Đồ án Tính toán thiết kế dụng cụ cắt kim loại

Đồ án môn học thiết kế dao. -------------------------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------- Đồ án môn học thiết kế dao GVHD: Nguyễn Thị Phương Giang Sinh viên thực hiện: Lê Hồng Sơn CTM6-K46 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Sinh viên thực hiện: Lê Hồng Sơn CTM6-K46 1 Đồ án môn học thiết kế dao. -------------------------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------- Lời nói đầu * * * Trong nghành cơ khí chế tạo máy để tạo hình chi tiết thì ngoài chuẩn bị thiết kế chi tiết, chuẩn bị trang thiết bị thì việc thiết kế, chế tạo dụng cụ cắt không thể không coi trọng. Dụng cụ cắt cùng với những trang thiết bị công nghệ khác đảm bảo tính chính xác, năng xuất và tính kinh tế cho chi tiết gia công. Vì vậy việc tính toán thiết kế dụng cụ cắt kim loại luôn là nhiệm vụ quan trọng của người kỹ sư cơ khí. Trong đồ án môn học này em được giao nhiệm vụ thiết kế những dụng cụ cắt điển hình đó là dao tiện định hình, dao chuốt lỗ trụ và dao phay đĩa modul. Ngoài việc vận dụng những kiến thức đã được học, các tài liệu về thiết kế... Em được sự hướng dẫn tận tình, chu đáo của các thầy cô trong bộ môn, đặc biệt là cô Nguyễn Thị Phương Giang đã giúp em hoàn thành đồ án này. Với thời gian và trình độ còn hạn chế, em mong được sự quan tâm chỉ bảo tận tình của các thầy để em thực sự vững vàng khi ra trường nhận công tác. Em xin trân thành cảm ơn. Sinh viên thiết kế Lê Hồng Sơn. ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Sinh viên thực hiện: Lê Hồng Sơn CTM6-K46 2 Đồ án môn học thiết kế dao. -------------------------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------- Phần I: Dao tiện định hình Yêu cầu: Thiết kế dao tiện định hình với số liệu sau: 2 Vật liệu gia công: thép 45 có b = 750 (N / mm ) 1. Phân tích chi tiết gia công: 2 Chi tiết gia công làm từ thép 45, b = 750 (N / mm ), bao gồm nhiều loại bề mặt tròn xoay, mặt trụ, mặt côn và mặt đầu. Đây là một chi tiết tương đối điển hình, kết cấu chi tiết cân đối. Độ chênh lệch đường kính không quá lớn. Trên chi tiết không có đoạn nào có góc profile quá nhỏ hoặc bằng 0. Do chi tiết có mặt côn nên khi gia công rất dễ xuất hiện sai số do lưỡi cắt không song song với đường tâm chi tiết. Song độ chính xác của chi tiết yêu cầu không cao. Mặt đầu chi tiết có độ chênh lệch đường kính không quá lớn. 2. Chọn loại dao: ở chi tiết này, có thể dùng dao lăng trụ hay dao tiện kiểu đĩa đều được cả. Song để đơn giản trong việc thiết kế, chế tạo cũng như gá và gia công. Ta chọn dao tiện định hình lăng trụ sẽ hợp lý hơn. Khi chọn dao lăng trụ thì dao ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Sinh viên thực hiện: Lê Hồng Sơn CTM6-K46 3 Đồ án môn học thiết kế dao. -------------------------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------- dễ chế tạo nhưng do chi tiết có mặt côn nên sẽ xảy ra hiện tượng lưỡi cắt chính không nằm trong mặt phẳng đi qua trục sẽ gây ra sai số gia công khi gá dao thẳng. Nhưng do độ chính xác của chi tiết không yêu cầu quá cao nên ta có thể bỏ qua sai số này. Do đó ta có thể chọn cách gá dao thẳng. Căn cứ vào chiều sâu max của chi tiết: d d 25 18 t max min   3,5 (mm). max 2 2 Dựa vào bảng 3.2a – Kết cấu và kích thước của dao tiện định hình lăng trụ trong sách “ Hướng dẫn thiết kế dụng cụ cắt kim loại ”. Ta có kích thước cơ bản của dao. B = 9; H = 75; E = 4; A = 15; F = 7; r = 0,5; d = 4; M = 21,31; 3. Chọn thông số hình học dụng cụ: Chọn góc trước: Dựa vào vật liệu gia công ta chọn góc trước của dao  = 25. Chọn góc sau : Góc sau  của dao chọn  = 12. 4. Tính toán dao tiện định hình lăng trụ gá thẳng: Công thức tính toán: A = r1.sin; Sin k = A / rk Ck = rk.cos k; B = r.cos  k = Ck – B = rk.cos k - r.cos  h k = k .cos(  +  ). Trong đó : r1 : bán kính chi tiết ở điểm cơ sở . rk : bán kính chi tiết ở điểm tính toán . 1: góc trước ở điểm cơ sở . k : góc trước ở điểm tính toán . Chọn điểm cơ sở: Điểm cơ sở được chọn là một điểm nằm ngang tâm chi tiết nhất hay xa chuẩn kẹp của dao nhất. Vậy ta chọn điểm 1 làm điểm cơ sở. ta có: r1 = r5 = 18/2 = 9 (mm); r2 = r3 = 20/2 = 10 (mm); r6 = r7 = 24/2 = 12 (mm);  Tính A: o A = r1.sin = 9.sin 25 = 3,8036 (mm);  Tính điểm 2 và 3: Có 2 trùng 3  2 = 3; T2 = T3 ; h2 = h3; o ta có : sin2 = (r1/r2).sin1 = (9 /10).sin25 = 0,3804 o  2 = 22,36 o o  T2 = C2 – B = r2.cos2 – r1.cos1 = 10.cos(22,36 ) – 9.cos25 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Sinh viên thực hiện: Lê Hồng Sơn CTM6-K46 4 Đồ án môn học thiết kế dao. -------------------------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------- = 1,092 (mm) o  h2 = T2.cos( + ) = 1,092.cos37 = 0,872 (mm) ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Sinh viên thực hiện: Lê Hồng Sơn CTM6-K46 5 Đồ án môn học thiết kế dao. -------------------------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Sinh viên thực hiện: Lê Hồng Sơn CTM6-K46 6 Đồ án môn học thiết kế dao. -------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------  Tính điểm 6 và 7: có 6 trùng 7  6 = 7;T6 = T7; h6 = h7 o ta có : sin6 = (r1/ r6).sin1 = (9/ 12).sin25 = 0,3169 o  4 = 18,479 o o  T6 = C6 – B = r6.cos6 – r1. cos1 = 12.cos(18,479 ) – 9.cos25 = 3,2245 (mm) o  h6 = T6.cos( + ) = 3,2245.cos37 = 2,575 (mm) Tính toán tại các điểm ta có được bảng thông số như sau: Điểm ri A sini i Ci(mm) i(mm) hi(mm) (mm) (mm) 1 9 0,4226 25 8,157 0 0 2 10 0,3804 22,36 9,248 1,092 0,872 3 10 0,3804 22,36 9,248 1,092 0,872 4 9 3,3715 0,4226 25 8,157 0 0 5 9 0,4226 25 8,157 0 0 6 12 0,3169 18,479 11,381 3,2245 2,575 7 12 0,3169 18,479 11,381 3,2245 2,575 5. Phần phụ của profile 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. ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Sinh viên thực hiện: Lê Hồng Sơn CTM6-K46 7 Đồ án môn học thiết kế dao. -------------------------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------- a = b = 1 (mm) g : Chiều rộng lưỡi dao cắt đứt chọn g = 1,5 (mm) f : Chiều rộng vát của chi tiết chọn f = 1 (mm) c = f +g + 1 = 3,5 (mm) 1 = 30  = 45 d = ( c – g ).tg + 2 = ( 3,5 – 1,5 ).tg45 + 2 = 4 (mm) Chiều dài của dao : L = lc + a + b + d = 17 + 1 + 1 + 4 = 23 (mm) 6. Thiết kế dưỡng do – dưỡng kiểm. Dưỡng do dùng để kiểm tra profin dụng cụ sau khi chế tạo. Kích thước danh nghĩa của dưỡng bằng kích thước danh nghĩa của dao. Kích thước danh nghĩa của dưỡng được quy định theo luật bao và bị bao giá trị các sai lệch có thể lấy theo cấp chính xác 7 với miền dung sai H, h (TCVN 2245 – 77). Dưỡng kiểm dùng để kiểm tra dưỡng do. Kích thước danh nghĩa dưỡng kiểm cũng được quy định theo luật bao và bị bao, song dưỡng do dễ chế tạo chính xác, khi đo bị mòn theo các phương, theo kinh nghiệm, người ta lấy kích thước danh nghĩa dưỡng kiểm bằng kính thước danh nghĩa dưỡng đo. Sai lệch lấy đối xứng, giá trị sai lệch có thể lấy theo cấp chính xác 6 với miền dung sai Js, js (TCVN 2245 – 77). Vật liệu dưỡng được chế tạo từ thép lò xo 65 là thép có tích chống mài mòn cao, độ cứng sau nhiệt luyện đạt được 58 – 65 HRC. Độ nhám các mặt làm việc đạt khoảng ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Sinh viên thực hiện: Lê Hồng Sơn CTM6-K46 8 Đồ án môn học thiết kế dao. -------------------------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------- Ra = 0,63 …0,32 (độ bóng  = 8 …9) các mặt còn lại đạt Ra = 1,25 (độ bóng  = 7). Dung sai chế tạo dưỡng được thể hiện ở bảng sau : Điểm 1 – 2 2 – 3– 1 – 5 5 – 6 6 – 7 7 – 8 8 – 9 9 - 3 4 10 Dưỡn Cao 2,5+0,0 0 1 0 7+0,0 0 2+0,0 0 3 g đo 09 09 06 Dài 6+0,009 6- 1 3+0,0 5+0,0 5+0,0 2+0,0 2+0,0 1,5 0,003 09 09 09 06 06 Dưỡn Cao 2,5±0,0 0 1 0 7±0,00 0 2±0,00 0 3 g 03 4 3 kiểm Dài 6±0,004 6±0,0 1 3±0,00 5±0,00 5±0,00 2±0,00 2±0,00 1,5 03 3 4 4 3 3 Kích thước danh nghĩa của dượng theo profile dao. 6. Điều kiện kỹ thuật: a, Vật liệu phần cắt: Thép P18 Vật liệu thân dao: Thép 45 b, Độ cứng sau khi nhiệt luyện: - Phần cắt HRC 62 – 65. - Phần cắt thân dao HRC 30 – 40. c, Độ bóng: - Mặt trước . - Mặt sau . - Mặt tựa trên thân dao thấp hơn Rz40. d, Sai lệch + góc mài sắc: - Sai lệch góc trước  : 22o1o - Góc  : 45o1o o o - Góc 1 : 30 1 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Sinh viên thực hiện: Lê Hồng Sơn CTM6-K46 9 Đồ án môn học thiết kế dao. -------------------------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------- Phần II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DAO CHUỐT LỖ TRÒN. 1. Phân tích chi tiết: Vật liệu gang 32 - 52, là vật liệu có độ cứng HB 210 50 Đường kính lỗ gia công 20X tương đương với 2020 . Đường kính lỗ trước khi chuốt ta coi là: 19,2 chiều dài chi tiết 50 (mm), như vậy chi tiết có chiều dài khá lớn. 2. Chọn sơ đồ chuốt: Ta có thể chọn các sơ đồ chuốt: chuốt ăn dần, chuốt lớp, chuốt mảnh. Nhưng với chuốt lỗ tròn ở đây ta chọn sơ đồ chuốt lớp. Sơ đồ chuốt: 3. Thiết kế dao: Lượng dư gia công: A = (Dmax – Dmin )/ 2 Dmax = DDN1 + SLT Dmin = DDN2 + SLD DDN1= 20 (mm) DDN2= 19,2 (mm) Tra bảng dung sai ta có: Với 20H7 có SLT = + 0,050 (mm). SLD = +0,020 (mm). Phôi có 19,2 có SLD = 0 (mm). SLD = 0 (mm).  Dmax = 20 + 0,050 = 20,050 (mm)  Dmin = 19,2 – 0 = 19,2 (mm) 20,050 - 19,2  A =  0,425 (mm) 2 4, Vật liệu làm dao chuốt: Dao chuốt làm từ 2 loại vật liệu phần đầu dao (hay phần cán) làm bằng thép kết cấu thép 45. Phần phía sau (từ phần định hướng phía trước trở về sau) làm bằng thép gió P18. 5, Phần răng cắt và sử dụng: ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Sinh viên thực hiện: Lê Hồng Sơn CTM6-K46 10 Đồ án môn học thiết kế dao. -------------------------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------- Dao chuốt chia ra làm 5 phần lớn - Phần đầu dao (I) gồm đầu kẹp, cổ dao, côn chuyển tiếp, phần răng (III) gồm phần răng cắt thô, răng cắt tinh, răng sửa đúng. - Phần dẫn hướng phía trước (II). - Phần dẫn hướng phía sau (IV). - Phần đo (V) (thường có đối với dao chuốt dài). - Phần răng là phần quan trọng nhất của dao chuốt nó được thiết kế trước để làm cơ sở cho các phần khác, kích thước răng, số lượng mỗi răng, đường kính các răng. 6. Lượng nâng răng dao: Theo bảng 6 “Hướng dẫn thiết kế t đồ án môn học/T16” với vật liệu là b GX 32 - 52 ta chọn được lượng nâng f Sz = 0,04 (theo một phía)  R Tính toán răng cắt:  r Tính toán răng cắt h Số răng cắt tinh: ta chọn số răng cắt Ztinh = 3 Chọn lượng nâng răng cắt tinh : Sz1 = 0,028 (mm) Sz2 = 0,020 (mm) Sz3 = 0,01 (mm) Sau răng cắt tinh cuối cùng là răng sửa đúng bằng đường kính răng cắt tinh cuối cùng. ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Sinh viên thực hiện: Lê Hồng Sơn CTM6-K46 11 Đồ án môn học thiết kế dao. -------------------------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------- Do không gian chứa phoi của dao chuốt là không gian kín nên ta cần phải tính không gian đủ lớn để có thể chứa hết lượng phoi sinh ra sau mỗi một răng chuốt. Profin của dao phải là các đường cong trơn không có các đường gấp khúc. Lượng dư do cắt tinh Atinh = Sz1+ Sz2 + Sz3 = 0,028 + 0,020 + 0,01 = 0,058 (mm) Số răng cắt thô A  Atinh 0, 425 0,048 Zthô = + 1 = + 1 = 10,175 Sz 0,04 Ta chọn lấy số răng cắt thô là: Zthô = 10 (răng). Cộng 1 là răng thô đầu tiên có Sz = 0. Lượng dư còn lại q = 0,175.0,04 = 0,007 < 0,015, do đó ta cho vào răng cắt đầu tiên. Do vật liệu chi tiết cần gia công là gang 32 – 52 có độ dẻo cao nên phoi sinh ra có dạng dây nên ta chọn profin của dao có dạng lưng cong. 7. Kết cấu dạng dao: Răng và rãnh được thiết kế sao cho đủ độ bền, phoi đủ bền, đủ không gian chứa phoi, tuổi bền và tuổi thọ của dao lớn và dễ chế tạo. - Profin dọc trục: Do vật liệu chi tiết có độ cứng trung bình nên tạo phoi dây. Vì vậy dạng rãnh được thiết kế có loại cung tròn nội tiếp để phoi dễ cuốn. Dạng răng và rãnh được đặc trưng bằng các thông số sau: Chiều sâu rãnh h. Bước răng t. Cạnh viền f. Chiều rộng lưng răng c. Bán kính rãnh R, r. Góc trước . ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Sinh viên thực hiện: Lê Hồng Sơn CTM6-K46 12 t Đồ án môn học thiết kế dao. b -------------------------------------------------------------------------------------------- f R --------------------------------------------------------------------  Góc sau . r h Bước lưng răng . Chiều sâu rãnh hay chiều cao rãnh h, bước răng t được thiết kế sao cho đủ không gian chứa phoi. Tiết diện rãnh thoát phoi. FB = F.K = K.SZ.LC Với K là hệ số lấp đầy rãnh: chọn K = 2 theo bảng 7 2 FB = 2.0,04.50 = 4,00 (mm ) Khi đó ta có bước răng t t = (1,25  1,5). Lc = (1,25  1,5). 50 = (8,84  10,6) mm. Chọn t = 10 (mm) Buớc răng sửa đúng : tsđ = (0,6  0,8).t = 6,0  8,0 (mm)  Chọn tsđ = 8 (mm) Chiều cao răng h h  1,13. K.Lc.Sz = 1,13. 3,00 = 1,96  Chọn h = 3 (mm) Bán kính cong của rãnh: R = (0,65  0,7).t = 6,5  7,0  Chọn R = 7,0 (mm) r = (0,5  0,75).h = 1,5  2,25  Chọn r = 2 (mm) b = (0,25  0,4).t = 2,5  4,0  Chọn b = 3 (mm) Cạnh viền f chọn: Răng cắt f = 0,05 Răng sửa đúng f = 0,2 (mm) Thông số hình học: Góc trước của răng cắt và răng sửa đúng được tra theo bảng 9 ta có Góc trước  =120150 chọn  =150 Góc sau : Đối với răng cắt thô : =30 Đối với răng cắt tinh : =20 Đối với răng cắt sửa đúng: =10 Số răng đồng thời tham gia cắt: L 50 ZMax = + 1 = + 1 = 6 (răng) t 10 Số răng sửa đúng: Tra bảng 10 ta có: zsđ = 5  6 (răng) ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Sinh viên thực hiện: Lê Hồng Sơn CTM6-K46 13 Đồ án môn học thiết kế dao. -------------------------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------- Số răng cắt của dao: ZC = Zthô + Ztinh = 10 + 3 =13 Tổng số răng của dao chuốt: Z = Zthô + Ztinh + Zsửa đúng = 10 + 3 + 5 = 18 Đường kính của dao: D1 = D0 + 2.q = 19,2 + 2.0,007 = 19,214 (mm) DZ = D1 + 2(z-1).SZ Khi đó ta tính được kích thước đường kính của răng dao chuốt như sau: D2 = D1 + 2.Sz = 19,214 + 2.0,04 = 19,294 (mm) D3 = D2 + 2.Sz = 19,294 + 2.0,04 = 19,374 (mm) D4 = D3 + 2.Sz = 19,374 + 2.0,04 = 19,454 (mm) D5 = D4 + 2.Sz = 19,454 + 2.0,04 = 19,534 (mm) D6 = D5 + 2.Sz = 19,534 + 2.0,04 = 19,614 (mm) D7 = D6 + 2.Sz = 19,614 + 2.0,04 = 19,694 (mm) D8 = D7 + 2.Sz = 19,694 + 2.0,04 = 19,774 (mm) D9 = D8 + 2.Sz = 19,774 + 2.0,04 = 19,854 (mm) D10 = D9 + 2.Sz = 19,854 + 2.0,04 = 19,934 (mm) - Số răng cắt tinh: D11 = D10 + 2.Sz = 19,934 + 2.0,028 = 19,99 (mm) D12 = D11 + 2.Sz = 19,99 + 2.0,02 = 20,03 (mm) D13 = D12 + 2.Sz = 20,03 + 2.0,01 = 20,050 (mm) - Số răng sửa đúng Dsd = 20,050  (mm). Với  là lượng lay rộng hay co của bề mặt lỗ sau khi chuốt. Trị số  phu thuộc vào tính chất của vật liệu gia công, chất lượng chế tạo dao chuốt, độ mòn của lưỡi cắt, chiều dày phoi và các yếu tố công nghệ khác. Hệ số  được xác định bằng thực nghiệm. Trong trường hợp này ta lấy giá trị  = 0,005 8 Chiều dài dao chuốt: Đường kính phần định hướng phía trước bằng đường kính lỗ trước khi chuốt. D3 = D0 = 19,1 (mm). L4chiều dài phần định hướng bằng chiều dài lỗ chuốt. L4 = 50 (mm). Xác định phần định hướng phía sau: Đường kính phần định hướng phía sau bằng đường kính lỗ sau khi chuốt. D7 = 20,021 (mm) Chiều dài phần định hướng phía sau. L7 = (0,5  0,7).L = (25  35) mm Lấy L7 = 30 (mm) ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Sinh viên thực hiện: Lê Hồng Sơn CTM6-K46 14 Đồ án môn học thiết kế dao. -------------------------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------- Xác định khoảng cách từ đầu dao đến răng đầu tiên L = L1 + Lh + Lm + Lb + L4 L1: Là chiều dài phần kẹp của đầu dao trong mâm cặp chọn L1= 80 (mm) Lh : Khe hở giữa chiều mặt đầu mâm cặp với thành máy; lấy Lh = 10 (mm) Lm: Là chiều dầy thành máy. Lb: Là chiều dày thành ngoài của bac tì. Thường lấy L1 + Lh + Lm + Lb = 120  160 ta lấy L1 + Lh + Lm + Lb = 140 (mm)  L = 140 + 40 = 180 (mm) - L2 chiều dài cổ dao: L2 = L- (L1 + L3 + L4) = 180 – (80 + 15 + 40) = 45 (mm). L3 chiều dài phần côn chuyển tiếp; ta lấy L3 = 15 (mm). - Xác định chiều dài phần răng cắt thô và cắt tinh. L5 = t.ZC = 10.18 = 180 mm - Xác định chiều dài phần răng sửa đúng Lsửa đúng = L6 = tSửa đúng. Zsửa đúng = 7.5 = 35 (mm) - Chiều dài toàn bộ dao. Ld = L + L2 + L3 + L5 + L6 + L7 = 180 + 45 + 15 + 180 + 35 + 30 = 485 (mm). Kiểm tra điều kiện cứng vững của chiều dài dao . [Ld] = 40.20 =800 (mm). Vậy: Ld < [Ld]  dao chuốt đảm bảo đủ cứng Sức bền dao chuốt: Tính lực chuốt lớn nhất: X Pmax=CP.SZ . b .Zmax.K. Kn. Km CP: là hằng số phụ thuộc vật liệu gia công. Tra bang 12 ta có Cp = 762 x: là số mũ, x = 0,85 SZ: lượng nâng của răng: Sz = 0,03. K; Kn; Km: các hệ số do ảnh hưởng của góc trước; dung dịch nguội lạnh; mức độ cùn của răng dao. Đối với dao chuốt lỗ trụ ; X Pmax = CP.SZ .b .Zmax.K. Kn. Theo bảng 13 ta có : K = 0,93; Kn = 1,15; Km = 1,34; 0.85 Pmax = 7000.(0,03) .4.6.0,93.1,15.1,34 = 3055 (N) Kiểm tra sức bền dao chuốt: P max x = Fx ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Sinh viên thực hiện: Lê Hồng Sơn CTM6-K46 15 Đồ án môn học thiết kế dao. -------------------------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------- 2 2