thiết kế quy trình công nghệ dao phay lăn răng

- Vật liệu dụng cắt thờng đắt tiền và chiếm tỷ lệ cao trong giá thành chế tạo dao, do đó cần phải chọn vật liệu dụng cụ cắt phù hợp với yêu cầu của dao, của chi tiết gia công nhằm giảm c

Phần I

Thiết kế dao phay lăn răng.

I/ Đặc điểm, công dụng và phân loại

Truyền động bánh răng theo phơng ăn khớp đợc sử dụng rộng rãi trong ngành chế tạo máy Chất lợng của truyền động chủ yếu phụ thuộc vào độ chính xác chế tạo bánh răng

Quá trình cắt răng là quá trình cắt bỏ lớp kim loại ở rãnh giữa hai răng

để tạo thành prôfin răng đảm bảo độ chính xác bớc răng khi ăn khớp độ đồng tâm của hai vòng tròn chia với tâm quay của bánh răng

Độ chính xác của bánh răng phụ thuộc vào độ chính xác của dụng cụ cắt răng Tuỳ theo từng phơng pháp gia công răng cách hình thành prôfin răng ngời ta chia ra thành hai phơng pháp cắt răng sau:

*Phơng pháp I : Cắt răng theo phơng pháp chép hình :

ở đây prôfin răng của dụng cụ cắt hoạc hình chiếu của prôfin đó là bản chép nguyên hình của prôfin rãnh giữa các răng gia công bánh răng Trong quá trình cắt prôfin của dụng cụ cắt ở tất cả các điểm đều trùng với prôfin của rãnh

Phân dao phay ra làm hai loại :

+Dao phay lăn răng thô để cắt sơ bộ của bánh răng trớc khi xọc răng.+ Dao phay lăn răng tinh để cắt bánh răng trớc khi cà răng

λ

ϕ

- Những dao phay lăn răng dùng để gia công bánh răng trụ có môđuyn

m≤ 5 đợc chế tạo nguyên khối với dao có m = 6 ữ15 đợc chế tạo nguyên

hoặc răng chắp

- Với m ≥ 16 đợc chế tạo bằng răng chắp

- Nguyên lý làm việc của dao phay

+ Qúa trình hình thành prôfin của răng bánh răng của dao phay lăn răng tơng tự quá trình ăn khớp của bánh răng gia công với trục vít Để tạo ra mặt dới của răng và lỡi cắt ngời ta làm các rãnh dọc, thờng là rãnh xoắn trên dao phay Còn muốn có các góc sau thì phải đem chốt lng các mặt sau của răng

ω1

ω2

+ Muốn cho bánh răng nghiêng ăn khớp đúng thì răng của chúng phải

ăn khớp chính xác với cùng thanh răng không gian Muốn vậy phải yêu cầu cả hai bánh răng này có bớc răng và góc prôfin bằng nhau trong tiết điện N - N thẳng góc với hớng răng của thanh răng

ϕ

ϕ

II/ Chọn vật liệu làm dao phải đảm bảo các yêu cầuchung sau

1/ Chọn vật liệu.

- Vật liệu làm dụng cụ cắt đòi hỏi phải chịu đợc các lực tác động nh lực cắt, lực ma sát, dung động nhiệt với dụng cụ cắt là dao phay lăn răng đòi hỏi vật liệu phải có độ cứng cao hơn chi tiết gia công

- Vật liệu dụng cắt thờng đắt tiền và chiếm tỷ lệ cao trong giá thành chế tạo dao, do đó cần phải chọn vật liệu dụng cụ cắt phù hợp với yêu cầu của dao, của chi tiết gia công nhằm giảm chi phí chế tạo cho một chi tiết gia công.

8/ Các loại vật liệu có thể chế tạo dao phay lăn răng.

- Thép các bon dụng cụ Y12A, Y13A, thép hộp kim dụng cụ 9 x C thép gió P9, P18

+ Thép các bon dụng cụ Y12A, Y13A có độ thấm tôi thấp do tính thấm tôi thấp phải tôi trong nớc, khiến cho dụng cụ cắt sau khi tôi dễ bị nứt, cong vênh Vì dao phay lăn răng cắt với chiều rộng cắt lớn, do vậy sinh nhiệt lớn và

dễ bị mài mòn, do vậy thép các bon dụng cụ không phù hợp để chế tạo dao phay lăn răng

+ Thép hộp kim dụng cụ : dễ thoát các bon khi nhiệt luyện, độ cứng ở trạng thái ủ cao ( 241ữ297 HB ) Điều này ảnh hởng rất lớn đến việc chế tạo

dao gia công cắt gọt khó Tính mài mòn của thép hộp kim kém, tính năng cắt kém hơn nhiều so với thép gió

+ Thép gió P18 là loại vật liệu làm dao có tính năng cắt tốt và đợc sử dụng rộng rãi, có độ thấm tôi cao, có thể cắt với tốc độ cắt cao gấp 2 ữ 4 lần

và có tuổi bền gấp 8 ữ15 lần so với thép các bon và thép hộp kim dụng cụ Có

thể nâng tính năng cắt của thép gió bằng cách thấm xiamua sau khi tôi, ram và mài Thép gió P9 và P18 có tính bền nóng là nh nhau do đó khi cắt ở tốc độ cao chúng có tuổi bền gần nh nhau Nhng khi làm việc ở tốc độ thấp thì thép gió P18 có độ chịu mài mòn cao hơn, do đó có tuổi bền cao gấp đôi P9

Khi nung nóng thép P9 dễ bị quá nhiệt và khi mài sắc thì độ cứng bề mặt của thép giảm xuống, nên tính mài kém hơn thép P18 Thép P9 có khoảng

t0 tôi hẹp hơn thép P18 do đó gây khó khăn khi t0 luyện

- Qua việc phân tích u nhợc điểm của một số loại vật liệu để làm dụng cắt ở trên chúng ta thấy rằng với dao phay lăn răng vứi chi tiết công nghệ dạng trục, dạng bạc làm việc với tốc độ cắt trung bình, lực cắt lớn Với vật liệu làm dao là thép gió P18 là phù hợp hơn cả

III/ Tính toán kết cấu dao phay lăn răng.

1/ Bề mặt khởi thuỷ các dao phay lăn răng.

- Bề mặt khởi thuỷ các dao phay lăn răng là bề mặt vít của trục vít khởi thuỷ ( trục vít cơ bản ) để tạo thành dao phay lăn răng trên trục vít cơ bản có

ác rãnh dọc để thoát phoi và tạo thành mặt trớc và các mặt sau hớt lng để tạo thành góc sau dơng lỡi cắt là giao tuyến của mặt trớc và mặt sau Về nguyên

lý bánh răng thân khai chỉ ăn khớp đúng với trục vít thân khai để tìm prôfin lỡi cắt cần phải xác định phơng trình của mặt trớc ( mặt 2 ) Phơng trình của mặt vít cơ bản mặt 1 giao tuyến của 2 bề mặt đó là prôfin cần tìm Nhng mặt sau dao phay phải tạo thành góc sau dơng nên mặt sau không thể là mặt của trục vít cơ bản mà là mặt xoắn acximet để đảm bảo cho prôfin lỡi cắt khi mài sắc lại ( khi thay đổi vị trí của mặt trớc ) Không thay đổi hoặc thay đổi không

đáng kể thì mặt sau phải đợc hớt lng hớng trục

Nhng cho đến nay việc hớt lng hớng trục dao phay lăn răng rất khó thực hiện vì vậy nên thiết kế dao phay trên cơ sở trục vít khởi thuỷ là trục vít thân khai, trong thực tế vẫn không đảm bảo đợc profin lỡi cắt chính xác mà việc chế tạo rất khó khăn do đó dao phay lăn răng thờng đợc chế tạo theo phơng pháp gần

đúng đảm bảo độ chính xác profin lỡi cắt theo yêu cầu kỹ thuật cho phép Các phơng pháp chế tạo gần đúng dựa trên cơ sở they thế trục vít cơ bản thân khai chính xác bằng các trục vít gần đúng và đảm bảo chế tạo thuận tiện

*Kết luận :

Để đảm bảo thuận tiện trong quá trình chế tạo trục vít cơ bản thân khai chính xác đợc thay thế bằng trục vít côvôlôít vì so với trục vít acximet, trục vít côvôlôít dễ mài sắc lng hớt lng của dao sau nguyên công tiện, giao tuyến của mặt xoắn vít là một mặt phẳng vuông góc hoặc rãnh vít là đờng thẳng do đó có thể dùng lỡi cắt cắt để tạo thành Trục vít này có thể kiểm tra profin dễ dàng

2/ Tính profin thân khai của l ỡi cắt

- Theo bảng 8 - VIII HDTKDCCKL - ĐHBK có ca lỡi sắt nh sau:

Bớc răng theo phơng pháp tuyến : tn = π m n

tn = 3,14 5 1 = 15,708 (mm)

ở đây n là số đầu mối n = 1.

- Chiều cao đầu răng dao phay :

hu’ = 1,25 mf = 1,25 x 5 = 6,25

m - môđun của dao m = 5

f - hệ số chiều cao đầu răng lấy f = 1

Chiều dày răng ở tiết diện pháp tuyến

Sn =

2

t n

= 7 , 854 2

708 ,

Đầu răng dao phay sẽ gia công chân răng h1’chân của dao phay sẽ gia công bánh răng, muốn đáy dao phay không cắt mặt ngoài của bánh răng gia công thì giữa chúng phải có khe hở hớng kính của chuyển động Cu1:

Với Cu1 = 0,25 x m = 0,25 x 5 = 1,25 (mm)

Cu1 x hu’’ = hu’ + Cu1 ; hu’’ = 6,25 + 1,25 = 7,5

- Chiều cao chân răng hu’ = 1,25 x m = 1,25 x 5 = 6,25 mm

- Chiều cao toàn bộ răng

hu’’ = hu’ + hu’’ = 6,25 + 7,5 = 13,75 (mm)

- Cn1 - khe hở giữa đờng kính ngoài của bánh răng và đờng kính trong của dao phay

- Trị số prôfin theo mặt dới

25 , 0

αδ

sin 1

đờng kính dao phay thì góc vít của dao phay giảm xuống nh vậy sẽ giảm sai

số cho phép của dao phay, giảm đợc chiều cao nhấp nhô gia công dọc theo

và đờng kính lỗ gá đợc tăng lên do đó tăng điều kiện trục gá đảm bảo độ cứng vững tốt hơn khi kẹp dụng cụ và đảm bảo khả năng tăng chế độ cắt Tuy nhiên tăng đờng kính dao phay vật liệu cấu tạo dao sẽ tốn hơn do đó kéo dài thời gian phay theo tiêu chuẩn CT0CT 9342 - 60 đã quy định đối với dao phay có

m = − = 0,775

= 39,19 => ϕ = 390,11’’

z =

' 11 , 39

360

0 = 9,20 (răng)Chọn z = 10 răng

- Lợng hớt lng K

10

100 14 , 3

α

tg Z

- Đờng kính trung bình tính toán:

+ Đờng kính trung bình tính toán của dao phay là đờng kính quy ớc để tính toán dao phay, nó đợc dùng để xác định các góc nghiêng của rãnh dọc ( mặt trớc) góc nâng của đờng kính vfa các trị số khác Sau khi mài sắc lại đ-ờng kính ngoài dao phay giảm, đờng kính trung bình tính toán dao phay giảm

và do đó giá trị các góc nghiêng τ và ω thay đổi Để giảm sai lệch các kích

th-ớc, khi thiết kế đờng kính trung bình tính toán đợc xác định ở tiết điện cách mặt trợt ( 0,1 ữ 0,25 ) bớc vòng.

D = D - 2,5 mf - 0,2 K

) H 2 Deu

Π

10 10

25 , 23 2 100 ( 14 ,

m

Π

cố gắng chọn số răng càng nhiều càng tốt Tuy nhiên đối với dao phay lăn răng còn có răng hớt lng nên điều này không phải bao giờ cũng đạt đợc Mà ta nên chọn số rãnh = số răng Số lợng răng đã chọn bằng 10 và số lợng rãnh bằng 10, góc rãnh răng đợc xác định theo công thức :

θ = à + ϕ

Với mục đích đảm bảo độ bền của răng đã mài sắc lại nhiều lần mặt trên rãnh ở phía lng răng phải làm nghiêng một góc à so với đờng thẳng hớng tâm đi qua ở đỉnh răng góc à lấy bằng 15 ữ200

Sự làm dầy chân răng đó đảm bảo cho các răng bị mòn đã mài sắc đến lần cuối cùng vẫn không bị gẫy ở chỗ mômen uốn lớn nhất trong quá trình phay

- Chọn góc ϕ phải từ vị trí tơng quan giữa các góc trên dao phay và trên cam hớt lng.

Để tránh hiện tợng đỉnh răng bị chèn dập do dao vào muộ và tạo thành

gồ do dao rút sớm ra khỏi bề mặt răng Dao phay gia công cần thiết phải có

ξ

kv

5/ Xác định góc cắt

Trên mỗi răng dao có 3 lỡi cắt, một lỡi cắt ở đỉnh răng và hai lỡi cắt 2 bên

Góc trớc của đỉnh răng lấy γ = 00 ; góc sau của đỉnh răng và hai bên đợc

đảm bảo = cách hớt lng răng theo đờng xoắn côvôlôít

Góc sau ở đỉnh răng thuộc vào trị số hớt lng K quan hệ giữa chúng đợc biểu thị theo CT :

K =

n Z

Deu

Π

tgαb

=> tgαb = ΠK . Deu . Zn = 0 , 207

100 14 , 3

10 5 ,

Rc - bán kính vòng tròn chia

Rc =

2

Z 5

= 25 2

10

Khi góc vít của dao phay không lớn ( τ = 40) thì sự khác nhau giữa prôfin lỡi cắt và bề mặt thân khai sẽ rất ít do đó đối với dao phay có τ = 3019’

ta lấy góc prôfin răng lấy bằng góc prôfin dạng sinh tức là αn = αγ = 200 ta chọn tạo hình dao phay lăn răng ở tiết diện pháp tuyến theo mặt xoắn côvôlôít

hở bởi vì mặt xoắn vít không khai triển hoặc một mặt bất kỳ khác mà có thể tạo hình chính xác bằng đờng thẳng giao tuyến của mặt xoắn vít côvôlôít là một mặt phẳng vuông góc hoặc rãnh vít là một đờng thẳng do đó có thể dùng lỡi cắt thẳng để tạo thành Trục vít này có thể kiểm tra độ chính xác prôfin răng dễ dàng giao tuyến của mặt xoắn vít với mặt phẳng đi qua góc vuông với trục là đờng thân khai kéo dài

Cho tung độ yk của một tâm bất kỳ k ta xác định hoành độ của điểm đó theo phơng:

yk ±pin Vαk

Dấu (+) ứng với đờng xoắn vít phải

Dấu (-) ứng với đờng xoắn vít trái

Cos τ0 = Cos τ Cos αδ

708 , 15

τ

cos 2

mn 2

64 , 13 )

p ' h r ( 2

3 Sai số tính kỹ giới hạn trên độ dài 3 bớc răng ± 0,015(mm)

4 Độ đảo hớng kính theo đờng kính ngoài trong giới hạn một đờng vít

± 0,03 (mm)

5 Sai lệch theo góc prôfin răng ≤ 0,015 (độ)

6 Độ đảo hớng kính của vòng gỗ ≤ 0,02(mm)

7 Độ đảo mặt đầu của gỗ ≤ 0,04(mm)

8 Sai lệch chiều dày răng ± 0,025(mm)

gia công dao phay lăn răng.

I/ phân tích tính công nghệ

- Dao phay lăn răng là dụng cụ cắt kim loại dùng để gia công bánh răng, dao làm việc trong điều kiện lực cắt lớn, nhiệt độ cao và chịu mài mòn cao

- Dao phay lăn răng là chi tiết dạng trục nên khi lập quy trình cấu tạo dao cần phải dựa vào quy trình công nghệ gia công chi tiết điển hình ở họ trục

- Để tạo ra các răng cắt, chúng ta dùng phơng pháp phay rãnh xoắn vít với τ = 3019’ để tạo đợc các răng cắt trên đó chế tạo các rãnh để tạo ra mặt tr-

ớc của răng và lỡi cắt, để tạo ra góc sau, mặt sau của răng dao đợc hớt lng theo

đờng côvôlôít

- Để đảm bảo độ cứng của dụng cụ cắt, phải qua nguyên công nhiệt luyện Vật liệu làm dao bằng thép gió P18 do đó rất khó khăn trong quá trình nhiệt luyện nên khi nhiệt luyện phải tránh hiện tợng cong vênh, nứt, độ cứng sau khi nhiệt luyện phải đạt 62 ữ 64 HRC

- Để đảm bảo tính chính xác prôfin răng cắt thì phải mài hớt lng hai mặt bên và hớt lng đỉnh răng

- Khi gia công để đảm bảo chính xác chúng ta dùng chuẩn là lỗ và mặt

đầu

- Độ đảo mặt đầu không vợt quá 0,02 (mm)

- Độ chính xác của lỗ đạt I T4, độ nhẵn đạt Ra = 0,63 nên phơng pháp gia công lỗ là phơng pháp mài

- Sau khi nhiệt luyện nguyên công cuối cần phải mài các chuẩn công nghệ, mài mặt trớc và , mài hớt lng

II/ Xác định dạng sản xuất

- Xác định dạng sản xuất đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình chế tạo sản phẩm ảnh hởng rất nhiều đến chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật, nó phản ánh

mối quan hệ giữa tính chất và nhiệm vụ sản xuất cùng với các biện pháp tổ chức quản lý sản xuất.

- Việc xác định dạng sản xuất có ý nghĩa quan trọng vì từ đó sẽ biết đợc các điều kiện cho phép về vốn đầu t, trang thiết bị, nhân lực để tổ chức sản xuất

b/ Tính khối lợng chi tiết.

- Ta tính khối lợng gần đúng qua đờng kính trung bình tính toán

VCT = ( ) ( 86 , 2 35 )

4

90 x 14 , 3 d D 4

tn =

Ni

T

T - khoảng thời gian làm việc trong năm

Tra sổ tay định mức lao động có : T = 4575 giờ

=> tn =

Ni

T

= 0 , 435 506

10

4575 = giờ/ chi tiết

III/ Ph ơng pháp tạo phôi

3 Phôi cán nóng.

- Thép đợc qua nhiều lần cán làm cho cấu trúc kim loại vì qua biến dạng dẻo hạt sẽ nhỏ, không đồng nhất các bít giảm, do vậy cơ tính đợc nâng cao, có khả năng chịu uốn xoắn tốt Nhng còn có nhợc điểm trang thiết bị phức tạp, giá thành đầu t dây truyền quá lớn

4 Phôi dập.

- Cho cơ tính cao, có độ chính xác về kích thớc và hình dáng, giá thành chế tạo phôi so với chi tiết thành phẩm cao do chế tạo khuôn, sử dụng các thiết bị lớn, phù hợp với dạng sản xuất loạt lớn

*Kết luận :

- Qua phân tích các phơng pháp chế tạo phôi ta thấy với dạng sản xuất loạt lớn để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật phải tiết kiệm nguyên vật liệu chúng ta phải chọn phơng pháp tạo phôi hợp lý

Đối với dao phay lăn răng có đờng kính Dcu = 96 (mm) và vật liệu P18

do đó ta chọn phôi là loại thép cán nóng dạng thanh tròn đặc có đờng kính ngoài lớn hơn đờng kính ngoài của dao

IV/ Thiết kế quy trình công nghệ

1 Chuẩn và chọn chuẩn

- Chuẩn : là tập hợp những đờng điểm, bề mặt của chi tiết mà căn cứ vào đó ngời ta xác định vị trí của bề mặt đờng điểm khác của chi tiết đó hoặc chi tiết khác trong cùng một mối quan hệ lắp

- Việc xác định chuẩn ở nguyên công, gia công cơ khí chính xác là sự xác định vị trí tơng quan giữa dụng cụ cắt và bề mặt cần gia công của chi tiết

để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và kinh tế ở nguyên công đó

a/ Chọn chuẩn thô :

Khi chọn chuẩn thô cần chú ý các yêu cầu sau:

- Phân phối đủ lợng d cho các bề mặt gia công

- Đảm bảo độ chính xác cần thiết về vị trí tơng quan giữa các bề mặt không gia công với các bề mặt sắp gia công

Dựa vào những yêu cầu ngời ta đa ra năm điểm cần tuân thủ khi chọn chuẩn thô nh sau:

- Theo một phơng kích thớc nhất định nếu chi tiết có nhiều bề mặt gia công thì nên chọn bề mặt nào có độ chính xác đối với bề mặt gia công là cao nhất làm chuẩn thô

- Theo một phơng kích thớc nhất định nếu chi tiết có tất cả các bê mặt cần gia công thì nên chọn bề mặt nào có độ phân phối lợng d nhỏvà đồng đều nhất làm chuẩn thô

- Theo một phơng kích thớc nhất định, nếu chi tiết có nhiều bề mặt bằng phẳng trơn tru thì chọn bề mặt nào bằng phẳng trơn tru nhất làm chuẩn thô ứng với một bậc tự do cần thiết của chi tiết chỉ cho phép sử dụng chuẩn thô một lần trong cả quá trình gia công

Căn cứ vào những lời khuyên trên, căn cứ vào bề mặt chi tiết gia công ta chọn chuẩn thô bề mặt trụ ngoài khống chế bốn bậc tự do, mặt đầu khống chế một bậc tự do.

Căn cứ vào lời khuyên trên ta chọn mặt lỗ và mặt đầu khống chế 5 bậc

tự do để có thể gia công chi tiết trong suốt quá trình công nghệ

Từ những lời khuyên về thiết kế quy trình công nghệ chúng ta chọn ra hai phơng án về thiết kế quy trình công nghệ dao phay lăn răng trục vít

2 Các ph ơng án về thiết kế quy trình công nghệ gia công dao phay lăn răng trục vít.

Lỡi của đĩa

φ 520

T15K6P18P18P18

b.Tiện tinh 2 vòng gờ

Phay đờng xoắn vít

Phay rãnh thoát phoi

1k62

1k62Ky406H826H82K96

Π313

T15K6

T15K6T15K6T15K6T15K6P18

T15K6

T15K6P18P18P18P18

Bộ nhãn

Trục gá mũi tâm

mâm cặp 3 chấu

Bạc dẫn hớngchĩa tay

Trục gá mũi tâmtốc kẹp

Trục gá mũi tâmBàn phẳng

Ctr50MV2GCtr50MV2G Ctr50MV2G Ctr50MV2G Ctr50MV2GCtr50MV2G

P18

ống kẹp đàn hồi

Bàn từ trục gáTrụcgá,dỡngđoTốc kẹpTốc kẹp

b Phơng án 2 :

Trình tự gia công cũng giống nh phơng án 1 nhng chỉ khác ở nguyên công VIII Chuốt rãnh then thay bẳng xọc rãnh then đợc thực hiện trên máy xọc 7A420

Với then có chiều rộng b = 10 ; t = 3,1

v/ Sơ đồ các nguyên công

TiÖn mÆt ®Çu s¬ bé Khoan lç φ34 ; khoÐt φ 34,7 M¸y 1b 140

a TiÖn s¬ bé mÆt ®Çu φ 100 Dao ; T15k6

b Khoan lç måi φ 10 ; khoan φ 34 Dao P18

Tiện đờng kính ngoài φ100 ; tiện gờ φ51,5 Máy 1k62

S2

S1

12 Nguyªn c«ng XII : TiÖn hít lng

14 Nguyên công XIV : Kiểm tra trung gian

- Kiểm tra đờng kính ngoài : De

15 Nguyên công XV : Nhiệt luyện

a Bớc 1 :

Cho chi tiết vào trong lò muối Bari clorua (BaCl2) nóng chảy nung chậm đến 650 0C Sau đó giữ nhiệt một giờ, tiếp tục nung chậm đến 8500C giữ nhiệt trong 30’ sau đó nung nhanh đến 12800 và làm nguội trong kiềm nóng chảy < 80% KOH + 20 % NaOH sau đó tiếp tục làm nguội ngoài không khí

để nhận đợc bề mặt tôi sạch có màu xám

b Bớc 2:

Đa chi tiết vào lò ram sau đó nung lên t0 560 0C giữ t0 1 giờ sau đó làm nguội ngoài không khí, thực hiện quá trình này 3 lần nhằm mục đích để khử oste vít d, giảm ứng xuất d cải thiện độ cứng

Ta có sơ đồ nhiệt luyện nh sau:

560

16 Nguyªn c«ng XVI : Mµi lç φ 35

17 Nguyªn c«ng XVII : Mµi tinh mÆt ®Çu thø 2: