Dao tiện định hình tính toán thiết kế dao chuốt lỗ trụ

Lời nói đầu Trong ngành cơ khí chế tạo máy để tạo hình chi tiết thì ngoài chuẩn bị thiết kế thì ngoài chuẩn bị thiết kế chi tiết, chuẩn bị trang thiết bị thì việc thiết kế, chế tạo dụng cụ cắt không thể không coi trọng Dụng cụ cắt cùng với trang thiết bị công nghệ khác đảm bảo tính chính xác năng xuất và tính kinh tế cho chi tiết gia công Vì vậy việc tính toán thiết kế dụng cụ cắt kim loại luôn là nhiệm vụ quan trọng của người kỹ sư cơ khí Trong đồ án môn học này em được giao nhiệm vụ thiết kế những dụng cụ cắt điểm hình như là dao tiện định hình, dao chuốt lỗ trụ, dao phay lăn răng Ngoài việc vận dụng những kiến thức đã được học trên sách vở tài liệu em còn được sự hướng dẫn tận tình chu đáo của thầy Trần Xuân Thái đã giúp em hoàn thành đồ án này Với thời gian và trình độ còn hạn chế, em mong được sự quan tâm chỉ bảo tận tình của các thầy cô để em thực sự vững vàng khi ra trường nhận nhiệm vụ công tác Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thiết kế Vũ Xuân Đức Vũ Xuân Đức – 20195340 Trang 1 Mục lục Phần 1 : DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH 2 1.1.Yêu cầu: 2 1.2.Phân tích chi tiết gia công để chọn kiểu dao: .3 1.3 Cách gá dao: 3 1.4 Thiết kế dao: 4 1.4.1 Chọn điểm cơ sở: 4 1.4.2 Chọn góc trước γ, góc sau α: 4 1.4.3 Tính toán chiều cao profile dao: 4 1.4.4 Kết cấu dao: 7 1.5 Điều kiện kĩ thuật của dao: 10 1.6 Bản vẽ chế tạo dao tiện định hình: .11 Phần 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DAO CHUỐT LỖ TRỤ 12 2.1.Phân tích chi tiết: 12 2.2.Chọn sơ đồ chuốt: 12 2.3.Thiết kế dao: 12 2.3.1 Lượng dư gia công: 12 2.3.2.Lượng nâng răng dao: 12 2.3.3.Tính toán răng cắt: .13 2.3.4.Kết cấu dạng răng răng cong lưng thẳng: 13 2.3.5.Thông số hình học: 14 2.3.6.Tính toán số răng cắt và đường kính: 14 2.4.Kiểm tra sức bền dao chuốt: .16 2.5.Điều kiện kỹ thuật: 18 Phần 3:Dao phay lăn răng 20 3.1.Nguyên lý: 20 3.2.Tính toán: .21 3.2.1 Tính profin răng dao: 21 3.2.2.Tính toán chiều dài dao: .23 3.3 Điều kiện kỹ thuật: .23 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 25 Vũ Xuân Đức – 20195340 Trang 2 Phần 1 : DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH 1.1.Yêu cầu: Thiết kế dao tiện định hình vơi số liệu sau: Vật liệu gia công: thép 45 có σ b=60 kg /mm2 1.2.Phân tích chi tiết gia công để chọn kiểu dao: Chi tiết gia công làm từ thép 45, σ b=60 kg /mm2 , bao gồm nhiều loại bề mặt tròn xoay, mặt trụ, mặt côn và mặt đầu cho nên ta chọn dao tiện định hình lăng trụ chứ không chọn dao tròn, tuy khó chế tạo nhưng nó có các ưu điểm sau: + Độ cứng vững cao hơn, chính xác hơn + Tránh được việc sai số loại 2 (sai số do nội tại dao tròn) + Việc mài sắc lại đơn giản (chỉ mài theo mặt phẳng song song với mặt trước cũ) Dựa vào cơ tính của vật liệu gia công ta chọn vật liệu làm dao là thép gió P18 vì: + Độ cứng sau nhiệt luyện đạt 62÷65 HRC + Tính cứng nóng cao, chống mài mòn rất tốt + Tính công nghệ rất tốt, cắt gọt ở tốc độ cao + Được sử dụng rất phổ biến Vũ Xuân Đức – 20195340 Trang 3 1.3 Cách gá dao: Ở chi tiết này, Khi chọn dao lăng trụ thì dao dễ chế tạo nhưng do chi tiết có mặt côn nên sẽ xảy ra hiện tượng lưỡi cắt chính không nằm trong mặt phẳng đi qua trục sẽ gây ra sai số gia công khi gá dao thẳng Nhưng độ chính xác của chi tiết không yêu cầu quá cao nên ta có thể bỏ qua sai số này Do đó t có thể chọn cách gá dao thẳng 1.4 Thiết kế dao: 1.4.1 Chọn điểm cơ sở: Để tiện cho việc tính toán ta chọn điểm cơ sở theo nguyên tắc : điểm cơ sở là điểm nằm ngang tâm chi tiết, gần tâm chi tiết nhất (xa chuẩn kẹp dao nhất) Vậy ta chọn điểm cơ sở là điểm 1 như trên hình: Tại điểm cơ sở 1, dao có góc trước γ, góc sau α 1.4.2 Chọn góc trước γ, góc sau α: Chọn góc trước: Dựa vào vật liệu gia công ta chọn góc trước của dao γ=22o Chọn góc sau : Ta chọn α=12o Vũ Xuân Đức – 20195340 Trang 4 1.4.3 Tính toán chiều cao profile dao: Sơ đồ tính toán các thông số profile dao tại 1 điểm i bất kỳ trên lưỡi cắt được biểu diễn như sau: Xét điểm i bất kỳ trên profin chi tiết ta có điểm i’ tương tứng trên profin dao : Gọi chiều cao profin của dao tại điểm i’ là hi a) Xây dựng công thức xác định profile dao trong tiết diện trùng với mặt trước (τi) Thiết lập hệ tọa độ (1lτ) với:) với: Vũ Xuân Đức – 20195340 Trang 5 + Trục l song song với đường tâm chi tiết + Trục τ) với: vuông góc với l và nằm trong mặt trước của dao Với mỗi điểm i trên chi tiết cho ta điểm i’ trên profile dao nên ta có tọa độ của i’ là: {li'=li τ i ' =? τi' : Chiều cao profile dao tại điểm i’ trong tiết diện trùng mặt trước Từ sơ đồ tính ta có: τ i =𝐶𝑖−𝐵 𝐵=𝑟1.𝑐𝑜𝑠𝛾 𝐶𝑖=𝑟𝑖.𝑐𝑜𝑠𝛾𝑖 𝐴= 𝑟𝑖.𝑠𝑖𝑛𝛾𝑖 = 𝑟1.𝑠𝑖𝑛𝛾 →𝑠𝑖𝑛𝛾𝑖 = r 1ri sinγγ → 𝛾𝑖=𝑎𝑟𝑐𝑠𝑖𝑛( r 1ri sinγγ) → 𝜏𝑖=𝑟𝑖.𝑐𝑜𝑠[𝑎𝑟𝑐𝑠𝑖𝑛( r 1ri sinγγ ¿ ¿−¿𝑟1.𝑐𝑜𝑠𝛾 b) Xây dựng công thức xác định profile dao trong tiết diện vuông góc với mặt sau (hi): Thiết lập hệ tọa độ (1lh) với: + Trục l song song với đường tâm chi tiết + Trục h vuông góc với l và vuông góc với mặt sau của dao Với mỗi điểm i trên chi tiết cho ta điểm i’ trên profile dao nên ta có tọa độ của i’ là: { li '=li hi '=? hi' : Chiều cao profile dao tại điểm i’ trong tiết diện vuông góc với mặt sau Từ sơ đồ tính ta có: ℎ𝑖′=𝜏𝑖.𝑠𝑖𝑛𝛽 →ℎ𝑖=𝜏𝑖.𝑐𝑜𝑠(𝛼+𝛾) → ℎ𝑖={𝑟𝑖.𝑐𝑜𝑠[𝑎𝑟𝑐𝑠𝑖𝑛( rir1 sinγγ)]−𝑟1.𝑐𝑜𝑠𝛾}.𝑐𝑜𝑠(𝛼+𝛾) C.Tính toán profile dao tại các điểm Vũ Xuân Đức – 20195340 Trang 6 Điểm ri(mm) A(mm) sinγi C i(mm) τ i (mm) hi(mm) γio 1 6 2,2476 0,3746 5,5631 0 0 2 8 0,2809 7,6779 22 2,1148 1,7532 16,313 3 8 0,2809 7,6779 2,1148 1,7532 9 4 9,5 16,313 0,2365 9,2305 3,6674 3,0404 5 9,5 9 0,2365 9,2305 3,6674 3,0404 13,680 1 13,680 1 1.4.4 Kết cấu dao: Căn cứ vào chiều sâu max của chi tiết: t max= dmax−dminγ 2 =24−12 2 =6 ( mm) Dựa vào bảng 3.2a- kết cấu và kích thước của dao tiện định hình lăng trụ trong sách “Hướng dẫn thiết kế dụng cụ cắt kim loại” Ta có kích thước cơ bản của dao: B H E A F r d M 14 75 6 20 10 0.5 6 29,46 Vũ Xuân Đức – 20195340 Trang 7 Chiều rộng lưỡi cắt: Phần profin của dụng cụ có kích thước như trên hình: a=2(mm); b=1(mm) Trang 8 g : chiều rộng dao cắt đứt chọn g=2(mm) f : chiều rộng vát của chi tiết chọn f=1(mm) c=f+g+1 =4(mm) Vũ Xuân Đức – 20195340 φ 1=30o φ =45 o d=(c – g).tgφ +2 = (4 – 2).tg45o + 2 =4(mm) Chiều dài của dao: L=lc+a+b+d+g = 48 + 2 + 1+ 4 + 4= 59(mm) a, Profile dao trong tiết diện trùng với mặt trước b, Profile dao trong tiết diện vuông góc với mặt sau Trang 9 Vũ Xuân Đức – 20195340 1.5 Điều kiện kĩ thuật của dao: Trang 10 Vật liệu : Thép gió P18 Độ cứng sau nhiệt luyện : HRC=62 ¸65 Độ nhám bề mặt : - Mặt trước : Ra = 0,32um - Mặt sau : Ra = 0,63um - Mặt tựa thân dao: Ra = 0,63 um Sai lệch các góc : - Sai lệch góc trước : 𝛾=22o ±1o - Sai lệch góc sau : 𝛼=12o ±1o - Sai lệch góc sắc : 𝛽±30′ Vũ Xuân Đức – 20195340 1.6 Bản vẽ chế tạo dao tiện định hình: Vũ Xuân Đức – 20195340 Trang 11 Phần 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DAO CHUỐT LỖ TRỤ 2.1.Phân tích chi tiết: Vật liệu gia công gang 32-52, HB197 là vật liệu có độ cứng trung bình ( khoảng 700N/m m2 ¿ Đường kính lỗ gia công tương đương với ∅ 43 H 7 chiều dài chi tiết 58mm 2.2.Chọn sơ đồ chuốt: Ta có thể chọn các sơ đồ chuốt: chuốt ăn dần, chuốt lớp, chuốt mảnh Nhưng với Chuốt lỗ tròn ở đây ta chọn sơ đồ chuốt lớp Sơ đồ chuốt: 2.3.Thiết kế dao: 2.3.1 Lượng dư gia công: A=(Dmax-Dmin)/2 Dmax = DDN 1+ SLT Dmin = DDN 2+ SLD DDN 1= 43mm DDN 2 = 42mm Với ∅ 43 H 7 ta có SLT = 0,025mm Phôi có ∅ 42 → SLD = 0,000mm → Dmax = 43+0,025 = 43,025mm → Dmin = 42+0,000 = 42mm → A= Dmax−Dminγ 2 = 43,025−42 2 =0,512 2.3.2.Lượng nâng răng dao: Theo bảng 5.2 “ Hướng dẫn thiết kế đồ án môn học” ta chọn Sz=¿ 0.05mm ( theo một phía) Vũ Xuân Đức – 20195340 Trang 12 2.3.3.Tính toán răng cắt: Trang 13 Tính toán răng cắt Số răng cắt tinh: ta chọn số răng cắt Ztinγh=¿ 3 Chọn lượng nâng răng cắt tinh: Sz1=¿ 0.04mm Sz2=¿ 0.03mm Sz3=¿ 0.02mm Lượng dư do cắt tinh: Atinγh=¿ Sz1+Sz2+Sz3= 0,04+0,03+0,02= 0,09mm Số răng cắt thô: Zthô= A− Atinγh S +1 = 0,512−0,09 +1=9,44 →lấy Zthô=9rănγg z 0,05 Trong đó cộng 1 răng đầu tiên có Sz=0 Gọi phần lẻ của phép chia: Athô Sz là q ( ) q = Athô- Sz Athô =¿ 0,422 – 0,05.8 = 0,022mm Sz → q ≥ 0,015 Vậy ta lấy thêm một răng cắt thô nữa Zthô= 10 răng 2.3.4.Kết cấu dạng răng răng cong lưng thẳng: +Răng cắt thô: Tiết diện rãnh thoát phoi FR=K Sz L Với K là hệ số lấp đầy rãnh: chọn K=2 theo bảng 5.4 FR=2.0,05.58=5,8 mm2 Chiều cao răng h: h ≥ 1,13.√ K L Sz =1,13.√5,8 = 2,72 → chọn h=5(mm) Khi đó ta có bước răng t t = (2,5÷ 2,8 ¿ h=¿ (2,5÷ 2,8 ¿ 5 = 12,5 ÷ 14 mm→ chọn t = 13(mm) b =(0,3÷0,4).t = 3,9÷4,2(mm) → chọn b=4(mm) r =(0,5÷0,55).h = 2,5÷2,75(mm) → chọn r =2,5(mm) +Răng cắt tinh: Tiết diện rãnh thoát phoi FR=K Sz L Vũ Xuân Đức – 20195340 Với K là hệ số lấp đầy rãnh: chọn K=2 theo bảng 5.4 FR=2.0,04 58=4,64 m m2 Chiều cao răng h: h ≥ 1,13.√ K L Sz =1,13.√4,64 = 2,434 → chọn h=4(mm) Khi đó ta có bước răng t t = (2,5÷ 2,8 ¿ h=¿ (2,5÷ 2,8 ¿ 4 = 10 ÷ 11,2 mm→ chọn t = 11(mm) b =(0,3÷0,4).t = 3,3÷4,4 (mm) → chọn b=4(mm) r =(0,5÷0,55).h = 2÷2,2 (mm) → chọn r =2(mm) +Răng sửa đúng: Tiết diện rãnh thoát phoi FR=K Sz L Với K là hệ số lấp đầy rãnh: chọn K=2 theo bảng 5.4 FR=2.0,02.58=2,32 mm2 Chiều cao răng h: h ≥ 1,13.√ K L Sz =1,13.√4,64 = 1,72 → chọn h=4(mm) Khi đó ta có bước răng t t = (2,5÷ 2,8 ¿ h=¿ (2,5÷ 2,8 ¿ 4= 10 ÷ 11,2 mm→ chọn t = 10(mm) b =(0,3÷0,4).t = 3÷4(mm) → chọn b=3(mm) r =(0,5÷0,55).h = 2÷2,2(mm) → chọn r =2(mm) Cạnh viền f chọn: Răng cắt f =0.05mm Răng sửa đúng f = 0,2mm 2.3.5.Thông số hình học: Góc trước răng cắt và răng sửa đúng được tra theo bảng 5.5 sách hướng dẫn thiết kế dụng cụ cắt kim loại ta được: Góc trước γ=4o÷ 8o chọn γ=5o Góc sau α : Đối với răng cắt thô :α =3o Đối với răng cắt tinh :α =2o Đối với răng cắt sửa đúng :α =1o 2.3.6.Tính toán số răng cắt và đường kính: +Số răng đồng thời tham gia cắt: Zmax= Lct +1 = 58 13 +1=6(rănγg ) Vũ Xuân Đức – 20195340 Trang 14 +Số răng sửa đúng: Tra bảng 5.8 ta có : Zsđ=7÷ 8 răng; chọn Zsđ=7(răng) +Số răng cắt của dao: Zc=Zthô+ Ztinγh = 10+3 =13 (răng) +Tổng số răng của dao chuốt: Z= Zthô +Ztinγh+ Zsđ = 10+3+7=20 (răng) +Đường kính của dao: Đường kính các răng của dao chuốt được trình bày trên khổ giấy A3 Đường kính răng cắt thô: D1= Dminγ= 42 (mm ) D2=D1+2 q (mm) D3= D2+2 S z(mm) D4=D3+2 Sz( mm) Vậy ta có bảng tính sau: STT Loại răng Đường kính(mm) 1 42 2 42,044 3 42,144 4 42,244 5 42,344 6 Răng cắt thô 42,444 7 42,544 8 42,644 9 42,744 10 42,844 11 42,924 12 Răng cắt tinh 42,984 13 43,024 14 43,024 15 43,024 16 43,024 17 Răng cắt sửa đúng 43,024 18 43,024 19 43,024 20 43,024 Vũ Xuân Đức – 20195340 Trang 15 2.4.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 các răng sẽ triệt tiêu thành phần dọc trục Pz với trục chi tiết Tổng hợp các 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 Song trường hợp này ít xảy ra Lực rổng hợp P dễ làm dao đứt ở tiết diện đáy răng đầu tiên Điều kện bền xác định ở mắt cắt đấy răng đầu tiên ( vật liệu gang 32-52) k P 4 Pmax k 2 σ max= = 2 ≤ [σmax ]=320 N / m m F π D01 Trong đó: -D01: đường kính đáy răng thứ nhất D01=D1−2 h=42−2.5=32 mm -Pmax : Lực cắt tổng hợp khi truốt Pmax=S zx C p b Zmax K γ Knγ K m -Zmax: số răng cùng cắt Zmax=6 rănγg -C p=300 -Kγ , K nγ, Km: các hệ số kể đến ảnh hưởng cửa góc trước, dung dịch trơn nguội, độ cùn của dao K γ =1,1 K nγ= 1,15 Km=1 -b: Chiều rộng của tổng lớp cắt, b =π 43=¿ 135,088mm → Pmax=0,050,73.300 135,088 6 1,1.1,15 1=34532,491 N → σk P 4.34532,491 max= = 2 = 42,937 (N / m m2 ¿ F π 32 Sức bền kéo cho phép [σ max k ]=320 N /mm2 do đó thỏa mãn độ bền kéo Phần đầu dao: -Phần đầu kẹp l1 Phần kẹp đã được tiêu chuẩn hóa nhưng để chọn được phần kẹp hợp lý ta phải dựa vào điều kiện bền kéo: σ max k ≤[ σmax k ] √ √ D '1 ≥ k 4 pmax = 4.34532,491 =32mm π σmax π 42,938 Chọn D '1=32 mm Vũ Xuân Đức – 20195340 Trang 16 Tra bảng 5.13 ta có kích thước phần đầu kẹp: D1 D '1 d f a1 a2 a3 a l1 D7 e7 f1 f2 40 32 6 8 14 1 32 20 80 30 45 3 3 -Kích thước chiều dài chuốt: trong bảng l=l1+lh+lm+lb+l4 Trong thiết kế thường lấy: l1+lh+lm+lb=160÷200mm Ở đây chọn: l1+lh+ lm+ lb=185mm l4−¿ chiều dài phần định hướng phía trước: l4=(0,8 ÷1 ) lct=50mm → l=180+50=235 mm +Chiều dài cổ dao: l2=l−( l1+l3+l4)=235−(90+20+50)=75 mm + chiều dài phần răng cắt: lc=l5=t Zc=13 Zthô+11 Ztinγh=13.10+11.3=163 mm +Chiều dài phần răng sửa đúng: lsđ =l6=t Zsđ =10.7=70 mm +Chiều dài phần định hướng phía sau l7=(0,2 ÷ 0,7) 58=11,6 ÷ 40,6=32mm +Chiều dài tổng của dao chuốt: L0=l +l5+l6+l7=235+163+70+ 32=500 mm +Chiều dài dao chuốt lỗ trụ đảm bảo độ bền là [L0 ¿ ≤ 30.42= 1260mm Vậy dao chuốt đạt yêu cầu -Lỗ tâm: Lỗ tâm dùng trong chế tạo và mài lại dao, kích thước lỗ tâm được tra 5.14 sách hướng dẫn thiết kế dụng cụ cắt Vũ Xuân Đức – 20195340 Trang 17 2.5.Điều kiện kỹ thuật: 1, vật liệu dao chuốt chế tạo dùng thep P18 Dao chuốt có∅>10 chế tạo có hàn Phần đầu dao làm bằng thép 40X 2, Độ cứng sau nhiệt luyện -Phần cắt và phần định hướng phía sau HRC=62÷ 65 -Phần định hướng phía trước HRC=60÷ 65 -Phần cán dao( phần kẹp) HRC=40÷ 47 3, Độ nhám -Độ nhám mặt trước, mặt sau của răng, mặt côn làm việc của lỗ tâm, các bề mặt định hướng không thấp hơn 0,4 μmm Độ nhám mặt đáy răng, đầu dao, côn chuyển tiếp các rãnh chứa phoi không thấp hơn 0,8 μmm -Độ bóng trên cạnh viền của răng sửa đúng không thấp hơn 0,2 μmm -Độ bóng của các mặt không mài thấp hơn 1,6μmm 4,Sai lệch về bước không được vượt quá 2 lần dung sai theo cấp chính xác5 ( của bước) với trường hợp dung sai phân bổ đối xứng 5,Sai lệch lớn nhất của đường kính các răng cắt trừ các răng cắt tinh cuối cùng kề với răng sửa đúng,không được vượt quá trị số -0,008mm 6,Sai lệch cho phép của đường kính các răng sửa đúng cà răng cắt tinh không được vượt quá trị số 7,Độ đảo tâm theo đường kính ngoài của răng sửa đúng và răng cắt tinh Phần định hướng phía sau không được vượt quá( về trị số tuyệt đối) trị số dung sai của đường kính tương ứng Độ đảo phần còn lại của dao trên mỗi 100mm chiều dài không được vượt quá trị số 0,005 8,Độ elip trên phần làm việc phải nằm trong giới hạn dung sai của đường kính tương ứng 9,Sai lệch cho phép về góc không vượt quá: -Góc trước: ± 2o -Góc sau của răng cắt :30' -Góc sau của răng sửa đúng: 15' Vũ Xuân Đức – 20195340 Trang 18 Vũ Xuân Đức – 20195340 Trang 19 Phần 3:Dao phay lăn răng 3.1.Nguyên lý: Dao phay lăn răng được dùng để gia công các bánh răng hình trụ ăn khớp ngoài, răng thẳng hoặc răng nghiêng, bánh vít….Phay lăn răng là phương thức gia công bằng phương pháp bao hình, nó nhắc lại sự ăn khớp giữa bánh răng và thanh răng trong đó dao đóng vài trò thanh răng, còn phôi đóng vai trò bánh răng Do hạn chế về mặt không gian máy do vật người ta thay thanh răng bằng trục vít Để tạo ra các góc sau, ở mặt sau của răng được hớt lưng Theo nguyên lý ăn khớp, muốn cặp bánh răng nghiêng ăn khớp đúng thì các răng cảu chúng phải ăn khớp chính xác với cùng 1 bánh răng không gian( dạng sinh răng thẳng khởi thủy) Dao phay lăn răng có moduyn m = 8.5 là dao có moduyn trung bình, Với moduyn này, kích thước của dao không lớn lắm Để đơn giản cho quá trình chế tạo, ta chọn kết cấu dao phay nguyên khối Vũ Xuân Đức – 20195340 Trang 20