Thiết kế máy cắt thép tấm

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BACH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc 3- Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: - Tổng quan tài liệu: Giới thiệu s

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÁY CẮT THÉP TẤM

Người hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN VĂN YẾN

Sinh viên thực hiện: HỒ VĂN ĐẠI

Đà Nẵng, 2019

TÓM TẮT

Tên đề tài: Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Đại

MSSV: 101140074

Lớp: 14C1B

Đồ án tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế máy cắt thép tấm” gồm các bộ phận chính sau: động cơ điện, bơm dầu, các xy lanh thủy lực , lưỡi dao cắt, cơ cấu cấp phôi bằng cặp con lăn,hộp giảm tốc trục vít bánh vít, các cơ cấu truyền động trong máy như bộ truyền xích, trục vít me…

Máy thực hiện các nhiệm vụ thông qua động cơ điện Động cơ hoạt dộng làm con lăn dẫn động quay tạo lực ma sat giữa 2 con lăn với tấm thép làm cho tấm thép di chuyển vao vùng cắt, khi đạt đến chiều dài cần cắt động cơ dung xy lanh kẹp chặt phôi đi xuống kẹp chặt tấm thép sau đó xy lanh cắt đi xuống để cắt sau khi cắt xong

xy lanh cắt lùi về tiếp theo xy lanh kẹp chặt lùi về và động cơ hoạt động lại , thép tấm được cắt trượt trên sàn lăn đến địa điểm được bố trí sẳn Đồ án đã thực hiện các nhiệm vụ:

DUT.LRCC

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BACH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

3- Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

- Tổng quan tài liệu:

Giới thiệu sản phẩm và phôi thép tấm

Cơ sở lý thuyết liên quan đến quá trình cắt thép tấm

Các máy cắt thép đang được sử dụng trong thực tế

- Xây dựng lược đồ của máy:

Tính, chọn các thông số chủ yếu cho máy,

Lập sơ đồ động cho máy,

- Tính toán thiết kế các bộ phận máy:

4- Các bản vẽ và đồ thị:

- Bản giới thiệu các phương pháp cắt : 01 bản A0

- Bản vẽ sơ đồ động của máy : 01 bản A0

6- Ngày giao nhiệm vụ:

Ngày……tháng……năm 2019

7- Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

Ngày……tháng ……năm 2019

Đã thông qua Bộ môn

Ngày tháng năm 2019 Cán bộ hướng dẫn

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” với các nội dung sau:

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

Phần II Cơ sở lý thuyết về cắt kim loại

Phần III Giới thiệu về các phương pháp cắt thép tấm

Phần IV Phân tích chọn phương án thiết kế máy

Phần V Tính toán động học toàn máy

Phần VI.Thiết kế hệ thống điều khiển

Phần VII.Hướng dẫn sử dụng và bảo quản máy

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

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

LỜI CAM ĐOAN

Tên đề tài: “Thiết kế máy cắt thép tấm ”

GVHD: PGS Nguyễn Văn Yến

Họ tên: Hồ Văn Đại

Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp: Ngày 31 tháng 05 năm 2018

Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố nào mà không trích dẫn nguồn gốc Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”

Đà Nẵng , ngày 25 tháng 05 năm 2019

Sinh viên thực hiện

Hồ Văn Đại

DUT.LRCC

MỤC LỤC

Tóm tắt

Nhiệm vụ đồ án Lời nói đầu i

Lời cam đoan ii

Mục lục iii

Trang PHẦN ITỔNG QUAN VỀ NHU CẦU SỬ DỤNG THÉP TẤM TRONG CÔNG NGHIỆP 1

PHẦN IICƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CẮT KIM LOẠI 4

I-CÁC ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT CẢU SẢN PHẨM 4

II-CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH CẮT THÉP TẤM 4

1 Biến dạng dẻo kim loại 4

2 Biến dạng đàn hồi 6

3 Phá hủy 7

4 Sự thay đổi tính chất của thép tấm trong quá trình gia công 8

5 Nguyên lý biến dạng khi cắt 8

PHẦN IIIPHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY 12

I- GIỚI THIỆU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CẮT: 12

1 Phương pháp cắt thủ công 12

2 Cắt bằng hồ quang điện hoặc ngọn lửa khí 12

3 Cắt bằng tia laser 14

4 Cắt trên máy cắt có lưỡi dao chuyển động tinh tiến 14

5 Cắt trên máy cắt có lưỡi dao chuyển động quay 17

6 Cắt bằng chùm tia plasma 20

7 Kết luận 21

III- PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY 22

1 Chuyển động tịnh tiến nhờ cơ cấu tay quay con trượt 22

2 Chuyển động tịnh tiến nhờ xy lanh thuỷ lực 22

3 Kết luận 24

PHẦN IVTÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC TOÀN MÁY 25

I - DAO CẮT: 25

1 Tính toán sơ bộ chiều dài của lưỡi dao 25

2 Xác định hành trình của dao nghiêng 25

3 Xác định vận tốc và thời gian cắt của đầu dao trên 26

4 Xác định thời gian đi xuống của đầu dao trên 26

II- BỘ PHẬN KẸP CHẶT 26

1 Kẹp phôi bằng chính trọng lực của một khối kim loại 26

2 Kẹp chặt bằng hệ thống thuỷ lực dầu ép hoặc khí nén 27

3 Kẹp chặt bằng hệ thống các lò xo chịu nén gắn lên lưỡi dao trên 27

4 Kết luận 28

III – HỆ THỐNG CẤP PHÔI 29

1 Cấp phôi bằng hệ thống các xylanh khí nén 29

2 Hệ thống cấp phôi dùng băng tải 30

DUT.LRCC

3 Hệ thống cấp phôi dùng cặp con lăn 31

4 Động học hệ thống cấp phôi 31

IV-CƠ CẤU ĐỠ PHÔI 32

V-BỘ ỔN TỐC: 32

PHẦN V TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC VÀ KẾT CẤU MÁY 33

I-TÍNH TOÁN HỆ THỐNG THUỶ LỰC 33

II-TÍNH TOÁN XY LANH TẠO LỰC CẮT 33

1 Xác định lực cắt 33

2 Tính toán xy lanh 34

3 Tính toán bộ phận kẹp chặt 36

4 Tính các tổn thất trong hệ thống 37

5 Tính toán lựa chọn các thông số của bơm 39

6 Xác định tiết diện ống dẫn dầu 41

7 Phân tích chọn loại dầu trong hệ thống: 42

8 Chọn các phần tử thuỷ lực khác: 42

III-TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ DAO VÀ BÀN TRƯỢT 45

1 Chọn vật liệu chế tạo dao cắt 45

2 Các thông số của dao và bàn trượt gá dao 46

3 Kiểm nghiệm sức bền của thanh dao gá lên bàn dao 47

IV-TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CẤP PHÔI 48

1 Sơ đồ nguyên lý, nguyên lý hoạt động của bộ phận cấp phôi 48

2 Tính lực kéo phôi thép tấm của tang dẫn động 49

3 Tính chọn động cơ 50

V-TÍNH TOÁN SÀN LĂN 51

1 Sàn lăn: 51

VI-THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC 51

1 Chọn vật liệu, cách chế tạo và nhiệt luyện 51

2 Định ứng suất cho phép 52

3 Chọn số mối ren Z1 của trục vít và tính số răng Z2 của bánh vít 52

4 Chọn sơ bộ hiệu suất, hệ số tải trọng và tính công suất trên bánh vít 52

5 Định mođun m và hệ số đường kính q theo điều kiện sức bền tiếp xúc 52

6 Kiểm nghiệm vận tốc trượt, hiệu suất và hệ số tải trọng 53

7 Kiểm tra sức bền uốn của răng bánh vít 54

8 Định các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền 54

9 Tính lực truyền tác dụng lên trục vít 55

10 Kiểm nghiệm sức bền và độ cứng uốn của thân trục vít 56

11 Thiết kế trục 57

12 Tính then 64

13 Thiết kế gối đỡ trục 65

VII-THIẾT KẾ KHUNG VÀ VỎ MÁY 68

1 Kết cấu tấm giằng trước 68

2 Kết cấu tấm giằng sau 69

3 Kết cấu bàn dao dưới 69

4 Xác định các kích thước của khung vỏ máy: 69

PHẦN VITHIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 71

I - GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PLC 71

1 Sơ đồ khối của bộ điều khiển PLC 71

DUT.LRCC

2 Lập trình các thiết bị logic chuẩn 72

3 Nội dung của một chương trình điều khiển 73

II- PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN 74

1 Dùng một công tắc hành trình 74

2 Sử dụng cảm biến hồng ngoại 75

3 Dùng cảm biến đo độ dài 75

4 Kết luận 76

III- HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 76

1 Sơ đồ nguyên lý: 76

2 Hoạt động 77

3 Biểu đồ trạng thái 77

4 Chương trình điều khiển 78

PHẦN VII HƯỚNG DẪN VẬN HÀNH MÁY 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

DUT.LRCC

PHẦN I TỔNG QUAN VỀ NHU CẦU SỬ DỤNG THÉP TẤM TRONG

CÔNG NGHIỆP

Trong sự phát triển của các lĩnh vực cơ khí như: Chế tạo máy, giao thông vận tải, điện lực, xây dựng, đóng tàu , thì nhu cầu về sử dụng thép tấm ngày một tăng; nhằm trang bị cho sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước

Do đó đòi hỏi phải tìm ra các biện pháp gia công thép tấm năng suất cao nhằm tạo ra thành phẩm hoặc bán thành phẩm phục vụ cho một quá trình công nghệ Nhu cầu về thép tấm cũng hết sức đa dạng:

-Trong ngành chế tạo máy : Thép tấm được sử dụng trong các thân máy của các máy cắt kim loại, vỏ máy, khung sườn xe máy,

DUT.LRCC

Hình 1.2 -Sản phẩm làm từ thép tấm

-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

Hình 1.3- Kết cấu hàn từ thép tấm

-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 ngành đóng tàu thép tấm dùng làm vỏ, kết cấu khung tàu thuyền

Ngoài ra thép tấm còn được dùng để dập ra các đồ dùng dân dụng phục vụ đời sống hay trong ngành công nghiệp hàng không dùng để che chắn, nắp đậy thân, cửa của máy bay, tên lửa,

Với nhu cầu sử dụng hiện tại của thép tấm, cần thiết phải có các máy móc, thiết bị để cắt các loại thép tấm phục vụ công nghiệp, đặc biệt trong lĩnh vực cơ khí chế tạo

DUT.LRCC

Bảng I - Thống kê các loại thép tấm

(mm)

Bề rộng (mm)

Chiều dài ( m )

PHẦN II

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CẮT KIM LOẠI

I-CÁC ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT CẢU SẢN PHẨM :

Sản phẩm thép tấm hết sức đa dạng, song hầu hết sản phẩm sau khi cắt mới chỉ

là bán thành phẩm phục vụ cho một quá trình công nghệ Để thuận lợi cho các công đoạn sản xuất tiếp theo cũng như đảm bảo chất lượng của thiết bị khi hoàn thành, tấm thép cắt ra phải đảm bảo một số yêu cầu sau:

+ Mép cắt phải trơn, thẳng

+ Sự biến dạng nằm trong giới hạn cho phép

+ Đảm bảo đúng yêu cầu về kích thước

II-CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH CẮT THÉP TẤM:

1 Biến dạng dẻo 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

Hình 2.1- Biểu đồ biến dạng dẻo kim loại

-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 Pdh → Pd 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

DUT.LRCC

-Khi tải trọng đạt đến giá trị lớn nhất 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

Trong kim loại đơn tinh thể các nguyên tử kim loại sắp xếp theo một trật tự xác định, mỗi nguyên tử luôn dao động xung quanh vị trí cân bằng của nó (Hình 2.2- a)

Hình 2.2- Sơ đồ biến dạng trong đơn tinh thể kim loại

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 (Hình 2.2-b)

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

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

DUT.LRCC

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

2 Biến dạng đàn hồi:

Dưới tác dụng của ngoại lực hay cắt kim loại bằng áp lực, mạng tinh thể bị

biến dạng Khi lực tác dụng nhỏ, ứng suất sinh ra trong kim loại chưa vượt quá giới hạn đàn hồi, các nguyên tử kim loại dịch chuyển không quá một thông số mạng, nếu thôi tác dụng lực thì mạng tinh thể lại trở về trạng thái ban đầu

Khi chịu tải, vật liệu sinh ra một phản lực cân bằng với ngoại lực, ứng suất là phản lực tính trên một đơn vị diện tích Ứng suất vuông góc với mặt chịu lực gọi là ứng suất pháp , gây biến dạng  Ứng suất tiếp  sinh ra xê dịch góc  Ứng suất pháp 3 chiều (ứng suất khối) làm biến dạng thể tích

v v



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

đồ sau :

Hình 2.3- Biến dạng đàn hồi

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

mô tả bằng định luật Hooke :

Phương trình cơ sở của lý thuyết đàn hồi:

 =E. ( cho kéo và nén ) ( 1.1)

 =G. ( cho xê dịch ) ( 1.2 )

Trong đó : E : modun đàn hồi của vật liệu

G : modun đàn hồi trượt

Và P = - k.

v v

 (đối với ép 3 chiều ) ( 1.3 )

3 Phá hủy

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)

a) Phá hủy trong điều kiện tỉa trọng tĩnh

+ Phá huỷ dẻo: Là phá huỷ có kèm theo sự biến dạng dẻo với mức độ tương đối Phá huỷ dẻo xảy ra với tốc độ nhỏ và cần nhiều năng lượng nên ít nguy hiểm Điều kiện cần thiết cho phá huỷ dẻo xảy ra là biến dạng dẻo và trạng thái ứng suất kéo ba chiều trong vùng co thắt cục bộ

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

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

Ứng suất cần thiết để phát triển vết nứt:

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

c) Phá hủy ở nhiệt độ cao

Sự tạo nên vết nứt có thể theo cơ chế sau: các hạt trượt lên nhau theo biên giới

DUT.LRCC

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

4 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 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

a)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 các bon 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

b)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

c)Sự phát sinh hiện tượng ăn mòn:

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

5 Nguyên lý biến dạng khi cắt:

Quá trình cắt được chia làm hai giai đoạn:

+ Giai đoạn ép vào kim loại: Hai lưỡi dao tỳ vào bề mặt kim loại làm xô lệch các thớ kim loại nhưng chưa làm đứt chúng

DUT.LRCC

+ Giai đoạn cắt : Hai lưỡi dao tiếp tục ép sát vào nhau làm các thớ kim loại

bị trượt và tách khỏi nhau

Để tìm hiểu nguyên lý biến dạng, ta khảo sát nguyên công cắt phôi và cắt chia, nhằm xác định các thông số cần thiết cho việc tính toán công nghệ

Trong quá trình tách một phần kim loại này ra khỏi phần kim loại khác có thể chia thành các giai đoạn riêng biệt:

h

c) b)

a)

Z

Z Z

Hình 2.4- Các giai đoạn của quá trình cắt

Ở giai đoạn đầu của quá trình cắt biến dạng dẻo tập trung ở mép làm việc của lưỡi cắt sau đó ổ biến dạng bao quanh lưỡi cắt ( H2.4-a)

Giai đoạn hai bắt đầu khi có sự chuyển dịch tương đối giữa phần này với phần kia của tấm (H2.4-b) Ở giai đoạn này nó tạo ra bề mặt phẳng nhẵn, bóng và được san phẳng bởi lực ma sát F hướng theo bề mặt bên của lưỡi dao

Do sự tiến lại gần nhau của các lưỡi cắt, mức độ biến dạng tăng lên và khi

đó tính dẻo của kim loại bị mất đã bắt đầu giai đoạn 3 Các vết nứt xuất hiện, phát triển và phá huỷ kim loại cho đến khi kết thúc quá trình tách phần vật liệu này ra khỏi phần vật liệu khác của tấm (H2.4-c) Sự phá huỷ kim loại xảy ra ở phía trước mép làm việc của lưỡi dao trong tấm, vì vậy các vết nứt gọi là các vết nứt phá vỡ trước

Sự đứt vỡ bắt đầu khi lưỡi dao éo sâu vào trong tấm đến một chiều sâu h xác định Chiều sâu này tuỳ thuộc tính chất cơ lý của kim loại và chiều dày S của tấm, nếu vật liệu càng dẻo thì h càng lớn Các giai đoạn của quá trình cắt được đặc trưng bởi hình dạng của bề mặt cắt

Hình 2.5- Bề mặt bên của phần kim loại được cắt ra

DUT.LRCC

Vùng I là vùng uốn của tấm do các lớp kim loại liền kề với bề mặt cắt ( dọc theo bề rộng của tấm) bị bao trùm bởi biến dạng dẻo thay đổi từ giá trị không ở lớp giới hạn ngoài cùng đến giá trị cực đại ở bề mặt bị tách ra

Vùng II là vùng có bề mặt sáng bóng, được san phẳng bởi lực ma sát

Vùng III là vùng bề mặt nứt vỡ được tạo ra do sự xuất hiện và phát triển của các vết nứt Các vết nứt này tạo với bề mặt của tấm một góc θ xác định và được gọi

là góc nứt tự do Giá trị của góc θ = ( 4 ÷ 6 )º tuỳ thuộc vào tính chất cơ lý của vật liệu

Hình 2.6 - Sơ đồ tác dụng lực khi cắt

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 Z Khi cắt sẽ sinh ra mô men uốn M bằng tích số giữa lực cắt đặt tại lưỡi cắt với khoảng cách lớn hơn khe hở Z một chút:

Tuỳ thuộc vào khe hở giữa các lưỡi cắt Z 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 từcác mép làm việc của lưỡi dao trên và dưới có thể song song với nhau hoặc gặp nhau

DUT.LRCC

Khi các vết nứt ở mép làm việc của các lưỡi cắt gặp nhau thì trị số khe hở Z là tối

ưu bởi vì khi đó chất lượng mặt cắt là tốt nhất, mặt cắt phẳng và nhẵn

Hình 2.7- 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 θ

tu

Z = ( S - h ).tg θ

Từ công thức trên ta có thể thấy rằng trị số khe hở tối ưu sẽ tăng lên khi chiều dày vật liệu tăng và giảm trị số h ( vật liệu càng dẻo thì trị số khe hở tối ưu càng nhỏ)

Tỷ số h/S tuỳ thuộc vào loại vật liệu phôi và tốc độ biến dạng Giá trị này có thể được xác định theo công thức kinh nghiệm:

h/S = 0,76 - 0,035.S - 0,0014.n (với thép có σb = 300MP) trong đó : n- hành trình/phút của máy cắt

Trên thực tế trị số khe hở tối ưu Ztối ưu được xác định theo các số liệu trên

cơ sở thực nghiệm và những kinh nghiệm của những nhà máy tiên tiến Đối với thép mềm trị số khe hở tối ưu thay đổi tuỳ thuộc chiều dày vật liệu từ 0,02(khi S = 0,25) đến 0,82 ( khi S = 12,5)

Một cách gần đúng có thể coi rằng với S ≤ 4 thì:

tu

Z = (0,03 ÷ 0,06) mm Theo kinh nghiệm thực tế khi cắt thép tấm trên máy cắt dao nghiêng thì

Bán kính góc lượn lưỡi dao r giảm giảm

DUT.LRCC

PHẦN III PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY

Trong thực tế có rất nhiều phương pháp cắt thép tấm như : Cắt thủ công, cắt bằng ngọn lửa hàn khí, cắt bằng chùm tia laser, plasma hay các phương pháp cắt bằng máy cắt có lưỡi dao Tùy theo hình dạng, kích thước của phôi, yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm cũng như qui mô sản suất mà ta có thể áp dụng phương pháp cắt khác nhau Mặt khác phương pháp cắt còn ảnh hưởng rất lớn đến năng suất sản xuất Ta tiến hành phân tích một số phương pháp cắt thép tấm phổ biến hiện nay, từ

Phương pháp này chỉ áp dụng cho những phân xưởng thủ công, cắt các thép tấm có chiều dày bé và tiết diện nhỏ

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

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

2 Cắt bằng hồ quang điện hoặc ngọn lửa khí:

Cắt đứt kim loại đen, kim loại màu và kim loại bằng hồ quang hoặc ngọn lửa khí là phương pháp đốt cháy làm cho vật cắt đạt tới điểm nóng, bị đẩy mạnh và bị tách rời

Cắt đứt bằng hồ quang: 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 lứa 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 Sơ đồ quá trình cắt kim loại bằng khí được trình bày ở hình 3.1

DUT.LRCC

Hình 3.1- Sơ đồ cắt 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 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

Thép các bon có nhiệt cháy 13500C, nhiệt độ nóng chảy trên 15000C, 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- 6000C Thép hợp kim crôm hoặc hợp kim niken do khi cháy tạo thành oxit crôm nhiệt độ chảy tới 20000C 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

DUT.LRCC

Hình 3.2- Sơ đồ nguyên lý cắt bằng tia laser

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

lỗ khoan

Cắt bằng chùm tia laser có nguồn nhiệt tập trung với một mật độ nhiệt cao, vì vậy nó có thể cắt tất cả các loại vật liệu và hợp kim của nó Rãnh cắt hẹp, sắc cạnh

và độ chính xác cao, ngoài ra nó còn có thể cắt theo đường thẳng hay đường cong

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

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

4 Cắt trên máy cắt có lưỡi dao chuyển động tinh tiến:

a)Dao bố trí nghiêng:

Đặc điểm:

DUT.LRCC

-Lưỡi dao và vật cắt chỉ tiếp xúc nhau trên một phần chiều rộng

+ Diện tích tăng từ 0 đến cực đại, đây là thời kỳ bẳt đầu cắt

+ Diện tích tiép xúc giữ ở giá trị cực đại, đây là thời kỳ ổn định

+ Diện tích tiếp xúc giảm từ cực đại về 0, thời kỳ kết thúc

-Trong thời kỳ ổn định lực cắt có giá trị cực đại và cố định

* Sơ đồ nguyên lý:

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý cặp lưỡi dao nghiêng

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 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

P t = 2 c/2Tại mỗi thời điẻm cắt , khi cắt trên máy cắt dao nghiêng ta có thể coi diện tích gần đúng cắt : F = l.S/2

tức là bằng diện tích tam giác abc, vì l= S/tg γ nên F = S2/ 2tg γ

DUT.LRCC

t

5,0)

3,11,1(

2



=

=trong đó: k - hệ số = 1,1÷1,3

t

P - lực cắt tính toán theo công thức trên;

c

 - trở lực cắt của vật liệu

S - chiều dày vật liệu

γ - góc nghiêng của dao Tính chất cơ lý của vật liệu, khe hở giữa các lưỡi cắt, tốc độ biến dạng, điều kiện ma sát có ảnh hưởng đến trở lực cắt của vật liệu cvà do đó ảnh hưởng đến lực cắt Nếu vật liệu có độ bền càng lớn và tính dẻo càng giảm, cũng như tốc độ biến dạng càng tăng thì trở lực cắt ctăng, nếu khe hở giữa các lưỡi cắt tăng thì

nó Nếu γ càng lớn và chiều rộng của dải cắt càng nhỏ thì hiện tượng uốn (xoắn) càng nhiều

Khi cắt, lực cắt P ở các giai đoạn đã ổn định của quá trình cắt thay đổi không đáng kể Do đó công biến dạng sẽ là:

P

A =

DUT.LRCC

b)Dao bố trí song song:

Nói chung kết cấu và các thông số của cặp lưỡi dao song song cũng giống như dao nghiêng, lực cắt trong trường hợp này được xác định theo công thức:

c

S L k

Trong đó : k - hệ số = 1,1÷ 1,3

L- chiều dài đường cắt

S- chiều dày vật liệu

12 8

4 0

Hình 3.5- 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 5.5)

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

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

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

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 b ≤ 500 MPa

c P

Hình 3.7- Sơ đồ tác dụng lực khi cắt trên máy cắt dao đĩa

Chúng ta khảo sát điều kiện ăn dao của các đĩa dao Ở thời điểm tiếp xúc giữa dao với tấm có lực ma sát T và áp lực pháp tuyến N tác dụng lên tấm, các đĩa dao sẽ kéo tấm kim loại vào vùng cắt khi :

2 T cos α > 2.N.cos β Theo hình vẽ ta có : β = (90º- α) và theo định luật Culông T = μ.N ( trong dó

μ là hệ số ma sát tiếp xúc) Thay vào bất đẳng thức trên ta có :

2.μ.N.cos α > 2.N.sinα

Từ đó ta có: μ ≥ tg α

Như vậy để có thể kéo tấm, các đĩa cắt ở thời điểm bắt đầu cắt phải đảm bảo sao cho tang của góc nghiêng giữa tiếp tuyến với đường bao của đĩa cắt tại điểm tiếp xúc với tấm và trục nằm ngang (tgα) phải bằng hoặc nhỏ hơn hệ số ma sát

Ở giai đoạn ổn định của quá trình cắt , điều kiện ăn dao có thể viết dưới dạng:  tgtb trong đó tb= (1+) / 2

Hay :  tg[(1+)/2]

Do chiều dày S nhỏ so với đường kính đĩa dao, giá trị của góc α và  cũng 1rất nhỏ nên chúng ta có thể coi :

DUT.LRCC

/]

2/)[(1+ tg +tg1   + 1

tg

Như vậy điều kiên ăn dao có dạng:

2/sin2/

Sử dụng một số phép biến đổi lượng giác và quan hệ hình học ta có:

)(

22

d R

d R

min

1].5,0)

([2



S d

S d d D

Như vậy đường kính dao sẽ càng lớn nếu như chiều dày vật liệu cắt S và độ trùng dao d càng lớn, lực ma sát trên bề mặt tiếp xúc của đĩa dao và tấm càng nhỏ Nếu d thay đổi trong khoảng ( 0,2 ÷ 0,4)S thì đường kính của đĩa dao sẽ là:

2)2,10,1(

Thành phần thẳng đứng của lực cắt P tác dụng theo đường song song với đường nối tâm của các đĩa dao, sẽ bằng tích số giữa diện tích của ổ biến dạng F với trở lực cắt c

c

c F

P = Trong đó



tg

bc l

l bc F

2

;2

= và 2γ là góc ở đỉnh tam giác abc Nếu coi :

2 / ) (1 2



thì điểm đặt lực P trùng với trọng tâm tam giác abc và ta có:

)(

2

4

2 2

d d S

R S

K tg

R S

K

tb

c t

++

125,

0 S2 D

DUT.LRCC

Thay giá trị của cosα vào ta được:

) (

125 ,

0 S2 D D d S

Như vậy mô men cần thiết để quay các đĩa dao sẽ tăng lên khi tăng các thông

số chiều dày cắt S, trở lực cắt cvà đường kính đĩa dao D Khi độ trùng dao d tăng thì mô men M giảm

Hình 3.8- 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 quang, 9- Đầu cắt hoặc đầu phun,

10, 11, 12 các công tắc, 13 nguồn điện

DUT.LRCC

Hình 3.9- Sơ đồ cắt bằng plasma trong thực tế

- 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

-Phương pháp cắt plasma: tốc độ cắt nhanh hơn cắt bằng Oxy-Gas tang năng suất giảm giá thanh Tuy nhiên Điện cực, bép cắt, vòi phun thường xuyên phải thay thế làm tăng giá thành sản xuất Cắt plasma không thể cắt với vật cắt không phải kim loại

-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

III- PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY :

Như vậy ta đã phân tích chọn được phương án cắt dùng cặp lưỡi dao nghiêng chuyển động tịnh tiến Tuy nhiên để thực hiện chuyển động tịnh tiến cũng có nhiều loại cơ cấu khác nhau.Do đó cần phải chọn phương án truyền động hợp lý nhằm thoả mãn một số yêu cầu chủ yếu sau:

- Máy thiết kế 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 đến gia công chế tạo, kiểm tra, lắp ráp và nghiệm thu sản phẩm

- Máy phải có khối lượng và kích thước nhỏ gọn

- Giá thành và chi phí cho sử dụng là thấp nhất, phù hợp với điều kiện hiện có Chuyển động tịnh tiến của dao trên có thể nhờ vào chuyển động của các cơ cấu sau

1 Chuyển động tịnh tiến nhờ cơ cấu tay quay con trượt:

Đặc điểm: Cơ cấu này có nguyên lý làm việc và kết cấu đơn giản, độ cứng vững cao, dễ chế tạo Tuy nhiên tạo lực không lớn, dẫn động phức tạp và khó điều khiển

2 Chuyển động tịnh tiến nhờ xy lanh thuỷ lực:

Truyền dẫn thuỷ lực ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong chế tạo máy, đặc biệt là trong các máy cắt, máy đột dập, máy gia công áp lực…

Hình 3.11 - Sơ đồ hệ thống xy lanh thuỷ lực

+ 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

và tính nén được của dầu

+ Tự động hoá đơn giản

+ 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

DUT.LRCC

3 Kết luận:

Qua hai phương án tạo chuyển động tịnh tiến để tạo lực cắt cho dao ta thấy mỗi phương án đều 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 dùng cơ cấu tịnh tiến bằng xy lanh thuỷ lực dầu ép phù hợp nhất khi cắt các loại thép cacbon, thép thường với chiều dày phôi đến 15mm và chiều rộng cắt lớn nhất của tấm thép là 2000mm

121110

98

76

54

3 2

1

1- Bể dầu 7- Van tiết lưu 2- Bơm dầu 8- Van phân phối 3- Van tràn 9- Xy lanh sinh lực 4- Van cản 10- Dao cắt

5- Lọc tinh 11- Rãnh trượt 6- Ắc quy dầu 12- Bàn dao dưới

Hình 3.12- Sơ đồ hệ thống thuỷ lực tạo lực cắt

DUT.LRCC

PHẦN IV TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC TOÀN MÁY

I - DAO CẮT:

1 Tính toán sơ bộ chiều dài của lưỡi dao:

Theo kinh nghiệm chiều dài của lưỡi dao L :

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

Do đó : L = 2000 + 100 = 2100 (mm) Chiều dài cần thiết của dao tương đối dài, do đó để đảm bảo được độ chính xác, độ thẳng lưỡi dao và độ nhiệt luyện tốt, thông thường ta chế tạo từng đoạn ngắn rồi ghép lại, ta chọn chiều dài của dao chia làm 4 đoạn, do đó chiều dài của mỗi đoạn dao là :

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

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

DUT.LRCC

3 Xác định vận tốc và thời gian cắt của đầu dao trên :

Vận tốc cắt của dao có ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ, năng suất cắt và 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 Smax = 15mm là khá lớn, vì vậy vận tốc cắt nằm trong khoảng ( 5100 ) mm/s, với Smax như vậy ta chọn

v = 50(mm/s )

4 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 = 187 mm

Thời gian của dao đi là :

t = 3 , 74 ( )

50

187

s v

H



=Vậy thời gian cắt chính của dao là : t = 3,74 ( s)

II- BỘ PHẬN KẸP CHẶT:

Momen sinh ra khi cắt 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

1 Kẹp phôi bằng chính trọng lực của một khối kim loại

a)Sơ đồ nguyên lý:

Hình 4.2- Sơ đồ kẹp chặt bằng trọng lượng khối kim loại

DUT.LRCC

b)Hoạt động :

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

c)Ưu nhược điểm :

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

* Nhược điểm:

+ 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

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

c)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

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

DUT.LRCC

kẹp cho phôi khi cắt kim loại

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, phôi xong dao đi lên mang theo cả đầu kẹp đi lên để chuẩn bị cho chu kỳ cắt kế tiếp

2 Kết luận :

Phân tích các phương pháp kẹp chặt phôi trên ta thấy:

- Kết cấu 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 các lò xo chịu nén, kết cấu này 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

DUT.LRCC

- Kẹp bằng hệ thống các xilanh thuỷ lực tuy phức tạp nhưng hệ thống này có khả năng thay đổi lực kẹp dễ dàng khi chiều dày tấm thép thay đổi

Vậy phương án kẹp chặt phôi là dùng hệ thống các xy lanh thuỷ lực

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 3.11), chính sự lệch nhau đã tạo nên một momen quay M:

Trên thực tế nhiều máy cắt thép tấm sử dụng hiện nay chưa có một hệ thống cấp phôi tự động mà chủ yếu nhờ sức lao động của người công nhân Công việc này chủ yếu là di chuyển tấm thép vào vùng cắt một cách chính xác và liên tục, như vậy

sẽ làm tăng năng suất và giảm nhẹ sức lao động cho công nhân

Để thực hiện công việc này cũng có một số phương án, ta có thể phân tích để đưa ra phương án thích hợp nhất

1 Cấp phôi bằng hệ thống các xilanh khí nén :

a)Sơ đồ bố trí như sau:

Hình 4.5-Hệ thống cấp phôi dùng xy lanh thuỷ lực

DUT.LRCC

b)Hoạt động :

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

Khi phôi thép tấm đã được đặt lên sàn các con lăn, piston 3 đi lên kẹp phôi lại

Khi piston đã kẹp chặt thì xy lanh 2 đẩy cả hệ piston - xilanh 3 cùng tấm thép đi

vào đến vị trí của lưỡi cắt

c)Ưu nhược điểm của cơ cấu này:

*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 gọn, đơn giản

- Thiết bị điều khiển trong khí nén rẻ tiền

*Nhược điểm: - Chiều của hành trình piston đẩy phôi phải bằng chiều dài lớn nhất

khi yêu cầu cắt thép, do vậy kết cấu bị cồng kềnh

- Do có khoảng cách từ piston đẩy đến tấm thép khá xa nên khi đẩy

dễ bị cong tấm thép

- Khi thiết kế khoảng cách giữa hai piston - xilanh kẹp cố định chiều rộng tấm thép khi cần cắt nhỏ hơn khoảng cách đó thì chỉ có 1 piston

- Xilanh kẹp chặt kẹp được thiếu lực và bị lệch khi đẩy

2 Hệ thống cấp phôi dùng băng tải:

a)Nguyên lý 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

Hình 4.6- Sơ đồ cấp phôi bằng hệ thống băng tải

b)Đặc điểm :

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 Mặt khác thiết bị cồng kềnh, khó điều

khiển chính xác phôi thép đến vị trí cần cắt

DUT.LRCC

3 Hệ thống cấp phôi dùng cặp con lăn:

a)Nguyên lý hoạt động:

Phôi thép được đỡ trên hệ thống các con lăn đỡ, được truyền động bởi cặp con lăn được dẫn động bởi động cơ điện Lực kéo phôi này nhờ vào lực ma sát giữa con lăn với tấm thép, lực này phải lớn hơn ma sát của tấm phôi trên sàn con lăn

Hình 4.8- Sơ đồ nguyên lý bộ phận cấp phôi

DUT.LRCC