Thiết kế máy cắt thép tấm bằng thủy lực

Hiện nay nước ta đang đẩy mạnh hiện đại hóa công nghiệp hóa hiện đại hóa để đưa đất nước ta sánh vai với các nước trong khu vực và trên thế giới Muốn vậy thì các ngành công nghiệp phải không ngừng đẩy mạnh sản xuất mở rộng nhà máy xí nghiệp cải tiến trang thiết bị để nâng cao chất lượng sản phẩm nhờ chính sách đó đã đưa đất nước ta phát triển nhanh chóng trong đó có một phần đáng kể đến là lĩnh vực sản xuất phôi thép Để đáp ứng nhu cầu thực tế của người tiêu dùng và nền kinh tế ngành sản xuất phôi thép thiết bị cơ khí cho ra đời những loại máy không ngừng về số lượng mà còn về chất lượng tốt Với yêu cầu thực tế hằng năm rất lớn để tạo ra được sản phẩm phôi thép nhất thiết phải có thiết bị máy móc chuyên dùng đảm bảo yêu cầu sản xuất yêu cầu công nghệ và môi trường đó chính là nhiệm vụ của ngành cơ khí

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, nước ta đang đẩy mạnh hiện đại hóa công nghiệp hóa, hiện đại hóa để đưa đất nước ta sánh vai với các nước trong khu vực và trên thế giới Muốn vậy thì các ngành công nghiệp phải không ngừng đẩy mạnh sản xuất, mở rộng nhà máy, xí nghiệp, cải tiến trang thiết bị để nâng cao chất lượng sản phẩm, nhờ chính sách đó đã đưa đất nước ta phát triển nhanh chóng trong đó có một phần đáng kể đến là lĩnh vực sản xuất phôi thép

Để đáp ứng nhu cầu thực tế của người tiêu dung và nền kinh tế, ngành sản xuất phôi thép, thiết bị cơ khí cho ra đời những loại máy không ngừng về số lượng mà còn

về chất lượng tốt

Với yêu cầu thực tế hằng năm rất lớn, để tạo ra được sản phẩm phôi thép nhất thiết phải có thiết bị, máy móc chuyên dùng, đảm bảo yêu cầu sản xuất, yêu cầu công nghệ

và môi trường, đó chính là nhiệm vụ của ngành cơ khí

Trong khoảng thời gian em học tại trường Đại Học Bách Khoa Đại Học Đà Nẵng,

được sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, em đã tiếp thu một phần nào kiến thức mà thầy cô truyền thụ Trước khi ra trường, chúng em cần phải trải qua một đợt tìm hiểu thực tế và kiểm tra khả năng nắm bắt, sáng tạo của sinh viên Do đó thực tập tốt nghiệp và làm đồ án tốt nghiệp là một công việc rất cần thiết Nhiệm vụ của em

là thiết kế MÁY CẮT THÉP TẤM BẰNG THỦY LỰC là một thiết bị có tính quyết định đối với toàn bộ dây chuyền sản xuất

Tuy nhiên, do kiến thức và khả năng có hạn nên em không tránh khỏi những thiếu sót, em kính mong thầy cô thông cảm và chỉ bảo cho em nhiều hơn Em xin gửi lời

cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo, đặc biệt là thầy giáo PGS.TS Đinh Minh Diệm đã hết sức tận tình chỉ bảo cho em để hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này

DUT.LRCC

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ 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 dụng 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:

DUT.LRCC

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

Các lá thép

Tủ điện Vỏ máy biến thế

Hình 1.1 Sản phẩm thép tấm trong nghành điện

- 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 Rõ ràng nhất thép tấm được sử dụng làm tấm lợp…

DUT.LRCC

Hình 1.2 Sản phẩm thép tấm trong xây dựng

- 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,

Đường ống thủy điện Vỏ máy ép bemco

DUT.LRCC

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,

Với nhu cầu sử dụng thép tấm rộng lớn như vậy, cần thiết phải có những máy cắt thép tấm với năng suất cao, với độ chính xác cao, được điều khiển tự động hoặc bán tự động đủ khả năng để 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 hoá hiện đại hóa đất nước

DUT.LRCC

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ 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 hủy 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 biên dạng đàn hồi khi có lực cắt 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

2.1 QUÁ TRÌNH CẮT KIM LOẠI

2.1.1 Giai đoạn biến dạng đàn hồi

Lúc này chày mới chạm đến vật liệu, uốn cong và bắt đầu nén vào lỗ cối Ở giai đoạn này ứng suất trong vật liệu ở dưới giới hạn đàn hồi

2.1.2 Giai đoạn biến dạng dẻo

Chày tiếp tục nén xuống, vật liệu vượt qua giới hạn đàn hồi chuyển sang biến dạng dẻo Lúc này phần vật liệu ở mép chày và cối bị lún sâu vào và có sự chuyển dịch tương đối với nhau

2.1.3 Giai đoạn cắt đứt

Chày tiếp tục ép vật liệu vào trong lỗ cối, ở các mép cắt của chày và cối bắt đầu xuất hiện các vết nứt Các vết nứt này phát triển nhanh và cắt đứt vật liệu theo vòng làm việc của chày và cối

Trị số lún sâu của chày vào trong vật liệu cho đến khi cắt đứt, phụ thuộc vào tính chất vật liệu và bao gồm từ :

(0,25 0,6)S Khi chày tiếp tục đi xuống sẽ đẩy vật cắt qua lòng cối và rơi xuống dưới

Như vậy, quá trình cắt đứt vật liệu cắt qua lòng cối là quá trình làm xuất hiện các vết nứt ở mép chày và cối Trạng thái và hình dáng các vết nứt quyết định chất lượng mặt cắt và phụ thuộc vào mép sắc của chày, cối, khe hở giữa chày và cối

2.2 KHE HỞ GIỮA CHÀY VÀ CỐI

Khe hở giữa chày và cối là hiệu số giữa kích thước làm việc của cối và chày Trị

số khe hở khi cắt có ảnh hưởng đến chất lượng mặt cắt, độ chính xác vật cắt, lực cắt và

độ bền của chày, cối

DUT.LRCC

- Nếu khe hở hợp lý ( chọn đúng trị số ) thì các vết nứt xuất hiện từ mép chày và cối sẽ gặp nhau theo đường thẳng Quan sát mặt cắt thấy ở phần dưới cùng có một dải sáng, phần trên xù xì hơn (Hình 2.1.a)

- Nếu khe hở quá nhỏ sẽ làm cho các vết nứt không trùng nhau Quan sát mặt cắt thấy có hai dải sáng ở trên và dưới, phần ở giữa xù xì lớn theo hình răng cưa (Hình 2.1.b)

- Nếu khe hở quá lớn cũng làm cho các vết nứt từ mép chày và cối không trùng nhau Một phần vật liệu bị vuốt dài lên phía trên tạo thành ba via ( Hình 2.1.c)

Hình 2.1 Mặt cắt sản phẩm cắt hình

a) Khi khe hở hợp lý

b) Khi khe hở quá nhỏ

c) Khi khe hở quá lớn

2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP CẮT THÉP

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

DUT.LRCC

2.3.2 Phương pháp cắt bằng áp lực lưỡi cắt

Thực chất của quá trình cắt kim loại bằng áp lực lưỡi cắt là sự biến dạng dẻo sau

đó đến phá huỷ kim loại Quá trình cắt đứt vật liệu chia thành 3 giai đoạn liên tục: + Giai đoạn 1: Biến dạng dẻo tập trung ở mép của dao cắt (hình 3.5a) Ứng suất tập trung làm phát sinh dòng chảy kim loại tạo thành vùng kim loại bị chèn ép bao quanh lưỡi cắt, sự chèn ép cục bộ đó sẽ phát triển đến khi toàn bộ chiều dày của kim loại đạt đến ứng suất dư để làm xuất hiện đường trượt

Hình 2.2 Các giai đoạn của quá trình cắt

+ Giai đoạn 2: Lực cắt tăng lên bắt đầu có sự dịch chuyển tương đối giữa phần này với phần kia của tấm (hình 3.5b) Ở giai đoạn này tạo ra bề mặt nhẵn sáng bóng và được san phẳng bởi lực ma sát F hướng dọc theo bề mặt bên của lưỡi dao 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 xuất hiện các vết nứt Theo kinh nghiệm giai đoạn này dao cắt ăn sâu h2 = 20 đến 80% chiều dày h của phôi tùy thuộc vào cơ tính của vật liệu và chiều dày của tấm, vật liệu càng dẽo thì h càng lớn

+ Giai đoạn 3: Dao tiếp tục đi xuống, mưc độ biến dạng tăng lên và khi đó tính dẽo của kim loại bị mất bắt đầu giai đoạn 3 Các vết nứt xuất hiện, phát triển va phá hủy kim loại cho đến khi kết thuc quá trình tách vật liệu (hình 3.4c) Sự phá hủy kim loại xẩy ra trước mép làm việc của lưỡi dao trong tấm, vì thế các vết nứt được gọi là các vết nứt phá vở trước

Tùy thuộc vào khe hở giửa các lưỡi cắt Z và độ lún sâu của lưỡi dao vào chiều dày tấm h tại thời điểm bắt đầu phá hủy, các vết nứt vở xuất phát từ các mép làm việc của lưỡi dao trên và dưới có thể song song với nhau (hình 3.6a) hoặc gặp nhau (hình 3.6b) Khi các vết nứt ở mép làm việc của các lưỡi cắt gặp nhau thì trị số khe hở Z là tối ưu

vì khi đó chất lương mặt cắt là tốt nhất, mặt cắt phẳng và nhẵn

DUT.LRCC

a b

Hình 2.3 Sơ đồ phân bố các vết nứt tại mép cắt

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

Ztối ưu = (h – h2)tg Theo kinh nghiệm của hãng ERFURT khi cắt trên máy cắt tấm dao nghiêng

và tự động hoá, phương pháp này phù hợp với ngành cơ khí nước ta hiện nay

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

2.3.2.1 Máy cắt dao thẳng song song

2.3.2.1.1 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

2 7

8 4

6

1

L

3

5



Hình 2.4 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 3.6:

H (mm): Chiều cao vận hành dao

L (mm): Chiều dài sản phẩm

S (mm): Chiều cao lưỡi cắt  (mm): Chiều dày lưỡi cắt S 2.53

h (mm): Chiều dày vật cắt

b (mm): Chiều rộng vật cắt (mm): Độ trùng dao, = (1020) mm

l (mm): 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 90°, bốn góc đều cắt được

Vật liệu làm bàn trượt: Thép CT61

Vật liệu làm dao : Thép 6CrNiMo, 5Cr2Wsi, 55CrNiW, 55CrNi2V

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

2.3.2.1.2 Phương pháp xác định lực cắt

DUT.LRCC

Ngày nay các máy cắt được chế tạo theo tiêu chuẩn Khi thiết kế máy mới ta tính lực cắt sao cho máy làm việc đảm bảo an toàn và không xảy ra các sự cố đáng tiếc Dù dùng loại máy cắt nào thì quá trình cắt cũng chia ra làm ba giai đoạn đó là :

-Giai đoạn cặp

-Giai đoạn cắt

-Giai đoạn đứt

* Giai đoạn cặp:

Đây là giai đoạn mà lưỡi dao ăn vào

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:

Hình 2.5 Sơ đồ giai đoạn cặp

1 =

h

Z1

(2.1) Trong đó :

Z1: chiều sâu kim loại được cắt

h : chiều dày vật cắt

* Giai đoạn cắt:

Đây là giai đoạn mà lực cắt giảm

dần xuống theo tiết diện của vật cắt

P giảm dần từ Pmax → Pmin

Hình 2.6 Sơ đồ giai đoạn cắt cắt

* Giai đoạn đứt:

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

DUT.LRCC

k1 = 0,7 đối với thép mềm; k1 = 0,6 đối với thép cứng

F (mm2): diện tích tiết diện được cắt, F = F1 = h1.b

B (mm) : chiều rộng vật cắt

h1 (mm): chiều dày còn lại: h1 = h - z1 = h (1- 1) ( 2.4) Thay các giá trị trên vào ( 3.3 ), ta có:

Pmax =k1.k2.k3 b b h  1  1 (N) (2.5) 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 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:

2.3.2.2 Máy cắt bằng lưỡi 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



DUT.LRCC

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:

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý máy cắt đĩa

a) Loại một cặp đĩa cắt; b) Loại nhiều cặp đĩa cắt

2.3.2.2.2 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 (mm): là chiều dày đĩa cắt, H =(0,06  0,12 )D

Vật liệu làm dao là các loại thép hợp kim: 5CrWSi, 9CrSi, 6CrNiMo, 55CrNiW

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

2.3.2.2.3 Xác định khoảng cách tâm trục A của hai dao đĩa, góc nghiêng  và

đường kính D của dao

R (mm): bán kính của đĩa dao

1

0 0

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

D có thể lấy theo kinh nghiệm, D=(50100)h (mm) 2.3.2.3 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

2.3.2.4 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

DUT.LRCC

3 2

Hình 2.8 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:

 - Góc trước

- Góc sau = 1,5  30

 - Góc cắt = 65  680

 - Góc sắc =  

Tổng tiêu hao khi cắt phụ thuộc vào lực cắt, chiều

dày cắt và góc nghiêng  của dao

Hình 2.9 Hình dạng lưỡi cắt

Lực cắt: h  N

tg k

k k

2 2 3

2 1

2

2/3

 độ sâu tương đối của vật cắt: Bảng 8.1 [8]

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

2.3.3 Phương pháp cắt bằng nhiệt

2.3.3.1 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 2.10 Sơ đồ cắt kim loại bằng khí

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

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 2.11 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 2.12 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)

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

DUT.LRCC

Hình 2.13 Sơ đồ cắt bằng plasma trong thực tế

- 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 kế máy

DUT.LRCC

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN VÀ TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC MÁY

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

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của toàn máy

1 Phôi thép tấm 5 Dao trên

2 Con lăn 6 Dao dưới

3 Cử chặn 7 Sản phẩm

4 Bộ phận kẹp phôi 8 Bộ phận đỡ sản phẩm

9 Lô cán phôi vào

DUT.LRCC

3.1.2 Nguyên lý hoạt động toàn máy

Phôi thép tấm (1) được bộ phận cấp phôi (gồm lô cán (9) 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 (3) 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 (4) hoạt động kẹp chặt phôi (1) với lực kẹp F Sau khi phôi đã được kẹp chặt thì đầu dao trên (5) chuyển động đi xuống với vận tốc Vd phối hợp với đầu dao dưới (6) 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 (4) 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 (7) sau khi cắt được bộ phận đỡ sản phẩm (8) ( là một hệ thống băng tải quay với tốc độ n2) đưa đi với tốc độ VSP Những sản phẩm này sẽ được công nhân sắp xếp, đóng gói hoặc được đưa qua khâu tiếp theo của dây chuyền sản xuất 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

v

DUT.LRCC

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

3.2.1.2 Cơ cấu hình sin

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý cơ cấu hình sin

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

3.2.1.3 Chuyển động tịnh tiến nhờ hệ thống thuỷ lực

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

* Hoạt động: đầu ép được các nguồn cung cấp dầu từ bể đưa qua các phần tử điều

khiển lưu lượng, áp suất rồi đến van phân phối Từ van phân phối dầu sẽ được đưa vào buồng trái hoặc buồng phải của hai xi lanh tạo chuyển động tịnh tiến của cần piston, tạo lực cắt cho dao

* Ưu điểm:

+ Thực hiện được truyền động vô cấp cho chuyển động của đầu dao, đảm bảo chế

độ cắt thích hợp nhất Tạo được lực cắt lớn và công suất cắt lớn

+ Dễ dàng đảo chiều chuyển động, chống quá tải, các chi tiết, các cơ cấu đã được tiêu chuẩn hoá

+ 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

DUT.LRCC

3.2.2 Sơ đồ nguyên lý máy và nguyên tắc làm việc

3.2.2.1 Sơ đồ nguyên lý máy

10 11

12

13 14

1

3

2

9 4

A B

P T

7 8

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

3.2.2.2 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

3.2.3.1 Xác định chiều dài lưỡi dao, hành trình vận hành

a Tính sơ bộ chiều dài 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= 3000(mm)

Do đó:

L = 3000 + 80 = 3080 (mm)

DUT.LRCC

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 dao

3.2.3.2 Xác định độ vận hành của dao nghiêng

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

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

-Thời gian của dao đi là :

50

280

s v

Vậy thời gian cắt chính của dao là : t = 5,6 ( s)

3.3 THIẾT KẾ TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC TOÀN MÁY

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

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 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

DUT.LRCC

* Hoạt động:

Khi phôi thép tấm đã đƣợc 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 lƣỡi 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) đƣợc dẫn động từ động cơ qua hộp giảm tốc sẽ kéo tấm thép đi tới đến vị trí lƣỡi 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

* Ưu điểm: Hạn chế đƣợc nhƣợc 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

3

1

2 v

DUT.LRCC

* 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 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

H

T

4 1 2 3

5 6

DUT.LRCC

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:

* 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 2.11), 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 bất

3

2

4

6 7 8 5

1

DUT.LRCC

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:

3.3.2.1.Kẹp phôi bằng chính trọng lực của một khối kim loại

a 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

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

c 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

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

a Sơ đồ

Sơ đồ kẹp chặt bằng thuỷ lực:

10 11

12

13 14

1

3 2

9 4

A

P T

7 8

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

b 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

c 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

DUT.LRCC

3.3.2.3 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

a Sơ đồ

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

b 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

c Ưu nhược điểm của sơ cấu

5

DUT.LRCC

3.3.2.4 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 nén Kết cấu này đơn giản, dễ chế tạo, giá thành rẻ và có thể khắc phục được nhược điểm của các cơ cấu như

đã phân tích ở trên

* Sơ đồ bố trí của kết cấu:

15

1 0

0

15

2 0

0

4 0

0

5 0

0

6 0

0

0

3 0

0

8 0

Hình 3.15 Sơ đồ kết cấu cơ cấu kẹp phôi được chọn

1 Đầu kẹp 5 Lò xo chịu nén

2 Tấm kim loại 6 Tấm trượt mang đầu dao

3 Lõi thép 7 Lưỡi dao cắt

4 Đai ốc 8 Bàn dao dưới

DUT.LRCC

phẩm đến tay những người công

nhân bốc xếp, đóng gói hoặc

tiếp tục đưa đến khâu tiếp theo

của dây chuyền sản xuất Thông

thường bộ phận này đơn giản

chỉ là băng chuyền (băng tải)

chuyển động với vận tốc hợp lý

trong từng trường hợp cụ thể

Băng tải này được dẫn động

riêng biệt, và liên tục bằng động

cơ riêng qua hộp giảm tốc Sơ

đồ biểu diễn như sau:

DUT.LRCC

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC VÀ KẾT CẤU MÁY

4.1 TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC VÀ KẾT CẤU BỘ PHẬN KẸP PHÔI

Bao gồm việc tính lực kẹp cần thiết để giữ phôi cũng như lựa chọn cơ cấu và xác định các thông số kỹ thuật của các cơ cấu có trong bộ phận kẹp phôi

A B

C D

Ta có :

Z2 = h - DE = h 2

2

 = (1.2  1.6 )  = Z2/h (4.1) Trong đó:

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

tb

 : Ứng suất tiếp trung bình theo diện tích hình thang ABED

F : Diện tích hình thang ABED







 (4.3)

F = 2 2. 2

2

Pmax = k1.k2 k3 2

2 2

2

2/3

h tg

 : độ sâu đứt tương đối của vật cắt Tra bảng quan hệ giữa vật liệu cắt với 1 và 2 ta

được: giả sử vật liệu cắt là thép CT38, cắt ở trạng thái nguội có 2= 0,35

k1 : hệ số phụ thuộc vào độ cứng vật liệu, k1 = 0,7 0,75 = max b chọn k1= 0,73

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

1,25

k3: Hệ số tính đến độ tăng khe hở cạnh dao, cắt nguội k3= 1,21,3 chọn k3=1,2

h : Chiều dày lớn nhất của thép cắt, S = 20 mm

b

 : giới hạn bền của thép cắt, thép CT38 có b =(380 490) (N/mm2 ), chọn b=

400 N/mm2

DUT.LRCC

Do đó: Pmax = 0,73 x 1,25 x 1,2 x 400 x 2

0 0,35 204

2

35,02/

Suy ra : Q = 0,035 x 504227 = 17648 (N)

Vậy lực kẹp phôi cần thiết khi cắt là Q = 17648 (N)

4.1.2.Tính toán các thông số của bộ phận kẹp phôi

4.1.2.1.Tính kết cấu của lò xo trong cơ cấu kẹp chặt

Theo ở phần phân tích động học của cơ cấu kẹp chặt thì: Kết cấu kẹp gồm một tấm kim loại có khối lượng m với chiều dài l  b và hệ thống các lò xo được lồng trong các lõi thép, cơ cấu này gắn lên bộ phận mang dầu dao khi cắt

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

Sơ đồ cắt và kích thước sơ bộ như sau:

Hình 4.2 Sơ đồ kết cấu của cơ cấu kẹp chặt

1 Đầu kẹp 5 Lò xo chịu nén

2 Tấm kim loại 6 Tấm trượt mang đầu dao

3 Lõi thép 7 Lưỡi dao cắt

4 Đai ốc 8 Bàn dao dưới

15

1 0

0

15

2 0

0

4 0

0

5 0

0

6 0

0 7 0

0

3 0

0

8 0

0

DUT.LRCC

Giả sử ta bố trí đầu kẹp thấp hơn mũi dao trên là

Giả sử ban đầu lò xo được đặt vừa sít giữa tấm kim loại và tấm chặn trên

Giả sử chọn tấm kim loại có kích thước khối là l x b x h

lmin = Bmax = 3000 (mm)

b = 60mm , h = 300mm

Suy ra khối lượng của tấm kim loại :

m = thép V Với thép có  = 7,8kg/dm3

V = 3000 x 60 x 300 = 54 x 106 mm3 = 54 dm3 Suy ra : m = 7,8 x 54 = 421,2 (kg )

Như vậy khi đầu kẹp bắt đầu kẹp bắt đầu chạm vào tấm cắt và lò xo chịu nén chưa

bị nén thì áp lực do khối lượng tấm kim loại tác dụng lên tấm cắt là N0 :

N0 = m g = 421,2 9,8 = 4128 (N)

Do đó khi kẹp, lực tác dụng lên các lò xo là :

Fmax = Q - N0= 17648 - 4128 =13520 (N)

Giả sử ta sử dụng 6 lò xo chịu nén phân bố đều trên chiều dài tấm kẹp

Vậy lực tác dụng lớn nhất lên mỗi lò xo là : 13520/6= 2253 (N)

Do hành trình vận chuyển của đầu dao H = 280mm và đầu kẹp đặt thấp hơn mũi dao 15mm và khoảng cách giữa đầu kẹp với mặt trên của tấm thép là: b = 15mm Suy ra: Độ lớn chuyển vị x của lò xo là: x = 280 - 15 = 265mm

Ta bắt đầu tính kích thước của lò xo chịu nén với lực tác dụng lớn nhất của một lò

xo là

F lx = 2253 (N)

4.1.2.2 Các thông số của bộ phận kẹp phôi

a Chọn vật liệu và ứng suất cho thép của lò xo

Đối với máy cắt thép tấm có tải trọng lớn, va đập và rung động mạnh do đó vật liệu làm lò xo cần có tính đàn hồi cao và không thay đổi trong một thời gian dài, do vậy ta chọn thép silic -mangan có b= 16001700 N/mm2(bảng14.1[10])

Suy ra:

   0 , 3 b  0 , 3 1600  480 (N/mm2)

DUT.LRCC

2C

D

Hình 4.3 Sơ đồ tính toán lò xo d: đường kính tiết diện dây H 0 : Chiều cao lò xo

D: đường kính trung bình p: Bước lò xo

DUT.LRCC