thiết kế máy cắt tôn tấm

Các sản phẩm thép tấm đượcphân loại theo chiều dày của tấm thép : + Thép tấm mỏng : chiều dày s = 0.2 ÷ 3.75 mm , Thép tấm sau khi được cắt ra các kích cỡ theo yêu cầu, từ đó nó được sử

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển của khoa học nói chung và ngành cơ khí nóiriêng Đòi hỏi người cán bộ kỹ thuật phải nắm vững kiến thức cơ bảntương đối rộng Đồng thời phải biết vận dụng kiến thức đã học trong suốt

5 năm để giải quyết những vấn đề cụ thể thường gặp trong sản xuất, sửachữa và sử dụng

Do đó đồ án tốt nghiệp là mục đích giúp hệ thống lại những kiếnthức cơ bản đã học trước lúc ra trường Cùng với sự phát triển của thời đạicông nghiệp hóa, hiện đại hóa của ngành cơ khí, thì nhu cầu sản xuất phảisử dụng máy móc độ chính xác cao, phải giảm sức lao động của conngười, tăng năng suất lao động Nhằm đáp ứng nhu cầu đó, em đã nhận đềtài tốt nghiệp là “THIẾT KẾ MÁY CẮT THÉP TẤM ” với các nộidung sau:

Phần I Tổng quan về việc sử dụng thép tấm trong công nghiệp

Phần II Cơ sở lý thuyết về cắt kim loại

Phần III Giới thiệu về các phương pháp cắt thép tấm

Phần IV.Phân tích, chọn sơ đồ nguyên lý máy và tính động học

Phần V Tính toán động lực học và kết cấu

Phần VI.Hướng dẫn sử dụng và bảo quản máy

Phần VII.Kết luận

Đề tài được hoàn thành với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáohướng dẫn Nguyễn Thế Tranh cùng các thầy cô trong khoa Vì là một vấnđề tương đối lớn, mới của người sinh viên, không tránh khỏi những thiếusót Em rất mong sự góp ý chỉ bảo của thầy cô

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn và các thầy cô trongkhoa

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2002

Sinh viên thiết kế

Sinh viên thực hiện: Võ Tấn Phước Lớp

PHẦN 1

TỔNG QUAN VỀ VIỆC SỬ DỤNG THÉP

TẤM TRONG CÔNG NGHIỆP

Ngày nay khi nhu cầu về đời sống càng phát triển và nâng cao thì ngànhcông nghiệp cần phải đáp ứng đầy đủ và kịp thời những nhu cầu đó Trong đóngành công nghiệp và gia công kim loại bằng áp lực như cán, kéo, ép, rèn tự do, rènkhuôn, dập tấm cũng đóng góp một phần không nhỏ, quan trọng hơn trong đó làphương pháp gia công kim loại cán và cắt thép tấm đóng một vai trò không nhỏ, nógóp phần tạo ra các sản phẩm, vật dụng và các ngành nghề công nghiệp khác như :ngành công nghiệp hàng không, lĩnh vực điện, nông nghiệp, ô tô, xây dựng, côngnghiệp đóng tàu, thuyền,

Thép tấm được tạo thành từ quá trình cán kim loại, kim loại biến dạng giữahai trục cán quay ngược chiều nhau, có khe hở giữa hai trục cán nhỏ hơn chiều dàycủa phôi ban đầu Kết quả làm chiều dày phôi giảm, chiều dài và chiều rộng tănglên, hay đây là sản phẩm dạng tấm hay thép tấm

Cán thép tấm có thể tiến hành ở trạng thái nóng hoặc trạng thái nguội, ở mỗiloại nó có các ưu điểm và nhược điểm khác nhau Các sản phẩm thép tấm đượcphân loại theo chiều dày của tấm thép :

+ Thép tấm mỏng : chiều dày s = 0.2 ÷ 3.75 mm ,

Thép tấm sau khi được cắt ra các kích cỡ theo yêu cầu, từ đó nó được sử dụngđể tạo ra các chi tiết, hình dạng, thù hình khác như :

-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 để taọ ra các sản phẩm trong lĩnhvực điện như là các lá thép trong stato bơm nước hay quạt điện, thép tấm được dùngcác cánh quạt cỡ lớn, các thép tấm mỏng dùng làm các lá thép để ghép lại trongchấn lưu đèn ống , máy biến thế , trong lĩnh vực điện chiếu sáng nó được dùng làmcác cột điện đường, cột đèn

-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, cácbộ phận che kín khác

-Thép tấm dùng làm vỏ, kết cấu khung tàu thuyền trong ngành tàu biển -Trong các ngành nghề khác thép tấm dùng để dập ra các đồ dùng dân dụngphục vụ đời sống hay trong ngành công nghiệp hàng không dùng để che chắn, nắpđậy thân, cửa của máy bay, tên lửa,

Với nhu cầu sử dụng hiện tại của thép tấm , sự cần thiết phải có các máy đểcắt các thép tấm từ ban đầu trong các ngành công nghiệp, các ngành nghề khác nhauđặc biệt trong lĩnh vực cơ khí là một điều không thể thiếu

Sinh viên thực hiện: Võ Tấn Phước Lớp

Hình 1-2

PHẦN 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CẮT KIM LOẠI

Gia công kim loại bằng áp lực là một trong những phương pháp cơ bản đểchế tạo các chi tiết máy và các sản phẩm kim loại thay thế cho phương pháp đúchoặc gia công cắt gọt

Gia công bằng áp lực thực hiện bằng cách dùng ngoại lực tác dụng lên kimloại ở trạng thái nóng hoặc trạng thái nguội, làm cho kim loại đạt đến quá giới hạnđàn hồi, kết quả làm thay đổi hình dạng của vật thể kim loại mà không phá huỷ tínhliên tục và độ bền của chúng Cắt kim loại là chia phôi ra thành các tấm, dải, mảnhtheo đường kín hoặc đường hở Quá trình cắt xảy ra từ biến dạng đàn hồi khi có lựctác dụng , sau đó biến dạng dẻo cùng với sự tăng lực tác dụng và các vết nứt xuấthiện và gặp nhau theo hướng cắt và tách rời tấm phôi

2.1.BIẾN DẠNG KIM LOẠI

Dưới tác dụng của ngoại lực kim loại biến dạng theo các giai đoạn : biếndạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá huỷ

Tuỳ theo cấu trúc tinh thể của mỗi kim loại, các giai đoạn trên có thể xảy ra ởcác mức độ khác nhau dưới tác dụng của ngoại lực và tải trọng

Biểu đồ biến dạng khi thí nghiệm kéo đứt của kim loại :

-Khi tải trọng tác dụng nhỏ hơn Pđh thì biến dạng kim loại tăng theo đườngbậc nhất, đây là giai đoạn biến dạng đàn hồi : biến dạng mất đi sau khi khử bỏ tảitrọng

-Khi tải trọng từ Pđh Pđ thì độ biến dạng tăng với tốc độ nhanh, đây làgiai đoạn biến dạng dẻo, kim loại bị biến đổi kích thước, hình dạng sau bỏ tải trọngtác dụng lên nó

-Khi tải trọng đạt đến giá trị lớn nhất Pd thì trong kim loại bắt đầu xuất hiệnvết nứt, tại đó ứng suất tăng nhanh và kích thướt vết nứt tăng lên, cuối cùng kim loại

bị phá huỷ Đó là giai đoạn phá huỷ : tinh thể kim loại bị đứt rời

a> Biến dạng đàn hồi :

Dưới tác dụng của ngoại lực hay cắt kim loại bằng áp lực, mạng tinh thể bịbiến dạng Khi lực tác dụng nhỏ, ứng suất sinh ra trong kim loại chưa vượt quá giớihạn đàn hồi, các nguyên tử kim loại dịch chuyển không quá một thông số mạng ,nếu thôi tác dụng lực thì mạng tinh thể lại trở về trạng thái ban đầu

Khi chịu tải, vật liệu sinh ra một phản lực cân bằng với ngoại lực, ứng suất làphản lực tính trên một đơn vị diện tích Ứïng suất vuông góc với mặt chịu lực gọi làứng suất pháp, gây biến dạng ε Ứïng suất tiếp τ sinh ra xê dịch góc γ.Ứïng suất

pháp 3 chiều ( ứng suất khối ) làm biến dạng thể tích

Đối với nhiều vật liệu, quan hệ tuyến tính giữa ứng suất và biến dạng đàn hồi được

mô tả bằng định luật Hooke :

Phương trình cơ sở của thuyết đàn hồi

ε

γ

Trong đó : E : modun đàn hồi của vật liệu

G : modun đàn hồi trượt

Vậy biến dạng đàn hồi của kim loại có nghĩa là các nguyên tử trong mạngtinh thể tác động qua laị với nhau bằng lực hút và lực đẩy Nếu lực tác dụng chưađủ để sinh ra ứng suất vượt quá giới hạn đàn hồi của vật liệu thì kim loại trở lạitrạng thái cân bằng, hay ở giai đoạn này quá trình cắt kim loại chưa xảy ra

b> Biến dạng dẻo :

Khi ứng suất sinh ra trong kim loại vượt quá giới hạn đàn hồi thì kim loại bịbiến dạng dẻo do trượt và song tinh

Theo hình thức trượt, một phần đơn tinh thể dịch chuyển song song với phầncòn lại theo một mặt phẳng nhất định, mặt phẳng này gọi là mặt trượt

Theo hình thức song tinh, một phần tinh thể vừa trượt, vừa quay đến một vịtrí mới đối xứng với phần còn lại qua một mặt phẳng gọi là mặt song tinh Cácnguyên tử kim loại trên mỗi mặt di chuyển một khoảng tỷ lệ với khoảng cách đếnmặt song tinh

Các lý thuyết và thực nghiệm cho thấy trượt là hình thức chủ yếu gây ra biếndạng dẻo trong kim loại khi lực tác dụng lên nó sinh ra ứng suất lớn hơn giới hạnđàn hồi nhưng chưa vượt ứng suất phá huỷ hay ứng suất giới hạn bền của vật liệu Đây là giai đoạn thứ hai của quá trình cắt kim loại, giai đoạn này xảy ra trước quátrình kim loại bị phá huỷ hay quá trình kim loại bị cắt đứt

Trong quá trình biến dạng dẻo kim loại vì ảnh hưởng của các nhân tố như :nhiệt độ không đều, tổ chức kim loại không đều, lực biến dạng phân bố không đều,

ma sát ngoài vv đều làm cho kim loại sinh ra ứng suất dư , bên trong bất cứ kimloại biến dạng dẻo nào cũng đều sinh ra ứng suất dư, sau khi thôi tác dụng ứng suất

dư vẫn còn tồn tại

-Phá huỷ trong điều kiện tải trọng tĩnh :

+ Phá huỷ có kèm theo sự biến dạng dẻo với mứt độ tương đối gọi là phá huỷdẻo Phá huỷ xảy ra với tốc độ nhỏ và cần nhiều năng lượng nên ít nguy hiểm

Điều kiện cần thiết cho biến dạng dẻo xảy ra là biến dạng dẻo và trạng tháiứng suất kéo ba chiều trong vùng co thắt cục bộ

+ Phá huỷ giòn :hầu như không có biến dạng dẻo vĩ mô kèm theo, xảy ra tứcthời nên khá nguy hiểm Bề ngoài mặt khi phá huỷ thường vuông góc với ứng suấtpháp lớn nhất nhưng bề mặt vi mô thì có thể là theo các mặt phẳng tinh thể xácđịnh ( mặt vỏ giòn ) ở bên trong mỗi hạt

+ Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phá huỷ là : nhiệt đô, tốc độ biến dạng và tậptrung ứng suất

Ứïng suất cần thiết để phát triểní vết nứt :

E : mođun đàn hồi của vật liệu

s

γ :Sức căng bề mặt

C : Kích thước đặc trưng của vết nứt ban đầu

-Phá huỷ trong điều kiện tải trọng thay đổi theo chu kỳ ( phá huỷ mỏi ) cơchế của phá huỷ mỏi cũng xảy ra bằng cách tạo thành và phát triển vết nứt

Sự phá huỷ mỏi phụ thuộc vào yếu tố : ứng suất tác động, số chu kỳ tác độngcủa tải trọng, yếu tố tập trung ứng suất

Phá huỷ ở nhiệt độ cao :

Sự tạo nên vết nứt có thể theo cơ chế sau : các hạt trượt lên nhau theo biêngiới hạt, có tập trung ứng suất tạo nên vết nứt Thực chất quá trình biến dạng dẻocủa kim loại nó ảnh hưởng lớn đến lực cắt do vậy ta nguyên cứu các nhân tố ảnhhưởng đến nó

2.1.NHỮNG NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN BIẾN DẠNG DẺO CỦA KIMLOẠI :

Tính dẻo của kim loại là khả năng biến dạng dẻo của kim loại dưới tác dụngcủa ngoại lực mà không bị phá huỷ Tính dẻo của kim loại phụ thuộc vào hàng loạtnhân tố khác nhau Thành phần và tổ chức của kim loại, nhiệt đô, trạng thái ứngsuất chính, ứng suất dư, ma sát ngoài, lực quán tính, tốc độ biến dạng,

a> Aính hưởng của thành phần hoá học và tổ chức kim loại :

Các kim loại khác nhau có kiểu mạng tinh thể, lực liên kết giữa các nguyêntử khác nhau, do đó tính dẻo của chúng cũng khác nhau, chẳng hạn đồng, nhôm dẻohơn sắt Đối với hợp kim, kiểu mạng thường phức tạp, xô lệch mạng lớn, một sốnguyên tố tạo các hạt cứng trong tổ chức, cản trở sự biến dạng do đó tính dẻo giảm.Thông thường kim loại sạch và hợp kim có cấu trúc một pha dẻo hơn hợp kim cócấu trúc nhiều pha Các tạp chất thường tập trung ở biên giới hạt, làm tăng xô lệchmạng cũng làm giảm tính dẻo của kim loại

Sinh viên thực hiện: Võ Tấn Phước Lớp

b> Aính hưởng của nhiệt độ :

Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ, hầu hết các kim loạikhi tăng nhiệt độ thì tính dẻo tăng Khi tăng nhiệt độ, dao động nhiệt của cácnguyên tử tăng, đồng thời xô lệch mạng giảm, khả năng khuếch tán của cácnguyên tử tăng làm cho tổ chức đồng đều hơn Một số kim loại và hợp kim ở nhiệtđộ thường tồn tại ở pha kém dẻo, khi ở nhiệt độ cao chuyển biến thì hình thành phacó độ dẻo cao

c> Aính hưởng của trạng thái ứng suất chính :

Trạng thái ứng suất chính cũng ảnh hưởng đáng kể đến tính dẻo của kim loại.Qua thực nghiệm người ta thấy rằng kim loại chịu ứng suất nén hối có tính dẻo caohơn khi chịu ứng suất nén mặt, nén đường hoặc chịu ứng suất kéo

Ứng suất chính là ứng suất pháp tuyến sinh ra bên trong vật thể khi có ngoạilực tác dụng

Trong gia công áp lực thường gặp trạng thái ứng suất khối

+ Trạng thái ứng suất khối : τmax =

2

min max −σσ

+ Trạng thái ứng suất mặt :

2

2 1 max

σ σ

Nếu σ1 = σ2 = σ3 thì τ =0 nghĩa là không gây ra biến dạng

Điều kiện để kim loại biến dạng dẻo bị phá huỷ :

τmax  τgiới hạn

-Khi kim loại chịu trạng thái ứng suất đường thì điều kiện biến dạng dẻo là

σ − = σch,

τmax = σch/2

d> Aính hưởng của ứng suất dư :

Sự tồn tại của ứng suất dư bên trong kim loại sẽ làm cho tính dẻo của kimloại giảm Nếu ứng suất dư lớn có thể làm cho vật biến dạng hoặc phá huỷ

e> Aính hưởng của ma sát ngoài :

Ma sát ngoài làm thay đổi hình thức tác dụng lực, do đó làm thay đổi trạngthái ứng suất chính của vật thể

Ngoài ra ma sát ngoài còn cản trở biến dạng tự do của vật thê, làm cho vậtthể biến dạng không đồng đều, tăng lực và công biến dạng, cản trở sự biến dạng haycắt đứt của kim loại dưới tác dụng của lực cắt để thép

f> Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng :

f Tăng tốc độ biến dạng thì sẽ làm giảm tính dẻo của kim loại nếu tốc độ của quá trình biến cứng khi biến dạng lớn hơn tốc độ của quá trình khử biến dạng Ngoài ra, tốc độ biến dạng tăng còn làm sinh nhiệt nhiều, hiệu ứng nhiệt còn làm cho kim loại đạt đến nhiệt độ mà tại đó tính dẻo thấp hoặc do hiệu ứng nhiệt mà nhiệt độ của kim loại tăng dần lên làm cho kim loại chuyển từ vùng giòn sang vùng dẻo, điều này cũng ảnh hưởng đến tốc độ tác dụng lực để cắt thép, đó là chu kỳ cắt hay cũng chính là năng suất cắt thép

g Vậy để cắt được thép tấm thì lực cần thiết tác dụng phải tạo ra trong kim loại ứng suất lực lớn, đồng thời tốc độ biến dạng phải đạt một trị số nhất định để kim loại dễ dàng bị đứt rời ra khỏi tấm cắt

Sinh viên thực hiện: Võ Tấn Phước Lớp

PHẦN 3

CÁC PHƯƠNG PHÁP CẮT THÉP TẤM

Để thực hiện các công nghệ cắt các vật liệu, trong thực tế có nhiều phươngpháp cắt như : Các phương pháp cắt thủ công , cắt bằng ngọn lửa hàn khí, cắt bằngchùm tia laser, plasma hay các phương pháp dập tấm ( dập cắt và đột lổ ), cắt bằngmáy cắt thép tấm, Tùy theo hình dạng, kích thước cũng như qui mô sản suất mà tacó thể áp dụng phương pháp cắt khác nhau cho hợp lý

3.1 CẮT BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦ CÔNG :

Cắt thép bằng các phương pháp thủ công có nhiều cách, chẳng hạn nhưphương 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 dụng cho những phân xưởng thủ công, cắt các théptấm có chiều dày bé và tiết diện nhỏ

Máy cắt thép thủ công: gồm hai lưỡi cắt và một cơ cấu cánh tay đònvà đòn bẩy để tạo lực cho lưỡi cắt

Máy này cũng chỉ áp dụng cắt những tấm thép có chiều dày và diệntích bé, chủ yếu dùng trong các xưởng sản xuất vừa và nhỏ

3.2 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 lửakhí 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 bằngnhiệt 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 đốtcháy khí cháy trong dòng oxy để nung kim loại tạo thành các oxit và thổi chúng rakhỏi mép cắt tạo thành rãnh cắt Sơ đồ quá trình cắt kim loại bằng khí được trìnhbày ở hình 3.1

Khi bắt đầu cắt, kim loại ở mép cắt được nung nóng đến nhiệt độ cháy nhờnhiệt 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 độ nóng chảy của oxit kim loại phải thấp hơn nhiệt độ nóng chảy củakim loại

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

3.3 CẮT BẰNG CHÙM TIA LASER

Trong những năm gần đây người ta đã bắt đầu sử dụng laser để cắt tất cả cácvật liệu với bất kỳ độ cứng nào

Nguyên lý chung về cắt bằng laser là một phương pháp tạo rãnh cắt hoặc lỗnhờ vào nguồn nhiệt bức xạ rất lớn của laser làm vật liệu vùng cắt cháy lỏng và bốchơi đi ra ngoài

Sơ đồ nguyên lý như sau :

Cắt bằng chùm tia laser có nguồn nhiệt tập trung với một mật độ nhiệt cao, vìvậy nó có thể cắt tất cả các loại vật liệu và hợp kim của nó Rãnh cắt hẹp, sắc cạnhvà độ chính xác cao, ngoài ra nó còn có thể cắt theo đường thẳng hay đường cong vàcó thể cắt theo các hướng khác nhau nhờ quá trình cắt không tiếp xúc

Cắt thép bằng chùm tia laser cho năng suất cao, có thể cơ khí koá và tự độnghoá dễ dàng nhưng phương pháp này có những hạn chế là chiều dày tấm cắt nhỏ hơn

20 mm , thiết bị tạo tia laser cũng như các thiết bị điều khiển chương trình số CNCcó giá thành cao

Sinh viên thực hiện: Võ Tấn Phước Lớp

3.4 PHƯƠNG PHÁP CẮT THÉP TẤM BẰNG ÁP LỰC LƯỠI CẮT

Thực chất quá trình cắt kim loại bằng áp lực lưỡi cắt là sự biến dạng dẻo sauđó đến phá huỷ kim loại Quá trình cắt đứt vật liệu chia thành 3 giai đoạn liên tục :

+ Giai đoạn 1 : Đây là giai đoạn biến dạng đàn hồi

+ Giai đoạn 2 : Giai đoạn biến dạng dẻo, do tiếp tục đi xuống, lực cắt tănglên vượt qua điểm tới hạn, kim loại bị biến dạng dẻo

Biến dạng dẻo này phát sinh ngay ở mép của dao cắt, ứng suất tập trung làmphát sinh dòng chảy kim loại tại thành vùng kim loại bị chèn ép, sự chèn ép cục bộđó sẽ phát triển đến khi toàn bộ chiều dày của kim loại đạt đến ứng suất dư để làmxuất hiện đường trượt Những đường trượt này tạo ra đường dẻo hẹp hình bình hành,

do đó biến dạng dẻo kèm theo uốn và kéo các thớ kim loại cho đến khi bắt đầu xuấthiện các vết nứt Giai đoạn này dao cắt từ 20 đến 50% chiều dày kim loại

+ Giai đoạn 3 : Dao tiếp tục đi xuống, tại thời điểm khi ứng suất do lực cắtgần đến giới hạn đàn hồi, các vết nứt xuất hiện từ hai vết của dao tiến sâu vào vậtliệu và làm đứt rời vật liệu

Có các loại máy cắt thép tấm dưới áp lực lưỡi cắt như máy cắt dao thẳng songsong, máy cắt dao nghiêng, máy cắt dao đĩa ,

Phương pháp cắt thép tấm bằng áp lực lưỡi cắt có ưu điểm : có năng suất cao,có thể tạo lực cắt bằng các phương pháp khác nhau, giá thành rẻ, dễ tiến hành cơ khíhoá và tự động hoá, phương pháp này phù hợp với ngành cơ khí nước ta hiện nay.Phân tích các loại kết cấu máy và dao để chọn phương án sử dụng cho máy cắt théptấm dưới áp lực lưỡi cắt

3.4 1 Máy cắt dao thẳng song song :

Sơ đồ và các thông số, Hình 3.4

h

L

H S

a > Công dụng và các thông số cơ bản :

+ Công dụng : Máy cắt dao thẳng song song dùng để cắt các loại phôi và sảnphẩm có tiết diện vuông, chữ nhật, tròn máy thường đặt sau máy cán phôi, cánphá, cán hình cỡ lớn có tiết diện sản phẩm là đơn giản Máy có nhiệm vụ cắt bỏphần đầu, phần đuôi vật cán và dùng để cắt phân đoạn vật cán theo kích thước quiđịnh

Khi làm việc mặt phẳng chuyển động của dao không đổi

Các thông số cơ bản của máy theo trên hình 3.4 :

H: Chiều cao vận hành giao

L : Chiều dài sản phẩm

S : Chiều cao lưỡi cắt

σ : Chiều dày lưỡi cắt

35

∆ : Độ trùng dao, ∆= (10 ÷20) mm

l: Chiều dài lưỡi cắt

l = (3÷4 ) b cho các máy có p = (60 ÷ 260 ) tấn

l = (2 ÷ 2.5) b cho các máy có p = (1000 ÷1600 ) tấn

Góc cắt 900,bốn góc đều cắt được

Vật liệu làm bàn trượt : Thép CT 6

Vật liệu làm dao : Thép 6 XHM, 55XHB, 55XH2Ø

Theo kết cấu của máy, người ta phân ra làm hai loại : Loại có dao trên diđộng và loại có dao dưới di động

Sinh viên thực hiện: Võ Tấn Phước Lớp

b > Phương pháp xác định lực cắt :

Ngày nay các máy cắt được chế tạo theo tiêu chuẩn Khi thiết kế máy mới tatính lực cắt sao cho máy làm việc đảm bảo an toàn và không xảy ra các sự cố đángtiếc

Dù dùng loại máy cắt nào thì quá trình cắt cũng chia ra làm ba thời kỳ dùrằng quá trình cắt chỉ xảy ra trong nháy mắt Ba thời kỳ đó là :

ta đưa ra thông số tỷ số chiều sâu cắt tương đối ε1

ε1 =

h

Z1 (3.1 )trong đó : Z1 : chiều sâu kim loại được cắt

P giảm dần từ Pmax  Pmin

+ Thời kỳ đứt :

Đây là thời kỳ kim loại tự đứt Để đặc trưng cho độ nhanh chậm của thời kỳđứt, người ta cũng đưa ra khái niệm độ sâu đứt tương đối ε2và được đặc trưng bởi tỷsố sau :

ε 2 =

h

Z2 ( 3.2 )Trong đó : Z2 : là chiều sâu kim loại kim loại ở cuối hành trình cắt để sang thời kỳtự đứt

h: là chiều dày ban đầu của vật cắt

Qua thực tế và thí nghiệm, người ta thấy rằng lực cắt lớn nhất Pmax là ở cuối thời kỳcặp và đầu thời kỳ cắt và Pmax được tính theo công thức sau :

Pmax = τmax.F = k1.σb.F (3.3 )Trong đó :

k1 = 0.7 đối với thép mềm ; k1 = 0.6 đối với thép cứng.

F:diện tích tiết diện được cắt, F = F1 = h1.b

b : chiều rộng vật cắt

h1 : chiều dày còn lại : h1 =h - z 1 = h (1- ε1 ) ( 3.4)Thay các giá trị trên vào ( 3.3 ), ta có :

Pmax =k1.k2.k3.σb b h ( 1 − ε1) (3.5)Trong đó :

K2: Hệ số kể đến sự tăng lực khi dao bị cùn, k2 = (1,1 ÷1,2 ) cho cắt nóng và

k2 = (1,15 ÷1,25 ) cho cắt nguội

k3: Hệ số xét đếïn ảnh hưởng về khe hở của hai lưỡi dao

k3 = (1,15 ÷1,25 ) cho cắt nóng và k3 = (1,2 ÷1,3 ) cho cắt nguội

Trị số ε1 , ε2 tra trong bảng quan hệ giữa vật liệu cắt với ε1,ε2

Khi dao ăn vào kim loại thì phôi có chiều hướng dịch xuống hướng, khi ấy từ cáccạnh của dao sinh ra một lực trượt T , lực trượt T do dao dịch xuống dưới sinh ramột momen có trị số Mt = P.a (Hình 3.5 )

Lực T và P có hướng ngược chiều nhau và có tương quan độ lớn

T = ( 0,15 ÷0,25 ) P

Để giảm lực trượt T và cắt sản phẩm cho chính xác, người ta dùng lực kẹp Qđể giữ vật cắt Khi ấy T = ( 0,1÷0,15) P

Và Q =( 0,03÷ 0,05)P

3.4.2 > Máy cắt thép tấm dao nghiêng :

Để giảm lực trong quá trình cắt của máy cắt dao song song, người ta dùngmáy cắt tấm lưởi dao được đặt nghiêng một góc ϕ Khác với máy cắt dao songsong, máy này có lưởi cắt chỉ một phần xác định có trị số phụ thuộc vào gócnghiêng ϕ không đổi Do đó trên một chiều dài hành trình lưởi dao trên khi dao ănsâu vào kim loại, lực cắt không thay đổi và không phụ thuộc vào chiều rộng tấmthép Lực này nhỏ hơn rất nhiều so với lực cắt yêu cầu khi cắt cùng tấm vật liệu đótrên máy cắt dao song song

Hình 3.7:Máy cắt thép tấm dao nghiêng

Sinh viên thực hiện: Võ Tấn Phước Lớp

Loại máy này lưỡi dao dưới nằm ngang, lưỡi dao trên nghiêng một góc ϕ = 2

÷60, lực cắt không lớn lắm, cắt được các tấm dày, cắt được các đường cong, đườngcắt không thẳng và nhẵn

Khi cắt dao tiếp xúc dần với vật cắt từ trái sang phải, lực cắt thực hiện khôngđồng thời trên toàn chiều rộng cắt B Do lực cắt giảm nên có thể cắt được nhữngtấm thép dày hơn 60 mm

Các thông số của lưỡi dao trên :

tg.B.P

3.4.3> Máy cắt bằng lưỡi dao đĩa :

Quá trình cắt kim loại tấm dày trên máy cắt dao đĩa được thực hiệnbằng những đĩa dao quay tròn, đĩa dao trên và đĩa dao dưới được quayngược chiều nhau cùng một tốc độ góc (ω), vật liệu cắt được chuyển dịchnhờ lực ma sát giữa kim loại và dao đĩa Vị trí và kích thước đĩa dao đượcxác định phụ thuộc vào chiều dày vật liệu cắt Công việc cắt được thựchiện lấy dấu bằng tay hay đồ gá chuyên dùng Khi cắt dọc tôn tấm năngsuất máy dao đĩa lớn hơn năng suất máy dao nghiêng nhưng có nhượcđiểm là dao thường bị uốn cong và thường phải uốn lại Để khắc phụchiện tượng này người ta thường đặt lệch trục đĩa dao trên so với dao dướimột đoạn e không lớn lắm

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

Máy cắt này dùng để cắt viền và cắt mép những băng thép có chiều rộng lớn,cắt những tấm thép có kích thước nhất định theo tiêu chuẩn khi xuất xưởng Để cắtđược thẳng và không bị ba via người ta làm dao có lưỡi hình tròn theo chiều của bánkính

Máy cắt đĩa thường có hai loại : loại một cặp đĩa và loại nhiều cặp đĩa :

a> Sơ đồ nguyên lý :

Sinh viên thực hiện: Võ Tấn Phước Lớp

α

δ

γP

Z

b

b)

Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý máy cắt đĩa

a Loại một cặp đĩa cắt ,b Loại nhiều cặp đĩa cắt

- Nguyên lý của quá trình cắt bằng lưỡi dao đĩa là nhờ vào hai đĩa quaytròn ngược chiều nhau với cùng một tốc độ quay, còn vật liệu cắt ( phôi ) đượcchuyển dịch nhờ ma sát giữa kim loại và dao Vị trí và kích thước của đĩa xác địnhtheo chiều dày của vật liệu cần cắt

-b>Đặc điểm kỹ thuật :

+ Máy có độ trùng dao ∆=(1÷ 3)mm, khi chiều dày h tăng thì ∆giảm Khicắt thép tấm có chiều dày h>10 thì khe hở biên y = (0,05 ÷0,08)h, khi h< 0.2mmthì y = 0

+ H là chiều dày đĩa cắt, H =(0,06 ÷ 0,12 ) D

D : Đường kính đĩa cắt

-Khi chiều dày H < 3mm thì D =60H

- Khi H= (3÷10)mm thì D = (40÷50)H

-Khi H > 10mm thì D =30 H

Vật liệu làm dao là các loại thép hợp kim5XBC, 9XC, 6XHM, 55XHHB Dao có độ cứng HRC =60÷64, góc cắt của dao là 900

-Xác định khoảng cách tâm A

Từ thực nghiệm và tính toán người ta đã tính được :

R

h+∆+ (mm) (3-7)Trong đó R : bán kính của đĩa dao

h : chiều dày cắt

∆: độ trùng dao

-Xác định góc nghiêng α:

∆+

h

120

α

(3-8)

Từ kinh nghiệm  có α :

-Xác định đường kính dao :

(h )mm

h R

−

∆ +

=

0 0

2 cos

1

2

α

α0: Góc ăn giữa kim loại và đĩa, thường α0 =(8÷120)

3.4.4.Máy cắt kiểu chấn động:

a)

Dùng cắt tấm có dạng đường thẳng hoặc đường cong bất kỳ theo dấu.Loại này có hai lưỡi dao tạo thành một góc ϕ=(21÷300) số lần lưỡicắt lên xuống: 850÷1300lần /phút.

*Kết luận:

Ở trên ta đã đưa ra 3 phương án hình thành quá trình cắt thép tấm.Thông qua ưu, khuyết điểm đánh giá các phương án ta có nhận xét nhưsau:

-Phương pháp cắt bằng cặp dao song song thì mép cắt đẹp, thời gianmỗi nhát cắt nhanh nhưng lực cắt quá lớn, hơn nữa ta cần cắt thép tấm cóchiều dày amax = 15mm, lúc này lực cắt sẽ rất lớn nên yêu cầu về độ bềncủa dao cũng như thân máy cao, rung động mạnh, vì vậy ta không sử dụngphương pháp này để thiết kế

-Phương pháp cắt bằng cặp dao đĩa, phương pháp này tốc độ cắt chậm hơn,năng suất thấp khi ta cắt thép tấm có chiều dày lớn tuy rằng lực cắt nó nhỏ, do đóphương pháp này không hiệu quả

- Phương pháp cắt bằng dao có lưỡi nghiêng : Phương pháp này tuy mép cắtkhông 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 ítrung động đến xung quanh, do vậy ta dùng phương án lưỡi dao cắt nghiêng để thiếtkế máy

Sinh viên thực hiện: Võ Tấn Phước Lớp

PHẦN IV

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CẮT và TÍNH ĐỘNG HỌC CỦA MÁY

4.1.GIỚI THIỆU CHUNG :

Một kết cấu được xem là có tính công nghệ khi kết cấu đó thoả mãn các yêucầu kỹ thuật đã được đặt ra khi thiết kế, đồng thời được chế tạo với chi phí ít nhấtvề lao động, phương tiện và thời gian Nói cách khác một chi tiết máy có tính côngnghệ có nghĩa là một mặt nó phải thoả mãn các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làmviệc, độ tin cậy, mặt khác trong điều kiện sản xuất sẵn có phải dễ chế tạo, ít tốnnguyên vật liệu và thời gian

Tính công nghệ của chi tiết máy và bộ phận máy là một trong những yếu tốquan trọng nhất nhằm đảm bảo máy móc và thiết bị có các chỉ tiêu kinh tế _ kỹthuật tối ưu Như vậy để chọn được một phương án máy hợp lý cần thoả mãn nhữngyêu cầu chủ yếu về tính công nghệ như sau :

-Máy và chi tiết máy có hình dạng và kết cấu hợp lý theo quan điểm côngnghệ chế tạo và lắp ráp

-Vật liệu chế tạo chi tiết máy được chọn hợp lý, đảm bảo các yêu cầu liênquan đến công dụng và điều kiện sử dụng máy

-Có thể sử dụng các phương pháp công nghệ phù hợp để đơn giản hoá quátrình chế tạo từ khâu chuẩn bị phôi dến gia công chế tạo - kiểm tra, lắp ráp vànghiệm thu sản phẩm

- Máy và chi tiết máy có khối lượng và kích thước nhỏ gọn

- Giá thành và chi phí cho sử dụng là thấp nhất

4.2 PHÂN TÍCH CHỌN SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MÁY :

Sau khi phân tích các phương án cắt thép tấm, ta đã chọn được phương án cắtbằng máy có lưỡi dao nghiêng, dao trên chuyển động tịnh tiến Bây giờ ta phân tíchcác phương án truyền động tạo lực cắt, phối hợp nhịp nhàng giữa các cơ cấu đã chọnđược sơ đồ nguyên lý phù hợp cho máy

Chuyển động tịnh tiến của dao trên có thể nhờ vào chuyển động của các cơcấu sau

- Chuyển động tịnh tiến nhờ cơ cấu tay quay con trượt

- Chuyển động tịnh tiến nhờ cơ cấu hình sin

- Chuyển động tịnh tiến nhờ hệ thống thuỷ lực hoặc khí nén

Muốn cắt được thép tấm có chiều dày khá lớn amax = 15mm và chiều rộng

Bmax = 2000mm, vật liệu phôi thép tấm là thép CT38 thì ta cần phải xác lập một sơđồ động thích hợp cho máy để đảm bảo được tính công nghệ cũng như tính kinh tế

Sơ đồ cắt thép tấm :

h

L

H S

Các thông số của máy

1 Bàn kẹp 5 Con lăn

2 Bàn trượt trên 6 Tấm thép cần cắt

3 Cở sau 7 Lưỡi dao trên

4 Bàn trượt dưới 8 Lưỡi dao dưới

H.Hành trình của dao

a: Chiều dày phôi

h : Chiều cao lưỡi cắt

δ : Chiều dày lưỡi cắt

∆: Độ trùng dao

l : Chiều dày lưỡi cắt

4.2.1 Chuyển động tịnh tiến bằng cơ cấu tay quay con trượt

V

Cơ cấu này có tác dụng biến chuyển động quay của tay quay thành chuyển độngtịnh tiến của con trượt Cơ cấu này có tác dụng và nguyên lý đơn giản, chuyển độngkhông phức tạp, tạo được lực lớn, độ cứng vững cao, dễ chế tạo Khi tay quay quaylàm cho đầu trượt chuyển động cắt đi xuống hoặc đi lên

4.2.3> Chuyển động tịnh tiến nhờ hệ thống thuỷ lực

Hiện nay trong ngành cơ khí chế tạo máy việc truyền động bằng lực của dầuép được dùng phổ biến, đặc biệt đối với các máy cắt kim loại như máy tổ hợp, máyđiều khiển theo chương trình, máy gia công kim loại bằng áp lực như máy dập, máyép, máy cắt thép tấm

Sinh viên thực hiện: Võ Tấn Phước Lớp

Hình 4-2

Hình 4-3

van phân phố i

V

Hoạt động : đầu ép được các nguồn cung cấp dầu từ bể đưa qua các phần tửđiều khiển lưu lượng, áp suất rồi đến van phân phối Từ van phân phối dầu sẽ đượcđưa vào buồng trái hoặc buồng phải của hai xi lanh tạo chuyển động tịnh tiến củacần piston, tạo lực cắt cho dao

- Ưu điểm của phương pháp truyền động này :

+ Thực hiện được truyền động vô cấp cho chuyển động chính cung nhưchuyển động phụ để đảm bảo chế độ cắt thích hợp nhất

+ Có khả năng thực hiện truyền động có lực và công suất lớn

+ Dễ dàng thực hiện các nhiệm vụ như điều khiển tự động quá trình làm việc,đảo chiều chuyển động, chống quá tải, tiêu chuẩn hoá các cơ cấu và hệ thống + Dễ dàng thay đổi hành trình chuyển động của dầu dao trong chuyển độngtịnh tiến

- Tuy nhiên phương pháp truyền động này cũng có các nhược điểm :

+ Tuy trong thực tế coi dầu như chất lỏng không đàn hồi, điều này giúp đơngiản việc tính toán và thiết kế nhưng thực chất dầu vẫn có tính đàn hồi do có cácchất khí hoà tan trong dầu, điều này làm cho việc đảm bảo sự làm việc ổn định, sựchuyển động êm nhẹ cho các cơ cấu dầu ép khó khăn

+ Trong quá trình biến đổi năng lượng, năng lượng đàn hồi của dầu hoàn toànbiến thành nhiệt năng, thông qua dầu và các thiết bị truyền về bể mà không thựchiện một công có ích nào cả Hơn nữa sự cản nhiệt này còn làm cho độ nhớt củadầu bị thay đổi, làm tăng khả bị rò dầu, chắn dầu khó khăn

+ Giá thành lắp đặt hệ thống thuỷ lực khá đắt tiền, phức tạp đòi hỏi phải chếtạo chính xác

• Kết luận :

Qua ba phương pháp tạo chuyển động tịnh tiến để tạo lực cắt cho dao ta thấyphương pháp nào cũng có những ưu điểm riêng Tuy nhiên xét về tính năng kỹthuật, công nghệ, khả năng tự động và làm giảm nhẹ công việc của công nhân thìdùng cơ cấu tịnh tiến bằng hệ thống thuỷ lực dầu ép phù hợp nhất khi cắt các loạithép cacbon, thép thường với chiều dày phôi đến 15mm và chiều rộng cắt lớn nhấtcủatams thép là B = 2000mm

Hình 4-4

Vậy ở máy cắt thép tấm dùng các cơ cấu và hệ thống thuỷ lực để tạo động lựccắt cho dao và kẹp chặt phôi, từ đó ta có sơ đồ nguyên lý của máy

4 Van tiết lưu 11 Van an toàn ( van tran )

5 Van phân phối 12 Bộ lọc tinh

6 Đường ống 13 Đồng hồ đo áp suất.7.Buồng trên xi lanh

Khi động cơ bơm quay, bơm hút dầu từ bể qua bộ lọc ( 1 ),qua các thiết bịkhác như bộ lọc 12, van an toàn 2,bộ ắc quy dầu 11 đến van tiết lưu (5), nhờ vannày ta hiệu chỉnh được lưu lượng qua nó để vào xilanh, do đó làm thay đổi đượcvận tốc của piston theo yêu cầu Sau khi dầu qua van tiết lưu thì qua van phânphối để vào buồng trên hoặc buồng dưới của xilanh để thực hiện chuyển động đixuống cắt thép hoặc chuyển động chạy không quay về

4.2.4> Tính toán sơ bộ chiều dài lưỡi dao và độ vận hành của daotrên

a) Tính toán sơ bộ chiều dài của lưỡi dao:

Theo kinh nghiệm chiều dài của lưỡi dao L :

L = B + ( 50 ÷150 ) (mm)Trong đó : B : chiều rộng lớn nhất của tấm thép đem cắt Bmax= 2000(mm)

Do đó L = 2000 + 80 = 2800 (mm)

Chiều dài cần thiết của dao tương đối dài, do đó để đảm bảo được độ chínhxác, 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 củamỗi đoạn dao là :

Sinh viên thực hiện: Võ Tấn Phước Lớp

Hình 4.6-Gọi y là chiều cao mở cực đại từ phía dưới của lưỡi dao trên tới mặt trên củatấm thép đem cắt Chọn y = 10mm

-B : Chiều rộng lớn nhất của tấm thép đem cắt Bmax= 2000(mm)

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

∆= (10÷20 ) mm , chọn ∆= 15 (mm)

L : Chiều rộng dao L = 2080 (mm)

amax : chiều dày lớn nhất của tấm thép

do đó chiều dài hành trình cắt H :

H = y + amax + B tgα + ∆

= 10 +15 +2080 tg40 +15 = 185 (mm)

4.2.5> 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 chấtlượng của mép cắt, mặt khác vận tốc cắt còn ảnh hưởng đến độ rung động va đậpcủa máy Vì vậy cần phải tính và chọn vận tốc cắt hợp lý để máy làm việc tốt, đạtnăng suất và yêu cầu thiết kế

Đối với cắt thép tấm, với chiều dày tấm thép cắt amax = 15mm là khá lớn, vìvậy vận tốc cắt nằm trong khoảng (5÷100 )mm/s, với amax như vậy ta chọn

v = 50(mm/s )

- 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 việccủa máy Sau khi tính được độ vận hành của dao nghiêng là H = 185 mm Thời gian của dao đi là :

Do dao được đặt cách mặt đầu chấu kẹp là 15 mm, do đó tổng chiều dài dịchchuyển của dao là :H0 = H + 15 = 185 +15 =200 mm

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

4.3 TÍNH ĐỘNG HỌC TOÀN MÁY :

Thiết kế động hóc cho một máy là lựa chọn các phương án truyền động vàxác định các hệ thống truyền động của máy, sự phối hợp nhịp nhàng trong chu kỳlàm việc giữa các bộ phận và tính toán sơ bộ về vận tốc và thời gian của sự phốihợp đó

4.3.1.Thiết kế động học cho bộ phận kẹp chặt

Sau khi phân tích lựa chọn phương án truyền động cho bộ phận dao cắt lànguồn động lực bằng hệ thống thuỷ lực dầu ép tác dụng lên piston - xilanh để tạolực cắt tác dụng lên dao trên, khi cắt thép, lực tác dụng Pcắt của lưỡi dao trên vàlưỡi cắt dưới lệch nhau do có khe hở Z giữa hai lưỡi cắt, chính sự lệch nhau đã tạonên một momen quay M

M = Pcắt l Thông thường l = ( 1.5 ÷ 2) z

Momen có xu hướng làm cho vật liệu quay đi một góc nhỏ trước khi bị cắtđứt Hiện tượng quay này làm cho chất lượng bề mặt bị xấu đi, mặt cắt khôngvuông góc với bề mặt vật liệu Bởi vậy ta cần phải chống lại sự quay đó bằng cáchthêm vào lực ép Q trên tấm vật liệu

Z

l

Bây giờ ta phải phân tích lựa chọn phương án truyền động cho lực kẹp phôi

Q này để tạo lực kẹp Q kẹp phôi trước khi dao tiến hành cắt thì ta có các phươngán sau :

a) Kẹp phôi bằng chính trọng lực của một khối kim loại Hình 4.8

5 Bàn dao dưới

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

- Ưu nhược điểm của cơ cấu này :

+ Ưu : Cơ cấu này hoạt động đơn giản, dễ thiết kế, dễ chế tạo

+ Nhược :

* 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

b) Kẹp chặt bằng hệ thống thuỷ lực dầu ép hoặc khí nén

Sinh viên thực hiện: Võ Tấn Phước Lớp

Hình 4-7

Hình 4-8

Sơ đồ kẹp chặt bằng thuỷ lực như hình 4.9

2 1 3

Hình 4.9 : Sơ đồ kẹp chặt bằng thủy lực

1 Lọc dầu; 2 Van an toàn ; 3 Lọc dầu ; 4 Van tiết lưu;

5 Van phân phối ; 6.Ống dẫn dầu; 8 Piston - xilanh kẹp chặt ;

Dầu được đưa từ bơm (1) Qua van đảo chiều (2) rồi theo đường ống qua bộ làmđều tốc độ vào buồng trên của xilanh đẩy piston đi xuống kẹp chặt phôi trước khicắt Khi cắt xong đảo chiều van làm cho dầu đi vào buồng dưới của xilanh đẩypiston đi lên, nhả phôi ra

-Ưu : Tạo được lực kẹp lớn nhờ dễ dàng tăng được áp suất để tăng lực kẹp, dễdàng điều khiển

-Nhược : Cơ cấu phức tạp, đắt tiền

dụng lực đàn hồi của lò xo sinh ra khi chịu kéo hoặc chịu nén để làm lực kẹp chophôi khi cắt kim loại ( Hình 4.10)

Hình 4.10 : Sơ đồ cơ cấu kẹp phôi bằng lo xo chịu nén

1 Đâù kẹp ; 2 Lò xo chịu nén ; 3 Dao trên ; 4 Phôi ; 5 Dao dưới

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 xuốnglò 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 cắtkế tiếp

-Ưu điểm : + Cơ cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ dàng thay đổi lực kẹp nhờ vàocách thay đổi độ cứng của lò xo nén

+ Cơ cấu kẹp phôi êm, ít va đập rung động

-Nhược điểm : + Nguồn động lực truyền lực cho cặp dao lúc này phải tích thêmlực truyền cho cơ cấu kẹp chặt nên yêu cầu về hệ thống thuỷ lực cao hơn ( áp suất,công suất động cơ bơm )

• Kết luận :

Từ các phương pháp kẹp chặt phôi trước khi cắt cho máy như đã phân tíchgồm : kẹp bằng hệ thống các xilanh thuỷ lực nhưng hệ thống này có nhược điểm làlàm cho kết cấu máy cồng kềnh, giá thành tương đối đắt tiền ; kết cấu kẹp bằngtrọng lượng của khối kim loại đặc, kết cấu này tuy đơn giản nhưng khi kẹp lại rungđộng va đập lên máy lớn ; kết cấu kẹp bằng hệ thống xilanh - piston và các lò xochịu nén, kết cấu này khi kẹp êm, nhẹ nhàng, ít rung động và va đập máy nhưngnhược điểm là kết cấu máy bị cồng kềnh, cần phải tăng lực tác động ở cơ cấu thuỷlực tác động lên đầu dao Vì vậy ở kết cấu của bộ phận kẹp phôi trước khi cắt tacó thể kết hợp ở tấm thép kẹp có trọng lượng G trượt lồng không trong rãnh củabàn dao trên kết hợp với hai xilanh lò xo chịu nén Kết cấu này đơn giản, dễ chếtạo, giá thành rẻ và có thể khắc phục được nhược điểm của các cơ cấu như đã phântích ở trên

Sơ đồ bố trí của kết cấu

Sinh viên thực hiện: Võ Tấn Phước Lớp

4.3 TÍNH ĐỘNG HỌC CHO CƠ CẤU CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG

Khi yêu cầu năng suất cao, sản phẩm chế tạo ra phải đạt được chất lượngtheo yêu cầu Mặt khác khi nhu cầu về đời sống của con người càng ngày càngcao thì đặt ra vấn đề giải phóng sức lao động cho chính bản thân mình bằng cáchthay thế các hoạt động thủ công của ta chình bằng hoạt động của các máy móc màchính các máy móc đó do con người lập trình và điều khiển sẵn Hơn nữa khingười công nhân trực tiếp đứng máy, có rất nhiều động tác lặp đi lặp lại mang tínhnhàm chán dễ xảy ra tai nạn cho người công nhân, Từ các yếu tố đó đặt ra vấn đề

ta phải đưa vào các cơ cấu tự động hoá cho các máy móc thiết bị, trong đó cấpphôi tự động là khâu chiếm không kém phần quan trọng

Đối với máy cắt thép tấm do yêu cầu về kích thước và hình dạng cần cắt nênviệc đưa vị trí cần cắt trên phôi đến vị trí lưỡi cắt của dao chính xác là điều quantrọng Khi yêu cầu số lượng sản phẩm cùng loại, có cùng kích thước là lớn thìcông việc đưa phôi đến từng vị trí cần cắt là có tính chu kỳ và mang tính lặp lại,nhàm chán cao, công việc bị nặng nề nên nguy hiểm Vì vậy ta cần phải thiết kế

cơ cấu cấp phôi tự động cho máy

Các phương án truyền động để cấp phôi tự động cho máy như sau :

Các phương án truyền động để cấp phôi cho máy :

4.3.1 Cấp phôi bằng hệ thống các xilanh - piston khí nén

- Sơ đồ bố trí như sau

2 piston - xilanh đẩy phôi vào.

3 Hệ thống các con lăn đỡ

4 Phôi thép tấm

5 Cảm biến áp suất

5 -Hoạt động :

6 Trình tự hoạt động của hệ thống cấp phôi tự động như sau :

Khi phôi thép tấm đã được đặt lên sàn các con lăn, piston của con lăn (1) đi lênkẹp phôi lại Ở đầu của piston này có đặt một cảm biến áp suất (5), khi piston kẹpđã đủ áp suất lên tấm thép đêí đủ tạo lực ma sát đủ lớn thì nó đóng mạch điều khiểnpiston (2) và đẩy cả hệ piston - xilanh (1) cùng tấm thép đi vào đến vị trí của lưỡicắt

+ Ưu điểm : * Cơ cấu dễ điều khiển nếu ta sử dụng nguồn điều khiển là khínén để tạo áp lực tác dụng lên piston

*Thiết bị kết cấu gọn, đơn giản

*Thiết bị điều khiển trong khí nén rẻ tiền

+ Nhược điểm : * Chiều của hành trình piston đẩy phôi phải bằng chiều dàilớn nhất khi yêu cầu cắt thép, do vậy kết cấu bị cồng kềnh

*Do có khoảng cách từ piston đẩy đến tấm thép nên khi đẩy dễ bịcong tấm thép

* Khi thiết kế khoảng cách giữa hai piston - xilanh kẹp cố định, nếuchiều rộng tấm thép khi cần cắt nhỏ hơn khoảng cách đó thì chỉ có 1 piston - xilanhkẹp chặt kẹp được thiếu lực và bị lệch khi đẩy

4.3.2 Cấp phôi nhờ ma sát giữa hai lô cán quay ngược chiều nhauvới tấm thép

7 -Sơ đồ nguyên lý :

-Ưu nhược điểm của phương pháp :

+ Ưu điểm : Hạn chế được nhược điểm của cơ cấu cấp phôi bằng xilanh piston khí nén, nó có thể cấp phôi khi chiều rộng tấm thép cần cắt thay đổi

-+ Nhược điểm : Để dẫn động cho lô cán (2) thì phải cần nguồn động lực từđộng cơ qua hộp giảm tốc, do vậy làm kết cấu của máy thêm cồng kềnh

• Kết luận :

Sinh viên thực hiện: Võ Tấn Phước Lớp

Từ hai phương án trên ta thấy ở mỗi phương anï đếu có những ưu điểm vànhược điểm riêng nhưng xét về yêu cầu cấp phôi, cắt được các loại phôi có chiềudài và chiều rộng khác nhau thì ta chọn phương án cấp phôi bằng lô cán cán vàotuy rằng phương án này vẫn có nhược điểm là cồng kềnh

-Sơ đồ dẫn động cho lô cán 2 Hình 4.13

6 Vít điều chỉnh khe hở giữa 2 lô cán

Nguyên lý hoạt động :

Động cơ (1) quay, qua khớp nối (3) truyền momen xoắn cho trục a, thôngqua cặp bánh răng truyền momen xoắn đến trục b Momen xoắn từ trục (b) truyềncho trục dẫn động lô cán (4), làm cho lô cán (4) quay Nhờ lực ma sát giữa tấmthép và các lô cán mà khi lô cán quay tấm thép được kéo và cấp phôi cho quátrình cắt Lò xo (5) có tác dụng khi đưa phôi vào giữa hai lô cán thì nhờ vít hãm(6) được nới lên nên lò xo (5) đẩy lô cán trên đi lên để cho tấm thép đi vào được Sau khi phôi tấm thép đã được đưa vào thì điều chỉnh vít hãm (6) để làm cho lôcán trên và lô cán dưới ép lên phôi một áp lực để tạo đủ lực ma sát kéo phôi

*Chọn sơ bộ vận tốc cán của phôi :

Theo yêu cầu của cán phôi tự động vào là khi phôi đưa vào đến đủ chiều dàicần thiết thì chạm vào cử hành trình, tác động lên con tắc điều khiển cắt nguồnđiện ở động cơ làm quay lô cán để phôi không được tiếp tục cấp vào nữa Nhưng

do rôto của động cơ có tốc độ quay lớn nên khi nguồn điện bị cắt thì nó vẫn cònquay với vận tốc nào đó do quán tính của nó Vì vậy để giảm bớt lực dịch phôi đivào do quán tính quay ta chọn tốc độ cán phôi vào nhỏ, khoảng (0.1 ÷ 0.3 )m/s ,chọn tốc độ cán phôi vào v= 0.2 m/s = 200 mm/s , và chọn loại động cơ có bộphận phanh điện từ gắn trên trục động cơ Khi nguồn điều khiển động cơ cấp phôi

bị cắt thì phanh điện từ làm việc ,nó giảm bớt được chuyển động quay do quán tínhcủa rô to động cơ

4.4 PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG CƠ CẤU ĐỠ PHÔI

Đối với máy cắt thép tấm thì có hai cơ cấu đỡ phôi : cơ cấu đỡ phôi lúc phôiđưa vào cắt và cơ cấu đỡ phôi cho phôi ở sau lưỡi cắt

4.4.1 Cơ cấu đỡ phôi ở bàn cấp phôi :

Phôi thép tấm sau khi được chế tạo từ các máy cán thép tấm nó có kích thướctheo các tiêu chuẩn của nhà nước và tiêu chuẩn quốc tế Thông thường thép tấmsau khi cán có chiều dài lớn, vì vậy khi đưa vào cắt trong máy cắt thép tấm thì cầnphải có sàn đỡ phôi

Trong cắt thép tấm việc cấp phôi có thể bằng tay hoặc cấp phôi tự động Đây

ta cấp phôi cho máy là cấp phôi tự động, phôi được cấp vào nhờ vào các lô cán

nhận nguồn động lực từ động cơ riêng, vì vậy để phôi được cấp vào mà các lô cánlàm việc nhẹ nhàng thì ta phải giảm bớt lực ma sát của tấm thép trên sàn cấp phôibằng cách sử dụng các con lăn đỡ phôi để thay vật chuyển động cấp phôi từ ma sáttrượt sang ma sát lăn, lúc này lực ma sát giảm đi nhiều lần Mặt khác để phôi khicấp vào không bị chạm vào lưỡi dao dưới trên bàn trượt dao dưới sẽ làm cùn lưỡidao, vì thế lúc cấp phôi vào bàn đỡ dao phải để phôi nằm cao hơn lưỡi dao dưới5mm

Sơ đồ bàn đỡ phôi :

4.4.2 Cơ cấu đỡ phôi sau lưỡi cắt và cho phôi chảy ra ngoài

Cơ cấu đỡ phôi sau lưỡi cắt có nhiệm vụ giữ cho phôi được thẳng đến chạmvào cử hành trình cắt sau lưỡi cắt, ngoài ra cơ cấu này còn có nhiệm vụ không đểtấm thép bị cong do công xôn ở phía sau lưỡi cắt Ngoài ra yêu cầu đặt ra đối với

cơ cấu đỡ phôi là sau khi phôi thép tấm đã được cắt đứt dưới áp lực lưỡi cắt thìphôi sẽ trượt trên sàn đỡ đi ra khỏi vùng cắt của máy Thực tế khi cắt, sau lưỡi cắtcó cử chặn xác định chiều dài tấm thép khi cắt, vì vậy để phôi được đưa ra ngoàithì không bị chặn bởi cử chặn hành trình này thì ta có thể có hai cách :

-Cách 1 : Phải có cơ cấu đưa cử hành trình đi lên khỏi tấm cắt sau đó có cơcấu đẩy phôi đã được cắt đi ra ngoài

-Cách 2 : Sàn đỡ con lăn thiết kế sao cho sau khi cắt xong đầu sàn con lănphía có cử chặn phải đi xuống một đoạn nào đó vừa đaøm bảo tấm thép không bịcản là cữ chặn, mặt khác phải đảm bảo phôi tự chảy ra ngoài ra khỏi vùng làm việccủa máy

Qua hai phương án ta thấy ở phương án thứ hai đơn giản về mặt kết cấu hơnphương án thứ nhất, nhưng phương án này có thể tận dụng được trọng lượng củatấm thép để nó làm cho sàn con lăn đi xuống và tấm thép tự đi ra ngoài, nó khôngcần phải có các cơ cấu khác Sơ đồ cấp phối gần giống với bàn cấp phôi vào Sinh viên thực hiện: Võ Tấn Phước Lớp

PHẦN 5 TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC VÀ KẾT CẤU

5.1> ĐỘNG LỰC HỌC VÀ KẾT CẤU CHO CƠ CẤU KẸP PHÔI :

Trong đó : Z2 : là đại lượng đặt trưng cho chiều sâu rãnh cắt

ε2: là tỷ số biểu thị độ sâu tương đối của vật cắt, nó phụ thuộc vào độdẻo tương đối của vật liệu Nó đặt trưng cho quá trình nhanh chậm của sự cắt củakim loại

δ : Hệ số dãn dài tương đối khi thí nghiệm kéo đứt kim loại

P = τtb.F (5.2)Trong đó : τtb: ứng suất tiếp trung bình theo diện tích hình thang ABDE

F : Diện tích hình thang ABDE

2/3

2 2

2

S

tg εϕ

ε

− (5.4)Thay các trị số của công thức (5.3) và (5.4) vào (5.2) ta có :

Hình 5-1

Pmax = K1.K2 K3 2

2

2

2

2/3

S tg

ϕ

ε

σ − (5.5)Trong đó :

K2 : Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ mòn dao Khi cắt nguội K2 = 1,2÷1,3chọn K2 = 1,2

K3 :Hệ số tính đến độ tăng khe hở cạnh dao, cắt nguội K3= 1,2÷1,3, chọn

35,02/3

tg

−

= 767.588 (N) Vậy lực cắt lớn nhất là 767588 (N)

5.1.2> Tính lực kẹp phôi :

Để khi cắt thép mép cắt được thẳng, vuông góc với phương tấm cắt ta sửdụng công thức tính lực kẹp Q như sau :

Q = (0,03÷0,04) x P Trong đó P : lực cắt của tấm thép, P = 767.588 (N)

Suy ra : Q = 0,035 x 767.588 = 26.866 (N)

Vậy lực kẹp phôi cần thiết khi cắt là Q = 26.866 (N)

5.1.3 Tính kết cấu của lò xo trong cơ cấu kẹp chặt :

Theo ở phần phân tích động học của cơ cấu kẹp chặt ta có : Kết cấu kẹp gồmmột tấm kim loại có khối lượng m với chiều dài l ≥ B và hệ thống các lò xo đượclồng trong các lõi thép, cơ cấu này gắn lên bộ phận mang dầu dao khi cắt

Khi tạo lực cắt đi xuống thì cơ cấu kẹp phôi do đặt thấp hơn đầu mũi daonên đi xuống trước và bắt đầu tiến hành kẹp phôi, do tiếp tục đi xuống và cho đếnkhi đủ lực kẹp thì mũi dao mới bắt đầu cắt thép

Sơ đồ cắt và kích thước sơ bộ như sau :

Sinh viên thực hiện: Võ Tấn Phước Lớp