THIẾT kế máy cắt tấm KIM LOẠI

Thiết kế máy cắt tấm kim loại Page 4 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH THÉP TẤM VÀ MÁY CẮT TẤM KIM LOẠI TRONG NHÀ MÁY 1.1 Giới thiệu chung Trong các ngành công nghiệp hiện nay như: công ng

Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA C KHÍ BỘ MÔN THI T K MÁY -o0o -

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THI T K MÁY C T T M KIM LO I

GVHD: PGS.TS Ph m Huy Hồng SVTH: Nguy n H u Tốn

MSSV: 20802256

TP.HCM, Tháng 12/2012

Trang 2

i

được sự chỉ bảo tận tình cũng như tâm huyết của tất cả các thầy cô giảng dạy tại Khoa Cơ khí nói chung và Bộ môn Thiết kế máy nói riêng Nhờ vậy mà em mới có đủ kiến thức nền tảng để hoàn thành để hoàn thành đề tài luận văn tốt nghiệp này.Xa hơn nữa là đủ kiến thức để trở thành một kỹ sư trong tương lai Vì những công lao to lớn ấy, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tất cả các thầy cô, mong tất cà các thầy cô luôn khỏe mạnh, minh mẫn để tiếp tục dẫn dắt lớp đàn em đi sau, tiếp tục sự nghiệp trồng người cao cả này Đặc biệt nhất, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc từ đáy lòng mình đến thầy Phạm Huy Hoàng, người đã hướng dẫn em trong kỳ thực tập tốt nghiệp cũng như đề tài luận văn này Với sự chỉ bảo tận tình và đầy tâm huyết của thầy, em đã học hỏi được nhiều điều từ thực tế, từ cuộc sống Xin kính chúc thầy sức khỏe và mong thầy sẽ còn tiếp tục truyền đạt kiến thức cho nhiều thế hệ sau hơn nữa

Em xin chân thành cảm ơn

Sinh viên Nguyễn Hữu Toán

Trang 3

ii

Nam nhu cầu về thép tấm ngày càng tăng cao, đặt biệt là thép tấm khổ nhỏ với những ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống cũng như sản xuất ngày nay

Được sự nhất trí của Bộ môn, em đã được Thầy hướng dẫn giao đề tài luận văn tốt

nghiệp là: Thiết kế máy cắt tấm kim loại Luận văn này tập trung giải quyết các vấn đề

sau:

 Tìm hiểu dây chuyền sản xuất điếu ga tại nhà máy TNHH-TM Uyên Phát và máy cắt phục vụ trong dây chuyền

 Lựa chọn nguyên lý máy

 Tính toán, thiết kế kết cấu máy cần thiết

Trang 4

Thiết kế máy cắt tấm kim loại Page 1

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN …i

TÓM TẮT LUẬN VĂN……… ii

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH THÉP TẤM VÀ MÁY CẮT TẤM KIM LOẠI TRONG NHÀ MÁY 4

1.1 Giới thiệu chung 4

1.2 Tìm hiểu nhu cầu về thép tấm khổ nhỏ trên thị trường 5

1.3 Một số tiêu chuẩn thép tấm 7

1.3.1 Tiêu chuẩn JIS G3141 8

1.3.2 Tiêu chuẩn Yamaha 10

2.1 Quy trình sản xuất ống điếu ga tại công ty TNHH TM Uyên Phát 13

2.1.1 Cấu tạo ống điếu 13

2.1.2 Quy trình sản xuất ống điếu ga 15

2.3 Máy cắt tấm phục vụ trong quy trình sản xuất 16

2.3.1 Máy cắt cơ 16

2.3.2 Máy cắt thủy lực 16

2.4 Nhiệm vụ đề tài 17

Chương 2: THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ MÁY 18

2.1 Sơ đồ chung nguyên lý máy cắt tấm 18

2.2 Phân tích và lựa chọn phương án cho dao cắt 19

2.2.1 Các phương án cắt 19

2.2.3 Lựa chọn phương án 21

2.3 Phân tích và lựa chọn phương án truyền động dao cắt 21

2.3.1 Các phương án truyền động dao cắt 21

2.4 Phân tích và lựa chọn phương án cho cơ cấu kẹp phôi 25

2.4.1 Các phương án kẹp phôi 25

Trang 5

2.6 Phân tích và lựa chọn phương án cho hệ thống ra sản phẩm 28

2.6.1 Các phương án 28

2.7 Bản vẽ sơ đồ động 29

Chương 3: THIẾT KẾ MÁY 30

3.1 Tính toán động lực học và kết cấu cho bộ phận cắt 30

3.1.1 Tính lực cắt 31

3.1.2 Tính toán xi lanh thủy lực cho bộ phận tạo lực cắt 31

3.1.3 Tinh toán các thông số của dao 32

3.2 Tính toán động lực học và kết cấu cho bộ kẹp phôi 35

3.2.1 Tính lực kẹp chặt 35

3.2.2 Tính toán xi lanh thủy lực cho bộ phận kẹp phôi 35

3.2.3 Lưu lượng bơm của hệ thống kẹp phôi 35

3.3 Tính toán động lực học và kết cấu cho bộ phận ra sản phẩm 36

3.3.1 Lực cản chuyển động đối với nhánh làm việc (WLV) của băng tải 36

3.3.2 Tính toán công suất, chọn động cơ 37

3.4 Tính toán động lực học và kết cấu cho cơ cấu đỡ phôi 38

3.4.1 Tính toán lực 38

3.4.2 Tính toán xi lanh thủy lực cho cơ cấu đỡ phôi 39

3.4.3 Lưu lương bơm của cơ cấu đỡ phôi 39

3.5 Thiết kế hệ thống đo 40

3.5.1 Nhiệm vụ 40

3.5.2 Nguyên tắc hoạt động 40

3.5.3 Cấu tạo 40

3.5.4 Tính toán bộ truyền vít-đai ốc 40

3.5.5 Chọn động cơ 41

3.5.6 Tính toán bộ truyền đai răng 42

3.6 Kiểm tra khung máy 43

Trang 6

3.6.1 Yêu cầu khung máy 43

3.6.2 Vật liệu thiết kế khung máy 43

3.6.3 Lực tác dụng lên khung máy 43

3.6.4 Kiểm nghiệm bền theo ứng suất 44

3.6.5 Chuyển vị khung máy 45

Chương 4 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC 46

4.1 Phương án cho hệ thống truyền động thủy lực 46

4.2 Các thành phần của hệ thống thủy lực 48

4.3 Tính toán hệ thống thủy lực 49

4.3.1 Tính toán tiết diện đường ống dẫn dầu 49

4.3.2 Tính toán lưu lượng bơm 49

4.3.3 Tính toán áp suất làm việc của bơm 50

4.4 Chọn bơm 52

4.4.1 Công suất thủy lực bơm 52

4.4.2 Lựa chọn bơm 52

4.5 Động cơ dẫn bơm 53

4.5.1 Công suất động cơ dẫn máy bơm 53

4.5.2 Chọn động cơ 53

4.5.3 Lưu lượng bơm tính theo vòng quay 53

Chương 5: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN 54

5.1 Phương án điều khiển tự động sử dụng Rơle 54

5.2 Điều khiển quá trình cắt 54

5.3 Lưu đồ giải thuật mạch điều khiển 56

5.4 Mạch điều khiển 57

5.5 Mô phỏng điều khiển điện kết hợp với thủy lực 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO ……… 58

Trang 7

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH THÉP TẤM VÀ MÁY CẮT TẤM

KIM LOẠI TRONG NHÀ MÁY

1.1 Giới thiệu chung

Trong các ngành công nghiệp hiện nay như: công nghiệp hàng không, công nghiệp điện, công nghiệp ôtô, đóng tàu thuyền, xây dựng,…thép là một trong những nguyên vật liệu không thể thiếu được.Theo hình dạng của thép, người ta chia thép ra làm 2 loại:thép tấm và thép hình.Trong đó, thép tấm được sử dụng rất nhiều trong các ngành 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

Hình dạng và kích thước của phôi tấm tạo ra trong quá trình cán được tiêu chuẩn hoá,

do đó việc sử dụng thép tấm để tạo ra các sản phẩm phải qua quá trình cắt thép tấm ra các kích thước và hình dạng khác nhau phù hợp với yêu cầu của từng ngành, từng công việc

cụ thể.Tùy vào bề rộng của phôi tấm,ta có thể chia thép tấm thành hai loại:thép tấm khổ lớn và thép tấm khổ nhỏ Ta có thể thấy các sản phẩm được làm từ thép tấm khổ lớn như

vỏ tàu, khung, sườn, gầm ôtô, mái lợp kim loại, những ống kim loại lớn…

Hình 1.1 Vỏ tàu được làm từ thép tấm khổ lớn

Trang 8

Hình 1.2 Vỏ ô tô được làm từ thép tấm khổ lớn

1.2 Tìm hiểu nhu cầu về thép tấm khổ nhỏ trên thị trường

Trong ngành cơ khí, thép tấm khổ nhỏ đƣợc dùng để chế tạo các chi tiết, phụ tùng trong xe máy…

Hình 1.3 Phanh đĩa trong xe máy

Trang 9

Thép tấm còn được sử dụng rộng rãi trong các ngành kỹ thuật điện như chế tạo các bộ phận máy biến thế, thép kỹ thuật điện…

Hình 1.4 Lá thép máy biến thế được làm từ thép tấm

Trong ngành xây dựng, thép tấm được dùng để tạo ra các dạng thép hình có tiết diện phức tạp

Hình 1.5 Thép hình được tạo từ thép tấm

Ngoài ra thép tấm còn được sử dụng rất nhiều để tạo ra các sản phẩm phục vụ trực tiếp cuộc sống con người, đặt biệt thép tấm khổ nhỏ được sử dụng rất nhiều trong các thiết bị bếp ga, vỏ đồ hộp, đóng gói…

Trang 10

Hình 1.6 Những sản phẩm vỏ đồ hộp làm từ thép tấm

Hình 1.7 Cầu thang bằng thép tấm uốn gợn sóng

Với nhu cầu sử dụng thép tấm rộng lớn như thế, cần thiết phải có những máy cắt thép tấm năng suất cao, độ chính xác cao, được điều khiển tự động hay bán tự động góp phần đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của nền công nghiệp nói riêng cũng như nền kinh tế nói chung, góp phần vào sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước

Trang 11

1.3.1 Tiêu chuẩn JIS G3141

Bảng 1.2 Thành phần hóa học thép trong các tiêu chuẩn JIS G3141

Bảng 1.3 Cơ tính vật liệu thép tấm trong tiêu chuẩn JIS G3141

Trang 12

Bảng 1.4 Độ cứng của thép tấm trong tiêu chuản JIS G3141

1.3.1.5 Dung sai chiều dày

Phân biệt theo chiều dày danh

Bảng 1.5 Dung sai chiều dày thép tấm trong tiêu chuẩn JIS G3141

Trang 13

1.3.1.6 Dung sai chiều rộng

Bảng 1.6 Dung sai chiều rộng trong tiêu chuẩn JIS G3141

1.3.2 Tiêu chuẩn Yamaha

1.3.2.1 Chủng loại và ký hiệu

Hình 1.8 Chủng loại và ký hiệu thép trong tiêu chuẩn Yamaha

Trang 14

Trang 15

Hình 1.11 Cơ tính của các mác thép cán nguội (tiếp)

Trang 16

2.1 Quy trình sản xuất ống điếu ga tại công ty TNHH TM Uyên Phát

2.1.1 Cấu tạo ống điếu

Ống điếu là bộ phận quan trọng của bất kì 1 bếp gas nào, nó là khâu cuối cùng trước khi khí gas được đốt cháy

Ống điếu có thể sản xuất theo phương pháp đúc bằng gang hay đơn giản được dập định hình rồi ghép lại thành ống điếu hoàn chỉnh

Cấu tạo của 1 ống điếu được sản xuất theo phương pháp dập gồm có : điếu trên, điếu dưới, miệng chén lớn, miệng chén nhỏ và bích điếu

Hình 1.12 Sản phẩm ống điếu tại nhà máy

Trang 17

Hình 1.13 Các thành phần của ống điếu ga

1 Điếu dưới 5 Bích điếu

2 Điếu trên 6 Ống điếu hoàn chỉnh

3 Miệng chén lớn

4 Miệng chén nhỏ

Trang 18

2.1.2 Quy trình sản xuất ống điếu ga

Hình 1.14 Sơ đồ quy trình sản xuất ống điếu ga

Thép tấm dạng cuộn

Hệ thống kéo, cán, cắt

Thép tấm có kính thước lớn

Máy cắt tấm kim loại

Thép tấm có kính phù hơp cho quá trình tạo sản phẩm

Máy dập khuôn dập cắt

Máy dập Khuôn dập cắt

Định hình hình dạng ngoài điếu dưới

Định hình hình dạng

ngoài điếu trên

Máy dập khuôn dập vuốt

Điếu dưới Điếu trên

Lắp ráp

Sản phẩm hoàn chỉnh

Trang 19

Trước khi đưa thép tấm có kích thước phù hợp cho quá trình dập tạo sản phẩm của nhà máy, thì thép tấm có kích lớn phải trải qua công đoạn cắt nhỏ Quá trình này được thực hiện nhờ máy cắt tấm

Máy cắt tấm trong nhà máy gồm có hai loại dựa theo phương thức truyền động để tạo lực: máy cắt cơ, máy cắt thủy lực

2.3.1 Máy cắt cơ

 Nguyên lý hoạt động

Dựa trên nguyên lý truyền động của cơ cấu truc khuỷu – thanh truyền biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến Trục khuỷu quay truyền lực tác động vào đầu dao, tạo áp lực cho đầu dao đi xuống thực hiện quá trình cắt

 Ưu điểm :

- Truyền động được công suất khá lớn

- Hoạt động với độ tin cậy cao

- Giá thành không quá cao

 Nhược điểm:

- Chỉ gia công được chi tiết có bề dày nhỏ

- Không có thời gian dừng trong quá trình đầu dao tiếp xúc với bề mặt chi tiết vì trục khuỷu, cam quay có chu kỳ

- Khó điều chỉnh được vận tốc trong quá trình cắt

- Gia công được chi tiết có bề dày khá lớn so với máy cắt cơ

- Có thời gian dừng quá trình mà đầu dao tiếp xúc với bề mặt chi tiết

- Điều chỉnh vận tốc chính xác

- Dễ giám sát tình trạng máy nhờ van áp suất

- Truyền được công suất lớn

 Nhược điểm:

- Sự rò rỉ của các linh kiện thủy lực và tổn thất áp suất trên đường dẫn làm giảm hiệu suất của hệ thống

Trang 20

2.4 Nhiệm vụ đề tài

Qua các phần tìm hiểu trên, mục tiêu của để tài là Thiết kế máy cắt tấm kim loại Với

các thông số kỹ thuật cơ bản đề ra cho đề tài này

Trang 21

2.1 Sơ đồ chung nguyên lý máy cắt tấm

 Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý toàn máy

 Giải thích sơ đồ: khi người công nhân đưa phôi cắt(1) vào đúng cữ cắt(5) nhờ con lăn đỡ(4), bàn kẹp(2) kẹp chặt phôi cắt(1) Dao dưới(8) gắn vào khung máy đứng yên, dao trên(3) gắn vào bàn trượt chuyển động xuống thực hiện quá trình cắt Sau khi cắt xong Dao trên(3) trở về vị trí ban đầu Dao trên và bàn trượt chuyển động lên xuống nhờ cơ cấu thủy lực, cơ cấu cam, hay cơ cấu trục khuỷu- thanh truyền Khi sản phẩm cắt(6) được cắt xong sẽ rơi xuống hệ thống ra sản phẩm(7) đi đến bộ phận lưu trữ

Trang 22

2.2 Phân tích và lựa chọn phương án cho dao cắt

- Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo lắp ráp

- Lực cắt lớn

Trang 23

 Phương án 2: cắt bằng dao nghiêng

L1: chiều dài dao trên

L2: bề rộng phôi cắt

 Giải thích sơ đồ:ở cách bố trí này, khi phôi (2) đúng kích thước, dao trên (3) di chuyển xuống trong khi dao dưới (1) đứng yên Quá trình cắt xảy ra xong thì dao trên trở lại vị trí ban đầu.Ở phương pháp cắt này người ta thường bố trí lưỡi dao nghiêng một góc 𝛼 so với phương ngang Khi bố trí lưỡi dao trên nghiêng thì quá trình cắt xảy ra dàn dần trên phần tách ra của tấm, vì thế lực cắt sẽ nhỏ hơn khi bố trí dao song song Góc nghiêng của lưỡi dao trên 𝛼 phải đảm bảo tự hãm, nghĩa là với góc nghiêng đó trong quá trình cắt không có sự dịch chuyển tấm trong quá trình nằm ngang Tùy theo chiều dày của tấm, góc nghiêng 𝛼 = (2 ÷ 6)0, vật liệu càng dày thì góc 𝛼 càng lớn

Trang 24

2.2.3 Lựa chọn phương án

 Phương pháp cắt bằng dao thẳng song song thì mép cắt đẹp, thời gian mỗi nhát cắt nhanh nhưng lực cắt quá lớn, hơn nữa để cắt thép tấm có chiều dày lớn, lúc này lực cắt sẽ rất lớn nên yêu cầu về độ bền của dao cũng như thân máy cao, rung động mạnh,

vì vậy ta không sử dụng phương pháp này để thiết kế

 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 chọn phương án lưỡi dao cắt nghiêng để thiết kế máy

2.3 Phân tích và lựa chọn phương án truyền động dao cắt

2.3.1 Các phương án truyền động dao cắt

 Phương án 1: dùng trục khuỷu thanh truyền

 Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.5 Sơ đồ dùng trục khuỷu thanh truyền tạo chuyển động tịnh tiến cho dao

5 Phôi cắt 8 Thanh truyền (bánh lệch tâm)

6 Dao dưới

Trang 25

 Giải thích sơ đồ: trục khuỷu (7) chuyển động quay tròn truyền chuyển động cho thanh truyền (8) Thanh truyền (8) đẩy dao trên (4) đi xuống hết hành trình rồi kéo lên khi xong quá trình cắt Việc điều chỉnh hành trình của dao được thực hiện bằng cách điều chỉnh độ lệch tâm của thanh truyền (8)

- Độ cứng vững cao

- Kết cấu tương đối đơn giản

- Để tạo lực cắt lớn và hảnh trình cắt dài thì kết cấu sẽ tăng lên

- Khó điều khiển, dẫn đến dung sai cắt khó đảm bảo

 Phương án 2: dùng xy lanh thủy lực

Hình 2.6: Sơ đồ tạo chuyển động cắt nhờ xi lanh thủy lực

1 Xy lanh thủy lực 5 Phôi cắt

3 Rãnh trượt 6 Dao dưới

4 Dao trên

Trang 26

 Giải thích sơ đồ: chuyển động cắt đi xuống của dao trên (2) được thực hiện bỡi

xy lanh thủy lực (1), dao trên (4) được gá trên thanh đỡ dao trên (4) trượt lên

và xuống được trên rãnh trượt (3) Trong quá trình cắt, dao dưới (6) đứng yên

- Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ áp suất thuỷ lực cao

- Làm việc êm, ít bị va đập nhờ quán tính nhỏ của bơm và động cơ thuỷ lực

- Khó thực hiện sự đồng bộ hoá chính xác các chuyển động

- Giá thành lắp đặt hệ thống thuỷ lực khá đắt tiền, phức tạp đòi hỏi phải chế tạo chính xác

Trang 27

Hình 2.7 : Sơ đồ dùng thủy lực kết hợp cơ tạo chuyển động dao cắt

1 Xy lanh thủy lực 4 Dao trên

2 Thanh đòn 5 Phôi cắt

3 Rãnh trượt 6 Dao dưới

 Giải thích sơ đồ: khi xy lanh (1) hoạt động, sẽ tác động lực vào đầu thanh đòn (2), nhờ gối tựa mà thanh đòn (2) tác dụng lực lên thanh truyền (8) theo nguyên tắc đòn bẩy, lúc đó dao trên (3) tịnh tiến lên xuống trên rãnh trượt (4)

Trang 28

2.3.2 Lựa chọn phương án

Qua ba phương án truyền động cho dao cắt, nhận thấy phương án dùng xy lanh thủy lực là phù hợp nhất Vì xét về tính năng kỹ thuật, công nghệ, khả năng tự động thì phương án này khả thi hơn hai phương án trên, giúp giảm sức lao động của người công nhân

2.4 Phân tích và lựa chọn phương án cho cơ cấu kẹp phôi

Hình 2.8: Sơ đồ kẹp chặt phôi bằng lò xo chịu nén

 Giải thích sơ đồ: Lò xo chịu nắn được đặt trong lồng ống dẫn hướng gắn cứng lên dao trên Khi dao trên bắt đầu đi xuống, dao mang theo lò xo kẹp chặt Khi dao đi xuống thì do bố trí đầu kẹp của thanh kẹp ở vị trí thấp hơn đầu dao trên nên đầu kẹp chạm vào phôi trước, đầu dao tiếp tục đi xuống và nén lò xo lại sinh ra phản lực đàn hồi kẹp lò xo 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

- Cơ cấu đơn giản, dễ chế tạo

- Dễ dàng thay đổi lực kẹp nhờ vào cách thay đổi độ cứng của lò xo nén

Trang 29

- Nguồn động lực truyền lực cho cặp dao lúc này phải tích hợp thêm lực truyền cho cơ cấu kẹp chặt nên yêu cầu về hệ thống thủy lực cao hơn

Trang 30

2.5 Phân tích và lựa chọn phương án cho cơ cấu đỡ phôi

Trong trường hợp cắt những tấm thép rộng và mỏng, thì khi đưa phôi cắt vào sẽ xảy

ra hiện tượng võng Do đó phải dùng một cơ cấu đỡ phôi mới có thể thực hiện được quá trình cắt Chức năng là tùy chọn bởi khi cắt những phôi dày và hẹp thì không cần sử dụng đến

Định dạng
Số trang	61
Dung lượng	2,52 MB