Thiết kế máy cắt thép tấm bằng thủy lực

cũng đóng góp một phần không nhỏ, quan trọng hơn trong đó là phương pháp gia công kim loại cán và cắt thép tấm đóng một vai trò không nhỏ, nó góp phần tạo ra các sản phẩm, vật dụng và cá

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn: ThS LƯU ĐỨC HÒA

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN TUẤN ANH

Đà Nẵng, 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐỘC LẬP-TỰ DO-HẠNH PHÚC

KHOA CƠ KHÍ

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Tuấn Anh Số thẻ sinh viên:101139002

Lớp:13C1VA Khoa: Cơ khí Ngành: Chế tạo máy

1 Tên đề tài: Thiết kế máy cắt thép tấm bằng thủy lực

2 Đề tài thuộc diện: Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu: Các số liệu lấy tại nhà máy thực tập

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

 Lý thuyết về cơ sở cắt kim loại tấm

 Lý thuyết về biến dạng kim loại

 Giới thiệu về các phương pháp cắt kim loại

 Giới thiệu về các loại máy cắt thủy lực và các sản phẩm chính trong công nghiệp

 Tính toán động học và động lực học của máy

 Tính toán và chọn phần tử thủy lực

 Tính toán chọn các chi tiết cụ thể của máy(Xilanh,piston,xecmang,thân máy,xà ngang,cơ

cấu cấp phôi và đỡ sản phẩm của máy )

 An toàn và vận hành máy

5 Các bản vẽ ,đồ thị( ghi rõ các loại bản vẽ và kich thước)

 Bản vẽ sơ đồ động của máy 1A0

 Bản vẽ kết cấu toàn máy 1A0

 Bản vẽ hệ thống cấp phôi 1A0

 Bản vẽ hộp giảm tốc 1A0

 Bản vẽ sơ đồ điều khiển 1A0

 Bản vẽ kết cấu và thiết bị thủy lực 1A0

 Bản vẽ kết cấu cụm dao trên 1A0

Lưu Đức Hòa Toàn phần

7 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 1 tháng 9 năm 2019

8 Ngày hoàn thành đồ án: 30 tháng 11 năm 2019

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển của khoa học nói chung và ngành cơ khí nói

riêng Đòi hỏi người cán bộ kỹ thuật phải nắm vững kiến thức cơ bản

tương đối rộng Đồng thời phải biết vận dụng kiến thức đã học trong suốt

5 năm để giải quyết những vấn đề cụ thể thường gặp trong sản xuất, sửa

chữa và sử dụng

Do đó đồ án tốt nghiệp là mục đích giúp hệ thống lại những kiến thức

cơ bản đã học trước lúc ra trường Cùng với sự phát triển của thời đại công

nghiệp hóa, hiện đại hóa của ngành cơ khí, thì nhu cầu sản xuất phải sử

dụng máy móc độ chính xác cao, phải giảm sức lao động của con người,

tăng năng suất lao động Nhằm đáp ứng nhu cầu đó, em đã nhận đề tài tốt

nghiệp là “THIẾT KẾ MÁY CẮT THÉP TẤM BẰNG THỦY LỰC” với

các nội dung sau:

Chương 1: Tổng quan về việc sử dụng thép tấm trong công nghiệp

Chương 2: Cơ sở lý thuyết về cắt kim loại và giới thiệu về các phương

pháp cắt kim loại

Chương 3: Thiết kế động học và động lực học máy

Chương 4: Tính chọn các phần tử trong hệ thống thủy lực

Chương 5: Thiết kế và tính toán các hệ thống cơ học máy

Chương 6: Thiết kế hệ thống điều khiển máy

Chương 7: An toàn và vận hành máy

Đề tài được hoàn thành với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo

hướng dẫn Lưu Đức Hòa cùng các thầy cô trong khoa Vì là một vấn đề

tương đối lớn, mới của người sinh viên, không tránh khỏi những thiếu sót

Em rất mong sự góp ý chỉ bảo của thầy cô

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU iii

MỤC LỤC iv

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VIỆC SỬ DỤNG THÉP TẤM TRONG CÔNG NGHIỆP 1

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ QUÁ TRÌNH DẬP CẮT KIM LOẠI VÀ GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CẮT KIM LOẠI 4

2.1 Cơ sở cắt kim loại: 4

2.1.1 Biến dạng kim loại: 4

2.1.2 Sự thay đổi tính chất của thép tấm trong quá trình gia công: 7

2.1.3 Lực tác dụng trong quá trình cắt : 8

2.2 Giới thiệu về các phương pháp cắt kim loại: 10

2.2.1 Phương pháp cắt bằng nhiệt: 10

2.2.2 Cắt bằng cơ học: 13

2.2.3 Máy cắt lưỡi dao chấn động : 17

2.2.4 Kết luận: 17

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC MÁY 19

3.1 Giới thiệu chung: 19

3.2 Phân tích chọn phương án truyền động : 19

3.2.1 Chuyển động tịnh tiến bằng cơ cấu tay quay con trượt : 19

3.2.2 Cơ cấu hình sin : 20

3.2.3 Chuyển động tịnh tiến nhờ hệ thống thuỷ lực : 21

3.3 Lựa chọn sơ đồ hệ thống thuỷ lực tạo lực cắt : 22

3.4 Thiết kế động học máy: 23

3.4.1 Thiết kế động học cho bộ phận cấp phôi tự động: 23

3.4.2 Cơ cấu đỡ phôi : 27

3.4.3 Thiết kế động học cho bộ phận kẹp phôi : 28

3.4.4 Thiết kế động học cho bộ phận đỡ sản phẩm: 30

3.5 Tính động lực học máy: 31

3.5.1 Tính toán lực cắt : 31

3.5.2 Tính toán các thông số của bộ phận cắt : 31

CHƯƠNG 4: TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG THỦY LỰC 35 4.1 Tính toán bộ phận kẹp chặt : 35

4.1.1 Lực kẹp : 35

4.1.2 Tính toán thông số của bộ phận kẹp : 35

DUT-LRCC

4.2 Tính toán và lựa chọn các phần còn lại của hệ thống thủy lực : 36

4.2.1 Tính toán lựa chọn các thông số của bơm: 36

4.2.2 Tính các tổn thất trong hệ thống : 39

4.2.3 Xác định tiết diện ống dẫn dầu : 42

4.2.4 Phân tích chọn loại dầu trong hệ thống : 43

4.2.5 Chọn các phần tử thuỷ lực khác: 43

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN CÁC HỆ THỐNG CƠ HỌC MÁY 49

5.1 Tính toán hệ thống cấp phôi: 49

5.5.1 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động : 49

5.1.2 Tính toán thiết kế hệ thống cấp phôi : 49

5.2 Tính toán hệ thống đỡ sản phẩm : 53

5.3 Thiết kế dao cắt và bàn trượt : 54

5.3.1 Chọn vật liệu chế tạo dao cắt: 54

5.3.2 Các thông số của dao và bàn trượt gá dao: 56

5.4 Thiết kế hộp giảm tốc : 58

5.4.1 Lựa chọn phương án truyền động : 58

5.4.2 Tính toán thông số bộ truyền : 59

5.4.3 Thiết kế trục: 65

5.4.4 Tính then: 72

5.4.5 Thiết kế gối đỡ trục: 72

CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY 76

6.1 Giới thiệu về hệ thông điều khiển PLC: 76

6.1.1 Sơ lược về hệ thống điều khiển PLC : 76

6.1.2 Sơ đồ khối của bộ điều khiển PLC: 76

6.1.3 Lập trình các thiết bị logic chuẩn: 77

6.1.4 Nội dung của một chương trình điều khiển: 78

6.2 Phân tích chọn phương án điều khiển: 79

6.2.1 Dùng một công tắc hành trình: 79

6.2.2 Sử dụng cảm biến hồng ngoại: 80

6.2.3 Dùng cảm biến đo độ dài: 81

6.2.4 Kết luận: 81

6.3 Hoạt động của hệ thống điều khiển: 82

6.3.1 Sơ đồ nguyên lý: 82

6.3.2 Hoạt động: 83

6.3.3 Chương trình điều khiển: 84

CHƯƠNG 7: AN TOÀN VÀ VẬN HÀNH MÁY 85

DUT-LRCC

7.1 Trước khi làm việc: 85

7.2 Trong khi làm việc: 85

ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

DUT-LRCC

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ VIỆC SỬ DỤNG THÉP TẤM TRONG CÔNG NGHIỆP

Ngày nay khi nhu cầu về đời sống càng phát triển và nâng cao thì ngành công nghiệp cần phải đáp ứng đầy đủ và kịp thời những nhu cầu đó Trong đó ngành công nghiệp và gia công kim loại bằng áp lực như cán, kéo, ép, rèn tự do, rèn khuôn, dập tấm cũng đóng góp một phần không nhỏ, quan trọng hơn trong đó là phương pháp gia công kim loại cán và cắt thép tấm đóng một vai trò không nhỏ,

nó góp phần tạo ra các sản phẩm, vật dụng và các ngành nghề công nghiệp khác như : ngành công nghiệp hàng không, lĩnh vực điện, nông nghiệp, ô tô, xây dựng, công nghiệp đóng tàu, thuyền,

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

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

- Thép tấm mỏng : Chiều dày s = 0.2 : 3.75 mm Chiều rộng b = 600 : 2200 mm

- Thép tấm dày : Chiều dày s = 4 : 60 mm Chiều rộng b = 600 : 5000 mm Chiều dài l = 4000 : 12000 mm

- Thép tấm dài : Chiều dày s = 0.2 : 2 mm Chiều rộng b = 200 : 1500 mm Chiều dài l = 4000 : 60000 mm (Mục b/ Trang 28, [4])

Từ sự phân loại đó ta cũng có được các dạng phôi của thép tấm khác nhau như dạng phôi tấm hay dạng phôi cuộn, phôi dải

Hình dạng và kích thước của thép tấm qua quá trình cán nó được tiêu chuẩn hoá, do đó việc sử dụng thép tấm để chế tạo ra các sản phẩm như thùng, sàn xe ô tô, khung, sườn xe máy, các thiết bị ngành điện, các kết cấu trong ngành xây dựng như cầu, nhà cửa, sử dụng trong chính ngành cơ khí chế tạo, ngành tàu thuyền, thì phải được thông qua quá trình cắt thép tấm ra các kích thước và hình dạng khác nhau

DUT-LRCC

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

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

- Trong ngành chế biến, thép tấm được sử dụng rộng rãi không kém, nó được dùng

để chế tạo các thùng chứa, bể chứa, các chai, hộp để đóng gói,

- Trong nghành cơ khí : chế tạo thép tấm được sử dụng trong các thân máy của các máy cắt kim loại, khung sườn xe máy,…

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

Hçnh 1-1: Sản phẩm thép tấm trong xây dựng

Hçnh 1-2 Các lá thép

DUT-LRCC

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

- Thép tấm dùng làm vỏ, kết cấu khung tàu thuyền trong ngành tàu biển

,

DUT-LRCC

CHƯƠNG 2:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ QUÁ TRÌNH DẬP CẮT KIM LOẠI VÀ GIỚI

THIỆU VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CẮT KIM LOẠI

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

Gia công bằng áp lực thực hiện bằng cách dùng ngoại lực tác dụng lên kim loại ở trạng thái nóng hoặc trạng thái nguội, làm cho kim loại đạt đến 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 các tấm, dải, mảnh theo đường kín hoặc đường hở 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

2.1 Cơ sở cắt kim loại:

2.1.1 Biến dạng kim loại:

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

Tuỳ theo cấu trúc tinh thể của mỗi kim loại, các giai đoạn trên có thể xảy ra

ở các mức độ khác nhau dưới tác dụng của ngoại lực và tải trọng

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

Hçnh

2-1

DUT-LRCC

- Khi tải trọng tác dụng nhỏ hơn Pđh thì biến dạng kim loại tăng theo đường

bậc nhất, đây là giai đoạn biến dạng đàn hồi : biến dạng mất đi sau khi khử bỏ tải trọng

- Khi tải trọng từ Pđh Pđ thì độ biến dạng tăng với tốc độ nhanh, đây

là giai đoạn biến dạng dẻo, kim loại bị biến đổi kích thước, hình dạng sau bỏ tải trọng tác dụng lên nó

- Khi tải trọng đạt đến giá trị lớn nhất Pd 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

a 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

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

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

dư vẫn còn tồn tại

c Phá huỷ :

Quá trình biến dạng tăng dần với một mứt độ nào đó kim loại sẽ bị phá huỷ, đây là dạng hỏng nghiêm trọng và không thể phục hồi được

Cơ chế của quá trình phá huỷ : đầu tiên hình thành và phát triển các vết nứt

từ kích thướt siêu vi mô đến vi mô, đến vĩ mô ( bị phá huỷ )

-Phá huỷ trong điều kiện tải trọng tĩnh :

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

Điều kiện cần thiết cho biến dạng dẻo xảy ra là biến dạng dẻo và trạng 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 tập trung ứng suất

Ứng suất cần thiết để phát triển vết nứt :

E : mođun đàn hồi của vật liệu

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

2.1.2 Sự thay đổi tính chất của thép tấm trong quá trình gia công:

Khi cắt tính chất của thép tấm bị thay đổi, sở dĩ như vậy là do trong quá trình cắt biến dạng dẻo nguội làm cấu trúc tinh thể thay đổi: mật độ khuyết tật tăng lên mạnh mẽ dẫn tới độ bền kim loại tăng lên, kích thước và hình dạng các hạt kim lọai cũng như hướng của trục tinh thể thay đổi làm phát sinh ứng suất dư và xuất hiện những mặt trượt kích thích quá trình hóa già của kim loại Cụ thể như sau :

- Sự hóa già do biến dạng:

Hệ quả của sự hóa già kim loại là giảm tính dẻo (độ giãn dài tỷ đối giảm) và nâng cao tính bền của kim lọai (trở lực biến dạng, giới hạn chảy và độ cứng tăng)

Sự hóa già biến dạng xảy ra không đồng đều, trước tiên nó làm tăng độ cứng của kim loại tại các vùng có mật độ các nguyên tử nitơ và các bon cao, chủ yếu là ở mặt trượt, tại đây đặc biệt có nhiều lệch

Đối với thép Cacbon thấp, sự hóa già do biến dạng xảy ra mãnh liệt hơn sau khi biến dạng dẻo nguội; cường độ của nó tỷ lệ thuận với mức độ biến dạng, nhiệt

độ môi trường xung quanh và thời gian

- Xuất hiện mặt trượt:

Mặt trượt là những dấu vết vật lý do biến dạng dẻo cục bộ gây ra Mặt ttrượt xuất hiện tại vùng gần mép cắt, làm giảm độ nhẵn bóng bề mặt Sự xuất hiện các mặt trượt có liên quan đến tính chất cơ học không đồng đều của phôi Sự không đồng đều này là do sự hóa già trong quá trình biến dạng gây ra Trên vùng bề mặt này sau khi cắt có thể quan sát thấy những phần lồi lõm tương ứng với các mặt trượt

- Sự phát sinh hiện tượng ăn mòn:

DUT-LRCC

Trong quá trình xảy ra biến dạng dẻo nguội kim loại xảy ra sự hóa bền Sự hóa bền cùng với một số hiện tượng khác làm cho khả năng chống ăn mòn của kim loại giảm đi Tuy vậy, do những điều kiện không giống nhau, sự thay đổi hình dạng của các phôi kề nhau sau khi cắt sẽ phát sinh những ứng suất dư tế vi Những ứng suất dư này khi có sự ăn mòn sâu và các tinh thể sẽ làm suy yếu liên kết ở biên giới giữa các hạt và có thể gây ra những mầm giòn tự phát của các sản phẩm kim loại hoặc bán thành phẩm

2.1.3 Lực tác dụng trong quá trình cắt :

Tiếp theo dưới đây chúng ta sẽ đi phân tích cụ thể các lực tác dụng khi cắt vật liệu tấm bằng dao cắt Dưới đây là hình biểu diễn sơ đồ tác dụng lực khi cắt :

Hình 2.3 - Sơ đồ tác dụng lực khi cắt ( Hình 16/ Trang 32, [9] )

Lực tác dụng P của lưỡi cắt trên và lưỡi cắt dưới lệch nhau, do đó có khe hở giữa 2 lưỡi cắt, tạo nên momen quay :

M = P1 a (kGm)

Thông thường a = (1.5-2) z (m)

Momen này có xu hướng làm cho vật liệu quay đi một góc nhỏ trước lúc bị cắt đứt Hiện tượng quay làm cho chất lượng mặt cắt xấu đi Bởi vậy cần có sự chống quay đó bằng cách thêm vòa lực ép Q lên tấm vật liệu được biểu diễn như trên hình (2.5)

Lực cắt được tính toán theo công thức sau :

- Đối với lưỡi cắt bố trí song song :

P= L S 𝜏𝑐 (kG) ( Công thức trang 28/[5] )

- Đối với lưỡi cắt bố trí nghiêng 1 góc φ :

DUT-LRCC

Φ : Góc nghiêng của lưỡi cắt trên (độ)

α : Góc ăn của cặp dao đĩa tính theo độ (độ)

s : Chiều dày tấm thép (mm)

Bộ phận làm việc là những lưỡi cắt nhấn sâu vào trong kim loại làm cho nó bị biến dạng dẻo cho đến khi tách hoàn toàn một phần vật liệu này ra khỏi phần vật liệu khác Giữa các lưỡi cắt có một khe hở L

Tuỳ thuộc vào khe hở giữa các lưỡi cắt L và độ lún sâu của lưỡi dao vào chiều dày tấm h tại thời điểm bắt đầu sự phá huỷ, các vết vết nứt vỡ xuất phát từ các mép làm việc của lưỡi dao trên và dưới có thể song song với nhau hoặc gặp nhau Khi các vết nứt ở mép làm việc của các lưỡi cắt gặp nhau thì trị số khe hở L là tối ưu bởi

vì khi đó chất lượng mặt cắt là tốt nhất, mặt cắt phẳng và nhẵn Dưới đây là hình biểu diễn rõ hơn sự tối ưu và không tối ưu khi cắt

Hình 2.4 - Sơ đồ phân bố các vết nứt tại mép cắt a.Trường hợp cắt chưa tối ưu b Trường hợp cắt tối ưu

Ngoài ra lực cắt còn bị phụ thuộc vào một số yếu tố như bảng sau:

DUT-LRCC

Bảng 1.1- Các thông số ảnh hưởng đến lực cắt Các nhân tố ảnh hưởng Sự thay đổi của

thông số

Sự thay đổi của lực

cắt P Giới hạn bền  b tăng tăng

Bán kính góc lượn lưỡi dao r giảm giảm

Góc của lưỡi dao α giảm giảm

Tốc độ cắt tăng tăng

2.2 Giới thiệu về các phương pháp cắt kim loại:

Để thực hiện các công nghệ cắt các vật liệu, trong thực tế có nhiều phương pháp cắt như : Các 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 cũng như qui mô sản suất mà

ta có thể áp dụng phương pháp cắt khác nhau cho hợp lý

1 Phôi thép 2 Hỗn hợp khí C2H2

3 Dòng khí O2 4 Đầu cắt

DUT-LRCC

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 dộ 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

+ Ưu điểm :

- Thiết bị đơn giản, dễ vận hành

- Có thể cắt được kim loại có chiều dày lớn

+ Nhược điểm :

- Chỉ có thể cắt được kim loại thỏa mãn điều kiện cắt

- Vùng ảnh hưởng nhiệt lớn nên sau khi cắt chi tiết dễ bị cong vênh, biến dạng đặc biệt khi cắt các tấm dài

- 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

Hình 2.6 - Sơ đồ nguyên lý điều khiển hướng chùm tia laser khi cắt

( Hình 3.52/ Trang 119, [2] ) Chú thích :

1 Máy phát laser 2 Chùm tia laser

3 Gương phẳng nghiêng 4 Thấu kính hội tụ

5 Vật gia công 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

+ Ưu điểm:

- 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

DUT-LRCC

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

+ Nhược điểm:

- Khó điều chỉnh công suất ra

- Phương pháp này có những hạn chế là chiều dày tấm cắt trong phạm vi

1 Cụm dao trên 2 Sóng trượt 3 Lưỡi dao trên

4 Phôi 5 Công tắc hành trình 6 Cụm dao dưới

Ở phương pháp cắt này người ta thường bố trí lưỡi dao nghiêng một góc γ so với bàn máy.Khi bố trí lưỡi dao trên nghiêng thì quá trình cắt xảy ra dần dần, trên

DUT-LRCC

phần tách ra của tấm, vì thế lực cắt nhỏ hơn khi bố trí dao song song Ngoài ra tải trọng tĩnh đặt lên mép làm việc của lưỡi dao làm tăng độ cứng vững của chúng Góc nghiêng của lưỡi dao trên γ cần phải đảm bảo tự hãm, nghĩa là với góc nghiêng đó trong quá trình cắt không có sự dịch chuyển tấm trong mặt phẳng nằm ngang Tùy theo chiều dày của tấm, góc nghiêng γ = (2 ÷ 6)º, vật liệu càng dày góc γ càng lớn

- Ưu điểm: lực cắt không yêu cầu cao 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

- Nhược điểm : Chất lượng bề mặt mép cắt không được cao

+ Dao bố trí song song:

- Sơ đồ nguyên lý :

Nói chung kết cấu và các thông số của cặp lưỡi dao song song cũng giống như dao nghiêng Dưới đây là máy cắt thép có dao bố trí theo kiểu song song 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 Sơ đồ nguyên lý được biểu diễn như hình dưới :

Hình 2.8 – Sơ đồ nguyên lý cắt bằng lưỡi dao song song

( Hình 4.15/ Trang 34, [4] ) Chú thích :

1 Cụm dao trên 2 Sóng trượt 3 Lưỡi dao trên

4 Phôi 5 Công tắc hành trình 6 Cụm dao dưới

DUT-LRCC

Hình 2.9 - Máy cắt bằng lưỡi dao song song thực tế

Điểm khác biệt cơ bản đó là về sự thay đổi lực khi cắt, biểu đồ sau sẽ cho ta thấy cụ thể hơn về điều trên :

Sơ đồ 2.10 - Sự thay đổi lực khi cắt trên máy cắt I- dao nghiêng; II- dao song song

Khi cắt trên máy cắt dao song song lực cắt P tăng nhanh và đạt giá trị cực đại , sau đó giảm dần (đường II hình 2.1)

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

- Ưu điểm : đường cắt thẳng đẹp, hành trình dao nhỏ, lực cắt tương đối lớn

- Nhược điểm : chỉ cắt được đường thẳng,chiều rộng tấm cắt phải nhỏ hơn

chiều dài dao Cắt được tấm rộng B≥3200mm, chiều dày S đến 60mm

DUT-LRCC

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

- Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.11 - Kết cấu của dao cắt đĩa 1 cặp dao

( Hình 4.17a/ Trang 34, [4] ) Chú thích :

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

- Ưu điểm : đặc điểm nổi bật khi cắt trên máy cắt dao đĩa là với một đường

kính đĩa dao xác định, các máy cắt không những chỉ cắt kim loại mà còn giữ chặt

và kéo kim loại vào vùng cắt Vì vậy, chiều dài của dải cắt là không giới hạn

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

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

- Nhược điểm : phương pháp này tốc độ cắt chậm Năng suất thấp khi ta cắt

thép tấm có chiều dày lớn tuy rằng lực cắt nó nhỏ

DUT-LRCC

2.2.3 Máy cắt lưỡi dao chấn động :

a Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.12 - Sơ đồ nguyên lý cắt bằng lưỡi dao chấn động

( Hình 4.16/ Trang 34, [4] ) Chú thích :

1 Lưỡi cắt trên 2 Lưỡi cắt dưới

có nhận xét lại như sau:

- Phương pháp dùng hồ quang quang điện hay ngọn lửa khí có thể cắt được thép tấm có bề dày lớn nhưng chất lượng mép cắt không cao, năng suất thấp, khó cơ khí hoá và tự động hoá Do đó nó chỉ phù hợp khi cắt những tấm dày, có hình dáng phức tạp

- Phương pháp cắt bằng tia laser: Dùng chùm tia laser có thể gia công được các loại vật liệu có cơ tính tốt , dế dàng cơ khí hoá và tự động hoá Tuy nhiên chiều dày cắt được tương đối mỏng, mặt khác thiết bị tạo nguồn laser phức tạp và giá thành cao

DUT-LRCC

- Phương pháp cắt bằng cặp dao đĩa, phương pháp này tốc độ cắt chậm hơn, năng suất thấp khi ta cắt thép tấm có chiều dày lớn tuy rằng lực cắt nó nhỏ, do 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 chọn phương án lưỡi dao cắt nghiêng để thiết

kế máy

DUT-LRCC

CHƯƠNG 3:

THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC MÁY

3.1 Giới thiệu chung:

Một kết cấu được xem là có tính công nghệ khi kết cấu đó thỏa mãn các yêu cầu kĩ 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 có nghĩa là một mặt nó 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 quan 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 dến 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 …

3.2 Phân tích chọn phương án truyền động :

3.2.1 Chuyển động tịnh tiến bằng 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 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

- Sơ đồ nguyên lý:

DUT-LRCC

Hình 3.1 - Sơ đồ cơ cấu tay quay con trượt Chú thích:

1 Tay quay 2 Thanh truyền

3 Con trượt

- Nguyên tắc hoạt động:

Tay quay 1 được dẫn động bởi động cơ điện chuyển động quay tròn, truyền chuyển động cho thanh truyền 2 Thanh truyền đẩy con trượt 3 chuyển động tịnh tiến dọc theo rãnh trượt

+ Tạo lực không lớn, dẫn động phức tạp và khó điều khiển

3.2.2 Cơ cấu hình sin :

Hình 3.2 - Sơ đồ nguyên lý cơ cấu hình sin

DUT-LRCC

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

3.2.3 Chuyển động tịnh tiến nhờ hệ thống thuỷ lực :

+ Tự động hoá đơn giản

DUT-LRCC

 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

3.3 Lựa chọn sơ đồ hệ thống thuỷ lực tạo lực cắt :

a Sơ đồ hệ thống thuỷ lực tạo lực cắt :

Hình 3.4 - Sơ đồ hệ thống thuỷ lực tạo lực cắt Chú thích :

1 Bể dầu 7 Van tiết lưu

2 Bơm dầu 8 Van phân phối

3 Van tràn 9 Xy lanh sinh lực

4 Van 1 chiều 10 Dao cắt

5 Bộ lọc tinh 11 Rãnh trượt

6 Ắc quy dầu 12 Bàn dao dưới

DUT-LRCC

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 (5), van an toàn (3), bộ ắc quy dầu (6) đến van tiết lưu (7), 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 (8) 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

3.4 Thiết kế động học 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

3.4.1 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

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 hình 3.2 sau :

Hình 3.5 - Nguyên lý cấp phôi bằng hệ thống các

xilanh - piston khí nén Chú thích : 1 piston-xylanh kẹp lúc cấp phôi 2 piston-xilanh đẩy phôi vào

3 Hệ thống các con lăn đỡ 4 Phôi thép tấm 5 Cảm biến áp suất

- Hoạt động:

DUT-LRCC

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

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

- 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

c Hệ thống cấp phôi dùng băng tải :

- Sơ đồ nguyên lý hình 3.4 dưới :

Hình 3.7 - Sơ đồ nguyên lý hệ thống cấp phôi dùng băng tải

Chú thích : 1.Tang dẫn 2.Con lăn 3 Băng

4 Phôi tấm 5 Bộ phận kẹp chặt 6 Dao trên

7 Dao dưới

- Hoạt động :

Băng tải được bố trí phía trước bàn dao dưới, được dẫn động bởi động

cơ điện cấp phôi cho máy cắt Sự chuyển động của tấm thép nhờ vào ma sát giữa bản thân nó với băng Vật liêu làm băng có thể là vải cao su hoặc làm bằng thép tấm mỏng

- Ưu điểm :

DUT-LRCC

+ Hệ thống làm việc tương đối êm, năng suất cao tuy nhiên tấm thép luôn tiếp xúc trên mặt băng làm cho băng chóng mòn

- Nhược điểm :

+ Thiết bị cồng kềnh, khó điều khiển chính xác phôi thép đến vị trí cần cắt

 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

 Sơ đồ, nguyên lý hoạt động và các thông số cơ bản của bộ phận cấp phôi:

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

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)

- Tốc độ cán phôi vào : 0,3 (m/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

3.4.2 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 3.5)

- Sơ đồ bàn đỡ phôi:

Hình 3.9 - Kết cấu bàn đỡ phôi Chú thích :

1 Đế 2 Giá đỡ 3 Thanh giằng

4 Con lăn 5 Con lăn bên 6 Tay quay điều chỉnh

7 Con trượt 8 Lò xo

DUT-LRCC

3.4.3 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 = Pcắt a (kG.m) ( Công thức trang 32/ [9] )

Thông thường: a = ( 1.5 2) z (m)

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

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

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

DUT-LRCC

bắt đầu trượt lồng không là lúc lực kẹp của tấm thép đã cố định và là lúc có lực kẹp lớn nhất

- Đặc điểm :

- 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 nguyên lý: như hình 3.4 mục 3.3 (a)

- Nguyên lý hoạt động : như mục 3.3 (b)

- Đặc điểm :

+ 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 3.9)

- Nguyên lý 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

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 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

3.4.4 Thiết kế động học cho bộ phận đỡ sản phẩm:

Sau khi cắt, sản phẩm sẽ được đẩy hoặc tự chảy ra ngoài Ở đây sẽ có một bộ phận đỡ sản phẩm có nhiệm vụ đưa sản 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 hệ thống con lăn có độ nghiêng nhất định nhằm cho sản phẩn tự chảy theo

DUT-LRCC

( Công thức trang 32/ [9] )

Trong đó:

k : Hệ số = 1,1÷ 1,3; lấy k = 1,2 c : Trở lực cắt của vật liệu (N/mm)

 = (0,7 ÷ 0,8).c  b Đối với thép CT42 có giới hạn bền ( 380 ÷ 490) N/mm lấy  = 450 b (N/mm)

smax : Chiều dày vật liệu

450.75,0.10.5,0.2,

1 289588 (N) Vậy lực cắt lớn nhất khi cắt là:

Pmax = 289588 (N)

3.5.2 Tính toán các thông số của bộ phận cắt :

DUT-LRCC

+ Tiết diện của piston :

Để tính tiết diện của piston ta sử dụng công thức sau :

P = Ft

A (N) ( Công thức 2.7/ Trang 30, [10] )

Trong đó :

A : Tiết diện piston (cm2)

p : Áp suất làm việc của xylanh (N/m2) F

t : Lực công tác mà mỗi xylanh tạo nên (kN) Với lực cắt thép tấm là rất lớn, ta sử dụng 2 xy lanh thuỷ lực, do đó lực cần thiết ở mỗi xy lanh là:

Ft = 289588

2 = 144794 (N)

Chọn áp suất làm việc của xy lanh

P = 80 bar = 8 (N/mm2) Suy ra : A = Ft

+ Đường kính cần của piston :

 d = 0,5 160 = 80 (mm)

Chọn theo tiêu chuẩn d = 80 (mm)

+ Lưu lượng làm việc của xilanh là :

Sử dụng công thức sau :

Q = A v (l/ ph) ( Công thức 3.16/ Trang 31, [5] )

Trong đó :

V : Vận tốc đầu dao khi ở hành trình cắt (mm/s)

Do lực cắt P = 289588 (N) < 20 (MN) Nên Vct = ( 5100) (mm/s) Chọn Vc = 50 (mm/s)

A : Tiết diện piston

N = P.v (N) Trong đó :

P : Lực để cắt tấm thép P = 289588 (N)

v : Vận tốc khi ở hành trình cắt (m/s)

v = 50 (mm/s) = 0,05 (m/s)

N : Công suất cắt (N) Suy ra : N = 289588 0,05 = 14479 (W) = 14,5 (kW)

+ Tính sơ bộ chiều dài thân xilanh:

Đã tính được hành trình dịch chuyển của dao cắt H = 226 (mm)

Xác định sơ bộ chiều dài xilanh tạo lực cắt :

Trong quá trình cắt do chịu phản lực cắt nên vận tốc cắt thay đổi (lớn nhất khi quá trình cắt vừa kết thúc), gây va đập cho máy Vì vậy cần phải giảm chấn cho

DUT-LRCC

dao cắt Đối với hệ thống dùng xylanh thuỷ lực người ta giảm chấn bằng cách tạo một lớp dầu còn lại trong xilanh ở đầu hành trình cũng như cuối hành trình của piston, nhờ sự biến dạng đàn hồi của lớp dầu này sẽ không làm thay đổi đột ngột về lực cũng như vận tốc của cần piston

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

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

h2 là độ dày của lớp dầu giảm chấn cho hành tình piston đi xuống Với h1 = 25 mm,

h2= 25 mm

Do đó tổng chiều dài xilanh là :

L = H + h1 + h2 + c (mm) Trong đó

C : Chiều dày piston Chọn c = 40 (mm)

h1 : Là độ dày của lớp dầu giảm chấn cho hành trình piston đi lên

Chọn h1 = 25 (mm)

h2 : Là độ dày của lớp dầu giảm chấn cho hành tình piston đi

xuống

Chọn h2= 25 (mm) Vậy : L = 226 +25 + 25 + 40 = 316 (mm)

Hình 3.13- Sơ đồ xác định kích thước xy lanh

DUT-LRCC