đồ án tốt nghiệp thiết kế dây chuyền cắt uốn thép định hình chữ u

Thép tấm được tạo thành từ quá trình cán kim loại, kim loại bị biến dạng giữa 2 trục cán quay ngược chiều nhau, có khe hở giữa 2 trục cán nhỏ hơn chiều dày của phôi ban đầu.. phải qua qu

Trang 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NHU CẦU SỬ DỤNG THÉP ĐỊNH HÌNH

1.1 Nhu cầu sử dụng thép tấm trong công nghiệp

Ngày nay khi nhu cầu về đời sống của con người càng được nâng cao thì nền kinh tế cần phải kịp thời đáp ứng đầy đủ những nhu cầu đó Trong đó ngành công nghiệp, mà đặc biệt là công nghiệp cơ khí nắm vai trò chủ yếu trong việc tạo ra sản phẩm Ở một khía cạnh khác, thì ngành công nghiệp tạo phôi lại đóng một vai trò chủ chốt, là khâu cơ bản đầu tiên trong quy trình sản xuất cơ khí Hơn nữa, một số phương pháp tạo phôi như cán, kéo, cắt kim loại là không thể thiếu góp phần tạo ra các sản phẩm, vật dụng cho các ngành công nghiệp khác như: Công nghiệp hàng không, công nghiệp điện, công nghiệp ôtô, đóng tàu thuyền, xây dựng, nông nghiệp

Thép tấm hầu như được sử dung rất nhiều trong các nghành công nghiệp kể trên Thép tấm được tạo thành từ quá trình cán kim loại, kim loại bị biến dạng giữa

2 trục cán quay ngược chiều nhau, có khe hở giữa 2 trục cán nhỏ hơn chiều dày của phôi ban đầu Kết quả làm chiều dày phôi giảm, chiều dài và chiều rộng tăng lên, tạo thành dạng tấm hay ta còn gọi là thép tấm

Cán thép tấm có thể tiến hành ở trạng thái nóng hoặc trạng thái nguội, ở mỗi loại nó có các ưu điểm và nhược điểm khác nhau Cán ở trạng thái nóng cho ta những sản phẩm có độ dày từ 1,5mm đến 60mm, còn ở trạng thái nguội cho ra sản phẩm mỏng và cực mỏng độ dày từ 0,007mm đến 1,25mm Các sản phẩm thép tấm được phân loại theo độ dày của tấm thép:

thuyền phải qua quá quá trình cắt thép tấm ra các kích thướt và hình dạng khác nhau phù hợp với yêu cầu của từng nghành, từng công việc cụ thể:

- Trong nghành điện: Thép tấm được dùng để tạo ra các sản phẩm như là thép

trong stato của máy bơm nước hay quạt điện, thép tấm được dùng làm các cánh quạt

cỡ lớn, các thép tấm mỏng dùng làm các lá thép để ghép lại trong các chấn lưu đèn ống, máy biến thế, trong lĩnh vực điện chiếu sáng nó được dùng làm các cột điện đường

Hình 1.1 Hình dạng các lá thép hình

- Trong xây dựng: các thép hình cỡ lớn trong các dầm cầu được tạo thành từ các

tấm thép tấm dày cắt nhỏ, hay thép tấm được dùng để liên kết với nhau có thể bằng mối hàn, bulông hoặc đinh tán để tạo nên các kết cấu thép bền vững Rỏ rang nhất

thép tấm được sử dụng làm tấm lợp…

Hình 1.2: Thép chữ T,chư ̃ I

Các thép định hình cỡ nhỏ và cỡ vừa trong xây dưng dân dụng và công nghiệp ( nhà ở, các nhà máy, khu công nghiệp, khu thương mai,cá siêu thị…) được chế tạo từ các thép tấm mỏng uốn lại như: tôn,các loại thép hình chữ U, chữ C, các loại ống tròn, hình vuông chữ nhật…

- Trong nghành cơ khí : Thép tấm được sử dụng trong các thân máy của các

máy cắt kim loại, vỏ hộp giảm tốc bằng kết cấu hàn, khung, sườn xe, máy,

Trang 3

- Trong nghành cơ khí ôtô : Việc sử dụng thép tấm không thể thiếu được Nó

được sử dung làm khung, sườn, gầm ôtô, lót sàn ôtô, che kín thùng xe, và các bộ

phận che chắn khác

- Trong chế biến thực phẩm: Thép tấm được sử dung rộng rãi không kém, nó

được dùng để chế tạo các thùng chứa, bể chứa, hộp đóng gói,

- Trong các nghành nghề khác: Thép tấm dùng để chế tạo ra các thùng đồ

dùng dân dụng phục vụ đời sống hay trong nghành hàng không thép tấm được dùng

để che chắn, làm cửa máy bay, nắp đậy thân máy bay, tên lửa, thùng máy vi tính,

Với nhu cầu sử dụng thép tấm rộng lớn như vậy, nhất là trong các ngành xây

dựng nhu cầu các sản phẩm định từ thép tấm đang cao như các loai tâm lợp các, các

loại thép tròn, các loai xà gồ thép,thép chữ U,…, cần phải có những máy cán tôn,

máy cán các loại ống tròn, máy uốn xà gồ thép,máy uống thép chữ U, để đáp ứng

nhu cầu ngày càng cao của ngành xây dựng nói riêng củng như nền kinh tế nói

chung, góp phần cải thiện nhu cầu nhà ở, củng như sự nghiệp công nghiệp hóa hiện

đại hóa đất nước

1.2 Nhu cầu sử dụng thép chữ U trong công nghiệp

Thép chữ U được dùng nhiều trong xây d ựng các công trình nhà xưởng tiền chế, thùng

xe, dầm cầu trục, bàn cân và các công trình có kết cấu chịu lực khác

Hình 1.3 Hình dạng và kích thước thép chữ U dùng trong công nghiệp

Bảng 1.1 kích thước và tính chất cơ lý của sản phẩm thép chữ U điển hình

Khối lƣợng đơn vị (kg/m)

∑X (cm3)

SX (cm3)

ly (cm3)

Wy (cm3)

∑Yx (cm3) Zo(cm3+)

c Máy uốn thép kiểu giường :

Hình 1.6: Máy uốn thép kiểu giường

e Máy uốn kiểu trục lăn

Hình 1.7 : Máy uốn kiểu trục lăn

Trang 7

1.3.2 Máy cắt thép :

a máy cắt thép thủ công :

Hình 1.8: Máy cắt thép thủ công bằng tay

b máy cắt thép tự động :

Hình 1.9: Máy cắt thép tự động cỡ lớn

Trang 9

CHƯƠNG II

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÔNG NGHÊ ̣ CẮT,UỐN

ĐI ̣NH HÌNH THÉP TẤM 2.1 Giới thiệu về sản phẩm thép uốn chữ U

Hình 2.1 kích thước cơ bản của sản phẩm thép chữ U

Sản phẩm thép chữ U được dùng rộng rãi trong cơ khí Thép chữ U có hình dạng gần giống với sản phẩm xà gồ Trong dây chuyền này chúng ta nghiên cứu và chế ta ̣o sản phẩm điển hình là thép chữ U loại ngắn dùng để làm khung,kết cấu cho

các công trình đơn giản,đô ̣ chi ̣u lực nhe ̣ và nhỏ lẻ

Bảng 2-1: Kích thước một số sản phẩm thép chữ U

2.2 Giới thiệu về dây chuyền cắt và uốn thép chữ U

Dây chuyền cán thép chữ U là thiết bị gia công áp lực dùng kết hợp máy cắt thép tấm và máy uốn thép để cho ra sản phẩm Phôi thép tám được cắt theo kích thước yêu cầu khi qua bộ phận cắt thép trước khi đến dây chuyền uốn Dây chuyền này bao gồm 2 bộ phận chính là : + Bộ phận cắt thép

+ Bộ phận uốn thép hai bộ phận này hoạt động động lập với nhau và sử dụng hai bộ điều khiển khác nhau Nghĩa là mỗi bộ phận là một sản phẩm máy hoàn chỉnh,nó có thể hoạt động

độc lập mà không phụ thuộc nhau Sau khi lắp ráp hai bộ phận này phù hợp thì chúng tạo ra một dây chuyền cắt uốn thép lien tục, chính vì chúng hoạt động độc lập nên hai bộ phận này được tính toán chi tiết và cẩn thận sao cho vận tốc cắt sản phẩm và vận tốc uốn phù hợp và nhịp nhàng

Bộ phận uốn dùng biến dạng dẻo để biến dải kim loại phẳng thành sản phẩm hình, tiết diện ngang của các sản phẩm có hình dáng và kích thước khác nhau,

nhưng có đặc điểm chung là độ dày trên mặt cắt ngang sản phẩm ở mọi điểm không khác nhau mấy

Trên một dây chuyền cán có nhiều cặp trục cán nằm liên tiếp nhau Sản phẩm được hình thành từ tấm hoặc dải lần lượt đi qua nhiều cặp trục, mà ở mỗi cặp trục vật cán được tạo hình dần dần tiến đến hình dáng, tiết diện của sản phẩm cuối cùng Quá trình cán được thực hiện liên tục, nhờ lực ma sát giữa các con lăn quay và tấm kim loại mà phôi cán chuyển động tịnh tiến Giữa các cặp trục cán không xảy ra hiện tượng chùn hoặc đứt kim loại

Cán thép chữ U là quá trình làm biến dạng kim loại ( uốn hình ) một cách liên tục giữa các cặp trục cán Sản phẩm được hình thành từ những tấm phẳng được trải

ra từ cuộn tôn Ở mỗi cặp trục cán được tạo sẵn biên dạng nên được tạo hình dần tiến đến hình dáng và tiết diện yêu cầu

2.3 Cơ sở cắt kim loại và phương án cắt kim loại

Cắt kim loại là phương pháp gia công bằng áp lực bằng cách dùng ngoại lực tác dụng lên kim loại ở trạng thái nóng hoặc nguội, làm cho kim loại đạt quá giới hạn đàn hồi, kết quả làm thay đổi hình dạng của vật thể kim loại mà không phá huỷ tính liên tục và độ bền của chúng Cắt kim loại là chia phôi ra thành tấm, dải, mảnh theo biên dạng đã được định sẵn Quá trình cắt xảy ra từ biến dạng đàn hồi khi có lực tác dụng, sau đó biến dạng dẻo cùng với sự tăng lực tác dụng và các vết nứt xuất hiện và gặp nhau theo hướng cắt và tách rời tấm phôi

2.3.1 Cơ sở lý thuyết về cắt kim loại

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

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

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

Hình 2.2 Biểu đồ quan hệ giữa lực kéo P và độ biến dạng dài tuyệt đối l

Trang 11

Khi tải trọng tác dụng nhỏ hơn Pđh thì độ biến dạng tăng theo đường bậc nhất, đây là giai đoạn biến dạng đàn hồi: Biến dạng sẽ bị mất đi nếu ta bỏ tải trọng tác dụng

Khi tải trọng tăng từ Pđh → Pđ thì độ biến dạng tăng với tốc độ nhanh, đây là giai đoạn biến dạng dẻo, kim loại sẽ bị biến đổi hình dạng và kích thướt sau khi bỏ tải trọng tác dụng lên nó

Khi tải trọng đạt đến giá trị lớn nhất Pđ thì trong kim loại bắt đầu xuất hiện vết 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

2.3.1.1 Biến dạng đàn hồi

Dưới tác dụng của ngoại lực hay cắt kim loại bằng áp lực, mạng tinh thể bị biến dạng Khi lực tác dụng nhỏ, ứng suất sinh ra trong kim loại chưa vượt quá giới hạn 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 là phản lực tính trên một đơn vị diện tích Ứng suất vuông góc với mặt chịu lực gọi là ứng suất pháp , gây biến dạng  Ứng suất tiếp  sinh ra xê dịch góc  Ứng suất pháp 3 chiều (ứng suất khối) làm biến dạng thể tích

v

v



Biến dạng đàn hồi có thể do ứng suất pháp hoặc do ứng suất tiếp sinh ra như sơ

G : modun đàn hồi trượt

Và P = - k.

v

v

 (đối với ép 3 chiều ) ( 2.3 ) Với k = 3(12)

2.3.1.2 Biến dạng dẻo

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

Hình 2.4 Sơ đồ biến dạng trong đơn tinh thể

Theo hình thức trượt, một phần đơn tinh thể dịch chuyển song song với phần còn 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 vị trí mới đối xứng với phần còn lại qua một mặt phẳng gọi là mặt song tinh Các nguyên

tử kim loại trên mỗi mặt di chuyển một khoảng tỷ lệ với khoảng cách đến mặt song tinh

Các lý thuyết và thực nghiệm cho thấy trượt là hình thức chủ yếu gây ra biến dạng dẻo trong kim loại khi lực tác dụng lên nó sinh ra ứng suất lớn hơn giới hạn đàn hồi nhưng chưa vượt ứng suất phá huỷ hay ứng suất giới hạn bền của vật liệu Các mặt trượt là các mặt phẳng có mật độ nguyên tử cao nhất Biến dạng dẽo do song tinh gây ra rất bé nhưng khi có song tinh, trượt xẩy ra thuận lợi hơn

Trang 13

Biến dạng dẽo của đa tinh thể: Kim loại và hợp kim là tập hợp của nhiều đơn tinh thể, cấu trúc của chúng được gọi là cấu trúc đa tinh thể Ở đây biến dạng dẽo có hai dạng: biến dạng trong nội bộ hạt và biến dạng ở vùng biên giới hạt Sự biến dạng trong nội bộ hạt do trượt và song tinh Đầu tiên sự trượt xẩy ra ở các hạt có mặt trượt tạo với hướng của ứng suất chính một góc bằng hoặc xấp xỉ 450, sau dó mới đến các mặt khác Như vậy biến dạng dẽo trong kim loại đa tinh thể xẩy ra không đồng thời và không đều Dưới tác dụng của ngoại lực, biên giới hạt của các tinh thể cũng bị biến dạng, khi đó các hạt trượt và quay tương đối nhau Do sự trượt

và quay của các hạt, trong các hạt lại xuất hiện các mặt trượt thuận lợi mới, giúp cho biến dạng trong kim loại tiếp tục phát triển

Đây là giai đoạn thứ hai của quá trình cắt kim loại, giai đoạn này xảy ra trước quá trình 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 nên làm cho bên trong kim loại sinh ra ứng suất dư, ngay cả sau khi thôi tác dụng ứng suất dư vẫn còn tồn tại

 Phá huỷ trong điều kiện tải trọng tĩnh

+ Phá huỷ dẻo: Là phá huỷ có kèm theo sự biến dạng dẻo với mứt độ tương đối Phá huỷ dẻo xảy ra với tốc độ nhỏ và cần nhiều năng lượng nên ít nguy hiểm Điều kiện cần thiết cho phá huỷ dẻo xảy ra là biến dạng dẻo và trạng thái ứng 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 tức thời nên khá nguy hiểm Bề ngoài mặt khi phá huỷ thường vuông góc với ứng suất pháp lớn nhất nhưng bề mặt vi mô thì có thể là theo các mặt phẳng tinh thể xác định (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 sự tập trung ứng suất

Ứng suất cần thiết để phát triển vết nứt:

E : mođun đàn hồi của vật liệu

 s : 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)

Cơ chế 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 động của 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 biên giới hạt, có tập trung ứng suất tạo nên vết nứt Thực chất quá trình biến dạng dẻo của kim loại nó ảnh hưởng lớn đến lực cắt do vậy ta nguyên cứu các nhân tố ảnh hưởng đến nó

2.3.2 Các phương án cắt kim loại

2.3.2.1 Phương pháp 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 sản phẩm 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 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 chiều dày

và diện tích bé, chủ yếu dùng trong các xưởng sản xuất vừa và nhỏ

2.3.2.2 Cắt bằng hồ quang điện hoặc ngọn lửa khí

Cắt đứt bằng hồ quang điện: 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, đường cắt không đều

Cắt bằng khí là phương pháp cắt sử dụng nhiệt của ngọn lửa 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

Hình 2.5 Sơ đồ cắt kim loại bằng khí:

4 Dòng Oxy cắt

h

Trang 15

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 hoá mãnh liệt tạo thành oxit Sản phẩm cháy bị nung chảy và được dòng oxy thổi khỏi mép cắt, tiếp theo do phản ứng cháy của kim loại toả nhiệt mạnh, lớp kim loại tiếp theo 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 độ nóng chảy

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

+ Nhiệt toả ra khi kim loại cháy phải đủ lớn để nung mép cắt tốt đảm bảo quá 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 đến mép cắt bị nung nóng kém, làm gián đoạn quá trình cắt

Thép các bon có nhiệt cháy 1350°C, nhiệt độ nóng chảy trên 1500°C, nhiệt cháy 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 nóng trước tới 300°- 600°C Thép hợp kim crôm hoặc hợp kim niken do khi cháy tạo thành oxit crôm nhiệt độ chảy tới 2000°C phải dùng thuốc cắt mới cắt được , mặt khác để đảm bảo chất lượng phôi, nâng cao năng suất và hạ giá thành cắt cần phải chọn các chế 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, khó chuyển sang tự động hoá

2.3.2.3 Cắt bừng chum tia laser

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

Nguyên lý chung về cắt bằng laser là một phương pháp tạo rãnh cắt hoặc lỗ nhờ vào nguồn nhiệt bức xạ rất lớn của laser làm vật liệu vùng cắt cháy lỏng và bốc hơi

đi ra ngoài

Nguồn bức xạ laser (1) tạo ra chùm tia laser (2) đi thẳng hoặc đổi hướng nhờ gương phẳng (3) và được hội tụ nhờ thấu kính hội tụ có tiêu cự f trong (4) Nguồn năng lượng laser tập trung trên một diện tích rất nhỏ với mật độ dòng nhiệt tạo vùng tiếp xúc bề mặt rất cao làm vật liệu (5) nóng chảy và bốc hơi tạo thành rãnh cắt hoặc lỗ khoan

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

và có thể cắt theo các hướng khác nhau nhờ quá trình cắt không tiếp xúc

Hình 2.6 Sơ đồ cắt kim loại bằng chùm tia laser

Cắt thép bằng chùm tia laser cho năng suất cao, có thể cơ khí koá và tự động hoá 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 CNC có giá thành cao

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý cắt bằng plasma

a/ Sơ đồ nguyên lý máy cắt bằng plasma ;

b/ Sơ đồ cấu tạo đầu cắt plasma (9)

Trang 17

1-Van nước làm mát, 2 - Bình chứa khí để vận chuyển bột kim loại,

3,6 - van giảm áp, 4 - Thiết bị chuyển tải bột kim loại đắp,

5- Bình chứa khí ổn định , 7- Van, 8- Thiết bị kích thích hồ quang,

9- Đầu cắt hoặc đầu phun, 10, 11, 12 các công tắc, 13 nguồn điện

Hình 2.8 Sơ đồ cắt bằng plasma trong thực tế

+ Giai đoạn 2: Lực cắt tăng lín bắt đầu có sự dịch chuyển tương đối giữa phần năy với phần kia của tấm (hình 3.5b) Ở giai đoạn năy tạo ra bề mặt nhẵn sâng bóng

vă được san phẳng bởi lực ma sât F hướng dọc theo bề mặt bín của lưỡi dao những đường trượt năy tạo ra đường dẻo hẹp hình bình hănh, do đó biến dạng dẻo kỉm theo uốn vă kĩo câc thớ kim loại cho đến khi bắt đầu xuất hiện câc vết nứt Theo kinh nghiệm giai đoạn năy dao cắt ăn sđu h2 = 20 đến 80% chiều dăy h của phôi tùy thuộc văo cơ tính của vật liệu vă chiều dăy của tấm, vật liệu căng dẽo thì h căng lớn + Giai đoạn 3: Dao tiếp tục đi xuống, mưc độ biến dạng tăng lín vă khi đó tính dẽo của kim loại bị mất bắt đầu giai đoạn 3 Câc vết nứt xuất hiện, phât triển va phâ hủy kim loại cho đến khi kết thuc quâ trình tâch vật liệu (hình 3.4c) Sự phâ hủy kim loại xẩy ra trước mĩp lăm việc của lưỡi dao trong tấm, vì thế câc vết nứt được gọi lă câc vết nứt phâ vở trước

Tùy thuộc văo khe hở giửa câc lưỡi cắt Z vă độ lún sđu của lưỡi dao văo chiều dăy tấm h tại thời điểm bắt đầu phâ hủy, câc vết nứt vở xuất phât từ câc mĩp lăm việc của lưỡi dao trín vă dưới có thể song song với nhau (hình 3.6a) hoặc gặp nhau (hình 3.6b) Khi câc vết nứt ở mĩp lăm việc của câc lưỡi cắt gặp nhau thì trị số khe

hở Z lă tối ưu vì khi đó chất lương mặt cắt lă tốt nhất, mặt cắt phẳng vă nhẵn

Hình 2.10 Sơ đồ phđn bố câc vết nứt tại mĩp cắt

Trị số khe hở tối ưu được xâc định nếu biết được giâ trị của h vă  :

Phương phâp cắt thĩp tấm bằng âp lực lưỡi cắt có ưu điểm : có năng suất cao,

có thể tạo lực cắt bằng câc phương phâp khâc nhau, giâ thănh rẻ, dễ tiến hănh cơ khí hoâ vă tự động hoâ, phương phâp năy phù hợp với ngănh cơ khí nước ta hiện nay



Z < Z t ối ưu Z = Z t ối ưu



h

Trang 19

Để hiểu thêm về phương pháp này ta sẽ phân tích các loại kết cấu máy và dao

để chọn phương án sử dụng cho máy cắt thép tấm dưới áp lực lưỡi cắt

2.3.2.6 Máy cắt dao thẳng song song

a,Công dụng và các thông số cơ bản:

+ Công dụng: Máy cắt dao thẳng song song dùng để cắt các loại phôi và sản

phẩm có tiết diện vuông, chữ nhật, tròn máy thường đặt sau máy cán phôi, cán phá, cán hình cỡ lớn có tiết diện sản phẩm là đơn giản Máy có nhiệm vụ cắt bỏ phần đầu, phần đuôi vật cán và dùng để cắt phân đoạn vật cán theo kích thước qui định Khi làm việc mặt phẳng chuyển động của dao không đổi

Hình 2.11 Nguyên lý cắt dao thẳng song song

1 Bàn kẹp 5 Con lăn dẫn động

2 Bàn trượt trên 6 Phôi thép

3 Cữ cắt 7 Lưỡi dao trên

4 Bàn trượt dưới 8 Lưỡi dao dưới

+ Các thông số cơ bản của máy theo trên hình

H: Chiều cao vận hành dao

L: Chiều dài sản phẩm

S: Chiều cao lưỡi cắt

: Chiều dày lưỡi cắt S   2 5  3

h: Chiều dày vật cắt

b: Chiều rộng vật cắt

: 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

2 7

8 4

6

1

L

3

5



Góc cắt 90°, bốn góc đều cắt được

Vật liệu làm bàn trượt: Thép CT6

Vật liệu làm dao : Thép 6XHM,5X2BC, 55XHB, 55XH2

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

và loại có dao dưới di động

kim loại, lúc này lực cắt của dao từ từ

tăng lên (Pcặp tăng từ P0→Pmax) Để đặc

trưng cho độ nhanh chậm của quá trình

này người ta đưa ra thông số tỷ số chiều

sâu cắt tương đối 1:

1 =

h

Z1

(2.7) Trong đó :

Z1: chiều sâu kim loại được cắt

h : chiều dày vật cắt

* Thời kỳ cắt:

Đây là thời kỳ mà lực cắt giảm

dần xuống theo tiết diện của vật cắt

P giảm dần từ Pmax → Pmin

Hình 2.12 Sơ đồ thời kỳ cặp lưới dao

ăn vào kim loại

Trang 21

Đây là thời kỳ kim loại tự đứt Để đặc trưng cho độ nhanh chậm của thời kỳ đứt, người ta đưa ra khái niệm độ sâu đứt tương đối 2 và được đặc trưng bởi tỷ số sau:

2 =

h

Z2

( 2.8) Trong đó:

Z2: là chiều sâu kim loại ở cuối hành trình cắt để sang thời kỳ tự 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 kỳ cặp và đầu thời kỳ cắt và Pmax được tính theo công thức sau:

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 - z1 = h (1- 1) ( 2.10) Thay các giá trị trên vào ( 3.3 ), ta có:

Pmax =k1.k2.k3 b.b.h11 ( 2.11) 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 đến 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 1, 2tra trong bảng quan hệ giữa vật liệu cắt với 1, 2 (Bảng 8.1 [8]) Khi dao ăn vào kim loại thì phôi có chiều hướng dịch xuống hướng, khi ấy từ các cạnh của dao sinh ra một lực trượt T, lực trượt T do dao dịch xuống dưới sinh ra một momen có trị số Mt = P.a (Hình 3.8 )

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 Q để giữ vật cắt Khi ấy T = ( 0,1  0,15) P Và Q = ( 0,03  0,05)P

2.3.2.7 Máy cắt bằng lƣỡi dao đĩa

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

Máy cắt đĩa áp dụng cắt mép, dãi hẹp cắt dọc theo chiều dài tấm thẳng 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 cắt được thẳng và không bị ba via người ta làm dao có lưỡi hình tròn theo chiều của bán kính

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

a,Sơ đồ nguyên lý

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

Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý máy cắt đĩa a) Loại một cặp đĩa cắt; b) Loại nhiều cặp đĩa cắt

b, Đặc điểm kỹ thuật:

+ Máy có độ trùng dao=(13)mm, khi chiều dày h tăng thì giảm Khi cắt thép tấm có chiều dày h>10mm thì khe hở biên y = (0,050,08).h, khi h < 0,2mm thì 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



D a

Trang 23

- 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 kim: 5XBC, 9XC, 6XHM, 55XHHB

Dao có độ cứng HRC =6064, góc cắt của dao là 0

R: bán kính của đĩa dao

0 0

 : Góc ăn giữa kim loại và đĩa, thường: 0=(8o12o)

D có thể lấy theo kinh nghiệm D=(50100)h

2.3.2.8 Máy cắt kiểu chấn động

Dùng cắt tấm có dạng đường thẳng hoặc đường cong bất kỳ theo dấu Loại này

có hai lưỡi dao tạo thành một góc  = (21  300

) số lần lưỡi cắt lên xuống:

8501300 lần /phút

2.3.2.9 Máy cắt thép tấm dao nghiêng

Để giảm lực trong quá trình cắt của máy cắt dao song song, người ta dùng máy cắt thép tấm lưởi dao được đặt nghiêng một góc  Khác với máy cắt dao song song, máy này có lưởi cắt chỉ một phần xác định có trị số phụ thuộc vào góc nghiêng không đổi Do đó trên một chiều dài hành trình lưởi dao trên khi dao ăn sâu vào kim loại, lực cắt không thay đổi và không phụ thuộc vào chiều rộng tấm thép Lực này

nhỏ hơn rất nhiều so với lực cắt yêu cầu khi cắt cùng tấm vật liệu đó trên máy cắt dao song song

Hình 2.15 Nguyên lý cắt thép tấm dao nghiêng

1 Dao dưới 3.Dao trên

2 Phôi 4 Rảnh trượt

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

6o ,lực cắt không lớn lắm, cắt được các tấm dày, cắt được các đường cong, đường cắt không thẳng và nhẵn

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

Các thông số của lưỡi dao trên:

k k

3 2 1

2

2/3

Trang 25

k1: Hệ số phụ thuộc độ cứng vật liệu: k1= 0,70,75= m ax/b

k2 : Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ mòn dao: k2 = 1,21,3

k3: Hệ số xét đến 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

h và b là chiều day và giới hạn bền của vật cắt

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

- 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 theo những đường cắt cong, do đó không yêu cầu kết cấu máy phải cồng kềnh, máy ít rung động đến xung quanh, do vậy ta dùng phương án lưỡi dao cắt nghiêng để thiết

2.4.1.2 Đặc điểm quá trình uốn :

Uốn: là môt trong những nguyên công thường gặp nhật trong dập nguội Quá trình uốn bao gồm biến dang đàn hồi và biến dạng dẻo Uốn làm thay đổi hướng thớ kim loại, làm cong phôi và thu nhỏ dần kích thước trong quá trình uốn Kim loại phía trong góc uốn bị ép nén và co ngắn ở hướng doc, bị kéo ở hướng ngang

Khi uốn tấm dải rộng củng xảy ra hiện tượng biến mảnh vật liệu nhưng sẻ không không có sai lệch tiết diện ngang Vì trở kháng của kim loại có chiều rộng lớn sẻ chống lại sự biến dạng theo hướng ngang Trong trường hợp uốn phôi rông thì biến dạng của nó được xem như biến dạng trước

Khi uốn phôi với bán kính góc lượn nhỏ thì mức độ biến dạng lớn và ngược lại

2.4.2 Phương án uốn thép chữ U

2.4.2.1 Uốn Thép chữ U bằng máy nhấn :

thép chữ U được chế tạo từ phôi tấm dài đem dập uốn từng cạnh một trên máy nhấn thủy lực

1-Bàn nhấn 2- Chi tiết cần nhấn 3-Dao nhấn

4-Xilanh thủy lực 5- Van điều khiển 6-Tấm chặn

Nhược điểm :

+Chiều dài thanh thép chữ U bi hạn chế bởi chiều dài dao nhấn

+Phải rà gá và vách dấu để nhấn đúng kích thước nên năng suất thấp, thiếu chính xác

+Chọn bàn nhấn có góc  sao cho  = 0

90 Với góc là góc đàn hồi sau khi nhấn

Hình 2.17 :Sơ đồ nguyên lý máy nhấn



3

2 1 5

4

6

P R

Phôi liệu cung cấp cho hệ thống có chiều dày và chiều rộng nhất định được uốn vào tang ,đi vào cụm lô uốn (1) và tạo ra hình dáng cần thiết

Ưu điểm :

+ Độ chính xác cao và năng suất cao

+ Chiều dài thanh thép được điều chỉnh trước và chính xác, có thể tạo thép chữ U có chiều dài lớn

+ Có thể dể dàng thay đổi kích thước thép chữ U bằng cách thay đổi cụm tiêu chuẩn trên trục uôn

+ Không đòi hỏi trình độ tay nghề công nhân đưng máy cao

2.4.2.3 So sánh phân tích và lựa chọn phương án thiết kế

Việc lựa chọn hình dạng, số trục cán phụ thuộc vào kích thước biên dạng của sản phẩm uốn Để có biên dạng của thép chư U thì trục uôn có các lô uốn được thiết

kế các lô hình dạng phù hợp với từng bước để tạo nên thép chữ U

VÀ TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC DÂY CHUYỀN

3.1 Giới thiệu chung

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

và thời gian

Tính công nghệ của chi tiết máy và bộ phận máy là một trong những yếu tố quan trọng nhất nhằm đảm bảo máy móc và thiết bị có các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật tối ưu

Như vậy để chọn được một phương án máy hợp lý cần thoả mãn những yêu 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 công nghệ chế tạo và lắp ráp

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

+ Có thể sử dụng các phương pháp công nghệ phù hợp để đơn giản hoá quá trình chế tạo từ khâu chuẩn bị phôi đến gia công chế tạo - kiểm tra, lắp ráp và nghiệm 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

3.1.1 Sơ đồ nguyên lý toàn máy

Chú thích:

1 Phôi thép tấ 6 Dao trên

2 Lô kéo phôi 7 Sản phẩm

3 Con lăn đỡ 8 Con lăn đỡ SP

4 Động cơ 9 Động cơ dầu

5 Dao dưới 10 Lô cán tạo hình

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của toàn máy

Trang 29

3.1.2 Nguyên lý hoạt động toàn máy

Phôi thép tấm (1) được bộ phận cấp phôi (gồm lô cán (2) chuyển động quay với tốc độ n1 và các con lăn đở (2)) đưa vào với tốc độ VP, cho đến khi đầu kia chạm vào cử chặn hoặc đã được lập trình sẵn với độ dài L của sản phẩm đã được định trước Lúc này theo chương trình đã định sẵn, bộ phận cấp phôi (2) ngừng chuyển động, bộ phận kẹp phôi hoạt động kẹp chặt phôi (1) với lực kẹp F Sau khi phôi đã được kẹp chặt thì đầu dao trên (6) chuyển động đi xuống với vận tốc Vd phối hợp với đầu dao dưới (5) đứng yên thực hiện quá trình cắt Sau khi thực hiện xong quá trình cắt, đầu dao trên (5) đi lên, tiếp đó là bộ phận kẹp phôi nhả phôi và lúc này bộ phận cấp phôi (2) lại tiếp tục hoạt động đẩy phôi vào, thực hiện lại chu trình Sản phẩm sau khi cắt được bộ phận đỡ sản phẩm (7) ( là một hệ thống con lăn đưa đi với tốc độ VSPC )Sản phẩm cắt này lại được mang đến hệ thống các lô cán tạo hình sản phẩm, sau khi đi qua các lô cán (10) chúng ta được một sản phẩm thép chữ U hoàn chỉnh Tất cả mọi hoạt động đều được thực hiện một cách tự động theo chương trình đã được viết sẵn

3.2 Phân tích chọn phương án, sơ đồ nguyên lý máy

3.2.1 Một số phương án khả thi, ưu và nhược điểm

Chuyển động tịnh tiến của dao trên có thể nhờ vào chuyển động của các cơ cấu 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 = 20mm và chiều rộng Bmax

= 3000mm, vật liệu phôi thép tấm là thép CT38 thì ta cần phải xác lập một sơ đồ động thích hợp cho máy để đảm bảo được tính công nghệ cũng như tính kinh tế

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

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý cơ cấu tay quay con trượt

Cơ cấu này có tác dụng biến chuyển động quay của tay quay thành chuyển động tịnh tiến của con trượt Cơ cấu này có nguyên lý đơn giản, chuyển động không

v

phức tạp, tạo được lực lớn, độ cứng vững cao, dễ chế tạo Khi tay quay quay lăm cho đầu trượt chuyển động cắt đi xuống hoặc đi lín

3.2.1.2 Cơ cấu hình sin

Hình 3.3 Sơ đồ nguyín lý cơ cđ́u hình sin

Khi tay quay quay tròn lăm cho con trượt tịnh tiến lín xuống trong ống, lăm cho cần C tịnh tiến qua lại Cơ cấu năy có hănh trình chuyển động tịnh tiến lớn nhưng kết cấu cồng kềnh, đòi hỏi không gian lăm việc của cơ cấu lớn, tạo lực không lớn, cơ cấu kĩm vững do đó hiệu suất của nó kĩm

3.2.1.3 Chuyển động tịnh tiến nhờ hệ thống thuỷ lực

Hiện nay trong ngănh cơ khí chế tạo mây việc truyền động bằng lực của dầu ĩp được dùng phổ biến, đặc biệt đối với câc mây cắt kim loại như mây tổ hợp, mây điều khiển theo chương trình, mây gia công kim loại bằng âp lực như mây dập, mây

ĩp, mây cắt thĩp tấm

Hình 3.4 Sơ đồ nguyín lý hệ thong thủy lực

* Hoạt động: đầu ĩp được câc nguồn cung cấp dầu từ bể đưa qua câc phần tử

điều khiển lưu lượng, âp suất rồi đến van phđn phối Từ van phđn phối dầu sẽ được

d

Van phân phố i.

V

Đường dầ u vào Đường dầ u ra

Dao c

n

+ Dễ dàng thay đổi hành trình chuyển động của đầu dao

+ Dễ điều khiển theo chương trình, tự động hoá quá trình làm việc

* Nhược điểm:

+ Tuy trong thực tế coi dầu như chất lỏng không đàn hồi, điều này giúp đơn giản việc tính toán và thiết kế nhưng thực chất dầu vẫn có tính đàn hồi do có các chất khí hoà tan trong dầu, điều này làm cho việc đảm bảo sự làm việc ổn định, sự chuyển 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 toàn biến thành nhiệt năng, thông qua dầu và các thiết bị truyền về bể mà không thực hiện một công có ích nào cả Hơn nữa sự cản nhiệt này còn làm cho độ nhớt của dầu 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 chế tạo chính xác

3.2.1.4 Kết luận

Qua ba phương pháp tạo chuyển động tịnh tiến để tạo lực cắt cho dao ta thấy phương pháp nào cũng có những ưu điểm riêng Tuy nhiên xét về tính năng kỹ thuật, công nghệ, khả năng tự động và làm giảm nhẹ công việc của công nhân thì cơ cấu tịnh tiến bằng hệ thống thuỷ lực dầu ép phù hợp nhất khi cắt các loại thép cacbon, thép thường với kích thước phôi lớn

3.2.2 Sơ đồ nguyên lý máy và nguyên tắc làm việc

a, Sơ đồ nguyên lý máy

Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý hệ thống thủy lực bộ phận cắt bộ phận cắt

1.Lọc thô; 2.Van an toàn; 3.Bơm dầu; 4.Van tiết lưu; 5.Van phân phối;

6.Đường ống; 7.Buồng trên xi lanh; 8 Pit tong; 9 Ắc quy dầu;

10 Đồng hồ đo áp suất; 11 Van một chiều;12 Bộ lọc tinh; 13.Động cơ

14 Bể dầu

b, Nguyên lý làm việc

Khi động cơ bơm quay, bơm hút dầu từ bể qua bộ lọc (1), qua các thiết bị như

bộ lọc (12), van an toàn (2), bộ ắc quy dầu (9) đến van tiết lưu (4), nhờ van này ta hiệu chỉnh được lưu lượng qua nó để vào xilanh, do đó làm thay đổi được vận tốc của piston theo yêu cầu Sau khi dầu qua van tiết lưu thì qua van phân phối (5) để vào buồng trên hoặc buồng dưới của xilanh để thực hiện chuyển động đi xuống cắt thép hoặc chuyển động chạy không quay về

3.2.3 Xác định các thông số máy

a, Xác định chiều dài lƣỡi dao, hành trình vận hành

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= 3000(mm)

Do đó: L = 3000 + 80 = 3080 (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 đoạn ngắn rồi ghép lại, ta chọn chiều dài của dao chia làm 4 đoạn, do đó chiều dài của mỗi đoạn

12

13 14

1

3 2

9 4

A

P T

7 8

Trang 33

b, Xác định độ vận hành của dao nghiêng

Hình 3.6 Sơ đồ xác định độ vận hành của dao nghiêng

*Gọi:

y: là chiều cao mở cực đại từ phía dưới của lưỡi dao trên tới mặt trên của tấm thép đem cắt Chọn y = 30 mm

b: Chiều rộng lớn nhất của tấm thép đem cắt bmax= 3000(mm)

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

3.2.4 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, chất lượng của mép cắt, mặt khác vận tốc cắt còn ảnh hưởng đến độ rung động va đập của máy 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 = 20mm là khá lớn, vì vậy 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 việc của máy Sau khi tính được độ vận hành của dao nghiêng là H = 280 mm

3.3.1 Thiết kế động học cho bộ phận cấp phôi tự động

Trong bất kỳ một máy nào thì bộ phận cấp phôi cũng đều là khâu đầu tiên, là đầu vào để tạo ra sản phẩm Với sự phát triển ngày càng cao của khoa học kỹ thuật thì vấn đề tự động hoá trong các khâu của quá trình sản xuất sẽ góp phần rất lớn vào việc tăng năng suất, chất lượng sản phẩm, giảm nhẹ sức lao động Trong công nghệ cắt thép tấm thì tự động hoá quá trình cấp phôi giúp người công nhân giải phóng được sức lao động khi mà phải khiêng những phôi thép nặng hàng tấn vừa mệt nhọc vừa nhàm chán, dễ sẩy ra tai nạn lao động, từ đó tăng năng xuất và chất lượng sản phẩm

3.3.1.1 Phân tích chọn phương án

Để thuận tiện trong việc điều khiển tự động theo chương trình, ta có một số phương án cấp phôi như sau:

a, Cấp phôi bằng hệ thống các xilanh - piston khí nén:

- Sơ đồ bố trí như sau:

Hình 3.7 Nguyên lý cấp phôi bằng hệ thống các xilanh - piston khí nén

1 piston - xilanh kẹp lúc cấp phôi 4.Phôi thép tấm

2 piston - xilanh đẩy phôi vào 5.Cảm biến áp suất

3 Hệ thống các con lăn đỡ

Trang 35

* Hoạt động:

Khi phôi thép tấm đã được đặt lên sàn các con lăn, piston (1) đi lên kẹp phôi lại Ở đầu của piston này có đặt một cảm biến áp suất (5), khi piston kẹp đã đủ áp suất lên tấm thép để đủ tạo lực ma sát đủ lớn thì nó đóng mạch điều khiển piston (2)

và đẩy cả hệ piston - xilanh (1) cùng tấm thép đi vào đến vị trí của lưỡi cắt

Ưu điểm:

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

+ Thiết bị kết cấu đơn giản

+ Thiết bị điều khiển trong khí nén rẻ tiền

Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý cấp phôi nhờ ma sát hai lô cán

1 Lô cán trên; 2 Lô cán dẫn động dưới; 3 Phôi thép tấm

* Hoạt động:

Khi lực tác động của hai lô cán lên tấm thép đã đủ, lô cán (2) được dẫn động từ động cơ qua hộp giảm tốc sẽ kéo tấm thép đi tới đến vị trí lưỡi cắt Lực kéo phôi này nhờ vào lực ma sát giữa lô cán với tấm thép, lực này phải lớn hơn ma sát của tấm phôi trên sàn con lăn

3

1

2 v

* 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 từ động

cơ qua hộp giảm tốc, do vậy làm kết cấu của máy thêm cồng kềnh

* Kết luận:

Với mỗi phương án đếu có những ưu điểm và nhược điểm riêng nhưng xét về yêu cầu của máy để cắt được các loại sản phẩm có chiều dài và chiều rộng khác nhau thì ta chọn phương án cấp phôi bằng lô cán, mặc dù phương án này vẫn có nhược điểm là cồng kềnh

3.3.1.2.Sơ đồ, nguyên lý hoạt động và các thông số cơ bản:

a, Sơ đồ động

Hình 3.9 Sơ đồ động

1 Động cơ; 2 Hộp giảm tốc; 3 Khớp nối

4 Lò xo; 5 Lô cán dẫn động 6 Vít điều chỉnh

b, Nguyên lý hoạt động

Động cơ (1) quay, qua khớp nối (3) và hộp giảm tốc (2) truyền momen xoắn cho trục dẫn động lô cán (4), làm cho lô cán (4) quay Nhờ lực ma sát giữa tấm thép

và các lô cán mà khi lô cán quay tấm thép được kéo và cấp phôi cho quá trình cắt

Lò xo (5) và vít hãm (6) có tác dụng điều chỉnh lực ép của 2 lô cán vào tấm thép, tạo ma sát khi đưa phôi vào giữa hai lô cán

c, Chọn sơ bộ vận tốc của phôi

Theo yêu cầu của cấp phôi tự động là khi phôi đưa vào đến đủ chiều dài cần thiết thì chạm vào cử hành trình, tác động lên rơle điều khiển cắt nguồn điện 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 còn quay với vận tốc nào đó do quán tính của nó Vì vậy để giảm bớt lực dịch phôi đi vào do quán tính quay ta chọn tốc độ cán phôi vào nhỏ, khoảng (0,1 0,3 )m/s, chọn tốc độ cán

H

T

4 1 2 3 5 6

Trang 37

phôi vào v = 0,3 m/s = 300 mm/s, và chọn loại động cơ có bộ phận 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 tính của rô to động cơ

3.3.1.3 Cơ cấu đỡ phôi

Để tránh mọi chuyển động không theo ý muốn của phôi khi đưa phôi vào như: Phôi bị lệch, phần phôi sau lưỡi cắt bị công sôn nếu chiều dài sản phẩm quá dài Và cũng nhằm giảm bớt lực ma sát tác dụng lên các lô cán cấp phôi, bàn cấp phôi thường được trang bị hệ thống đỡ phôi

Phôi thép tấm sau khi được chế tạo từ các máy cán thép tấm có kích thước đã được tiêu chuẩn Thông thường thép tấm sau khi cán có chiều dài lớn, vì vậy khi đưa vào cắt trong máy cắt thép tấm thì cần phải có sàn đỡ phôi Trên sàn đỡ phôi ta

bố trí dãy một số các con lăn nằm ngang bằng với các lô cán dưới và 2 dãy con lăn (ống giữ phôi) dựng đứng 2 bên để dẫn phôi vào, sơ đồ bố trí như sau: (Hình 4.10)

* Sơ đồ bàn đỡ phôi:

Hình 3.10 Kết cấu bàn đở phôi

1 Đế; 2 Giá đỡ; 3 Thanh giằng; 4 Con lăn Phôi;

5 Ông giữ phôi; 6.Tay quay điều chỉnh; 7 Con trượt; 8 Lò xo

3.3.2 Thiết kế động học cho bộ phận kẹp phôi

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 (hình 4.11), chính sự lệch nhau đã tạo nên 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 cắt đứt Hiện tượng quay này làm cho chất lượng bề mặt bị xấu đi, mặt cắt không vuông góc với bề mặt tấm thép Bởi vậy ta cần phải chống lại sự quay đó, đồng thời ngăn cản

3

2

4

6 7 8 5

1

Pcắt

bất kỳ một chuyển động nào có thể của phôi trong quá trình cắt bằng cách thêm vào lực ép Q trên tấm vật liệu

Hình 3.11 Sơ đồ tính momen lật phôi

Có nhiều cách để tạo nên lực Q, sau đây ta xét một vài phương án kẹp chặt phôi

có thể sau đây:

a, Kẹp phôi bằng chính trọng lực của một khối kim loại (Hình 3.12)

 Sơ đồ:

Hình 3.12 Sơ đồ kẹp phôi bằng trọng lực của khối kim loại

1 Bàn dao trên 4 Phôi cắt

2 Khối lượng tấm kim loại kẹp chặt 5 Bàn dao dưới

3 Rãnh trượt

 Hoạt động:

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

 Ưu nhược điểm của cơ cấu này

Trang 39

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

 Sơ đồ

Sơ đồ kẹp chặt bằng thuỷ lực như hình 3.13

Hình 3.13 Sơ đồ kẹp chặt bằng thủy lực 1.Lọc thô; 2.Van an toàn; 3.Bơm dầu; 4.Van tiết lưu; 5.Van phân phối;

6.Đường ống; 7.Buồng trên xi lanh; 8 Pit tong; 9 Ắc quy dầu;

10 Đồng hồ đo áp suất; 11 Van một chiều;12 Bộ lọc tinh; 13.Động cơ14 Bể dầu

 Hoạt động:

Dầu được đưa từ bơm (3) Qua van đảo chiều (5) rồi theo đường ống qua bộ làm đều tốc độ vào buồng trên của xilanh đẩy piston đi xuống kẹp chặt phôi trước khi cắt Khi cắt xong đảo chiều van làm cho dầu đi vào buồng dưới của xilanh đẩy piston đi lên, nhả phôi ra

 Ưu nhược điểm của phương pháp này:

* Ưu: Tạo được lực kẹp lớn nhờ dễ dàng tăng được áp suất để tăng lực kẹp, dễ

dàng điều khiển

* Nhược: Cơ cấu phức tạp, đắt tiền

c, Kẹp chặt bằng hệ thống các lò xo chịu nén gắn lên lưỡi dao trên

Lợi dụng lực đàn hồi của lò xo sinh ra khi chịu kéo hoặc chịu nén để làm lực kẹp cho phôi khi cắt kim loại ( Hình 4.14)

 Sơ đồ

10 11

12

13 14

1

3 2

9 4

A

P T

7 8

1

2

3 4

Hình 3.14 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

* Hoạt động

Lò xo chịu nén được đặt trong xilanh, xilanh gắn cứng lên dao trên Khi dao trên nhận được động lực từ nguồn xilanh thuỷ lực, dao bắt đầu đi xuống, dao mang theo xilanh kẹp chặt Khi dao xuống thì do bố trí đầu kẹp của piston kẹp ở vị trí thấp 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 dụng lên đầu kẹp, kẹp phôi xuống, lúc này đầu dao bắt đầu tiến hành cắt phôi Sau khi cắt xong dao đi lên mang theo cả đầu kẹp đi lên để chuẩn bị cho chu kỳ cắt kế tiếp

* Ưu nhược điểm của sơ cấu

d, Kết luận

Qua các phương án kẹp chặt phôi đã phân tích trên cho thấy: kẹp bằng hệ thống các xilanh thuỷ lực có thể chủ động về lực kẹp nhưng có nhược điểm là làm cho kết cấu máy cồng kềnh, giá thành tương đối đắt tiền Kẹp bằng trọng lượng của khối kim loại đặc, kết cấu này tuy đơn giản nhưng khi kẹp lại rung động va đập lên máy lớn; kết cấu kẹp bằng hệ thống xilanh - piston và các lò xo chịu nén khi kẹp êm, nhẹ nhàng, ít rung động và va đập máy nhưng nhược điểm là kết cấu máy bị cồng kềnh, cần phải tăng lực tác động ở cơ cấu thuỷ lực tác động lên đầu dao Vì vậy ở kết cấu của bộ phận kẹp phôi trước khi cắt ta có thể kết hợp ở tấm thép kẹp có trọng lượng

G trượt lồng không trong rãnh của bàn dao trên kết hợp với hai xilanh lò xo chịu