Thiết kế dụng cụ cắt kim loại

Việc nắm bắt ñược vai trò quan trọng của dụng cụ cắt gọt kim loại cũng như khả năng thiết kế, chế tạo, tối ưu hoá là một công việc rất khó nó ñòi hỏi người làm công tác kỹ thuật có khả n

LỜI NÓI ĐẦU

Dụng cụ cắt ñóng vai trò rất quan trọng trong lĩnh vực gia công cơ

khí, nó trực tiếp tác ñộng vào quá trình sản xuất các sản phẩm cơ khí, công

cụ sản xuất và máy móc thiết bị cho nền kinh tế quốc dân

Việc nắm bắt ñược vai trò quan trọng của dụng cụ cắt gọt kim loại

cũng như khả năng thiết kế, chế tạo, tối ưu hoá là một công việc rất khó nó

ñòi hỏi người làm công tác kỹ thuật có khả năng và trình ñộ nhất ñịnh

Mặt khác, việc thiết kế dụng cụ cắt có ảnh hưởng rất lớn ñến năng

suất và chất lượng sản phẩm, ñồng thời việc thiết kế dụng cụ cắt cũng phải

ñảm bảo tính khả thi, tính kinh tế và các yêu cầu kỹ thuật khác …

Ở ñây, với ñồ án môn học “ Thiết kế dụng cụ cắt kim loại” là rất cần

thiết và quan trọng ñới với mỗi sinh viên, nó giúp sinh viên làm quen và biết

cách thiết kế dụng cụ cắt cho công tác sau này

Ngoài việc vận dụng các kiến thức ñã ñược học, các tài liêu thiết kế

… em ñược sự hướng dẫn tận tình, chu ñáo của các thầy cô trong bộ môn,

ñặc biệt là Thầy giáo hướng dẫn trực tiếp ñã giúp em hoàn thành ñồ án này

Tuy nhiên, trong quá trình thiết kế không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất

mong ñược sự chỉ bảo tận tình của các thầy ñể em thực sự vững vàng khi ra

trường nhận công tác

Em xin chân thành cảm ơn

PHẦN I THIẾT KẾ DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH

Đề bài : Thiết kế dao tiện ñịnh hình hình tròn ñể gia công chi tiết như

hình vẽ Vật liệu gia công thép 45 có σb= 600 N/mm2

I CHỌN KIỂU DAO ĐƯỢC THIẾT KẾ:

1 Nghiên cứu chi tiết:

- Chi tiết gồm các mặt tròn xoay , mặt côn , mặt ñầu

- Chi tiết có chiều dài , chiều cao prôfin nhỏ

- Độ chính xác không có yêu cầu gì ñặc biệt

- Vật liệu thép có σb= 600 N/mm2

2 Chọn loại dao

Chọn dao tiện ñịnh hình hình tròng á thẳng

II XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ HÌNH HỌC CỦA DAO

Thông số cơ bản của dao tiện ñịnh hình là góc trước γ và góc sau α

III CHỌN ĐIỂM CƠ SỞ

Điểm cơ sở ñược chọn là ñiểm nằm ngang tâm chi tiết và xa chuẩn

kẹp nhất , ñó là ñiểm 3 trên hình vẽ Tại ñiểm cơ sở 3 có α= 120 và γ =

220

Góc sắc của dao γ0= γ + α = 220 + 120 = 340

Tại ñiểm cơ sở ta có Ψ1 = 0

Góc sau trong tiết diện pháp : αN = 30

IV KÍCH THƯỚC KẾT CẤU CỦA DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH

1.Kết cấu của dao :

- Chiều sâu cắt lớn nhất của chi tiết ñược gia công :

tmax =

2

min max d

Chọn dao tiện ñịnh hình hình tròn có sử dụng lỗ truốt :

D = 50 , d = 13 , d1 = 20 , bmax= 9 , K = 3 ,

D1 = 28 , d2 = 5 , r = 1

V TÍNH TOÁN PRÔFIN DAO

Sơ ñồ tính toán

Chiều cao gá dao k = 25sin120 = 5,197

Chiều cao mài dao H = Rsin(α+ γ ) = 25Sin340 = 13,979 mm

98 ,

98 , 13

98 ,

98 , 13

98 ,

98 , 13

Sin = 19,73 mm

VI TÍNH CHIỀU RỘNG CỦA GIAO TIỆN:

Chọn chiều rộng lưỡi cắt phụ a = 3 mm

Chiều rộng lưỡi cắt xén mặt ñầu c = 2 mm

Chi tiết có phần vát nên ϕ = 450

Chiều cao của lưỡi cứt ñứt t ≤ tmax = 6,5 mm

Vật liệu phần thân: thép 40X hoặc thép 45, hoặc thép CT6

2 Độ cứng sau nhiệt luyện

Phần cắt HRC 62 – 65

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

Mặt tựa rãnh không lớn hơn Ra 0,5

Các mặt còn lại không lớn hơn Ra 2,0

4. Mối hàn phần cắt và phần thân bằng hàn tiếp xúc bảo ñảm ñộ ñồng

ñều mối hàn ( chỉ dùng ñối với dao lăng trụ )

5. Sai lệch góc sắc ( tương ứng với α + γ ) không quá ±10

Dựa và môñun của bánh răng ta tra bảng 17 – VIII Sách HDTK DCC

tập 2 trang 163 ta chọn dao xọc răng hình ñĩa có

- Góc trước trên ñỉnh răng γb theo dao xọc tiêu chuẩn lấy bằng 50

- Góc sau theo dao xọc tiêu chuẩn lấy α ñ = 60

- Góc sau ở mặt bên αoc trong tiết diện pháp tuyến của prôfin răng

dao tại ñiểm ñã cho ñược xác ñịnh như sau :

tg

γ α

α

1−

∂

γ α

α

1−

5 6 1

20

tg tg

tg

− = 0,3673 Vậy αn = arctg0,3671 = 20010’14’’

Thay αn vào biểu thức tính tgαoc ta ñược

tgαoc = tgα b.Sinα n = tg60.Sin20,2080 = 0,0363

3 Đường kính dang nghĩa của dao xọc

D∂ = m.Zu = 2x50 = 100 mm

4 Xác ñịnh khoảng cách khởi thủy a

Ta có công thức xác ñịnh khoảng cách khởi thuỷ như sau :

Trong ñó ξdmax là hệ số dịch chỉnh dao lớn nhất

Ta có chiều dày ñỉnh răng dao xọc Seu = 0 , 25838 m− 0 , 03752

= 0 , 25838 2 − 0 , 03752 = 0,6937

S’e =

2

6937 ,

0 = 0,3468 Theo ñồ thị với Zu = 50 và với S’e = 0,3468 ta tra ñược ξdmax= 0,60

tg = 11,42 mm

5 Tính toán các kích thước răng dao xọc trong tiết diện tính toán khởi

thuỷ

- Chiều cao ñầu răng : h’ = 1,25.m = 1,25.2 = 2,5 mm

- Chiều cao chân răng : h’’ = 1,25.m = 1.25.2 = 2,5 mm

- Chiều cao toàn bộ răng : h = h’ + h’’ = 2,5 + 2,5 = 5 mm

6 Đường kính vòng tròn cơ sở

7 Xác ñịnh kích thước theo mặt trước

- Chiều dày răng theo vòng chia

3 + 0 + 2.0,6937.2.tg60 = 3,43 mm

- Chiều cao ñỉnh răng dao xọc

trong ñó h là chiều cao toàn bộ răng dao xọc

8 Bản vẽ chế tạo và ghi các ñiều kiện kỹ thuật cần thiết ñể chế tạo

dao :

II ĐIỀU KIỆN KỸ THUẬT

1 Vật liệu chế tạo dao : Thép gió P18 hoặc P9

2 Độ cứng sau nhiệt luyện ñạt 62-64HRC

3 Độ nhám

- Mặt trước của dao không lớn hơn Ra 0,5

- Mặt tựa trong dao và mặt cán dao Ra ≤ 1,0

- Mặt lỗ dao xọc hình ñĩa , mặt tựa ngoài Ra ≤ 0,5

4 Hiệu số lớn nhất bước vòng kề nhau không ñược quá 0,005 mm

5 Sai số tích luỹ bước vòng không quá 0,045

6 Độ ñảo tâm của vòng tròn cơ sở với trục dao ≤ 0,02 mm

7 Độ ñảo vòng ñỉnh ñối với trục dao ≤ 0,015 mm

8 Độ không vuông góc giữa trục dao với các mặt tựa ≤ 0,005 mm

9 Độ ñảo mặt ñầu của mặt trước xác ñịnh trên vòng chia của dao

xọc răng ≤ 0,02 mm

10 Sai lệch ñường kính lỗ gá ≤ 0,005 mm

11 Sai lệch giới hạn của ñường kính vòng ñỉnh không quá ±0,25

mm

12 Sai lệch góc trước không quá ±30'

13.Sai lệch góc sau trên ñỉnh răng không quá ± 5'

σ = 650 N / mm2 có thông số kích thước sau :

Đường kính lỗ sau khi truốt D = 25 mm dung sai cấp H6

Đường kính lỗ trước khi truốt d = 24± 0 , 1 mm

Chiều dài chi tiết Lc = 32 mm

I PHÂN TÍCH CHI TIẾT

1 Phân tích chi tiết :

- Chi tiết gia công là lỗ trụ có ñường kính D = 25 mm

- Chi tiết gia công L = 32 mm

- Vật liệu thép 45

- Độ nhám bề mặt lỗ sau khi truốt

2 Sơ ñồ truốt

Theo yêu cầu chi tiết gia công như ñầu bài, gia công lỗ trụ tròn ta

chọn sơ ñồ truốt ăn dần

df

dc

Sz a

3 Chọn dao

Chiều dài gia công L = 32 mm khá lớn nên ta chọn loại dao truốt kéo

Kết cấu dao như sau :

2 phần cổ dao 6 phần ñịnh hướn sau

3 phần côn chuyển tiếp

4 phần ñịnh hướng trước

Trong 6 phần kết cấu của dao truốt, phần làm việc 5 là phần quan

trọng nhất vì nó là phần cắt có chứa các lưỡi cắt, quyết ñịnh chất lượng bề

mặt gia công ,năng suất gia công

II TÍNH TOÁN RĂNG CẮT VÀ RĂNG SỬA ĐÚNG

1. Xác ñịnh lượng dư gia công A

Luơợng dư gia công A theo bán kính ñược tính như sau

2. Tính toán răng cắt

Răng cắt bao gồm răng cắt thô và răng cắt tinh

Số răng cắt thô Zthô

Số răng cắt tinh Ztinh

Để tính tổng số răng cắt thô và tinh, theo kinh nghiệm người ta chọn

số răng cắt tinh trước, ta chọn Ztinh = 3, số răng cắt tinh này không cùng cắt

một lượng nâng như nhau

Lượng nâng của dao truốt lỗ trụ tròn có ảnh hưởng rất lớn ñến ñộ

bóng bề mặt gia công, lực truốt và chiều dài dao Đối với vật liệu thép 45

Sức bền của răng phải ñủ lớn

Prôfin của mặt rãnh phải trơn tru, không có ñường gấp khúc và là 2

cung tròn nối tiếp nhau

2 Hình dạng và kích thước rãnh

Tuỳ thuộc vào yêu cầu gia công và loại vật liệu gia công mà ta chọn

hình dạng của rãnh Rãnh chứa phoi phải có hình dạng và kích thước sao cho

khi cắt phoi thoát dễ dàng theo mặt trước cuốn xoắn ñều và nằm gọn trong

rãnh

Ở ñây, vật liệu gia công là thép 45 có ñộ cứng trung bình, cố ñộ dẻo,

khi truốt tạo phoi dây nên rãnh dao ñược thiết kế có 2 cung tròn nối tiếp

nhau ( dạng rãnh lưng cong ) ñể phoi dễ cuốn lại

R

α

t f

γ

3 Tính toán không gian chứa phoi

Khi gia công vật liệu dẻo , yêu cầu khi cắt phoi phải cuốn thành một

Lượng dư răng cắt

- Lượng dư cắt tinh

Atinh = ∑S ztinh = Sz1 + Sz2 + Sz3

= 0,021 + 0,012 + 0,0075 = 0,0405

- Lượng dư cắt thô Athô = A - Atinh = 0,5565 - 0,0405 = 0,516

Từ ñó ta suy ra ñược số răng cắt thôi như sau :

516 ,

0 + 1 = 18,2 lấy 18 răng Vậy ta thiết kế thêm 1 răng cắt tinh ñể cắt ñi lượng dư chưa ñược cắt

này, như vậy có 4 răng cắt tinh ( 1 răng bán tinh ) cắt ñi lượng dư là:

Scbt = A - Athô -Atinh = 0,5565 - 0,0405 - 17.0,03 = 0,006

3 Răng sửa ñúng

Tuỳ theo ñộ chính xác của lỗ truốt mà ta chọn số răng sủ ñúng Độ

chính xác càng cao thì số răng sửa ñúng càng nhiều, ta chọn số răng sửa

ñúng Zsñ = 5 răng Răng sửa ñúng có lượng nâng bằng 0 Đường kính răng

sửa ñúng bằng ñường kính răng cắt tinh cuối cùng

Tổng số răng của dao truốt là : ZT = Zthô + Ztinh + Zsñ = 18 + 4 + 5 = 27 răng

III KẾT CẤU CỦA RÃNH CHỨA PHOI VÀ RĂNG

1.Yêu cầu của rãnh chứa phoi

Khi 1 răng cắt 1 lớp kim loại dày Sz với chiều dài LC chuyển ñộng cắt

từ A ñến B thì yêu cầu lớp phoi ñó phải chứa gọn trong rãnh chứa phoi

Vậy diện tích lớp cắt phải bằng diên tích vòng tròn cuộn phoi trong

Bước răng t một phần do không gian chứa phoi và do phải ñảm bảo

sức bền của răng ñồng thời cắt ở quá trình truốt ký hiệu là n phải ñảm bảo :

IV THÔNG SỐ HÌNH HỌC CỦA DAO TRUỐT LỖ TRỤ

- Góc trước γ : tuỳ thuộc vật liệu gia công , với thép 45 ta có γ = 150

( theo bảng III-6 HDTK DCCKL)

- Góc sau α : α nhỏ hơn ở các răng dao khác ñể hạn chế hiện tượng

giảm ñường kính sau mỗi lần mài lại

ở răng cắt thô α = 30

ở răng cắt tinh α = 20

ở răng sửa ñúng α = 10

V ĐƯỜNG KÍNH CÁC RĂNG DAO TRUỐT

1.Tính toán ñường kính răng cắt thô

- Đường kính răng ñầu tiên lấy bằng ñường kính phần ñịnh hướng

- Đường kính răng sửa ñúng D23=D24=D25=D26=D27=25,013 mm

3 Đường kính phần ñịnh hướng trước D3

Đường kính phần ñịnh hướng trước D3 lấy bằng ñường kính răng ñầu

tiên, sai lệch ñường kính D3 theo kiểu lắp L4

D3 = 23,9 mm ( ±0,1)

4 Đường kính phần ñịnh hướng sau :

Đối với dao truốt lỗ trụ, phần ñịnh hướng phía sau có thể lấy ñồng

dạng với hình dạng lỗ gia công , hay có thể lấy tèon với ñường kính lỗ ñã

truốt sai lệch kiểu lắp L3

D4 = D = 25 mm

5 Đường kính cổ ñỡ

Đối với dao truốt có ñường kính lớn và chiều dài dao lớn ñể tăng ñộ

cứng vững của dao khi truốt , thường phải dùng ñến luynet Bạc giá ñỡ ñược

lắp vào phần cổ ñỡ có ñường kính D5 bằng ñường kính của bạc ñỡ ( kèm

theo máy)

VI XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHIỀU DÀI DAO TRUỐT

1 khoảng cách từ ñầu dao ñến răng cắt thứ nhất của dao :

Lm chiều dày thành máy Lm = 25 mm

Lb chiều dày vành ngoài bạc tì Lb = 10-15 , lấy Lb = 15 mm

L5 chiều dài phần ñịnh hướng trước

Thoả mãn ñiều kiện cứng vững cho phép

VII TÍNH LỰC TRUỐT DAO CẮT

Lực truốt của dao ñược xác ñịnh theo công thức sau :

Kγ,Kn,Km là các hệ số kể ñến ảnh hưởng của góc trước dung dịch

trơn nguội , mức ñộ cùn của dao

theo bảng III-10 HDTK DCCKL ta có

VIII KIỂM TRA SỨC BỀN DAO TRUỐT

Tính ứng suất ở tiết diện nguy hiểm là tiết diện rãnh răng ñầu tiên

hoặc ở tiết diện nhỏ nhất trên phần ñầu dao

D

π =

4

4 , 22 24 ,

= 339,88 mm2Tiết diện phần ñầu kẹp , tra bảng ñã làm ở trên ta ñược F2 = 227 mm2

σx =

88 , 339

4 2 ,

26170 =307,99 < [ ]σ = 350 ( N/mm2 ) Vậy dao ñảm bảo ñiều kiện bền

IX.CHỌN KẾT CẤU CỦA RÃNH CHIA PHOI

- Để dễ cuốn phoi và thoát phoi với chiều rộnh lưỡi cắt lớn phải thiết

kế rãnh chia phoi

- Góc sau ở rãnh chia phoi lấy từ 3 - 5 0

- Số lượng rãnh chia phoi ở dao truốt trụ tra theo bảng III-13 ( HDTH

DCCKL) ta có n = 12 rãnh

2.Độ cứng sau nhiệt luyện

- Phần cắt và phần ñịnh hướng phía trước 60 - 62 HRC

- Phần ñầu dao 40 - 45 HRC

- Phần cắt và phần ñịnh hướng sau 60 - 65 HRC

3 Độ nhám bề mặt

- Cạnh viền của răng sửa ñúng Ra < 0,25 µm

- Trên mặt trước, mặt sau của răng, mặt côn làm việc của lỗ tâm, bề

mặt ñịnh hướng trước, ñịnh hướng sau Ra < 0,5 µm

- Đáy rãnh răng, ñầu dao, côn chuyển tiếp, rãnh chia phoi không lớn

hơn Ra = 1 µm

- Trên các mặt không mài ñược phép lớn hơn Ra = 2 µm

4 Sai lệch giới hạn về bước không vượt quá 2 lần dung sai theo cấp

chính xác 5 của bước

- Sai lệch lớn nhất của ñường kính các răng cắt trừ răng cắt tinh cuối

cùng kề với răng sửa ñúng :

- Sai lệch của ñường kính răng sửa ñúng , răng cắt tinh cuối cùng

không vượt quá :

- Độ ñảo tâm theo ñường kính ngoài của răng sửa ñúng, răng cắt tinh,

ñịnh hướng sau không vựơt qúa ( trị tuyệt ñối ) trị số dung sai của ñường

kính tương ứng

- Độ ñảo tâm của các phần còn lại không ñược vượt quá giá trị cho

trong bảng ( )/100mm chiều dài

- Độ không tròn trên phần làm việc phải nằm trong giới hạn dung sai

của ñường kính tương ứng

- Sai lệch cho phép về các góc của dao không vượt quá

Góc trước γ = ±2'

Góc sau răng cắt + 30'

Góc sau của răng cắt + 15'

Góc sau của rãnh chia phoi +30'

- Sai lệch chiều sâu ( cao ) rãnh răng : sai lệch +0,3 mm

- Chiều rộng cạnh viền trên răng sửa ñúng không nhỏ hơn 0,2 mm trên

răng cắt , không lớn hơn 0,05 mm

Sæ tay h−íng dÉn thiÕt kÕ dông cô c¾t kim lo¹i

( NguyÔn ChÝ Quang, Bµnh TiÕn Long )

MỤC LỤC

K IL

M

LỜI NÓI ĐẦU 1

PHẦN I THIẾT KẾ DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH 2

I CHỌN KIỂU DAO ĐƯỢC THIẾT KẾ: 2

1 Nghiên cứu chi tiết: 2

2 Chọn loại dao 2

II XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ HÌNH HỌC CỦA DAO 2

III CHỌN ĐIỂM CƠ SỞ 3

IV KÍCH THƯỚC KẾT CẤU CỦA DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH 3

V TÍNH TOÁN PRÔFIN DAO 3

VI TÍNH CHIỀU RỘNG CỦA GIAO TIỆN: 5

VII ĐIỀU KIỆN KỸ THUẬT CỦA DAO 5

PHẦN II THIẾT KẾ DAO XỌC RĂNG 7

I CÁC BƯỚC THIẾT KẾ 7

PHẦN III THIẾT KẾ DAO TRUỐT TRỤ LỖ TRÒN 11

I PHÂN TÍCH CHI TIẾT 11

II TÍNH TOÁN RĂNG CẮT VÀ RĂNG SỬA ĐÚNG 12

III KẾT CẤU CỦA RÃNH CHỨA PHOI VÀ RĂNG 15

IV THÔNG SỐ HÌNH HỌC CỦA DAO TRUỐT LỖ TRỤ 16

V ĐƯỜNG KÍNH CÁC RĂNG DAO TRUỐT 16

VII TÍNH LỰC TRUỐT DAO CẮT 19

X.ĐIỀU KIỆN KỸ THUẬT CỦA DAO TRUỐT LỖ TRỤ 21