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

Theo kinh nghiệm thì hầu hết các loại dao chế tạo có phần cắt và phần cán riêng, thì vật liệu phần cán dao được chế tạo bằng thép 45 hoặc thép 40X, nhằm bảo đảm độ bền và độ cứng vững tố

§Bài 2- THIẾT KẾ DAO TIỆN THÔNG DỤNG

I Đặc điểm, công dụng và phân loại dao tiện:

Dao tiện là loại dụng cụ cắt được dùng phổ biến nhất trong ngành cắt gọt kim loại Nó làm việc thường gặp trên các loại máy tiện, máy bào, máy xọc, máy rơ von ve, máy doa, máy tiện tự động, bán tự động và một số máy khác nữa

Dao tiện được dùng phổ biến, trong nhiều lãnh vực, nên chúng có nhiều dạng khác nhau về kết cấu và thông số hình học

Về kết cấu chung, dao tiện thông dụng là một loại dao đơn, phần trực tiếp tạo ra phoi gồm một lưỡi cắt chính, một hoặc hai lưỡi cắt phụ Khi làm việc, dao được coi là một dầm chịu uốn bởi lực PZ Do đó, khi tính toán chủ yếu tính về kết cấu thân dao và thông số hình học phần cắt

Dao tiện có thể phân chia ra các 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 các loại dao tiện trong phần dao tiện)

II Kích thước, kết cấu thân dao:

1- Vật liệu làm thân dao:

Thông thường phần thân dao và phần gá đặt dao được chế tạo cùng một loại vật liệu, gọi chung là vật liệu làm cán dao Theo kinh nghiệm thì hầu hết các loại dao chế tạo có phần cắt và phần cán riêng, thì vật liệu phần cán dao được chế tạo bằng thép 45 hoặc thép 40X, nhằm bảo đảm độ bền và

độ cứng vững tốt

2- Kết cấu thân dao:

Cần thiết phải xác định kích thước tiết diện của thân dao để bảo đảm cho dao làm việc an toàn Khi chọn kết cấu thân dao phải bảo đảm các yêu cầu sau :

- Đủ độ cứng vững để tránh bị biến dạng khi có các lực tác dụng

- Gá kẹp dễ dàng, định vị tốt

Tiết diện thân dao thường là chữ nhật, vuông, tròn, đa giác Thân dao chữ nhật dễ gá đặt, có sức bền uốn tốt Thân dao tròn dễ chế tạo, khó gá đặt, sức bền chống uốn kém, thường dùng cho tiện lỗ, tiện ren trong

Khi tính toán tiết diện thân dao, ngưới ta dựa vào lực cắt chínhPZ, độ nhô của đầu dao ra khỏi ổ gá dao và vật liệu làm cán dao

Lực cắt PZ có thể được tính:

PZ = P f (N) Với:  P: lực cắt đơn vị (N/mm2)

 f: tiết diện lớp cắt (mm2)

Hoặc tính



PZ khi tiện theo giáo trình nguyên lý cắt (xem lại các phần trước)

Lực 

PZ gây ra moment uốn tại tiết diện nguy hiểm :

Sơ đồ về lực PZ tác dụng lên dao tiện

Từ sơ đồ trên, ta có thể tính được moment uốn của dao khi cắt :

M = P Z l (Nmm)

Với :  PZ : lực cắt chính (N)

 l : chiều dài đầu dao nhô ra khỏi ổ dao (mm)

Để dao không bị gãy, thì moment cần thiết của dao phải nhỏ hơn moment uốn cho phép [M] :

M  [M] = W [] u

Với :  W :moment chống uốn (mm3)

 []u :ứng suất uốn cho phép (N/mm2)

Từ đây có thể tính được moment chống uốn Lấy giá trị cực đại W bằng :

L

B

Pz Chi tieát

Dao tieän

W = M

u

u

.

Mà moment chống uốn lại tùy thuộc vào tiết diện mỗi mặt cắt :

+ Đối với thân dao có tiết diện hình chữ nhật :

W = BH

2

u

.

[ ]

u



Thông thường người ta lấy : H = 1,6 B (mm) , nên :

B.(1,6.B)2 = 6. .

[ ]

u



 B = 6

2 56

3 , [ ]

P lZ

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 vuông :

W = B

3

u

.

 B = 3 6 .

[ ]

P lZ

u

 (mm)

Với : B : cạnh tiết diện thân dao (mm)

+ Đối với thân dao có tiết diện tròn :

W = .d

3

32 = (d

3

10 ) = P lZ

u

.

 d = 3 32 .

.[ ]

P lZ

u

  (mm) Với d : đường kính thân dao (mm)

Các công thức trên, có thể dùng để tính toán hoặc kiểm tra kích thước

và độ bền của dao tiện Khi tính, ta bỏ qua các lực PY, PX nên các công thức trên tính gần đúng

Khi thiết kế dao, ngoài việc tính toán như trên, người ta còn có thể chọn kích thước thân dao tiện căn cứ vào lớp phoi cắt hoặc chiều cao tâm máy :

TÍCH CẮT (mm)

SÂU CẮT (mm)

TÍCH CẮT (mm)

SÂU CẮT (mm)

Chú thích : - Các trị số cho trong bảng là trị số lớn nhất

- Các trị số này nên dùng cho dao tiện với  = 450 và cắt thép

có b  750 N/mm

GÁ DAO TIẾT

DIỆN

CHIỀU CAO TÂM MÁY (mm)

THÂN DAO

150 180 

200

400

TRÊN Ổ CHỮ

NHẬT

12 x 20 12 x 20 16 x 25 20 x 30 25 x 40

TRÊN CHỮ

NHẬT

12 x 20 16 x25 20 x 30 20 x 30 25 x 40

BÀN

DAO

III Vật liệu và thông số hình học phần cắt:

1 - Chọn vật liệu phần cắt:

Tùy thuộc vào vật liệu gia công và yêu cầu độ chính xác gia công, mà chọn vật liệu phần cắt của dao cho phù hợp ( xem lại phần vật liệu làm dao )

2 - Các thông số hình học phần cắt:

Các thông số hình học phần cắt của dao, có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình cắt kim loại như : nhiệt cắt, lực cắt, độ mài mòn, chất lượng bề mặt và năng suất gia công,

Xác định các thông số hình học phần cắt của dao bao gồm : việc xác định vị trí, hình dáng các mặt trước, mặt sau của dao đối với mặt đáy, trị số các góc độ của dao và hình dáng lưỡi cắt,v.v

1-/ Thiết kế hình dáng mặt trước của dao:

Mặt trước dao tiện đơn thường có hai dạng : mặt trước phẳng và mặt trước cong:

Mặt trước phẳng, dùng để gia công vật liệu cứng và dòn; mặt trước cong, dùng để gia công vật liệu dẻo, mềm, hay cứng vừa

Trên mặt trước còn có cạnh viền f, để làm tăng sức bền của lưỡi cắt Thường f = ( 0,2  1) mm , tùy theo lượng chạy dao S , nếu S  0,25 mm thì không làm f

+ Dao thép gió : đặc trưng sức bền uốn cao, dễ mài sắc, chịu được nhiệt

độ không cao

- Mặt trước phẳng,  = 00 : ứng dụng cho các dao tiện định hình, có hình dáng phức tạp

- Mặt trước phẳng,  > 0o , không có cạnh viền : dùng để gia công thép cán, thép đúc, thép dụng cụ, gang, v.v có b  8 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 như gang, đồng thanh,

f = (0,2  0,3) mm : gia công tinh

f = (0,8  1) mm : gia công thô

- Mặt trước cong, không có cạnh viền : dùng để gia công vật liệu dẽo,

có bước tiến nhỏ, chiều dày cắt a < 0.2 mm

- Mặt trước cong, có cạnh viền, f = 0  50 ,  = 30  250 , R = 3 

18 (mm) Dùng để gia công các loại thép dẽo có b  800 N/mm2, kim loại màu, dẽo, hợp kim nhẹ

+ Dao hợp kim cứng: có đặc trưng : chịu được nhiệt độ cao, dòn, chịu

va đập kém, khó tạo được lưỡi sắc

- Mặt trước phẳng, với góc trước dương,  = 100  280 : gia công nhôm, hợp kim đồng, ê bô xít, gang xám, đồng thanh, thép có b  800 N/mm2

- Mặt trưóc phẳng, với góc trước âm,  = - 50 : gia công thép cán, thép đúc, có b  800 N/mm2, gia công có va đập, trong điều kiện hệ thống công nghệ cứng vững

- Mặt trước phẳng, cĩ cạnh viền, f = (0,2  4) mm, f = 0 ,  = 60 

100 : gia cơng gang dẽo, thép đúc cĩ b  800 N/mm2 , cũng cĩ thể b 

800 N/mm2 trong trường hợp hệ thống cơng nghệ khá cứng vững

- Mặt trước cong, vát cạnh,  = - 50  -100 ; vết cong lõm cĩ R = (2  6) mm, b = (2  2,5) mm, h = (0,1 0,5) mm để cuốn phoi và bẻ phoi Dùng để gia cơng vật liệu cĩ b  (700  1000 ) N/mm2

Các dạng mặt trước của dao tiện

2-/ Các thơng số hình học hợp lý của phần cắt:

Cắt kim loại là một quá trình phức tạp, vì cĩ nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cắt : tính chất vật liệu gia cơng, vật liệu làm dao, chế độ cắt và điều kiện gia cơng, Tất cả các yếu tố này đồng thời ảnh hưởng đến quá trình cắt

Do đĩ chọn thơng số hình học phần cắt hợp lý là việc làm phức tạp

Qua thực nghiệm, người ta tổng kết được những ảnh hưởng của các thơng số hình học phần cắt của dao đến các yếu tố của quá trình cắt như sau :

Yếu tố quá trình cắt      1 r

- Ma sát giữa các bề mặt của dao và phơi x

- Biến dạng của bề mặt gia cơng x x x x x x

- Trị số lực cắt thành phần x x x x x x

- Độ nhẵn bề mặt gia cơng x x x x x x

B

R

f



f



Mặt phẳng có vát

Mặt cong có vát

Mặt phẳng không vát

Tiện thép

Tiện thép (rãnh để uốn phoi)

Tiện gang, thép chịu nhiệt

- Mức độ và trị số mòn của dao x x x x x x

a/- Góc trước  :

Ảnh hưởng của  được giới thiệu trong bảng trên Tác dụng chủ yếu của 

là tạo điều kiện thoát phoi (làm giảm biến dạng của phoi), ảnh hưởng đến trị

số và phương của lực cắt, chất lượng bề mặt gia công, tuổi bền của dao

- Vật liệu càng dẽo thì chọn  càng lớn : lực cắt nhỏ, thoát phoi dễ

- Vật liệu càng dòn có khuynh hướng giảm  để tăng góc cắt, tăng độ bền của dao

- Dao thép gió có thể chọn  lớn hơn so với dao hợp kim cứng hay vật liệu chịu bền uốn kém

- Gia công thô nên chọn  lớn ( nhỏ ), gia công tinh nên chọn  nhỏ

để tăng góc sau  trong điều kiện  = const

- Dao hợp kim cứng: gia công thô,  có thể âm, song hệ thống công nghệ phải đủ cứng vững

+ Đối với dao tiện thép gió : góc trước trên 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 trên cạnh viền thường chọn:f =

-3o  -100

Gia công vật liệu dòn : gang, đồng thanh chọn  = 80  150

Gia công vật liệu cứng  > 100 Kg/cm2 chọn  = -50  -250

Chọn góc trước  của dao tiện có thể tra bảng trong các sổ tay kỹ thuật

b/- Góc sau  :

Góc sau  có ảnh hưởng lớn đến một số yếu tố của quá trình cắt như trong bảng trên đã nêu Đặc biệt là ảnh hưởng đến tuổi bền của dao

và độ nhẵn bề mặt gia công

Góc sau 1 phụ thuộc vào bước tiến S và trị số  Để tránh ma sát mặt sau thì  phải nhỏ hơn  :

tg  = S

D

 Trong đó : S _ bước tiến (mm/vòng)

D _ Đường kính chi tiết gia công (mm)

Khi S tăng thì lực cắt tăng,  tăng, nên  tăng : để giảm lực cắt thì  phải tăng cho phù hợp với  Điều này dẫn đến  bị giảm và độ bền của mũi dao giảm Người ta có khuynh hướng chọn min

Khi S giảm thì lực cắt giảm,  giảm và  giảm nên  tăng : lúc này lực cắt nhỏ, để giảm bán kính mũi dao và giảm ma sát, người ta có khuynh hướng chọn max

Gia công vật liệu giòn, cắt phoi mỏng, dao chủ yếu bị mòn ở mặt sau: chọn  tăng

Tiện tinh nên chọn  tăng để giảm ma sát

Góc sau phụ 1 : thông thường chọn 1= 

Riêng dao tiện rãnh 1 = 10 20

Một số giá trị góc sau của các loại dao thông dụng :

Khi : S  o.25 mm S > 0.25 mm

- Dao tiện thông và tiện mặt đầu :  = 120  = 60 

80

- Dao cắt đứt, tiện rãnh :  = 120 150  = 80

 100

- Dao tiện lỗ :  = 120 150  = 80

 100

Chọn  có thể tham khảo trong các sổ tay kỹ thuật

c/- Góc nghiêng chính  :

Góc nghiêng chính  ảnh hưởng đến độ nhẵn bề mặt gia công; ảnh hưởng đến chiều rộng, chiều dày lớp cắt; đến phương và trị số lực cắtPY, PX; đến

độ bền của dao

Nguyên tắc chọn:

+ Nếu độ cứng vững của hệ thống công nghệ cao thì chọn  giảm, để tăng độ bền của dao

+ Nếu độ cứng vững của hệ thống công nghệ giảm thì chọn  tăng để giảm lực cắt Tuy nhiên cũng có giới hạn của nó tùy theo điều kiện cụ thể :

- Điều kiện hệ thống công nghệ cứng vững, với l

D < 6 thì  =

100  300

-

Điều kiện cứng vững trung bình, với l

D= 6  12 thì  =

300  450

- Điều kiện cứng vững kém : l

D = 12  15 thì  =

600  750

l

D > 15 thì  =

800  900

- Tiện mặt đầu :  = 300  700 đôi khi 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 của dao và lực cắt Khi 1 giảm thì độ nhẵn tăng nhưng rung động tăng

+ Khi hệ thống công nghệ cứng vững lấy : 1 = 100  150 + Khi hệ thống công nghệ kém cứng vững lấy 1 = 200  300

e /- Góc nâng lưỡi cắt chính  :

Góc nâng  ảnh hưỏng đến hình dạng của phoi, phương thoát phoi, sức bền của lưỡi cắt

+  = 0 phoi thoát ra theo hướng vuông góc luỡi cắt chính

+  > 0 phoi có khuynh hướng thoát ra đi vào hướng bề mặt gia công : gia công thô

+  < 0 phoi thoát ra có khuynh hướng đi ra xa bề mặt gia công : gia công tinh

+ Điều kiện bẻ phoi tốt mà không cần cơ cấu bẻ phoi : dao co  = -50 

-100,

 = 600  700 thì  = 100  150

+ Dao thép gio : tiện tinh, bán tinh  = 00

Gia công thô lượng dư không đều  = 00  50 Bào và tiiện các bề mặt không liên tục  = 100  200 + Dao hợp kim cứng : gia công với lượng dư đều, không va đập :  =

00  50

Gia công với lượng dư không đều, cắt không liên tục :  =

120  150

Khi gia công thép dã tôi :  =

250  350

Khi  nhỏ (   60 ) thì ảnh hưởng của góc này đến quá trình cắt không lớn, thường  = 00 hoặc  = 40  50

Khi tăng  lên thì chất lượng bề mặt gia công giảm, nếu  > 60 thì



PZvà PY tăng và PX giảm

g /- Hình dạng lưỡi cắt chính và bán kính của mũi dao r :

Hình dạng lưỡi cắt chính của dao tiện đơn có thể thẳng, cong, gẫy khúc, Nó ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công, lực cắt, độ bền của dao:

+ Lưỡi cắt cong : Nếu bán kính lưỡi dao r tăng thì Ra giảm tức là độ nhẵn bề mặt tăng, tuổi bền của dao tăng, đồng thời PY và PZ cũng tăng (PX

giảm ) làm rung động tăng Do dó, dao có r lớn chỉ dùng khi gia công tinh và

hệ thống công nghệ cứng vững

+Thường chọn : Dao tiện r = 0,5  3 mm

Dao bào r lớn hơn ( 2  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 chính phụ 0 nhằm tăng độ bền của dao : 0  200

Dao cải tiến

IV Thiết kế phần kẹp mảnh lưỡi cắt vào thân dao :

Khi gia công bằng cắt gọt, số lượng dao tiện được dùng ngày càng tăng lên, cho nên việc dùng dao hàn gặp nhiều khó khăn: tốn vật liệu làm thân dao, nguyên công hàn tốn thời gian, năng suất thấp

Vấn đề đặt ra là phải có phương pháp nhằm khắc phục các nhược điểm trên Từ đó người ta nghĩ ra cách kẹp dao bằng cơ khí và lực cắt, đó là những phương pháp rất tiện lợi và được sử dụng ở nhiều nước có nền công nghiệp phát triển Đặc điểm của các phương pháp này là: các mảnh dao được chế tạo theo tiêu chuẩn và có hình dáng rất đa dạng, theo yêu cầu công dụng

và tính năng sử dụng của từng loại dao Quá trình làm việc, mảnh dao bị mòn, đến lúc không dùng được nữa, ta tháo ra thay mảnh khác, hoặc xoay sang cạnh khác của dao để tiếp tục sử dụng

1 - Phương pháp hàn:

Hàn có các dạng:

- Dạng hở : dễ làm nhất, hàn khi mảnh lưỡi cắt có tiết diện lớn (Ha)

