Đồ án Thiết kế dụng cụ công nghiệp

2TRƯỜNG ĐHBK HÀ NỘI Bộ môn GCVL và DCCN Họ và tên: Vũ Ngọc Phúc Lớp: Kỹ thuật cơ khí 01 – K60 NHIỆM VỤ THIẾT KẾ MÔN HỌC THIẾT KẾ DỤNG CỤ CÔNG NGHIỆP 1. Thiết kế dao tiện định hình để gia công chi tiết như hình vẽ. Vật liệu chi tiết CT45 có σb=750Mpa(≈75KG/mm2) Pa L1 L2 L3 L4 Ø1 Ø2 R 1 20 12 28 10 22 50 20 2 22 10 30 10 20 52 21 3 21 12 28 10 21 54 22 4 20 10 32 10 24 56 24 5 21 12 30 10 26 50 26 6 18 10 30 10 30 52 20 2. Thiết kế dao chuốt lỗ then hoa có chiều dài lỗ chuốt L=25mm, các kích thước khác theo bảng dưới. Vật liệu làm chi tiết có lỗ then hoa CT45 σb=750Mpa (≈75KG/mm2) P/a Kích thước then hoa lắp ghép 1 D-8x36x40H7f7x7F8f7 2 D-8x42x46H7f7x9F8f7 3 D-8x46x50H7f7x9F8f7 4 D-8x52x58H7f7x10F8f7 5 D-8x56x62H7f7x10F8f7 3. Thiết kế dao phay đĩa modul để gia công bánh răng bằng CT45 có σb=750Mpa(≈75KG/mm2), theo bộ 8 con dao, góc ăn khớp α0=20o , hệ số dịch chỉnh ξ=0 P/a 1 2 3 4 5 m 4 5 6 7 8 Z 21÷25 26÷34 35÷54 26÷34 35÷54 Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Người hướng dẫn: T.S Trần Xuân Thái MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Hình dạng chi tiết cần gia công 2 Hình 1.2 Cấu tạo chi tiết cần gia công 3 Hình 1.3 Chia điểm trên cung tròn R 4 Hình 1.4 Sơ đồ tính toán các thông số profile dao 5 Hình 1.5 Kích thước cơ bản của dao 8 Hình 1.6 Các kích thước phần phụ 9 Hình 1.7 Profile dao trong tiết diện trùng mặt trước 10 Hình 1.8 Profile dao trong tiết diện vuông góc mặt sau 10 Hình 2.1 Thông số lỗ then hoa 12 Hình 2.2 Sơ đồ chuốt 12 Hình 2.3 Cấu tạo dao chuốt 13 Hình 2.4 Dạng răng và rãnh trog tiết diện chiều trục 15 Hình 2.5 Mặt cắt ngang dao chuốt lỗ then hoa 17 Hình 2.6 Cấu tạo phần đầu dao chuốt 20 Hình 2.7 Dẫn hướng phía trước dao chuốt lỗ then hoa 20 Hình 2.8 Lỗ tâm 21 Hình 3.1 Sơ đồ tính toán profile bánh răng thân khai 24 Hình 3.2 Đường thân khai của đường tròn 24 PHẦN I: THIẾT KẾ DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH Nhiệm vụ cơ bản của quá trình thiết kế dao tiện định hình được tiến hành theo trình tự sau: - Phân tích hình dạng, độ chính xác yêu cầu của chi tiết để chọn kiểu dao cho phù hợp. - Chọn góc độ dao. - Chọn điểm cơ sở để tính toán chiều cao profile dao. - Thiết kế kết cấu dao. 1.1 Yêu cầu đề bài Thiết kế dao tiện định hình với các yêu cầu sau: - Vật liệu gia công: Phôi thép CT45 có σb=750Mpa(≈75KG/mm2) - Hình dạng chi tiết: Hình 1.1: Hình dạng chi tiết cần gia công 1.2 Phân tích chi tiết để chọn kiểu dao Chi tiết có dạng mặt trụ tròn xoay trên đó bao gồm các mặt côn, mặt trụ và mặt cong cho nên ta chọn dao tiện định hình lăng trụ chứ không chọn dao tròn, tuy khó chế tạo nhưng nó có các ưu điểm sau : + Độ cứng vững cao hơn, chính xác hơn. + Tránh được sai số loại 2 (sai số do nội tại dao tròn) + Việc mài sắc lại đơn giản hơn (chỉ mài theo mặt phẳng song song với mặt trước cũ) Dựa vào cơ tính của vật liệu gia công ta chọn vật liệu làm dao là thép gió P18 vì + Độ cứng sau nhiệt luyện đạt 62÷65 HRC. + Tính cứng nóng cao, chống mài mòn rất tốt + Tính công nghệ rất tốt, cắt gọt ở tốc độ cao. + Được sử dụng rất phổ biến. 1.3 Cách gá dao Dạng bề mặt của chi tiết cần gia công có cấu tạo như hình: Hình 1.2: Cấu tạo của chi tiết cần gia công Chi tiết có profile dạng côn ở đoạn 1-2 . Khi gia công, chi tiết quay quanh trục của nó và lưỡi cắt sẽ cắt ra bề mặt chi tiết. Trong chuyển động tương đối, bề mặt côn 1-2 của chi tiết được coi như do lưỡi cắt là đoạn thẳng nằm trong mặt trước T-T quay quanh trục tạo thành. Vì có góc trước γ nên mặt trước T-T không đi qua trục chi tiết (trục quay). Do đó biên dạng của chi tiết tạo thành có dạng mặt hyperboloid tròn xoay và do đó gây ra sai số ∆1 so với bề mặt côn yêu cầu 1-2. Để khử sai số ∆1 ta có thể sử dụng dao tiện định hình gá nâng nhưng khi đó do tồn tại mặt cong 3-4 nên ta phải chế tạo 2 con dao để tiến hành gia công chi tiết. Do đó sẽ gây nên sự phức tạp khi gia công và thiết kế dao. Từ yêu cầu độ chính xác của loạt chi tiết không cần cao quá, ta chọn thiết kế dao tiện định hình gá thẳng để gia công loạt chi tiết này. 1.4 Thiết kế dao 1.4.1 Chọn điểm cơ sở Để tiện cho việc tính toán ta chọn điểm cơ sở theo nguyên tắc : điểm cơ sở là điểm nằm ngang tâm chi tiết, gần tâm chi tiết nhất (xa chuẩn kẹp dao nhất). Vậy ta chọn điểm cơ sở là điểm 1 như trên hình 1.3. Tại điểm cơ sở 1, dao có góc trước γ, góc sau α. Để tiện cho việc tính toán ta chia cung tròn R thành 7 điểm như sau: Hình 1.3: Chia điểm trên cung tròn R sinβ2=L32R=711 => β=79,0424° Với : Δβ=β6=79,04o6=13,17o 1.4.2 Chọn góc trước γ, góc sau α Với vật liệu gia công là thép C45 σb=750Mpa(≈75KG/mm2), tra theo bảng 3.1 trong 16 ta chọn: góc trước γ=20o , góc sau α=12o 1.4.3 Tính toán chiều cao profile dao Sơ đồ tính toán các thông số profile dao tại 1 điểm i bất kỳ trên lưỡi cắt được biểu diễn như sau: Hình 1.4: Sơ đồ tính toán các thông số profile dao Xét điểm i bất kỳ trên profin chi tiết ta có điểm i’ tương tứng trên profin dao : Gọi chiều cao profin của dao tại điểm i’ là hi a) Xây dựng công thức xác định profile dao trong tiết diện trùng với mặt trước (τi ) Thiết lập hệ tọa độ (1lτ) với: + Trục l song song với đường tâm chi tiết + Trục τ vuông góc với l và nằm trong mặt trước của dao Với mỗi điểm i trên chi tiết cho ta điểm i’ trên profile dao nên ta có tọa độ của i’ là: li'=liτi'=? τi’ : Chiều cao profile dao tại điểm i’ trong tiết diện trùng mặt trước. Từ sơ đồ tính ta có: τi=Ci-B B=r1.cosγ Ci=ri.cosγi A=ri.sinγi=r1.sinγ ð sinγi=r1ri.sinγ ð γi=arcsinr1ri.sinγ ð τi=ri.cosarcsinr1ri.sinγ-r1.cosγ b) Xây dựng công thức xác định profile dao trong tiết diện vuông góc với mặt sau (hi ) Thiết lập hệ tọa độ (1lh) với: + Trục l song song với đường tâm chi tiết + Trục h vuông góc với l và vuông góc với mặt sau của dao Với mỗi điểm i trên chi tiết cho ta điểm i’ trên profile dao nên ta có tọa độ của i’ là: li'=lihi'=? hi’ : Chiều cao profile dao tại điểm i’ trong tiết diện vuông góc với mặt sau. Từ sơ đồ tính ta có: hi'=τi.sinβ ðhi=τi.cos(α+γ) ð hi=ri.cosarcsinr1ri.sinγ-r1.cosγ.cos(α+γ) c) Tính toán profile dao tại các điểm Tại điểm 1: r1=10,5mm γ1=arcsinr1r1.sinγ=γ=20o C1=r1.cosγi=10,5.cos(20o)=9,8668(mm) τ1=r1.cosγ-r1.cosγ=0 h1=τ1.cos(α+γ)=0 Tại điểm 2, 3, 9, 10: r2=r3=r9=r10=27(mm) γ2=γ3=γ9=γ10=arcsinr1r2.sinγ=arcsin10,527.sin20o=7,64° C2=C3=C9=C10=ri.cosγi=27.cos(7,64o)=26,7601(mm) τ2=τ3=τ9=τ10=ri.cosγi-r1.cosγ ð τ2=τ3=τ9=τ10=27.cos(7,64o)-10,5.cos(20o)=16,8935(mm) h2=h3=h9=h10=τi.cos(α+γ)=16,8935.cos32o=14,3265(mm) Tại điểm 4, 8: r4=r8=25,3235(mm) γ4=γ8=arcsinr1r4.sinγ=arcsin10,525,3235.sin20o=8,15o C4=C8=r4.cosγi=25,3532.cos(8,15o)=25,0970(mm) τ4=τ8=r4.cosγ4-r1.cosγ=25,3532.cos8,15°- 10,5.cos⁡(20°)=15,2303(mm) h4=h8=τ4.cos(α+γ)=12,9161(mm) Tại điểm 5, 7: r5=r7=23,6470(mm) γ5=γ7=arcsinr1r5.sinγ=arcsin10,523,6470.sin20o=8,74o C5=C7=r5.cosγi=23,6470.cos(8,74o)=23,3727(mm) τ5=τ7=r5.cosγ5-r1.cosγ=23,6470.cos8,74°- 10,5.cos⁡(20°)=13,5056(mm) h5=h7=τ5.cos(α+γ)=11,4534(mm) Tại điểm 6: r6=21,9706(mm) γ6=arcsinr1r6.sinγ=arcsin10,521,9706.sin20o=9,41o C6=r6.cosγ6=21,9706.cos(9,41o)=21,6751(mm) τ6=r6.cosγ6-r1.cosγ=21,9706.cos9,41°-10,5.cos20°=11,8081(mm) h6=τ6.cos(α+γ)=10,0139(mm) Ta có bảng tính toán profile dao như sau: Điểm ri (mm) A (mm) γi sinγi Ci (mm) τi (mm) hi (mm) 1 10,5 3,5912 20 0,3420 9,8668 0 0 2 27 7,64 0,1329 26,7601 16,8935 16,8935 3 27 7,64 0,1329 26,7601 16,8935 16,8935 4 25,3235 8,15 0,1418 25,0970 15,2303 12,9161 5 23,6470 8,74 0,1520 23,3727 13,5056 11,4534 6 21,9706 9,41 0,1635 21,6751 11,8081 10,0139 7 23,6470 8,74 0,520 23,3727 13,5056 11,4534 8 25,3235 8,15 0,1418 25,0970 15,2303 12,9161 9 27 7,64 0,1329 26,7601 16,8935 16,8935 10 27 7,64 0,1329 26,7601 16,8935 16,8935 1.4.4 Kết cấu dao Chiều sâu cắt lớn nhất của chi tiết: tmax=dmax-dmin2=54-212=16,5(mm) dmax , dmin : đường kính lớn nhất và nhỏ nhất của chi tiết Dựa vào chiều sâu cắt lớn nhất tmax = 16,5 mm, tra bảng 3.2[1] ta được kích thước cơ bản của dao: (mm) B = 35 H = 90 E = 10 A = 40 F = 25 r = 1,0 d = 10 M = 55,77 Hình 1.5: Kích thước cơ bản của dao Chiều rộng lưỡi cắt : Phần phụ profin của dụng cụ có kích thước như trên hình: Hình 1.6: Các kích thước phần phụ Chọn kích thước của phần phụ như sau: b = 1 mm g: Chiều rộng lưỡi dao cắt đứt, g = 2 mm f: Chiều rộng vát của chi tiết, f = 1 mm c = f + g + 1 = 4 mm φ1=45o;φ=45o d=(c-g).tanφ1+2=(4-2).tan45o+2=4mm Chiều rộng toàn bộ dao : L = Lc + b + g + f + c + d = 71 + 1 + 2 + 1 + 4 + 4 = 83 mm a) Profile dao trong tiết diện trùng với mặt trước li τi Hình 1.7: Profile dao trong tiết diện trùng với mặt trước b) Profile dao trong tiết diện vuông góc với mặt sau li hi Hình 1.8: Profile dao trong tiết diện vuông góc với mặt sau e1.5 Điều kiện kỹ thuật của dao Vật liệu : Thép gió P18 Độ cứng sau nhiệt luyện : HRC=62 ¸65 Độ nhám bề mặt : - Mặt trước : Ra = 0,32mm - Mặt sau : Ra = 0,63mm - Mặt tựa thân dao: Ra = 0,63 mm Sai lệch các góc : - Sai lệch góc trước : γ=20o±1o - Sai lệch góc sau : α=12o±1o - Sai lệch góc sắc : β±30' 1.6 Bản vẽ chế tạo dao tiện định hình PHẦN II: THIẾT KẾ DAO CHUỐT Nhiệm vụ cơ bản của quá trình thiết kế dao chuốt được tiến hành theo trình tự sau: - Phân tích hình dạng, độ chính xác yêu cầu của chi tiết để chọn kiểu dao cho phù hợp. - Chọn vật liệu làm dao. - Thiết kế kết cấu dao. 2.1 Yêu cầu đề bài Thiết kế dao chuốt lỗ then hoa có thông số như sau: D-8x46x50H7f7x9F8f7 - Chiều dài lỗ chuốt: L = 25 mm - Định tâm theo đường kính ngoài - Số răng: Z = 8 - Đường kính trong: d = 46 mm - Đường kính ngoài: D = 50 mm - Lắp ghép theo yếu tố định tâm theo H7/f7 - Cấp chính xác gia công cần đạt H7 - Chiều rộng then: b = 9 - Vật liệu chế tạo: Thép 45 Hình 2.1: Thông số lỗ then hoa 2.2 Sơ đồ chuốt Khi chuốt lỗ then hoa thường dùng dao chuốt kéo khi đó lực sẽ tác dụng vào đuuôi dao và kéo nó. Hình 2.2: Sơ đồ chuốt 2.3 Vật liệu và cấu tạo dao chuốt Dao chuốt kéo thường được chế tạo từ hai loại vật liệu. Phần cán dao được làm bằng thép kết cấu C45. Từ phần định hướng trở về sau được làm bằng thép gió P18. Dao chuốt được chia thành 5 phần lớn. Phần đầu dao gồm đầu kẹp, cổ dao, côn chuyển tiếp. Phần răng dao gồm răng cắt thô, răng cắt tinh, răng sửa đúng. Phần định hướng phía trước, phần định hướng phía sau và phần đỡ giúp tăng cứng vững của dao khi gia công. Phần răng là quan trọng nhất của dao chuốt, nó được thiết kế trước làm cơ sở cho các phần khác. Thiết kế phần răng gồm xác định dạng profile răng, kích thước răng, số lượng mỗi dạng răng, đường kính các răng, ... Hình 2.3: Cấu tạo dao chuốt 2.4 Thiết kế dao 2.4.1 Phần răng cắt và răng sửa đúng Ở dao chuốt, răng sau cao hơn răng trước 1 lượng Sz được gọi là lượng nâng dao. Lượng nâng thay cho bước tiến dao. Trên phần răng cắt thô, các răng có lượng nâng bằng nhau. Trên răng cắt tinh, lượng nâng giảm dần. Trên răng sửa đúng lượng nâng bằng 0. Với lỗ then hoa thường, vật liệu là thép cacbon C45 tra bảng 5.2[1], ta chọn được lượng nâng của răng cắt thô Sz = 0,06 mm. Sau răng cắt thô là răng cắt tinh, số răng cắt tinh chọn là 3 răng với lượng nâng lần lượt là: Sztinh 1 = 0,8.Sz = 0,8.0,06 = 0,048 mm Sztinh 2 = 0,6.Sz = 0,6.0,06 = 0,036 mm Sztinh 3 = 0,4.Sz = 0,4.0,06 = 0,024 mm ð Atinh = 0,048 + 0,036 + 0,024 = 0,108 mm Sau răng cắt tinh cuối cùng là răng sửa đúng, đường kính của các răng sửa đúng bằng đường kính của răng cắt tinh cuối cùng, lượng nâng răng bằng 0. 2.4.2 Lượng dư gia công Ta có lượng dư gia công được tính theo công thức: A=Dmax-dmin2 Trong đó: Dmax – Đường kính lớn nhất của lỗ sau khi chuốt dmin – Đường kính lỗ trước khi gia công Ta có: Với Ø50H7 tra bảng 1 trang 133[3] ta được Dmax = Ø50,025 mm dmin = 46 mm. ð A=Dmax-dmin2 =50,025-462=2,0125 mm Lượng dư cho các răng cắt tinh và cắt thô được gọi là lượng dư tinh và lượng dư thô. - Lượng dư tinh: Atinh = 0,108 mm - Lượng dư thô: Athô = A – Atinh = 2,0125 – 0,108 = 1,9045 mm 2.4.3 Kết cấu răng và rãnh Kết cấu răng và rãnh là phần quan trọng của dao chuốt. Răng và rãnh được thiết kế sao cho dao đủ bền, răng đủ bền, đủ không gian chứa phoi, tuổi bền và tuổi thọ của dao lớn và dễ chế tạo. a) Profile dọc trục 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 phải có hình dạng và kích thước sao cho khi cắt ra phoi dễ dàng theo mặt trước, cuốn xoắn đều và nằm gọn trong rãnh. Với vật liêu gia công là thép 45, được sử dụng rất phổ biến, được dùng chế tạo các chi tiết chịu tải trọng tĩnh và va đập tương đối cao mà bề mặt có thể bị mài mòn như trục, bánh răng... để có cơ tính cao cần nhiệt luyện (tôi+ram cao). Khi chuốt vật liệu dẻo như chuốt thép thường tạo ra phoi dày. Vì vậy rãnh được thiết kế có dạng lưng cong (có 2 cung tròn nối tiếp) để phoi dễ cuốn. Hình 2.4: Dạng răng và rãnh trong tiết diện chiều trục Trong đó: t – Bước răng h – Chiều cao rãnh f – Cạnh viền b – Chiều rộng lưng răng r, R – Bán kính rãnh α – Góc sau γ – Góc trước Xác định giá trị của các thông số: Răng cắt thô: Bước răng t và chiều sâu rãnh được tính toán thiết kế sao cho đủ không gian chứa phoi, rãnh có diện tích là: FR=K.L.Sz Trong đó: L – Chiều dài của chi tiết. Sz – Lượng nâng răng Tra bảng 5.4 – [1] ta được K = 3,5 Như vậy: FR=K.L.Sz=3,5.25.0,06=5,25 mm2 Ta có: h≥1,13.K.Sz.L=1,13.5,25=2,59 mm Lấy chiều rộng then theo tiêu chuẩn: h = 3 Các thông số khác được tính theo kinh nghiệm như sau: t = (2,5 ÷ 2,8).h = 7,5 ÷ 8,4 Chọn t = 8 r = (0,5 ÷ 0,55).h = 1,5 ÷ 1,65 Chọn r = 1,5 b = (0,3 ÷ 0,4).t = 2,4 ÷ 3,2 Chọn b = 3 R = (0,65 ÷ 0,8).t = 5,2 ÷ 6,4 Chọn R = 6 Góc trước γ được chọn theo vật liệu gia công, tra bảng 5.5[1] được γ = 12° Góc sau của dao chuốt được chọn rất nhỏ để hạn chế hiện tượng giảm đường kính sau mỗi lần mài lại. Góc sau được chọn: α = 3o Răng cắt tinh: Bước răng t và chiều sâu rãnh được tính toán thiết kế sao cho đủ không gian chứa phoi, rãnh có diện tích là: FR=K. L.Sz Trong đó: L – Chiều dài của chi tiết. Sz – Lượng nâng răng Tra bảng 5.4 – [1] ta được K = 3,5 Như vậy: FR=K.L.Sz=3,5.25.0,048=4,2 mm2 Ta có: h≥1,13.K.Sz.L=1,13.4,2=2,32 mm Lấy chiều rộng then theo tiêu chuẩn: h = 2,5 Các thông số khác được tính theo kinh nghiệm như sau: t = (2,5 ÷ 2,8).h = 6,25 ÷ 7 Chọn t = 7 r = (0,5 ÷ 0,55).h = 1,25 ÷ 1,375 Chọn r = 1,5 b = (0,3 ÷ 0,4).t = 2,1 ÷ 2,8 Chọn b = 2,5 R = (0,65 ÷ 0,8).t = 4,55 ÷ 5,6 Chọn R = 5 Góc trước γ được chọn theo vật liệu gia công, tra bảng 5.5[1] được γ = 12° Góc sau của dao chuốt được chọn rất nhỏ để hạn chế hiện tượng giảm đường kính sau mỗi lần mài lại. Góc sau được chọn: α = 2o Răng sửa đúng: Bước răng t và chiều sâu rãnh được tính toán thiết kế sao cho đủ không gian chứa phoi, rãnh có diện tích là: FR=K.L.Sz Trong đó: L – Chiều dài của chi tiết. Sz – Lượng nâng răng Tra bảng 5.4 – [1] ta được K = 3,5 Như vậy: FR=K.L.Sz=3,5.25.0,024=2,1 mm2 Ta có: h≥1,13.K.Sz.L=1,13.2,1=1,64 mm Lấy chiều rộng then theo tiêu chuẩn: h = 2 Các thông số khác được tính theo kinh nghiệm như sau: t = (2,5 ÷ 2,8).h = 5,0 ÷ 5,6 Chọn t = 5 r = (0,5 ÷ 0,55).h = 1,0 ÷ 1,1 Chọn r = 1 b = (0,3 ÷ 0,4).t = 1,5 ÷ 2,0 Chọn b = 2,0 R = (0,65 ÷ 0,8).t = 3,25 ÷ 4,00 Chọn R = 4,0 Góc trước γ được chọn theo vật liệu gia công, tra bảng 5.5[1] được γ = 12° Góc sau của dao chuốt được chọn rất nhỏ để hạn chế hiện tượng giảm đường kính sau mỗi lần mài lại. Góc sau được chọn: α = 1o b) Profile trong tiết diện vuông góc với trục Để làm giảm ma sát giữa lưỡi cắt với thành lỗ then hoa người ta thiết kế cạnh viền f với góc nghiêng phụ ϕ1 (trị số f = 0,8 ÷1 mm, φ1=2o) Để giảm ma sát trong quá trình cắt thì đường kính đáy trượt được chọn nhỏ hơn đường kính phần định hướng phía trước 1mm Để thoát đá khi mài cạnh viền f của lưỡi cắt phụ thì chân răng có rãnh thoát đá với bán kính lượn r = 0,5mm có tâm nằm trên đường kính đáy trượt. Hình 2.5: Mặt cắt ngang dao chuốt lỗ then hoa Răng dao chuốt 2.4.4 Số răng và đường kính dao chuốt a) Số răng của dao chuốt - Số răng cắt thô: Zthô Ta có: Zth=AthSz+1=A-AtinhSz+1=2,0125-0,1080,06+1=45 Gọi q=AthSz.Sz=1,90450,06.0,06=0,0445>0,015 nên ta lấy thêm 1 răng cắt thô nữa. ð Zthô = 45 + 1 = 46. - Số răng cắt tinh: Ztinh = 3 răng - Số răng sửa đúng: Zsđ = 5 răng - Số răng lớn nhất đồng thời tham gia cắt: Z0=Lt+1=258+1=4 L – Chiều dài chi tiết gia công t – Bước răng thô Để dao định hướng tốt và không quá tải thì số răng đồng thời tham gia cắt nằm trong khoảng 3 ÷ 8 răng ð thỏa mãn yêu cầu với Z0 = 4 răng b) Đường kính các răng dao chuốt Với răng cắt thô: Do q = 0,0445 > 0,015 nên D1 = Dmin = 46 mm D2 = D1 + 2.q = 46 + 2.0,0445 = 46,089 Di=Di-1+2.q với i = 3 ÷ 50 Vậy ta có bảng tổng kết: Loại răng STT răng Đường kính Loại răng STT răng Đường kính Răng cắt thô 1 46 30 48,581 2 46,089 31 48,670 3 46,178 32 48,759 4 46,267 33 48,848 5 46,356 34 48,937 6 46,445 35 49,026 7 46,534 36 49,115 8 46,623 37 49,204 9 46,712 38 49,293 10 46,801 39 49,382 11 46,890 40 49,471 12 46,979 41 49,560 13 47,068 42 49,649 14 47,157 43 49,738 15 47,246 44 49,827 16 47,335 45 49,916 17 47,424 46 50,005 18 47,513 Răng cắt tinh 47 50,025 19 47,602 48 50,025 20 47,691 49 50,025 21 47,780 Răng sửa đúng 50 50,025 22 47,869 51 50,025 23 47,958 52 61,982 24 48,047 53 62,030 25 48,136 54 62,030 26 48,225 27 48,314 28 48,403 29 48,492 2.4.5 Kiểm nghiệm bền dao chuốt Sơ đồ lực tác dụng: mỗi răng cắt của dao chịu 2 lực thành phần tác dụng. Thành phần hướng kính Py hướng vào tâm dao. Tổng hợp các lực Py của các răng sẽ triệt tiêu, thành phần dọc trục Pz song song với trục chi tiết. Tổng hợp các lực chiều trục Pz sẽ là lực chiều trục P tác dụng lên tâm dao. Lực cắt Pz tác dụng lên mỗi răng có thể làm mẻ răng. Song trường hợp này ít xảy ra. Lực tổng hợp P dễ làm dao đứt ở tiết diện đáy răng đầu tiên. Điều kiện bền kéo xác định ở mặt cắt đáy răng đầu tiên: σbk=PmaxF=4Pπ.D12≤σbk Trong đó: D1 – đường kính đáy răng đầu tiên D1 = dmin – 2.h = 46 – 2.3 = 40 (mm) Pmax – lực kéo lớn nhất tác dụng lên dao chuốt: Ppzx0γnmmax Với: - Cp – hằng số phụ thuộc vào hình dáng của dao chuốt, vật liệu của chi tiết gia công. Với vật liệu là thép 45 ta tra bảng (5.9) ta có Cp = 2300 N/mm - K – hệ số hiệu chỉnh ma sát khi cắt Tra bảng (5.10) ta có KƔ = 0,93; Kn=1; Km=1 - B – tổng chiều dài lưỡi cắt trên vành răng. B = b.Z = 9.8 = 72 mm - Z0 – Số răng cùng cắt Z0= 4 ð P=2300.0,060,85.72.4.0,93.1.1=62005N ð σbk=PmaxF=4Pπ.D12=4.62005π.402=49,34≤σbk=200N/mm2 Vậy dao thỏa mãn điều kiện bền 2.4.6 Phần đầu dao Phần đầu dao bao gồm đầu kẹp, cổ dao, côn chuyển tiếp. a) Phần đầu kẹp Phần đầu kẹp được tiêu chuẩn hóa, để chọn được kích thước hợp lý, phần đầu kẹp được xác định theo điều kiện bền kéo: σbk=PmaxF=4Pπ.D'12≤σbk Trong đó: Pmax: lực kéo lớn nhất tác dụng lên dao chuốt. Pmax = 62005 N σbk : giới hạn bền kéo của thép 45; σbk=200 N/mm2 D1'≥4.Pπ.σbk=4.62005π.200=20mm Tra bảng 5.13 ta có kích thước phần đầu dao: D1 D’1 d f a a1 a2 a3 l1 45 34 5 8 20 14 1 32 100 Hình 2.6: Cấu tạo phần đầu dao chuốt b) Phần cổ dao và côn chuyển tiếp Phần cổ dao dùng để nối dài dao cho thuận lợi khi chuốt. Đường kính cổ: D2 = D1 – (1 ¸ 2) = 40 – (1 ¸ 2) = (38 ¸ 39) mm. Chọn D2 = 38 mm Chiều dài phần cổ dao l2 được tính từ điều kiện gá đặt. l2=lg-l3=(lh+lm+lb)-l3 Với: lg – Chiều dài bạc gá lh – Chiều rộng khe hở lm – Chiều dày thành dao lb – Chiều dày bạc gá Trong thiết kế thường chọn lh = 5 ÷ 10 mm ð Chọn lh = 10 mm lm = 20 ÷ 30 mm ð Chọn lm = 30 mm lb = 10 ÷ 15 mm ð Chọn lb = 14 mm l3 = 0,5.D1 = 0,5.48 = 24 mm ð l2 = 10 + 30 + 14 – 24 = 30 mm 2.4.7 Phần định hướng phía trước Hình 2.7: Phần dẫn hướng phía trước của dao chuốt lỗ then hoa Do lct = 25 mm nên ta lấy chiều dài của phần dẫn hướng phía trước l4 = 40 mm. Đường kính D4 được lấy bằng đường kính lỗ trước khi chuốt vói kiểu lắp lỏng e8, D4 = 56e8 2.4.8 Phần dẫn hướng phía sau Do lct = 25 mm nên ta lấy chiều dài của phần dẫn hướng phía trước l7 = 20 mm. Đường kính phần dẫn hướng phía sau D7 lấy bằng đường kính răng sửa đúng với sai lệch f7, D6 = 56,025f7 mm. 2.4.9 Chiều dài dao Chiều dài phần cắt: l5 = 5 + t.Zc = 5 + 8. 46 + 3.7 = 394 mm Chiều dài phần sửa đúng: l6 = lsd = t.Zsd = 5.5 = 25 mm Tổng chiều dài của dao: (Chiều dài của dao phải nhỏ hơn hành trình máy và nhỏ hơn 30.Dmax) L = l1 + l2 + l3 + l4 + l5 + l6 + l7 = 100 + 30 + 24 + 40 + 394 + 25 + 20 = 633 mm Đảm bảo điều kiện: L = 633 < 30.D = 30.50 = 1500 mm 2.4.10 Lỗ tâm Lỗ tâm dùng trong khi chế tạo dao,dùng khi mài sắc lại, lỗ tâm có thêm mặt côn bảo vệ 1200 để giữ cho mặt côn làm việc 600 không bị xây xát. Tra bảng 5.14 ta có kích thước lỗ tâm. Đường kính đầu dao D1, mm Kích thước lỗ tâm, mm d D L L1 L2 46 3 7,5 7,5 3,6 1 Hình 2.8: Lỗ tâm 2.5 Điều kiện kỹ thuật của dao - Vật liệu phần cắt: thép gió P18. - Vật liệu phần đầu dao: Thép CT 45. - Độ cứng sau khi nhiệt luyện: + Phần cắt và phần định hướng phía sau HRC 62¸65 + Phần định hướng phía trước HRC 58¸60 + Phần đầu dao HRC 40¸47 - Mối hàn nằm trên phần côn chuyển tiếp. - Độ nhám: + Cạnh viền sửa đúng: Ra=0,32µm + Mặt trước, mặt sau răng, mặt dẫn hướng Ra=0,63µm + Các mặt không mài Ra=2,5µm - Độ đảo tâm trên 100mm chiều dài là: 0,005mm - Sai lệch chiều dài: ± 2mm - Độ sai lệch góc cho phép không vượt quá: + Góc trước ±10. + Góc sau răng cắt thô và răng cắt tinh ±30’. + Góc sau răng sửa đúng ±15’. - Sai lệch đường kính các răng cắt (trừ 2 răng cắt tinh cuối cùng): -0,018 - Sai lệch đường kính răng sửa đúng và 2 răng cắt tinh cuối cùng: -0,003 - Sai lệch chiều dày răng không được vượt quá: 0,01mm - Dung sai chiều dày răng sửa đúng không được vượt quá trị số 0,006mm (rãnh có cấp chính xác H8) - Nhãn hiệu dao: 2.6 Bản vẽ chế tạo dao chuốt lỗ then hoa PHẦN III: THIẾT KẾ DAO PHAY ĐĨA MODULE Nhiệm vụ cơ bản của quá trình thiết kế dao phay đĩa môđun được tiến hành theo trình tự sau: - Phân tích hình dạng, độ chính xác yêu cầu của chi tiết để chọn dao cho phù hợp. - Tính toán hình dáng lưỡi cắt. - Tính toán profile đoạn làm việc. - Thiết kế kết cấu dao. 3.1 Yêu cầu đề bài Thiết kế dao phay đĩa môđun theo bộ 8 con để gia công bộ bánh răng có yêu cầu sau: - Góc ăn khớp: α0=200 - Module: m = 6 - Số răng: Z = 35 ÷ 54 - Lượng dịch chỉnh: ξ=0 - Vật liệu: CT45 - Số hiệu dao: N0 = 3 3.2 Xác định các thông số hình học của dao Trong bộ dao phay đĩa module 8 con,dao mang số hiệu 4 có thể gia công được bánh răng có số răng Z = 24 ÷ 34 răng. Profile dao được tính toán theo số răng bé nhất (Z = 26) vì với dao này độ cong đường thân khai sẽ lớn nên với các bánh răng có Z > 26 được gia công bằng bánh răng có Z = 26 sẽ có profile doãng hơn tạo điều kiện ra vào ăn khớp dễ hơn (rãnh lớn ăn khớp không bị kẹt). Ta cần thiết kế dao phay đĩa module để gia công bánh răng với các thông số sau: - Module: m = 6 mm - Số răng: Z = 40 - Góc ăn khớp: α0=200 - Bước răng: tp = π.p = 3,14.6 = 18,84 mm - Chiều dày răng: S=m.π2=6.π2=6.3,142=9,42 mm - Bán kính vòng chia: Rc=r1=m.Z2=6.40 2=120 mm - Bán kính đỉnh răng: Ra=m.(Z+2)2=6.(40+2)2=126 mm - Bán kính chân răng: Rf=m.(Z-2,5)2=6.(40-2.5)2=90 mm - Bán kính đường tròn cơ sở: R0=m.Z.cosα2=6.40.cos2002=112,76 mm 3.3 Thiết kế dao 3.3.1 Tính toán profile dao phay đĩa module Để thiết kế được profile dao, ta lập hệ tọa độ vuông góc Oxy với tâm O trùng với tâm của bánh răng thân khai. Vì dao phay đĩa module có góc trước γ = 0 cho nên profile được tính toán chính là profile trong tiết diện đi qua trục dao. Giả sử có điểm M (x, y) bất kỳ nằm trên profle răng với bán kính rx thì tọa độ (x, y) chính là phương trình profile răng. Hình 3.1: Sơ đồ tính toán profile bánh răng thân khai Trong đó: r0 – Bán kính vòng cơ sở rc – Bán kính vòng tròn chia rx – Bán kính ứng với điểm M trên profile Rc – Bán kính đỉnh răng Ri – Bán kính chân răng Profile dao gồm 2 đoạn: - Đoạn làm việc là đoạn thân khai CB - Đoạn làm việc là đoạn cong chuyển tiếp thuộc khe hở chân răng BO1. a) Profile dao trong đoạn làm việc: Nguyên lý tạo hình đường thân khai: Cho một đường thẳng lăn không trượt trên một đường tròn, quỹ đạo của một điểm M thuộc đường thẳng đó sẽ vẽ ra đường cong thân khai. Vậy để tạo ra hình lưỡi cắt thân khai ta cho điểm M chuyển động theo phương trình đường thân khai trong khoang bán kính rf ≤ rm ≤ ra. Việc xác định profile lưỡi cắt chính là việc xác định tọa độ của tập hợp các điểm M trong hệ tọa độ đề các Oxy. Hình 3.2: Đường thân khai của đường tròn r0 – Bán kính vòng tròn cơ sở rm – Bán kính vector ứng với điểm M θm – Góc thân khai αm – Góc áp lực của đường thân khai. Theo sơ đồ tính toán hình 3.1 ta có: x=rM.sinδM=rM.sin(δ0+θM) y=rM.cosδM=rM.cos(δ0+θM) Ta có: θM=tanαM-αM=invαM δ0=δc-invα0=π2.Z-tanα0-α0 ð δ0+θM=π2.Z-invα0+invαM=π2.Z-tanα0-α0+tanαM-αM cosαM=r0rM ð αM=arcsin1-r02rM2 ð θM=tanarcsin1-r02rM2-arcsin1-r02rM2 ð x=rM.sinπ2Z-tanα0+α0+tanarcsin1-r02rM2-arcsin1-r02rM2y=rM.cosπ2Z-tanα0+α0+tanarcsin1-r02rM2-arcsin1-r02rM2 α0 – Góc ăn khớp trên vòng tròn chia bánh răng tiêu chuẩn α0 = 200 Vậy ta cho rM biến thiên từ r0 đến re thì sẽ vẽ được profile của răng. Chia thành 16 điểm và tính toán theo công thức ta có bảng thông số các điểm như sau: STT RM xi yi ∆x= xi+1 - xi ∆y= yi - rf 1 85,512 3,891 85,423 0 3,173 2 86,344 4,006 86,251 0,115 4.001 3 87,176 4,187 87,075 0,181 4.825 4 88,008 4,412 87,897 0,230 5.647 5 88,840 4,673 88,717 0,261 6.467 6 89,672 4,966 89,534 0,293 7.284 7 90,504 5,289 90,349 0,323 8.099 8 91,336 5,639 91,162 0,350 8.912 9 92,168 6,015 91,972 0,376 9.722 10 93,000 6,415 92,779 0,400 10.529 11 93,832 6,839 93,582 0,424 11.332 12 94,664 7,286 94,383 0,447 12.133 13 95,496 7,755 95,181 0,369 12.931 14 96,328 8,245 95,975 0,490 13.725 15 97,160 8,757 96,765 0,512 14.515 16 98,000 9,294 97,558 0,537 15.308 3.3.2 Chọn các kích thước kết cấu dao phay đĩa module Với m = 6; Z = 40, kích thước kết cấu dao được chọn theo bảng 6.6 và 6.7 [1] được thể hiện trên bản vẽ chi tiết như sau: - Đường kính ngoài: D = 105 - Đường kính lỗ gá: d = 32+0,019 - Chiều rộng dao: B = 21,5 - Số răng của dao: Z = 11 - Lượng hớt lưng: K = 8 - t = 34,8+0,34 - Các thành phần khác: t1 = 19,5; t2 = 9,5; r1 = 0,8; r2 = 1,5; r = 2; c = 1,8; δ = 220; b = 8,1+0,2 3.4 Điều kiện kỹ thuật của dao - Vật liệu dao:thép P18 - Độ cứng phần cắt đạt HRC= 62- 65 - Độ đảo đường kính ngoài £0,03 - Độ đảo mặt đầu £0,03 - Độ bóng: + Mặt trước,mặt lỗ gá dao và các mặt tựa không thấp hơn 0,32 + Mặt hớt lưng của hình dáng răng không thấp hơn 0,63 3.5 Thiết kế dưỡng Dưỡng đo dùng để kiểm tra dao sau khi chế tạo, được chế tạo theo cấp chính xác 7 với miền dung sai H, h. Theo luật kích thước bao và bị bao. Dưỡng kiểm dùng để kiểm tra dưỡng đo, được chế tạo theo cấp chính xác 6 với miền dung sai Js; js. Theo luật kích thước bao và bị bao. Vật liệu làm dưỡng: Thép lò xo 65Г Độ cứng sau nhiệt luyện đạt 62 ÷ 65 HRC Độ nhám bề mặt làm việc Ra ≤ 0,63 μm. Các bề mặt còn lại đạt Ra ≤ 1,25 μm Kích thước danh nghĩa của dưỡng theo profile dao trong tiết diện chiều trục. 3.6 Bản vẽ chế tạo của dao DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. PGS. TS. Nguyễn Thị Phương Giang, PGS. TS. Trần Thế Lực, TS. Lê Thanh Sơn “Hướng dẫn thiết kế dụng cụ cắt kim loại”, NXB giáo dục Việt Nam, Hà Nội, 2011. [2]. GS. TSKH. Bành Tiến Long, PGS. TS. Trần Thế Lực, PGS. TS. Trần Sĩ Túy “Thiết kế dụng cụ công nghiệp”, NXB khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2005. [3]. GS. TS. Trần Văn Địch “Sổ tay dụng cụ cắt và dụng cụ phụ”, NXB khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2004.