Thiết kế máy cắt thép tấm bằng thủy lực

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, .... -Trong xây dựng, c

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn: ThS LƯU ĐỨC HÒA

Sinh viên thực hiện: PHAN THANH TÚ

Đà Nẵng, 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 đó để giải quyết những vấn đề cụ thể thường gặp trong thực tế sản xuất, trong kĩ thuật cũng như trong đời sống hằng ngày

Đồ án tốt nghiệp với mục đích giúp sinh viên hệ thống lại những kiến thức cơ bản đã học trước lúc ra trường, đồng thời phát huy khả năng tư duy, sáng tạo của mỗi sinh viên khi đứng trướt một vấn đề thực tế trong kĩ thuật 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: "THIẾT KẾ MÁY CẮT THÉP TẤM TỰ ĐỘNG" với các nội dung sau:

Chương 1: Nhu cầu sản xuất thép tấm và cơ sở lý thuyết cắt kim loại

Chương 2: Phân tích và lựa chọn kết cấu máy hợp lý

Chương 3: Thiết kế và tính chọn các kết cấu máy

Chương 4: Thiết kế hệ thống điều khiển máy

Chương 5: An toàn vận hành máy

Đề tài được hoàn thành với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn Lưu Đức Hòa Vì là một vấn đề tương đối lớn và 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

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương 1 : NHU CẦU SẢN XUẤT THÉP TẤM VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT CẮT KIM LOẠI 4

1.1 Nhu cầu sản xuất thép tấm 4

1.2 Cơ sở lý thuyết về cắt kim loại 5

1.2.1 Lý thuyết về biến dạng kim loại 5

1.2.2 Nguyên lý biến dạng khi cắt 10

1.3 Các phương pháp cắt kim loại 13

1.3.1 Cắt thủ công 13

1.3.2 Cắt bằng hồ quang điện hoặc ngọn lửa khí 13

1.3.3 Cắt bằng tia laser 15

1.3.4 Cắt bằng tia Plasma 16

1.3.5 Phương pháp cơ học 17

Chương 2 : PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN KẾT CẤU MÁY HỢP LÝ 23

2.1 Phân tích lựa chọn cơ cấu cắt hợp lý 23

2.1.1 Cơ cấu cơ học 23

2.1.2 Cơ cấu cắt nhờ hệ thống xi-lanh thủy lực hoặc khí nén 24

2.1.3 Kết luận 25

2.2 Lựa chọn cơ cấu kẹp phôi 26

2.2.1 Kẹp phôi bằng trọng lực của một tấm kim loại 27

2.2.2 Kẹp chặt bằng hệ thống thủy lực hoặc khí nén 28

2.2.3 Kẹp bằng hệ thống lò xo chịu nén gắt lên dao trên 28

2.2.4 Kết luận 29

2.3 Lựa chọn cơ cấu cấp phôi 31

2.3.1 Cấp phôi bằng hệ thống các xilanh - piston khí nén 31

2.3.2 Cấp phôi nhờ ma sát giữa hai lô cán quay ngược chiều 32

2.3.3 Kết luận: 33

2.4 Cơ cấu lấy phôi 34

2.5 Xây dựng sơ đồ động học máy 34

Chương 3: THIẾT KẾ VÀ TÍNH CHỌN CÁC KẾT CẤU MÁY 36

3.1 Tính toán hệ thống cắt kim loại bằng thủy lực 36

3.1.1 Tính toán lựu chọn các thông số của piston-xilanh 37

3.1.2 Tính toán lựa chọn các thông số của bơm 40

3.1.3 Xác định tiết diện ống dẫn 42

3.1.4 Tính các tổn thất về áp suất, lưu lượng tròng hệ thống 42

3.1.5 Phân tích chọn loại dầu trong hệ thống 45

3.1.6 Chọn các phần tử thủy lực khác 45

3.1.7 Tính toán các thông số của lữa dao cắt và bà trượt gá dao 50

3.2 Tính toán bộ phận kẹp phôi 54

3.2.1 Tính lực kẹp phôi 54

3.2.2 Tính các thông số của bộ phận kẹp phôi 54

3.2.3 Tính là xo 55

3.3 Tính toán hệ thống cấp phôi 58

3.3.1 Sơ đồ nguyên lý, nguyên lý hoạt động của bộ phận cấp phôi 58

3.3.2 Xác định số lượng con lăn trên sàn lăn và kích thước sơ bộ chúng 59

3.3.3 Tính lực kéo phôi thép tấm của tang dẫn động 60

3.3.4 Chọn động cơ và tính toán hộp giảm tốc 60

3.4 Tính toán bộ phận đỡ phôi 78

3.4.1 Sơ đồ nguyên lý, nguyên lý hoạt động của bộ phận đỡ sản phẩm 78

3.4.2 Tính toán sàn lăn 79

Chương 4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY 80

4.1 Giới thiệu về điều khiển tự động PLC 80

4.1.1 Bộ điều khiển PLC 80

Cờ được ký hiệu M và được đánh số thập phân Ví dụ: M0, M9, M100 82

4.2 Phân tích chọn phương án diều khiển 84

4.2.1 Dùng một công tắc hành trình 84

4.2.2 Sử dụng cảm biến hồng ngoại 85

4.2.3 Dùng cảm biến đo độ dài 86

4.2.4 Kết luận 86

4.3 Chương trình điều khiển PLC 88

4.3.1 Sơ đồ nguyên lý 88

4.3.2 Biểu đồ trạng thái 89

4.3.3 Chương trình điều khiển 90

Chương 5: AN TOÀN VẬN HÀNH MÁY 92

5.1 Trước khi làm việc 92

5.2 Trong khi làm việc 92

5.3 Sau khi làm việc 93

KẾT LUẬN 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO 95

Chương 1 : NHU CẦU SẢN XUẤT THÉP TẤM VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CẮT KIM LOẠI

1.1 Nhu cầu sản xuất thép tấm

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,

-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

-Trong ngành điện : Thép tấm được dùng làm kết cấu các cột điện cao thế, các sản phẩm trong lĩnh vực điện như các lá thép trong stato của động cơ điện, các cánh quạt

cỡ lớn, các tấm thép mỏng dùng làm các lá thép để ghép lại trong chấn lưu đèn ống , máy biến thế, các hộp công tơ điện

Hình 1.1- 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 1.2- 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

1.2 Cơ sở lý thuyết về cắt kim loại

Cắt kim loại là phương pháp gia công bằng áp lực bằng cách dùng ngoại lực tác dụng lên kim loại ở trạng thái nóng hoặc nguội, làm cho kim loại đạt quá giới hạn đàn hồi, kết quả làm thay đổi hình dạng của vật thể kim loại mà không phá huỷ tính liên tục và độ bền của chúng Cắt kim loại là chia phôi ra thành tấm, dải, mảnh theo biên dạng đã được định sẵn Quá trình cắt xảy ra từ 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

1.2.1 Lý thuyết về biến dạng 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

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 kim loại như sau:

Hình 1.3 Biểu đồ quan hệ giữa lực kéo P và độ biến dạng dài tuyệt đối l

Khi tải trọng tác dụng nhỏ hơn Pđh thì độ biến dạng tăng theo đường bậc nhất, đây

là giai đoạn biến dạng đàn hồi: Biến dạng sẽ bị mất đi nếu ta bỏ tải trọng tác dụng.Khi tải trọng tăng từ Pđh → Pđ thì độ biến dạng tăng với tốc độ nhanh, đây là giai đoạn biến dạng dẻo, kim loại sẽ bị biến đổi hình dạng và kích thướt sau khi bỏ tải trọng tác dụng lên nó

Khi tải trọng đạt đến giá trị lớn nhất Pđ thì trong kim loại bắt đầu xuất hiện vết nứt, tại đó ứng suất tăng nhanh và kích thước 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

(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 :

G : modun đàn hồi trượt

Và P = - k

v v

 (đối với ép 3 chiều ) ( 2.3 ) Với k = 3(12)

E

( 2.4 ) Với G = 2(12)

E

( 2.5 )

Vậy biến dạng đàn hồi của kim loại có nghĩa là các nguyên tử trong mạng tinh thể tác động qua lại với nhau bằng lực hút và lực đẩy Nếu lực tác dụng chưa đủ để sinh ra ứng suất vượt quá giới hạn đàn hồi của vật liệu thì kim loại trở lại trạng thái cân bằng, hay ở giai đoạn này quá trình cắt kim loại chưa xảy ra

- Theo hình thức trượt, một phần đơn tinh thể dịch chuyển song song với phần còn lại theo một mặt phẳng gọi là mặt trượt, trên mặt trượt các nguyên tử dịch chuyển tương đối với nhau một khoảng đúng bằng số nguyên lần thông số mạng, sau dịch chuyển các nguyên tử kim loại ở vị trí cân bằng mới, bởi vậy sau khi thôi tác dụng lực biến dạng không mất đi

- Song tinh, các phần đơn tinh thể xoay đi một góc và đối xứng với nhau qua một mặt phẳng gọi là mặt phẳng song sinh, các nguyên tử trên mỗi mặt tinh thể dịch chuyển đi một khoảng tỉ lệ với khoảng cách từ mặt tinh thể đến mặt song tinh

Hình 1.5 a) Biến dạng dẻo theo hình thức trượt

b) biến dạng dẻo theo hình thức 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 Các mặt trượt là các mặt phẳng có mật độ nguyên tử cao nhất Biến dạng dẽo do song tinh gây

ra rất bé nhưng khi có song tinh, trượt xẩy ra thuận lợi hơn

Biến dạng dẽo của đa tinh thể: Kim loại và hợp kim là tập hợp của nhiều đơn tinh thể, cấu trúc của chúng được gọi là cấu trúc đa tinh thể Ở đây biến dạng dẽo có hai dạng: biến dạng trong nội bộ hạt và biến dạng ở vùng biên giới hạt Sự biến dạng trong

nội bộ hạt do trượt và song tinh Đầu tiên sự trượt xẩy ra ở các hạt có mặt trượt tạo với hướng của ứng suất chính một góc bằng hoặc xấp xỉ 450, sau dó mới đến các mặt khác Như vậy biến dạng dẽo trong kim loại đa tinh thể xẩy ra không đồng thời và không đều Dưới tác dụng của ngoại lực, biên giới hạt của các tinh thể cũng bị biến dạng, khi

đó các hạt trượt và quay tương đối nhau Do sự trượt và quay của các hạt, trong các hạt lại xuất hiện các mặt trượt thuận lợi mới, giúp cho biến dạng trong kim loại tiếp tục phát triển

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 nên làm cho bên trong kim loại sinh ra ứng suất dư, ngay cả sau khi thôi tác dụng ứng suất dư vẫn còn tồn tại

c) Phá hủy

Quá trình biến dạng tăng dần với một mức 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 hủy trong điều kiện tải 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 làtheo 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:

E : mođun đàn hồi của vật liệu

 s: Sức căng bề mặt

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

1.2.2 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

- 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:

Hình 1.6- 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 ( H1.6-a)

Giai đoạn hai bắt đầu khi có sự chuyển dịch tương đối giữa phần này với phần kia của tấm (H1.6-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 (H1.6-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 1.7- Bề mặt bên của phần kim loại được cắt ra

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 1.8 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

M = a.R = N.b Trong quá trình cắt nếu tấm kim loại bị quay đi một góc thi chất lượng mặt cắt sẽ rất kém, bị ba via và đôi khi không thể cắt được nếu trị số khe hở Z lớn Vì vậy cần phải loại bỏ hiện tượng quay của tấm trong quá trình cắt bằng cơ cấu kẹp với lực kẹp

Q, đồng thời giảm khe hở giữa hai lưỡi dao đến trị số thích hợp và mài dao vát góc trước γ

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 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 1.9 Sơ đồ phâ 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 :

ra không đảm bảo yêu cầu về độ chính xác

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

1.3.2 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

Sơ đồ quá trình cắt kim loại bằng khí:

Hình 1.10 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

Để đảm báo chất lượng phôi, nâng cao năng suất cắt và hạ giá thành cắt cần phải chọn các chế độ cắt hợp lý khác nhâu như áp suất ki cắt, lượng khí tiêu hao khi cắt, tốc

độ cắt, khoảng cách khống chế từ mỏ cắt tới vật cắt do đó việc dung phương pháp này

để cắt thép tấm không mạng lại hiệu quả kinh tế cao cũng như năng suất thấp, khó chuyển sang tự động hóa

Sơ đồ cấu tạo mỏ cắt khí:

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 chung về cắt bằng laser là một phương pháp tạo rãnh cắt hoặc lỗ nhờ

vào nguồn nhiệt bức xạ rất lớn của laser làm vật liệu vùng cắt cháy lỏng và bốc hơi đi

ra ngoài

Hình 1.12 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

3,6 – Van giảm áp 10,11,12- các công tắc

5-Bình chứa khí ổn định 13- Nguồn điện

7- van

Hình 1.13 Sơ đồ nguyên lý cắt bằng plasma

a)Sơ đồ nguyên lý cắt ; b) Sơ đồ cấu tạo đầu cắt

Hình1.14 Cắt Plasma trong thực tế

Cắt kim loại bằng Plasma có nhiều ưu điểm như hiệu suất cắt cao, dễ sử dụng, giảm được chi phí sản xuất nhờ hiệu suất cao, cắt chính xác, nhưng bên cạnh đó tồn tại một số hạn chế như không đáp ứng được với vật liệu phi kim loại, cắt inox dễ bị nám đen ngay vết cắt và có một số phụ kiện cần thay thế thường xuyên

1.3.5 Phương pháp cơ học

a) Máy cắt dao thẳng song song

- Công dụng : Máy cắt dao thẳng song song dùng để cắt các loại phôi và sản phẩm có tiết diện vuông, chữ nhật, tròn máy thường đặt sau máy cán phôi, cán phá, cán hình cỡ lớn có tiết diện sản phẩm là đơn giản Máy có nhiệm vụ cắt bỏ phần đầu,

phần đuôi vật cán và dùng để cắt phân đoạn vật cán theo kích thước qui định Khi làm việc mặt phẳng chuyển động của dao không đổi

Hình 1.15 Nguyên lý cắt dao thẳng song song

1 Bàn kẹp 5 Con lăn dẫn động

2 Bàn trượt trên 6 Phôi thép

3 Cữ cắt 7 Lưỡi dao trên

4 Bàn trượt dưới 8 Lưỡi dao dưới

+ Các thông số cơ bản của máy theo trên hình 3.6:

H: Chiều cao vận hành dao

L: Chiều dài sản phẩm

S: Chiều cao lưỡi cắt

: Chiều dày lưỡi cắt S 2.53

h: Chiều dày vật cắt

b: Chiều rộng vật cắt

: Độ trùng dao, = (1020) mm

l : Chiều dài lưỡi cắt

l = (3  4 ) b cho các máy có p = (60  260 ) tấn

l = (2  2.5) b cho các máy có p = (1000  1600 ) tấn

Góc cắt 90°, bốn góc đều cắt được

Vật liệu làm bàn trượt: Thép CT6

Vật liệu làm dao : Thép 6XHM,5X2BC, 55XHB, 55XH2

Theo kết cấu của máy, người ta phân ra làm hai loại: Loại có dao trên di động và loại có dao dưới di động

b) Máy cắt lưỡi dao đĩa

Quá trình cắt kim loại tấm dày trên máy cắt dao đĩa được thực hiện bằng những đĩa dao quay tròn, đĩa dao trên và đĩa dao dưới được quay ngược chiều nhau cùng một tốc độ góc (), vật liệu cắt được chuyển dịch nhờ lực ma sát giữa kim loại và dao đĩa

Vị trí và kích thước đĩa dao được xác định phụ thuộc vào chiều dày vật liệu cắt Công việc cắt được thực hiện lấy dấu bằng tay hay đồ gá chuyên dùng Khi cắt dọc tôn tấm năng suất máy dao đĩa lớn hơn năng suất máy dao nghiêng nhưng có nhược điểm là dao thường bị uốn cong và thường phải uốn lại Để khắc phục hiện tượng này người ta thường đặt lệch trục đĩa dao trên so với dao dưới một đoạn e không lớn lắm

Máy cắt đĩa áp dụng cắt mép, dãi hẹp cắt dọc theo chiều dài tấm thẳng vô hạn Máy cắt này dùng để cắt viền và cắt mép những băng thép có chiều rộng lớn, cắt những tấm thép có kích thước nhất định theo tiêu chuẩn khi xuất xưởng Để cắt được thẳng và không bị ba via người ta làm dao có lưỡi hình tròn theo chiều của bán kính Máy cắt đĩa thường có hai loại: loại một cặp đĩa và loại nhiều cặp đĩa

- Sơ đồ nguyên lý máy cắt dao đĩa :

Hình 1.16 Sơ đồ nguyên lý máy cắt dao đĩa

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

- Khi H= (310)mm thì D = (4050)H

- Khi H > 10mm thì D =30H

Vật liệu làm dao là các loại thép hợp kim: 5XBC, 9XC, 6XHM, 55XHHB

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

90

a) Máy cắt dao nghiêng

Để giảm lực trong quá trình cắt của máy cắt dao song song, người ta dùng máy cắt thép tấm lưởi dao được đặt nghiêng một góc  Khác với máy cắt dao song song, máy này có lưởi cắt chỉ một phần xác định có trị số phụ thuộc vào góc nghiêng không đổi

Do đó trên một chiều dài hành trình lưởi dao trên khi dao ăn sâu vào kim loại, lực cắt không thay đổi và không phụ thuộc vào chiều rộng tấm thép Lực này nhỏ hơn rất nhiều so với lực cắt yêu cầu khi cắt cùng tấm vật liệu đó trên máy cắt dao song song

Hình 1.17 Nguyên lý cắt thép tấm dao nghiêng

1, Dao dưới 3, Dao trên

2, Phôi 4, Rãnh trượt

Loại máy này lưỡi dao dưới nằm ngang, lưỡi dao trên nghiêng một góc  = 2 6o, lực cắt không lớn lắm, cắt được các tấm dày, cắt được các đường cong, đường cắt không thẳng và nhẵn

Khi cắt dao tiếp xúc dần với vật cắt từ trái sang phải, lực cắt thực hiện không đồng thời trên toàn chiều rộng cắt B Do lực cắt giảm nên có thể cắt được những tấm thép dày hơn 60 mm

Các thông số của lưỡi dao trên:

k k

3 2 1

2

2/3

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

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

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

k3: Hệ số xét đến ảnh hưởng về khe hở của hai lưỡi dao

k3 = (1,15  1,25 ) cho cắt nóng và k3 = (1,2  1,3 ) cho cắt nguội

h và b là chiều day và giới hạn bền của vật cắt

b) Kết luận

Ở trên là một số công nghệ (phương án) cắt thép tấm được sử dung hiện nay Thông qua ưu, khuyết điểm đánh giá các phương án ta có nhận xét như sau:

- Phương pháp cắt bằng cặp dao song song thì mép cắt đẹp, thời gian mỗi nhát cắt

nhanh nhưng lực cắt quá lớn, hơn nữa để cắt thép tấm có chiều dày hmax = 20mm, lúc

này lực cắt sẽ rất lớn nên yêu cầu về độ bền của dao cũng như thân máy cao, rung

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

- Phương pháp cắt bằng cặp dao đĩa, phương pháp này tuy lực cắt nhỏ nhưng tốc

độ cắt chậm hơn, năng suất thấp khi cắt thép tấm có chiều dày lớn, do đó phương pháp

này không hiệu quả

- Phương pháp cắt bằng dao có lưỡi nghiêng: Phương pháp này tuy mép cắt không

được thẳng và đẹp nhưng lực cắt cần thiết không yêu cầu lớn, có thể cắt theo những

đường cắt cong, do đó không yêu cầu kết cấu máy phải cồng kềnh, máy ít rung động

đến xung quanh, do vậy ta dùng phương án lưỡi dao cắt nghiêng để thiết kế máy

Chương 2 : PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN KẾT CẤU MÁY HỢP LÝ 2.1.1 Cơ cấu cơ học

a) Cơ cấu tay quay con trượt

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý tay quay con trượt 1: Tay quay 3: Con trượt

2: Thanh truyền 4: Dao trên

Khi tay quay (1) quay làm cho con trượt (3) chuyển động lên xuống mang theo dao (4) chuyển động lên xuống để cắt

Cơ cấu này biến chuyển động quay của động cơ thành tịnh tiến cho dao cắt Cơ cấu có nguyên lý đơn giản, chuyển động không phức tạp, tạo được lực lớn, độ cứng vững cao dẽ chế tạo

b) Cơ cấu hình sin

Khi tay quay quay tròn làm cho con trượt tịnh tiến qua lại trong ống, làm co cần C mang theo dao tịnh tiến lên xuống

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý cơ cấu hình sin

Cơ cấu này có hành trình chuyển động lớn nhưng kết cấu công kềnh đòi hỏi không gian làm việc của cơ cấu lớn, cơ cấu tạo lực nhỏ, kém vững do đó hiệu suất kem

2.1.2 Cơ cấu cắt nhờ hệ thống xi-lanh thủy lực hoặc khí nén

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

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống thủy lực

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

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

+ Dễ dàng thay đổi hành trình chuyển động của đầu dao

+ Dễ điều khiển theo chương trình, tự động hoá quá trình làm việc

c) Nhược điểm:

+ Tuy trong thực tế coi dầu như chất lỏng không đàn hồi, điều này giúp đơn giản việc tính toán và thiết kế nhưng thực chất dầu vẫn có tính đàn hồi do có các chất khí hoà tan trong dầu, điều này làm cho việc đảm bảo sự làm việc ổn định, sự chuyển động êm nhẹ cho các cơ cấu dầu ép khó khăn

+ Trong quá trình biến đổi năng lượng, năng lượng đàn hồi của dầu hoàn toàn biến thành nhiệt năng, thông qua dầu và các thiết bị truyền về bể mà không thực hiện một công có ích nào cả Hơn nữa sự cản nhiệt này còn làm cho độ nhớt của dầu bị thay đổi, làm tăng khả bị rò dầu, chắn dầu khó khăn

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

một công có ích nào cả Hơn nữa sự cản nhiệt này còn làm cho độ nhớt của dầu bị thay đổi, làm tăng khả bị rò dầu, chắn dầu khó khăn

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

2.1.3 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

2.2 Lựa chọn cơ cấu 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:

3.M = Pcắt l Thông thường: l = ( 1.5 2) z

Momen có xu hướng làm cho vật liệu quay đi một góc nhỏ trước khi bị cắt đứt Hiện tượng quay này làm cho chất lượng bề mặt bị xấu đi, mặt cắt không vuông góc với bề mặt tấm thép Bởi vậy ta cần phải chống lại sự quay đó, đồng thời ngăn cản bất

kỳ một chuyển động nào có thể của phôi trong quá trình cắt bằng cách thêm vào lực ép

Q trên tấm vật liệu

Hình 2.4 Sơ đồ 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:

2.2.1 Kẹp phôi bằng trọng lực của một tấm kim loại

a) Sơ đồ

Hình 2.5 Sơ đồ kẹp phôi bằng trọng lực của khối kim loại

1 Bàn dao trên 4 Phôi cắt

2 Khối lượng tấm kim loại kẹp chặt 5 Bàn dao dưới

3 Rãnh trượt

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

2.2.2 Kẹp chặt bằng hệ thống thủy lực hoặc khí nén

a) Sơ đồ:

Hình 2.6 Sơ đồ kẹp phôi bằng thủy lực

1, Phôi 3, Xilanh thủy lực

2, Piston 4, Van đảo chiều 4/3 b) Hoạt động

Dầu được đưa từ bơm qua van đảo chiều (4) rồi theo đường ống qua bộ làm đều tốc độ vào buồng trên của xilanh (3) đẩy piston (2) đi xuống kẹp chặt phôi trước khi cắt Khi cắt xong đảo chiều van làm cho dầu đi vào buồng dưới của xilanh đẩy piston

đi lên, nhả phôi (1) ra

c) Ưu nhược 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

2.2.3 Kẹp bằng hệ thống lò xo chịu nén gắt lên dao trên

Lợi dụng lực đàn hồi của lò xo sinh ra khi chịu kéo hoặc chịu nén để làm lực kẹp cho phôi khi cắt kim loại

a) Sơ đồ

c) Ưu nhược điểm

2.2.4 Kết luận

Qua các phương án kẹp chặt phôi đã phân tích trên cho thấy: kẹp bằng hệ thống

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 các khối thép kẹp có trọng lượng G trượt lồng không trong rãnh của bàn dao trên kết hợp với lò xo chịu nén Kết cấu này đơn giản,

dễ chế tạo, giá thành rẻ và có thể khắc phục được nhược điểm của các cơ cấu như đã phân tích ở trên

- Sơ đồ bố trí của kết cấu:

Hình 4.15 Sơ đồ kết cấu cơ cấu kẹp phôi được chọn

1.Đầu kẹp 5 Lò xo chịu nén

2 Tấm kim loại 6 Tấm trượt mang đầu dao

3 Lõi thép 7 Lưỡi dao cắt

4 Đai ốc 8 Bàn dao dưới

2.3 Lựa chọn cơ cấu cấp phôi

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

Có những phương án cấp phôi tự động theo chương trình

2.3.1 Cấp phôi bằng hệ thống các xilanh - piston khí nén

a) Sơ đồ:

Hình 2.9 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

b) Hoạt động:

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

c) Ưu nhược điểm

- Ưu điểm:

 Cơ cấu dễ điều khiển nếu ta sử dụng nguồn điều khiển là khí nén để tạo áp lực tác dụng lên piston

 Thiết bị kết cấu đơn giản

 Thiết bị điều khiển trong khí nén rẻ tiền

Hình 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 b) Hoạt động

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

c) Ưu nhược điểm

- 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

2.3.3 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

Hình 2.10 Sơ đồ động cơ cấu cấp phôi

1 Động cơ; 2 Hộp giảm tốc; 3 Khớp nối

4 Lò xo; 5 Lô cán dẫn động 6 Vít điều chỉnh

2.4 Cơ cấu lấy phôi

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 băng chuyền (băng tải) chuyển động với vận tốc hợp lý trong từng trường hợp cụ thể Lợi dụng trọng lượng của sản phẩm ta thiết kế một sàn lăn nghiêng để tấm thép sau khi cắt sẽ tự chảy ra ngoài sau đó được vận chuyển đi

Hình 2.11 Cơ cấu đỡ phôi

2.5 Xây dựng sơ đồ động học máy

- Nguyên lý hoạt động: Bơm dầu (4) hút dầu từ bể bơm qua các phần tử thủy lực cung cấp dầu cho xilanh tạo lực cắt (11) Động cơ điện (18) dẫn động con lăn (14) quay đưa thép tấm vào vùng cắt Khi cảm biến độ dài đo đủ chiều dài lập tức đừng động cơ, đồng thời piston tạo lực cắt (12) mang cơ cấu kẹp (13) và dao (21) đi xuống

để tiến hành cắt ( đầu kẹp chạm mặt phôi trước, piston càng đi xuống phôi càng được kẹp chặt ) khi piston chạm vào x1 thì lập tức lùi về đồng thời đầu kẹp nhả phôi ra, đến khi piston chạm x0 thì tác động làm động cơ quay và lặp lại chu trình Sau khi cắt, sản phẩm rơi trên sàn lăn nghiêng (20) và tự chảy ra ngoài

Hình 2.12 Sơ đồ động học máy

Chương 3: THIẾT KẾ VÀ TÍNH CHỌN CÁC KẾT CẤU MÁY

3.1 Tính toán hệ thống cắt kim loại bằng thủy lực

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống cắt kim loại bằng thủy lực

1, Phôi 7, Van phân phối 4/3 13, Bơm dầu

2, Bộ phận kẹp 8, Van tiết lưu 14, Lọc tinh

3, Dao trên 9, Ắc quy dầu 15, Lọc thô

4, Xilanh thủy lực 10, Đồng hồ đo áp 16, Bể chứa dầu

5, Piston 11, Van một chiều 17, Van an toàn, van tràn

6, Ống dẫn dầu 12, Động cơ

Truyền động thuỷ lực là một hệ thống truyền động dùng môi chất lỏng (các loại dầu ép) làm khâu trung gian để truyền.Truyền động được thực hiện bằng cách cung cấp cho dầu một năng lượng dưới dạng thế năng, sau đó biến đổi thế năng của dầu thành động năng để thực hiện các chuyển động quay hoặc chuyển động 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

Phần lớn các thiết bị cơ cấu trong truyền dẫn thuỷ lực đã được tiêu chuẩn hoá nên việc thiết kế tính toán chỉ mang tính lựa chọn, sao cho máy hoạt động đúng yêu cầu thiết kế

3.1.1 Tính toán lựu chọn các thông số của piston-xilanh

.5,0.3,1

Với : S = 10mm ; α = 4o ; σc = (0,6 ÷0,8)σb = 272 (N/mm2)

0

2 max

4

272.10.5,0.3,1

Pxilanh : Lực công tác cần thiết của mỗi xilanh

fxi : áp suất làm việc của xilanh

Với lực cắt thép tấm lớn, ta sử dụng 2 xilanh thủy lực do đó lực cắt cần thiết ở mỗi

Chọn áp suất làm việc của xilanh:

- Chọn áp suất đầu ra của bơm: Pb=100 Bar (≈ 100 KG/cm2)

Pb= pxi+ ∆p1+ ∆p2+ ∆p3+ ∆p4 +∆p5 +∆p6Trong đó:

pxi : Áp suất dầu tác dụng lên bề mặt piston-xilanh

Pb: Áp suất đầu ra của bơm, Pb=100 Bar (≈ 100 KG/cm2)

∆p1: Tổn thất áp suất của bộ lọc dầu ∆p1=1,5 bar

∆p2: Tổn thất áp suất của van tràn ∆p2=2,5 bar

∆p3: Tổn thất áp suất của van tiết lưu ∆p3=4 bar

∆p4: Tổn thất áp suất của van đảo chiều ∆p4=2 bar

∆p5: Tổn thất áp suất của van một chiêu ∆p5=1,5 bar

P6 : Tổn thất áp suất trên đường ống dẫn dầu,  p6= 1,5 bar

Ta có: Pxl= Pb – (p) = 87 (bar) = 8,7 (N/mm2)

Thay Pxilanh và fxl vào (3.2) :

7,8

- Tính toán sức bền của xilanh:

 Chiều dày thành xilanh:

 : giới hạn bền chọn vật liệu xilanh C45 có  = 58 KG/mmb 2

: hệ số độ bền của mối hàn với thép  = 0,9

100 3 , 0 160 1 , 0

Q

)/(mm s

- Xác định định độ dài thân xilanh

 Xác định hành trình cắt:

Hình 3.2 Sơ đồ xác định hành trình dao

Gọi y là chiều cao mở cực đại từ phía dưới của lưỡi dao trên tới mặt trên của tấm thép đem cắt Chọn y = 10mm

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