TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ BỘ MÔN GIA CÔNG VẬT LIỆU DỤNG CỤ CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ DỤNG CỤ CẮT HỌC KÌ 20211 MÃ ĐỀ Đề số 20 Giáo viên hướng dẫn TS Lê Thanh Sơn Sinh viên thực hiện Trần Xuân Bắc Mã số sinh viên 20184711 Lớp chuyên ngành CK 08 K63 Lớp tín chỉ Ngày kí duyệt đồ án 20 Ngày bảo vệ đồ án 20 Ký tên ĐÁNH GIÁ CỦA THẦY HỎI THI 10 Ký tên 10 Ký tên Hà Nội, 2021 Mục lục Lời nói đầu 1 PHẦN I THIẾT KẾ DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH 2 1 Đề bài 2 2 Phân tích chi tiết.
THIẾT KẾ DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH
Đề bài
Tính toán thiết kế dao tiện định hình lăng trụ để gia công chi tiết theo hình vẽ 1.1, với dao có phần chuẩn bị cắt đứt, cần được thực hiện dựa trên các thông số kỹ thuật đã được xác định.
Vật liệu gia công : phôi thanh tròn thép C45 có b = 600N/mm2 ( Yêu cầu tính 5 điểm trên đoạn cung tròn R )
Hình 1: Hình dạng chi tiết gia công
Phân tích chi tiết
Chi tiết có dạng mặt trụ tròn xoay bao gồm các mặt côn và mặt trụ Việc gia công chi tiết này có thể gặp sai số do lưỡi cắt không song song với đường tâm Tuy nhiên, yêu cầu về độ chính xác của chi tiết không cao, với độ chênh lệch đường kính mặt đầu không quá lớn.
Chi tiết này có cấu trúc cân đối với hình dáng đơn giản, chiều dài và chiều cao của profin nhỏ, đồng thời độ chênh lệch đường kính không quá lớn.
Chọn loại dao
Chi tiết có mặt côn dễ mắc sai số do lưỡi cắt không song song với đường tâm, dẫn đến bề mặt không phải là bề mặt côn mà là bề mặt hyperboloid Để khắc phục sai số này, người ta sử dụng dao có đoạn cơ sở nằm ngang tâm chi tiết Với yêu cầu độ chính xác không cao và chiều dài phần côn ngắn, chỉ cần dùng dao có một điểm cơ sở nằm ngang Để gia công, có thể sử dụng dao lăng trụ hoặc dao hình tròn, trong đó dao tiện định hình hình tròn được chọn vì mặc dù độ cứng vững thấp hơn, nhưng nó mang lại nhiều ưu điểm.
- Dao tiện định hình tròn chế tạo đơn giản hơn dao lăng trụ
- Tuổi thọ lớn hơn vì số lần mài lại cao hơn
Chọn cách gá dao
Để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế và chế tạo, cần chú trọng đến độ chính xác về kích thước và hình dáng, chất lượng bề mặt gia công, cũng như tuổi thọ của dụng cụ cắt.
Do yêu cầu về độ chính xác không cao, chúng ta lựa chọn phương án gá dao thẳng Mặc dù có sự xuất hiện của sai số, nhưng chúng ta chấp nhận mức độ sai số này.
Thiết kế dao
Điểm cơ sở được chọn theo nguyên tắc là điểm nằm ngang tâm chi tiết và xa chuẩn kẹp nhất hoặc gần tâm chi tiết nhất Do đó, điểm chính giữa của cung tròn có bán kính R sẽ được chọn làm điểm cơ sở.
Ta chia profile chi tiết thành 15 điểm, trong đó 7 điểm được lấy trên cung tròn có bán kính R Cung tròn này được chia thành 6 phần bằng nhau, với điểm 1 được chọn làm điểm cơ sở.
Xác định 7 điểm trên cung tròn bán kính R
Chia cung tròn thành 6 phần bằng nhau mỗi phần có góc
Gọi L1,…,L15 là khoảng cách theo phương ngang từ điểm 1 đến các điểm của profile chi tiết Ta có :
Bảng 1: Giá trị các điểm trên profile chi tiết Điểm ri (mm) Li (mm)
5.2 Chọn góc trước và góc sau
Với vật liệu gia công là thép C45 , = 600 N/
Tra bảng 3.1 trang 16 ta chọn :
Chọn dao: Chọn dao tiện định hình hình tròn gá thẳng(dễ mài dao và có tuổi thọ cao hơn tiện định hình lăng trụ)
Chọn vật liệu làm dao là yếu tố quan trọng để nâng cao chất lượng và năng suất cắt Đối với chi tiết gia công, thép C45 thường được sử dụng, nhưng để đạt hiệu quả tốt hơn, nên chọn thép gió P18 làm vật liệu cho dao.
Tính kích thước dao tiện định hình tròn như sau:
Kích thước đầu dao Đến 6 40 13 20 10 3 1 20 3
5.3 Tính toán chiều cao profile của dao
Bán kính dao tại điểm cơ sở:
Xét điểm i bất kỳ trên profile của chi tiết ta có điểm i’ tương ứng trên profile daoGọi chiều cao profile dao tại i’ là
Hình 3 Sơ đồ tính toán profin dao
5.3.1 Xây dựng công thức xác định profile dao trong tiết diện trùng với mặt trước
5.3.2 Xây dựng công thức xác định profile dao trong tiết diện vuông góc với mặt sau
,H là chiều cao mài dao
5.3.3 Tính toán profile dao tại các điểm
Dựa vào công thức tính (1),(2),(3),(4) ta có
Bảng 2: Profile dao Điểm Ri
Hình 4: Profile dao trong tiết diện trùng với mặt trước
Hình 5: Profile dao trong tiết diện vuông góc với mặt sau
Kết cấu dao
Căn cứ vào chiều sâu cắt lớn nhất của chi tiết :
: Đường kính lớn nhất và nhỏ nhất của chi tiết.
Dựa vào bảng 3.3 – kết cấu và kích thước của dao tiện định hình hình tròn
Ta có kích thước cơ bản của dao:
Bảng 3: Kích thước cơ bản của dao
Kích thước đầu dao Đến 6 40 13 20 10 3 1 20 3
Hình 6: Kích thước kết cấu dao tiện
Tính toán chiều rộng lưỡi cắt:
Phần phụ profile của dụng cụ có kích thước như sau: chiều dài đoạn lưỡi cắt chính là 5b, chiều dài lưỡi cắt phụ để tăng độ bền cho lưỡi cắt là 3d, chiều dài đoạn lưỡi cắt phụ chuẩn bị cắt đứt là 3c, chiều rộng đoạn đỉnh lưỡi cắt phụ là 3e, và chiều dài lưỡi cắt đứt lên phôi là 6mm.
Góc nghiêng đoạn cắt đứt, lấy
Chiều dài của dao : L= Lc+b+c+d+e+g5+3+3+3+6+3S)
Điều kiện kỹ thuật
- Vật liệu làm dao : Thép gió P18
- Độ cứng sau nhiệt luyện : HRC = 62-65
Kí hiệu dao: DTĐH-N20-α12 0 -20 0 -P18-ĐHBKHN
Bản vẽ thiết kế
Hình 7: Bản vẽ dao tiện định hình
THIẾT KẾ DAO PHAY ĐỊNH HÌNH > 0
Thiết kế dao
3.1 Xác định góc trước, góc sau
Tra bảng 4.2[1] T44 với thép 40X có ứng suất bền
3.2 Một số thông số khác
Chiều cao tối đa của profin chi tiết là 17mm, theo bảng 4.12 trang 55, đường kính lớn nhất của dao phay phải lớn hơn 100mm Do đó, dao phay cần được thiết kế với răng hàn, sử dụng vật liệu thân dao là thép 45X và vật liệu răng dao là P18.
Đường kính đỉnh dao D = 150mm, R = 75mm
Dao có kết cấu profin lồi lấy chiều rộng B= b+2 = 32 mm
Đường kính lỗ phần định vị dao: d(A)= 40 (mm), d1= 50mm, d2= 70mm.
Kích thước then: Chiều rộng then b= 10 (mm), to= 43.5 mm.
Đường kính lỗ phần không lắp ghép: d3 = 44 (mm).
Lượng hớt lưng lần 1: K = 8 (mm).
Độ sâu rãnh thoát phoi: H = h+K+7 (mm).
Trong đó: h- chiều cao lớn nhất của profin dao phay: h= 17 mm.
Bán kính đáy rãnh thoát phoi: r = 1,5 (mm).
Số răng dao phay: Z = 10 (răng).
Góc xoắn của răng dao: ε = 35 0
3.3 Thiết lập công thức tính profile dao trong tiết diện chiều trục
Xét điểm i trên profile chi tiết, từ điểm i, ta dóng ngang tới đường T tại điểm E Lấy E làm tâm, vẽ cung tròn bán kính E cắt mặt trước tại điểm F Tiếp theo, vẽ đường cong hớt lưng Acsimet cắt đường T tại điểm G Từ điểm G, kẻ đường thẳng song song với iE; từ điểm i, kẻ đường song song với T để xác định điểm i’, điểm này nằm trên profile của dao dùng để gia công điểm i trên profile chi tiết.
Hình 3: Sơ đồ tính Theo sơ đồ tính ta có:
EG là lượng giáng của đường cong hớt lưng Acsimet ứng với góc ở tâm β.
Thay vào phương trình (*) ta có:
3.4 Thiết lập công thức tính profile dao trong tiết diện trùng mặt trước
3.5 Tính toán profile của dao
Ta có bảng các giá trị vừa tính được như sau: Điểm (mm) (mm) (mm) (mm)
3.6 Vẽ profile dao cho 2 tiết diện
3.6.1 Profile trong tiết diện chiều trục
3.6.2 Profile dao trong tiết diện trùng với mặt trước
3.7 Lựa chọn kích thước kết cấu dao
Tra bảng 4.11[1] T55, ứng với chiều cao lớn nhất của profile chi tiết ta có kích thước kết cấu dao như sau
- Đường kính lớn nhất của dao : D = 150 mm
- Đường kính lỗ định vị dao : d = 40 mm c
- Đường kính phần không lắp ghép d1 = 42 mm
- Hình dáng đáy rãnh thoát phoi : H = 33 mm
- Bán kính lượn ở đáy rãnh thoát phoi : r = 1,5 mm
Yêu cầu kỹ thuật
- Vật liệu làm dao: Thép gió P18 tôi đạt độ cứng 65HRC.
- Độ cứng sau nhiệt luyện HRCb-65.
- Độ bóng: Bề mặt làm việc Ra=0,63 Bề mặt còn lại Ra=1,28.
- Độ đảo hướng tâm của mặt trước ≤0.06 mm
- Độ đảo hướng kính của các lưỡi cắt ≤0.03 mm
Bản vẽ kỹ thuật
Hình 4: Bản vẽ dao phay định hình
THIẾT KẾ DAO CHUỐT LỖ TRỤ THEN HOA
Sơ đồ chuốt
Để đáp ứng yêu cầu gia công chi tiết, chúng ta lựa chọn sơ đồ chuốt theo lớp Để quá trình thoát phoi diễn ra thuận lợi, cần thiết phải tạo rãnh thoát phoi trên các cạnh của các răng, sắp xếp chúng theo thứ tự và xen kẽ nhau.
Chọn dao
Dao chuốt kéo thường được chia làm hai loại vật liệu:
+ Phần đầu dao (hai phần cán) được làm bằng thép kết cấu C45. + Phần sau dao (phần định hướng trở về sau) làm bằng thép gió P15.
Thiết kế phần răng và sửa đúng
Dao chuốt có thể chia làm 5 thành phần như sau:
I: Đầu dao: Phần kẹp, cổ dao, côn chuyển tiếp.
II: Phần định hướng trước.
III: Phần cắt: răng cắt thô, răng cắt tinh, răng sửa đúng.
IV: Phần dẫn hướng sau.
4.2 Tính lượng dư gia công:
Lượng dư gia công khi chuốt lõ then hoa được xác định dựa trên yêu cầu công nghệ Trị số dụng cụ phụ thuộc vào chiều dài lỗ chuốt, được tính theo đường kính răng sửa đúng và lỗ trước khi chuốt, theo công thức cụ thể.
DDNi = 25H7 DDN2 = 21E9 Như vậy Dmax = 25 + 0,021 = 25,021mm
Tính toán các thông số của dao chuốt
5.1 Tính lượng nâng của răng:
Răng dao chuốt có đặc điểm là răng sau cao hơn răng trước với một lượng gọi là lượng nâng của răng Sz, được xác định là hiệu số đường kính của các răng liên tiếp Theo bảng (5.2), khi gia công với vật liệu thép 40X có độ bền kéo b = 950 N/mm², lượng nâng của răng Sz được chọn là 0,06.
- Các răng cắt chuốt bao gồm:
+ Răng cắt thô: phần cắt thô có lượng dư không đều Sz = 0,06 để cắt hết phần thô.
+ Răng cắt tinh: Phần cắt tinh bao gồm 3 răng có lượng dư giảm dần lượng cắt tinh chuẩn bị cho các răng sửa đúng.
+ Răng sửa đúng có lượng nâng là 0, với số răng sửa đúng là 5 răng Đường kính sửa đúng là đường kính cắt tinh cuối cùng.
Lượng dư cắt tinh được tinh theo công thức:
5.2 Kết cấu răng và rẵnh:
Hình dạng răng và rãnh cần phải đảm bảo các yêu cầu sau:
- Thông số hình học của răng phải đảm bảo tuổi bền tối đa.
- Răng dao phải đảm bảo được số lần mài lại tối đa.
- Răng phải đủ bền để không bị gãy trước tác dụng của momen uốn trong quá trình cắt.
Rãnh giữa các răng cần có hình dạng và kích thước phù hợp, đảm bảo khi cắt ra, phoi được dễ dàng theo mặt trước, cuốn xoắn đều và nằm gọn trong rãnh.
Vật liệu gia công thép 40X có độ cứng cao và độ dẻo thấp, do đó khi chuốt sẽ tạo ra phoi vụn Để tối ưu hóa quá trình này, rãnh được thiết kế với dạng lưng thẳng, giúp chứa phoi vụn hiệu quả và dễ dàng chế tạo biên dạng lưng thẳng.
Dạng răng và rãnh được đặc trưng bởi các thông số sau: t : bước răng. h: chiều cao rãnh f: cạnh viền b: chiều rộng lưng răng r,R: bán kĩnh rãnh
Xác định từng thông số:
Bước răng t và chiều sâu rãnh được thiết kế để đảm bảo đủ không gian chứa phoi Nếu coi rãnh thoát phoi gần đúng như hình tròn với đường kính d, thì diện tích của rãnh sẽ được tính toán dựa trên hình dạng này.
Diện tích của phoi cuốn trong rãnh là: Fr = L.Sz
L: Chiều dài của chi tiết.
Sz: Lượng nâng. Để phoi được cuốn hết vào trong rãnh chứa phoi thì cần phải có điều kiện:
Theo bảng tra (5.4) với vật liệu gia công là thép 40X, ứng với lượng nâng
Sz = 0,06 thì ta chọn được hệ số điền đầy rãnh răng K = 3,5. h 1 , 13 L S z k = 1,13.
Lây chiều rông then theo tiêu chuẩn: h = 3
Khi chọn bước răng t cho chi tiết gia công, cần đảm bảo rằng bước răng nằm trong khoảng từ 2 đến 6 Điều này giúp đảm bảo quá trình chuốt diễn ra êm ái, đồng thời định tâm và định hướng tốt cho số răng tham gia cắt.
+ Kiểm tra số răng cùng cắt lớn nhất:
Như vật dao chuốt thiết kế đảm bảo tính định hướng tốt.
+ Chiều rộng cắt răng: b = (0,3 0,35).t = 2,25 ÷ 2,525 Ta chọn b = 2,5
+ Bán kính đáy răng: r = (0,5 0,55).h = 1,5 1,65 Ta chọn r = 1,5
Lây chiều rông then theo tiêu chuẩn: h = 2,6
Bước răng t được lựa chọn dựa trên chiều dài của chi tiết gia công, nhằm đảm bảo quá trình chuốt diễn ra êm ái, định tâm và định hướng chính xác Số răng tham gia cắt cần phải đáp ứng điều kiện: 2 ≤ t ≤ 6.
+ Chiều rộng cắt răng: b = (0,3 0,35).t = 2,1 ÷ 2,8 Ta chọn b = 2,5
+ Bán kính đáy răng: r = (0,5 0,55).h = 1,3 1,4 Ta chọn r = 1,4
Lây chiều rông then theo tiêu chuẩn: h = 2
Khi chọn bước răng t cho chiều dài chi tiết gia công, cần đảm bảo rằng chuốt diễn ra êm ái và chính xác Để đạt được điều này, số răng tham gia cắt phải được định hướng tốt, với giá trị bước răng t nằm trong khoảng từ 2 đến 6.
+ Chiều rộng cắt răng: b = (0,3 0,35).t = 1,65 ÷ 2,2 Ta chọn b = 2
+ Bán kính đáy răng: r = (0,5 0,55).h = 1 1,1 Ta chọn r = 1 Để tăng thêm tuổi bền của dao, mặt sau được mài thêm cạnh viền f Giá trị của cạnh viền như sau:
- Ở răng sửa đúng lấy f = 0,2mm.
Dao chuốt lỗ trụ then hoa mặt trước và mặt sau đều là mặt côn Tra theo bảng (5.5) ta có được giá trị
+ Góc trứơc được chọn theo vật liệu:
Để tăng tuổi thọ của dao, góc sau được yêu cầu chọn rất nhỏ nhằm hạn chế hiện tượng giảm đường kính sau mỗi lần mài lại.
- Để giảm ma sát giữa lưỡi cắt phụ và thành lỗ then, người ta thiết kế cạnh viền f = 0,8 1mm với lưỡi cắt phụ 1 2 0 3 0
- Để thoát đá mài khi mài cạnh viền f của lưỡi cắt phụ thì chân răng có rãnh thoát đá có bán kính góc lượn là r = 0,5 mm.
Số răng dao chuốt và đường kính răng dao
- Lượng dư gia công A = 1,9905 mm
- Lượng dư gia công tinh Atinh = 0,108
- Lượng dư gia công thô: Athô = A – Atinh = 1,9905 – 0,108 = 1,8825 mm
Số răng cắt thô: khi đó ta chọn Zthô = 33răng.
Như vậy lượng dư mà răng cắt thô cắt thực tế là: 31.0,06 =1,86.
Lương cắt thô còn lại là: q=0,375.0,06 = 0,0225 mm > 0,015 mm.
Do vậy ta thêm một răng cắt thô nữa khi đó tổng số răng cắt thô của dao chuốt là : +14
Số răng cắt tinh: Số răng cắt tinh lấy trong khoảng 2÷5 lấy:
Số răng sửa đúng lấy theo cấp chính xác gia công vào loại dao chuốt bảng 5.8: Vậy tổng số răng của dao truốt là: 34 + 3 +5 = 42 răng.
Trong quá trình cắt, 5 răng cắt chính có nhiệm vụ điều chỉnh kích thước của lỗ then, đảm bảo đạt chuẩn kích thước 25H7 Đường kính của răng cắt thô đóng vai trò quan trọng trong việc này.
- Do q = 0,1305 mm > 0,015mm , nên ta có D1 = Dmin = 21,04 mm.
Và ta lập được bảng giá trị như sau:
Kiểm tra độ bền của dao chuốt
Sơ đồ chịu lực: Mỗi răng của dao đều bị chịu hai lực thành phần tác dụng.
+ Thành phần hướng kính: Fy hướng vào tâm của dao, tổng các lực Fy của răng dao chuốt sẽ bị triệt tiêu.
Lực dọc trục Pz, song song với trục của chi tiết, tổng hợp các lực Pz tạo thành lực P hướng theo chiều trục Lực này tác động lên mỗi răng, có khả năng gây mẻ răng và dễ dẫn đến đứt gãy tại các thiết diện đầu tiên.
Do vậy điều kiện để xác định độ bền của dao là:
+ D1 : Đường kính răng đầu tiên.
+ P: Lực tổng hợp khi chuốt,
Như vậy dao chuốt đủ độ bền.
Tính toán phần đầu dao và các phần phụ khác
+ Phần đầu dao bao gồm phần đầu kẹp, phần cổ dao, phần côn chuyển tiếp.
+ Phần đầu kẹp được tiêu chuẩn hoá, theo bảng (5.13)
+ Kiểm tra độ bền của đầu kẹp:
+ Phần cổ dao và côn chuyển tiếp:
Phần đầu dao a, Phần đầu kẹp
- Phần đầu kẹp đã được tiêu chuẩn hóa nhưng để chọn được đầu kẹp hợp lý ta phải dựa vào điều kiện bền kéo:
Tra bảng 5.13 ta có kích thước phần đầu kẹp:
+ Chiều dài L2 của phần cổ dao được tính từ điều kiện gá đặt:
L2 = Lg - L3 = (Lh + Lm+ Ln) - L3 (mm)
Lh : Chiều rộng khe hở Lh = 10 (mm)
Lm: chiều dày thành máy Lm: 25 (mm)
Lb: Chiều dày bạc gá Lb: (mm)
L3 chiều dày phần côn chuyển tiếp, L3 = 0,5.D1 = 10(mm)
L4 = (0,8 1).Lct = 24…30 mm Ta chọn lấy L4 = 30 mm
+ Đường kính phần dẫn hướng phía sau D6 lấy bằng đường kính răng sửa đúng với sai lệch f7.
+ Tổng chiều dài của dao:
Chiều dài của dao phải nhỏ hơn hành trình máy và nhỏ hơn 30.Dmax.
Lỗ tâm dùng trogn chế tạo và mài lại dao, kích thước lỗ tâm được tra trong bảng 5.14 với đường kình từ 18 mm đến 30 mm
Yêu cầu kỹ thuật của dao 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO
Vật liệu phần đầu dao: Thép 40X Độ cứng sau khi nhiệt luyện:
Phần cắt và phần định hướng phía sau HRC 6265.
Phần định hướng phía trước HRC 6062.
Phần đầu dao HRC 4047. Độ nhám:
Trên cạnh viền của răng sửa đúng không lớn hơn 0,25
Mặt trước, mặt sau của răng, mặt côn làm việc trong lổ tâm, phần định hướng không thấp hơn 0,5
Mặt đáy răng, đầu dao, côn chuyển tiếp các rãnh chia phoi không lớn hơn 1 Các mặt không mài không lớn hơn 2
Sai lệch lớn nhất của đường kính ,các răng cắt không vượt quá trị số -0,008.
Sai lệch cho phép của đường kính các răng sửa đúng và răng cắt tinh không vượt quá +0,025 Độ đảo tâm theo đường kính ngoài của răng sửa đúng, răng cắt tinh và phần định hướng không được vượt quá trị số dung sai của đường kính Đối với độ đảo phần còn lại của dao, trên mỗi 100mm chiều dài, không được vượt quá 0,006 Độ sai lệch góc cho phép cũng không được vượt quá giới hạn quy định.
Góc sau của răng cắt 30 ’
Góc sau của răng sửa đúng 15 ’
