đồ án môn học thiết kế dụng cụ cắt thiết kế dụng cụ cắt công nghiệp

Vì vậy,việc tính toán thiết kế dụng cụ cắt phải tuân theo những quy trình cũng như yêu cầunhất định, và luôn là một nhiệm vụ không dễ dàng đặt ra với người kỹ sư.Trong đồ án môn học này

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ

BỘ MÔN GIA CÔNG VẬT LIỆU VÀ DỤNG CỤ CÔNG NGHIỆP

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ DỤNG CỤ CẮT

ĐỀ:

THIẾT KẾ DỤNG CỤ CẮT CÔNG NGHIỆP

LỜI MỞ ĐẦU

Trong nền cơ khí hiện đại nói chung, cũng như ngành cơ khí chế tạo máy nói riêng,việc thiết kế, chế tạo dụng cụ cắt đóng một vai trò rất quan trọng Dụng cụ cắt trựctiếp tham gia vào quá trình gia công cắt gọt, tạo nên chất lượng của sản phẩm Vì vậy,việc tính toán thiết kế dụng cụ cắt phải tuân theo những quy trình cũng như yêu cầunhất định, và luôn là một nhiệm vụ không dễ dàng đặt ra với người kỹ sư

Trong đồ án môn học này em được làm quen với quy trình tính toán, thiết kế một sốdụng cụ cắt điển hình, đó là dao tiện định hình lăng trụ, dao phay lăn răng và daophay định hình hớt lưng Với sự giúp đỡ của bộ môn Gia công vật liệu và Dụng cụ

công nghiệp, đặc biệt là dưới sự hướng dẫn của thầy TS.Nguyễn Trọng Hải, em đã

hoàn thành việc thiết kế các dụng cụ cắt đã kể trên

Lĩnh vực thiết kế dụng cụ cắt là một lĩnh vực khó, trong khi kiến thức của em cònthiếu sót rất nhiều, nên em rất mong nhận được sự chỉ bảo của thầy cô về những saisót mắc phải trong quá trình thực hiện tính toán và thiết kế

Em xin chân thành cảm ơn thầy cô

Sinh viên

Đỗ Minh Hiếu

PHẦN 1: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH 4

I Phân 琀 ch chi 琀椀ếết gia công 5

II Ch n lo i dao ọ ạ 5

III Ch n thông sôế hình h c d ng c ọ ọ ụ ụ 5

IV Ch n đi m c s ọ ể ơ ở 6

V Tính toán dao 琀椀 n đ nh hình lăng tr gá th ng ệ ị ụ ẳ 7

1.4.4 Kết cấu dao 10

12

e1.5 Điều kiện kỹ thuật của dao 12

PHẦẦN II: THIẾẾT KẾẾ DAO PHAY ĐĨA MODULE 14

3.1 Yêu cầu đề bài 14

3.2 Xác định các thông số hình học của dao 14

3.3 Thiết kế dao 15

3.3.1 Tính toán profile dao phay đĩa module 15

17

2.3.2 Chọn các kích thước kết cấu dao phay đĩa module 17

3.4 Điều kiện kỹ thuật của dao 17

3.5 Thiết kế dưỡng 18

2.3.6 B n vẽẽ kĩ thu t ả ậ 18

PHẦN III: THIẾT KẾ DAO CHUỐT 19

2.1 Yêu cầu đề bài 19

2.2 Sơ đồ chuốt 20

2.3 Vật liệu và cấu tạo dao chuốt 20

2.4 Thiết kế dao 21

2.4.1 Phần răng cắt và răng sửa đúng 21

2.4.2 Lượng dư gia công 21

2.4.3 Kết cấu răng và rãnh 22

2.4.4 Số răng và đường kính dao chuốt 24

2.4.5 Kiểm nghiệm bền dao chuốt 26

2.4.6 Phần đầu dao 27

2.4.7 Phần định hướng phía trước 28

2.4.8 Phần dẫn hướng phía sau 28

2.4.9 Chiều dài dao 28

2.4.10 Lỗ tâm 29

2.5 Điều kiện kỹ thuật của dao 29

TÀI LI U THAM KH O Ệ Ả 30

PHẦN 1: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH

Yêu cầu:

Tính toán và thiết kế dao tiện định hình để gia công chi tiết như hình vẽ:

I Phân tích chi tiết gia công

Chi tiết gia công làm từ thép 45, = 750 (N/mm ), có dạng mặt ngoài trụ tròn xoayb 2trên đó bao gồm các mặt trụ và các mặt côn Đây là một chi tiết có kết cấu cân đối.Trên chi tiết không có đoạn nào có góc profile quá nhỏ hoặc bằng 0 Do chi tiết cómặt côn nên khi gia công rất dễ xuất hiện sai số do lưỡi cắt không song song vớiđường tâm chi tiết Độ chính xác của chi tiết yêu cầu không cao

II Chọn loại dao

• Vật liệu gia công là thép 40HX có = 60 (N/mm ) đây là vật liệu thuộc nhómb 2

có độ cứng HB= 192 – 240, đây là loại vật liệu có độ cứng không cao

• Độ dài chi tiết gia công nhỏ, đường kính chi tiết nhỏ, chiều cao profin chi tiếtgia công nhở Bề mặt gia công chủ yếu là mặt trụ tròn và có 2 mặt côn và đểtránh sai số cho 2 mặt côn này người ta thường sử dụng cách gá nâng để đảmbảo cho profin chi tiết được chính xác, tuy nhiên yêu cầu cho phép sai số nên ta

• Góc sau của dao là = 110

IV Chọn điểm cơ sở

Chọn điểm cơ sở là điểm nằm ngang tâm chi tiết đảm bảo chạy dao hướng kính (hướng vào tâm chi tiết) Ta thấy góc trước và góc sau tại các điểm khác nhau trên lưỡi cắt dao tiện định hình không bằng nhau Tại các điểm trên lưỡi cắt càng xa tâm chi tiết ( càng lớn) thì góc sau càng lớn, góc trước càng nhỏ Vì vậy để đảm bảo r i α i γ igóc sau tại các điểm trên lưỡi cắt không quá nhỏ, điểm cơ sở thường được chọn trùngvới điểm của chi tiết có bán kính nhỏ nhất, điểm gần tâm chi tiết nhất.

V Tính toán dao tiện định hình lăng trụ gá thẳng

Xét điểm i bất kì trên profile chi tiết ta có điểm i’ tương ứng trên profile dao Gọi chiều cao profile lưỡi cắt trong tiết diện vuông góc với mặt sau: hdi Gọi chiều cao profile lưỡi cắt theo mặt trước : τ

Xây dựng công thức xác định profile dao trong tiết diện trùng với mặt trước (τ )i

Thiết lập hệ tọa độ (1lτ) với:

+ Trục l song song với đường tâm chi tiết

+ Trục τ 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:

τi’ : Chiều cao profile dao tại điểm i’ trong tiết diện trùng mặt trước

Từ sơ đồ tính ta có:

b) Xây dựng công thức xác định profile dao trong tiết diện vuông góc với mặt sau (h )

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:

hi’ : Chiều cao profile dao tại điểm i’ trong tiết diện vuông góc với mặt sau

dmax , d : đường kính lớn nhất và nhỏ nhất của chi tiếtmin

Dựa vào chiều sâu cắt lớn nhất t = 12mm, tra bảng 3.2[1] ta được kích thướcmax

cơ bản của dao: (mm)

Chọn kích thước của phần phụ như sau:

b = 1 mm

g: Chiều rộng lưỡi dao cắt đứt, g = 4 mm

f: Chiều rộng vát của chi tiết, f = 1 mm

b) Profile dao trong tiết diện vuông góc với mặt sau

e1.5 Điều kiện kỹ thuật của dao

- Sai lệch góc sắc :

PHẦN II: THIẾT KẾ DAO PHAY ĐĨA MODULE

Nhiệm vụ cơ bản của quá trình thiết kế dao phay đĩa môđun được tiến hànhtheo trình tự sau:

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

- Tính toán hình dáng lưỡi cắt

- Tính toán profile đoạn làm việc

- Thiết kế kết cấu dao

3.1 Yêu cầu đề bài

Thiết kế dao phay đĩa môđun theo bộ 8 con để gia công bộ bánh răng có yêu cầusau:

3.2 Xác định các thông số hình học của dao

Trong bộ dao phay đĩa module 8 con,dao mang số hiệu 4 có thể gia công đượcbánh răng có số răng Z = 21÷ 25 răng Profile dao được tính toán theo số răng bé nhất(Z = 21) vì với dao này độ cong đường thân khai sẽ lớn nên với các bánh răng có Z >

21 được gia công bằng bánh răng có Z = 21 sẽ có profile doãng hơn tạo điều kiện ravào ăn khớp dễ hơn (rãnh lớn ăn khớp không bị kẹt)

Ta cần thiết kế dao phay đĩa module để gia công bánh răng với các thông số sau:

3.3.1 Tính toán profile dao phay đĩa module

Để thiết kế được profile dao, ta lập hệ tọa độ vuông góc Oxy với tâm O trùngvới tâm của bánh răng thân khai Vì dao phay đĩa module có góc trước γ = 0 cho nênprofile được tính toán chính là profile trong tiết diện đi qua trục dao Giả sử có điểm

M (x, y) bất kỳ nằm trên profle răng với bán kính r thì tọa độ (x, y) chính là phươngx

trình profile răng

Hình 3.1: Sơ đồ tính toán profile bánh răng thân khai

Profile dao gồm 2 đoạn:

- Đoạn làm việc là đoạn thân khai CB

- Đoạn làm việc là đoạn cong chuyển tiếp thuộc khe hở chân răng BO 1

a) Profile dao trong đoạn làm việc:

Nguyên lý tạo hình đường thân khai: Cho một đường thẳng lăn không trượt trênmột đường tròn, quỹ đạo của một điểm M thuộc đường thẳng đó sẽ vẽ ra đường congthân khai Vậy để tạo ra hình lưỡi cắt thân khai ta cho điểm M chuyển động theophương trình đường thân khai trong khoang bán kính r ≤ r ≤ r Việc xác định profilef m a

lưỡi cắt chính là việc xác định tọa độ của tập hợp các điểm M trong hệ tọa độ đề cácOxy

αm – Góc áp lực của đường thân khai

Theo sơ đồ tính toán hình 3.1 ta có:

Ta có:

α0 – Góc ăn khớp trên vòng tròn chia bánh răng tiêu chuẩn α = 200 0

Vậy ta cho r biến thiên từ r đến r thì sẽ vẽ được profile của răng Chia thànhM 0 e

16 điểm và tính toán theo công thức ta có bảng thông số các điểm như sau:

Hình 3.3: Hình dáng profin trong tiết diện chiều trục

2.3.2 Chọn các kích thước kết cấu dao phay đĩa module

Với m = 2 ,Z =21 , kích thước kết cấu dao được chọn theo bảng 6.6 và 6.7 [1]được thể hiện trên bản vẽ chi tiết như sau:

+ Mặt hớt lưng của hình dáng răng không thấp hơn 0,63

3.5 Thiết kế dưỡng

Dưỡng đo dùng để kiểm tra dao sau khi chế tạo, được chế tạo theo cấp chính xác

7 với miền dung sai H, h Theo luật kích thước bao và bị bao

Dưỡng kiểm dùng để kiểm tra dưỡng đo, được chế tạo theo cấp chính xác 6 vớimiền dung sai J ; j Theo luật kích thước bao và bị bao.s s

Nhiệm vụ cơ bản của quá trình thiết kế dao chuốt được tiến hành theo trình

tự sau:

- Phân tích hình dạng, độ chính xác yêu cầu của chi tiết để chọn kiểu daocho phù hợp

- Chọn vật liệu làm dao

- Thiết kế kết cấu dao

2.1 Yêu cầu đề bài

Thiết kế dao chuốt lỗ then hoa có thông số như sau:

- Chiều dài lỗ chuốt: L = 62 mm

- Định tâm theo đường kính ngoài

Hình 2.2: Sơ đồ chuốt

2.3 Vật liệu và cấu tạo dao chuốt

Dao chuốt kéo thường được chế tạo từ hai loại vật liệu Phần cán dao được làmbằng thép kết cấu C45 Từ phần định hướng trở về sau được làm bằng thép gió P18.Dao chuốt được chia thành 5 phần lớn Phần đầu dao gồm đầu kẹp, cổ dao, cônchuyển tiếp Phần răng dao gồm răng cắt thô, răng cắt tinh, răng sửa đúng Phần địnhhướng phía trước, phần định hướng phía sau và phần đỡ giúp tăng cứng vững của daokhi gia công

Phần răng là quan trọng nhất của dao chuốt, nó được thiết kế trước làm cơ sởcho các phần khác Thiết kế phần răng gồm xác định dạng profile răng, kích thướcrăng, số lượng mỗi dạng răng, đường kính các răng,

Hình 2.3: Cấu tạo dao chuốt

2.4 Thiết kế dao

2.4.1 Phần răng cắt và răng sửa đúng

Ở dao chuốt, răng sau cao hơn răng trước 1 lượng S được gọi là lượng nângz

dao Lượng nâng thay cho bước tiến dao

Trên phần răng cắt thô, các răng có lượng nâng bằng nhau Trên răng cắt tinh,lượng nâng giảm dần Trên răng sửa đúng lượng nâng bằng 0

Với lỗ then hoa thường, vật liệu là thép cacbon 40X tra bảng 5.2[1], ta chọnđược lượng nâng của răng cắt thô S = 0,06 mm.z

Sau răng cắt thô là răng cắt tinh, số răng cắt tinh chọn là 3 răng với lượng nânglần lượt là:

2.4.2 Lượng dư gia công

Ta có lượng dư gia công được tính theo công thức:

Trong đó: D – Đường kính lớn nhất của lỗ sau khi chuốtmax

dmin – Đường kính lỗ trước khi gia công

- Lượng dư tinh: A = 0,108 mmtinh

- Lượng dư thô: A = A – A = 2,0195 – 0,108 = 1,9115 mmthô tinh

2.4.3 Kết cấu răng và rãnh

Kết cấu răng và rãnh là phần quan trọng của dao chuốt Răng và rãnh được thiết

kế sao cho dao đủ bền, răng đủ bền, đủ không gian chứa phoi, tuổi bền và tuổi thọcủa dao lớn và dễ chế tạo

a) Profile dọc trục

Hình dạng răng và rãnh cần phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Thông số hình học của răng phải đảm bảo tuổi bền tối đa

- Răng dao phải đảm bảo được số lần mài lại tối đa

- Răng phải đủ bền để không bị gãy trước tác dụng của momen uốn trong quátrình cắt

- Rãnh giữa các răng phải có hình dạng và kích thước sao cho khi cắt ra phoi dễdàng theo mặt trước, cuốn xoắn đều và nằm gọn trong rãnh

Với vật liêu gia công là thép 40X, được sử dụng rất phổ biến, được dùng chế tạocác chi tiết chịu tải trọng tĩnh và va đập tương đối cao mà bề mặt có thể bị mài mònnhư trục, bánh răng để có cơ tính cao cần nhiệt luyện (tôi+ram cao) Khi chuốt vậtliệu dẻo như chuốt thép thường tạo ra phoi dày Vì vậy rãnh được thiết kế có dạnglưng cong (có 2 cung tròn nối tiếp) để phoi dễ cuốn

Hình 2.4: Dạng răng và rãnh trong tiết diện chiều trục

L – Chiều dài của chi tiết.

Sz – Lượng nâng răng

Tra bảng 5.4 – [1] ta được K = 3,5

Như vậy: mm2

Ta có: mm

Lấy chiều rộng then theo tiêu chuẩn: h = 4

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

L – Chiều dài của chi tiết

Sz – Lượng nâng răng

Tra bảng 5.4 – [1] ta được K = 3,5

Như vậy: mm2

Ta có: mm

Lấy chiều rộng then theo tiêu chuẩn: h = 3,5

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

Răng sửa đúng:

Bước răng t và chiều sâu rãnh được tính toán thiết kế sao cho đủ không gianchứa phoi, rãnh có diện tích là:

Trong đó:

L – Chiều dài của chi tiết

Sz – Lượng nâng răng

Tra bảng 5.4 – [1] ta được K = 3,5

Như vậy: mm2

Ta có: mm

Lấy chiều rộng then theo tiêu chuẩn: h = 2,5

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

b) Profile trong tiết diện vuông góc với trục

Để làm giảm ma sát giữa lưỡi cắt với thành lỗ then hoa người ta thiết kế cạnhviền f với góc nghiêng phụ (trị số f = 0,8 ÷1 mm, )

Để giảm ma sát trong quá trình cắt thì đường kính đáy trượt được chọn nhỏ hơnđường kính phần định hướng phía trước 1mm

Để thoát đá khi mài cạnh viền f của lưỡi cắt phụ thì chân răng có rãnh thoát đávới bán kính lượn r = 0,5mm có tâm nằm trên đường kính đáy trượt

Hình 2.5: Mặt cắt ngang dao chuốt lỗ then hoa

Răng dao chuốt2.4.4 Số răng và đường kính dao chuốt

a) Số răng của dao chuốt

- Số răng cắt thô: Zthô

Ta có:

Gọi q=A -Sz.Z = 1,9115 – 0,06.31 =0,052 > 0,015

Lấy thêm 1 răng cắt thô nữa

Z = 32thô

- Số răng cắt tinh: Z = 3 răngtinh

- Số răng sửa đúng: Z = 5 răngsđ

- Số răng lớn nhất đồng thời tham gia cắt:

L – Chiều dài chi tiết gia công

t – Bước răng thô

Để dao định hướng tốt và không quá tải thì số răng đồng thời tham gia cắt nằmtrong khoảng 3 ÷ 8 răng thỏa mãn yêu cầu với Z = 8 răng0

b) Đường kính các răng dao chuốt

Với răng cắt thô:

− Khi chuốt vật liệu dẻo, chi tiết thành mỏng lỗ thường bị co lại sau khi chuốt,

� là lượng bù đường kính cho lỗ bị co � = 0,01 mm

Vậy ta có bảng tổng kết:

Loại răng STT

răng

Đườngkính

Loại răng STT

răngĐườngkính

2.4.5 Kiểm nghiệm bền dao chuốt

Sơ đồ lực tác dụng: mỗi răng cắt của dao chịu 2 lực thành phần tác dụng Thànhphần hướng kính P hướng vào tâm dao Tổng hợp các lực P của các răng sẽ triệty y

tiêu, thành phần dọc trục P song song với trục chi tiết Tổng hợp các lực chiều trụcz

Pz sẽ là lực chiều trục P tác dụng lên tâm dao

Lực cắt P tác dụng lên mỗi răng có thể làm mẻ răng Song trường hợp này ítz

xảy ra Lực tổng hợp P dễ làm dao đứt ở tiết diện đáy răng đầu tiên Điều kiện bềnkéo xác định ở mặt cắt đáy răng đầu tiên:

Trong đó: D – đường kính đáy răng đầu tiên 1

Pmax: lực kéo lớn nhất tác dụng lên dao chuốt Pmax = 61640 N

: giới hạn bền kéo của 40X; =200 N/mm2

Tra bảng 5.13 ta có kích thước phần đầu dao:

Chiều dài phần cổ dao l được tính từ điều kiện gá đặt.2

Với: l – Chiều dài bạc gá g

l3 = 0,5.D = 0,5.32 = 16 mm1

l = 10 + 30 + 14 – 16 = 38 mm2

2.4.7 Phần định hướng phía trước

Hình 2.7: Phần dẫn hướng phía trước của dao chuốt lỗ then hoa

Do l = 62 mm nên ta lấy chiều dài của phần dẫn hướng phía trước l = 50 mm ct 4

Đường kính D được lấy bằng đường kính lỗ trước khi chuốt vói kiểu lắp lỏng4

e8, D = 36e84

2.4.8 Phần dẫn hướng phía sau

Do l = 62 mm nên ta lấy chiều dài của phần dẫn hướng phía trước l = 23 mm ct 7

Đường kính phần dẫn hướng phía sau D lấy bằng đường kính răng sửa đúng với7

sai lệch f7, D = 36,039f7 mm.6

2.4.9 Chiều dài dao

Chiều dài phần cắt: l = t.Z = 10.34+9.3 = 367 mm5 c

Chiều dài phần sửa đúng: l = l = t.Z = 6.5 = 30 mm6 sd sd

Tổng chiều dài của dao: (Chiều dài của dao phải nhỏ hơn hành trình máy và nhỏhơn 30.D )max

Hình 2.8: Lỗ tâm

2.5 Điều kiện kỹ thuật của dao

- Vật liệu phần cắt: thép gió P18

- Vật liệu phần đầu dao: Thép CT 45

- Độ cứng sau khi nhiệt luyện:

+ Phần cắt và phần định hướng phía sau HRC 62 65

+ Phần định hướng phía trước HRC 58 60

+ Phần đầu dao HRC 40 47

- Mối hàn nằm trên phần côn chuyển tiếp

- Độ nhám:

+ Cạnh viền sửa đúng: Ra=0,32µm

+ Mặt trước, mặt sau răng, mặt dẫn hướng Ra=0,63µm

+ Các mặt không mài Ra=2,5µm

- Độ đảo tâm trên 100mm chiều dài là: 0,005mm

- Sai lệch chiều dài: ± 2mm

- Độ sai lệch góc cho phép không vượt quá:

+ Góc trước 1 0

+ Góc sau răng cắt thô và răng cắt tinh 30 ’

+ Góc sau răng sửa đúng 15’

- Sai lệch đường kính các răng cắt (trừ 2 răng cắt tinh cuối cùng): -0,018

- Sai lệch đường kính răng sửa đúng và 2 răng cắt tinh cuối cùng: -0,003

- Sai lệch chiều dày răng không được vượt quá: 0,01mm

- Dung sai chiều dày răng sửa đúng không được vượt quá trị số 0,006mm (rãnh

có cấp chính xác H8)

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] N Đ Tốn, Dung sai và lắp ghép, Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam, 2014

[2] G T V Địch, Nguyên lý cắt kim loại, Nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật

[3] TS Nguyễn Thị Phương Giang, PGS.TS Trần Thế Lục, TS Lê Thanh Sơn, Hướng dẫn thiết kế dụng cụ cắt kim loại, NXB Giá dục Việt Nam

[4] GS.TSKG Bành Tiến Long, PSG.TS Trần Thế Lục, PGS.TS Trần Sĩ Túy, Thiết kế dụng cụ công nghiệp, NXB Khoa học Kỹ Thuật

[5] GS.TS Nguyễn Đắc Lộc, PGS.TS Lê Văn Tiến, PGS.TS Ninh Đức Tốn, PGS.TS TrầnXuân Việt, Sổ tay Công nghệ chế tạo máy tập 1,2,3, Nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật