thiết kế dụng cụ cắt kim loại

Chi tiết gia công: Yêu cầu: Tính toán và thiết kế dao tiện định hình để gia công chi tiết nh hình vẽ bên.. Tính toán chiều cao hình dáng prôphin dao Ta chọn điểm 1 làm điểm cơ sở,

LỜI NÓI ĐẦU Dụng cụ cắt Kim loại đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực gia công cơ khí, nó trực tiếp tác động vào quá trình sản xuất ra các sản phẩm cơ khí, công cụ sản xuất máy móc thiết bị cho nền Kinh tế quốc dân

Việc nắm bắt được vai trò quan trọng của dụng cụ cắt gọt kim loại cũng như khả năng thiết kế chế tạo tối ưu hoá là một đòi hỏi bắt buộc đối với người làm công tác kỹ thuật trong lĩnh vực cơ khí có như vậy mới có thể đạt được yêu cầu kỹ thuật ,năng suất cho quá trình chế tạo cơ khí đóng góp cho quá trình phát triển chung của đất nước

Vì những lÝ do trên nên việc hoàn thành đồ án môn học “Thiết kế dụng cụ cắt kim loại” đóng vai trò quan trọng và cần thiết đói với mỗi sinh viên làm quen rèn luyện kỹ

năng thiết kế đế chuẩn bị cho công tác sau này

Để hoàn thành đồ án môn học này có sự cố gắng của bản thân em và sự chỉ bảo, giúp

đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn em và các thầy cô giáo trong bộ môn, quá trình tham khảo, hỏi ý kiến của bạn bè Vì vậy em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn em và tất cả các bạn

Đồ án được hoàn thành nhưng còn có nhiều thiếu sót bởi vì môn học là một vấn đề khó và liên tục phát triển Vậy em rất mong được sự chỉ bảo thêm của các thầy cô giáo trong bộ môn và sự đóng góp ý kiến của các bạn

Một lần nưã em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo!

Phần I DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH

I Chi tiết gia công:

Yêu cầu:

Tính toán và thiết kế dao tiện định hình

để gia công chi tiết nh hình vẽ bên

Vật liệu : Thép 45 (σb = 750 (N/mm2))

II Chọn dao:

Ta nhận thấy rằng chi tiết cần có dạng hình trụ tròn xoay trên đó bao gồm các mặt mặt côn và các mặt trụ Cho nên ta chọn dao tiện định hình lăng trụ, gá thẳng Bởi vì so với dao tiện định hình tròn thì tiện định hình lăng trụ chế tạo dễ dàng hơn dồng thời gia công chi tiết sẽ cho độ chính xác hơn Do có độ cứng vững cao hơn đồng thời hạn chế được sai số loại 2 còn sai số loại 1 có khả năng khắc phục được

III Chọn các thông số của dao:

Chiều sâu cắt lớn nhất là:

2 min

max d

d

2

14

40− =

Dựa vào bảng 1 trang 4 “Hướng dẫn thiết kế đồ án môn học dao cắt ” ta có các kích

thước cơ bản của dao như sau :

B = 25 H = 90 E = 10 A = 30 r = 1 d = 10 M = 43,77

Góc trước, góc sau của dao tiện định hình ở những điểm khác nhau thường không bằng nhau, vì vậy ở dao tiện định hình lăng trụ ta phải chọn điểm cơ sở ở ngang tâm chi tiết và xa phần kẹp nhất (Ta chọn điểm 1)

Góc trước ở điểm cơ sở γ được chọn trong tiết diện cùng góc với chi tiết, phụ thuộc vào vật liệu gia công Theo bảng 4 với vật liệu gia công có σb = 750 (N/mm2) ta chọn góc trước γ =250

Góc sau α được chọn sao cho giảm được ma sát giữ mặt sau và mặt đang gia công đồng thời đảm bảo độ bền của lưỡi cắt Đối với dao hình lăng trụ thì α = 8 150, ta chọn

α = 120

Từ đây ta có kết cấu của dao sẽ có dạng nh hình vẽ bên :

10

45 34 24

3

α

γ

τ τ3

α 2 3

α

γ 2

3

γ

r 1

r 2

r 3

2

B

C 2

C 3

h 2

h 3

45

60°

20 30

IV Tính toán chiều cao hình dáng prôphin dao

Ta chọn điểm 1 làm điểm cơ sở,

chiều cao của prôfin của dao trên mặt

trước và trên mặt pháp tuyến tại các

điểm được tính nh phần dưới đây

SƠ ĐỒ TÍNH

*Các công thức tính toán:

A = ri*Sinγi

sin γi =

i

r

A

=

i

r

r

*sin γ ⇒ γi = arcsin (

i

r

r

*sin γ )

Ci = ri*cosγi ; B = r*cosγ

τi = Ci - B = (ri*cosγi - r*cosγ)

hi = τi*cos(α + γ )

* Tính toán tại các điểm:

Ta có α + γ = 12 + 25 = 37 ⇒ cos37 = 0,7986

- Điểm 1: r 1 = r = 7; γ1 = γ = 25o

A = r1*sin γ = 7*sin25o = 2,9583

C1= B = r1*cosγ1 = 7*cos25o= 6,3441

τ1 = h1 = 0

- Điểm 2: r 2 =14

sin γ2 =

2

r

r

*sin γ =

14

7

*sin 25o = 0,21130913

γ2 = arcsin(0,21130913) = 12,1991o

C2 = r2 *cosγ2 = 14*cos(12,1991o) = 13,6838

τ2 = C2 - B = 13,6838 - 6,3441= 7,3397

h2 = τ2*cos(α + γ ) = 7,3397*cos 37o = 3,3676

- Điểm 3: r 3 = r 2 = 14; γ3 = γ2 =12,1991o

C3 = C2 = 13,6838

τ3 = τ2 = 7,3397

h3 = h2 = 3,3676

- Điểm 4: r 4 = 20

sinγ4 =

5

r

r

*sinγ =

20

7

*sin 25o = 0,1479

γ4 = arcsin(0,1479) = 8,5062o

C4 = r4*Cosγ4 = 20*cos(8,5062o) = 19,7799

τ4 = C4- B = 19,7799 - 6,3441 = 13,4358

h4 = τ4*cos(α + γ ) =13,4358 * 0,7986 =10,7298

- Điểm 5: r 5 = r 4 = 20; γ5 = γ4 = 8,5062o

C5 = C4 = 19,7799

τ5 = τ4 = 13,4358

h5 = h4 =10,7298

Bảng kết quả tính toán tại các điểm

Điểm r(mm)i A(mm) Sinγi γi (o) B(mm) Ci(mm) τi (mm) hi (mm)

1 7

2,958

6,344

V Phần phụ của profin dụng cụ :

Phần phụ của profin dụng cụ dùng để vát mép và chuổn bị cho nguyên công cắt đứt

kích thước của phần phụ gồm :

+ a : Là chiều rộng làm tăng sức bền của lưỡi cắt ,chọn a = 4(mm)

+ b : Là chiều rộng lưỡi ứng với phần cắt đứt ,chọn b = 6 (mm)

+ c : Là chiều rộng lưỡi tạo ra phần xén mặt ,chọn c = 2 (mm)

ϕ = 20°; ϕ1 = 55°

Chiều dài tổng cộng của dao :

L = lc + a + b +c = 45 + 2 + 4 + 6 = 57(mm)

VI Thiết kế dưỡng:

Trong quá trình chế tạo dao tiện định hình, profin của lưỡi cắt được kiểm tra bằng các loại dưỡng Dưỡng được dùng trong quá trình chế tạo gồm hai loại :Dưỡng đo và dưỡng kiểm Dưỡng đo dùng để kiểm tra profin chi tiết ,dưỡng kiểm dùng để kiểm tra

- Dưỡng đo : Cấp chính xác 7, miền dung sai H , h (bao và bị bao)

- Dưỡng kiểm : Cấp chính xác 6, miền dung sai Js , j s(bao và bị bao)

L c

c a

ϕ

L d

ϕ 1

- Vật liệu dưỡng : Thép lò xo 65Γ, nhiệt luyện đạt 62 65 HRC Độ nhám bề mặt làm việc Ra ≤ 0,63 µm, mặt còn lại Ra ≤ 1,25 µm

VII Điều kiện kỹ thuật của dao tiện định hình :

1 Vật liệu phần cắt : Thép gió P18

2 Vật liệu phần thân : Thép 45

3 Độ cứng sau nhiệt luyện:

Phần cắt HRC : 62÷ 65

Phần thân HRC:35÷45

4 Độ nhám :

Mặt trước và mặt sau không lớn hơn Ra < 0,25

Mặt tựa, rãnh mang cá không lớn hơn Ra < 0,5

Mặt còn lại không lớn hơn Ra < 2,0

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

6 Sai lệch góc cắt tương ứng với góc α+γ không quá ± 1 0

7 Nhãn hiệu sản phẩm :

Nơi sản xuất : ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Vật liệu làm dao : P18

Góc trước γ =250, góc sau α =120 của dao

Phần II

R3

5

d=5

R3

57

12 26 36 47

0,5 +_

0,01 +_

0,01 +_

0,01 +_

0,01 +_

Dao phay lăn răng

Yêu cầu :

Thiết kế dao phay lăn răng để gia công bánh răng có môdun m = 8 Vật liệu gia công: Thép 40 XH có σb = 950 N / mm2

I Tính toán thiết kế dao :

Dao phay lăn răng dùng để gia công bánh răng trụ răng thẳng hoặc bánh răng nghiêng ăn khớp ngoài và một phần ăn khớp trong

Dao phay lăn răng được chia làm 2 loại: Dao phay tinh và dao phay thô tuỳ theo nguyên công tiếp theo là cà răng hay xọc răng Dao phay tinh để cắt răng trước khi cà răng, còn dao phay thô để gia công trước khi xọc răng

Theo yêu cầu thiết kế dao phay có modul m = 8 ta tiến hành thiết kế dao phay lăn răng tinh một đầu mối Với dao phay lăn răng có m = 8 đã được tiêu chuẩn hoá các bộ phận của nó và với giả thiết dao phay lăn răng với bánh răng hình trụ được tạo ra ở nhà máy đạt được cấp chính xác là A

1- Bước theo phương pháp tuyến: tn = π*m*n

m: môdun bánh răng gia công

n: Số đầu mối cắt ren, lấy n = 1

=> tn = π*8*1 = 25,13 ( mm )

2 - Chiều dày răng ở tiết diện pháp tuyến :

= = =

2

* 2

m n

t n

3 - Chiều cao đầu răng : h1=1,25*m*f

f : hệ số chiều cao đầu răng, chọn f = 1

=> h1 = 1,25*8*1 = 10 ( mm )

4 - Chiều cao chân răng: h2 =1,25*m*f

=> h2 = 1,25*8*1 = 10 ( mm )

5 - Chiều cao của răng : h = 1,25*m*f

=> h = 2,5*8*1 = 20 ( mm )

6 - Trị số góc profin theo mặt trước:

α : góc ăn khớp, α = 20°

∆α = 2’

α1 = α - ∆α = 20° - 2’ = 19°58’

7 - Bán kính vê đầu răng:

r1 = 0,25*m = 0,25* 8 = 2 ( mm )

8 - Bán kính lượng chân răng:

r2 = 0,3*m = 0,3*8 = 2,4 ( mm )

9 - Đường kính vòng tròn đỉnh răng của dao phay lăn răng :

Tra bảng 9 với m = 8 có De = 125 ( mm )

10 - Số răng : Z

Z =

ϕ 360

Cosϕ = 1 - 4,5 *

e D

f

m *

= 1 - 4,5*1258 1 ≈ 0,712 ⇒ ϕ ≈ 44o36’

Z =

' 36 44

360

o ≈ 8,07 ; Chọn Z = 8 răng

11 - Lượng hớt lưng : K

K = π tgδ

Z

D e

*

; δ : Góc sau trên đỉnh răng, lấy δ = 10o

K = tg10 o

8

125

*

π ≈ 8,65 ; lấy tròn K = 9 (mm)

12 - Lượng hớt lưng lần thứ hai : K1

K1 = (1,2 ÷ 1,5)*K

K1 = (1,2 ÷ 1,5)*9 = 10,8 ÷ 13,5 ; lấy K1 = 11 ( mm )

13 - Đường kính trung bình tính toán : ( Đối với dao có mài profin )

Dt = De - 2,5 * m * f - 0,2 *K = 125 - 2,5 *8*1 - 0,2 *9 = 103,2 ( mm )

14 - Góc nghiêng lý thuyết của rãnh xoắn( Góc xoắn của rãnh vít ) :

sin ω =

t D

n m*

, n : Số đầu mối ren của dao

sin ω = 1038*,12 = 0,0775 => ω = 4o27’

15 - Bước rãnh xoắn lý thuyết (Bước xoắn của rãnh vít):

T = π* Dt * cotg ω = π * 103,2 * cotg (4o27’) ≈ 4168 (mm)

16 - Bước của răng vít theo chiều trục :

t =

ω cosn

t

=

) ' 27 4 cos(

13 ,

25

o = 25,209 (mm)

17 - Chiều sâu của răng thoát phoi H : (ở đây dao phay mài profin)

H = h +

2 1

K

K+

+ (1 ÷ 2) = 20 + 1

2

11

9+ + = 32 (mm)

18 - Góc của rãnh thoát phoi :

Chọn phụ thuộc vào số răng Z của dao phay Z = 8 răng

=> υ = 25°

19 - Bán kính cung tròn ở đầu rãnh:

rk =

Z

H e

D

* 10

)

* 2 (

π

= π*(12510*−82*31)≈ 2,5 (mm)

20 - Đường kính lỗ gá :

Chọn phụ thuộc vào đường kính răng

d = De - 2 *H - 0,8*m - 7 = 125 - 2 *32 - 0,8 *8 - 7 = 47,6 (mm)

Ta lấy theo tiêu chuẩn d = 48 ( ΓOCTY 4020 - 48 )

21 - Đường kính của đoạn lỗ không lắp ghép :

d1 = 1,05 * d = 1,05 *48 ≈ 50 (mm)

22 - Đường kính của gờ :

D1 = De - 2*H - (1 ÷ 2 ) = 125 - 2*32 - (1 ÷ 2) = 60 (mm)

23 - Chiều dài của gờ :

lδ = (3,5 ÷ 5), lấy lδ = 4(mm)

24 - Chiều dài phần làm việc của dao :

25 - Chiều dài toàn bộ của dao :

L = L1 + 2 * lδ = 107 + 2 *4 = 115 (mm)

II Điều kiện kỹ thuật của dao :

1 Vật liệu thép P18 Độ cứng HRC = 62 ÷ 65

2 Kiểu dao phay liền : m = 8

3 Dung sai của dao cấp chính xác A

4 Giới hạn sai lệch bước : ± 0,025mm

5 Sai số tích luỹ giới hạn trên độ dài 3 bước : ± 0,040mm

6 6 Độ đảo hướng kính theo đường kính ngoài trong giới hạn một vòng ren : ± 0,050

7 Sai lệch giới hạn góc profile (trong giới hạn của phần có hiệu lực của profile và đường thẳng của nó trong tiết diện pháp tuyến) : ± 0,030 mm

8 Giới hạn sai lệch hướng kính của mặt trước ở điểm bất kỳ trên chiều cao profile (Chỉ tháo 1 phía phần khoét đáy) : 0,150 mm

9 Sai số tích luỹ lớn nhất của bước vòng của rãnh xoắn : 0,070 mm

10 Hiệu số khoảng cách từ đỉnh răng phân bố dọc rẵnh thoát phoi đến trục

dao phay : + 0,025 mm

11 Độ đảo hướng kính của gờ : 0,020 mm

12 Độ đảo mặt đầu của gờ: 0,020 mm

13 Sai lệch của góc cắt bằng phút : +13’

-7’

14 Sai lệch chiều dài răng : + 0,450 mm

15 Sai lệch chiều dày răng : ± 0,050 mm

Phần III

THIẾT KẾ DAO PHAY ĐỊNH HÌNH

Yêu cầu:

Thiết kế dao phay định hình γ > 0 để

gia công chi tiết nh hình vẽ Thép gia

công 45 Giới hạn bền σb= 650 N/ mm2

(Bề mặt I và II không gia công)

I Phân tích chi tiết và chọn dao :

Chi tiết có dạng rãnh, có profile phức tạp bao gồm các đoạn thẳng và cung tròn Vì vậy ta chọn dao phay hình hớt lưng, là loại dao phổ biến dùng để gia công các chi tiết định hình

Với dạng profile phức tạp nh vậy ta chỉ hớt lưng dao 1 lần, tức là không mài lại mặt sau sau khi đã nhiệt luyện Để giảm nhẹ lực cắt ta chế tạo dao có góc trước dương γ > 0

Vì chiều cao profile lớn nhất hcmax= 20 mm, chiều rộng rãnh l = 34 mm, ta nhận thấy rằng kết cấu của lưỡi cắt chưa chắc đã đủ cứng vững do đó ta chế tạo dao có đáy rãnh thoát phoi nghiêng

Căn cứ vào chiều cao lớn nhất của chi tiết h0 = 20 mm ta tra Bảng 10V (Trang 18

-Tập 2 HDTKDCC) ta có : Số răng của dao Z = 10

Đường kính đỉnh của dao D = 150 mm

Vì D > 100 Do đó ta phải chế tạo dao là dao phay định hình hớt lưng 1 lần, có góc trước γ > 0, đáy rãnh thoát phoi nghiêng và răng dao hàn vào thân dao

Theo Bảng 13-V (Trang 31 - Tập 2 HDTKDCC) ta có các thông số nh sau :

II Tính toán profile dao trong tiết diện chiều trục :

Ta cần xác định chiều cao profile dao trong tiết diện chiều trục để chế tạo ra dao cắt

Có sơ đồ tính toán nh sau :

I

2

γ i

γ

ci i d

Profile dao Profile chi tiÕt

R

i R

F

1

O d

II

13

SƠ ĐỒ TÍNH

Các thông số trên sơ đồ trên được xác định nh sau :

- Góc trước γ xác định theo Bảng 2 - V (Trang 5 - Tập 2 HĐTKDCC) Với vật liệu là Thép 45, σb = 650 N/ mm2 ta có γ = 150 (ứng với dao cắt thô) Góc sau chính αn = 120 và góc sau phô α1 = 80

- Bán kính đỉnh dao xác định theo Bảng 13-V (Trg 31-Tập 2 HĐTKDCC) Với chiều

cao lớn nhất của profile chi tiết hcmax= 20 mm Ta có bán kính đỉnh dao R = 80 mm Dùng profile dao bằng đồ thị ( Đã thực hiện ở trên sơ đồ trên)

Xét điểm ic trên chi tiết, để gia công được điểm ic thì phải có một điểm id tương ứng thuộc profile dao cắt Ta xác định điểm id đó nh sau : Từ điểm ic trên profile chi tiết dóng ngang sang phía dao, cắt đường OT tại E Lấy O làm tâm quay mét cung tròn có bán kính OE cắt vết mặt trước tại F Vẽ đường cong hớt lưng Acsimet qua F cắt OT tại G

Từ G dóng đường ∆ ngược lại về phía chi tiết, từ điểm ic thuộc profile chi tiết hạ đường thẳng vuông góc xuống đường ∆ cắt đường ∆ tại id ta được điểm id là điểm trên profile dao dùng để gia công điểm ic trên profile chi tiết

Các công thức tính toán xác định nh sau:

Theo sơ đồ ta có : hdi = GT = ET - EG = hci - ∆h (Với EG chính là độ giáng của đường cong hớt lưng Acsimet ứng với góc ở tâm là β)

Ta có : ∆h = EG * βi

2π

Z

* K

= ; Mà βi = γi - γ

γ ci h R

sinγ

* R arsin i

β ci h R

sinγ

* R arsin i

γ ci h R

sinγ

* R i R

a

i

−

=

⇒

−

=

⇒

−

=









































−

















−

−

ci h R

sinγ

* R arcsin 2π

Z

* K ci h

di

h

Trong đó: - K : lượng hớt lưng.

- Z : số răng dao phay

- R : bán kính đỉnh dao

Theo Bảng 13 - V (Trang31 - Tập 2 HDTKDCC) ⇒ K = 8,5 ; Z = 10 (răng)

Nhận thấy rằng profile chi tiết có một đoạn cung tròn Vậy profile dao cũng có một đoạn cong tương ứng Nếu xác định profile đoạn đó cũng nh các đoạn khác thì để đảm bảo độ chính xác yêu cầu thì số lượng điểm tính toán phải đủ lớn nh thế khối lượng tính toán sẽ rất nặng nề Để đơn giản cho việc tính toán ta sẽ thay thế đoạn cong đó bằng một cung tròn thay thế đi qua 11 điểm, các điểm này cáhc đều nhau, nh vậy các điểm sẽ cách nhau 1,3 Trên sơ đồ tính ta đã có 2 điểm là 3 và 13 Vậy ta còn phải tính thêm 9 điểm nữa là các điểm 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12

Từ hình vẽ ta có : hci = 2

13

2 (l l i)

R − − (Với i = 4÷12)

Trong đó R là bán kính cung tròn chi tiết : R =13, l13 = 32, li+1 = li +1,3 (i = 3÷11);

Lập bảng tính toán

III Tính toán profile trong tiết diện qua mặt trước của dao :

Ta cần xác định chiều cao profile dao trong tiết diện qua mặt trước của dao để kiểm tra dao sau khi chế tạo có đạt yêu cầu hay không

Có sơ đồ tính toán nh sau :