Thuyết minh đồ án tốt nghiệp:
Thiết kế mũi khoan xoắn 17
Lời nói đầu
Trong công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nớc, các ngành
kỹ thuật nói chung và ngành cơ khí nói riêng đòi hỏi các kỹ s và các cán
bộ kỹ thuật phải có kiến thức tơng đối rộng và biết tận dụng sáng tạo
những kiến thức đã chọn để giải quyết những vấn đề thờng gặp trong
thực tế.
Trong đó môn học Nguyên lý và dụng cụ cắt là một trong những
môn chính của sinh viên chuyên ngành chế tạo máy. Trong quá trình 2
năm học tập và rèn luyện tại trờng, thời gian làm đồ án tốt nghiệp giúp
cho sinh viên hiểu rõ hơn về môn học, trang bị cho bị sinh viên những
kiến thức cơ bản và kỹ năng vận dụng sáng tạo những kiến thức để làm
Cơ khí sau 2 năm học tập và thực tập em đợc nhận đồ án tốt nghiệp với
đề tài: Thiết kế và lập quy trình cônđồ án cũng nh trong công tác sau
này. Là một sinh viên chuyên ngành g nghệ chế tạo mũi khoan xoắn
17 do thầy giáo Trịnh Khắc Nghiêm hớng dẫn.
Đối với em đây là một đề tài khá phức tạp, nhng đợc sự chỉ bảo tận
tình của thầy giáo hớng dẫn và với những lỗ lực của bản thân, đến nay
em đã hoàn thành đồ án của mình. Mặc dù vậy bản đồ án của em vẫn
không tránh khỏi những thiếu sót. Vậy em rất mong đợc sự chỉ bảo thêm
của thầy giáo hớng dẫn và các thầy cô giáo trong bộ môn giúp em hiểu
sâu hơn về môn học cũng nh các phơng pháp thiết kế và chế tạo dụng cụ
cắt một cách hợp lý hơn.
Em xin chân thành cám ơn thầy giáo Trịnh Khắc Nghiêm đã tận tình
chỉ bảo để em hoàn thành đồ án đúng thời hạn. Em cũng xin bày tỏ lòng
biết ơn tới các thầy cô trong bộ môn và khoa Cơ khí chế tạo máy.
Thái Nguyên ngày tháng năm 2003
Sinh viên
SVTH: Nguyễn Văn Thanh - Lớp TC2000M
Trang 2
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp:
Thiết kế mũi khoan xoắn 17
Khi khoan lỗ sâu để han chế những nhợc điểm do mũi khoan ruột gà ng-
ời ta sử dụng mũi khoan kiểu nòng súng.
+Mũi khoan tâm .
+Mũi khoan xoắn (mũi khoan ruột gà).
Hiện nay mũi khoan xoắn là loại đợc sử dụng nhiều nhất , nó có thể
khoan cả lỗ sâu lẫn lỗ lông tuỳ thuộc vào yêu cầu .
_Một số yêu cầu của mũi khoan xoắn.
+Vật liệu chế tạo :có thể dùng thép Y12A,9XC, P9, P18 hoặc gắn mảnh
hợp kim cứng .
+Độ cứng sau nhiệt luyện : HRC 60 ữ 65 .
+Độ nhẵn bề mặy sau, cạnh viền mặt chuôi không thấp hơn cấp 8.
Độ nhẵn mặt rãnh không thấp hơn cấp 7.
SVTH: Nguyễn Văn Thanh - Lớp TC2000M
Trang 3
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp:
Thiết kế mũi khoan xoắn 17
+Độ côn ngợc trên phần làm việc :0.04ữ0.09mm trên 100mm chiều dài.
+Đòng kịnh lõi mũi khoan có thể cố định hoặc tăng dần về phía chuôI t
1,4ữ1.8mm trên 100mm chiều dài.
+Độđảo hớng kính giữa phần làm việc với phần chuôi không đựơc vợt
qua trị số sau:
đờng kính D 20mm là 0.12mm.
Đờng kính D> 20ữ50 mm là 0.15.
Đờng kính D>50mm là 0,18.
+Sai lệch các góc mũi khoan khồng vợt quá 2 .
Với những yêu cầu kỹ thuật trên để cụ thể hoá quá trình chế tạomũi
vậy độ cứng của vật liệu làm dao càng cứng thì tính chịu mài mòn
càng cao.
- Tính công nghệ: Tính tôi tốt, độ thấm tôi cao thoát các bon khi nhiệt
luyên thấp độ dẻo ở trạng thái nguội và nóng, rễ gia công độ dẫn nhiệt
cao có thể chịu đợc va chạm.
- Tính kinh tế: Giá thành thấp. Hiên nay có các loại vật liệu làm dùng
dụng cụ cắt nh :
SVTH: Nguyễn Văn Thanh - Lớp TC2000M
Trang 5
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp:
Thiết kế mũi khoan xoắn 17
+ Thép các bon dụng cụ.
+ Thép hợp kim dụng cụ.
+ Thép gió.
+ Thép hợp kim cứng.
1. Thép các bon dụng cụ .
- Để đảm bảo cho thép các bon dụng cụ có đủ độ cúng và độ bền, tính
chịu mài mòn thì hàm lợng các bon trong thép phải ở trạng thái
khoảng 0,7%
% C
2,14%
- Độ cứng sau khi tôi đạt HRC 60 ữ 62, sau khi ủ độ cứng HB = 107ữ
217 nên dỡ gia công bằng cắt và bằng áp lực.
- Thép các bon dụng cụ có đặc điểm sau:
+ Tính thấm tôi thấp: Do tính thấm tôi thấp nên phải tôi trong nớc,
khiến cho dụng cụ sau khi tôi dễ bị nứt vỡ, h hỏng.
+ Tính chịu nóng thấp vì không đợc hợp kim hoá nên Mác ten xít
của thép dễ bị phân tích khi nung nóng làm cho độ cứng của dụng
- Mác thép thờng dùng phổ biến thờng là P9 và P 18. Ngoài ra còn sử
dụng P9 4, P16 2, P9K5, P10K5.
Nói chung khả năng cắt và tuổi bền khi làm việc ở tốc độ cao của thép
gió P9, P18 là tơng đơng nhau. Khi làm việc ở tốc độ thấp thì nhân tố quyết
định độ bền của dao không phải là độ bền nhiệt mà là khả năng mài mòn ở
trạng thái nguội.
Trong trờng hợp này tuổi bền của dao P18 lớn hơn gấp 2 lần tuổi bền của
dao P9. Vì hàm lợng Va na đi cao hơn P9 (90w9Cr4V2) nên P9 cứng hơn, khó
mài hơn P18 (75w18Cr4V).
Khi mài sắc dao P9 dễ gây ra hiện tợng cháy bề mặt, do đó mà độ cứng
giảm.
Thép P9 có hàm lợng các bít ít nên dễ gia công ở trạng thái nóng, điều
này quan trọng đối với các loại dao mà phải gia công đợc ở thời điểm biến
dạng dẻo.
Nhợc điểm: Cơ bản của thép gió dẫn nhiệt kém, tôi và ram phức tạp.
P9: Sai số cho phép của nhiệt độ tôi không qúa 20
0
C.
P18: Sai số cho phép của nhiệt độ tôi không qúa 10
0
C.
- Nếu nhiệt độ tôi qúa thấp thì độ hạt lớn nên làm cho cơ tính giảm. Nếu
qúa cao thì sẽ gây ra cháy bề mặt làm giảm độ cứng.
- Trong thép gió P9 và P18 thì hàm lợng (M
0
) nhỏ không qúa 0,3 %. Để
đảm bảo giảm lợng (w) trong thép có hàm lợng (M
0
) theo tỷ lệ 1% M
0
Thờng đợc dùng gia công vật liệu có độ cứng và độ bền cao.
Ngoài ra một số vật liệu kể trên ngày nay ngời ta còn sử dụng vật liệu
gốm để làm dụng cụ cắt cho năng xuất cao.
Thông qua việc phân tích tính chất và công dụng một số loại vật liệu th-
ờng dùng chế tạo dụng cụ cắt, ta thấy rằng, để gia công vật liệu là thép có độ
cứng trung bình mà dụng cụ là mũi khoan thì việc chọn vật liệu chế tạo mũi
khoan là thép gió P18 là hoàn toàn hợp lý. Vì nó có đầy đủ độ bền f tốt nhất là
độ mòn ở trạng thái nguội, tính ổn định khi nhiệt luyện, tính mài tốt hơn, đặc
biệt khi mài sắc.
Bảng thành phần hoá học của thép gió P18
Thành phần hoá học Các bon Vonfram Crôm Vanađi
% 0,75 18 4 1
III. Kết cấu mũi khoan
- Mũi khoan xoắn tiêu chuẩn 17.
SVTH: Nguyễn Văn Thanh - Lớp TC2000M
Trang 8
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp:
Thiết kế mũi khoan xoắn 17
+ Vật liệu chế tạo : hép gió P18.
+ Kích thớc mũi khoan: Tra trong sổ tay công nhân cơ khí
(CPABO4HR- METAHCTA) ta có:
d = 17,0 (mm) L = 230 (mm)
l
0
= 135 (mm)
l
1
= 78,5 (mm)
l
2
1
l
2
l
0
L
R
N
0
2
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp:
Thiết kế mũi khoan xoắn 17
- Trên phần cán dao có phần chuôi dẹt (e) dùng làm chuẩn công nghệ
trong qúa trình chế tạo và khi tháo mũi khoan ra khỏi trục chính hoặc
đồ gá khi làm việc xong. (Theo sổ tay CNCTM tập 2, 3, 4) ta có
các kích thớc phần cán côn và phần chuôi dẹt nh sau:
D D
2
d
3
l
1
b e t R r
17,981 14,095 13,6 78,5 6,3 16,5 10,5 6 1,5
b. Phần cổ dao.
- Cổ dao là phần nối tiếp giữa cán dao với phần làm việc, nó có tác dụng
tạo không gian thoát đá mài, nhãn hiệu còn đợc ghi ở đây.
+ Kích thớc đờng kính cổ dao đợc tính:
d
2
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp:
Thiết kế mũi khoan xoắn 17
- Đờng kính phần định hớng giảm dần về phía cán dao, có tác dụng giảm
ma sát, ngăn ngừa kẹt lỗ. Độ côn ngợc lấy từ (0,04 ữ 0,08) trên 100
(mm) chiều dài. Đối với mũi khoan 17 ta chọn độ côn ngợc trên đờng
kính ngoài là 0,08 trên 100(mm) chiều dài phần làm việc của mũi
khoan.
- Trên phần định hớng có 2 rãnh xoắn có tác dụng thoát phoi với góc
xoắn
= 30
0
, bớc xoắn đợc tính theo công thức:
)(5,92456,92
30
17.14,3.
0
mm
tg
tg
D
H ===
Dạng rãnh xoắn trong tiết diện đầu tức là tiết diện thẳng góc với trục.
Đối với mũi khoan tiêu chuẩn dạng lỡi cắt thờng là thẳng trên phần cắt
trong tiết diện đầu nó có dạng cong.
Mô đun của rãnh xoắn tơng ứng với đờng kính ngoài của mũi khoan là 2
dải cạnh viền làm nhiệm vụ định hớng mũi khoan khi làm việc, đồng thời
giảm ma sát giữa mũi khoan và chi tiết gia công:
+ Chiều rộng cạnh viền:
mũi khoan.
Trong thực tế ngời ta thờng gặp một số phơng pháp mài sắc sau: Theo
mặt côn, mặt trụ, mặt xoắn vít và theo hai mặt phẳng.
ở đây với mũi khoan tiêu chuẩn ta chọn mặt sau là mặt côn, phơng pháp
này đợc dùng phổ biến hơn cả trong công nghiệp.
Mặt sau của mũi khoan là một phần của mặt côn với góc =15
0
, mặt côn
này trong thực tế không tồn tại, nó đợc hình thành nhờ động học và kết cấu
SVTH: Nguyễn Văn Thanh - Lớp TC2000M
Trang 12
h
f
d
0
90
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp:
Thiết kế mũi khoan xoắn 17
máy. Trục của mặt côn tởng tợng này hợp với trục của mũi khoan một góc =
45
0
và cách trục này một khoảng a =(1,8ữ1,9).d = (60,6ữ32,3)
Chọn a = 32 (mm)
Trên hình chiếu trục OB song song với mũi khoan OA cách nhau một
khoảng
b = (0,075 ữ 0,05) . d = 1,19 ữ 0,85 Chọn b = 1,1 (mm).
Trong đó: d là đờng kính mũi khoan .
(Tra bảng IX- 49 sổ tay CNNCTM tâp 2, 3, 4)
- Chiều dài phần làm việc: l
0
0
A0
1
A
N - N
0 - 0
A
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp:
Thiết kế mũi khoan xoắn 17
a. Góc tr ớc (
)
Góc trớc xác định là góc hợp bởi giữa mặt trớc và mặt đáy trong tiết diện
chính N-N.
Xét tại điểm A bất kì trên lỡi cắt chính, góc trớc đợc tính theo công thức:
sin.
.
D
tgD
tg
A
ữ
14
0
chọn
= 8
0
c. Góc nghiêng chính (
).
Góc nghiêng chính () là góc chủ yếu của mũi khoan đóng vai trò là góc
nghiêng chính quyết định đến năng suất và tuổi bền của mũi khoan.
Để đảm bảo cho hai lỡi cắt chính đối xứng nhau qua trục mũi khoan góc
ở đỉnh thờng đợc xác định bằng góc 2.
Khi giảm góc nghiêng sẽ cho phép mũi khoan đễ ăn sâu vào vật liệu, lỡi
cắt dài ra, do đó thoát nhiệt dễ hơn, tuy nhiên nh vậy sẽ làm cho độ bền của
mũi khoan giảm xuống.
Góc đợc chọn phụ thuộc vào vật liệu gia công.
Với mũi khoan tiêu chuẩn 2 = 116 ữ 120
0
chọn góc 2 = 120
0
d. Góc nghiêng phụ (
1
).
Góc nghiêng phụ đợc hình thành do độ côn ngợc của phần định hớng,
A
: Đờng kính mũi khoan tại điểm A.
S: Bớc xoắn của mũi khoan.
Góc xoắn () thay đổi tuỳ thuộc nghiên cứu theo quy luật giảm dần kể từ
điểm ngoài cùng đến lõi mũi khoan.
Khi tăng góc () dẫn đến góc tăng quá trình cắt gọt sẽ dễ dàng hơn,
đồng thời khi tăng () phoi biến đổi từ dạng dải dài sang dạng xoắn, dễ thoát
ra ngoài. Tuy vậy nếu tăng góc () lên qúa sẽ làm yếu chêm cắt ở phía ngoài
của mũi khoan. Mặt khác góc () liên quan đến cả đờng kính của mũi khoan.
(Tra bảng 35- thiết kế dụng cụ cắt tập I) ta có: Trị góc xoắn ngoài cùng =
30
0
Ta tính đợc góc xoắn của mũi khoan :
)(503,92
30
17.14,3.
0
mm
tg
tg
D
s ===
f. Góc nghiêng của l ỡi cắt ngang (
).
Góc () là góc hợp bởi hình chiếu của lỡi cắt ngang và hình chiếu của lỡi
cắt chính trên mặt phẳng vuông góc với trục của mũi khoan.
Khi tăng góc () sẽ làm giảm chiều dài lỡi cắt ngang, làm tăng chiều dài
: Đờng kính mũi khoan tại điểm đang khảo sát
d
0
: Đờng kính mũi khoan đang khảo sát
Ta thấy góc () thay đổi phụ thuộc vào D
A
tức là phụ thuộc vào điểm
khảo sát trên lỡi cắt. Do vậy tại điểm ngoài cùng ta có góc ()
Với góc 2 = 120 = 60
0
,
d
0
= 2,8 (mm)
D = 17 (mm)
1386,0
17
8,2.60sin
sin
0
==
A
= 7
0
96 lấy = 8
0
3. Thông số xác định hình dạng dao phay để phay rãnh.
Các thông số xác định hình dáng dao phay rãnh, đợc xác định theo công
==
=
D
D
d
D
C
r9,0
.3,1
”ThiÕt kÕ mòi khoan xo¾n φ17”
= 0,513. 1. 1. 17 = 8,721 (mm)
- B¸n kÝnh cña pr«fin dao phay:
R
r
= C
K
. D
C
K
= 0,513. w
0,75
= 0,514. 30
0,75
= 0,192
⇒ R
r
= C
K
. D = 0,192. 17 = 3,264
- ChiÒu s©u r·nh xo¾n.
h = 0,5. D + 3 = 0,5. 17 + 3 = 11,5 (mm)
- ChiÒu réng r·nh b trong tiÕt diÖn vu«ng gãc víi ph¬ng xo¾n:
b = 0,59. D = 0,59 .17 = 10,03 (mm)
SVTH: NguyÔn V¨n Thanh - Líp TC2000M
Trang 18
ThuyÕt minh ®å ¸n tèt nghiÖp:
”ThiÕt kÕ mòi khoan xo¾n φ17”
H×nh trang19 ®· vÏ trang riªng
SVTH: NguyÔn V¨n Thanh - Líp TC2000M
SVTH: Nguyễn Văn Thanh - Lớp TC2000M
Trang 20
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp:
Thiết kế mũi khoan xoắn 17
+ Độ cứng cao ở phần làm việc HRC 62 ữ 65 nhng lại không cao ở phần
chuôi HRC 30ữ45.
+ Vật liệu chế tạo là thép gió P18, nhiệt luyện phúc tạp, phải tôi và Ram
nhiều lần theo yêu cầu. Nh vậy quá trình nhiệt luyện càng trở lên khắt
khe và phức tạp hơn mới có thể đảm bảo đợc yêu cầu kỹ thuật đề ra,
tránh cong vênh, nứt nẻ.
+ Trang thiết bị sử dụng phải hợp lý cho từng nguyên công, tính năng
công dụng thích hợp, đồng thời phải đảm bảo tính kinh tế.
+ Việc chọn phôi phải hệ trọng đảm bảo các yêu cầu đề ra, phôi phải có
tính đồng nhất, không rỗ, không nứt, thành phần hoá học phải đúng, hình
dáng và kích thớc phôi phải hợp lý.
+ Việc sắp xếp các nguyên công cũng nh các bớc công nghệ theo thứ tự
hợp lý, đặc biệt là các nguyên công gia công lần cuối.
+ Khi chọn chuẩn, phơng pháp định vị và kẹp chặt phải phù hợp với chi
tiết gia công.
II. Xác định dạng sản xuất.
1. Các dạng sản xuất.
Việc xác định dạng sản xuất là công việc cần phải có, vì nó liên quan
đến kế hoạch sản xuất của nhà máy. Dạng sản xuất là một khái niệm đặc trng,
có tính tổng hợp các yếu tố của dạng sản xuất.
- Sản lợng.
- Tính ổn định của sản phẩm.
- Tính lặp lại của quá trình sản xuất.
- Mức độ chuyên môm hoá, tự động hoá.
Ngời ta chia ra làm 3 dạng sản xuất:
a. Dạng sản xuất đơn chiếc.
1)(
100
1(.
++=
ii
mNN
)
Trong đó:
N
i
: Sản lợng cơ khí chi tiết đợc chế tạo (c/n)
N : Sản lợng thép kế hoạch trong năm (N = 25.000 c/n)
m
i
: Số loại sản phẩm m
i
= 1
: Số % dự trữ phòng phế phẩm trong lắp ráp.
SVTH: Nguyễn Văn Thanh - Lớp TC2000M
Trang 22
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp:
Thiết kế mũi khoan xoắn 17
: Số % dự trữ phòng phế phẩm trong gia công.
= 3%,
= 3%
)
100
3
).
Ta phân chi tiết ra làm 4 phần:
V = V
1
+ V
2
+ V
3
+ V
4
Trong đó:
V
1
: Thể tích phần chuôi dẹt
V
2
: Thể tích phần cán côn
V
3
: Thể tích phần cổ dao
V
4
: Thể tích phần làm việc.
+ V
1
= t . b . d
3
Với:
t = 10,5 Chiều dài phần chuôi dẹt.
22
2
RrrR
h
V
++=
Với:
h = 68 Chiều dài phần cán côn.
R = 8,9905 Bán kính đầu côn to.
r = 7,04750 Bán kính đầu côn nhỏ.
)(
3
22
2
RrrR
h
V
++=
=
3
68
. 3,14 (8,9905
2
+ 7,0475
2
+ 8,9905 .7,0475)
= 13808,388 (mm
.
2
4
Với:
d = 17(mm) Đờng kính mũi khoan.
l
V
= 139,5 Chiều dài phần làm
V
r
Thể tích rãnh xoắn. Để tính đợc thể tích rãnh xoắn dễ dàng ta coi
nh là thể tích hình trụ
2
0
dd
d
r
=
SVTH: Nguyễn Văn Thanh - Lớp TC2000M
Trang 24
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp:
Thiết kế mũi khoan xoắn 17
d
0
= 2,8 (mm) Đờng kính lõi
)(1,7
2
8,217
0
===
s
l
n
r
Số vòng xoắn
s là bớc xoắn.
)(76,106
30sin
17.14,3
sin
.
0
mm
d
l
S
===
là chiều dài rãnh xoắn trên một
bớc xoắn s.
l
r
= n
r
. l
S
= 1,46 . 106,76 = 155,87 (mm)
rv
Vl
d
V
= 19311,54 (mm
3
)
Vậy ta có thể tích của mũi khoan 17 sẽ là:
V = V
1
+ V
2
+ V
3
+ V
4
= 899,64 + 13808,388 + 2472,184 + 19311,54
= 36491,752 (mm
3
)
= 0,036491752 (dm
3
)
Ta có khối lợng của mũi khoan là:
SVTH: Nguyễn Văn Thanh - Lớp TC2000M
Trang 25
Copyright: Tài liệu đại học ©