Bài giảng Thiết kế dao truốt

PHẦN II THIẾT KẾ DAO TRUỐT Dao truốt là một loại dụng cụ cắt có năng xuất cao thường dùng để gia công những bề mặt định hình trong và ngoài. Sau khi truốt, bề mặt gia công có thể đạt độ chính xác cấp 8 ¸ 7 và đạt độ nhẵn 6 ¸ 8 ( Ra = 2,50 ¸ 0,63 ). Cũng có thể đạt tới độ nhẵn cấp 9 ( Ra = 0,32 ). Dao truốt là loại dao chuyên dùng. Vì vậy chỉ cần thay đổi lượng dư, hoặc kích thước bề mặt gia công hoặc vật liệu chi tiết là phải tính toán thiết kế và chế tạo dao truốt mới. Dao truốt cho năng xuất và độ nhẵn cao nhưng có nhược điểm là lực cắt lớn và dao chóng mòn. Khi lượng chạy dao lớn và khi lượng chạy dao nhỏ thì sảy ra hiện tượng trượt do đó ảnh hưởng tới chất lượng gia công. A- THIẾT KẾ DAO TRUỐT Yêu cầu:Thiết truốt với số liệu sau: - Vật liệu gia công : Thép C45 có sb = 600 N/ mm2 - Đường kích lỗ sau khi khoan Do = 20,2 mm - Đường kích lỗ sau khi truốt D = 21H8 mm - Chiều dài L = 30 mm I . Sơ đồ cắt truốt : - Vì chi tiết cần truốt có dạng lỗ trục tròn cho nên ta chọn sơ đồ truốt ăn dần , dao truốt kéo. - Để quá trình thoát phoi dễ , lưỡi cắt các răng cạnh nhau ta xẻ rãnh chia phoi thứ tự xen kẽ nhau II . Vật liệu làm dao truốt : Dao truốt kéo thường được chế tạo 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 . III . Cấu tạo dao truốt Trong đó : l1 : Chiều dài đầu kẹp . l2 : Chiều dài cổ dao . l3 : Chiều dài côn chuyển tiếp . l4 : Chiều dài phần định hướng phía trước . l5 : Chiều dài phần cắt và sửa đúng . l6 : Chiều dài phần dẫn hướng phía sau IV . Lượng nâng của răng ( Sz) : Ở dao truốt ,răng cao hơn răng trước một lượng Sz – gọi là lượng nâng của răng . Lượng nâng thay cho bước tiến dao . Trên phần răng cắt thô , các răng có lượng nâng bằng nhau . Trị số lượng nâng của răng cắt thô Sz phụ thuộc vào vật liệu gia công . Vật liệu gia công là thép C45 có sb = 600 N/mm2 => Chọn lượng nâng bằng nhau Sz = 0,03 ( mm ) (Bảng 4.3.1). Phần răng cắt tinh : chọn 3 răng cắt tinh , với lượng nâng các răng giảm dần Sz1 = 0,8. Sz = 0,024 ( mm ) Sz2 = 0,6. Sz = 0,018 ( mm ) Sz3 = 0,4. Sz = 0,012 ( mm ) Phần răng sửa đúng có lượng nâng Sz= 0 ( mm ) V . Lượng dư gia công : Lượng dư gia công được cho theo yêu cầu công nghệ ,trị số lượng dư phụ thuộc chiều dài lỗ truốt , dạng gia công trước khi truốt . Công thức tính lượng dư ( về mặt hình học ) : Trong đó : Dsđ = Dmax ± d với d = 0 d : lượng bù trừ đường kính do lỗ bị lay rộng hay co sau truốt Dsđ = Dmax = 21,039 ( mm ). Dmin = 20,2 ( mm ). => ( mm ) VI . Kết cấu răng và rãnh : Kết cấu răng và rãng là phần quan trọng nhất của dao truốt . Rănh và rãnh được thiết kế sao cho dao đủ bền , dủ không gian chứa phoi , tuổi bền và tuổi thọ của dao lớn và dẽ chế tạo . A –Profin dao truốt Khi truốt thép có độ cứng trung bình thường tạo ra phoi dây . Vì vậy dạng rănh được thiết kế có 2 cung tròn nối tiếp để phoi dễ cuốn . Trong đó : h : chiều cao rãnh ( chiều sâu rãnh ). t : bước răng . f : cạnh viền . b : chiều rộng lưng răng R, r : bán kính đáy răng g : Góc trước a : Góc sau Xem gần đúng rãnh thoát phoi như hình tròn có đường kính h thì diện tích rãnh là : ( mm 2 ) Diện tích của dải phoi cuốn nằm trong răng là : Ff = L*Sz ( mm 2 ) L : chiều dài chi tiết, L = 30 ( mm ) Sz : lượng nâng của răng, Sz = 0,03 ( mm ) Khi cuốn vào trong răng phoi không xếp được khít chặt . Để phoi cuốn hết vào rãnh và không bị kẹt cần đảm bảo tỷ số : => K : là hệ số điền đầy rãnh => K = 3 (Bảng 4.3.3a) => ( mm ) Chọn h = 3 ( mm ) Các thông số khác được tính theo kinh nghiệm như sau : Với răng cắt thô: tc = ( 2,5 … 2,8 ).h = 7,5 … 8,4 => chọn tc = 8 ( mm ) bc = ( 0,3 … 0,4 ).tc = 2,4 … 3,2 => chọn bc = 3 ( mm ) rc = ( 0,5 … 0,55 ).h = 1,5 … 1,65 => chọn rc = 1,5 ( mm ) Rc = ( 0,65 … 0,8 ).tc = 5,2 … 6,4 => chọn Rc = 6 ( mm ) Cạnh viền : + Răng cắt: f = 0,05 ( mm ) + Răng sửa đúng: f = 0,2 ( mm ) Ở dao truốt lỗ trụ và mặt trước và mặt sau đều là mặt côn . Góc g được chọn theo vật liệu gia công => g = 12° … 15° chọn g = 15° Góc sau ở dao truốt phải chọn rất nhỏ để hạn chế hiện tượng giảm đường kích sau mỗi lần mài lại , làm tăng tuổi thọ của dao . Góc sau được chọn như sau : Ở răng cắt thô a = 3°. - Ở răng cắt tinh a = 2°. - Ở răng sửa đúng a = 1°. - Ở đáy răng chia phoi a = 4°. B – Profin mặt đầu ( trong tiết diện vuông góc với trục ) Trong tiết diện này , dao truốt lỗ trụ có lưỡi cắt là những vòng tròn đồng tâm lớn dần theo lượng nâng . Để phoi dễ cuốn vào rãnh , lưỡi cắt chia thành những đoạn nhỏ sao cho chiều rộng mỗi đoạn không lớn hơn 6 ( mm ). Góc sau rãnh chứa phoi ta lấy 4° , số lượng rãnh là 8 (Bảng 4.3.3c), chiều rộng rãnh m = 1 ( mm ), bán kính rãnh r = 0,4 ( mm ) (Bảng 4.3.3d) C – Số răng dao truốt Số răng cắt thô phải có là : Trong đó : Athô : là lượng dư thô Athô = A – Atinh = 0,4195 – ( 0,024 + 0,018 + 0,012 ) = 0,3655 ( mm ) = 1+ ( răng ) + Số răng cắt thô: Zthô = 13 + 1 = 14 răng + Số răng cắt tinh: Ztinh = 3 răng + Số răng sửa đúng chọn theo độ chính xác của lỗ truốt với chi tiết gia công yêu cầu đạt độ chính xác cấp 8 ,độ chọn số răng sửa đúng: Zsửa đúng = 7 ( răng) Vậy tổng số răng của dao truốt là : Z = Zthô + Ztinh + Zsửa đúng = 14 + 3 +7 = 24 ( răng ) D – Số răng cùng cắt lớn nhất Số răng cùng cắt được tính ( răng ) Trong đó : L : chiều dài chi tiết gia công L = 40 ( mm ) t : bước răng t = 8 ( mm ) => Zo = 4 răng, đảm bảo điều kiện định hướng tốt đồng thời không quá tải. E - Đường kích các răng dao truốt : Từ các công thức : Răng cắt thô D1 = Dmin D2 = D1 + 2. Sz D3 = D2 + 2.Sz … D14 = D13 + 2.Sz Răng cắt tinh D15 = D14 + 2.0,8.Sz D16 = D15 + 2.0,6.Sz D17 = D16 + 2.0,4.Sz Răng sửa đúng D18 = D19 = D20 = D21 = D22 = D23 = D24 Ta có bảng tính toán đường kính các răng như sau: Bảng tính toán đường kính các răng Răng Đường kính Răng Đường kính Răng Đường kính 1 20,2 9 20,631 17 21,039 2 20,221 10 20,691 18 21,039 3 20,271 11 30,751 19 21,039 4 20,331 12 20,811 20 21,039 5 20,391 13 20,871 21 21,039 6 20,451 14 20,931 22 21,039 7 20,551 15 20,979 23 21,039 8 20,571 16 21,015 24 21,039 F – Kiểm tra sức bền dao truốt : Sơ đồ chịu lực : 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 Pz sẽ là lực chiều trục P tác dụng lên tâm dao . Lực cắt thành phần 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 xác định ở mặt cắt đáy răng đầu tiên (vật liệu thép gió). N/mm2 Trong đó : - D01 : đường kính đáy răng thứ nhất D01 = D1 – 2. h = 20,2 – 2. 3 = 14,2 ( mm ) - P : lực cắt tổng hợp khi truốt . Pmax = p . B . Zmax . K p : lực cắt trên 1 đơn vị chiều dài => tra bảng p = 150 N/mm2 Zmax : số răng cùng cắt Z0 = 4 răng B : chiều dài lưỡi cắt trên một vòng răng. B = = 63,46 ( mm ) K : hệ số điều chỉnh lực cắt, K = 0,93 Vậy Pmax = 150. 63,46. 4 . 0,93 = 35410,78 N Do đó ứng suất nguy hiểm nhất ( tại tiết điện nhỏ nhất ) Vậy dao đủ bền. G – Phần đầu dao Phần đầu dao gồm đầu kẹp L1 , cổ dao L2 , con chuyển tiếp L3 Phần đầu kẹp L1 Để chọn được kích thước hợp lý ( đủ bền ) , phần đầu kẹp xác đinh theo điều kiện bền kéo của eo thắt D’1: Vì đường kính của dao nhỏ, mà số răng không lớn nên ta chọn giải pháp làm dao liền khối. [ skb ] : giới hạn bền kéo cho phép của thép gió là [ skb ] = 400 N/mm2 => ( mm ) Kết cấu đầu kẹp D1 D’1 d f a1 a2 a3 a L1 18 13 4 5 10 0.5 28 16 75 Phần cổ dao L2 và côn chuyển tiếp L3 Phần cổ dao dùng để nối dài dao cho thuận lợi khi truốt . Đường kích cổ: D2 = D1 – ( 1 ¸ 2 ) = 18 – ( 1 ¸ 2 ) = 16 ¸ 17 ( mm ) Chọn D2 = 17 ( mm ), độ chích xác h11. Chiều dài cổ L2 được từ điều kiện gá đặt . L2 = Lg - L3 = ( Lh + Lm + Lb ) – L3 = Trong đó : Lg : chiều dài gá Lh : chiều dài khe hở Lh = 5 ¸ 10( mm ) => Lh = 10( mm ) Lm : chiều dầy thành máy Lm = 20 ¸ 30( mm ) => Lm= 30( mm ) Lb : chiều dài bạc gá Lb = 10 ¸ 15( mm ) => Lb = 15( mm ) L3 : chiều dài phần côn chuyển tiếp L3 = 0,5.D1 = 0,5. 18 = 9 ( mm ) => L2 = ( 10 + 30 + 15 ) – 9 = 46 ( mm ) Chọn L2 = 43 ( mm ) Phần định hướng phía trước L4 Phần định hướng dùng để dẫn hướng dao lúc bắt đầu truốt. Chiều dài L4= ( 0,8 ¸ 1 ) L và L4 ≥ 40 ( mm ) L4 = ( 0,8 ¸ 1 ) L = 24 ¸ 30 => L4 = 40 ( mm ) Đường kích D4 lấy bằng đường kính lỗ trước khi truốt với kiểu lắp lỏng: D4 = 20,2 e8 Phần dẫn hướng phía sau L6 Chiều dài L6 = ( 0,5 ¸ 0,7 ) L và L6 ³ 20 ( mm ) L6 = ( 0,5 ¸ 0,7 ) L = 15 ¸ 21 => L6 = 20 ( mm ) Đường kính phần dẫn hướng phía sau D6 lấy bằng răng sửa đúng với sai lệch f7 , D6 = 21,039 f7 Chiều dài của dao + Chiều dài phần cắt và sửa đúng L5 L5 = lc + lsđ= ( Zth + Zt ). t + Zsđ. tsđ = ( 14 +3 ). 8 + 7. 8 = 192 ( mm ) + Chiều dài toàn bộ dao L0 = L1 + L2 + L3 + L4 + L5 + L6 = 75 + 43 + 9 + 40 + 192 + 20 = 379 ( mm ) G – Lỗ tâm Lỗ tâm dùng để định vị ( chuẩn ) khi chế tạo và màI sửa . Lỗ có mặt côn 120° dùng để bảo vệ mặt côn làm việc 60°. Các thông số của lỗ tâm : D1( mm ) d ( mm ) D ( mm ) L ( mm ) L1 ( mm ) L2 ( mm ) 28 2.5 6 6 3 0,8 VII . Yêu cầu kỹ thuật : Dao truốt lỗ trụ Vật liệu dao truốt chế tạo bằng thép P18 Độ cứng của dao sau khi nhiệt luyện . Phần cắt và phần định hướng phía sau: HRC = 62 ¸ 65 . Phần cắt và phần định hướng phía trước: HRC = 60 ¸ 62 . Phần đầu dao ( phần kẹp ) : HRC = 40 ¸ 47 Độ nhẵn bề mặt : + Cạnh viền răng sửa đúng Ra = 0,32 + Mặt trước , mặt sau răng , mặt côn làm việc của lỗ tâm , mặt đầu hướng Ra = 0,63 + Phần trụ ngoài của đầu dao , rãnh chia phoi Ra = 1,25 + Các mặt không mài Ra = 2,5 Sai lệch về bước không được vượt quá 2 lần dung sai theo cấp chính xác 9 Sai lệch lớn nhất đường kính các răng cắt thô không được vượt quá - 0,01 Sai lệch cho phép đường kính các răng sửa đúng và răng cắt tinh không được vượt quá - 0,005 Độ đảo tâm theo đương kính ngoài của răng sửa đúng ,răng cắt tinh , phần định hướng sau không được vượt quá trị số dung sai của đường kích tương ứng 0,006 Độ elip trên phần công tác phải nằm trong dung sai của đường kích tương ứng 0 ¸ 0,021 Độ sai lệch góc cho phép không vượt quá: Góc trước ± 2 0 Góc sau của răng cắt 30 ¢ Góc sau của răng sửa đúng 15 ¢ Góc sau của răng chia phoi 30 ¢ Sai lệch chiều sâu đáy rãnh răng không được vượt quá +0,3 Chiều rộng cạnh viền trên răng sửa đúng f = 0,05 ¸ 0,2 mm .Trên răng cắt , chiều rộng cạnh viền không được vượt quá 0,05 VIII. Hình vẽ dao chuốt lỗ trụ B- THIẾT KẾ DƯỠNG KIỂM TRA VÀ PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA 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 dược 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 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 ). C- LẬP QUY TRÌNH GIA CÔNG. 1. Sơ đồ gá đặt 2. Định vị và kẹp chặt. Dao truốt được định vị và kẹp chặt trong gá kẹp dao thích hợp. Yêu cầu của gá kẹp là phải bảo đảm định vị dao tốt đúng với sơ đồ tính toán, phải điều chỉnh tốt, kẹp chặt chắc chắn, ổn định và có tính công nghệ tốt, chế tạo và lắp ghép dễ dàng. Theo bảng 2 - 11/( 37 ) ta chọn gá kẹp dao truốt trong đầu kẹp nhanh của máy truốt ngang7A510. Dùng mặt đầu chi tiết tì vào đệm cầu tự lựa khử 2 bậc tự do, dùng mặt trụ trong khử 3 bậc tự do. 3. Chọn kiểu dao truốt và máy truốt. Khi gia công các bề mặt định hình trong thường dùng dao truốt kéo và tiến hành trên máy truốt ngang vì truốt lỗ trụ là bề mặt dịnh hình trong nên ta dùng dao truốt kéo tiến hành trên máy ngang .Tính năng kỹ thuật của các loại máy truốt ngang được tra theo bảng 3.1(50) Kiểu máy Lực kéo danh nghĩa (tấn) Chiều dài hành trình con truợt (mm) Tốc độ hành trình làm việc (m/ph) Tốc độ hành trình ngược (m/min) Động cơ điện max min max Min Công suất (kw) Số vòng quay(v/ph) 7A510 10 1250 100 13 1,5 25 14 970 4. Mài dao. - Sau khoảng thời gian làm việc nhất định thì dao truốt sẽ bị mòn mặt trước vì vậy ta cần phải mài lại dao. - Dao chuốt khi mài sắc lại có hai trường hợp:- Chỉ mài lại mặt trước khi phần me cắt vẫn còn (phần me cắt hay còn gọi là mặt sau chính, chỉ rộng khoảng 0,5-0,8mm và nghiêng 3-5 độ so với mặt phẳng đi qua lưỡi cắt chính và song song với đường tâm dao). - Mài sắc lại dao chuốt là phải mài mặt trước, không đc mài mặt sau vì khi mài mặt sau sẽ làm giảm chiều cao răng cắt, và như vậy thì tuổi bền của dao sẽ giảm rất nhanh. Dao chuốt là một dụng cụ gia công hàng loạt, chế tạo phức tạp do vậy rất đắt tiền, nếu mà tuổi bền dao ngắn thì tính kinh tế sẽ không cao. Đó là lý do tại sao khi chọn góc sau đỉnh của dao chuốt phải chọn nhỏ tối thiểu là 1 hoặc 2 độ là vì thế để khi mài lại mặt trước chiều cao dao giảm không đáng kể, vẫn đảm bảo gia công đc chi tiết nằm trong miền dung sai cho phép.- Khi mài dao trước cần chú ý tới đường kính đá mài để tránh hiện tượng cắt lẹm răng. - Còn chi tiết có yêu cầu độ chính xác cao mà lại phải sản xuất theo lô loạt lớn thì đúng là phải có nhiều dao chuốt để thay thế cho nhau (dao có tuổi bền nhất định). - Khi mài sắc lại thì đã làm giảm cấp chính xác của dao.