độ xác u cầu số lượng điểm tính tốn phải đủ lớn nh khối lượng tính toán nặng nề Để đơn giản cho việc tính tốn ta thay đoạn cong cung tròn thay qua 11 điểm, điểm cáhc nhau, nh điểm cách 1,3 Trên sơ đồ tính ta có điểm 13 Vậy ta cịn phải tính thêm điểm điểm 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 Từ hình vẽ ta có : hci = (Với i = 412) Trong R bán kính cung trịn chi tiết : R =13, l13 = 32, li+1 = li +1,3 (i = 311); Lập bảng tính tốn Điểm hci hdi li Điểm hci hdi li 16 15,085 11,258 10,661 25,5 0 11,914 11,275 26,8 0 19 10 12,401 11,731 28,1 5,666 5,389 20,3 11 12,737 12,045 29,4 7,8 7,407 21,6 12 12,935 12,231 30,7 9,284 8,806 22,9 13 13 12,291 32 10,4 9,855 24,2 14 20 18,775 34 III Tính tốn profile tiết diện qua mặt trước dao : Ta cần xác định chiều cao profile dao tiết diện qua mặt trước dao để kiểm tra dao sau chế tạo có đạt u cầu hay khơng Có sơ đồ tính tốn nh sau : 12 SƠ ĐỒ TÍNH Trong tiết diện mặt trước đoạn profile cong thay cung tròn thay qua 11 điểm nh tiết diện chiều trục Từ sơ đồ ta có : Ở ta có : Lập bảng tính tốn Điểm hci h'di li Điểm hci h'di li 16 16,716 11,258 11,725 25,5 0 11,914 12,413 26,8 0 19 10 12,401 12,924 28,1 5,666 5,882 20,3 11 12,737 13,277 29,4 7,8 8,107 21,6 12 12,935 13,485 30,7 9,284 9,657 22,9 13 13 13,554 32 10,4 10,825 24,2 14 20 20,960 34 13 IV Chọn kết cấu dao Các thông số kết cấu dao chọn theo Bảng 13-V (Trang 31–Tập HDTKDCC ) Thể cụ thể vẽ chi tiết V Thiết kế dưỡng Dưỡng đo dùng để kiểm tra dao sau chế tạo, chế tạo theo cấp xác với miền dung sai H, h Theo luật kích thước bao bị bao Dưỡng kiểm dùng để kiểm tra dưỡng đo, chế tạo theo cấp xác với miền dung sai Js , js Theo luật kích thước bao bị bao Vật liệu làm dưỡng : Thép lò xo 65 Độ cứng sau nhiệt luyện đạt 62 65 HRC Độ nhám bề mặt làm việc Ra  0,63m Các bề mặt cịn lại đạt Ra  1,25m Kích thước danh nghĩa dưỡng theo kích thước profile dao mặt trước Các kích thước cịn lại thể vẽ chi tiết 14 Tài liệu tham khảo [1] Đậu Lê Xin Hướng dẫn thiết kế dụng cụ cắt kim loại (Tài liệu thư viện) [2] Hướng dẫn thiết kế đồ án môn học dao cắt (Tài liệu thư viện) [3] Nguyễn Duy, Trần Thế Lục, Bành Tiến Long Bài giảng Thiết kế dụng cụ công nghiệp Hà nội 2001 [4] GS.TS Nguyễn Đắc Lộc, PGS.TS Lê Văn Tiến, PGS.TS Ninh Đức Tốn, PGS.TS Trần Xuân Việt Sổ tay Công nghệ Chế tạo máy Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội 2003 15 MỤC LỤC Trang Lời nói đầu Phần I : Dao tiện định hình I Chi tiết gia cơng II Chọn Dao III Chọn thông số dao IV Tính tốn chiều cao hình dáng prơphin dao V Phần phụ profin dụng cụ VI Thiết kế dưỡng VII Điều kiện kỹ thuật dao tiện định hình Phần II : Dao phay lăn I Tính tốn thiết kế dao II Điều kiện kỹ thuật dao Phần III : Dao phay định hình I Phân tích chi tiết chọn dao II Tính tốn profile dao tiết diện chiều trục III Tính tốn profile tiết diện qua mặt trước dao 11 IV Chọn kết cấu dao 13 V Thiết kế dưỡng 13 Tài liệu tham khảo 14 Mục lục 15 16