Đồ án thiết kế dụng cụ cắt kim loại

Tài liệu tham khảo Đồ án thiết kế dụng cụ cắt kim loại

Lời nói đầu

Dụng cụ cắt gọt cùng với máy công cụ là những công cụ lao động chủ yếu trong phân xởng gia công cơ khí của nhà máy chế tạo máy Chi phí cho dụng cụ cắt thờng khá lớn, chiếm khoảng 5%-17% vốn lu động của nhà máy cắt gọt Do vậy việc sử dụng hợp lí dụng cụ cắt có ý nghĩa lớn đối với nền kinh tế nói chung và hiệu quả kinh tế đối với từng nhà máy nói riêng Nhiệm vụ của ngời cán bộ kĩ thuật khi thiết kế công nghệ gia công cần phải chọn loại dụng cụ hợp lí, chọn phơng án kết cấu và thông số hình học hợp lí ứng với điều kiện cụ thể xảy ra trong cắt gọt Đồ án môn học thiết kế dụng cụ cắt giúp cho học viên nắm đợc cách thức thiết kế một dụng cụ cắt hợp lí đảm bảo đợc yêu cầu kĩ thuật đồng thời học viên tích luỹ đợc các kiến thức cơ bản trong ngành cơ khí – chế tạo máy

Do thời gian và khả năng còn hạn chế nên đồ án đợc hoàn thành với chất lợng

ch-a cch-ao, em mong đợc sự chỉ bảo tận tình củch-a các thầy giúp em hoàn thiện đồ án tốt hơn

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo tiến sĩ Nguyễn đức Phơng cùng các thầy giáo trong bộ môn Chế Tạo Máy đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đồ án

Học viên thực hiện

Nguyễn Xuân Thắng

khoa cơ khí

bộ môn chế tạo máy

nhiệm vụ đồ án môn học môn: Thiết kế dụng cụ cắt kim loại

1 Đề bài: +Thiết kế dao tiện định hình gia công chi tiết số 4.4

+Thiết kế dao phay định hình gia công chi tiết số 3.1

2 Nội dung

A Thuyết minh:

-Phần 1: Thiết kế dao tiện định hình

1.1 Phân tích chi tiết

1.2 Chọn vật liệu làm dao

1.3 Trình tự tính toán

1.4 Xác định kết cấu dao tiện

1.5 Phân tích sai số

-Phần 2: Thiết kế dao phay định hình

2.1.Chi tiết cần gia công và các số liệu đã cho

2.2.Chọn vật liệu làm dao

2.3.Chọn dao phay gia công và các góc độ

2.4.Xác định profin lỡi cắt dao phay hớt lng

2.5.Nhận xét

- phần 3: Kết luận.

- Phần 4: Tài liêu tham khảo

B Bản vẽ:

Hai bản vẽ A1vẽ sơ đồ tính hai dao, hai bản vẽ A3vẽ hai dao, 1 bản vẽ A3 vẽ dao tiện lắp trên gá

Học viên thực hiện: Nguyễn Xuân Thắng Ngời giao đồ án:

Lớp : CNCT Vũ Khí 36 Tiến sĩ Nguyễn Đức Phơng

A Nội dung thuyết minh:

Phần 1: Thiết kế dao tiện định hình.

Đề bài số 1.1: Thiết kế dao tiện định hình để gia công chi tiết nh hình vẽ:

1.1 Phân tích chi tiết.

Chi tiết cần gia công có dạng tròn xoay, biên dạng tơng đối phức tạp đặc biệt là bề mặt

có prôfin cung tròn bán kính R = 50 mm

Để đảm bảo độ chính xác của chi tiết và để quá trình gia công diễn ra thuận lợi ta chọn loại dao để gia công chi tiết là dao hình lăng trụ, dao đợc gá nghiêng để tạo ra góc sau

α tại tiết diện a_a

1.2 Chon vật liệu làm dao.

Năng suất công tác của một loại dụng cụ cắt phụ thuộc rất nhiều vào khả năng giữ

đ-ợc tính cắt trong một khoảng thời gian dài của vật liệu làm dao Trong quá trình cắt, ngoài các điều kiện chịu áp lực và nhiệt độ cao, dụng cụ cắt còn chịu rung động, mài mòn, khiến cho tính cắt gọt của dụng cụ làm dao chóng bị thay đổi Do đó muốn làm việc đợc vật liệu làm dao phải đảm bảo đợc các yêu cầu về độ cứng, độ bền cơ học, tính chịu nóng tính chịu mài mòn, tính công nghệ, tính kinh tế

Thông thờng để gia công các chi tiết bằng thép, ngời ta thờng sử dụng thép gió để làm dụng cụ cắt, ở đây ta cũng chọn thép gió để làm dụng cụ:

Thép gió có một số u điểm sau: có tốc độ cắt cao hơn từ 2-4 lần, có tuổi bền gấp 8-15 lần so với thép cacbon và thép hợp kim dụng cụ Thép gió có thể làm việc đợc ở nhiệt

độ 5000 ữ 6000c với tốc độ cắt trung bình 25-35(m/ph) Trên cơ sở đó ta chọn vật liệu làm dao là thép gió P18 với các thông số :

- Khả năng chịu nhiệt 6000 C

- Tốc độ cắt 25-35 m/p

- Độ cứng HRC = 65

- Giới hạn bền uốn 2250 MPa

- Giới hạn bền nén 3730 MPa

- Độ dẫn nhiệt 21

1.3 Trình tự tính toán.

Góc sau trong tiết diện vuông góc trục chi tiết đợc chọn theo tiêu chuẩn phụ thuộc vào

điều kiện gia công α = 8 ữ 150, ta chọn α = 130

Góc sau ảnh hởng trực tiếp đến quá trình cắt (ma sát nhiệt độ mòn) là góc sau trong tiết diện chính Tại điểm bất kỳ của lỡi cắt, để có thể cắt đợc thuận lợi góc sau trong tiết diện chính phải lớn hơn giá trị cho phép nhất định [αN] = 30 ữ 50 Trong trờng hợp αN =

0 nh ở tiết diện a-a, dao tiện định hình cần đợc gá nghiêng để tạo góc sau αN > 0, tức là khi tính toán thiết kế trục vuông góc với chuẩn kẹp không vuông góc với trục chi tiết

mà đợc xoay đi một góc ψ

Góc xoay ψ đợc tính theo công thức: (ϕ ψ) αα

tg

tg N

= +

sin

Trong đó ϕ là góc nghiêng của profin chi tiết, với chi tiết này ϕ = 0 (tại tiết diện a_a) Góc αN ta chọn bằng 60

Do đó góc nghiêng của dao: ψ = 27,10

Sau đây ta sẽ tính toán profin dao tiện định hình gá nghiêng (sơ đồ tính toán đợc thể hiện trên bản vẽ số 1)

Ví dụ ta cần xác định điểm 2 trên dao để cắt điểm 2 tơng ứng trên chi tiết

Điểm 1 đợc trọn làm điểm cơ sở với góc xoay ψ = 27,10

Từ điểm 1 dựng đờng thẳng a vuông góc với tiết diện N_N, đây là đờng cơ sở tởng tợng vì nó ngang tâm chi tiết

Đờng thẳng a cắt đờng 2-2 vuông góc với trục chi tiết tại 2’, Từ điểm 2’ trên hình chiếu

đứng của chi tiết vẽ mặt trớc có góc trớc γT đợc tính theo công thức tgγT =tgγ cos ψ

Góc trớc γ chọn theo tiêu chuẩn γ = 22 ữ 250 , ta chọn γ = 240 ⇒γT = 21,60

Mặt trớc cắt vòng tròn r2 tại 2’’ trên hình chiếu đứng, từ đây ta dễ dàng xác định đợc

vị trí của 2’’ tơng ứng trên hình chiếu bằng Từ điểm 2’ và 2 ta tìm đợc điểm 1 và 2 trên mặt trớc của dao Vẽ mặt sau tại các điểm 1 và 2 ta xác định đợc chiều cao h2 của profin dao trong tiết diện vuông góc với mặt sau

Đối với các điểm khác ta thực hiện tơng tự, riêng đối với đoạn có bán kính cong R=

50 ta cần xác định 3 điểm để có thể dựng đợc biên dạng dao (các điểm 4, 5, 6 trên hình vẽ)

Sau khi xây dựng xong biên dạng ta có thể thực hiện các bớc tính toán bằng phơng pháp giải tích hoặc bằng phơng pháp hình học Sau khi tính đợc các khoảng cách hi

(chiều cao prôfin đo trong mặt phẳng vuông góc với mặt sau), và các khoảng cách Ti

(chiều cao prôfin đo trong mặt trớc), và kích thớc chiều trục xi, ta tiến hành vẽ dao gá nghiêng hoàn toàn nh đối với dao gá thẳng

Ta phải tính cho các điểm 2, 3, 4, 5, 6, 7

a Điểm 2.

Ta cã:

mm b

a c

mm r

b

mm r

a

r m

mm r

m

mm

l a

mm r

mm tg

tg l

r r

T T

T T

T

T

51 , 10

25 , 7 cos

76 , 17 cos

987 , 0 cos

27 , 9

161 , 0 18

9 , 2 sin

9 , 2 sin

.

5 , 22 cos

8 , 7 2 , 10 18

2 , 10 1 , 27 20 '

12

12

2 2 2

2 2

2 2

2

2 0

2 1 2 2

2 2

0 2

' 1 2

'

' ' '

=

−

=

⇒

=

=

=

=

⇒

=

⇒

=

⇒

=

=

=

=

=

=

=

=

−

=

⇒

=

=

=

−

=

γ γ

γ γ

γ

γ ψ ψ

b x c a b T mm mm

05 , 18 45 , 4 5 , 22

45 , 4 sin cos

2

2

=

−

=

−

=

=

ChiÒu cao pr«phin trong mÆt tríc: T c T 9 , 94mm

cos

cos cos

2

γ

ψ γ

ChiÒu cao pr«fin trong tiÕt diÖn ph¸p tuyÕn víi mÆt sau: h2 =T2cos(α + γ) = 7 , 94mm

b §iÓm 3.

Ta cã:

mm b

a c

mm r

b

mm r

a

r m

mm r

m

mm

l a

mm r

mm tg

tg l

r r

T T

T T

T

T

6 , 9

23 , 6 cos

81 , 15 cos

988 , 0 cos

88 , 8

154 , 0 16

47 , 2 sin

47 , 2 6 , 21 sin 7 , 6 sin

.

71 , 24 1 , 27 cos

22 cos

7 , 6 3 , 11 18

3 , 11 1 , 27 22 '

13

13

3 3 3

3 3

3 3

3

3 0

3 3 3

0 3

0 3

3

0 3

' 1 3

'

' ' '

=

−

=

⇒

=

=

=

=

⇒

=

⇒

=

⇒

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

−

=

⇒

=

=

=

−

=

γ γ

γ γ

γ

γ ψ ψ

b x c a b T mm mm

7 , 20 01 , 4 71 , 24

01 , 4 sin cos

3

3

=

−

=

−

=

=

ChiÒu cao pr«phin trong mÆt tríc: T c T 8 , 7mm

cos

cos cos

3

γ

ψ γ

ChiÒu cao pr«fin trong tiÕt diÖn ph¸p tuyÕn víi mÆt sau: h3 =T3cos(α + γ)= 6 , 95mm

c §iÓm 4.

Ta cã:

mm b

a c

mm r

b

mm r

a

r m

mm r

m a

mm r

r

T T

T T

T

T

8 , 4

7 , 16 cos

5 , 21 cos

955 , 0 cos

1 , 17

29 , 0 5 , 22

63 , 6 sin

63 , 6 6 , 21 sin 18 sin

0

; 18

4 4 4

4 4

4 4

4

4 0

4 4 4

0 4

1 4

'

' '

=

−

=

⇒

=

=

=

=

⇒

=

⇒

=

⇒

=

=

=

=

=

=

=

=

=

γ γ

γ γ

γ

γ

b x c b T mm mm

03 , 2

03 , 2 sin cos

4

4

=

=

=

ChiÒu cao pr«phin trong mÆt tríc: T c T 4 , 16mm

cos

cos cos

4

γ

ψ γ

ChiÒu cao pr«fin trong tiÕt diÖn ph¸p tuyÕn víi mÆt sau: h4 =T4cos(α + γ)= 3 , 33mm

d §iÓm 5.

Ta cã:

mm a

b c

mm r

b

mm r

a

r m

mm r

m

mm l

a

mm r

mm tg

tg l

r r

T T

T T

T

T

85 , 9

45 , 32 cos

6 , 22 cos

869 , 0 cos

6 , 29

494 , 0 26

85 , 12 sin

85 , 12 6 , 21 sin 9 , 34 sin

.

07 , 37 1 , 27 cos

33 cos

9 , 34 9 , 16 18

9 , 16 1 , 27 33 '

15

15

5 5 5

5 5

5 5

5

5 0

5 5 5

0 5

0 5

5

0 5

' 1 3

'

'

' '

=

−

=

⇒

=

=

=

=

⇒

=

⇒

=

⇒

=

=

=

=

=

=

=

=

=

= +

=

⇒

=

=

=

+

=

γ γ

γ γ

γ

γ ψ ψ

b x c a b T mm mm

24 , 41 17 , 4 07 , 37

17 , 4 sin cos

5

5

= +

= +

=

=

ChiÒu cao pr«phin trong mÆt tríc: T c T 8 , 92mm

cos

cos cos

5

γ

ψ γ

ChiÒu cao pr«fin trong tiÕt diÖn ph¸p tuyÕn víi mÆt sau: h5 =T5cos(α + γ)= 7 , 1mm

e §iÓm 6.

Ta có:

mm a

b c

mm r

b

mm r

a

r m

mm r

m

mm

l a

mm r

mm tg

tg l

r r

T T

T T

T

T

67 , 7

67 , 37 cos

30 cos

895 , 0 cos

45 , 26

445 , 0 5 , 33

92 , 14 sin

92 , 14 6 , 21 sin 52 , 40 sin

.

4 , 49 1 , 27 cos

44 cos

52 , 40 52 , 22 18

52 , 22 1 , 27 44 '

16

16

6 6 6

6 6

6 6

6

6 0

6 6 6

0 6

0 6

6

0 6

' 1 6

'

'

' '

=

−

=

⇒

=

=

=

=

⇒

=

⇒

=

⇒

=

=

=

=

=

=

=

=

=

= +

=

⇒

=

=

=

+

=

γ γ

γ γ

γ

γ ψ ψ

b x c a b T mm mm

65 , 52 25 , 3 4 , 49

25 , 3 sin cos

6

6

= +

= +

=

=

Chiều cao prôphin trong mặt trớc: T c T 6 , 95mm

cos

cos cos

6

γ

ψ γ

Chiều cao prôfin trong tiết diện pháp tuyến với mặt sau: h6 =T6cos(α + γ)= 5 , 55mm

f Điểm 7.

Ta có:

mm a

b c

mm r

b

mm r

a

r m

mm r

m

mm

l a

mm r

mm tg

tg l

r r

T T

T T

T

T

76 , 12

05 , 39 cos

29 , 26 cos

862 , 0 cos

46 , 30

507 , 0 5 , 30

46 , 15 sin

46 , 15 6 , 21 sin 42 sin

.

8 , 52 1 , 27 cos

47 cos

42 24 18

24 1 , 27 47 '

17

17

7 7 7

7 7

7 7

7

7 0

7 7 7

0 7

0 7

7

0 7

' 1 7

'

'

' '

=

−

=

⇒

=

=

=

=

⇒

=

⇒

=

⇒

=

=

=

=

=

=

=

=

=

= +

=

⇒

=

=

=

+

=

γ γ

γ γ

γ

γ ψ ψ

b x c a b T mm mm

2 , 58 4 , 5 8 , 52

4 , 5 sin cos

7

7

= +

= +

=

=

Chiều cao prôphin trong mặt trớc: T c T 11 , 56mm

cos

cos cos

7

γ

ψ γ

Chiều cao prôfin trong tiết diện pháp tuyến với mặt sau: h7 =T7cos(α + γ)= 9 , 23mm

1.4 Xác định kết cấu dao tiện.

+ Chiều dài chung của dao tiện định hình:

Ngoài phần gia công đúng, dao tiện định hình còn thiết kế phần trụ để vát mép mặt đầu

và cắt đứt

Đầu tự do của dao làm thêm chiều rộng a = 3 mm để tăng sức bền cho dao.

Phần vát mép dao đợc làm rộng thêm đoạn c = 5 mm

+ Hình dáng của dao:

thân dao làm bằng thép 45, Phần cắt làm bằng thép gío P18, dao đợc kẹp bằng rãnh mang cá

Khi dao bị mòn tiến hành mài mặt trớc song song với mặt trớc cũ để đảm bảo tổng các góc (α+γ) = const

1.5 Phân tích sai số:

Do trên đoạn có đờng sinh cong của chi tiết, lỡi cắt không trùng với đờng sinh của chi tiết nên khi gia công sẽ gây ra sai số Ngoài ra sai số chế tạo và các sai số gá kẹp dao và chi tiết dều làm ảnh hởng đến độ chính xác của chi tiết gia công

Phần II: Thiết Kế Dao Phay Định Hình

2.1 Chi tiết cần gia công và các số liệu đã cho

Đờng kinh ngoài của dao: D=140 ;Z =12

Đờng kính lổ dao : d=50

R = 28

α=1200

L=55; L1 =15 ; H=50

Chi tiết cần gia công nh sau:

Nhận xét: Ta thấy rằng L=55, L1=15,mặt khác ta tính đoạn AB ta thấy rằng AB=OA2

+OB2 -2OA.OB.cos1200 =282 +282 -2.28.28.cos1200 =48,5 mm

Rõ ràng L1 +AB =15+48,5 =63,5 lớn hơn L =55 suy ra vô lí

Nh vậy ta có thể chọn L =L1 +AB +L1 =15 + 15 +48,5 =78,5 (mm)

Nh đã nói ở phần dao tiện ,ta thấy vật liệu làm dao có một ý nghĩa vô cùng quan trọng đối với quá trình gia công.Và theo phân tích ở phần dao tiện ta cũng chọn vật liệu làm dao là thép gió P10

2.3 Chọn dao phay gia công và các góc độ.

Do những u điểm của dao phay hớt lng nên ta chọn loại dao này.Và cụ thể là ta chọn dao phay hớt lng hai lần Thờng k2 = (1,5-1,75)k1

Chọn góc :α =100 ; γ =200

Chọn đờng cong hớt lng

Đờng cong hớt lng mặt sau cần lựa chọn để đảm bảo hình dáng chi tiết gia công không thay đổi trong loạt, nó cần thoả mãn các điều kiện sau:

- Chiều cao răng dao (h) không thay đổi ở các tiết diện khác nhau của răng

- Góc sau α tại mọt điểm bất kỳ trên mặt sau cần phải bằng một giá trị không đổi

Có nhiều đờng cong có thể thoả mãn các yêu cầu này

Do những u điểm và khả năng công nghệ thực tế có thể đảm bảo, ta chọn dạng đờng cong hớt lng là đờng cong acsimet có phơng trình: ρ = aϕ

2.4 xác định profin lỡi cắt dao phay hớt lng

a Tính l ợng hớt l ng:

Lợng hớt lng lần 1:

K1= π D z.tgα

=

12

10 140 14 ,

=6,5 Lợng hớt lng lần 2: k2 = (1,5-1,75)k1 = (1,5-1,75)6,5 = 9,75-11,375

Chọn k2 =11

b Tính góc giữa các răng .ε

ε = 2zπ =2.3,14 12 = 0,5236 rad =30,0150

c Góc l ợn ở góc đáy rãnh răng :

r = (2-4) mm

Chọn r = 3 mm

d Tính chiều cao toàn bộ răng dao

H = h +k +r

Trong đó h = Hc +(1-2) mm

Hc là chiều cao biên dạng chi tiết Hc = R(1-cos58,50) = 14,325 mm

Do đó,h = (15,325-16,325) mm Lấy h = 16 mm

K = k1 = 6,5 mm

Vậy H = 16+6,5+3 = 25,5 mm

e Thiết kế biên dạng dao phay hớt l ng có góc tr ớc γ = 200

Để đảm bảo chế tạo chi tiết đúng , ngời ta tính toán biên dạng dao trên 2 tiết diện là tiết diện mặt trớc và tiết diện chiều trục

Trong đó biên dạng trongtiết diện qua mặt trớc dùng để kiểm tra việc chế tạo quá trình mài lại

Biên dạng dao trong tiết diện qua trục dùng để tính toán dao tiện hớt lng và kiểm tra hớt lng ở mặt sau

Ta có sơ đồ tính nh sau:

β

Trong đó ta chọn 7 điểm để tính (nh hình vẽ) với:

Điểm 4 có Hct = 0

Điểm 3;5 có Hct =21

Điểm 1;2;6;7 có Hct =42

Cách tính nh sau:

Giả sử ta tính cho điểm 7.Còn các điểm khác tơng tự

Từ tâm O ta vẽ vòng lăn của dao phay.Sau đó vẽ mặt trớc γ =250 đờng thẳng này phảI tiếp tuyến với đờng tròn cơ sở , từ điểm 7 của chi tiết ta gióng ngang sang cắt bán kính OP tại điểm M1 , ta vẽ vòng tròn tâm O bán kính OM đờng tròn này cắt mặt trớc của dao tại M1 , từ M1 vẽ đờng cong acsimet , và đờng cong này cắt OP tại E1 Nh vậy

ta có đoạn E1P chính là Hd trên tiết diện chiều trục Và đoạn PM1 chính là Hd trên tiết diện mặt trớc

• Ta tính Hd trên tiết diện chiều trục:

Ta có Dm = Dd -2hc7 =140- 2.14 = 112 mm Mục tiêu ta phải tính Hd

Tíng góc β : Ta có:r0 = Rd sinγ = RM sinψ (ψ=γ+β) Suy ra :Rd sinγ= RM sin(γ+β) Vậy sin(γ+β)=Rd RM sinγ = 5670 sin200 =0,428 Lúc này ta có γ+β = 25,310 Vậy ta có

β = 25,31 – 20 = 5,310

Ta thấy rằng khi dao phay quay đợc 1 góc ε = 30,010 thì nó phay đợc 1 lợng hớt lng

là k = 6,5 (mm) Vậy khi nó quay đợc 1 góc là β0 = 5,310 thì nó phay đợc 1 lợng là x=

ε

βk

=5,3130.,16,5= 1.15(mm)

Vậy ta có Hd7 = Hc7 –x = 14-1,15 = 12,85 (mm )

• Ta tính ϕd trên tiết diện chiều trục: Ta có tgϕd =

d

ct ct

H

tg

H ϕ

Suy ra ϕd = arctg0,763 = 37,340

• Tính Hd trên tiết diện mặt trớc của dao tại điểm 7 Xét tam giác OPM1 ta có Hd7=

PM1 = R dsin.sinψβ

= 70sin.sin255,31,31 = 15,15 (mm)

• Tính ϕd trên tiết diện mặt trớc: Ta có ϕdt =

dt

ct ct

H

tg

H ϕ

= 14 tg1535= 0,6535 Suy ra ϕdt = arctg0,6535 = 33,160

Bằng cách tính tơng tự ta tính đợc Hd trên các tiết diện của các điểm 4;5;6;1;2;3 của chi tiết Do đó ta vẽ đợc biên dạng dao trên các tiết diện

• Trên tiết diện chiều trục:

• Trên tiết diện là mặt trớc:

2.5 Nhận xét.

Cũng nh dao tiện định hình, khi ta thiết kế nếu ta chọn góc γ = 0, thì việc tính biên dạng dao quả là đơn giản., xong khi γ = 0 thì điều kiện cắt sẽ không khả thi , do đó ta chọn γ

> 0 Nhng khi γ > 0 thì việc tính toán sẽ phức tap hơn và biên dạng dao sẽ có những sai

số nhất định

Phần 3: Kết luận.

Trong vấn đề giải quyết bài toán thiết kế rất ít khi có phơng án tối u mà chỉ có thể đạt

đến phơng án hợp lý Với 2 dụng cụ cắt vừa đợc thiết kế ở trên cung vậy, chắc chắn còn