Thuyết minh đồ án tốt nghiệp: Thiết kế mũi khoan xoắn 17 Lời nói đầu Trong công công nghiệp hoá đại hoá đất nớc, ngành kỹ thuật nói chung ngành khí nói riêng đòi hỏi kỹ s cán kỹ thuật phải có kiến thức tơng đối rộng biết tận dụng sáng tạo kiến thức đà chọn để giải vấn đề thờng gặp thực tế Trong môn học Nguyên lý dụng cụ cắt môn sinh viên chuyên ngành chế tạo máy Trong trình năm học tập rèn luyện trờng, thời gian làm đồ án tốt nghiệp giúp cho sinh viên hiểu rõ môn học, trang bị cho bị sinh viên kiến thức kỹ vận dụng sáng tạo kiến thức để làm đồ án nh công tác sau Là sinh viên chuyên ngành Cơ khí sau năm học tập thực tập em đợc nhận đồ án tốt nghiệp với đề tài: Thiết kế lập quy trình công nghệ chế tạo mũi khoan xoắn 17 thầy giáo Trịnh Khắc Nghiêm hớng dẫn Đối với em đề tài phức tạp, nhng đợc bảo tận tình thầy giáo hớng dẫn với lỗ lực thân, đến em đà hoàn thành đồ án Mặc dù đồ án em không tránh khỏi thiếu sót Vậy em mong đợc bảo thêm thầy giáo hớng dẫn thầy cô giáo môn giúp em hiểu sâu môn học nh phơng pháp thiết kế chế tạo dụng cụ cắt cách hợp lý Em xin chân thành cám ơn thầy giáo Trịnh Khắc Nghiêm đà tận tình bảo để em hoàn thành đồ án thời hạn Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy cô môn khoa Cơ khí chế tạo máy Thái Nguyên ngày tháng năm 2003 Sinh viên Nguyễn Văn Thanh phần I thiết kế mũi khoan xoắn 17 I Đặc điểm vai trò mũi khoan Mũi khoan chi tiết dạng trục, dụng cụ cắt để gia công lỗ hình trụ vật liệu khoan rộng lỗ có sẵn Lỗ khoan khoan thủng không thủng tuỳ thuộc vào yêu cầu kỹ thuật chi tiết gia công SVTH: Nguyễn Văn Thanh - Lớp TC2000M Trang Thuyết minh đồ ¸n tèt nghiƯp: ”ThiÕt kÕ mịi khoan xo¾n 17” Gia công mũi khoan đạt đợc độ xác cấp 12 13, cấp nhẵn bề mặt (RRa =  20) (RRz = 20  80) Do độ xác cao độ nhẵn bề mặt chi tiết gia công đạt đợc không cao nên mũi khoan thờng đợc dùng để gia công thô Tuỳ thuộc vào công dụng mà mũi khoan có loại sau: + Mũi khoan loại sâu + Mũi khoan lỗ tâm + Mũi khoan xoắn ta xét mủi khoan xoắn II Chọn vật liệu làm dao Để đảm bảo khả cắt gọt mũi khoan vật liệu để chế tạo mũi khoan cần đảm bảo yêu cầu sau: - Độ cứng: Phải có độ cứng lớn độ cứng vật liệu gia công - Độ bền học: Chịu đợc lực xung lực lớn - Tính bền nhiệt: Khả làm việc nhiệt độ cao thời gian dài - Tính chịu mài mòn: Nguyên nhân gây mòn dao tợng dính vật liệu dao vật liệu gia công nhiệt độ chảy dính Vì độ cứng vật liệu làm dao cứng tính chịu mài mòn cao - Tính công nghệ: Tính tốt, độ thấm cao thoát bon nhiệt luyên thấp độ dẻo trạng thái nguội nóng, rễ gia công độ dẫn nhiệt cao chịu đợc va chạm - Tính kinh tế: Giá thành thấp Hiên có loại vật liệu làm dùng dụng cụ cắt nh : + Thép bon dụng + ThÐp hỵp kim dơng + ThÐp giã + Thép hợp kim cứng Thép bon dụng cụ - Để đảm bảo cho thép bon dụng cụ có đủ độ cúng độ bền, tính chịu mài mòn hàm lợng bon thép phải trạng thái khoảng 0,7% %C 2,14% SVTH: Nguyễn Văn Thanh - Lớp TC2000M Trang Thuyết minh đồ án tốt nghiệp: Thiết kế mũi khoan xoắn 17 - Độ cứng sau đạt HRC 60 62, sau đ ®é cøng HB = 107 217 nên dỡ gia công cắt áp lực - Thép bon dụng cụ có đặc điểm sau: + TÝnh thÊm t«i thÊp: Do tÝnh thÊm t«i thÊp nên phải nớc, khiến cho dụng cụ sau dễ bị nứt vỡ, h hỏng + Tính chịu nóng thấp không đợc hợp kim hoá nên Mác ten xít thép dễ bị phân tích nung nóng làm cho độ cứng dụng cụ giảm nhanh + ThÐp c¸c bon dơng Y7, Y8, Y9, Y10, Y12, Y13 làm việc tốc độ thấp  10 (Rm/ph), ®é bỊn nhiƯt (R200  250)0C ThÐp hỵp kim dơng cơ: - ThÐp hỵp kim dơng cụ thép có hàm lợng bon hàm lợng số nguyên tố tơng đối cao (R0,5 % C) - ThÐp XBГ (RcrwMn) Ýt bÞ biÕn dạng nhiệt luyện dùng để chế tạo dao có kích thớc nhỏ, chiều dài lớn - Tôi dầu độ cứng đạt đợc > HRC 60 làm việc với tốc độ V = 14 (Rm/ph) t0 = 250  3000 C ThÐp giã ThÐp giã thép dụng cụ hợp kim cao, có tính tự nguyên tố hợp kim chủ yếu W Cr - Thép gió có độ bền nhiệt cao (R600 650)0C, chịu độ mài mòn tốt, độ cứng sau nhiệt luyện đạt HRC (R6065) D chọn thép gió làm dụng cụ cắt nâng cao đợc tốc đọ cắt từ lần so với thép hợp kim dụng cụ khác Tốc độ cắt tối ®a cđa thÐp giã lµ V = 50 (Rm/ph) - Mác thép thờng dùng phổ biến thờng P9 P 18 Ngoài sử dụng P9 4, P16 2, P9K5, P10K5 Nói chung khả cắt tuổi bền làm việc tốc độ cao thép gió P9, P18 tơng đơng Khi làm việc tốc độ thấp nhân tố định độ bền dao độ bền nhiệt mà khả mài mòn trạng thái nguội Trong trờng hợp tuổi bền dao P18 lớn gấp lần tuổi bền dao P9 Vì hàm lợng Va na cao P9 (R90w9Cr4V2) nên P9 cứng hơn, khó mài P18 (R75w18Cr4V) SVTH: Nguyễn Văn Thanh - Lớp TC2000M Trang Thuyết minh đồ án tốt nghiệp: Thiết kế mũi khoan xoắn 17 Khi mài sắc dao P9 dễ gây tợng cháy bề mặt, mà độ cứng giảm Thép P9 có hàm lợng bít nên dễ gia công trạng thái nóng, điều quan trọng loại dao mà phải gia công đợc thời điểm biến dạng dẻo Nhợc điểm: Cơ thép gió dẫn nhiệt kém, ram phức tạp P9: Sai số cho phép nhiệt độ không qóa 200C P18: Sai sè cho phÐp cđa nhiƯt ®é không qúa 100C - Nếu nhiệt độ qúa thấp độ hạt lớn nên làm cho tính giảm Nếu qúa cao gây cháy bề mặt làm giảm độ cứng - Trong thép gió P9 P18 hàm lợng (RM0) nhỏ không qúa 0,3 % Để đảm bảo giảm lợng (Rw) thép có hàm lợng (RM0) theo tỷ lệ 1% M0 thay cho 2% w lúc nhận đợc thép gió w Nói chung tính loại thép gió w M0 nh Hợp kim cứng Hợp kim cứng vật liệu có tính cắt tốt, có độ cứng HRC < 70, độ bền nhiƯt cao (R8001000)0C cã c¶ ti tan tõ 56% Dao làm hợp kim cứng cho phép cắt tốc độ cao V = 100 200 (Rm/ph) Vì mà xuất cao gấp 23 lần thép gió Tuy dao hợp kim cứng có độ bền uốn kém, độ dẻo Do cần làm việc điều kiện va đập, lợng d gia công phân bố đồng đều, độ cứng vững công nghệ cao - Hợp kim chia làm nhóm: + Nhóm bít WC (RCác bít vônfram) Tổ chức gồm: W +C0, kí hiệu BK Thờng dùng gia công gang kim loại mầu + Nhóm bít WC + Tic Tỉ chøc gåm: WC + Tic+C0, kÝ hiƯu TK Loại có độ cứng cao, thờng dùng để gia công thép gió + Nhóm bít WC + Tic + TaC Kí hiệu TTK Thờng đợc dùng gia công vật liệu có độ cứng độ bền cao Ngoài số vật liệu kể ngày ngời ta sử dụng vật liệu gốm để làm dụng cụ cắt cho xuất cao Thông qua việc phân tích tính chất công dụng số loại vật liệu thờng dùng chế tạo dụng cụ cắt, ta thấy rằng, để gia công vật liệu thép có độ SVTH: Nguyễn Văn Thanh - Lớp TC2000M Trang Thuyết minh đồ án tốt nghiệp: Thiết kế mũi khoan xoắn 17 cứng trung bình mà dụng cụ mũi khoan việc chọn vật liệu chế tạo mũi khoan thép gió P18 hoàn toàn hợp lý Vì có đầy đủ độ bền f tốt độ mòn trạng thái nguội, tính ổn định nhiệt luyện, tính mài tốt hơn, đặc biệt mài sắc Bảng thành phần hoá học thép gió P18 Thành phần hoá học % Các bon 0,75 Vonfram 18 Crôm Vanađi III Kết cấu mũi khoan - Mũi khoan xoắn tiêu chuẩn 17 + Vật liệu chÕ t¹o : hÐp giã P18 + KÝch thíc mịi khoan: Tra sổ tay công nhân khí (RCPABO4HR- METAHИCTA)  ta cã: N02 R d D d1 e l0 l1 l2 L d = 17,0 (Rmm)  L = 230 (Rmm) l0 = 135 (Rmm) l1 = 78,5 (Rmm) l2 = 90,5 (Rmm) D = 17,981 (Rmm) d1 = d - 0,8 = 17,0 - 0,8 = 16,2 (Rmm) N02 KÕt cÊu mòi khoan - KÕt cÊu mũi khoan đợc chia làm phần: + Cán dao + Cổ dao + Phần làm việc a Phần cán dao (l1) - Cán dao dùng để định vị mũi khoan vào trục máy đồ gá, để truyền chuyển động mô men xoắn cắt SVTH: Nguyễn Văn Thanh - Lớp TC2000M Trang Thuyết minh đồ án tốt nghiệp: Thiết kế mũi khoan xoắn 17” - Víi mịi khoan cã ®êng kÝnh > 12 (Rmm) thờng dùng cán dao dạng côn Moóc Dạng có u điểm khả định tâm cao đờng tâm mũi khoan đờng tâm máy, truyền đợc mô men xoắn lớn Nhng có nhợc điểm khó chế tạo - Trên phần cán dao có phần chuôi dẹt (Re) dùng làm chuẩn công nghệ qúa trình chế tạo tháo mũi khoan khỏi trục đồ gá làm việc xong (RTheo sæ tay CNCTM tËp 2, 3, 4)  ta cã kích thớc phần cán côn phần chuôi dẹt nh sau: D 17,981 D2 14,095 d3 13,6 l1 78,5 b 6,3 e 16,5 t 10,5 R r 1,5 t R d2 b D e l1 R d3 b Phần cổ dao 450 - Cổ dao phần nối tiếp cán dao với phần làm việc, có tác dụng tạo không gian thoát đá mài, nhÃn hiệu đợc ghi + Kích thớc đờng kính cổ dao đợc tính: d2 = d - 0,8 = 17 - 0,8 = 16,2 (Rmm) + KÝch thíc chiỊu dài cổ dao đợc tính: l2 - l1 = 90,5 - 78,5 =12 (Rmm) (RC«ng thøc tra sỉ tay CNCTM tập 2, 3, 4) c Phần làm việc (l0): Phần làm việc bao gồm phần định hớng phần cắt - Phần định hớng: Có tác dụng định hớng cho mũi khoan làm việc, phần dự trữ để mài lại phần cắt bị mòn SVTH: Nguyễn Văn Thanh - Lớp TC2000M Trang Thuyết minh đồ án tốt nghiệp: Thiết kế mũi khoan xoắn 17 - Đờng kính phần định hớng giảm dần phía cán dao, có tác dụng giảm ma sát, ngăn ngừa kẹt lỗ Độ côn ngợc lấy từ (R0,04 0,08) 100 (Rmm) chiều dài Đối với mũi khoan 17 ta chọn độ côn ngợc đờng kính 0,08 100(Rmm) chiều dài phần làm việc mũi khoan - Trên phần định hớng có rÃnh xoắn có tác dụng thoát phoi với góc xoắn = 300, bớc xoắn đợc tính theo công thức: H= π D 3,14 17 = =92,456≈92,5(mm) tg ω tg 300 Dạng rÃnh xoắn tiết diện đầu tức tiết diện thẳng góc với trục Đối với mũi khoan tiêu chuẩn dạng lỡi cắt thờng thẳng phần cắt tiết diện đầu có dạng cong Mô đun rÃnh xoắn tơng ứng với đờng kính mũi khoan dải cạnh viền làm nhiệm vụ định hớng mũi khoan làm việc, đồng thời giảm ma sát mũi khoan chi tiết gia công: + Chiều rộng cạnh viền: f = (R0,3 2,6) mm  chän f = 1,6 (Rmm) + ChiÒu cao c¹nh viỊn: h = (R0,1  1,2) mm  chọn h = 0,6 (Rmm) Phần kim loại hai rÃnh xoắn lõi mũi khoan Đờng kính lõi mũi khoan thờng đợc lấy lớn dần phía chuôi, lợng tăng dần thờng lấy từ (R1,41,8) mm Trên 100 mm chiều dài + Đờng kính lõi: d0 = (R0,125 0,3) d = (R2,6  6) mm  Chän d0 = 2,8 (Rmm) SVTH: Nguyễn Văn Thanh - Lớp TC2000M Trang Thuyết minh đồ án tốt nghiệp: Thiết kÕ mịi khoan xo¾n 17” f h d0 90 - Phần cắt: Gồm lỡi cắt: + lỡi cắt chÝnh + lìi c¾t phơ + lìi c¾t ngang + Lỡi cắt chính: Là thành phần chủ yếu trình gia công để bóc lớp kim loại, lỡi cắt giao mặt trớc mặt sau mũi khoan + Lỡi cắt phụ: Là đờng xoắn chạy dọc cạnh viền mũi khoan, giao mặt sau với cạnh viền + Lỡi cắt ngang: Là giao hai mặt sau: Mặt trớc mũi khoan mặt xoắn vít, mặt sau mặt côn, mặt phẳng hay mặt trụ, tuỳ theo phơng pháp mài sắc nhiệm vơ cđa mịi khoan Trong thùc tÕ ngêi ta thêng gặp số phơng pháp mài sắc sau: Theo mặt côn, mặt trụ, mặt xoắn vít theo hai mặt phẳng với mũi khoan tiêu chuẩn ta chọn mặt sau mặt côn, phơng pháp đợc dùng phổ biến công nghiệp Mặt sau mũi khoan phần mặt côn với góc =150, mặt côn thực tế không tồn tại, đợc hình thành nhờ động học kết cấu máy Trục mặt côn tởng tợng hợp víi trơc cđa mịi khoan mét gãc  = 450 cách trục khoảng a =(R1,81,9).d = (R60,632,3) Chọn a = 32 (Rmm) Trên hình chiếu trục OB song song víi mịi khoan OA c¸ch mét kho¶ng b = (R0,075  0,05) d = 1,19  0,85  Chän b = 1,1 (Rmm) SVTH: NguyÔn Văn Thanh - Lớp TC2000M Trang Thuyết minh đồ ¸n tèt nghiƯp: ”ThiÕt kÕ mịi khoan xo¾n 17” Trong ®ã: d lµ ®êng kÝnh mịi khoan a b B A (RTra b¶ng IX- 49 sỉ tay CNNCTM tâp 2, 3, 4) - Chiều dài phần làm việc: l0 = 135 (Rmm) - Chiều dài phần côn cắt: l01 = 17 (Rmm) - Chiều dài phần định hớng: l0 2= 118 (Rmm) Thông số hình học mòi khoan N-N AN D DA A N A N A A0 SVTH: 0Nguyễn Văn Thanh - Lớp TC2000M -0 Trang Thuyết minh đồ án tèt nghiƯp: ”ThiÕt kÕ mịi khoan xo¾n 17” a Gãc trớc () Góc trớc xác định góc hợp mặt trớc mặt đáy tiết diện N-N Xét điểm A lỡi cắt chính, góc trớc đợc tính theo công thức: tg AN = D A tgω D sin ϕ Trong đó: DA: Đờng kính mũi khoan xét điểm A D: Đờng kính mũi khoan xét đỉnh lớn : Góc nghiêng : Góc xoắn mũi khoan (Rtra bảng 37-thiết kế dụng cụ cắt kim loại tập I)  Ta cã víi ®êng kÝnh mịi khoan D = 17   = 300 b Gãc sau () Gãc sau mũi khoan đợc đo bề mặt quỹ đạo chuyển động điểm nghiên cứu lỡi cắt, tức mặt chứa điểm đồng trơc víi mịi khoan T¹i sè gãc sau cđa mịi khoan thay đổi tuỳ thuộc vào điểm nghiên cứu lỡi cắt theo quy luật tăng dần kể từ điểm đến tâm mũi khoan (RTra bảng 39- thiết kÕ dơng c¾t tËp I)  ta cã:  = 8140  chän  = 80 c Gãc nghiªng () Góc nghiêng (R) góc chủ yếu mũi khoan đóng vai trò góc nghiêng định đến suất tuổi bền mũi khoan Để đảm bảo cho hai lỡi cắt đối xøng qua trơc mịi khoan gãc ë ®Ønh thêng đợc xác định góc Khi giảm góc nghiêng cho phép mũi khoan đễ ăn sâu vào vật liệu, lỡi cắt dài ra, thoát nhiệt dễ hơn, nhiên nh làm cho độ bền mũi khoan giảm xuống Góc đợc chọn phụ thuộc vào vật liệu gia công Với mũi khoan tiêu chuÈn 2 = 116  1200  chän gãc 2 = 1200 d Gãc nghiªng phơ (1) Gãc nghiªng phơ đợc hình thành độ côn ngợc phần định híng, th«ng thêng 1 = 120  chän 1 = 20 e Góc xoắn () SVTH: Nguyễn Văn Thanh - Líp TC2000M Trang 10