NGUYÊN LÝ CẮT - HỌC TRÌNH 4 THIẾT KẾ DAO CẮT - BÀI 2 pot

§Bài 2- THIẾT KẾ DAO TIỆN THÔNG DỤNG I Đặc điểm, công dụng phân loại dao tiện: Dao tiện loại dụng cụ cắt dùng phổ biến ngành cắt gọt kim loại Nó làm việc thường gặp loại máy tiện, máy bào, máy xọc, máy rơ von ve, máy doa, máy tiện tự động, bán tự động số máy khác Dao tiện dùng phổ biến, nhiều lãnh vực, nên chúng có nhiều dạng khác kết cấu thơng số hình học Về kết cấu chung, dao tiện thông dụng loại dao đơn, phần trực tiếp tạo phoi gồm lưỡi cắt chính, hai lưỡi cắt phụ Khi làm  việc, dao coi dầm chịu uốn lực PZ Do đó, tính tốn chủ yếu tính kết cấu thân dao thơng số hình học phần cắt Dao tiện phân chia loại chủ yếu sau : + Theo kiểu máy : có dao tiện, dao bào, dao xọc, dao tiện định hình, dao tiện cho máy tự động, + Theo dạng gia công : dao tiện phá, dao tiện mặt đầu, dao cắt đứt, dao tiện rãnh, dao tiện lỗ, dao tiện định hình, dao tiện ren,v.v + Theo tính chất gia công : dao tiện thô, dao tiện tinh, dao tiện rộng bản, + Theo kết cấu đầu dao : dao đầu thẳng, dao đầu cong + Theo phương chạy dao : dao trái, dao phải, dao hướng kính, dao tiếp tuyến, (Xem lại hình dáng loại dao tiện phần dao tiện) II Kích thước, kết cấu thân dao: 1- Vật liệu làm thân dao: Thông thường phần thân dao phần gá đặt dao chế tạo loại vật liệu, gọi chung vật liệu làm cán dao Theo kinh nghiệm hầu hết loại dao chế tạo có phần cắt phần cán riêng, vật liệu phần cán dao chế tạo thép 45 thép 40X, nhằm bảo đảm độ bền độ cứng vững tốt 2- Kết cấu thân dao: Cần thiết phải xác định kích thước tiết diện thân dao để bảo đảm cho dao làm việc an toàn Khi chọn kết cấu thân dao phải bảo đảm yêu cầu sau : - Đủ độ cứng vững để tránh bị biến dạng có lực tác dụng - Gá kẹp dễ dàng, định vị tốt Tiết diện thân dao thường chữ nhật, vng, trịn, đa giác Thân dao chữ nhật dễ gá đặt, có sức bền uốn tốt Thân dao trịn dễ chế tạo, khó gá đặt, sức bền chống uốn kém, thường dùng cho tiện lỗ, tiện ren  Khi tính tốn tiết diện thân dao, ngưới ta dựa vào lực cắt PZ , độ nhơ đầu dao khỏi ổ gá dao vật liệu làm cán dao  Lực cắt PZ tính: PZ = P f (N) Với:  P: lực cắt đơn vị (N/mm2 )  f: tiết diện lớp cắt (mm2)  Hoặc tính PZ tiện theo giáo trình nguyên lý cắt (xem lại phần trước)  Lực PZ gây moment uốn tiết diện nguy hiểm : Chi tiết B H Dao tiện L Pz  Sơ đồ lực PZ tác dụng lên dao tiện Từ sơ đồ trên, ta tính moment uốn dao cắt : M = PZ l (Nmm)  Với :  PZ : lực cắt (N)  l : chiều dài đầu dao nhô khỏi ổ dao (mm) Để dao không bị gãy, moment cần thiết dao phải nhỏ moment uốn cho phép [M] : M  [M] = W []u Với :  W :moment chống uốn (mm3)  []u :ứng suất uốn cho phép (N/mm2) Từ tính moment chống uốn Lấy giá trị cực đại W : W= P l M = Z (mm3) [ ] u [ ] u Mà moment chống uốn lại tùy thuộc vào tiết diện mặt cắt : + Đối với thân dao có tiết diện hình chữ nhật : P l PZ l BH W= = Z  BH2 = [ ] u [ ] u Thông thường người ta lấy : H = 1,6 B (mm) B.(1,6.B)2 = , nên : PZ l [ ] u  B= PZ l 2,56.[ ]u (mm) Với :  B : chiều rộng tiết diện cán dao (mm)  H : chiều cao tiết diện cán dao (mm)  []u : ứng suất uốn cho phép (N/mm2) + Đối với thân dao có tiết diện vng : P l B3 W= = Z [ ] u  B= PZ l [ ] u (mm) Với : B : cạnh tiết diện thân dao (mm) + Đối với thân dao có tiết diện trịn : W=  P l .d d3 = ( ) = Z 32 10 [ ] u d = 32 PZ l .[ ]u (mm) Với d : đường kính thân dao (mm) Các cơng thức trên, dùng để tính tốn kiểm tra kích thước   độ bền dao tiện Khi tính, ta bỏ qua lực PY , PX nên cơng thức tính gần Khi thiết kế dao, ngồi việc tính tốn trên, người ta cịn chọn kích thước thân dao tiện vào lớp phoi cắt chiều cao tâm máy : KÍCH THƯỚC THÂN DAO (mm) CHỮ NHẬT VNG VẬT LIỆU MŨI DAO HỢP KIM CỨNG THÉP GIÓ DIỆN CHIỀU DIỆN CHIỀU TÍCH SÂU TÍCH SÂU CẮT CẮT CẮT CẮT (mm) (mm) (mm) (mm) 10 x 16 12 1,5 12 x 20 16 2,5 16 x 25 20 20 x 30 25 10 6 25 x 40 30 10 13 30 x 45 40 25 18 16 40 x 60 50 40 25 25 12 50 x 80 65 60 36 Chú thích : - Các trị số cho bảng trị số lớn - Các trị số nên dùng cho dao tiện với  = 450 cắt thép có b  750 N/mm GÁ DAO TRÊN Ổ DAO TRÊN BÀN DAO TIẾT DIỆN THÂN DAO CHỮ NHẬT VUÔNG CHỮ NHẬT VUÔNG CHIỀU CAO TÂM MÁY (mm) 150 260 300 12 x 20 180  200 12 x 20 16 x 25 20 x 30 350  400 25 x 40 16 12 x 20 16 16 x25 20 20 x 30 25 20 x 30 30 25 x 40 16 20 25 25 30 III Vật liệu thơng số hình học phần cắt: - Chọn vật liệu phần cắt: Tùy thuộc vào vật liệu gia cơng u cầu độ xác gia công, mà chọn vật liệu phần cắt dao cho phù hợp ( xem lại phần vật liệu làm dao ) - Các thơng số hình học phần cắt: Các thơng số hình học phần cắt dao, có ảnh hưởng lớn đến q trình cắt kim loại : nhiệt cắt, lực cắt, độ mài mòn, chất lượng bề mặt suất gia công, Xác định thơng số hình học phần cắt dao bao gồm : việc xác định vị trí, hình dáng mặt trước, mặt sau dao mặt đáy, trị số góc độ dao hình dáng lưỡi cắt,v.v 1-/ Thiết kế hình dáng mặt trước dao: Mặt trước dao tiện đơn thường có hai dạng : mặt trước phẳng mặt trước cong: Mặt trước phẳng, dùng để gia công vật liệu cứng dịn; mặt trước cong, dùng để gia cơng vật liệu dẻo, mềm, hay cứng vừa Trên mặt trước cịn có cạnh viền f, để làm tăng sức bền lưỡi cắt Thường f = ( 0,2  1) mm , tùy theo lượng chạy dao S , S  0,25 mm khơng làm f + Dao thép gió : đặc trưng sức bền uốn cao, dễ mài sắc, chịu nhiệt độ không cao - Mặt trước phẳng,  = 00 : ứng dụng cho dao tiện định hình, có hình dáng phức tạp - Mặt trước phẳng,  > 0o , khơng có cạnh viền : dùng để gia công thép cán, thép đúc, thép dụng cụ, gang, v.v có b  N/mm2 , HB  220 (  = 100  160 ) - Mặt trước phẳng, có cạnh viền : dùng để gia công vật liệu tương đối cứng : thép có b  800 N/mm2 , HB > 220, vật liệu dòn gang, đồng thanh, f = (0,2  0,3) mm : gia công tinh f = (0,8  1) mm : gia công thô - Mặt trước cong, khơng có cạnh viền : dùng để gia cơng vật liệu dẽo, có bước tiến nhỏ, chiều dày cắt a < 0.2 mm - Mặt trước cong, có cạnh viền, f =  50 ,  = 30  250 , R =  18 (mm) Dùng để gia cơng loại thép dẽo có b  800 N/mm2, kim loại màu, dẽo, hợp kim nhẹ + Dao hợp kim cứng: có đặc trưng : chịu nhiệt độ cao, dịn, chịu va đập kém, khó tạo lưỡi sắc - Mặt trước phẳng, với góc trước dương,  = 100  280 : gia công nhơm, hợp kim đồng, ê bơ xít, gang xám, đồng thanh, thép có b  800 N/mm2 - Mặt trưóc phẳng, với góc trước âm,  = - 50 : gia cơng thép cán, thép đúc, có b  800 N/mm2, gia cơng có va đập, điều kiện hệ thống công nghệ cứng vững - Mặt trước phẳng, có cạnh viền, f = (0,2  4) mm, f = ,  = 60  100 : gia cơng gang dẽo, thép đúc có b  800 N/mm2 , b  800 N/mm2 trường hợp hệ thống công nghệ cứng vững - Mặt trước cong, vát cạnh,  = - 50  -100 ; vết cong lõm có R = (2  6) mm, b = (2  2,5) mm, h = (0,1 0,5) mm để phoi bẻ phoi Dùng để gia cơng vật liệu có b  (700  1000 ) N/mm2 Mặt cong có vát B Mặt phẳng có vát Mặt phẳng không vát R   f f f f Tiện thép Tiện gang, thép chịu nhiệt Tiện thép (rãnh để uốn phoi) Các dạng mặt trước dao tiện 2-/ Các thơng số hình học hợp lý phần cắt: Cắt kim loại trình phức tạp, có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến q trình cắt : tính chất vật liệu gia công, vật liệu làm dao, chế độ cắt điều kiện gia công, Tất yếu tố đồng thời ảnh hưởng đến q trình cắt Do chọn thơng số hình học phần cắt hợp lý việc làm phức tạp Qua thực nghiệm, người ta tổng kết ảnh hưởng thơng số hình học phần cắt dao đến yếu tố trình cắt sau : Yếu tố trình cắt - Ma sát bề mặt dao phôi - Biến dạng bề mặt gia công - Biến dạng phoi - Tuổi bền dao - Độ bền lưỡi cắt - Trị số lực cắt thành phần - Phương phản lực - Độ nhẵn bề mặt gia cơng - Đặc tính mịn dao  x x x x x x  x x x x x x x x  x x x x x x x  x x x x x x x x 1 r x x x x x x x x x x x x - Mức độ trị số mòn dao - Dạng phoi - Chiều dày cắt - Chiều rộng cắt - Phương thoát phoi x x x x x x x x x x x x x a/- Góc trước  : Ảnh hưởng  giới thiệu bảng Tác dụng chủ yếu  tạo điều kiện thoát phoi (làm giảm biến dạng phoi), ảnh hưởng đến trị số phương lực cắt, chất lượng bề mặt gia công, tuổi bền dao - Vật liệu dẽo chọn  lớn : lực cắt nhỏ, phoi dễ - Vật liệu dịn có khuynh hướng giảm  để tăng góc cắt, tăng độ bền dao - Dao thép gió chọn  lớn so với dao hợp kim cứng hay vật liệu chịu bền uốn - Gia công thô nên chọn  lớn ( nhỏ ), gia công tinh nên chọn  nhỏ để tăng góc sau  điều kiện  = const - Dao hợp kim cứng: gia cơng thơ,  âm, song hệ thống công nghệ phải đủ cứng vững + Đối với dao tiện thép gió : góc trước cạnh viền thưòng nhỏ: f = 50  80 Mặt trước phẳng : chọn  = 80  150 Mặt trước cong : chọn  = 250  300 + Đối với dao hợp kim cứng: góc trước cạnh viền thường chọn:f = o  -100 Gia công vật liệu dòn : gang, đồng chọn  = 80  150 Gia công vật liệu cứng  > 100 Kg/cm2 chọn  = -50  -250 Chọn góc trước  dao tiện tra bảng sổ tay kỹ thuật b/- Góc sau  : Góc sau  có ảnh hưởng lớn đến số yếu tố trình cắt bảng nêu Đặc biệt ảnh hưởng đến tuổi bền dao độ nhẵn bề mặt gia cơng Góc sau 1 phụ thuộc vào bước tiến S trị số  Để tránh ma sát mặt sau  phải nhỏ  : tg  = S D Trong : S _ bước tiến (mm/vịng) D _ Đường kính chi tiết gia cơng (mm) x x x Khi S tăng lực cắt tăng,  tăng, nên  tăng : để giảm lực cắt  phải tăng cho phù hợp với  Điều dẫn đến  bị giảm độ bền mũi dao giảm Người ta có khuynh hướng chọn min Khi S giảm lực cắt giảm,  giảm  giảm nên  tăng : lúc lực cắt nhỏ, để giảm bán kính mũi dao giảm ma sát, người ta có khuynh hướng chọn max Gia cơng vật liệu giịn, cắt phoi mỏng, dao chủ yếu bị mòn mặt sau: chọn  tăng Tiện tinh nên chọn  tăng để giảm ma sát Góc sau phụ 1 : thơng thường chọn 1=  Riêng dao tiện rãnh 1 = 10 20 Một số giá trị góc sau loại dao thơng dụng : Khi : S  o.25 mm S > 0.25 mm - Dao tiện thông tiện mặt đầu :  = 120  = 60  80 - Dao cắt đứt, tiện rãnh :  = 120 150  = 80  100 - Dao tiện lỗ :  = 120 150  = 80  100 Chọn  tham khảo sổ tay kỹ thuật c/- Góc nghiêng  : Góc nghiêng  ảnh hưởng đến độ nhẵn bề mặt gia công; ảnh hưởng   đến chiều rộng, chiều dày lớp cắt; đến phương trị số lực cắt PY , PX ; đến độ bền dao Nguyên tắc chọn: + Nếu độ cứng vững hệ thống công nghệ cao chọn  giảm, để tăng độ bền dao + Nếu độ cứng vững hệ thống cơng nghệ giảm chọn  tăng để giảm lực cắt Tuy nhiên có giới hạn tùy theo điều kiện cụ thể : - Điều kiện hệ thống cơng nghệ cứng vững, với l 15  = 800  900 - Tiện mặt đầu :  = 300  700 lên đến 900 Tiện lỗ bậc, không suốt   900 d /- Góc nghiêng phụ 1 : Góc nghiêng phụ ảnh hưởng đến độ nhẵn bề mặt gia công, độ bền dao lực cắt Khi 1 giảm độ nhẵn tăng rung động tăng + Khi hệ thống công nghệ cứng vững lấy : 1 = 100  150 + Khi hệ thống công nghệ cứng vững lấy 1 = 200  300 e /- Góc nâng lưỡi cắt  : Góc nâng  ảnh hưỏng đến hình dạng phoi, phương phoi, sức bền lưỡi cắt +  = phoi theo hướng vng góc luỡi cắt +  > phoi có khuynh hướng vào hướng bề mặt gia công : gia công thô +  < phoi có khuynh hướng xa bề mặt gia công : gia công tinh + Điều kiện bẻ phoi tốt mà không cần cấu bẻ phoi : dao co  = -50  100,  = 600  700  = 100  150 + Dao thép gio : tiện tinh, bán tinh  = 00 Gia công thô lượng dư không  = 00  50 Bào tiiện bề mặt không liên tục  = 100  200 + Dao hợp kim cứng : gia công với lượng dư đều, không va đập :  = 0 5 Gia công với lượng dư không đều, cắt không liên tục : = 0 12  15 Khi gia công thép dã : = 0 25  35 Khi  nhỏ (   60 ) ảnh hưởng góc đến q trình cắt khơng lớn, thường  = 00  = 40  50 Khi tăng  lên chất lượng bề mặt gia cơng giảm,  > 60    PZ PY tăng PX giảm g /- Hình dạng lưỡi cắt bán kính mũi dao r : Hình dạng lưỡi cắt dao tiện đơn thẳng, cong, gẫy khúc, Nó ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công, lực cắt, độ bền dao: + Lưỡi cắt cong : Nếu bán kính lưỡi dao r tăng Ra giảm tức độ    nhẵn bề mặt tăng, tuổi bền dao tăng, đồng thời PY PZ tăng ( PX giảm ) làm rung động tăng Do dó, dao có r lớn dùng gia công tinh hệ thống công nghệ cứng vững +Thường chọn : Dao tiện r = 0,5  mm Dao bào r lớn (  2,5 ) lần so với dao tiện + Lưỡi cắt cong khó chế tạo Để khắc phục, dễ chế tạo dao người ta mài lưỡi cắt gẫy khúc tạo thêm góc nghiêng phụ 0 nhằm tăng độ bền dao : 0  200  Dao cải tiến IV Thiết kế phần kẹp mảnh lưỡi cắt vào thân dao : Khi gia công cắt gọt, số lượng dao tiện dùng ngày tăng lên, việc dùng dao hàn gặp nhiều khó khăn: tốn vật liệu làm thân dao, nguyên công hàn tốn thời gian, suất thấp Vấn đề đặt phải có phương pháp nhằm khắc phục nhược điểm Từ người ta nghĩ cách kẹp dao khí lực cắt, phương pháp tiện lợi sử dụng nhiều nước có cơng nghiệp phát triển Đặc điểm phương pháp là: mảnh dao chế tạo theo tiêu chuẩn có hình dáng đa dạng, theo u cầu cơng dụng tính sử dụng loại dao Quá trình làm việc, mảnh dao bị mịn, đến lúc khơng dùng nữa, ta tháo thay mảnh khác, xoay sang cạnh khác dao để tiếp tục sử dụng - Phương pháp hàn: Hàn có dạng: - Dạng hở : dễ làm nhất, hàn mảnh lưỡi cắt có tiết diện lớn (Ha) - Hàn nửa kín: mảnh lưỡi cắt có kích thước trung bình (Hb) - Dạng kín: mảnh lưỡi cắt mỏng có kích thước nhỏ (Hc) + Ưu điểm: - Tiện lợi sử dụng: thay dao nhanh, thời gian thay điều chỉnh mảnh lưỡi cắt + Nhược: - Khi mài lưỡi cắt bị phạm vào thân dao - Tốn nhiều vật liệu làm thân dao: mảnh lưỡi cắt tốn thân dao - Các vết hàn dễ bị rạn nứt trình cắt - Phải tốn công mài vết lõm, phận để cuốn, bẻ phoi - Thời gian chuẩn bị dao tốn nhiều thời gian (do hàn) - Phương pháp kẹp khí: Có dạng sau: - Kẹp vít kẹp - Kẹp cam lệch tâm - Kẹp vít + địn bẩy Hiện người ta dùng nhiều mảnh hợp kim cứng sứ có dạng nhiều cạnh + Ưu diểm: - Dễ phục vụ, dễ thay mảnh hợp kim, dễ sửa chữa cần thiết - Khi mài dao cần mài mảnh lưỡi cắt, nên cán dao sử dụng nhiều lần + Nhược: - Chế tạo phức tạp - Sự mài lại dao khó khăn phải bảo đảm góc độ dao trước kẹp mảnh lưỡi cắt vào thân dao - Dao kẹp lực cắt: Sử dụng lực cắt để kẹp mảnh hợp kim vào thân dao tiện, phương pháp thuận lợi Trong trình cắt, lực kẹp hợp lực hai lực thành phần   PN PZ : P R = Pz + Pn Hướng lực Pn đặc trưng góc  : + Nếu  <  : mảnh hợp kim bị dập xuống + Nếu  >  : mảnh hợp kim bị tung lên Điều kiện để dao làm việc bình thường là: 