Đồ án tốt nghiệp máy cắt tấm thép

Chi tiết và đầy đủ tất cả các phần

- CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY CẮT THÉP TẤM

1.1 Giới thiệu sản phẩm từ thép tấm và nhu cầu sử dụng.

Trong sự phát triển của các lĩnh vực cơ khí như: chế tạo máy, giao thông vậntải, điện lực, xây dựng, đóng tàu thì nhu cầu về sử dụng thép tấm ngày một tăng,nhằm trang bị cho sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước

Do đó đòi hỏi phải tìm ra các biện pháp gia công thép tấm năng suất cao nhằmtạo ra thành phẩm hoặc bán thành phẩm phục vụ cho một quá trình công nghệ Théptấm được sử dụng rất rộng rãi trong các ngành:

– Trong ngành chế tạo máy: Thép tấm được sử dụng trong các thân máy của các máy cắt kim loại, vỏ máy, khung sườn xe máy

– Trong ngành cơ khí ô tô, việc sử dụng thép tấm không thể thiếu được, cácthép tấm được dùng làm các khung sườn gầm, lót sàn xe ô tô, che kín thùng xe, các

Hình 1.1 Sản phẩm thép trong ngành chế tạo máy

– Trong xây dựng, các thép hình cỡ lớn trong các dầm cầu được tạo thành từcác tấm thép tấm dày cắt nhỏ, hay thép tấm được dùng để liên kết với nhau để tạonên các kết cấu thép bền vững hơn như nó liên kết với nhau có thể bằng mối hàn,bulông hoặc đinh tán

– Trong ngành điện: Thép tấm được dùng làm kết cấu các cột điện cao thế, cácsản phẩm trong lĩnh vực điện như các lá thép trong stato của cỡ lớn, các tấm thépmỏng dùng làm các lá thép để ghép lại trong chấn lưu đèn ống, máy biến thế, cáchộp công tơ điện động cơ điện, các cánh quạt

Với nhu cầu sử dụng hiện tại của thép tấm, cần thiết phải có các máy móc,thiết bị để cắt các loại thép tấm phục vụ công nghiệp, đặc biệt trong lĩnh vực cơ khíchế tạo

Hình 1.2 Các sản phẩm thép trong ngành xây dựng

Hình 1.3 Sản phẩm thép tấm trong ngành điện

Theo tiêu chuẩn SS400 Nga và SS400 Trung Quốc (http://satthep.com.vn) ta

có bảng thống kê các loại thép tấm:

(mm)

Bề rộng(mm)

Chiều dài( mm )

Khối lượng( kg )

đó chọn ra phương án thích hợp

Bảng 1.1 Thống kê các loại thép

1.2.1 Phương pháp cắt thủ công:

- Cắt thép bằng các phương pháp thủ công có nhiều cách, chẳng hạn như

phương pháp chặt bằng ve, tốn nhiều thời gian, các vết cắt không được thẳng và sảnphẩm tạo ra không đảm bảo yêu cầu về độ chính xác Phương pháp này chỉ áp dụngcho những phân xưởng thủ công, cắt các thép tấm có chiều dày bé và tiết diện nhỏ

- Máy cắt thép thủ công: gồm hai lưỡi cắt và một cơ cấu cánh tay đòn và đòn

bẩy để tạo lực cho lưỡi cắt Máy này cũng chỉ áp dụng cắt những tấm thép có chiềudày và diện tích bé, chủ yếu dùng trong các xưởng sản xuất vừa và nhỏ

1.2.2 Cắt bằng hồ quang điện hoặc ngọn lửa khí:

- Cắt đứt kim loại đen, kim loại màu và kim loại bằng hồ quang hoặc ngọn lửa

khí là phương pháp đốt cháy làm cho vật cắt đạt tới điểm nóng, bị đẩy mạnh và bịtách rời

- Cắt đứt bằng hồ quang: là quá trình nóng chảy hoặc cắt đứt kim loại bằng

nhiệt lượng hoặc hồ quang điện, điện cực hồ quang có thể là than hoặc kim loại Phương pháp này không kinh tế, khó thuận tiện khi chiều dày tấm thép lớn, đườngcắt không đều

- Cắt bằng khí là phương pháp cắt sử dụng nhiệt của ngọn lứa sinh ra khi đốt

cháy khí cháy trong dòng oxy để nung kim loại tạo thành các oxit và thổi chúng ra khỏi mép cắt tạo thành rãnh cắt

- Khi bắt đầu cắt, kim loại ở mép cắt được nung nóng đến nhiệt độ cháy nhờ

nhiệt độ của ngọn lửa nung, sau đó cho dòng oxy thổi qua, kim loại bị oxy hoámãnh liệt tạo thành oxit Sản phẩm cháy bị nung chảy và được dòng oxy thổi khỏimép cắt, tiếp theo do phản ứng cháy của kim loại toả nhiệt mạnh, lớp kim loại tiếptheo bị nung nóng nhanh và tiếp tục bị đốt cháy tạo thành rãnh cắt

- Để cắt bằng khí, kim loại cắt phải thoả mãn một số yêu cầu sau:

+ Nhiệt độ cháy của kim loại phải thấp hơn nhiệt dộ nóng chảy

+ Nhiệt toả ra khi kim loại cháy phải đủ lớn để nung mép cắt tốt đảm bảoquá trình cắt không bị gián đoạn

+ Oxit kim loại nóng chảy phải loãng tốt, dễ tách khỏi mép cắt

+ Độ dẫn nhiệt của kim loại không quá cao, tránh sự toả nhiệt nhanh dẫn đếnmép cắt bị nung nóng kém, làm gián đoạn quá trình cắt

Thép các bon có nhiệt cháy 13500C, nhiệt độ nóng chảy trên 15000C, nhiệtcháy đạt tới 70% lượng nhiệt cần để nung nóng nên rất thuận lợi khi cắt bằng khí.Thép cacbon cao do nhiệt độ chảy thấp nên khó cắt hơn, khi cắt thường nung nóngtrước tới 300- 6000C Thép hợp kim crôm hoặc hợp kim niken do khi cháy tạo thànhoxit crôm nhiệt độ chảy tới 20000C phải dùng thuốc cắt mới cắt được , mặt khác đểđảm bảo chất lượng phôi, nâng cao năng suất và hạ giá thành cắt cần phải chọn cácchế độ cắt hợp lý khác nhau như áp suất khí cắt, lượng tiêu hao khí cắt , tốc độ cắt,khoảng cách cần khống chế từ mỏ cắt tới vật cắt do đó việc dùng phương pháp này

để cắt thép tấm không mang lại hiệu quả kinh tế cao cũng như năng suất thấp, khóchuyển sang tự động hoá

- Nguồn bức xạ laser (1) tạo ra chùm laser (2) đi thẳng hoặc đổi hướng nhờ

gương phẳng (3) và được hội tụ nhờ thấu kính hội tụ có điện cưc f trong (4) Nguồnnăng lượng laser tập trung trên một diện tích rất nhỏ với mật độ dòng nhiệt vùngtiếp xúc bề mặt rất cao làm cho vật liệu (5) nóng chảy và bốc hơi tạo thành rãnh cắt

- Cắt bằng chùm tia laser có nguồn nhiệt tập trung với một mật độ nhiệt cao, vì

vậy nó có thể cắt tất cả các loại vật liệu và hợp kim của nó Rãnh cắt hẹp, sắc cạnh

và độ chính xác cao, ngoài ra nó còn có thể cắt theo đường thẳng hay đường cong

- Cắt thép bằng chùm tia laser cho năng suất cao, có thể cơ khí hóa và tự động

hóa dễ dàng nhưng phương pháp này có những hạn chế là chiều dày tấm cắt nhỏhơn 20(mm), thiết bị tạo tia laser củng như các thiết bị điều khiển chương trình sốCNC có giá thành cao

1.2.4 Cắt trên máy cắt có lưỡi dao chuyển động tinh tiến:

1) Dao bố trí nghiêng:

- Đặc điểm bố trí dao nghiêng:

+ Lưỡi dao và vật cắt chỉ tiếp xúc nhau trên một phần chiều rộng

+ Diện tích tăng từ 0 đến cực đại, đây là thời kỳ bẳt đầu cắt

+ Diện tích tiép xúc giữ ở giá trị cực đại, đây là thời kỳ ổn định

+ Diện tích tiếp xúc giảm từ cực đại về 0, thời kỳ kết thúc

+ Trong thời kỳ ổn định lực cắt có giá trị cực đại và cố định

- Sơ đồ nguyên lý:

γ L

Ld

Ở phương pháp cắt này người ta thường bố trí lưỡi dao nghiêng một góc γ sovới bàn máy.Khi bố trí lưỡi dao trên nghiêng thì quá trình cắt xảy ra dần dần, trênphần tách ra của tấm, vì thế lực cắt nhỏ hơn khi bố trí dao song song Ngoài ra tảitrọng tĩnh đặt lên mép làm việc của lưỡi dao làm tăng độ cứng vững của chúng Gócnghiêng của lưỡi dao trên γ cần phải đảm bảo tự hãm, nghĩa là với góc nghiêng đótrong quá trình cắt không có sự dịch chuyển tấm trong mặt phẳng nằm ngang Tùytheo chiều dày của tấm, góc nghiêng γ = (2 ÷ 6)º, vật liệu càng dày góc γ càng lớn.

2) Dao bố trí song song:

- Sơ đồ nguyên lý:

- Đặc điểm bố trí dao song song: Khi cắt lưỡi dao luôn tiếp xúc với phôi theo

cả chiều rộng mặt cắt, chỉ cắt được đường thẳng và chiều rộng của phôi phải nhỏhơn chiều dài lưỡi cắt

1.2.5 Cắt trên máy cắt có lưỡi dao chuyển động quay:

- Máy cắt đĩa áp dụng cắt mép, dãi hẹp cắt dọc theo chiều dài tấmthẳng vô hạn.

- Các máy cắt có lưỡi dao chuyển động quay gồm các lưỡi cắt (đĩa) có cùngđường kính chuyển động quay ngược chiều nhau với cùng một tốc độ góc Các méplàm việc của các đĩa dao được đặt sao cho độ trùng dao d = (0,2 ÷ 0,4 )S

- Thông số đặc trưng cho máy cắt dao đĩa là chiều dày lớn nhất của tấm cắt, nó

có thể cắt được tấm có chiều dày đến 25mm khi σb ≤ 500 MPa.

1.2.6 Lưỡi cắt kiểu chấn động:

Dùng cắt tấm có dạng đường thẳng hoặc đường cong bất kỳ theodấu.Loại này có hai lưỡi dao tạo thành một góc ϕ=(24÷300) số lần lưỡi cắtlên xuống: 850÷1300lần /phút

Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý của dao cắt đĩa

Bố trí dao nghiêng, bố trí dao song song và kiểu máy cắt chấn động.

Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý cắt lưỡi dao song song

trong đó S X : là chiều dày của tấm thép

b

σ :là giới hạn bền của vật liệu

Lực cắt trên máy cắt dao nghiêng được xác định theo công thức :

CT

Tại mỗi thời điểm cắt , khi cắt trên máy cắt dao nghiêng ta có thể coi diện tíchgần đúng cắt : F = l.S/2

tức là bằng diện tích tam giác abc, vì l= S/tg γ nên F = S2/ 2tg γ

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý cắt lưỡi dao nghiêng

Nếu coi lực cắt bằng tích số giữa diện tích cắt và trở lực cắt ta có:

S: chiều dày vật liệu

γ : góc nghiêng của daoTính chất cơ lý của vật liệu, khe hở giữa các lưỡi cắt, tốc độ biến dạng, điềukiện ma sát … có ảnh hưởng đến trở lực cắt của vật liệu σcvà do đó ảnh hưởng đến

Khi cắt có thể xảy ra hiện tượng uốn (xoắn) các dải phôi xung quanh trục của

nó Nếu γ càng lớn và chiều rộng của dải cắt càng nhỏ thì hiện tượng uốn (xoắn)càng nhiều

Khi cắt, lực cắt P ở các giai đoạn đã ổn định của quá trình cắt thay đổi khôngđáng kể Do đó công biến dạng sẽ là:

Ta có:

1000

H P

62

12 8

4 0

I) dao nghiêng II) dao song song

Lực cắt trong trường hợp này được xác định theo công thức:

Ta có: P=k×L×S×σc  −41 ( )5 

52

Khi cắt trên máy cắt dao song song lực cắt P tăng nhanh và đạt giá trị cực đại ,sau đó giảm dần.

Khi cắt các tấm như nhau thì công biến dạng được đặc trưng bởi diện tích củaphần bề mặt giới hạn bởi đường cong I và II ( đường cong tải trọng làm việc) là gầnbằng nhau Tuy nhiên ở trường hợp I lực cắt nhỏ hơn so với II Do đó công suất dẫndộng của các máy cắt dao nghiêng nhỏ hơn so với máy cắt dao song song

mép làm việc của dao trong quá trình cắt đường bao cong

Nhược điểm của kiểu máy cắt này là sự mài mòn nhanh các lưỡi cắt, cũng như

sự tạo thành bavia và răng cưa theo đường bao của phôi cắt

Do đó sau khi cắt phải sửa lại đường bao bằng cách kẹp lại thành từng chồng

và phay lại theo đường bao Năng xuất kiểu cắt này nhỏ

- Kiểu máy cắt có lưỡi dao đặt song song tuy đường cắt thẳng, đẹp, hành

trình dao nhỏ nhưng lực cắt lại khá lớn Do đó công suất dẫn động của máy cắt daosong song lớn

Hình 2.5 Sơ đồ bố trí dao kiểu chấn động

0,25 S

- Kiểu máy cắt chấn động : Kiểu này mòn dao nhanh, tạo bavia và răng cưa

theo đường bao của phôi, máy cắt rung động, năng xuất nhỏ

- Phương pháp cắt bằng dao có lưỡi nghiêng : Phương pháp này tuy mép cắt

không được thẳng và đẹp nhưng lực cắt cần thiết không yêu cầu lớn, có thể cắt theonhững đường cắt cong

⇒ Do đó không yêu cầu kết cấu máy phải cồng kềnh, máy ít rung động đến

xung quanh, do vậy ta chọn phương án lưỡi dao cắt nghiêng để thiết kế máy

2.2 Chọn phương án bố trí piston.

2.2.1 Phương án 1 piston – xy lanh:

12 11 10 9 8

7 6

5 4

3 2

1

1 Bể dầu 4 Van cản 7 Van tiết lưu 10 Dao cắt

2 Bơm dầu 5 Lọc tinh 8 Van phân phối 11 Rãnh trượt

3 Van tràn 6 Ắc quy dầu 9 Xy lanh sinh lực 12 Bàn dao dưới

Hình 2.6 Sơ đồ bố trí piston – xylanh

2.2.2 Phương án 2 piston – xy lanh:

2.2.3 Phương án 3 piston – xy lanh:

Hình 2.7 Sơ đồ bố trí piston – xylanh

Hình 2.8 Sơ đồ bố trí piston – xylanh

2.2.4 Phương án 2 piston – xy lanh kép:

Nhận xét :

Trên đây ta đã đưa ra một số phương án chọn số lượng piston, ta thấy :

- Phương án 1 piston-xylanh thì piston có kích thước lớn, áp xuất làm việc lớn,

lưu lượng của piston cũng phải lớn, kéo theo kích thước của đường ống dẫn dầucũng phải lớn Mặt khác với một piston này thì thực hiện quá trình cắt không được

ổn định lắm Do đó phương án này không khả thi

- Phương án 3 piston-xylanh: Tuy làm giảm được kích thước piston-xylanh

nhưng số lượng piston-xylanh lại nhiều gây tốn kém Kết cấu máy lại phức tạp hơn

- Phương án 2 piston-xylanh kép: Phương án tuy kích thước piston-xylanh nhỏ

nhưng số lượng thì nhiều, gây tốn kém

- Phương án 2 piston-xylanh : Với bề rộng và chiều dày cắt tối đa của máy

thiết kế thì ta thấy bố trí 2 piston-xylanh cho ta kết cấu nhỏ gọn, làm việc ổn địnhhơn, khích thước piston-xylanh vừa phải

⇒ Do đó ta chọn phương án 2 làm phương án thiết kế máy.

Hình 2.9 Sơ đồ bố trí piston – xylanh

2.3 Phân tích lựa chọn bộ phận kẹp chặt.

Momen sinh ra khi cắt có xu hướng làm cho vật liệu quay đi một góc nhỏtrước khi bị cắt đứt Hiện tượng quay này làm cho chất lượng bề mặt bị xấu đi, mặtcắt không vuông góc với bề mặt tấm thép Bởi vậy ta cần phải chống lại sự quay đó,đồng thời ngăn cản bất kỳ một chuyển động nào có thể có của phôi trong quá trìnhcắt bằng cách thêm vào lực ép Q trên tấm vật liệu

Có nhiều cách để tạo nên lực Q, sau đây ta xét một vài phương án kẹp chặtphôi có thể sau đây:

2.3.1 Kẹp phôi bằng chính trọng lực của một khối kim loại:

1) Sơ đồ nguyên lý :

2) Nguyên lý hoạt động:

Khi dao cắt 3 bắt đầu đi xuống thì khối lượng vật liệu kẹp chặt 1 cũng đixuống theo và xuống chạm vào tấm thép cần kẹp chặt trước Dao tiếp tục đi xuốngcắt thì khối lượng này trượt trong rãnh 2 của dao cắt, lúc khối lượng bắt đầu trượt làlúc lực kẹp của tấm thép đã cố định và là lúc có lực kẹp lớn nhất

Hình 2.10 Sơ đồ kẹp chặt bằng trọng lượng khối kim loại

3) Đặc điểm:

- Ưu điểm : Cơ cấu này hoạt động đơn giản, dễ thiết kế, dễ chế tạo.

- Nhược điểm:

+ Kết cấu và khối lượng máy trở nên cồng kềnh

+ Lực kẹp không thể thay đổi khi cắt thép mỏng hoặc dày khác nhau

+ Khi kẹp chặt va đập mạnh, kém cững vững cho máy

2.3.2 Kẹp chặt bằng hệ thống thủy lực dầu ép hoặc khí nén:

1) Sơ đồ nguyên lý:

2) Nguyên lý hoạt động:

Dầu được đưa từ bơm qua van đảo chiều rồi theo đường ống qua bộ phận làmđiều tốc độ vào buồn trên của xylanh 2 đẩy piston đi xuống kẹp chặt phôi trước khicắt Khi cắt xong đảo chiều van làm cho dầu đi vào buồn dưới của xylanh đẩypiston đi lên nhả phôi ra

2.3.3 Kẹp chặt bằng hệ thống các lò xo chịu nén gắn trên lưỡi dao trên:

Lợi dụng lực đàn hồi của lò xo sinh ra khi chịu kéo hoặc chịu nén để làm lựckẹp cho phôi khi cắt kim loại

1) Sơ đồ nguyên lý:

2) Nguyên lý hoạt động:

Lò xo chịu nén được đặt trong xilanh, xilanh gắn cứng lên dao trên Khi daotrên nhận được động lực từ nguồn xilanh thuỷ lực, dao bắt đầu đi xuống, dao mangtheo xilanh kẹp chặt Khi dao xuống thì do bố trí đầu kẹp của piston kẹp ở vị tríthấp hơn đầu dao trên nên đầu kẹp chạm vào phôi trước, đầu dao tiếp tục đi xuống

lò xo bị nén lại sinh ra phản lực đàn hồi, lực này tác dụng lên cần piston, tác dụnglên đầu kẹp, kẹp phôi xuống, lúc này đầu dao bắt đầu tiến hành cắt phôi Sau khicắt, phôi xong dao đi lên mang theo cả đầu kẹp đi lên để chuẩn bị cho chu kỳ cắt kếtiếp

- Nhược điểm: Nguồn động lực truyền lực cho cặp dao lúc này phải tích thêm

lực truyền cho cơ cấu kẹp chặt nên yêu cầu về hệ thống thuỷ lực cao hơn (áp suất,công suất động cơ bơm)

Kết luân: Phân tích các phương pháp kẹp chặt phôi trên ta thấy:

- Kết cấu kẹp bằng trọng lượng của khối kim loại đặc, kết cấu này tuy đơn giảnnhưng khi kẹp lại rung động va đập lên máy lớn

- Kết cấu kẹp bằng các lò xo chịu nén, kết cấu này khi kẹp êm, nhẹ nhàng, ítrung động và va đập máy nhưng nhược điểm là kết cấu máy bị cồng kềnh, cần phảităng lực tác động ở cơ cấu thuỷ lực tác động lên đầu dao

- Kẹp bằng hệ thống các xilanh thuỷ lực tuy phức tạp nhưng hệ thống này cókhả năng thay đổi lực kẹp dễ dàng khi chiều dày tấm thép thay đổi

Vậy phương án kẹp chặt phôi là dùng hệ thống các xy lanh thuỷ lực.

Khi cắt thép, lực tác dụng Pcắt của lưỡi dao trên và lưỡi cắt dưới lệch nhau do

có khe hở Z giữa hai lưỡi cắt, chính sự lệch nhau đã tạo nên một momen quay M:

M = Pcắt l thông thường l = ( 1,5 ÷ 2) z

Trị số khe hở tối ưu được xác định nếu biết được giá trị của h và θ

Ta có: Z tu =(S−h)×tgθ  −38 ( )5

12

CT

Từ công thức trên ta có thể thấy rằng trị số khe hở tối ưu sẽ tăng lên khi chiềudày vật liệu tăng và giảm trị số h ( vật liệu càng dẻo thì trị số khe hở tối ưu càngnhỏ)

Tỷ số h/S tuỳ thuộc vào loại vật liệu phôi và tốc độ biến dạng Giá trị này cóthể được xác định theo công thức kinh nghiệm: (với thép có σb = 300MP)

Một cách gần đúng có thể coi rằng với S ≤ 4 thì:

Z = (0,03 ÷ 0,06) mmTheo kinh nghiệm thực tế khi cắt thép tấm trên máy cắt dao nghiêng thì

Bán kính góc lượn lưỡi dao r giảm giảm

2.4 Phân tích lựa chọn hệ thống cấp phôi.

Trong lao động sản xuất, chúng ta có xu hướng sư dụng máy móc thay thế conngười ở những khâu lao động nặng nhọc nhờ vào việc cơ khí hoá và tự động hoá

Đó chính là việc giải phóng sức lao động cho chính bản thân mình bằng cách thaythế các hoạt động thủ công của ta bằng hoạt động của máy móc Hơn nữa khi ngườicông nhân trực tiếp đứng máy, có rất nhiều động tác lặp đi lặp lại mang tính nhàmchán dễ xảy ra tai nạn cho người công nhân Từ các yếu tố đó đặt ra vấn đề ta phảitrang bị thêm các hệ thống cấp phôi tự động cho các máy móc thiết bị phục vụ sảnxuất

Trên thực tế nhiều máy cắt thép tấm sử dụng hiện nay chưa có một hệ thốngcấp phôi tự động mà chủ yếu nhờ sức lao động của người công nhân

Công việc này chủ yếu là di chuyển tấm thép vào vùng cắt một cách chính xác

và liên tục, như vậy sẽ làm tăng năng suất và giảm nhẹ sức lao động cho công nhân

Để thực hiện công việc này cũng có một số phương án, ta có thể phân tích đểđưa ra phương án thích hợp nhất

2

1

3

4

2) Nguyên lý hoạt động:

Khi phôi thép tấm đã được đặt lên sàn các con lăn, piston 5 đi lên kẹp phôi lại.Khi piston đã kẹp chặt thì xy lanh 6 đẩy cả hệ piston - xilanh 5 cùng tấm thép đivào đến vị trí của lưỡi cắt

3) Đặc điểm:

- Ưu điểm:

+ Cơ cấu dễ điều khiển nếu ta sử dụng nguồn điều khiển là khí nén để tạo áplực tác dụng lên piston

+ Thiết bị kết cấu gọn, đơn giản

+ Thiết bị điều khiển trong khí nén rẻ tiền

Hình 2.13 Hệ thống cấp phôi dùng xylanh thủy lực

2.4.2 Cấp phôi dùng hệ thống băng tải:

Hình 2.14 Sơ đồ cấp phôi bằng hệ thống băng tải

3

4 5

6 7

2.4.3 Cấp phôi dùng cặp con lăn:

1) Sơ đồ nguyên lý:

2) Nguyên lý hoạt động:

Phôi thép được đỡ trên hệ thống các con lăn đỡ, được truyền động bởi cặp conlăn được dẫn động bởi động cơ điện Lực kéo phôi này nhờ vào lực ma sát giữa conlăn với tấm thép, lực này phải lớn hơn ma sát của tấm phôi trên sàn con lăn

kế một sàn lăn nghiêng để tấm thép sau khi cắt sẽ tự chảy ran ngoài sau đó đượcvận chuyển đi

Hình 2.15 Sơ đồ cấp phôi bằng con lăn

3 1

4

5

1 Phôi tấm 4 Dao trên

2 Con lăn dẫn động 5 Dao dưới

3 Bộ kẹp chặt 6 Con lăn bị dẫn

2

6

2.6 Cơ cấu đỡ phôi.

1) Sơ đồ nguyên lý:

Trong trường hợp cắt tấm thép rộng và mỏng( thường B ≥ 300S) thì khi đưavào sẽ bị võng xuống Do đó phải dùng một cơ cấu đỡ phôi mới có thể thực hiệnquá trình cắt Chức năng này là tuỳ chọn bởi vì khi cắt những phôi dày và hẹp thìkhông cần sử dụng đến

2) Nguyên lý hoạt động:

Khi pít tông xy lanh cắt đi xuống để cắt sẽ tác động lên CTHT Y1 làm vanphân phối dịch chuyển sang phải, cấp dầu cho buồng trên xy lanh làm xy lanh đixuống, hạ sàn đỡ để sản phẩm chảy ra ngoài Khi pít tông đi lên chạm CTHT Y0 tácđộng làm van dịch chuyển sang trái cấp dầu cho buồng dưới xy lanh để nâng cơ cấulên đỡ phôi trong lần cắt tiếp theo

2.Con lăn

1 Phôi 4 Con lăn đỡ

2 Bàn máy 5 Xylanh nâng sàn đỡ

3 Con lăn tự chạy 6 Van điều khiển

Kết luận:

Sau khi phân tích và lựa chọn các phương án bố trí dao cắt, số lượng piston, hệthống cấp phôi, cơ cấu ra sản phẩm và cơ cấu đỡ phôi ta có sơ đồ nguyên lý làmviệc của máy cắt như sau:

4 5

6 8

10 12

11 13

14 15

16 17

2 Lọc thô 10 Van đảo chiều 4/3 18 Con lăn dẫn

3 Lọc tinh 11 Van giảm áp 19 Con lăn đỡ

5 Van tràn 13 Xy lanh thủy lực 21 Dao dưới

6 Van một chiều 14 Xy lanh kẹp chặt 22 Sàn đỡ SP

7 Đồng hồ đo áp 15 Đầu dao trên 23 Xy lanh đỡ

8 Van tiết lưu 16 Động cơ điện 24 Con lăn đỡ

Nhấn nút khởi động (tự duy trì) động cơ (16) quay thông qua hộp giảm tốctrục vít - bánh vít làm cho tan dẫn động quay kéo tấm phôi đưa vào, khi phôi chạm

S0 thì động cơ dừng và hãm lại, xilanh A (14) bắt đầu đi xuống kẹp chặt phôi vàchạm X1 thì xlanh B (13) đi xuống cắt, khi cắt xong chạm vào Y1 thì xilanh B lùi vềđồng thời xilanh đỡ phôi C (23) hạ xuống, sản phẩm rơi xuống sàn lăn và sản phẩmlăn ra ngoài, sau khi xilanh C hạ xuống chạm vào Z1 thì lùi về Khi đó đồng thờixilanh B lùi về chạm Y0 và xilanh C lùi về chạm Z0 thì xilanh A lùi về chạm vào X0

và chu trình tiếp tục Khi bộ đếm sản phẩm đếm đủ sản phẩm thì bộ PLC ngắtchương trình và dùng máy

Hình 2.18 Sơ đồ động của máy

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ KẾT CẤU MÁY

3.1 Thiết kế dao cắt.

Dao cắt là bộ phận quan trọng nhất của máy cắt thép tấm, nó không những tácđộng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm mà còn chi phối không nhỏ khả năng cắt củamáy, năng suất máy, tuổi thọ của máy , vì vậy những hiểu biết cơ bản về dao nhằm

sư dụng chúng hợp lý là một trong những trọng tâm của công tác cắt gọt kim loại

3.1.1 Chọn vật liệu chế tạo dao cắt:

Do dao có cấu tạo bởi 3 phần có chức năng khác nhau trong quá trình cắt gọt,

vì vậy vật liệu chế tạo các phần không giống nhau Thông thường phần thân dao vàphần gá đặt thường được cùng một loại vật liệu, theo kinh nghiệm thì hầu hết cácloại dao cần chế tạo phần cắt và phần cán riêng Vật liệu chế tạo phần cán phải đảmbảo độ bền và thường được chế tạo bằng thép C45 hoặc thép hợp kim 40Cr Phần gádao của máy cắt thép tấm ta sử dụng thép C45, phần lưỡi dao ta sử dụng thép hợpkim 90CrSi

Thành phần hoá học thép 90CrSi bao gồm :

3.1.2 Tính toán sơ bộ dao cắt:

1) Tính toán chiều dài dao căt:

- Theo kinh nghiệm chiều dài của lưỡi dao L : L = B + ( 50 ÷150 ) (mm)

Trong đó : B là chiều rộng lớn nhất của tấm thép đem cắt: Bmax= 2500(mm)

Do đó : L = 2500 + 100 = 2600 (mm)

- Chiều dài cần thiết của dao tương đối dài, do đó để đảm bảo được độ chính

xác, độ thẳng lưỡi dao và độ nhiệt luyện tốt, thông thường ta chế tạo từng đoạnngắn rồi ghép lại, ta chọn chiều dài của dao chia làm 4 đoạn, do đó chiều dài của

mỗi đoạn dao là : Ta có: L0 = 650( )

B: Chiều rộng lớn nhất của tấm thép đem cắt Bmax= 2500(mm)

∆: Độ trùng dao để đảm bảo cắt hết chiều rộng tấm thép

∆= (10÷20 ) mm , chọn ∆= 15 (mm)L: Chiều rộng dao L = 2600 (mm)

Smax: chiều dày lớn nhất của tấm thép

Do đó chiều dài hành trình cắt H:

H = y + Smax + B tgγ + ∆

= 10 +16 +2600 tg40 +15 = 215,8(mm) lấy H = 216 (mm)

3) Xác định vận tốc và thời gian cắt của đầu dao trên:

Vận tốc cắt của dao có ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ, năng suất cắt và chất lượngcủa mép cắt, mặt khác vận tốc cắt còn ảnh hưởng đến độ rung động va đập của máy

Hình 3.1 Sơ đồ xác định hình trình dao

Vì vậy cần phải tính và chọn vận tốc cắt hợp lý để máy làm việc tốt, đạt năng suất

và yêu cầu thiết kế

Đối với cắt thép tấm, với chiều dày tấm thép cắt amax = 16mm là khá lớn, vìvậy vận tốc cắt nằm trong khoảng ( 5÷100 ) mm/s, với amax như vậy ta chọn

v = 50(mm/s )

4) Xác định thời gian đi xuống của đầu dao trên:

Thời gian cắt của dao trên đóng vai trò là một phần trong chu kỳ làm việc củamáy Sau khi tính được độ vận hành của dao nghiêng là H = 216 mm

Thời gian của dao đi là: t = 4,32( )

50

216

s v

H

≈

=

Vậy thời gian cắt chính của dao là: t = 4,32 ( s)

3.1.3 Các thông số của dao:

1) Phần lưỡi dao:

– Chiều dài lưỡi dao: L = 2600(mm), nếu chia làm 4 đoạn thì chiều dài mỗiđoạn là: Lo = 650(mm)

– Bề dày lưỡi dao: Chọn e = 20 (mm)

– Chiều cao lưỡi dao: Chọn h = 100 (mm)

2) Phần thân dao:

– Chiều dài thân dao L’: Thường chọn L’ = L + (50 ÷ 100)mm

= 2600 + 80 = 2680 (mm)– Bề dày thân dao: E = 60 (mm)

– Chiều cao thân dao: H = 1000 (mm)

3) Chọn số bulông trên một đoạn dao:

e

2 3 1 L

L'

4

1 Lưỡi dao 3 Thân dao

2 Bulông M16 4 Kết cấu phần gá(cơ cấu mang dao)

Với chiều dài mỗi đoạn dao là Lo = 650 mm, ta sử dụng 4 bulông M16 để ghéplưỡi dao lên thân dao, do vậy ta cần dùng 16 bulông cho cả dao

Tương tự dao trên, kết cấu lưỡi dao dưới cũng được ghép từ 4 đoạn và dùngbulông để cố định vào thân dao dưới

3.1.4 Kiểm nghiệm sức bền của dao gá trên thân:

Kiểm nghiệm sức bền là kiểm nghiệm các bulông gắn lưỡi dao lên thân daotrong khi dao tiến hành cắt với lực cắt là lớn nhất Để đơn giản ta kiểm tra bền trênmột bulông M16

P P

σ

σ = × 0 ≤

trong đó σk: ứng suất kéo khi bulông chịu kéo

K: hệ số siết chặt không đều giữa các bulông

Hình 3.2 Kết cấu lưỡi dao trên

K = 1,3÷2⇒ chọn k = 1,5

P0: Lực tác dụng lên 1 bulôngF: Tiết diện của 1 bulông M16Bulông M16 có d = 16 (mm )

⇒ 201( )

4

1614,34

2 2

463345

,1

mm N

σ < [ ]σk =610(N/mm2)

Vậy điều kiện bền được thoả mãn

3.1.5 Cơ cấu điều chỉnh khe hở dao:

Như ta đã nói ở phần lý thuyết tùy thuộc vào chiều dày S của tấm thép cần cắt

và khe hở z giữa dao trên và dao dưới mà cho ta chất lượng bề mặt cắt khác nhau,với chiều dày cắt khác nhau thì khe hở z khác nhau.Với chiều dày cắt tối đa củamáy thiết kế là 16mm là tương đối lớn

Do đó khi cắt tấm thép có chiều dày nhỏ và lớn khác nhau thì khe hở cần phảikhác nhau Vì vậy ta cần phải có cơ cấu điều chỉnh khe hở cho máy

Theo công thức thực nghiệm thì :

Ta có: ZTối ưu =

30

1

Svl Với Svl: Là chiều dày vật liệu cần cắt

Với chiều dày máy cần thiết kế là 3mm đến 16mm, ta thiết kế máy cóthể điều chỉnh khe hở cắt được thép đến 18mm

Vậy khe hở tối đa là: 18 0,6( )

30

1

1) Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của cơ cấu:

- Sơ đồ của cơ cấu:

1 Bánh răng 6 Thân dao dưới 11 Nắp ổ

3 Thanh răng 8 Tay quay 13 Bu lông M6

4 Thân máy 9 Đầu chia độ 14 Bánh vít

5 Bu lông gá dao 10 Bu lông M4 15 Trục vít

- Nguyên lý hoạt động:

Khi ta quay tay quay (8) thông quay bộ truyền trục vít – bánh vít sẽ làm quaytrục (1), làm quay bánh răng (2) ăn khớp với thanh răng (3), mang thân dao và daotrược trên thân máy tạo ra khe hở Z giữa dao trên và dao dưới Giá trị khe hở Zđược điều chỉnh nhờ vào đầu chia độ (9)

2) Tính toán cơ cấu điều chỉnh khe hở:

Vì giới hạn khoảng trống trong thân dao nhỏ nên ta cần chọn bánh răng cóđường kính nhỏ

Chọn Z = 20 , m = 2Thông số của bộ truyền bánh răng thanh răng

Đường kính vòng đỉnh bánh răng:

Hình 3.3 Sơ đồ cơ cấu khe hở

Nội dung thiết kế tính toán hệ thống thuỷ lực bao gồm các phần sau:

– Tính toán các thông số của xy lanh tạo lực cắt

– Tính toán các thông số của xy lanh kẹp chặt

– Tính các tổn thất về áp suất, lưu lượng trong hệ thống và chọn các phần tửthuỷ lực

– Lựa chọn bơm dầu

3.2.1 Tính toán xylanh tạo lực cắt:

( N )  −40 ( )5 

42

CT

trong đó k: hệ số tính đến độ cùn dao và các yếu tố ảnh hưởng khác

k = (1,1÷ 1,3) lấy k = 1,2

σ : trở lực cắt của vật liệu, σc= (0,7 ÷ 0,8)b

σ : đối với thép CT42 có giới hạn bền ( 380 ÷ 490)N/mm2

lấy σb= 450N / mm2

x

ma

S =16(mm): chiều dày vật liệu

γ =40: góc nghiêng của daomax

C

P : Lực cắt lớn nhấtThay các giá trị vào ta được:

)(7413464

45075

,0165,02,

trong đó Pxilanh: lực công tác cần thiết mà mỗi xy lanh phải tạo ra

Fms: Lực ma sát của bộ phận chuyển động, lực này nhỏ nên có thểxem: Fms ≈ 0

a: Gia tốc chuyển động ( cm/s2)m: khối lượng phần chuyển động Phần khối lượng chuyển động làphần mang dao và dao

Pt: Là lực cắt hay lực tải trọng mà mỗi xy lanh tải chịu

Như ta đã phân tích và chọn 2 piston-xylanh thủy lực

Do đó lực cắt (tải trọng) mà mỗi xylanh phải chịu là: Pt =

514834

44

2

mm

F D

D

ππ

c) Đường kính của cần piston:

trong đó Vc: vận tốc đầu dao khi ở hành trình cắt

Fpt: Tiết diện piston, Fpt = 51483( mm)

2574150

F F

Q V

cán xlanh

Đã tính được hành trình dịch chuyển của dao cắt H = 216 mm.

Xác định sơ bộ chiều dài xilanh tạo lực cắt:

Trong quá trình cắt do chịu phản lực cắt nên vận tốc cắt thay đổi (lớn nhất khiquá trình cắt vừa kết thúc), gây va đập cho máy Vì vậy cần phải giảm chấn cho daocắt Đối với hệ thống dùng xylanh thuỷ lực người ta giảm chấn bằng cách tạo mộtlớp dầu còn lại trong xilanh ở đầu hành trình cũng như cuối hành trình của piston,nhờ sự biến dạng đàn hồi của lớp dầu này sẽ không làm thay đổi đột ngột về lựccũng như vận tốc của cần piston

Chọn chiều dày của lớp dầu mà khi thiết kế xilanh để giảm chấn cho cơ cấu là

h1 và h2, trong đó h1 là độ dày của lớp dầu giảm chấn cho hành trình piston đi lên, h2

là độ dày của lớp dầu giảm chấn cho hành tình piston đi xuống Với h1 = 25 mm,

Theo ở phần phân tích động học của cơ cấu kẹp chặt thì: Kết cấu kẹp gồmmột hệ thống xy lanh thuỷ lực gắn trên thân máy, chuyển động độc lập so với dao.Trên chiều dài bàn kẹp ta bố trí 10 xy lanh kẹp chặt, như vậy lực kẹp cần thiết củamỗi xylanh sẽ là:

)(296510

33,98844

4

2

mm

F D

D

ππ

Theo tiêu chuẩn chọn: D = 36(mm)

3) Đường kính cần của piston:

trong đó Vk: vận tốc vận tốc của bàn kẹp đi xuống

Fpt: Tiết diện piston, Fpt = 988,33( mm )2

P =2606 (N) < 20(MN) nên Vk =( 5÷100) mm/s

Chọn: Vk = 50 (mm/s)

)/(965,2)/(0494165,

0)/(5,4941650

33,

Vì ta sử dụng 10 xy lanh nên lưu lượng tổng cộng là:

)/(6,2910965,

Vì vậy tổn thất áp suất có thể xảy ra ở nhiều bộ phận trong hệ thống thuỷlực.Nếu gọi p0 là áp suất mà bơm cung cấp vào hệ thống, p1 là áp suất đo tại buồngcông tác cuả cơ cấu chấp hành, thì tổn thất áp suất cúa hệ thống được biểu thị ởdạng hiệu suất η :

Ta có:

0 0

1 0

p

p p

a) Tổn thất áp suất qua van (∆p 1 ):

Bằng thực nghiệm người ta đã xác định được những khoảng giá trị tổn thất ápsuất đối với từng loại van

Kiểu van Tổn thất áp suất ∆p 1

Khoá điều chỉnh 1,5÷ 2 (KG/cm2)Van đảo chiều 1,5÷ 3 (KG/cm2)

Bảng 3.1 Các kiểu van