Giáo trình Nguyên lý cắt - Học trình III: Phay-Chuốt-Cắt răng-Mài - Bài 3: Cắt răng

Nội dung text: Giáo trình Nguyên lý cắt - Học trình III: Phay-Chuốt-Cắt răng-Mài - Bài 3: Cắt răng

1. Bài 3 CẮT RĂNG I. Khái niệm chung về bánh răng: Bánh răng là chi tiết cĩ răng dùng để truyền chuyển động quay bằng sự tiếp xúc lần lược các cặp răng ăn khớp với nhau. Bánh răng thường dùng gồm cĩ một số như sau: - Bánh răng trụ dùng để truyền chuyển động giữa hai trục song song với nhau - Bánh răng cơn dùng để truyền chuyển động giữa hai trục cắt với nhau - Bánh vít – trục vít dùng để truyền chuyển động giữa hai trục chéo nhau Hai loại bánh răng trụ và bánh răng cơn lại được chia ra làm hai loại là bánh răng nghiêng và bánh răng cĩ răng thẳng. II. Yêu cầu chung của bánh răng: 1. Độ chính xác: Độ chính xác của bánh răng được đánh giá bằng các tiêu chuẩn sau đây: +Độ chính xác động học. +Mức độ làm việc êm(hoặc độ ổn định khi làm việc ) +Độ chính xác về tiếp xúc +Khe hở cạnh bên. Theo tiêu chuẩn nhà nước Việt Nam (TCVN 1067-84) thì 3 chỉ tiêu đầu được quy định mỗi chỉ tiêu cĩ 12 cấp chính xác với ký hiệu là các chữ số từ 1 đến 12 trong đĩ số 1 là cấp chính xác cao nhất. Trong thực tế các bánh răng thường được chế tạo với cấp chính xác từ 4 đến 11 . Đối với chỉ tiêu thứ 4 thì TCVN 1067 – 84 quy định cĩ 6 dạng đối tiếp khe hở mặt bên răng và được ký hịệu bằng các chữ cái H,E,D,C,B,A trong đĩ H cĩ khe hở nhỏ nhất. 2. Vật liệu và nhiệt luyện bánh răng: Vật liệu để chế tạo bánh răng phụ thuộc vào tải trọng , cơng dụng và tốc độ khi làm việc . Các loại vật liệu thường được sử dụng gồm thép các bon, thép hợp kim và gang. Bánh răng bằng gang chỉ sử dụng khi cĩ tốc độ quay nhỏ hơn 3m/giây. Phơi của bánh răng thường sử dụng phơi rèn. Phơi rèn cĩ cơ tính tốt và cĩ khả năng tiết kiệm được vật liệu và thời gian gia cơng. Nhiệm vụ của bánh răng là truyền lực và khi làm việc bánh răng chỉ tiếp xúc với nhau ở các bề mặt răng vì vậy răng phải cĩ độ bền và độ cứng cần thuyết
2. . Mặt khác bánh răng khơng được phép cĩ vết nứt và ứng suất dư cao quá mức cho phép. Để bánh răng cĩ thể làm việc được tốt cần phải cĩ chế độ nhuyệt luyện hợp lý. Đối với thép các bon thấp , bề mặt răng thường được thấm các bon sau khi cắt. 3. Chuẩn: Tuỳ theo kết cấu , vật liệu độ chính xác và sản lượng mà ta chọn chuẩn vá phương pháp gia cơng chuẩn cho thích hợp. Đối với bánh răng cĩ lỗ bao giờ cũng chọn lỗ làm chuẩn để gia cơng bánh răng , vì vậy khi gia cơng phơi phải chú trọng đến chất lượng lỗ. Đối với các bánh răng liền trục thì bề mặt cổ trục cần phải chú ý về chất` lượng vì đĩ là bề mặt chuẩn. Trong một số trường hợp cần chú ý đến độ thẳng gốc giữa mặt đầu báng răng với đường tâm của lỗ hoặc đường tâm của trục. III. Các phương pháp và đặc điểm cuả quá trình gia cơng răng: Bánh răng là một chi tiết quan trọng được dùng phổ biến trong truyền động cơ khí nĩi chung. Hiện nay việc tạo hình bánh răng đạt độ chính xác yêu cầu , chủ yếu vẫn bằng phương pháp cắt gọt. Đối với bánh răng mơđun nhỏ cĩ thể được tạo hình bằng phương pháp cán ( biến dạng dẻo ) và cĩ những bánh răng cĩ độ chính xác thấp cĩ thể chế tạo bằng phương pháp đúc. Tuỳ theo yêu cầu sản suất, độ chính xác và kết cấu của bánh răng và người ta dùng các phương pháp cắt răng sau đây: 1. Phương pháp chép hình: Bản chất của phương pháp chép hình là profin răng của bánh răng được chép lại theo prơfin lưỡi cắt của dao, các dao dùng trong phương pháp này gồm cĩ : dao phay đĩa mơđun , dao phay ngĩn mơđun , dao chuốt răng , đầu dao sọc răng
3. Dùng dao phay đĩa mơđun, dao phay ngĩn mơđun cĩ thể gia cơng dược bánh răng hình trụ và hình cơn răng thẳng cấp chính xác 9 và 10 . Cũng cĩ thể gia cơng được bánh răng hình trụ nghiêng dựa trên nguyên lý bao hình khơng tâm tích. Tuy nhiên đĩ chỉ là tạo hình gần đúng, độ chính xác gia cơng thấp, vì prơfin của các dao phay đĩa mơđun trong bộ dao khơng hồn tồn tương ứng với prơfin bánh răng gia cơng cùng mơdun và số răng của nĩ . Ngồi ra việc phân độ làm quá trình cắt khơng liên tục, năng suất gia cơng thấp mà cịn giảm độ chính xác gia cơng (về bước răng ). Tuy nhiên những nhược điểm trên, nhưng chúng vẫn được dùng trong sản xuất nhỏ và sửa chữa để gia cơng bánh răng chính xác thấp, vì cĩ thể dùng trên các máy phay vạn năng cĩ đầu phân độ. Trong phương pháp chép hình, dùng các dao chuốt răng, cần dao xọc răng thì độ chính xác gia cơng và cơng suất gia cơng đạt được cao, vì quá trình gia cơng bằng nhiều răng cắt đồng thời tuy nhiên cũng phải dùng nhiều dao chép hình này chỉ dùng trong sản hàng loạt lớn và sản xuất hàng khối. 2.Phương pháp bao hình: Bánh răng được gia cơng theo phương pháp này cĩ thể đạt cấp chính xác 7-8 (bằng dao phay lăn răng và xọc răng ) và đạt cấp chính xác 5-7 (bằng dao cà răng mài răng) quá trình cắt liên tục năng suất gia cơng cao. Phương pháp này dùng chủ yếu trong sản xuất hàng loạt. Trong phương pháp bao hình prơfin bánh răng gia cơng được tạo nên trong quá trình là hình bao các vị trí liên tiếp (các nhát cắt) của prơfin lưỡi cắt của dao. 3. Đặc điểm của quá trình cắt răng: Quá trình cắt răng theo phương pháp bao hình cĩ một số đặc điểm sau: - Tiết diện lớp cắt thay đổi theo chu kỳ trong thời gian gia cơng. - Những đoạn khác nhau trên lưỡi cắt chịu tải trọng khác nhau, vì kích thước lớp cắt ứng với từng đoạn lớp cắt khác nhau. Cũng như do lớp cắt và lượng chạy dao đều khác nhau. - Trị số gĩc trước và gĩc sau thay đổi dọc theo lưỡi cắt của dao, cần lưu ý tránh hiện tượng ma sát ở các đoạn cĩ gĩc sau nhỏ Ngồi thơng số hình học hợp lý cần phải đảm bảo độ chính xác prơfin lưỡi cắt khi mài lại . - Một số dao cắt răng phải thực hiện các chuyển động quá phức tạp khi làm việc. IV.Cắt răng bằng dao phay đĩa mơđun: 1. Dao phay đĩa mơđun: Là loại dao định hình hớt lưng, prơfin răng dạng thân khai, prơfin của dao phay đĩa mơđun chẳng những phụ thuộc vào mơđun, gĩc áp lực mà cịn
4. phụ thuộc vào: số răng z của bánh răng được gia cơng. Để giảm bớt số lượng dao phay tiêu chuẩn ứng với mỗi mơđun cĩ một bộ dao phay( gồm 8 dao hoặc 12 dao) để đảm bảo gia cơng khoảng số răng từ 12 đến . Dao phay đĩa mơđun dùng trên các máy phay vạn năng.Sau khi phay xong một rãnh răng, dùng đầu phân độ để quay phơi đi một răng. 2.Chế độ cắt: - Chiều sâu phay t thường chọn theo mơđun: t=2,25m m=16 tiến hành cắt một lần xong một rãnh răng. m=712 cắt hai lần. m=1420 cắt ba lần. -Lượng chạy dao nphut1 đối với dao thép giĩ được xác định theo cơng thức sau: C K s  S ph 0.5 Trong m đĩ: Cs: Hệ số tính đến ảnh hưởng của vật liệu gia cơng K : Hệ số điều chỉnh khi phay bánh răng nghiêng m : Mơ đun Lượng chạy dao khi cắt thơ bằng dao phay hợp kim cứng cho S = 0,1 – 0,2mm/răng. Khi gia cơng thép thì Sv = 0,18 – 0,24mm/vịng. Tốc độ cắt khi dùng dao thép giĩ: +Đối với quá trình cắt thơ V= 25 – 30 m/ph +Đối với quá trình cắt tinh V= 30 – 40 m/ph Đối với dao hợp kim cứng, để phay thép chọn V = 160 – 200m/ph, va 2phay thơ gang chọn V = 80 – 100m/ph Thời gian gia cơng xong bánh răng được tính theo cơng thức : (l l l )z (l l l )z T 1 2 1 2 t.z S ph Sk
5. Trong đĩ: L là lượng cắt vào 1 l1 t.(D t)mm t là chiều sâu phay D là đường kính dao phay l là chiều dài bánh răng l2 là lượng thốt dao (2 – 3 mm) z là số răng của bánh răng gia cơng Sph là lượng chạy dao khi cắt m/ph Sk là lượng chạy dao của hành trình chạy khơng t là thời gian phân độ một răng ( t = 0,05 phút). 3. Tuổi bền của dao: Dao phay đĩa mơđun chịu mịn chủ yếu ở mặt sau. Độ mịn cho phép theo mặt sau đối với dao gia cơng thơ hS = 0,8 – 1mm, Đối với dao gia cơng tinh hS = 0,2 – 0,4mm. Tuổi bền của dao thường chọn T = 150 – 180phút. V. Gia cơng bánh răng bằng dao phay lăn răng: 1 Dao phay lăn răng: Gia cơng bánh răng theo phương pháp phay lăn răng là sử dụng dao phay lăn răng. Phương pháp này dựa trên nguyên lý ăn khớp giữa trục vít vơ tận và bánh vít. Trong đĩ trục vít là dụng cụ cắt cĩ số răng ( số đầu mối ren) từ 3 – 5răng và cĩ các rãnh để tạo mặt trước để thốt phoi và hớt lưng răng để tạo gĩc sau. Khi phay bánh răng trụ răng thẳng thì trục dao nghiêng với mặt đầu của bánh răng một gĩc . Gĩc  cĩ giá trị bằng gĩc nâng ren của dao
6. Khi phay bánh răng trụ răng nghiêng cĩ gĩc nghiêng của răng là  thì gĩc tạo bởi trục dao và mặt đầu của bánh răng là :  . Dấu âm (-) klhi dao bánh răng cĩ cùng chiều xoắn, dấu (+) khi dao và bánh răng ngược chiều xoắn. Khi phay lăn răng cũng cĩ thể thực hiện bằng một trong hai phương pháp là phay thuận phay nghịch (xem lại). Khi phay cĩ thể thực hiện tiến dao theo hai cách là tiến dao theo hướng trục và tiến dao theo hướng kính rồi tiến dao theo hướng trục. Răng dao gồm cĩ hai lưỡi ở đỉnh răng và hai lưỡi cắt bên, mặt trước là mặt xoắn acsimet. Gĩc trước và gĩc sau qui ước đo trong tiết diện thẳng gĩc với trục dao: Đối với dao phay tinh chọn: =00 Đối với dao phay thơ: =5100 Gĩc sau chọn: =10120 Gĩc sau quan hệ với lượng hớt lưng K bằng cơng thức sau: .D K .tg z Trong đĩ: D đường kính dao phay. Z số răng dao phay. Đối với dao phay lăn răng hợp kim cứng, khi mài sắc cần chừa một cạnh viền dọc lưỡi cắt với chiều rộng f=0.30.8 mm và gĩc trước trên cạnh 0 viền đĩ v= -510 khi gia cơng gang. 2.Chế độ cắt: a. Chiều sâu cắt:phụ thuộc mơđun của bánh răng gia cơng, cơng suất máy, độ cứng vững của hệ thống chi tiết – dao – máy và đặc tính gia cơng(thơ hay tinh). Nên tận lưỡi cắt thơ trong một lần chạy dao. Trường hợp cơng suất máy và độ cứng vững của hệ thống khơng đủ thì cĩ thể chọn cắt thơ hai lần. Lần thứ nhất cắt với chiều sâu 1.4m và lần thứ hai với chiều sâu 0.7m ( :mơđun). b. Lượng chạy dao: là lượng dịch chuyển của dao phay dọc trục chi tiết sau một vịng quay của chi tiết gia cơng ( phoi ). Việc chọn lựa chạy dao phay phụ thuộc vào tính chất vật liệu gia cơng, mơđun, độ bĩng và độ chính xác của bánh răng. Khi cắt thơ, lượng chay dao phụ thuộc váo độ cứng vững của máy và độ bền của dao. Khi cắt tinh, lượng chạy chủ yếu phụ thuộc vào độ nhẵn và độ chính xác của bánh răng. Lượng chạy dao khi gia cơng thép 45 bằng dao thép giĩ như sau: Khi gia cơng thơ bánh răng m=616 trên máy cĩ cơng suất 59 kw. S = 1.82.8 mm/vg
7. Khi gia cơng tinh đạt 6 (khơng qua gia cơng thơ) với m=1.53 mm. S = 0.51.0 mm/vg c.Tốc độ cắt: Gia cơng thơ bánh răng từ thép 45 bằng dao phay thép giĩ P18, m=726 thì tốc độ tính theo cơng thức sau: 350 v m / ph T 0.33s 0.5m 0.1 Trong đĩ: Tlà tuổi bền của dao phay lăn răng Gia cơng tinh khơng qua nguyên cơng thơ m=1.53 560.m 0.5 v m / ph T 0.5 s 0.85 Gia cơng tinh bằng dao phay hợp kim cứng với lượng chạy dao S=13 mm/vịng C v v m / ph T 0.74 s 0.33 L.z 3.Thời gian máy. T0 ph n.s.q Trong đĩ: L chiều dài hành trình của dao L = l1 + l2 + l3 L1: lượng cắt vào L2: chiều dài bánh răng L3: lượng thốt dao N : số vịng quay của dao trong một phút S : lượng chạy dao Q : số đầu mối của dao 4.Lực và cơng suất cắt: Diện tích cắt khi phay lăn răng là một lượng thay đổi, do đĩ lực cắt khi gia cơng cũng là một lượng thay đổi. Lực vịng trung bình cĩ thể xác định theo cơng thức thực nghiệm xp yp P = CP.m s Trong đo: Cp hằng số phụ thuộc vật liệu gia cơng M mơđun của bánh răng gia cơng S lượng chạy dao
8. Các hệ số CP, xp, yp thấy theo bảng sau: Vật liệu gia cơng Cp Xp Yp Thép 20 30 1,0 0,75 Thép 40 24,4 1,0 0,75 Gang HB=212223 10,9 1,37 0,8 Lực vịng trung bình cũng cĩ thể xác định từ trị số cơng suất cắt Cơng suất cắt khi gia cơng bằng dao phay lăn răng một đầu mối, vật liệu gia cơng là thép 45, được tính bằng cơng thức : 0,124.S 0,9.m1,7 N C D Trong đĩ: D là đường kính ngồi của dao phay 5. Độ mịn và tuổi bền của dao: Độ mịn cho phép ở dao phay lăn răng cho theo mặt sau. Gia cơng thơ thép, độ mài mịn mặt sau qui định trong giới hạn hs= 1,0 – 1,5cm. Khi gia cơng tinh hs= 0,2 – 0,4mm. Tuổi bền của dao nằm trong khoảng T=180 – 540 phút. Mơ đun càng lớn nên chọn tuổi bền càng lớn. VI. Cắt răng bằng dao xọc răng: 1. Dao xọc răng và các chuyển động của dao xọc răng:
9. Nguyên lý của xọc răng cũng tương tự như nguyên lý phay lăn răng đĩ là sự lăn các răng của dụng cụ cắt theo các răng của chi tiết. Hình dạng của dao xọc răng cĩ hai loại đĩ là dạng một bánh răng trịn xoay và dạng thanh hay cịn gọi là dạng răng lược. Nguyên lý làm việc của dao xọc răng bằng dao xọc dạng trịn xoay được mơ tả như trên hình sau: Dao xọc (1) được nối với tanh trượt (2). Thanh trượt này chuyển động khứ hồi dọc theo trục của nĩ nhờ cơ cấu culít (3) qua thanh (4). Cơ cấu culit n z d c nc zd (3) cĩ khả năng điều chỉnh chiều dài hành trình của thanh trượt (2). Dao và chi tiết cĩ chuyển động ngược chiều nhau theo tỷ số truyền được xác định tuỳ theo số răng của dao và chi tiết: Trong đĩ: nd – số vịng quay của dao nc – số vịng quay của chi tiết zc – số răng của chi tiết 5 4 2 1 5 zd – số răng của dao Khi dao thực hiện hành trình chạy khơng thì gưãi dao và chi tiết cĩ chuyển động hướng kính để dao khơng ma sát vào bề mặt răng của chi tiết. Chuyển động này nhờ vào cơ cấu (5) thực hiện.
10. Xọc răng là phương pháp gia cơng thơ bánh tăng. Năng suất của phương pháp này khơng cao. 2. Chế độ cắt: a. Chiều sâu cắt: Được chọn tương tự như trường hợp gia cơng bằng phay lăn răng b. Lượng chạy dao: Khi xọc răng là lượng chạy dao vịng sau mỗi hành trình kép của dao xọc, đĩ là chiều dài chạy theo vịng lăn của phơi. Khi cắt thơ bánh răng m =6 – 8 vật liệu bằng thép, dao thép giĩ máy cĩ cơng suất : Nđc = 2,6 – 5Kw thì Svịng=0,3 – 0,5 (mm/htk) Khi cắt bánh răng m = 2 – 3 mm với độ nhẵn theo yêu cầu 6. Svịng=0,25 – 0,3 (mm/htk) Lượng chạy dao hướng kính để dao xọc đi vào cắt hết chiều cao của răng lấy theo tỷ lệ sau: Sk=0,1.Svịng (mm/htk) c. Tốc độ và tuổi bền: Nĩi chung các dao cắt răng, cắt với lớp kim loại mỏng do đĩ thường bị mịn chủ yếu theo mặt sau. Lượng mài cho phép theo mặt sau của dao xọc là : Khi gia cơng thơ: hs = 0,8 – 1mm Khi gia cơng tinh: hs = 0,1 – 2mm Tuổi bền của dao xọc răng khi gia cơng thơ lấy T= 360 phút, gia cơng tinh T=180 phút . Tốc độ cắt khi xọc răng bằng dao xọc thép giĩ tính theo cơng thức sau: 90 V 0,3 0,5 .kV T .SV Cắt thơ thép 45: 90 V 0,2 0,5 0,3 .kV T .SV .m Cắt gang xám: 113 HB 190.V 190. 0,2 0,5 .kV T .SV Cắt thơ gang xám: 54 V k 0,2 0,25 0,15 V T .SV .m d. Thời gian máy T0: (phút) 2,1m .m.z T0 SV .k SV .k
11. Cơng thức này tính cho trường hợp gia cơng với một lần chuyển dao (chọn chiều sâu cắt bằng cả chiều cao răng gia cơng). Trường hợp cắt nhiều lần, phải tính thời gian máy cho từng lần chuyển dao và tổng cộng các thời gian ấy lại. Trong cơng thức trên, thành phần thư nhất là thời gian cắt vào (chạy dao hướng kính) cho hết chiều cao răng, thành phần thứ hai là thời gian cần để gia cơng xong tồn bộ bánh răng. n là số hành trình kép trong 1 phút giá trị n tính theo tốc độ cắt được xác định từ cơng thức : 2.L.n V TB 1000 3. Lực cắt và cơng suất cắt: Trong quá trình cắt, lực xọc răng thay đổi, vì thế để tính tốn cĩ thể dùng các trị số lực trung bình và lực cực đại Khi gia cơng thép 45 lực cắt trung bình tính theo cơng thức: 0,95 0,81 0,26 0,21 PTB 924.m .Sv .v .z Tính lực cực đại Pmax = (1,3 – 1,5)PTB Khi cắt bánh răng ăn khớp trọng lực cực đại tính theo cơng thức : 9,18.21,3 3k P .C 1 k .m.z 0,05 0,17k max 2 k SV Trong đĩ C – hằng số phụ thuộc vật liệu gia cơng Cơng suất tính theo cơng thức : P .V N max TB C 60.1020 VII. Cà răng: Cà răng là phương pháp gia cơng tinh bánh răng trụ trong đĩ dao cĩ hình dạng là một bánh răng trụ hoặc một thanh răng ăn khớp khơng khe hở với bánh răng cần gai cơng. Hai trục của dao và chi tiết luơn luơn gá chéo nhau đồng thời giữa chúng cĩ chuyển động ăn khớp trong đĩ dao quay trịn là chuyển động chủ động cịn chi tiết chuyển động bị động. Dao cà răng cĩ đường kính lớn hơn chi tiết , trên mặt dao cĩ các rãnh để tạo nên các lưỡi cắt và rãnh thốt phoi.
12. Với các chuyển động như trên, bề mặt răng của dao cạo lên bề mặt răng của chi tiết làm tách ra một lớp phoi mỏng. Đĩ là quá trình cắt khi cà răng. Thời gian cà răng được tiến hành 2 – 3 phút, nếu lâu hơn thì mặt răng dễ bị lõm (do nhiều nguyên nhân phức tạp). Năng suất của phương pháp cà răng nĩi chung là cao. Bánh răng gia cơng cĩ thể đạt cấp chính xác 6 đến 7 và độ bĩng Ra = 0,32 – 1,25m. Phương pháp này chỉ gia cơng được các bánh răng chưa tơi cĩ độ cứng nhỏ hơn 35HRC. VIII. Mài răng và vê đầu răng: 1. Mài răng: Mài răng là là nguyên cơng gia cơng tinh để gia cơng các bánh răng cĩ yêu cầu chất lượng cao, cĩ độ cứng bề mặt cao. Mài răng thường sử dụng khi gia cơng các bánh răng cĩ mơđun từ 2 đến 10mm. Năng suất khi mài răng thấp mà giá thành sản phảm lại cao nên chỉ sử dụng khi cần thiết. Bánh răng sau khi mài cĩ thể đạt cấp chính xác 6 đến 7 và độ bĩng bề mặt răng Ra = 0,32 – 1,25m. Mài răng được thực hiện trên hai nguyên lý cơ bản đĩ là mài định hình và mài bao hình. a.Mài định hình:
13. Mài định hình là phương pháp gia cơng sử dụng đá mài cĩ biên dạng phù hợp với dạng răng của chi tiết. Khi mài cĩ thể sử dụng một đá để mài một bên của cạnh răng sau đĩ mài cạnh bên cịn lại của một rãnh răng. Nếu sử dụng đá mài cĩ biên dạng giống rãnh răng của bánh răng cần gia cơng thì khi mài sẽ mài cả hai cạnh bên của một rãnh răng. b. Mài bao hình: Mài bao hình sử dụng đá mài cĩ dạng giống như trục vít (giống dao phay lăn răng). Khi mài, đá chuyển động quay trịn cịn chi tiết (bánh răng) quay cưỡng bức theo một xích truyền động chính xác. Độ chính xác của phương pháp này phụ thuộc vào xích truyền động và phụ thuộc vào việc sửa đá mài. Phương pháp bao hình cĩ thể đạt độ chính xác cao và thường sử dụng khi gia cơng các bánh răng cĩ mơđun nhỏ. 2. Vê đầu răng: Đối với những bánh răng di trượt để thay đổi tỷ số truyền, đầu răng thường được vê trịn hay vĩt nhọn để ra vào khớp dễ dàng. Khi vê đầu răng cĩ thể dùng loại dao cĩ dạng như hình sau, và thường thực hiện trên máy chuyên dùng. Mài bao hình bằng đá vít xoắn