MỤC LỤC

Mục lục

Lời nói đầu

Phần 1. Thiết kế dao tiện định hình

1. Phân tích chi tiết

2. Chọn dao tiện và kích thước dao tiện định hình

3. Thiết kế dưỡng đo dữơng kiểm.

4. Điều kiện kĩ thuật của dao.

Phần 2. Thiết kế dao phay lăn trục then hoa

1. Các thông số trục then hoa dùng cho thiết kế dao

1.1. Đường kính ngoài

1.2. Đường kính trong

1.3. Chiều dày răng B.

1.4. Góc Profin

1.5. Bán kính tâm tích vòng nguyên bản R

2. Xác định profin dụng cụ

3. Kết cấu dao

3.1. Profin pháp tuyến.

3.2. Bước răng pháp tuyến (t_p )

3.4. Chiều rộng rãnh răng: W_p

3.5. Kết cấu chân răng

3.6. Chiều cao Profin dao.

3.7. Các kích thước khác ta tra bảng 28 dựa theo t₀.

4. Điều kiện kỹ thuật.

Phần 3. Thiết kế dao chuốt lỗ trụ then hoa

1. Hình dạng lỗ chuốt then hoa vuông.

2. Sơ đồ chuốt.

3. Chọndao.

4. Thiết kế phần răng và sửa đúng.

4.1. Cấu tạo dao chuốt.

4.2. Tính lượng dư gia công.

5. Tính toán các thông số của dao chuốt.

5.1 Tính lượng nâng của răng.

5.2. Kết cấu răng và rẵnh.

6. Số răng dao chuốt và đường kính răng dao.

7.  Kiểm tra độ bền của dao chuốt.

8. Tính toán phần đầu dao và các phần phụ khác.

9.  Lỗ lâm.

10. Yêu cầu kỹ thuật của dao.

10.1. Vật liệu.

10.2. Độ cứng sau khi nhiệt luyện.

10.3. Độ nhám.

10.4. Độ đảo.

10.5. Độ sai lệch góc cho phép không vượt quá.

Tài liệu tham khảo

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 then hoa và dao phay lăn trục then hoa. 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 thầy : TS…………… 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.

                                                                                                     Hà nội, ngày … tháng … năm 20…

                                                                                                        Sinh viên thiết kế

                                                                                                     ……..………

Phần 1

THIẾT KẾ DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH

Yêu cầu: Thiết kế dao tiện định hình gia công chi tiết có s_b=60 kg/mm², độ nhẵn bóng bề mặt Rz20.

1. Phân tích chi tiết

 Chi tiết gia công làm từ thép C45, có s_b=600 N/mm², bao gồm nhiều loại bề mặt: tròn xoay, mặt trụ, mặt côn và mặt đầu, chi tiết có kết cấu cân đối.

 Độ chênh lệch đường kính không quá lớn.Trên chi tiết không có đoạn nào có góc prôfin quá nhỏ hoặc bằng khộng, chất lượng bề mặt dạng bán tinh.

2. Chọn dao tiện và kích thước dao tiện định hình

 - Chọn dao : Để gia công chi tiết này ta có thể dùng dao tiện định hình loại dao trụ hoặc dao tiện định hình hình đĩa .Do chi tiết có độ chính xác không quá cao nên ta chọn dao tiện định hình hình đĩa gá thẳng để dễ mài dao và có tuổi thọ dao cao hơn dao tiện định hình lăng trụ.

- Tính toán kích thước dao :

  Bán kính dao ứng với điểm cơ sở được chọn theo chiều sâu cắt lớn nhất của profin chi tiết t_max.

 t_max= r_max- r_min=6,07mm .

Thông số hình học của dao bao gồm góc trước g và góc sau a được chọn tại điểm cơ sở.

Vật liệu chi tiết thép 45.

* Xác định các thông số của dao tiện:

+ Chiều cao gá: k = R.sina

+ Chiều cao mài dao: H = R.sin(a+l)

+ Chiều cao profin dao được xác định trong tiết diện vuông góc với mặt sau (tiết diện chiều trục): h_k  = R - R_k.

Với: R_k: bán kính của dao ứng với điểm k bất kỳ giao điểm giữa vết mặt trước và các vòng tròn đặc trưng của chi tiết, có bán kính r_k.

Tính các thông số thê rhieenj như bảng 1.1.

Chiều rộng của dao tiện định hình được xác định dọc theo chiều dài trục của chi tiết gia công:

t: chiều cao của lưỡi cắt phụ để chuẩn bị cắt đứt, t = 5 £ 7mm

b: chiều dài đoạn lưỡi cắt phụ để chuẩn bị cắt đứt, b = 3 - 10(mm), chọn:  b=5 (mm)

=> L_d = L_g +  a + c + b + b₁ = 28 + 4 + 2 + 5 + 1 = 40 mm.

3. Thiết kế dưỡng đo dữơng kiểm.

Dưỡng do dùng để kiểm tra profin dụng cụ sau khi chế tạo. Kích thước dang nghĩa của dưỡng bằng kích thước dang nghĩa của dao. Kích thước dang 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) .

Vật liệu dưỡng được chế tạo từ thép lò xo 65G là thép có tích chống màI mòn cao , độ cứng sau nhiệt luyện đạt được 58 - 65 HRC . Độ nhám các mặt làm viẹc đạt khoảng Ra = 0,63…0,32 (độ bóng Ñ = 8 … 9 ) các mặt còn lại đạt Ra = 1,25 (độ bóng Ñ = 7 ).

Kích thước danh nghĩa của dưỡng phụ thuộc profin dao .

4. Điều kiện kĩ thuật của dao.

+ Vật liệu dao thép gió P18, độ cứng sau nhiệt luyện: HRC 62 ¸65.

+ Độ bóng dao thép gió: mặt trước và mặt sau ³ Ñ7, mặt tựa trên thân  dao <Ñ4.

+ Sai lệch góc mài sắc:

Góc sau a và a₁ là ±1⁰

Góc trước với  w = 10⁰ ±1⁰

Góc nghiêng của đoạn lưỡi cắt đứt, j =15⁰  ± 2⁰

Phần 2

THIẾT KẾ DAO PHAY LĂN TRỤC THEN HOA

Đề bài : Thiết kế dao phay lăn trục then hoa để gia công trục then hoa sau: kích thước then hoa  D10 x 112x120x18

1. Các thông số trục then hoa dùng cho thiết kế dao

 (Các kích thước trục then hoa dùng cho thiết kế dao)

1.1. Đường kính ngoài

D_e = D_emax - 2c

Trong đó:

+ D_emax : là  đường kính ngoài lớn nhất của trục then hoa, tức là bằng kích thước đường kính ngoài danh nghĩa cộng với sai lệch giới hạn trên :

D_emax = 120 + 0,035 = 120,035 (mm)

+ c : là chiều cao cạnh vát (bán kính cung lượn r).

c = 0,5 Þ D_e = 120,035 - 2.0,5 = 119,035 (mm).

1.2. Đường kính trong

Áp dụng công thức:

D_i  = D_imin + 0,25.DD_i(mm)

Trong đó:

+ D_imin : là đường kính trong của trục then hoa có kể đến sai lệch giới hạn dưới   D_imin = 112 + 0 = 112 (mm)

+ DD_i = 0,035 - 0,02 = 0,015(mm) (DD = Dung sai - sai lệch giới hạn);

=> D_i = 112 + 0,25.0,015 = 112,00375(mm).

1.5. Bán kính tâm tích vòng nguyên bản R

Bán kính vòng nguyên bản chi tiết R tức là bán kính vòng tròn lăn của trục then hoa; R = 59,1307 mm

2. Xác định profin dụng cụ

Đối với dao phay thô các trục then hoa lớn, Profin có thể được xác định theo phương pháp vẽ, phương pháp này cho độ chính xác không cao. Do đó profin của dao phay lăn trục then hoa được xác định theo phương pháp giải tích.

Xác định profin dụng cụ theo cung tròn thay thế:

+ Điều kiện thay thế:

Bằng phương pháp giải tích, profin dụng cụ tìm được chính xác, nó có dạng đường  cong phức tạp, trong điều kiện có thể.

R_i =56,001875(mm)

=> h₁ = 59,0173 - 56,001875 = 3,0154 (mm)

+ Để tra được các thông số r_b, x_b, y_b, Db ở trong bảng dựa vào trị số góc profin q trên vòng tròn tâm tích 

Với:  h₁£ 0,2.R

Vì h₁ = 3,0154 (mm), R = 59,0173 (mm)

Do q không trùng với q_b nên lấy q_b nhỏ sát q để tăng khả năng gia công đến vòng đỉnh.

+ Profin dụng cụ:

Bán kính vòng tròn thay thế:

R_t  = r_b.R_b   =  0,4525 . 58,6827 = 26,554 (mm)

Toạ độ tâm vòng tròn thay thế :

x_t  = x_b.R_b  =  0,444115 . 58,6827 = 26,0619 (mm)

y_b  = y_b.R_b  =  0,086707. 58,6827 = 5,08820 (mm)

Trị số dung sai của b là:

D = 0,027

Dr = ±0,00028

Do đó: 3.R. Dr = ± 3. 59,0173. 0,00028

3. Kết cấu dao

3.1. Profin pháp tuyến.

Profin pháp tuyến của dao như 1 thanh răng bao gồm profin 1 lưỡi cắt, profin của răng và chân răng… 

3.2. Bước răng pháp tuyến (t_p ) :

Thay số ta được: t_p  = 37,08 mm

3.4. Chiều rộng rãnh răng: W_p

áp dụng công thức:

W_p = t_p - S_p = 37,08- 19,056  = 18,024 (mm)

3.5. Kết cấu chân răng

Chân răng có cạnh vát, như ở các đỉnh then.

Các kích thước chân răng bao gồm:

- Chiều sâu vát: h_v =2.f = 2.0,5 = 1,0 (mm)

 Với : f : cạnh vát ở đỉnh then ta chọn then hoa chữ nhật .

- Chiều sâu rãnh thoát đá u:

u = 1,5 - 3  Þ chọn u = 1,5(mm)

- Chiều rộng rãnh thoát đá: v

v = t_p - (S_d + 4.h_v) = 37,08 - (18,024 + 4.1,0) =15,056 (mm)

3.6. Chiều cao Profin dao.

Phay trục then hoa định tâm theo đường kính ngoài :

h = h₁ + h₂ =3,0154 + 1,5 = 4,5154 (mm)

Ta chọn r = 2,5 mm, Từ đó ta tính được H = 12  mm .

3.7. Các kích thước khác ta tra bảng 28 dựa theo t₀.

Tính bước chiều trục t₀

Với:

D_e: đường kính ngoài của dao, D = 110 (mm)

h₁ : chiều cao dao, h₁ = 3,0154 (mm)

=> D_tb = 110 - 2.3,0154 -2 = 101,96 (mm)

s: Hệ số, s » 0,125

Thay số được: t₀ = 37,09 mm

Lấy theo tiêu chuẩn: t_n = 38 mm,Tra bảng thông số dao phay định hình.

Ta có các thông số sau của dao phay :

+ Đường kính ngoài của dao phay :  D = 110 mm

+ Đường kính lỗ dao  :                      d = 32 mm

+ Chiều dài của dao phay :                L = 100 mm

 + Chiều dài lỗ định vị : L₁ = (0,24 - 0,33) L lấy là 30 mm

+ Đường kính vành gá của dao :       d₂ = 50 mm

+ Chiều dài mặt gá của lỗ :                l = 28mm

+ Lượng hớt lưng lần thứ nhất:  K = 4

Lượng hớt lưng lần thứ hai: K₁ = 6

Góc nâng của đường vít trên đường kính trung bình tính toán: q

D_tb = D - 2h₁ - 2.K.q

D_tb =110 - 2.3,0154 - 2.4,5.0,125 = 102,84 mm

=>  Tính ra ta có sinq = 0,1045 Þ q = 6,0⁰

4. Điều kiện kỹ thuật.

- Vật liệu làm dao thép gió P18 độ cứng sau khi nhiệt luyện HRC 62 ¸ 65

Dao phay có 2 cấp chính xác.

+ Cấp A để gia công tinh

+ Cấp Á để gia công thô, có chứa lượng dư mài trục then hoa.

- Độ chính xác của dao được kiểm tra theo các yếu tố kết cấu của dao và theo mẫu (vành then hoa) được cắt bằng dao phay.

- Độ nhám mặt trước, mặt sau, mặt đầu của gờ lấy theo:

R_a £ 0,63 mặt ngoài của gờ.

R_a £ 1,25 mặt dễ định vị.

Phần 3

THIẾT KẾ DAO CHUỐT LỖ TRỤ THEN HOA

Đề bài :  Tính toán thiết kế dao chuốt lỗ trụ then hoa với các kích thước:

- Đường kính ngoài: DH7 = 120^+0,054

- Đường kính trong: dH11 = 112^+0,220

- Chiều dài chuốt: 0,95D = 114

- Lỗ then: z = 10

1. Hình dạng lỗ chuốt then hoa vuông.

Hình dạng lỗ chuốt then hoa vuông như hình 3.1.

3. Chọndao.

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.

4. Thiết kế phần răng và sửa đúng.

4.1. Cấu tạo dao chuốt.

Ta có:

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.

V: Phần đỡ.

4.2. Tính lượng dư gia công.

-  Lượng dư gia công khi chuốt lõ then hoa được chọn theo yêu cầu công nghệ, trị số dụng cụ phụ thuộc vào chiều dài lỗ chuốt được tính theo đường kính răng sửa đúng, lỗ trước khi chuốt và được tính theo công thức:

A = (D_max - d_min)/2

Như vậy:

D_max = 120 + 0,054 = 120,054 mm

d_min = 112 + 0,00 = 112 mm

A = (D_max - d_min)/2 = (120,054 - 112)/2 = 4,027 mm

5. Tính toán các thông số của dao chuốt.

5.1 Tính lượng nâng của răng.

 - ở răng dao chuốt, răng sau cao hơn răng trước một lượng gọi là lượng nâng của răng S­z. Lượng nâng của răng dao chuốt là hiệu số đường kính các răng liên tiếp. Theo bảng (3.3.1), với vật liệu gia công là thép cacbon và thép ít hợp kim, ta chọn được: Sz = 0,1.

+ 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.

S¹_z = 0,6.S_z = 0,6.0,1 = 0,06.

S¹_z = 0,4.S_z = 0,4.0,1 = 0,04

S¹_z = 0,2.S_z = 0,2.0,1 = 0,02

+ 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.

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 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.

Xác định từng thông số:

- Bước răng t và chiều sâu rãnh được tính toán thiết kế sao cho đủ không gian chứa phoi. 

Theo bảng tra (4.3.3) với vật liệu gia công là thép cacbon thấp và ít hợp kim, ứng với lượng nâng S­_z = 0,1, và dạng lưng cong thì ta chọn được K=3.

Lây chiều cao rãnh chứa phoi theo tiêu chuẩn: h = 7mm

 + Chiều rộng cắt răng:

b = (0,3 - 0,35).t = 6,0- 7,0. Ta chọn b = 6,5 mm

+ Bán kính lưng răng:

R = (0,65 -0,7).t = 13 -14. Ta chọn R = 14 mm

+ Bán kính đáy răng:

r = (0,5 - 0,55).h = 3,5 - 3,85. Ta chọn r = 3,5 mm

Để tăng thêm tuổi bền của dao, mặt sau được mài thêm cạnh viền f. Giá trị của cạnh viền như sau:

- ở răng cắt lấy, f = 0,05mm

- ở răng sửa đúng lấy, f = 0,2mm.

6. Số răng dao chuốt và đường kính răng dao.

- Lượng dư gia công, A = 4,027

- Lượng dư gia công tinh, A_tinh = 0,12

- Lượng dư gia công thô, A_thô = A - A_tinh = 4,027 - 0,12 = 3,907mm

Lượng dư cắt thô còn lại là: 3,907 - 3,9 = 0,007 < 0,015 ta có thể cho vào răng cắt thô đầu tiên. Mặc dù vậy ta vẫn phải thêm một răng cắt thô ban đầu dùng để cắt bavia do nguyên công trước để lại nếu có. Do vậy tổng số răng cắt thô sẽ là:

S = 39 +1+ 1 = 41 răng.

+ Tính đường kính của răng cắt thô:

Do q = 0,007 mm <  0,015mm, nên ta có: D₁ = d­_min = 112,00 mm.

D₂ = D­₁ + 2.q = 112,014 mm

D_i = D_i-1 + 2.S_z. Với i = 3 - 40

Đường kính răng cắt tinh:

D₄₂ = D₄₁ + 2.S₁ = 119,814 + 2.0,06 = 119,934 (mm)

D₄₃ = D₄₂ + 2.S₂ = 119,934 + 2.0,04 = 120,014 (mm)

D₄₄ = D₄₃ + 2.S₃ = 120,014 + 2.0,02 = 120,054 (mm)

7.  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: F_y hướng vào tâm của dao, tổng các lực F­_y của răng dao chuốt sẽ bị triệt tiêu.

+ Thành phần lực dọc trục P_z song song với trục của chi tiết, tổng hợp các lực P_z là lực P hướng theo chiều trục. Lực này tác dụng lên mỗi răng có thể làm mẻ răng và dễ làm đứt tại các thiết diện đầu tiên.

Vậy: P =300. 180.18. 0,93 = 903960 N

Thay số được: e =  91,50 N/mm². < 350 N/mm².

Như vậy ta thấy dao đủ điều kiện bền.

8. 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 (4.4.1)

+ Phần cổ dao và côn chuyển tiếp: D₂ = D₁ - 2 = 75mm

Lập được bảng số liệu của phần cổ dao và cổ lỗ: Tra bảng III/24 ta được các thông số như bảng 3.1.

+ Chiều dài L₂ của phần cổ dao được tính từ điều kiện gá đặt:

L₂ = L_g - L₃ = (L_h + L_m+ L_n) - L₃ (mm)

Như vậy: L₂ = 10 + 100 + 16 - 56 = 70(mm)

+ Phần đinh hướng trước:

D₄ = D_min = 112 (mm)

L₄ = (0,8 - 1).L_ct = (0,8 - 1).114 = 91,2 - 114mm, ta chọn L₄ = 100 (mm)

+ Chiều dài phần răng cắt thô:

L₅ = t.Z_thô = 20. 40 = 800 (mm)

+ Tổng chiều dài của dao:

Chiều dài của dao phải nhỏ hơn hành trình máy và nhỏ hơn 30.D_max.

L = L₁ + L₂ + L₃ + L₄ + L₅ + L₆ + L₇= 150 + 70 + 56 + 100 + 800 + 140 + 60 = 1376mm

9. Lỗ lâm.

Lỗ lâm dùng trong chế tạo dao, dùng trong trường hợp mài sắc lại. Lỗ lâm có bề mặt côn 120⁰ bảo vệ để cho mặt côn làm việc 60⁰ không bị xây xát.

10. Yêu cầu kỹ thuật của dao.

10.1. Vật liệu.

Vật liệu phần cắt: P18.

Vật liệu phần đầu dao: Thép 45.

10.2. Độ cứng sau khi nhiệt luyện.

 Phần cắt và phần định hướng phía sau: HRC 62¸65.

 Phần định hướng phía trước: HRC 60¸62.

 Phần đầu dao: HRC 40¸47.

10.5. Độ sai lệch góc cho phép không vượt quá.

Góc trước ±2⁰.

Góc sau của răng cắt ±30^’.

Góc sau của rãnh  ±30^’.

Góc sau của răng sửa đúng  ±15^’.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. “Hướng dẫn thiết kế dụng cụ cắt” - Tập1, Tập 2 - ĐHBK 1977

2. “Hướng dẫn làm bài tập dung sai” - Ninh Đức Tốn 2001

3. Bài giảng “Thiết Kế Dụng Cụ Cắt Kim Loại”

4. Bài giảng “Thiết kế dụng cụ công nghiệp”

5. Sổ tay công nghệ chế tạo máy - ĐHBK

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"