đồ án môn học thiết kế dụng cụ cắt

PHẦN I: THIẾT KẾ DAO TIỆN ĐỊNH HÌNHNhiệm vụ cơ bản của quá trình thiết kế dao tiện định hình được tiến hành theo trình tự sau:- Phân tích hình dạng, độ chính xác yêu cầu của chi tiết để

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯNG CƠ KHÍ NHM CHUYÊN MÔN GIA CÔNG VẬT LIỆU & DỤNG CỤ CÔNG NGHIỆP

oo0oo ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ DỤNG CỤ CẮT Học kì: 2023.1 Đề số: 1 Bộ số liệu: 1

Mục Lục

PHẦN I: THIẾT KẾ DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH 3

1.1 Yêu cầu đề bài: 3

1.2 Phân tích chi tiết để chọn kiểu dao 3

1.3 Chọn cách gá dao: 4

1.4 Thông số hình học của dao: 4

1.5 Chia cung tròn thành nhiều điểm để đảm bảo độ chính xác 4

1.6 Tính toán dao tiện định hình lăng trụ gá thẳng 5

1.7 Kết cấu dụng cụ 8

1.8 Điều kiện kỹ thuật: 8

PHẦN II: THIẾT KẾ DAO CHUỐT 9

2.1 Yêu cầu đề bài 9

2.2) Sơ đồ chuốt 9

2.3) Vật liệu và cấu tạo dao chuốt 10

2.4 Thiết kế dao 10

2.5) Kiểm tra độ bền của dao chuốt: 16

2.6) Kích thước chiều dài dao chuốt: 18

2.7) Yêu cầu kỹ thuật 20

PHẦN III: THIẾT KẾ DAO PHAY ĐỊNH HÌNH 21

1) Phân tích chi tiết 21

2) Thiết kế dao 22

3) Vẽ profile dao trong 2 tiết diện 26

Tài Liệu Tham Khảo 27

2

PHẦN I: THIẾT KẾ DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH

Nhiệm vụ cơ bản của quá trình thiết kế dao tiện định hình được tiến hành theo trình tự sau:

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

- Chọn góc độ dao.

- Chọn điểm cơ sở để tính toán chiều cao profin dao.

- Thiết kế kết cấu dao.

1.1 Yêu cầu đề bài:

Thiết kế dao tiện định hình với các yêu cầu sau:

- Vật liệu gia công: Phôi thép CT3 có σ b=650 Mpa(65kg /m m2

)

- Hình dạng chi tiết:

1.2 Phân tích chi tiết để chọn kiểu dao

Chi tiết có dạng mặt trụ tròn xoay trên đó bao gồm các mặt trụ và mặt cong 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 sai số loại 2 (sai số do nội tại dao tròn)

+ Việc mài sắc lại đơn giản hơn (chỉ mài theo mặt phẳng song song với mặt trước cũ)

3

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.

1.3 Chọn cách gá dao:

Dao được chọn theo cách gá thẳng : vì profile của chi tiết không có đoạn nào có góc sau quá bé hoặc bằng 0, và profile của chi tiết có đoạn đối xứng

1.4 Thông số hình học của dao:

- Vật liệu gia công là thép CT3 có σ = 650N/mm b 2

- Tra bảng 3.1: góc trước γ= 20 - 25 , chọn γ = 20

- Góc sau đối với dao lăng trụ α = 8-15, chọn α= 12

1.5 Chia cung tròn thành nhiều điểm để đảm bảo độ chính xác

4

Suy ra số điểm cần chia trên cung tròn là ≥ 8.197 = 11.97 điểm

 Chọn chia cung tròn thành 12 điểm

Ta có sơ đồ chia điểm như sau:

1.6 Tính toán dao tiện định hình lăng trụ gá thẳng

Công thức tính toán:

5

A=r1sinγ= r isinγ i

Suy ra: γ i=( r1

ri sinγ)

Mà: Ci=ricosγi và B=r1cosγ

Vậy: τ i=Ci−B=ricos ((r1

ri sinγ ))−r1cosγ và h i=τicos(α+ β )

Ở đây:

+ r – bán kính chi tiết tại điểm cơ sở 1

+ ri – bán kính chi tiết tại điểm tính toán

+ γ, α - góc trước, góc sau tại điểm cơ sở

+ γi – góc trước tại điểm tính toán

+ τ i: chiều cao profile dao tại điểm i trong tiết diện trùng mặt trước

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

6

với d , d là đường kính lớn nhất và nhỏ nhất của chi tiếtmax min

Theo hướng dẫn thiết kế trong sách “Hướng dẫn thiết kế dụng cụ cắt kim loại”, ta

có thể dùng kích thước cho trong bảng nếu t nhỏ, vậy ta lấy kích thước dao theo maxtmax = 10(mm):

+) Kích thước dao:

B = 19(mm), H = 75(mm), E = 6(mm), A = 25(mm), F = 15(mm), r = 0,5(mm)+) Kích thước chuôi:

8

+ Mặt tựa, rãnh mang cá không lớn hơn Ra = 6,3 µm

- Mối hàn phần cắt và phần thân bằng hàn tiếp xúc bảo độ đồng đều mối hàn

- Sai lệch góc cắt tương ứng với góc không quá 15’

- Nhãn hiệu sản phẩm:

+ Vật liệu làm dao: P18

+ Góc trước γ = 20 , góc sau α=12

PHẦN II: THIẾT KẾ DAO CHUỐT

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 dao cho 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:

D-8x36x40H 7

f 7x7F 8

f 7

- Chiều dài lỗ chuốt: L = 30 mm

- Định tâm theo đường kính ngoài D

- Số răng: Z = 8

- Đường kính trong: d = 36 mm

9

2.3) Vật liệu và cấu tạo dao chuốt

- Để nâng cao độ chính xác cho lỗ then hoa ta nên chọn dao chuốt kéo Khi đólực sẽ tác dụng vào chuôi dao và kéo đi Dao chuốt kéo thường được chế tạo

từ hai loại vật liệu

+Phần cán dao được làm bằng 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, côn chuyển tiếp

+Phần răng dao gồm răng cắt thô, răng cắt tinh, răng sửa đúng

+Phần định hướng phía trước

+ phần định hướng phía sau

+ phần đỡ giúp tăng cứng vững của dao khi gia công

10

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

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 Sz được gọi là lượng nâng 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 CT45 tra bảng 5.2[1], ta chọn được lượng nâng của răng cắt thô Sz = 0,05 mm Sau răng cắt thô là răng cắt tinh, số răng cắt tinh chọn

là 3 răng với lượng nâng lần lượt là:

2.4.2 Lượng dư gia công

Ta có lượng dư gia công được tính theo công thức: A= Dmax−dmin

2Trong đó: Dmax – Đường kính lớn nhất của lỗ sau khi chuốt

dmin – Đường kính lỗ trước khi gia công

Ta có: +Với Ø40H7 tra TCVN 2245 - 99 ta được Dmax = Ø40,025 mm

+ dmin là đường kính của lỗ trước khi gia công, do chi tiết định tâm theo đường kính ngoài D nên lấy dmin theo đường kính trong của then: dmin = 36 mm = 𝐴 Dmax−2Dmin = 40,0252−36 = 2,0125 mm

Lượng dư cho các răng cắt tinh và cắt thô được gọi là lượng dư tinh và lượng

dư thô

11

- Lượng dư tinh : Atinh = 0,04 + 0,03 + 0,02 = 0,09 mm

- Lượng dư thô: Athô = A – Atinh = 2,0125 - 0.09 = 1,9225mm

* Kết cấu răng và rãnh :

− 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 quá trình cắt + Rãnh giữa các răng phải có hình dạng và kích thước sao cho khi cắt ra phoi dễ dàng theo mặt trước, cuốn xoắn đều và nằm gọn trong rãnh.

Với vật liêu gia công là thép CT45, có độ cứng khá cao và độ dẻo thấp do vậy khi chuốt tạo ra phoi vụn nên rãnh được thiết kế có dạng lưng thẳng để chứa phoi vụn, đồng thời dễ chế tạo biên dạng lưng thẳng.

− Dạng răng và rãnh được đặc trưng bởi các thông số sau:

− Bước răng t và chiều sâu rãnh được tính toán thiết kế sao cho đủ không gian chứa phoi Nếu xem gần đúng rãnh thoát phoi như hình tròn có đường kính d thì rãnh có diện tích là:

− Diện tích của phoi cuốn trong rãnh là: F = K.L.S r z

Lấy chiều cao rãnh chứa phoi theo tiêu chuẩn: h = 3 mm

− Bước răng t được chọn theo chiều dài chi tiết gia công:

t = (2,5 ÷ 2,8).h = 7,5 ÷ 8,4 lấy t = 8 mm

13

+ Góc trứơc được chọn theo vật liệu: γ = 12 γ o

+ Góc sau được yêu cầu chọn rất nhỏ để hạn chế hiện tượng giảm đường kính sau mỗi lần α mài lại, để làm tăng tuổi thọ của dao ta chọn ở đầu răng sửa đúng: = 3 α 0

Răng cắt tinh

− Ứng với lượng nâng S = 0,04 thì ta chọn được K = 3,5 z

h ≥ 1,13.√K L Sz =1,13√30.3,5 0 04 = 2.32 mm

Lấy chiều cao rãnh chứa phoi theo tiêu chuẩn: h = 2,5 mm

− Bước răng t được chọn theo chiều dài chi tiết gia công:

− Góc sau được yêu cầu chọn rất nhỏ để hạn chế hiện tượng giảm đường kính sau mỗi lần α mài lại, để làm tăng tuổi thọ của dao ta chọn ở đầu răng sửa đúng: = 2 α 0

Răng sửa đúng

− Ứng với lượng nâng S = 0,02 thì ta chọn được K = 3,5 z

h ≥ 1,13.√K L Sz =1,13√30.3,5 0,02=1,64 mm

Lây chiều cao rãnh chứa phoi theo tiêu chuẩn: h = 2 mm

− Bước răng t được chọn theo chiều dài chi tiết gia công:

− Góc trứơc γ được chọn theo vật liệu: γ = 12 o

− Góc sau được yêu cầu chọn rất nhỏ để hạn chế hiện tượng giảm đường kính sau mỗi lần α mài lại, để làm tăng tuổi thọ của dao ta chọn ở đầu răng sửa đúng: = 1 α 0

1- Số răng dao chuốt và đường kính răng dao.

− Lượng dư gia công A = 2,0125

− Lượng dư gia công tinh A = 0,09 tinh

− Lượng dư gia công thô: A = A – A thô tinh = 2,0125 – 0,09 = 1,9225 mm

− Số răng cắt thô:

Zthô= Athô

Sz +1=1,92250.05 +1=39,45

Vậy ta lấy thêm một răng cắt thô nữa

 Vậy lấy Z =41 răngthô

- Số răng cắt tinh: Z = 3 răng tinh

- Số răng sửa đúng: Z = 5 răng sđ

- Số răng lớn nhất đồng thời tham gia cắt: Z = 0 L

t+1=30

8 +1=4,75

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 nằm

trong khoảng 3 ÷ 8 răng thỏa mãn yêu cầu với Z = 5 răng 0

16

b) Đường kính các răng dao chuốt

Với răng cắt thô:

Do q = 0,0225 > 0,015 nên

D1 = Dmin = 36 mm

D2 = D1 + 2.q = 36 + 2.0,0225 = 36,045 mm

Di=Di-1+2.Sz (với i = 3 ÷ 50)

Vậy ta có bảng tổng kết thông số răng:

STT Loại răng Đường kính STT Loại răng Đường 1

2.5) Kiểm tra độ bền của dao chuốt:

Mỗi răng cắt của dao chịu hai lực thành phần tác dụng Thành phần hướngkính P y hướng vào tâm dao, do tính đối xứng nên các thành phần lực P y sẽ triệt tiêulẫn nhau Thành phần lực dọc trục Pz song song với trục chi tiết, tổng hợp các lực

Py sẽ là lực chiều trục P tác dụng lên dao

Lực cắt tác dụng lên mỗi răng có thể làm mẻ răng, dễ làm dao đứt ở đáy răng cắtđầu tiên

− Điều kiện bền xác định ở mặt tiết diện hẹp nhất như sau:

σ b= 4P max

π (dmin−2 h)2

P maxlà lực kéo lớn nhất tác dụng lên dao chuốt

Với dao chuốt rãnh then hoa Pmax = C p Sz x b n Z0 Kγ K n Km

Trong đó:

+ C p – hằng số phụ thuộc vật liệu gia công, hình dáng của dao chuốt

+ S z – lượng nâng của răng

+ b– chiều rộng rãnh then

+ n – số rãnh then hoa

+ Z0 – Số răng đồng thời tham gia cắt

+ K , K n , K m – hệ số điền đầy răng, hệ số kể đến ảnh hưởng của dung dịch trơnnguội và độ mòn của dao

σ b=

π(36−2.3) 2 =249,89 (N/mm )2Sức bền kéo cho phép [σ b¿ của thép gió P18 là 350 N/mm do đó thỏa mãn độ bền2kéo

1- Tính toán phần đầu dao và các phần phụ khác:

− Phần đầu dao bao gồm phần đầu kẹp, phần cổ dao, phần côn chuyển tiếp

− Phần đầu kẹp được tiêu chuẩn hoá, theo bảng 5.13[1] T91

− Kiểm tra độ bền của đầu kẹp:

D1' ≥√4.Pmax

π σb=√4.176635,67

π 249,89 =30(mm)

Tra bảng 5.13 ta có kích thước phần đầu kẹp và cổ đỡ phía sau:

19

2.6) Kích thước chiều dài dao chuốt:

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

Khoảng cách từ đầu sao đến răng cắt đầu tiên: l=l + l + l + l + l4 l h m b

Trong thiết kế thường lấy l + l + l + l = 160-200 mml h m b

l6=t Z sd=8.5 40 = mm+ Chiều dài phần chuôi được kéo dài thêm

l7=t +(5 ÷10 )l ct=8+7 =15 mm+ Chiều dài tổng của dao chuốt:

L0=l1+l2+l3 +l4+l5 +l6+l7 =115+ 45+35+40+504 40+15=794 mm +

20

+ Chiều dài dao phay lỗ then hoa đảm bảo độ bền là:

[L0] ≤ 30 D4 =30.92=2760Vậy dao chuốt đạt yêu cầu

2.7) Yêu cầu kỹ thuật

+ Cạnh viền sửa đúng: R a =0,32 μm

+ Mặt trước, mặt sau răng, mặt dẫn hướng: R a=0,64 μm

+ Các mặt không mài: Ra=2,5 μm

+ Sai lệch lớn nhất của đường kính các răng cắt không vượt quá trị số -0,010.+ Sai lệch cho phép đường kính của các răng sửa đúng và các răng cắt tinhkhông vượt quá trị số 0,008

+ Độ đảo tâm theo đường kính ngoài của răng sửa đúng, răng cắt tinh, phầnđịnh hướng sau không vượt quá trị số dung sai của đường kính Độ đảo phần cònlại của dao trên mỗi 100mm chiều dài không vượt quá trị số 0,006

− Độ sai lệch góc cho phép không vượt quá:

PHẦN III: THIẾT KẾ DAO PHAY ĐỊNH HÌNH

Yêu cầu: Tính toán thiết kế dao phay định hình γ>0 để gia công chi tiết theo hình vẽ Vật liệu

chi tiết gia công CT40 có σ b=750 N /mm2

1) Phân tích chi tiết

Phân tích chi tiết có dạng rãnh, profin của dao phức tạp gồm các đoạn thẳng và cung tròn,

vì vậy ta chọn dao phay định hình hớt lưng, là loại dao phổ biến dùng để gia công các chi tiết định hình Với dạng profin định hình như vậy ta chỉ hớt lưng dao một lần, tức là không mài lại mặt sau sau khi đã nhiệt luyện.

Ta chia profile của chi tiết thành 10 điểm như hình vẽ để Với 8 điểm thuộc cung tròn bán kính R chia cung tròn thành 10 phần bằng nhau để đạt được chính xác theo yêu cầu 0.05 ta có sơ

đồ điểm như hình vẽ dưới đây:

24

Ta được tọa độ các điểm theo bảng sau:

* Thiết lập công thức tính profile dao trong tiết diện chiều trụcS

Xét điểm i trên profile chi tiết, từ i ta dóng ngang sang phía dao cắt đường OdT tại điểm E Lấy Od làm tâm quay cung tròn bán kính OdE cắt vết mặt trước tại F Vẽ đường cong hớt lưng Acsimet cắt OdT tại G Từ G kẻ đường thẳng song song với iE, từ i kẻ song song với OdT được điểm i’, điểm này nằm trên profile dao dùng để gia công điểm i trên profile chi tiết.

Z : Số răng dao phay

Thiết lập công thức tính profile dao trong tiết diện trùng mặt trước

Tương tự với các điểm còn lại, ta có bảng sau:

3) Vẽ profile dao trong 2 tiết diện

* Profile dao trong tiết diện chiều trục

* Profile dao trong tiết diện trùng với mặt trước

30

Tài Liệu Tham Khảo

[1] Hướng dẫn thiết kế dụng cụ cắt - ĐHBKHN

[2] Dung sai lắp ghép và kỹ thuật đo lường - Ninh Đức Tốn 2001

[3] Bài giảng : Thiết kế dụng cụ cắt kim loại.

[4] Bài giảng : Thiết kế dụng cụ công nghiệp.

[5] Sổ tay công nghệ chế tạo máy - ĐHBK

32