Thuyết Minh Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết kế mũi khoan tiêu chuẩn đường kính 30

lêi nãi ®Çu

rong nÒn kinh tÕ níc ta hiÖn nay th× c«ng nghiÖp nÆng gi÷

mét vai trß hÕt søc quan träng v× nã lµ nÒn t¶ng cho c¸c

ngµnh c«ng nghiÖp kh¸c ph¸t triÓn. MÊy n¨m trë l¹i ®©y

nhµ níc ®· cã sù quan t©m vµ ®Çu t thÝch ®¸ng cho ngµnh c¬ khÝ ®Ó

biÕn nã thµnh mét ngµnh c«ng nghiÖp mòi nhän cña ®Êt níc . Trong

ngµnh c¬ khÝ nãi riªng th× dông cô c¾t gi÷ mét vai trß rÊt quan träng

v× cã nã ngêi ta míi cã thÓ biÕn nh÷ng ph«i liÖu th« s¬ ban ®Çu

thµnh nh÷ng chi tiÕt, nh÷ng s¶n phÈm cã Ých cho x· héi vµ phôc vô

cho c¸c ngµnh c«ng nghiÖp kh¸c .

T

Sau mét thêi gian häc tËp t¹i trêng ®Õn nay chóng em ®· ®îc

nhËn ®Ò tµi tèt nghiÖp . §Ò tµi cña em lµ "ThiÕt kÕ mòi khoan tiªu

chuÈn Φ30", theo em ®©y lµ mét ®Ò tµi rÊt hay, v× nã gióp em hiÓu

râ ®îc quy tr×nh c«ng nghÖ chÕ t¹o mét dông cô c¾t vµ gióp em n¾m

v÷ng h¬n nh÷ng kiÕn thøc ®· häc trong nhµ trêng ®Ó sau nµy cã thÓ

lµm viÖc tèt h¬n.

Do thêi gian vµ tr×nh ®é cßn h¹n chÕ nªn trong b¶n ®å ¸n cña

em cßn cã nhiÒu sai sãt, em rÊt mong nhËn ®îc sù gióp ®ì vµ chØ

b¶o cña c¸c thµy c« trong bé m«n ®Ó b¶n ®å ¸n cña em ®îc hoµn

thiÖn h¬n.

Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n!

Ngµy 26 th¸ng 04 n¨m 2006

Sinh viªn thiÕt kÕ

D¬ng V¨n Toµn

 5 

NhËn xÐt cña gi¸o viªn híng dÉn

.............................................................................................................

.............................................................................................................

.............................................................................................................

.............................................................................................................

.............................................................................................................

.............................................................................................................

.............................................................................................................

.............................................................................................................

.............................................................................................................

.............................................................................................................

.............................................................................................................

.............................................................................................................

.............................................................................................................

.............................................................................................................

.............................................................................................................

.............................................................................................................

.............................................................................................................

.............................................................................................................

.............................................................................................................

.............................................................................................................

.............................................................................................................

.............................................................................................................

.............................................................................................................

 6 

PhÇn I

ThiÕt kÕ mòi khoan tiªu chuÈn Φ30

I. C«ng dông vµ ®Æc ®iÓm cña mòi khoan

Mòi khoan thuéc d¹ng hä trôc lµ dông cô c¾t dïng ®Ó gia c«ng t¹o

thµnh lç h×nh trô trªn c¸c chi tiÕt khoan t¹o thµnh lç hoÆc khoan réng lç cã

s½n.

VD: Nh lç sau khi ®óc, rÌn hay dËp hoÆc lç ®· khoan s¬ bé tríc, khoan

phÇn lâm s©u h×nh c«n (lç t©m). Khoan cã thÓ gia c«ng lç th«ng hoÆc kh«ng

th«ng, c¸c lç sau khi khoan tuú theo yªu cÇu mµ cã thÓ kh«ng cÇn gia c«ng g×

thªm hoÆc ph¶i gia c«ng thªm nh khoÐt, doa, hoÆc tar«...

C¸c kiÓu mòi khoan nh:

- Mòi khoan t©m: ®Ó khi chÕ t¹o lç t©m ngêi ta dïng mòi khoan t©m. VÒ

kÕt cÊu mòi khoan t©m cã: mòi khoan t©m lo¹i ®¬n gi¶n kh«ng kh¸c víi mòi

khoan r·nh xo¾n vµ mòi khoan t©m tæ hîp cã phÇn c¾t ë c¶ hai ®Çu ®Ó tËn

dông ®îc vËt liÖu.

- Mòi khoan s©u: ®Ó khoan lç cã chiÒu s©u lín h¬n 5 lÇn ®êng kÝnh trë

lªn. Mòi khoan s©u dïng ®Ò khoan lç ®Æc vµ khoan theo vµnh.

- Mòi khoan dÑt: lo¹i mòi khoan nµy ®îc dïng trong nh÷ng trêng hîp

yªu cÇu dông cô cÇn cøng v÷ng.

VD nh: VËt rÌn hoÆc ®óc cã ®é cøng lín. §èi víi ®êng kÝnh lín mòi

khoan dÑt thêng l¾p phÇn c¾t vµo chu«i riªng. Mòi khoan dÑt tuy r¨ng dÔ chÕ

t¹o dÔ tiÖn nhng cã nhiÒu nhîc ®iÓm: nhanh mßn khã tho¸t phoi, tuæi thä cña

mòi khoan ng¾n n¨ng suÊt thÊp, ®é chÝnh x¸c gia c«ng kh«ng cao.

Cßn mòi khoan r·nh xo¾n cã ®Æc ®iÓm lµ:

- Tuæi thä dao lín, mòi khoan cã thÓ mµi l¹i nhiÒu lÇn

- §é chÝnh x¸c gia c«ng cao h¬n do ®ã phÇn ®Þnh híng trong kÕt cÊu

mòi khoan

- N¨ng suÊt gia c«ng cao, h×nh d¹ng hîp lý h¬n.

V× cã nhng ®Æc ®iÓm trªn mµ hiÖn nay trong ngµnh chÕ t¹o c¬ khÝ mòi

khoan r·nh xo¾n ®· thay thÕ hoµn toµn mòi khoan dÑt. V× vËy ta chän kiÓu

mòi khoan r·nh xo¾n ®Ó thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o l¹i.

 7 

1. Chän vËt liÖu chÕ t¹o mòi khoan.

Chän vËt liÖu lµm dao lµ vÊn ®Ò hÕt søc quan träng nã quyÕt ®Þnh ®Õn

chÊt lîng vµ gi¸ thµnh cña dông cô c¾t ®Ó chän vËt liÖu lµm dao cho phï hîp

ta ph¶i dùa vµo mét sè ®Æc ®iÓm sau:

- Lo¹i c«ng dông, kÝch thíc vµ ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña dông cô.

- C«ng nghÖ chÕ t¹o dông cô

- Gi¸ thµnh vËt liÖu, vËt liÖu ®¾t tiÒn chiÕm mét tØ lÖ cao trong gi¸ thµnh

dông cô. Khi tÝnh to¸n kinh tÕ trong s¶n xuÊt cÇn xuÊt ph¸t tõ lîng tiªu hao

dông cô cho mét chi tiÕt gia c«ng.

§Ó chÕ t¹o mòi khoan ta chän vËt liÖu lµ thÐp giã ta chän vËt liÖu lµ

thÐp giã P18 lµ phï hîp vµ ®îc sö dông réng r·i nhÊt. V× thÐp giã cã thÓ c¾t

víi tèc ®é cao gÊp 2 → 4 lÇn cã tuæi bÒn 8 → 15 lÇn cao h¬n c¸c thÐp c¸c

bon vµ thÐp hîp kim. Dông cô thÐp giã cã thÓ lµm viÖc ë nhiÖt ®é 560 ÷ 6000C

tèc ®é trung b×nh 25 ÷ 35 v/ph.

Gi÷a thÐp P18 vµ P9 cã tÝnh bÒn nh nhau do ®ã khi lµm viÖc ë tèc ®é

cao th× chóng cã tuæi bÒn gÇn nh nhau. Nhng khi lµm viÖc ë tèc ®é thÊp th×

thÐp P18 cã ®é chÞu mµi mßn cao h¬n do ®ã nã cã tuæi bÒn cao h¬n ®Õn 2 lÇn

so víi dông cô c¾t b»ng thÐp P9.

- TÝnh mµi cña thÐp P9 khi mµi ®Æc biÖt lµ khi mµi s¾c th× ®é cøng cña

bÒ mÆt thÐp gi¶m xuèng (ch¸y bÒ mÆt) so víi thÐp P18 th× thÐp P9 nhiÖt ®é t«i

hÑp h¬n do ®ã g©y khã kh¨n nhÊt ®Þnh nhiÖt ®é kh«ng ®¶m b¶o tÝnh æn ®Þnh

khi nhiÖt luyÖn.

- Víi thÐp giã P18 φ2 tuy cã kh¶ n¨ng c¾t cao h¬n thÐp giã P18 nhng

nhîc ®iÓm cña nã kh«ng ®ång nhÊt c¸c bÝt lín h¬n 1 cÊp so víi thÐp P18 do

®ã c¬ tÝnh cña nã kÐm h¬n P18.

- ThÐp nh·n hiÖu P18 Me, P9 M c¸c lo¹i thÐp cã c¸c bÝt ®en dÔ mÊt c¸c

bon nªn khi t«i ph¶i nung nãng chóng trong lß ®Æc biÖt cã m«i trêng b¶o vÖ.

C¸c lo¹i thÐp giã cã n¨ng suÊt cao ®îc chia lµm hai nhãm:

+ Nhãm thø nhÊt lµ nhãm cã thªm Co ban

+ Nhãm thø hai ®Æc trng hµm lîng Vana®i

Nhng thÐp giã chøa Coban cã c¸c nhîc ®iÓm lµ ®é dßn cao, dÔ bÞ nøt nÎ

bÞ mÊt Cacbon khi t«i vµ ñ nhng thÐp giã chøa vana®i cã ®é bÒn thÊp h¬n P18

vµ khã mµi h¬n.

 8 

- ThÐp Cacbon dông cô cã n¨ng suÊt thÊp nªn nhiÖt ®é t¨ng lªn th×

Cacbon mÊt ®é cøng vµ ®é chÞu mµi mßn nªn kh«ng thÓ dïng Cacbon chÕ t¹o

dông cô lµm viÖc ë ®iÒu kiÖn khã kh¨n.

TÝnh t«i cña thÐp Cacbon thÊp nªn khi t«i ph¶i lµm nguéi nhanh trong

níc s¹ch hay níc muèi. Khi lµm nguéi nhanh sÏ g©y biÕn d¹ng g©y ra c¸c vÕt

nøt vµ cßn lµm cho dao sau khi t«i dÔ bÞ gÉy, nÎ.

HiÖn tîng g©y qu¸ nhiÖt khi t«i lµm kÝch thíc cña h¹t t¨ng lªn vµ ®ã lµ

nguyªn nh©n t¨ng ®é dßn vµ lµm cho c¸c lìi c¾t bÞ mÎ. Do ®ã ta kh«ng thÓ

chän thÐp Cacbon dông cô ®Ó chÕ t¹o mòi khoan.

- ThÐp hîp kim dông cô cã tÝnh n¨ng c¾t thÊp h¬n rÊt nhiÒu so víi thÐp

giã.

C¸c m¸c thÐp hîp kim ®Òu cã nh÷ng nhîc ®iÓm kh¸c nhau mµ ta kh«ng

thÓ chän nã lµm mòi khoan.

2. KÝch thíc kÕt cÊu cña mòi khoan.

KÕt cÊu cña mòi khoan ®îc chia lµm 3 phÇn:

a) PhÇn c¸n dao l1: lµ bé phËn dïng ®Ó ®Þnh vÞ mòi khoan vµo trôc chÝnh cña

m¸y khoan hoÆc vµo c¸c ®å g¸ mµ dïng ®Ó truyÒn chuyÓn ®éng vµ m« men

xo¾n khi c¾t.

Trªn phÇn c¸n c«n cã chu«i dÑt (e ) dïng lµm chuÈn c«ng nghÖ trong

qu¸ tr×nh chÕ t¹o mòi khoan vµ ®Ó ®ãng th¸o mòi khoan sau khi c¾t xong.

Víi mòi khoan cã ®êng kÝnh φ30 c¸n dao cã d¹ng lµ c«n moãc No3

v× nã cã kh¶ n¨ng ®Þnh t©m cao truyÒn m« men xo¾n lín h¬n so víi

®u«i trô.

 9 

L

lo

L

2

l1

e

Tra b¶ng 41 TK§ADC cã:

D1 = 31,544 e = 20 t = 10

d2 = 19,1 R = 7 r = 1,5

b = 7,9 d3 = 18 L1 = 99

b) PhÇn cæ dao l2: lµ phÇn nèi tiÕp gi÷a c¸n dao vµ phÇn lµm viÖc nã cã t¸c

dông tho¸t ®¸ mµi khi mµi phÇn c¸n vµ phÇn lµm viÖc. Thêng ë ®©y ®îc ghi

nh·n hiÖu mòi khoan.

Víi mòi khoan tiªu chuÈn Φ30, c«n moãc sè 3

PhÇn cæ dao d1 = d - 7 = 23mm

l2 = 4mm

c) PhÇn lµm viÖc l0:

gåm cã phÇn c¾t vµ phÇn ®Þnh híng.

 10 

d

3

h

f

R

r

90

do

t

R

e

b

d

2

D1

l1

r

* PhÇn c¾t lc: lµ phÇn c¾t chñ yÕu cña mòi khoan dïng ®Ó c¾t vËt liÖu t¹o

ra phoi nã gåm 5 lìi c¾t lµ:

2 lìi c¾t chÝnh, 2 lìi c¾t phô vµ 1 lìi c¾t ngang

- Lìi c¾t chÝnh: lµ giao cña mÆt tríc víi mÆt sau, mÆt tríc cña mòi

khoan cã d¹ng mÆt xo¾n, mÆt ph¼ng hay mÆt trô phô thuéc vµo c¸ch mµi s¾c.

- Lìi c¾t phô: lµ giao cña mÆt sau víi c¹nh xiªn nã chØ tham gia c¾t trªn

chiÒu dµi 1/2 lîng ch¹y dao vßng.

- Lìi c¾t phô ngang: lµ giao cña mÆt sau cã d¹ng ®êng cong kh«ng gian.

Nhng h×nh chiÕu cña nã quy íc lµ ®êng th¼ng.

- MÆt sau cña mòi khoan lµ 1 h×nh bao cña nh÷ng vÞ trÝ lÇn lît tiÕp xóc

víi mòi khoan cña mÆt ph¼ng ®¸ mµi t¬ng ®èi víi mòi khoan ®ã.

Trong thùc tÕ ta gÆp mét sè ph¬ng ph¸p mµi s¾c: mµi s¾c theo mÆt c«n,

theo mÆt trô, theo mÆt xo¾n vÝt, theo 2 mÆt ph¼ng. Ta xÐt theo ph¬ng ph¸p mµi

s¾c theo mÆt c«n v× ph¬ng ph¸p nµy dïng phæ biÕn h¬n c¶ trong c«ng nghiÖp.

MÆt sau cña mòi khoan lµ mét phÇn cña mÆt c«n víi gãc c«n δ, MÆt c«n nµy

trong thùc tÕ kh«ng tån t¹i nã ®îc h×nh thµnh nhê ®éng häc vµ kÕt cÊu cña

m¸y.

C¸c th«ng sè mµi s¾c theo mÆt c«n H kho¶ng c¸ch gi÷a trôc mòi khoan

vµ trôc l¾c cña nãn mµi trÞ sè H cµng lín gãc α cµng lín.

Thêng H = (0,07 ÷ 0,05) D

H: kho¶ng c¸ch gi÷a ®Ønh nãn mµi vµ trôc mòi khoan H= (1,8÷ 1,9)D

ω: gãc xoay cña mòi khoan do gi÷a c¸c h×nh chiÕu cña trôc l¾c vµ lìi

c¾t chÝnh trªn mÆt ®Çu cña mòi khoan gi¶m. Khi gi¶m H hoÆc trôc mòi khoan

vµ mÆt ph¼ng ®¸ mµi gãc g¸ ®Æt mòi khoan do gi÷a trôc mòi khoan ϕ0 bao giê

còng nhá h¬n gãc ϕ lµ nöa gãc nghiªng cña mòi khoan, gãc g¸ ®Æt mòi

khoan dïng ®Ó ®iÒu chØnh gãc 2φ vµ ®îc x¸c ®Þnh gÇn ®óng.

τ: gãc giao nhau gi÷a trôc mòi khoan vµ nãn mµi

δ: nöa gãc nãn mµi (δ = φ0 - σ)

S¬ ®å mµi s¾c theo mÆt c«n (nh h×nh vÏ)

 11 

I

II

I-I

I II-II

II αII

a) b)

§Ønh cña nãn mµi ë phÝa sau mòi khoan gãc giao nhau trong kho¶ng

800 ÷ 1000

.

§èi víi mäi kiÓu mµi s¾c gãc α trong tiÕt diÖn kÑp t¨ng lªn theo híng

tõ mÆt ngoµi vµo t©m mòi khoan trong ®ã t¨ng nhiÒu nhÊt lµ mµi theo kiÓu I

®iÒu ®ã t¹o ®iÒu kiÖn c¾t tèt h¬n nh÷ng ®o¹n tiÕp gi¸p víi lìi c¾t ngang cña

mòi khoan.

- Mµi mÆt sau theo mÆt trô t¬ng tù nh mµi s¾c theo mÆt c«n trong ®ã

trô l¾c song song víi mÆt ®¸ vµ nãn mµi trë thµnh mÆt trô trßn xoay.

* Mµi mÆt sau theo mÆt xo¾n vÝt lµ c¬ së cña phÇn lín m¸y mµi mòi

khoan do Liªn X« chÕ t¹o, mòi khoan thùc hiÖn 3 chuyÓn ®éng t¹o h×nh xoay

quanh cña nã.

C¸c kiÓu mµi s¾c mÆt sau mòi khoan theo mÆt c«n

 12 

αΙΙ

αΙ

b)

a)

c)

C¸c chuyÓn ®éng t¹o h×nh khi mµi xo¾n vÝt cã quan hÖ ®éng häc víi

nhau mét vßng quay cña mòi khoan t¬ng øng víi chu kú chuyÓn ®éng tÞnh

tiÕn nh vËy ®¶m b¶o ph©n ®é liªn tôc mµi c¶ hai me trong mét vßng quay cña

mòi khoan.

Mµi chuyÓn ®éng ®Õn cho mòi khoan thùc hiÖn (b - c) c¶ mòi khoan vµ

®¸ thùc hiÖn chuyÓn ®éng f ; 0 chuyÓn ®éng hít lng 0, c l¾c. B - C chuyÓn

®éng quay hµnh tr×nh thuËn khi hít lng vµ chuyÓn ®éng cña mòi khoan tiÕn

gÇn tíi ®¸ mµi. Hµnh tr×nh thuËn khi l¾c lµ chuyÓn ®éng ®a trôc mòi khoan ra

khái giíi h¹n c¹nh gãc cña ®¸ mµi. ChuyÓn ®éng tÞnh tiÕn ®îc thùc hiÖn do

t¸c ®éng cña Cam ®Üa vµ Cam mÆt ®Çu víi ®é n©ng ®Òu (®êng xo¾n Acximet)

hoÆc Cam lÖch t©m gãc sau t¨ng khi t¨ng hµnh tr×nh hít lng vµ gãc nghiªng

cña mòi khoan hoÆc khi gi¶m hµnh tr×nh l¾c vµ ®êng kÝnh cña mòi khoan.

* ngoµi ra cßn cã mµi mÆt sau theo mÆt xo¾n vÝt phøc t¹p.

Ph¬ng ph¸p mµi mòi khoan thùc hiÖn 3 chuyÓn ®éng t¹o h×nh quay

xung quanh trôc cña nã. ChuyÓn ®éng hít lng - chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn däc

theo trôc mòi khoan. ChuyÓn ®éng xoay - chuyÓn ®éng l¾c xung quanh trôc

th¼ng gãc víi trôc mòi khoan.

Nhê chuyÓn ®éng gãc φ0 gi÷a trôc mòi khoan vµ mÆt ph¼ng ®¸ trong

hµnh tr×nh mµi s¾c sÏ gi¶m c¶i thiÖn ®îc ®iÒu kiÖn c¾t trªn líi c¾t ngang.

 13 

α

γ

δ

I

i

I

I

I

I

α

α

γ

γ