TÌM HIỂU,GIỚI THIỆU VỀ SẢN PHẨM
Thép tấm đóng vai trò quan trọng trong đời sống xã hội, từ những vật dụng đơn giản hàng ngày như dao, thìa, xẻng đến những thiết bị phức tạp và hiện đại như máy công cụ, máy nông cụ và ô tô Sự phổ biến của thép tấm trong sản xuất cho thấy tầm ảnh hưởng của nó đối với nhiều lĩnh vực khác nhau.
Thép tấm được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như hàng không, điện, ôtô, đóng tàu, xây dựng và nông nghiệp Sản phẩm này được hình thành qua quá trình cán kim loại, trong đó kim loại bị biến dạng để tạo ra các tấm thép có độ dày và kích thước khác nhau.
Hai trục cán quay ngược chiều nhau với khe hở giữa hai trục nhỏ hơn độ dày của phôi ban đầu, dẫn đến việc giảm chiều dày của phôi trong khi chiều dài và chiều rộng tăng lên Quá trình này tạo ra sản phẩm dạng tấm, thường được gọi là thép tấm.
Cán thép tấm có thể thực hiện ở trạng thái nóng hoặc nguội, mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng Cán nóng sản xuất các sản phẩm có độ dày từ 1,5mm đến 60mm, trong khi cán nguội cho ra các sản phẩm mỏng và cực mỏng với độ dày từ 0,007mm đến 1,25mm Các sản phẩm thép tấm được phân loại dựa trên độ dày của tấm thép.
+ Thép tấm mỏng: Chiều dày: S = 0,2 3,75 mm
+Thép tấm dày : S = 4 60 mm; b = 600 5.000 mm
+ Thép tấm dải : S = 0,2 2 mm; b = 200 1.500 mm
Từ sự phân loại đó ta có các dạng phôi của thép tấm khác nhau như: dạng phôi tấm hay dạng phôi cuộn, phôi dải
Hình dạng và kích thước của phôi tấm được tiêu chuẩn hóa trong quá trình cán, cho phép thép tấm được sử dụng để chế tạo nhiều sản phẩm như thùng, sàn xe ô tô, khung, sườn xe máy, thiết bị ngành điện, và các kết cấu trong xây dựng như cầu, nhà cửa Việc cắt thép tấm thành các kích thước và hình dạng khác nhau là cần thiết để đáp ứng yêu cầu cụ thể của từng ngành và công việc.
Trong ngành điện, thép tấm đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất các sản phẩm như thép cho stato của máy bơm nước và quạt điện Ngoài ra, thép tấm được sử dụng để chế tạo cánh quạt lớn và các lá thép mỏng trong các thiết bị như chấn lưu đèn ống và máy biến thế Trong lĩnh vực điện chiếu sáng, thép tấm còn được ứng dụng để làm cột điện đường.
Vỏ máy biến thế,cột điện Tụ điện
Hình 1.1: sản phẩm thép tấm trong nghành điện
Trong xây dựng, các dầm cầu thường sử dụng thép hình cỡ lớn được chế tạo từ các tấm thép dày cắt nhỏ Những tấm thép này được liên kết với nhau bằng mối hàn, bulông hoặc đinh tán, tạo ra các kết cấu thép bền vững Thép tấm cũng được sử dụng phổ biến trong việc làm tấm lợp.
Hình 1.2 Sản phẩm thép tấm trong xây dựng
Trong ngành cơ khí, thép tấm đóng vai trò quan trọng trong việc chế tạo các thân máy cắt kim loại, vỏ hộp giảm tốc hàn, khung và sườn xe, cũng như các máy móc khác Ngoài ra, thép tấm còn được sử dụng để sản xuất đường ống thủy điện và vỏ máy tiện CNC.
1.4 Trong nghành cơ khí ôtô :
Thép tấm là vật liệu thiết yếu trong ngành công nghiệp ôtô, được sử dụng để chế tạo khung, sườn, gầm xe, lót sàn, che kín thùng xe và các bộ phận bảo vệ khác.
Hình 1.4: Sản phẩm thép tấm trong cơ khí ô tô
1.5 Trong chế biến thực phẩm : Thép tấm được sử dung rộng rãi không kém, nó được dùng để chế tạo các thùng chứa, bể chứa, hộp đóng gói,
Thép tấm được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành nghề khác nhau, bao gồm việc chế tạo thùng chứa đồ dùng dân dụng phục vụ đời sống Trong ngành hàng không, thép tấm đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ và chế tạo các bộ phận như cửa máy bay, nắp đậy thân máy bay, và tên lửa.
Kết luận: Để đáp ứng nhu cầu sử dụng thép tấm ngày càng lớn, cần thiết phải phát triển máy cắt thép tấm có năng suất và độ chính xác cao, với khả năng điều khiển tự động hoặc bán tự động Điều này không chỉ phục vụ cho ngành công nghiệp mà còn góp phần vào sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CẮT THÉP
LÝ THUYẾT BIẾN DẠNG DẺO KIM LOẠI
Dưới tác dụng của ngoại lực, kim loại biến dạng theo các giai đoạn sau: Biến dạng đàn hồi, biến đạng dẻo và phá huỷ
Tùy thuộc vào cấu trúc tinh thể của từng loại kim loại, các giai đoạn biến đổi có thể diễn ra với các mức độ khác nhau khi chịu tác động của ngoại lực và tải trọng.
Biểu đồ biến dạng khi thí nghiệm kéo đứt kim loại như sau:
Biểu đồ quan hệ giữa lực kéo P và độ biến dạng dài tuyệt đối l cho thấy rằng khi tải trọng nhỏ hơn Pđh, độ biến dạng tăng theo đường thẳng, biểu thị giai đoạn biến dạng đàn hồi, trong đó biến dạng sẽ mất đi khi tải trọng được loại bỏ.
Khi tải trọng tăng từ Pđh đến Pđ, độ biến dạng của kim loại gia tăng nhanh chóng, đánh dấu giai đoạn biến dạng dẻo Trong giai đoạn này, kim loại sẽ bị thay đổi hình dạng và kích thước ngay cả sau khi tải trọng được loại bỏ.
Khi tải trọng đạt giá trị tối đa Pđ, kim loại bắt đầu xuất hiện vết nứt, dẫn đến sự gia tăng nhanh chóng của ứng suất và kích thước vết nứt Cuối cùng, quá trình này dẫn đến sự phá hủy của kim loại, khi các tinh thể kim loại bị đứt rời.
Khi kim loại chịu tác động của ngoại lực hoặc áp lực cắt, mạng tinh thể của nó sẽ bị biến dạng Nếu lực tác dụng nhỏ và ứng suất chưa vượt quá giới hạn đàn hồi, các nguyên tử kim loại chỉ dịch chuyển tối đa một thông số mạng Khi lực không còn tác dụng, mạng tinh thể sẽ trở về trạng thái ban đầu.
Khi vật liệu chịu tải, nó tạo ra một phản lực cân bằng với ngoại lực, trong đó ứng suất được tính trên một đơn vị diện tích Ứng suất vuông góc với mặt chịu lực được gọi là ứng suất pháp (σ), gây ra biến dạng (ε) Đồng thời, ứng suất tiếp (τ) gây ra sự xê dịch góc (γ) và ứng suất pháp trong ba chiều cũng được xem xét.
(ứng suất khối) làm biến dạng thể tích v
Biến dạng đàn hồi có thể do ứng suất pháp hoặc do ứng suất tiếp sinh ra như sơ đồ sau :
Hình 2.2 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:
Trong đó : E : modun đàn hồi của vật liệu
(đối với ép 3 chiều ) ( 2.3 ) Với k = 3 ( 1 2)
Biến dạng đàn hồi của kim loại xảy ra khi các nguyên tử trong mạng tinh thể tương tác qua lực hút và lực đẩy Nếu lực tác dụng chưa đủ để tạo ra ứng suất vượt quá giới hạn đàn hồi, kim loại sẽ trở lại trạng thái cân bằng, và quá trình cắt kim loại vẫn chưa diễn ra.
Khi ứng suất sinh ra trong kim loại vượt quá giới hạn đàn hồi thì kim loại bị biến dạng dẻo do trượt và song tinh
Hình 2.3 Sơ đồ biến dạng trong đơn tinh thể
Theo hình thức trượt, một phần đơn tinh thể dịch chuyển song song với phần còn a b c d
Trong hình thức song tinh, một phần tinh thể vừa trượt vừa quay đến vị trí mới đối xứng qua mặt phẳng song tinh, với các nguyên tử kim loại di chuyển tỷ lệ với khoảng cách đến mặt này Lý thuyết và thực nghiệm chỉ ra rằng trượt là nguyên nhân chính gây ra biến dạng dẻo trong kim loại khi ứng suất vượt quá giới hạn đàn hồi nhưng chưa đạt đến ứng suất phá huỷ Các mặt trượt, có mật độ nguyên tử cao nhất, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trượt, mặc dù biến dạng dẻo do song tinh gây ra là rất nhỏ.
Biến dạng dẻo của đa tinh thể trong kim loại và hợp kim xảy ra qua hai hình thức chính: biến dạng trong nội bộ hạt và biến dạng tại biên giới hạt Biến dạng nội bộ chủ yếu do hiện tượng trượt và song tinh, trong đó sự trượt diễn ra ở các mặt trượt tạo với hướng ứng suất chính một góc khoảng 45 độ Quá trình này không đồng thời và không đều giữa các hạt Khi chịu tác động của ngoại lực, biên giới hạt cũng bị biến dạng, dẫn đến sự trượt và quay tương đối giữa các hạt, tạo ra các mặt trượt mới thuận lợi cho sự phát triển của biến dạng Đây là giai đoạn thứ hai trong quá trình cắt kim loại, diễn ra trước khi kim loại bị phá hủy.
Trong quá trình biến dạng dẻo kim loại, các yếu tố như nhiệt độ không đồng nhất, tổ chức kim loại không đồng đều, và lực biến dạng phân bố không đều gây ra ứng suất dư bên trong kim loại Những ứng suất này có thể vẫn tồn tại ngay cả khi không còn tác động từ các yếu tố bên ngoài.
Quá trình biến dạng kim loại sẽ dẫn đến sự phá huỷ khi đạt đến một mức độ nhất định, gây ra hỏng hóc nghiêm trọng và không thể phục hồi.
Quá trình phá huỷ bắt đầu từ việc hình thành và phát triển các vết nứt với kích thước từ siêu vi mô đến vi mô, và cuối cùng là vĩ mô Điều này diễn ra trong điều kiện tải trọng tĩnh, dẫn đến sự phá huỷ của vật liệu.
Phá huỷ dẻo là quá trình phá huỷ đi kèm với biến dạng dẻo và yêu cầu một lượng năng lượng lớn, xảy ra với tốc độ chậm, do đó ít nguy hiểm hơn Để phá huỷ dẻo xảy ra, cần có biến dạng dẻo và trạng thái ứng suất kéo ba chiều tại vùng co thắt cục bộ.
Phá huỷ giòn là hiện tượng xảy ra tức thời mà không có biến dạng dẻo vĩ mô, gây ra nguy hiểm cho vật liệu Bề mặt phá huỷ thường vuông góc với ứng suất pháp lớn nhất, nhưng ở mức vi mô, bề mặt này có thể theo các mặt phẳng tinh thể xác định, tạo ra mặt vỏ giòn bên trong mỗi hạt.
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phá huỷ bao gồm nhiệt độ, tốc độ biến dạng và sự tập trung ứng suất Để phát triển vết nứt, cần có một mức ứng suất nhất định.
E : mođun đàn hồi của vật liệu
C : Kích thước đặc trưng của vết nứt ban đầu b Phá huỷ trong điều kiện tải trọng thay đổi theo chu kỳ (phá huỷ mỏi)
NHỮNG NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN BIẾN DẠNG DẺO KIM LOẠI
Tính dẻo của kim loại là khả năng chịu biến dạng mà không bị hỏng khi chịu tác động của ngoại lực Yếu tố này phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau.
DUT-LRCC khác nhau về thành phần và tổ chức của kim loại, nhiệt độ, trạng thái ứng suất chính, ứng suất dư, ma sát ngoài, lực quán tính và tốc độ biến dạng Những yếu tố này ảnh hưởng đến tính chất cơ học và hiệu suất của vật liệu trong các ứng dụng công nghiệp.
2.2.1 Ảnh hưởng của thành phần hoá học và tổ chức kim loại
Các kim loại khác nhau có kiểu mạng tinh thể và lực liên kết giữa các nguyên tử khác nhau, dẫn đến tính dẻo khác nhau; ví dụ, đồng và nhôm thường dẻo hơn sắt Trong hợp kim, cấu trúc mạng phức tạp hơn và có sự xô lệch mạng lớn, với một số nguyên tố tạo ra các hạt cứng trong tổ chức, làm giảm tính dẻo Thông thường, kim loại sạch và hợp kim một pha có tính dẻo cao hơn so với hợp kim nhiều pha Ngoài ra, các tạp chất thường tập trung ở biên giới hạt, làm tăng xô lệch mạng và giảm tính dẻo của kim loại.
2.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ
Tính dẻo của kim loại phụ thuộc lớn vào nhiệt độ, với hầu hết các kim loại có tính dẻo tăng lên khi nhiệt độ tăng Sự gia tăng nhiệt độ làm tăng dao động nhiệt của các nguyên tử, giảm xô lệch mạng và tăng khả năng khuếch tán của các nguyên tử, dẫn đến tổ chức kim loại đồng đều hơn Một số kim loại và hợp kim ở nhiệt độ thường có pha kém dẻo, nhưng khi nâng nhiệt độ, chúng chuyển biến thành pha có độ dẻo cao hơn.
2.2.3 Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính a) b) c)
Hình 2.4 Các trạng thái ứng suất a) Ứng suất đường b) Ứng suất mặt c) Ứng suất khối
Trạng thái ứng suất chính có ảnh hưởng lớn đến tính dẻo của kim loại Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy rằng kim loại chịu ứng suất nén khối thường có tính dẻo cao hơn.
DUT-LRCC chịu ảnh hưởng của ứng suất nén mặt, nén đường hoặc ứng suất kéo Ứng suất chính là lực pháp tuyến phát sinh bên trong vật thể khi có tác động của ngoại lực.
Trong gia công áp lực thường gặp trạng thái ứng suất khối
+ Trạng thái ứng suất khối : max 2 min maxσ
+ Trạng thái ứng suất mặt : max 2
+ Trạng thái ứng suất đường : 2
Nếu 1 2 3 thì =0 nghĩa là không gây ra biến dạng
- Điều kiện để kim loại biến dạng dẻo bị phá huỷ: max ≥ giới hạn
+ Khi kim loại chịu trạng thái ứng suất đường thì điều kiện biến dạng dẻo là: = ch
+ Khi kim loại chịu trạng thái ứng suất mặt thì điều kiện biến dạng dẻo là :
+ Khi kim loại chịu trạng thái ứng suất khối thì điều kiện biến dạng dẻo là: min max
2.2.4 Ảnh hưởng của ứng suất dư
Ứng suất dư trong kim loại có thể làm giảm tính dẻo của vật liệu, và nếu ứng suất này quá lớn, nó có thể dẫn đến biến dạng hoặc phá hủy cấu trúc kim loại.
2.2.5 Ảnh hưởng của ma sát ngoài
Ma sát ngoài ảnh hưởng đến hình thức tác dụng lực, dẫn đến sự thay đổi trạng thái ứng suất chính của vật thể Nó cũng cản trở biến dạng tự do, gây ra biến dạng không đồng đều, làm tăng lực và công biến dạng Hơn nữa, ma sát ngoài còn ngăn cản sự biến dạng hoặc cắt đứt của kim loại khi chịu tác dụng của lực cắt thép.
2.2.6 Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng
Tăng tốc độ biến dạng của kim loại sẽ dẫn đến giảm tính dẻo và tạo ra nhiều nhiệt Hiệu ứng nhiệt này có thể khiến kim loại đạt đến nhiệt độ cao hơn, ảnh hưởng đến tính chất cơ học của nó.
DUT-LRCC giúp kim loại chuyển từ trạng thái giòn sang trạng thái dẻo, điều này ảnh hưởng đến tốc độ tác dụng lực khi cắt thép, dẫn đến chu kỳ cắt và năng suất cắt thép.
Để cắt thép tấm, cần thiết phải tác dụng một lực lớn lên kim loại, đồng thời tốc độ biến dạng phải đạt một mức nhất định để kim loại dễ dàng tách rời khỏi tấm cắt.
PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN NGUYÊN LÝ CẮT CHO MÁY THIẾT KẾ
CẮT BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦ CÔNG
Có nhiều cách cắt thép bằng phương pháp thủ công, chẳng hạn như phương pháp chặt bằng ve, máy cắt thép thủ công
Hình 3.1- Sơ đồ cắt bằng thủ công
- Dễ chế tạo,giá thành thấp
- Có thế di chuyển nơi làm việc dễ dàng, phù hợp gia công đơn chiếc nhỏ lé
Việc sản xuất tốn nhiều thời gian và công sức của công nhân, dẫn đến các vết cắt không được thẳng và sản phẩm không đạt yêu cầu về độ chính xác.
- Cắt các thép tấm có chiều dày bé và tiết diện nhỏ.
CẮT BẰNG NGỌN LỬA KHÍ
Cắt kim loại đen, kim loại màu và kim loại bằng ngọn lửa khí là phương pháp đốt cháy, giúp vật liệu đạt tới điểm nóng cần thiết để bị tách rời một cách hiệu quả.
Hình 3.1- Sơ đồ cắt bằng khí
1) Phôi thép 2) Hỗn hợp khí 𝐶 2 𝐻 2
Khi bắt đầu cắt, kim loại ở mép cắt được nung nóng đến nhiệt độ cháy nhờ ngọn lửa nung và dòng oxy thổi qua, khiến kim loại bị oxy hóa mạnh mẽ tạo thành oxit Sản phẩm cháy bị nung chảy và được dòng oxy thổi ra khỏi mép cắt, trong khi phản ứng cháy của kim loại tỏa nhiệt mạnh làm nóng lớp kim loại tiếp theo, dẫn đến việc tạo thành rãnh cắt Để cắt bằng khí, kim loại cần đáp ứng một số yêu cầu nhất định.
- 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 giúp ngăn chặn sự tỏa nhiệt nhanh, từ đó hạn chế việc mép cắt bị nung nóng kém, giúp duy trì sự liên tục trong quá trình cắt Một trong những ưu điểm nổi bật của điều này là khả năng cải thiện hiệu suất cắt và kéo dài tuổi thọ của dụng cụ cắt.
- Thiết bị đơn giản, dễ vận hành
- Có thể cắt được kim loại có chiều dày lớn c 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
Để đảm bảo chất lượng phôi và nâng cao năng suất cắt, cần lựa chọn các chế độ cắt hợp lý, bao gồm áp suất khí cắt, lượng tiêu hao khí cắt, tốc độ cắt và khoảng cách từ mỏ cắt đến vật cắt Việc áp dụng phương pháp này trong cắt thép tấm không mang lại hiệu quả kinh tế cao, dẫn đến năng suất thấp và khó chuyển sang tự động hóa.
- Được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp đóng tàu, chế tạo toa xe, xây dựng
- Cắt thép tấm, phôi tròn và các dạng phôi khác
Ngày nay, máy cắt CNC được tự động hóa với khả năng điều khiển số, cho phép sử dụng nhiều mỏ cắt đồng thời, từ đó nâng cao năng suất và hiệu quả trong sản xuất.
CẮT BẰNG TIA LASER: 23 _Toc10383908 3.5 CẮT BẰNG BẰNG MÁY CẮT CÓ LƯỠI DAO CHUYỂN ĐỘNG QUAY: 27 3.6 CẮT BẰNG MÁY CẮT DAO NGHIÊNG
Trong những năm gần đây người ta đã bắt đầu sử dụng laser để cắt tất cả các vật liệu với bất kỳ độ cứng nào
Nguyên lý cắt bằng laser sử dụng nguồn nhiệt bức xạ mạnh mẽ để tạo ra rãnh cắt hoặc lỗ trên vật liệu Quá trình này làm cho vùng cắt bị cháy, lỏng và bốc hơi, giúp đạt được độ chính xác cao trong việc cắt.
Hình 3.2- Sơ đồ nguyên lý điều khiển hướng chùm tia laser khi cắt
1) Máy phát laser 2) Chùm tia laser
3) Gương phẳng nghiêng 4) Thấu kính hội tụ
Nguồn bức xạ laser tạo ra chùm tia laser đi thẳng hoặc đổi hướng nhờ gương phẳng và được hội tụ qua thấu kính hội tụ có tiêu cự Năng lượng laser được tập trung trên một diện tích nhỏ, tạo ra mật độ dòng nhiệt cao, giúp vật liệu nóng chảy và bốc hơi, từ đó hình thành rãnh cắt hoặc lỗ khoan.
Cắt bằng chùm tia laser sử dụng nguồn nhiệt tập trung với mật độ cao, cho phép cắt qua tất cả các loại vật liệu và hợp kim của chúng.
- 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 hoá và tự động hoá dễ dàng c Nhược điểm:
- Khó điều chỉnh công suất ra
- Phương pháp này có những hạn chế là chiều dày tấm cắt trong phạm vi 10-20 mm
- Thiết bị tạo tia laser cũng như các thiết bị điều khiển chương trình số CNC có giá thành cao d Phạm vi ứng dụng:
- Trong công nghiệp laser được sử dụng nhiều vào việc hàn, khoan, cắt các loại vật liệu có độ nóng chảy cao kể cả phi kim
- Gia công cho phép cắt ở kích thước rất nhỏ đối với nhiều loại vật liệu với các cơ tính khác nhau
- Gia công các vật liệu mỏng đặc biệt trong các vi mạch
34 CẮT BẰNG TIA NƯỚC: a- Nguyên lý hoạt động:
Cắt bằng tia nước (Water Jet Cutting - WJC) là một công nghệ gia công tiên tiến sử dụng áp suất cao để tạo ra vết cắt hoặc rãnh với độ rộng khoảng 1mm Phương pháp này có khả năng cắt lỗ nhỏ nhất với đường kính 1,5mm và còn được biết đến với tên gọi gia công bằng thuỷ động lực học.
Hình 3.4.1- Máy cắt bằng tia nước thực tế
Sơ đồ nguyên lý được thể hiện trên trên hình 3.4.2 dưới đây:
Hình 3.4.2- Sơ đồ nguyên lý gia công bằng tia nước
1) Ống Chuẩn trực 2) Vòi phun nước 3) Bơm 4) Nước vào 5) Hạt mài khô
6) Buồng hòa trộn 7) Đầu cắt 8) Tia nước 9) Chi tiết gia công Đầu tiên, nước từ thùng cấp nước đi qua bộ lọc và hòa trộn Sau đó, nhờ ống dẫn chất lỏng đi qua bộ khuyếch đại để tăng áp đến đầu phun Tại đầu phun tia nước được phun ra mạnh hay yếu là nhờ van tiết lưu Van này được điều khiển bởi một bộ điều khiển Tia nước sau khi ra khỏi đầu phun có áp suất rất lớn (thường từ 100 - 400 MPa), tốc độ tia nước từ 400 - 1000m/s Với áp suất này, khi tia nước chạm vào bề mặt vật liệu gia công nó tạo nên áp lực lớn hơn độ bền nén của vật liệu, bề mặt vật liệu bị nát ra và tia nước xuyên qua tạo thành vết cắt, cắt chi tiết gia công Vậy tia nước tạo đóng vai trò như một cái cưa cắt một vết hẹp trên vật liệu
Cắt bằng tia nước là quá trình nước được bơm và nén trong bình áp suất cao, sau đó phụt qua vòi nhỏ với áp suất cắt từ 40.000 psi đến trên 87.000 psi Dòng tia nước tốc độ cao không chỉ cắt mà còn có thể được hỗ trợ bởi các hạt mài, cho phép cắt nhiều loại vật liệu khác nhau như bê tông, đá, gỗ, vải và kim loại.
Việc cắt bằng tia nước không bị hạn chế bởi độ dày vật thể, có thể cắt được các vật có độ dày trên 20 inch b Ưu điểm:
- Chất lượng vết cắt rất cao
- Vết cắt có thể bắt đầu ở bất kỳ chỗ nào mà không cần khoang mồi trước và có thể cắt được các vật liệu cán mỏng
- Có khả năng tự động hóa và người máy hóa rất cao
- Không có chất hóa học như cắt bằng hạt mài (AWJC)
- Thích ứng với hệ thống CAD/CAM
- Gia công đạt độ chính xác cao, bề mặt phẳng
- Có thể cắt bất cứ vật liệu nào
- Ít lãng phí chất thải sau gia công
- Môi trường gia công trong sạch
Cắt bằng tia nước mang lại lợi ích quan trọng là không làm thay đổi cấu trúc bên trong của vật liệu và không gây nóng cho chúng Phương pháp này giảm thiểu ảnh hưởng của nhiệt độ, giúp các kim loại sau khi cắt không bị hỏng hoặc thay đổi tính chất do nhiệt.
Cắt lạnh là phương pháp gia công sử dụng một phạm vi bề dày lớn với dung sai hợp lý, giúp tránh sinh nhiệt và bảo vệ vùng gia công khỏi tác động nhiệt.
- Khó kiểm soát độ chính xác về kích thước gia công
-Gía thành thiết bị cao,do nhập từ nước ngoài
-Công nghệ này vẫn còn khá mới mẻ và nhiều vấn đề giữa lý thuyết và thực tiễn chưa được giải quyết triệt để
3.5 CẮT BẰNG BẰNG MÁY CẮT CÓ LƯỠI DAO CHUYỂN ĐỘNG QUAY: a Sơ đồ nguyên lý:
Hình 3.5 - Kết cấu của dao cắt đĩa 1 cặp dao
Cặp dao đĩa là một phần quan trọng trong các máy cắt, với lưỡi dao chuyển động quay ngược chiều nhau và cùng tốc độ góc Đường kính của các lưỡi cắt (đĩa) được thiết kế để đảm bảo độ trùng dao d nằm trong khoảng từ 0,2 đến 0,4 lần chiều dài S Ưu điểm của hệ thống này là khả năng cắt chính xác và hiệu quả cao trong quá trình gia công.
Máy cắt dao đĩa nổi bật với khả năng cắt kim loại hiệu quả nhờ vào đường kính đĩa dao xác định Không chỉ thực hiện cắt, máy còn giữ chặt và kéo kim loại vào vùng cắt, cho phép chiều dài dải cắt trở nên không giới hạn.
Máy cắt dao đĩa có khả năng cắt tấm với chiều dày tối đa lên đến 25mm khi áp lực ≤ 500 MPa Tuy nhiên, thiết bị này cũng tồn tại một số nhược điểm cần lưu ý.
- 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
3.6 CẮT BẰNG MÁY CẮT DAO NGHIÊNG: a- Sơ đồ nguyên lý:
Hình 3.6- Sơ đồ nguyên lý cắt bằng lưỡi dao nghiêng
1) Cụm dao trên 2) Sóng trượt 3) Lưỡi dao trên
4) Phôi 5) Cảm biến đo chiều dài 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 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
+ 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
+ Chất lượng bề mặt mép cắt không được cao.
CẮT BẰNG MÁY CẮT DAO SONG SONG
Cấu trúc và thông số của cặp lưỡi dao song song tương tự như dao nghiêng Máy cắt thép với dao bố trí song song được sử dụng để cắt các loại phôi và sản phẩm có tiết diện vuông, chữ nhật, hoặc tròn Thông thường, máy này được đặt sau các máy cán phôi, cán phá và cán hình lớn, với tiết diện sản phẩm đơn giản Nhiệm vụ chính của máy là cắt bỏ phần đầu và đuôi của vật liệu cán, đồng thời cắt phân đoạn vật liệu theo kích thước quy định Khi hoạt động, mặt phẳng chuyển động của dao giữ nguyên.
Hình 3.7.1- Sơ đồ nguyên lý cắt bằng lưỡi dao song song
1) Cụm dao trên 2) Sóng trượt 3) Lưỡi dao trên
4) Phôi 5) Cảm biến đo chiều dài 6) Cụm dao dưới
Máy cắt bằng lưỡi dao song song thực tế có sự khác biệt cơ bản về lực cắt Biểu đồ dưới đây sẽ minh họa rõ hơn về sự thay đổi lực khi tiến hành cắt.
Hình 3.7.3.- Sơ đồ 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 giống nhau, công biến dạng được xác định bởi diện tích giữa hai đường cong I và II (đường cong tải trọng làm việc) gần như tương đương Tuy nhiên, trong trường hợp I, lực cắt thấp hơn so với II, dẫn đến công suất dẫn động của máy cắt dao nghiêng nhỏ hơn so với máy cắt dao song song.
+ Đường cắt thẳng đẹp, hành trình dao nhỏ
+ Lực cắt tương đối lớn
+ 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
CẮT BẰNG MÁY CẮT LƯỠI DAO CHẤN ĐỘNG
Hình 3.8- Sơ đồ nguyên lý cắt bằng lưỡi dao chấn động
1) Lưỡi cắt trên 2) Lưỡi cắt dưới
- Lưỡi dao lên xuống nhanh với hành trình ngắn nên thời gian cắt nhanh
- Kết cấu không phức tạp, dế chế tạo c Nhược điểm :
- Chất lượng bề mặt mép cắt không được cao.
KẾT LUẬN
Dựa trên các phương pháp cắt thép tấm phẳng đã nêu, ta có thể đánh giá ưu và nhược điểm của từng phương án Những nhận xét này giúp xác định phương pháp cắt phù hợp nhất cho nhu cầu sử dụng.
Phương pháp cắt thủ công thích hợp cho việc cắt các chi tiết đơn giản và mỏng, nhưng không yêu cầu chất lượng cao và có năng suất thấp Phương pháp này không thể được tự động hóa hoặc cơ khí hóa.
Phương pháp cắt thép tấm bằng hồ quang quang điện hoặc ngọn lửa khí có thể xử lý các tấm dày và hình dạng phức tạp, nhưng chất lượng mép cắt không cao và năng suất thấp Hơn nữa, việc cơ khí hóa và tự động hóa quy trình này gặp nhiều khó khăn, khiến phương pháp này chỉ phù hợp cho những ứng dụng đặc thù.
Phương pháp cắt bằng tia laser sử dụng chùm tia laser để gia công các loại vật liệu có cơ tính tốt, đồng thời dễ dàng áp dụng cơ khí hoá và tự động hoá Mặc dù kỹ thuật này cho phép cắt với độ chính xác cao, nhưng chiều dày cắt thường tương đối mỏng Bên cạnh đó, thiết bị tạo nguồn laser có cấu trúc phức tạp và chi phí đầu tư cao.
Phương pháp cắt bằng tia nước cho phép gia công đa dạng vật liệu với chất lượng cao và mức độ tự động hóa tốt Tuy nhiên, việc áp dụng công nghệ hiện đại này có thể tốn kém và không hiệu quả về mặt kinh tế cho quy mô sản xuất đang được thiết kế.
Phương pháp cắt bằng cặp dao đĩa có tốc độ cắt chậm và năng suất thấp khi áp dụng cho thép tấm dày, mặc dù lực cắt nhỏ Do đó, phương pháp này không mang lại hiệu quả cao.
Phương pháp cắt bằng dao nghiêng là một kỹ thuật hiệu quả, mặc dù mép cắt không thẳng và đẹp Phương pháp này yêu cầu lực cắt không lớn, cho phép cắt tấm thép dày và thực hiện các đường cắt cong mà không cần thiết kế máy móc cồng kềnh Hơn nữa, máy hoạt động với ít rung động, giúp giảm thiểu tác động đến môi trường xung quanh.
- Phương pháp cắt bằng dao song song : phương pháp này có đường cắt thẳng đẹp, hành trình dao nhỏ nhưng cần yêu cầu có lực tương đối lớn
Phương pháp sử dụng máy có dao kiểu máy chấn động dẫn đến sự mài mòn nhanh chóng của các lưỡi cắt, cũng như sự hình thành bavia và răng cưa theo đường bao của phôi cắt Do đó, sau khi cắt, cần phải sửa lại đường bao bằng cách kẹp lại thành từng chồng và phay lại theo đường bao Năng suất của kiểu cắt này thường ở mức thấp.
Dựa trên các phân tích về phương pháp cắt thép tấm và yêu cầu thiết kế với chiều rộng 3000mm và chiều dày 20mm, chúng tôi quyết định lựa chọn phương án sử dụng lưỡi dao cắt nghiêng để thiết kế máy.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY
Thiết kế động học bộ phận cắt
4.1.1.1 Phân tích lựa chọn phương án
Chuyển động tịnh tiến của dao trên có thể nhờ vào chuyển động của các cơ cấu
+ 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
Để cắt thép tấm có độ dày tối đa 20mm và chiều rộng tối đa 3000mm, với vật liệu là thép CT38, cần thiết lập một sơ đồ động phù hợp cho máy Điều này nhằm đảm bảo hiệu quả công nghệ và kinh tế Một trong những phương pháp là sử dụng chuyển động tịnh tiến thông qua cơ cấu tay quay con trượt.
Hình 4.1-Sơ đồ nguyên lý cơ cấu tay quay con trượt
Cơ cấu này chuyển đổi chuyển động quay của tay quay thành chuyển động tịnh tiến của con trượt, với nguyên lý đơn giản và chuyển động không phức tạp Nó tạo ra lực lớn, độ cứng vững cao và dễ chế tạo Khi tay quay quay, đầu trượt sẽ di chuyển lên hoặc xuống.
Hình 4.2 - Sơ đồ nguyên lý cơ cấu hình sin
Khi tay quay quay tròn, con trượt sẽ tịnh tiến lên xuống trong ống, dẫn đến cần C tịnh tiến qua lại Cơ cấu này cho phép có hành trình chuyển động tịnh tiến lớn nhưng vẫn đảm bảo hiệu suất hoạt động ổn định.
DUT-LRCC có thiết kế cồng kềnh, yêu cầu không gian làm việc lớn và tạo lực không đáng kể, dẫn đến hiệu suất hoạt động kém Cơ cấu này sử dụng chuyển động tịnh tiến thông qua xi lanh thủy lực.
Hiện nay, trong ngành cơ khí chế tạo máy, việc sử dụng lực dầu ép để truyền động đang trở nên phổ biến Điều này đặc biệt quan trọng đối với các loại máy cắt kim loại, bao gồm máy tổ hợp, máy điều khiển theo chương trình, cũng như các máy gia công kim loại bằng áp lực như máy dập, máy ép và máy cắt thép tấm.
Hình 4.3-Sơ đồ nguyên lý hệ thong thủy lực
Hoạt động của hệ thống bắt đầu từ việc ép các nguồn cung cấp dầu từ bể qua các phần tử điều khiển lưu lượng và áp suất, sau đó đến van phân phối Từ van phân phối, dầu được dẫn vào buồng trái hoặc buồng phải của hai xi lanh, tạo ra chuyển động tịnh tiến của cần piston, từ đó sinh ra lực cắt cho dao.
Truyền động vô cấp cho chuyển động của đầu dao giúp đảm bảo chế độ cắt tối ưu, tạo ra lực cắt 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
Mặc dù dầu thường được xem như chất lỏng không đàn hồi, điều này giúp đơn giản hóa tính toán và thiết kế, nhưng thực tế dầu vẫn có tính đàn hồi do chứa các khí hòa tan Tính chất này gây khó khăn trong việc đảm bảo sự ổn định và chuyển động êm ái cho các cơ cấu dầu ép.
Trong quá trình biến đổi năng lượng, năng lượng đàn hồi của dầu chuyển hóa hoàn toàn thành nhiệt năng mà không tạo ra công có ích Sự cản nhiệt này không chỉ làm thay đổi độ nhớt của dầu mà còn tăng khả năng rò rỉ và làm cho việc chắn dầu trở nên khó khăn hơn.
Có ba phương pháp tạo chuyển động tịnh tiến để tạo lực cắt cho dao, mỗi phương pháp đều có những ưu điểm riêng Tuy nhiên, xét về tính năng kỹ thuật, công nghệ, khả năng tự động hóa và giảm nhẹ công việc cho công nhân, hệ thống thuỷ lực dầu ép là lựa chọn tối ưu nhất khi cắt các loại thép cacbon và thép thường với kích thước phôi lớn.
+ Sơ đồ nguyên lý máy
Hình 4.4- Sơ đồ nguyên lý hệ thống thủy lực bộ phận cắt
1)Pit tong; 2) Buồng trên xilanh; 3) Đường ống; 4) Van phân phối; 5) Van tiết lưu ;
6) Đồng hồ đo áp suất; 7) Van một chiều; 8) Bơm dầu; 9) Động cơ; 10) Bể dầu; 11)
Khi động cơ bơm hoạt động, nó hút dầu từ bể qua bộ lọc và các thiết bị như van an toàn và bộ ắc quy dầu, trước khi đi qua van một chiều Sau khi dầu vượt qua van một chiều, nó tiếp tục đến van phân phối để vào buồng trên hoặc buồng dưới của xilanh, thực hiện chuyển động đi xuống cắt thép hoặc chuyển động lùi về.
4.1.1.2.Xác định các thông số máy a Tính chiều dài lưỡi dao
Theo kinh nghiệm chiều dài của lưỡi dao L:
Trong đó: b - chiều rộng lớn nhất của tấm thép đem cắt: bmax= 3000(mm)
Chiều dài của dao cần thiết phải tương đối dài để đảm bảo độ chính xác và độ thẳng của lưỡi dao Để đạt được độ nhiệt luyện tốt, thường thì các đoạn dao được chế tạo ngắn và sau đó ghép lại Trong đó, chiều dài của dao được chia thành 4 đoạn, mỗi đoạn dao sẽ có chiều dài tương ứng.
3080 mm b Xác định độ vận hành của dao nghiêng
Hình 4.5- Sơ đồxác định độ vận hành của dao nghiêng h max
DUT-LRCC y là chiều cao mở cực đại từ lưỡi dao đến mặt trên của tấm thép cần cắt, với giá trị y được chọn là 15 mm Chiều rộng lớn nhất của tấm thép là bmax = 3000 mm.
: Độ trùng dao để đảm bảo cắt hết chiều rộng tấm thép
L: Chiều rộng dao: L = 3100 (mm) hmax: Chiều dày lớn nhất của tấm thép do đó chiều dài hành trình cắt H:
H= 15+20 +3100 tg4 0 +15 = 267 (mm) c Xác định vận tốc
Vận tốc cắt của dao ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ, năng suất cắt và chất lượng mép cắt, đồng thời còn tác động đến độ rung động va đập của máy Do đó, việc tính toán và lựa chọn vận tốc cắt hợp lý là rất quan trọng để máy hoạt động hiệu quả, đạt năng suất và đáp ứng yêu cầu thiết kế Đối với việc cắt thép tấm với chiều dày amax = 20mm, vận tốc cắt nên nằm trong khoảng (5100) mm/s; với amax như vậy, chúng ta chọn v = 50 mm/s.
Thời gian cắt của dao là yếu tố quan trọng trong chu kỳ làm việc của máy, với độ vận hành của dao nghiêng được tính là H = 267 mm.
-Thời gian của dao đi là : t= 𝐻
Vậy thời gian cắt chính của dao là : t = 5,34 ( s).
Thiết kế động học cho bộ phận cấp phôi tự động
Bộ phận cấp phôi là bước đầu tiên trong quy trình sản xuất của bất kỳ máy móc nào, đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra sản phẩm Sự phát triển của khoa học kỹ thuật hiện nay đã thúc đẩy quá trình tự động hóa trong sản xuất, góp phần nâng cao hiệu quả và năng suất.
DUT-LRCC tự động hóa quy trình cấp phôi, giúp công nhân giảm bớt sức lao động khi phải khiêng những phôi thép nặng hàng tấn Điều này không chỉ giảm thiểu sự mệt nhọc và nhàm chán cho người lao động mà còn hạn chế nguy cơ tai nạn lao động, từ đó nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.
4.1.2.1.Phân tích chọn phương án Để thuận tiện trong việc điều khiển tự động theo chương trình, ta có một số phương án cấp phôi như sau。 a Cấp phôi bằng hệ thống các xilanh - piston khí nén
* Sơ đồ bố trí như sau:
Hình 4.6-Nguyên lý cấp phôi bằng hệ thống các xilanh - piston khí nén
1) piston - xilanh kẹp lúc cấp phôi 4)Phôi thép tấm
2) piston - xilanh đẩy phôi vào 5)Cảm biến áp suất
3) Hệ thống các con lăn đỡ
Khi phôi thép tấm được đặt lên sàn các con lăn, piston sẽ đi lên để kẹp phôi lại Cảm biến áp suất ở đầu piston sẽ xác định khi nào áp suất đủ lớn để tạo lực ma sát cần thiết Khi đạt yêu cầu, mạch điều khiển piston sẽ được đóng, đẩy hệ piston - xilanh cùng tấm thép vào vị trí của lưỡi cắt.
+ 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
+ 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 trong xilanh kẹp cố định, nếu chiều rộng tấm thép cần cắt nhỏ hơn khoảng cách này, chỉ có một piston sẽ hoạt động.
B Hệ thống cấp phôi dùng băng tải :
- Sơ đồ nguyên lý hình 3.4 dưới :
Hình 4.7- Sơ đồ nguyên lý hệ thống cấp phôi dùng băng tải
1)Tang dẫn 2) Con lăn 3) Băng
4) Phôi tấm 5) Bộ phận kẹp chặt 6) Dao trên
Băng tải được đặt trước bàn dao dưới và hoạt động nhờ động cơ điện, cung cấp phôi cho máy cắt Chuyển động của tấm thép diễn ra nhờ ma sát giữa tấm thép và băng tải Vật liệu làm băng tải có thể là vải cao su hoặc thép tấm mỏng.
+ 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
+ Thiết bị cồng kềnh, khó điều khiển chính xác phôi thép đến vị trí cần cắt
C Cấp phôi nhờ ma sát giữa hai lô cán quay ngược chiều nhau
Hình 4.8 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
Khi lực tác động từ hai lô cán lên tấm thép đạt yêu cầu, lô cán (2) sẽ được dẫn động từ động cơ qua hộp giảm tốc để kéo tấm thép đến vị trí lưỡi cắt Lực kéo phôi này phụ thuộc vào lực ma sát giữa lô cán và tấm thép, và phải lớn hơn lực ma sát của tấm phôi trên sàn con lăn.
Hệ thống cấp phôi bằng xilanh - piston khí nén có ưu điểm nổi bật là hạn chế nhược điểm của các cơ cấu truyền thống, cho phép cấp phôi hiệu quả ngay cả khi chiều rộng tấm thép cần cắt thay đổi.
Một nhược điểm của hệ thống là để dẫn động cho lô cán, cần có nguồn động lực từ động cơ thông qua hộp giảm tốc, điều này làm cho kết cấu của máy trở nên cồng kềnh hơn.
Mỗi phương án đều có những ưu và nhược điểm riêng, nhưng khi xem xét yêu cầu của máy trong việc cắt các sản phẩm có chiều dài và chiều rộng khác nhau, cần đánh giá kỹ lưỡng để lựa chọn phương án phù hợp nhất.
DUT-LRCC chọn phương án cấp phôi bằng lô cán, mặc dù phương án này vẫn có nhược điểm là cồng kềnh
4.1.2.2.Sơ đồ nguyên lý hoạt động và các thông số cơ bản của cấp phôi nhờ ma sát giữa hai lô cán quay ngược chiều nhau a 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 hệ thống cấp phôi tự động, khi phôi đạt đủ chiều dài cần thiết, nó sẽ chạm vào cử hành trình, kích hoạt rơle điều khiển cắt nguồn điện cho động cơ quay lô cán, ngăn không cho phôi tiếp tục cấp vào Tuy nhiên, do rôto của động cơ có tốc độ quay lớn, nên khi nguồn điện bị cắt, động cơ vẫn tiếp tục quay do quán tính Để giảm bớt lực dịch phôi vào do quán tính, tốc độ cán phôi được chọn nhỏ, khoảng 0,1 đến 0,3 m/s, cụ thể là 0,3 m/s (300 mm/s), và sử dụng động cơ có bộ phanh điện từ gắn trên trục để kiểm soát tốt hơn.
DUT-LRCC điều khiển động cơ cấp phôi, khi bị cắt, phanh điện từ sẽ hoạt động để giảm thiểu chuyển động quay do quán tính của rô to động cơ.
Cơ cấu đỡ phôi
Để ngăn chặn các chuyển động không mong muốn của phôi trong quá trình đưa vào, như phôi bị lệch hoặc bị công sôn do chiều dài sản phẩm quá dài, bàn cấp phôi thường được trang bị hệ thống đỡ phôi nhằm giảm thiểu lực ma sát tác động lên các lô cán cấp phôi.
Phôi thép tấm được chế tạo từ máy cán thép tấm đạt tiêu chuẩn kích thước Sau quá trình cán, thép tấm thường có chiều dài lớn, do đó cần có sàn đỡ phôi khi cắt trong máy cắt Trên sàn đỡ, bố trí một dãy con lăn nằm ngang tương ứng với các lô cán dưới và hai dãy con lăn giữ.
Hình 4.10- Kết cấu bàn đỡ 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.
Thiết kế động học cho bộ phận kẹp phôi
Khi cắt thép, lực tác dụng Pcắt của lưỡi dao trên và lưỡi cắt dưới không đồng nhất do sự tồn tại của khe hở Z giữa hai lưỡi cắt, và sự chênh lệch này tạo ra một momen quay M.
Momen có xu hướng làm cho vật liệu quay một góc nhỏ trước khi bị cắt, dẫn đến chất lượng bề mặt kém và mặt cắt không vuông góc với tấm thép Để khắc phục hiện tượng này, cần phải chống lại sự quay và ngăn cản mọi chuyển động của phôi trong quá trình cắt bằng cách áp dụng lực ép Q lên tấm vật liệu.
Hình 4.11- 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:
4.1.4.1.Kẹp phôi bằng chính trọng lực của một khối kim loại a Sơ đồ:
Hình 4.12-Sơ đồ kẹp phôi bằng trọng lực của khối kim loại
1) Bàn dao trên 3) Rãnh trượt 4) Phôi cắt
2) Khối lượng tấm kim loại kẹp chặt 5) Bàn dao dưới
Khi dao cắt bắt đầu đi xuống, khối lượng vật liệu kẹp chặt cũng theo đó di chuyển xuống và tiếp xúc với tấm thép cần kẹp Khi dao tiếp tục cắt, khối lượng này sẽ trượt lồng không trong rãnh của dao cắt Lúc này, lực kẹp của tấm thép đã được cố định và đạt giá trị lớn nhất Cơ cấu này có những ưu điểm và nhược điểm riêng cần được xem xét.
* 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
4.1.4.2.Kẹp chặt bằng hệ thống thủy lực dầu ép hoặc khí nén a Sơ đồ
Sơ đồ kẹp chặt bằng thuỷ lực như hình 4.13
Hình 4.13- Sơ đồ kẹp chặt bằng thủy lực
1) Đầu kẹp; 2) Buồng trên xilanh; 3) Đường ống; 4) Van phân phối; 5) Van tiết lưu ;
6) Đồng hồ đo áp suất; 7) Van một chiều; 8) Bơm dầu; 9) Động cơ; 10) Bể dầu;
11) Bộ lọc tinh; 12) Van tràn và van an toàn; 13) Bình tích áp
Dầu được bơm qua van đảo chiều và đi vào buồng trên của xilanh, đẩy piston xuống để kẹp chặt phôi trước khi cắt Sau khi cắt xong, van đảo chiều sẽ cho dầu vào buồng dưới của xilanh, đẩy piston lên và nhả phôi ra Phương pháp này có những ưu điểm và nhược điểm riêng cần được xem xét.
* Ưu điểm : Tạo được lực kẹp lớn nhờ dễ dàng tăng được áp suất để tăng lực kẹp, dễ dàng điều khiển
* Nhược điểm : Cơ cấu phức tạp, đắt tiền
4.1.4.3.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 ( Hình 4.14) a.Sơ đồ
Hình 4.14- 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 trong xilanh được gắn cứng với dao trên, khi nhận động lực từ xilanh thuỷ lực, dao di chuyển xuống và kẹp chặt phôi Đầu kẹp của piston nằm thấp hơn đầu dao, do đó đầu kẹp tiếp xúc với phôi trước, trong khi dao tiếp tục đi xuống, lò xo bị nén tạo ra phản lực đàn hồi Lực này tác động lên cần piston và đầu kẹp, kẹp phôi xuống để dao tiến hành cắt Sau khi hoàn tất quá trình cắt, dao sẽ di chuyển lên cùng với đầu kẹp để chuẩn bị cho chu kỳ cắt tiếp theo Sơ cấu này có những ưu điểm và nhược điểm riêng.
+ Cơ cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ dàng thay đổi lực kẹp nhờ vào cách thay đổi độ cứng của lò xo nén
+ Cơ cấu kẹp phôi êm, ít va đập rung động
Nguồn động lực cần được gia tăng để cung cấp lực cho cơ cấu kẹp chặt, do đó yêu cầu về hệ thống thủy lực trở nên cao hơn, bao gồm áp suất và công suất động cơ bơm.
Các phương án kẹp chặt phôi cho thấy rằng hệ thống kẹp bằng xilanh thủy lực có ưu điểm về lực kẹp nhưng nhược điểm là cồng kềnh và chi phí cao Kẹp bằng trọng lượng khối kim loại đơn giản nhưng gây rung động lớn cho máy Hệ thống kẹp bằng xilanh - piston và lò xo chịu nén mang lại sự êm ái và ít rung động, nhưng cũng cồng kềnh và cần lực tác động lớn hơn Do đó, kết cấu kẹp phôi có thể kết hợp tấm thép kẹp có trọng lượng G trượt trong rãnh bàn dao với hai xilanh lò xo chịu nén, tạo ra giải pháp đơn giản, dễ chế tạo, chi phí thấp và khắc phục nhược điểm của các phương án trước đó.
* Sơ đồ bố trí của kết cấu
Hình 4.15-Sơ đồ kết cấu cơ cấu kẹp phôi được chọn
1 )Đầu kẹp 2 )Tấm kim loại 3)Lõ thép 4)Đai ốc
5 Lò xo chịu nén 6 Tấm trượt mang đầu da 7 Lưỡi dao cắt 8 Bàn dao dưới.
Thiết kế động học cho bộ phận đỡ sản phẩm
Sau khi cắt, sản phẩm sẽ được đẩy ra ngoài thông qua một bộ phận đỡ, giúp đưa sản phẩm đến tay công nhân bốc xếp, đóng gói hoặc chuyển tiếp đến khâu tiếp theo trong dây chuyền sản xuất Bộ phận này thường là băng chuyền, hoạt động với vận tốc phù hợp cho từng tình huống Băng tải được dẫn động riêng biệt và liên tục bằng động cơ qua hộp giảm tốc.
Hình 4.16 - Sơ đồ bộ phận đỡ sản phẩm
TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC VÀ KẾT CẤU MÁY
4.2.1 TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC VÀ KẾT CẤU BỘ PHẬN KẸP PHÔI
Việc tính toán lực kẹp cần thiết để giữ phôi là rất quan trọng, đồng thời cần lựa chọn cơ cấu kẹp phù hợp và xác định các thông số kỹ thuật của các cơ cấu trong bộ phận kẹp phôi.
4.2.1.1.Tính toán lực kẹp phôi a Xác định lực cắt thép tấm
Khi sử dụng dao nghiêng để cắt kim loại, lực cắt chỉ tập trung vào một phần diện tích của vật cắt, khác với việc cắt phôi thép bằng dao thẳng song song, nơi lực cắt phân bố đều hơn.
* Xét tỷ số h/b và tg : a) Nếu h/b > tg thì lực cắt thép tấm được tính theo trường hợp cắt bằng dao song song công thức: Pmax =K.B.S. c
(4.1) (Sách công nghệ kim loại) b) Nếu h/b < tg thì lực cắt được tính theo trường hợp cắt bằng dao nghiêng
( 4.2) (Sách công nghệ kim loại)
Với : h: Bề dày thép tấm: hmax = 20mm b: Bề rộng tấm thép: bmax = 3000mm
Do tỷ số h/b = 20/3000 = 0,0067 < tg = tg4 o = 0,07, nên lực cắt được tính theo trường hợp (b)
Hình 4.17-Sơ đồ biểu diễn quá trình cắt bằng dao nghiêng một phía và các thông số cơ bản
Z2: là đại lượng đặt trưng cho chiều sâu rãnh cắt
Tỷ số 2 là chỉ số thể hiện độ sâu tương đối của vật cắt, phụ thuộc vào độ dẻo của vật liệu Nó đặc trưng cho tốc độ cắt kim loại, ảnh hưởng đến hiệu suất gia công.
: Hệ số dãn dài tương đối khi thí nghiệm kéo đứt kim loại
Trong đó: tb : Ứng suất tiếp trung bình theo diện tích hình thang ABED
F : Diện tích hình thang ABED
Từ thực nghiệm tính được mối qua hệ giữa tb và max như sau:
Thay các trị số của công thức (4.3) và (4.4) vào (4.2) ta có:
Độ sâu đứt tương đối của vật cắt ( 2) có mối quan hệ với vật liệu cắt, ví dụ như thép CT38 khi cắt ở trạng thái nguội với 2 = 0,35 Hệ số k1 phụ thuộc vào độ cứng vật liệu, được chọn là 0,73 trong khoảng 0,7 đến 0,75, và liên quan đến max b Hệ số k2, xét đến ảnh hưởng của độ mòn dao khi cắt nguội, được chọn là 1,25 trong khoảng 1,2 đến 1,3.
DUT-LRCC 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/mm 2 ), chọn b = 400 N/mm 2
Vậy: lực cắt lớn nhất là 504227 (N)
Và khoảng cách từ lúc lực cắt P tăng từ 0 đến Pmax = 504227 (N) là :
Để tính toán lực kẹp phôi khi cắt thép, ta sử dụng công thức Q = BF = h/tgα, trong đó BF = 20/tg4° = 286 mm Công thức này giúp đảm bảo rằng mép cắt được thẳng và vuông góc với phương tấm cắt.
Trong đó: P : lực cắt của tấm thép, P = 504227 (N)
Vậy lực kẹp phôi cần thiết khi cắt là Q = 17648 (N)
4.2.1.2.Tính toán các thông số của bộ phận kẹp phôi a.Tính kết cấu của lò xo trong cơ cấu kẹp chặt
Trong phần phân tích động học của cơ cấu kẹp chặt, cấu trúc kẹp bao gồm một tấm kim loại có khối lượng m và chiều dài l ≥ b, cùng với hệ thống lò xo được lồng trong các lõi thép Cơ cấu này được gắn lên bộ phận mang dầu dao trong quá trình cắt.
Khi lưỡi cắt hạ xuống, cơ cấu kẹp phôi sẽ di chuyển trước do vị trí đặt thấp hơn đầu mũi dao, bắt đầu quá trình kẹp phôi Chỉ khi lực kẹp đủ mạnh, mũi dao mới bắt đầu cắt thép.
Sơ đồ cắt và kích thước sơ bộ như sau:
Hình 4.18-Sơ đồ kết cấu cơ cấu kẹp phôi được chọn
1 )Đầu kẹp 2 )Tấm kim loại 3)Lõ thép 4)Đai ốc
5 Lò xo chịu nén 6 Tấm trượt mang đầu da 7 Lưỡi dao cắt 8 Bàn dao dưới
Giả sử ta bố trí đầu kẹp thấp hơn mũi dao trên là b = 15mm
Tấm thép có chiều dày hmax = 20mm Độ trùng dao để cắt hết chiều dày tấm thép là = 15mm
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/dm 3
Khi đầu kẹp tiếp xúc với tấm cắt và lò xo chịu nén chưa bị nén, áp lực từ khối lượng tấm kim loại tác động lên tấm cắt được xác định là N0.
Do đó khi kẹp, lực tác dụng lên các lò xo là :
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)
Trong quá trình vận chuyển của đầu dao với chiều cao H = 267mm và đầu kẹp được đặt thấp hơn mũi dao 15mm, khoảng cách giữa đầu kẹp và mặt trên của tấm thép là b = 15mm Từ đó, ta có thể tính được độ lớn chuyển vị x của lò xo là x = 267 - 15 = 252mm.
Để xác định kích thước của lò xo chịu nén, cần xem xét lực tác dụng lớn nhất là F lx = 2253 N Đồng thời, cũng cần chú ý đến các thông số của bộ phận kẹp phôi.
Khi chọn vật liệu cho lò xo trong máy cắt thép tấm chịu tải trọng lớn, cần ưu tiên thép silic mangan với độ bền kéo từ 1600 đến 1700 MPa Vật liệu này đảm bảo tính đàn hồi cao và khả năng duy trì đặc tính trong thời gian dài, giúp lò xo hoạt động hiệu quả trong điều kiện va đập và rung động mạnh.
+ Chọn tỷ số đường kính
Do đó : hệ số kể đến độ tăng ứng suất của lò xo do dây bị uốn cong k là: k = 1,2
+ Tính đường kính dây lò xo Đường kính dây lò xo được tính theo công thức : d 1 , 6 k F lx C (mm) (4.8)
Flx: lực lớn nhất lò xo chịu nén, Flx = 2253 (N)
: ứng suất xoắn cho phép của thép chế tạo lò xo, = 480 Mpa
DUT-LRCC thay số vào ta có: d 10,05(mm)
- Đường kính trung bình của lò xo:
Dn = Dtb + d = 77+11 (mm) Hình 4.19- Sơ đồ tính toán lò xo
- Đường kính trong: d: đường kính tiết diện dây H 0 : Chiều cao lò xo
Dt= Dtb- d = 77-11f(mm) D: đường kính trung bình p: Bước lò xo
Thông số của lò xo như hình 4.18
+ Xác định số vòng làm việc của lò xo( n)
Fmin = 0 ( do chọn ban đầu lò xo chưa chịu nén )
Số vòng làm việc n được xác định theo công thức : n ) F F (
Trong đó: x: biến dạng của lò xo, x = 267 (mm)
G: Mođun đàn hồi trượt, G = 8.10 4 (N/mm 2 )
Thay số vào ta có: n= 267.8.10
+ Xác định các kích thước khác
Tổng số vòng của lò xo: n0 = n + (1,5 2) 6 + 2 = 38 vòng
Chiều cao của lò xo khi các vòng sít nhau:
F2 = biến dạng của lò xo khi chịu lực cắt lớn nhất chính bằng x do ban đầu lò xo không chịu nén
: độ hở giữa các vòng lò xo khi chịu lực cắt lớn nhất Thường chọn
Chiều cao ban đầu khi chưa chịu tải của lò xo :
H 0 (sổ tay thiết kế máy)
77 = 9,2 > 3 do vậy cần phải có lõi lồng bên trong
+ Kiểm nghiệm ứng suất xoắn cho phép
Vậy thoả mãn điều kiện ứng suất cho phép
+ Vậy các thông số của lò xo Đường kính trung bình Dtb = 77 mm Đường kính ngoài Dn = 88 mm Đường kính trong Dt = 66 mm Đường kính dây lò xo d = 11mm
Chiều cao lò xo H0 = 662 mm
4.2.2 TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC VÀ KẾT CẤU CHO BỘ PHẬN CẮT Đây là bộ phận quan trọng nhất trong máy cắt, yêu cầu của việc tính toán động học và kết cấu phải đảm bảo cơ cấu phải tạo đủ lực cắt, làm việc đủ công suất Bao gồm:
Tính toán cho Piston thuỷ lực và tính kết cấu của bàn trượt giá dao
4.2.2.1.Tính toán hệ thống thủy lực cho bộ phận tạo lực cắt
Truyền động thuỷ lực là hệ thống sử dụng môi chất lỏng, như dầu ép, để truyền động Quá trình này bắt đầu bằng việc cung cấp năng lượng cho dầu dưới dạng thế năng, sau đó chuyển đổi thế năng thành động năng, cho phép thực hiện các chuyển động quay hoặc tịnh tiến.
Bất kỳ một hệ thống truyền động thuỷ lực nào cũng có hai phần chính:
- Cơ cấu biến đổi năng lượng ( bơm, động cơ ,xi lanh )
- Cơ cấu điều khiển, điều chỉnh (các loại van )
- Ngoài ra còn có các thiết bị phụ khác để đảm bảo hệ thống làm việc
Hầu hết các thiết bị cơ cấu trong hệ thống truyền dẫn thủy lực đã được tiêu chuẩn hóa, do đó, quá trình thiết kế và tính toán chủ yếu tập trung vào việc lựa chọn các thành phần sao cho máy móc hoạt động đúng theo yêu cầu thiết kế.
* So với các loại truyền động khác, truyền động thuỷ lực có nhiều ưu điểm hơn:
- Dễ đề phòng quá tải
- Truyền được công suất cao,lực lớn, cơ cấu đơn giản, độ tin cậy cao, ít chăm sóc và bảo dưỡng
- Hoạt động ít gây tiếng ồn
- Điều khiển vô cấp tốc độ, dễ dàng tự động hoá theo điều kiện làm việc hoặc theo chương trình
- Tính toán các thông số của Piston- Xilanh
- Lựa chọn các thông số của bơm (chọn động cơ, loại bơm dầu, áp suất, lưu lượng )
- Tính các tổn thất về áp suất, lưu lượng trong hệ thống và chọn các phần tử thủy lực a Tính toán, lựa chọn các thông số của Piston-Xilanh
* Tính sơ bộ chiều dài thân xilanh:
Sơ đồ bố trí như hình vẽ: a
Hình 4.20- Sơ đồ tính chiều dài thân xilanh c: chiều dày pittong h: chiều dày lớp dầu giảm chấn
H: hành trình của pittong(hành trình dịch chuyển của dao) Đã tính được hành trình dịch chuyển của dao cắt H = 252 mm Để quá trình kẹp chặt sảy ra trước thì đầu kẹp phải lắp đặt ở vị trí thấp hơn mũi dao Chọn khoảng cách tương đối đầu kẹp thấp hơn mũi dao là a = 15 mm
Do đó tổng hành trình dịch chuyển của mũi dao là :