Thiết kế máy cắt thép tấm kiểu thủy lực

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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

I Thông tin chung:

1 Họ và tên sinh viên: NGUYỄN XUÂN HÙNG

2 Lớp: 15C1C Số thẻ SV: 101150122

3 Tên đề tài: THIẾT KẾ MÁY CẮT THÉP TẤM KIỂU THỦY LỰC

4 Người hướng dẫn: NGUYỄN THANH VIỆT Học hàm/ học vị: Thạc Sĩ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

I Thông tin chung:

1 Họ và tên sinh viên: NGUYỄN XUÂN HÙNG

2 Lớp: 15C1C Số thẻ SV: 101150122

3 Tên đề tài: THIẾT KẾ MÁY CẮT THÉP TẤM KIỂU THỦY LỰC

4 Người phản biện: ĐINH MINH DIỆM Học hàm/ học vị: PGS.TS

II Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:

tối đa

Điểm trừ

Điểm còn lại

1a - Hiểu và vận dụng được kiến thức Toán và khoa học tự

1b - Hiểu và vận dụng được kiến thức cơ sở và chuyên ngành

1c - Có kỹ năng vận dụng thành thạo các phần mềm mô phỏng,

1d - Có kỹ năng đọc, hiểu tài liệu bằng tiếng nước ngoài ứng

1e - Có kỹ năng làm việc nhóm, kỹ năng giải quyết vấn đề 10

1f - Đề tài có giá trị khoa học, công nghệ; có thể ứng dụng

2a - Bố cục hợp lý, lập luận rõ ràng, chặt chẽ, lời văn súc tích 15

2b - Thuyết minh đồ án không có lỗi chính tả, in ấn, định dạng 5

Quy về thang 10 (lấy đến 1 số lẻ)

- Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa:

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

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN XUÂN HÙNG

Số thẻ sinh viên: 101150122 Lớp: 15C1C

Đề tài được chia thành các chương mỗi chương nêu lên những nội dung khác nhau tập trung vào việc tính toán và chọn phương án thiết kế máy cắt thép tấm kiểu thủy lực

Phần A:

Chương 1: Tổng quan về nhu cầu sử dụng thép tấm trong công nghiệp Giới

thiệu về các loại thép tấm và nhu cầu sử dụng của thị trường

Chương 2: Cơ sở lý thuyết và công nghệ cắt thép tấm Lý thuyết biến dạng dẻo

và những nhân tố ảnh hưởng đến biến dạng dẻo kim loại

Chương 3: Cơ sở lý thuyết điều khiển bằng PLC Giới thiệu về bộ điều khiển

PLC

Phần B:

Chương 1: Phân tích lựa chọn phương án cắt thép Trình bày các phương pháp

cắt thép tấm đang sử dụng hiện nay và phân tích để chọn ra một phương pháp tối ưu

Chương 2: Phân tích phương án và tính toán động học máy Giới thiệu sơ đồ

nguyên lý máy và nguyên lý hoạt động

Chương 3: Tính toán động lực học và kết cấu máy Tính toán động lực học và

kết cấu cho các bộ phận của máy

Chương 4: Quy trình công nghệ gia công chi tiết trục Phân tích chi tiết gia công

và lập quy trình công nghệ gia công chi tiết trục vào của hộp giảm tốc bánh răng hành tinh

Chương 5: Thiết kế hệ thống điều khiển sử dụng PLC Phân tích và chọn phương

án điều khiển, viết chương trình PLC cho máy

Chương 6: An toàn và vận hành máy Hướng dẫn sử dụng, cách bảo quản máy

và cách vận hành máy đúng cách

DUT-LRCC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: NGUYỄN XUÂN HÙNG Số thẻ sinh viên: 101150122

Lớp: 15C1C Khoa: Cơ Khí Ngành: Công nghệ chế tạo máy

1 Tên đề tài đồ án: Thiết kế máy cắt thép tấm kiểu thủy lực

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

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

- Chiều rộng tấm thép: 3000mm

- Chiều dày: 20mm

- Vật liệu phôi thép tấm : CT38

- Các số liệu khác tham khảo máy thực tế

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

a Phần cơ sở lý thuyết:

- Tìm hiểu, giới thiệu về sản phẩm thép tấm

- Cơ sở lý thuyết của việc cắt thép

- Cơ sở lý thuyết điều khiển bằng PLC

b Phần thiết kế và tính toán:

- Phân tích, lựa chọn phương pháp cắt thép

- Phân tích phương án và tính toán động học máy

- Tính toán động lực học kết cấu máy

- Quy trình công nghệ gia công chi tiết trục

- Thiết kế hệ thống điều khiển sử dụng PLC

- An toàn và vân hành máy

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

- Bản vẽ các phương án: 1A0

- Bản vẽ sơ đồ động toàn máy: 1A0

- Bản vẽ lắp toàn máy: 5A0

- Bản vẽ chế tạo và QTCN chế tạo chi tiết: 1A0

- Bản vẽ sơ đồ điều khiển: 1A0

DUT-LRCC

8 Ngày hoàn thành đồ án: 05/12/2019

Đà Nẵng, ngày 05 tháng 12 năm 2019

( Ký, ghi rõ họ tên ) ( Ký, ghi rõ họ tên )

Nguyễn Thanh Việt

DUT-LRCC

Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới các Thầy Cô giáo

Em cũng xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô trong khoa Cơ Khí ngành Chế Tạo Máy Trường Đại học Bách Khoa, Đại Học Đà Nẵng đã nhắc nhở, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập và làm đề tài tốt nghiệp

Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo ThS Nguyễn Thanh Việt đã nhiệt tình chỉ dạy, hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt thời gian làm đề tài tốt nghiệp

Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các Giáo Sư, Phó Giáo Sư, Tiến Sĩ, Phó Tiến Sĩ, Thạc Sĩ là chủ tịch Hội đồng bảo vệ và uỷ viên Hội đồng đã bỏ thời gian quý báu của mình để đọc, nhận xét và tham gia Hội đồng chấm đề án này

Đà Nẵng, ngày 05 tháng 12 năm 2019

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Xuân Hùng

DUT-LRCC

Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới các Thầy Cô giáo

Em cũng xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô trong khoa Cơ Khí ngành Chế Tạo Máy Trường Đại học Bách Khoa, Đại Học Đà Nẵng đã nhắc nhở, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập và làm đề tài tốt nghiệp

Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo ThS Nguyễn Thanh Việt đã nhiệt tình chỉ dạy, hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt thời gian làm đề tài tốt nghiệp

Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các Giáo Sư, Phó Giáo Sư, Tiến Sĩ, Phó Tiến Sĩ, Thạc Sĩ là chủ tịch Hội đồng bảo vệ và uỷ viên Hội đồng đã bỏ thời gian quý báu của mình để đọc, nhận xét và tham gia Hội đồng chấm đề án này

Đà Nẵng, ngày 05 tháng 12 năm 2019

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Xuân Hùng

DUT-LRCC

Trong xã hội ngày nay, sự phát triển của khoa học công nghệ ngày càng cao, có rất nhiều phát minh, rất nhiều loại máy móc được chế tạo ra để phục vụ lợi ích của con người cũng như nâng cao năng suất, chất lượng của sản phẩm Dựa trên những cơ sở

và ý tưởng ban đầu những loại máy móc ngày càng hoàn thiện hơn qua những lần cải tiến

Đề tài “Thiết kế máy cắt thép tấm kiểu thủy lực” Trong đề tài tốt nghiệp này,

em xin cam đoan tự làm dưới sự góp ý và hướng dẫn trực tiếp từ thầy ThS Nguyễn

Thanh Việt khoa Cơ khí, tìm hiểu tài liệu về Cán uốn kim loại và một số tài liệu liên

quan

Với đề tài Thiết kế máy cắt thép tấm kiểu thủy lực em xin cam đoan tự thiết

kế, tự làm, nếu có sự tranh chấp hay gian dối e xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Đà nẵng, ngày 05 tháng 12 năm 2019

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Xuân Hùng

DUT-LRCC

TÓM TẮT

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN

LỜI NÓI ĐẦU VÀ CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN LIÊM CHÍNH HỌC THUẬT

MỤC LỤC

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ

Trang

LỜI NÓI ĐẦU……… 1

PHẦN A : CƠ SỞ LÝ THUYẾT……….2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHU CẦU SỬ DỤNGTHÉP TẤM TRONG CÔNG NGHIỆP 3

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÔNG NGHỆ CẮT THÉP TẤM 6

2.1 LÝ THUYẾT BIẾN DẠNG DẺO KIM LOẠI 6

2.1.1 Biến dạng đàn hồi 6

2.1.2 Biến dạng dẻo kim loại 8

2.1.3 Phá huỷ 9

2.2 NHỮNG NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN BIẾN DẠNG DẺO KIM LOẠI 10

2.2.1 Ảnh hưởng của thành phần hoá học và tổ chức kim loại 10

2.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ 10

2.2.3 Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính 10

2.2.4 Ảnh hưởng của ứng suất dư 11

2.2.5 Ảnh hưởng của ma sát ngoài 11

2.2.6 Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng 11

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC 12

3.1 GIỚI THIỆU VỀ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG BẰNG PLC 12

3.1.1 Bộ điều khiển PLC 12

PHẦN B: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN……… 16

DUT-LRCC

1.1 PHƯƠNG PHÁP THỦ CÔNG 17

1.2 CẮT BẰNG HỒ QUANG ĐIỆN HOẶC NGỌN LỬA KHÍ 17

1.3 CẮT BẰNG CHÙM TIA LASER 18

1.4 CẮT BẰNG CHÙM TIA PLASMA 18

1.5 PHƯƠNG PHÁP CẮT THÉP TẤM BẰNG ÁP LỰC LƯỠI CẮT 20

1.5.1 Máy cắt dao thẳng song song 22

1.5.2 Máy cắt bằng lưỡi dao đĩa 25

1.5.3 Máy cắt kiểu chấn động 27

1.5.4 Máy cắt thép tấm dao nghiêng 27

1.6 Kết luận 28

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN VÀ TÍNH TOÁN

ĐỘNG HỌC MÁY 30

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 30

2.1.1 Sơ đồ nguyên lý toàn máy 30

2.1.2 Nguyên lý hoạt động toàn máy 31

2.2 PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN, SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MÁY 31

2.2.1 Một số phương án khả thi, ưu và nhược điểm 31

2.2.2 Sơ đồ nguyên lý máy và nguyên tắc làm việc 33

2.2.3 Xác định các thông số máy 34

2.2.4 Xác định vận tốc và thời gian cắt của đầu dao trên 35

2.3 Thiết kế tính toán động học toàn máy 35

2.3.1 Thiết kế động học cho bộ phận cấp phôi tự động 35

2.3.2 Thiết kế động học cho bộ phận kẹp phôi 38

2.3.3 Thiết kế động học cho bộ phận đỡ sản phẩm 42

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC VÀ KẾT CẤU MÁY 43

3.1 TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC VÀ KẾT CẤU CHO BỘ PHẬN KẸP PHÔI 43

3.1.1 Tính toán lực kẹp phôi 43

3.1.2 Tính toán các thông số của bộ phận kẹp phôi 45

3.2 TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC VÀ KẾT CẤU CHO BỘ PHẬN CẮT 49

3.2.1 Tính toán xilanh thuỷ lực cho bộ phận tạo lực cắt 49

3.2.2 Tính toán các thông số của lưỡi dao và bàn trượt gá dao 67

3.3 TÍNH TOÁN BỘ PHẬN CẤP PHÔI 70

DUT-LRCC

3.3.3 Chọn động cơ và tính toán hộp giảm tốc 72

3.3.4 Phân tích chuổi kích thước 86

3.4 TÍNH TOÁN BỘ PHẬN ĐỠ SẢN PHẨM 90

3.4.1 Sơ đồ nguyên lý, nguyên lý hoạt động của bộ phận đỡ sản phẩm 90

3.4.2 Chọn động cơ và tính toán hộp giảm tốc 91

CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT TRỤC 92

4.1 PHÂN TÍCH CHI TIẾT GIA CÔNG 92

4.1.1 Điều kiện kĩ thuật 92

4.1.2 Vật liệu và phương pháp tạo phôi 92

4.1.3 Tính công nghệ trong kết cấu 92

4.2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT TRỤC 92

4.2.1 Nguyên công 1: Khỏa hai mặt đầu và khoan hai lỗ tâm 93

4.2.2 Nguyên công 2: Tiện thô và tinh các mặt 93

4.2.3 Nguyên công 3: Phay rãnh then 94

4.3 TÍNH LƯƠNG DƯ GIA CÔNG MẶT TRỤ 0 , 015 002 , 0 20  94

4.3.1 Tiện thô 95

4.3.2 Tiện tinh 95

4.3.3 Tiện tinh mỏng 95

4.4 TÍNH CHẾ ĐỘ CẮT MẮT TRỤ 0 , 015 002 , 0 20  96

4.4.1 Tiện thô 96

4.4.2 Tiện tinh 97

4.4.3 Tiện tinh mỏng 98

CHƯƠNG 5: THUYẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG PLC 101

5.1 PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN 101

5.1.1 Dùng một công tắc hành trình 101

5.1.2 Dùng nhiều công tắc hành trình 101

5.1.3 Sử dụng cảm biến hồng ngoại 102

5.1.4 Dùng cảm biến đo độ dài 103

5.1.5 Kết luận 103

5.2 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC 105

5.2.1 Dùng một công tắc hành trình 105

5.2.2 Dùng nhiều công tắc hành trình 105

5.2.3 Sử dụng cảm biến hồng ngoại 106

DUT-LRCC

6.1 TRƯỚC KHI LÀM VIỆC 107

6.2 TRONG KHI LÀM VIỆC 107

6.3 SAU KHI LÀM VIỆC 107

KẾT LUẬN………109

TÀI LIỆU THAM KHẢO……….110

DUT-LRCC

Hình 1.1 Sơ đồ cắt kim loại bằng khí

Hình 1.2 Sơ đồ cắt kim loại bằng chùm tia laser

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý cắt bằng plasma

Hình 1.4 Sơ đồ cắt bằng plasma trong thực tế

Hình 1.5 Các giai đoạn của quá trình cắt

Hình 1.6 Sơ đồ phân bố các vết nứt tại mép cắt

Hình 1.7 Nguyên lý cắt dao thẳng song song

Hình 1.8 Sơ đồ thời kỳ cặp

Hình 1.9 Sơ đồ thời kỳ cắt

Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý máy cắt đĩa

Hình 1.11 Nguyên lý cắt thép tấm dao nghiêng

Hình 1.12 Hình dạng lưỡi

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của toàn máy

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý cơ cấu tay quay con trượt

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý cơ cấu hình sin

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý hệ thong thủy lực

Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý hệ thống thủy lực bộ phận cắt bộ phận cắt

DUT-LRCC

Hình 2.7 Nguyên lý cấp phôi bằng hệ thống các xilanh - piston khí nén

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý cấp phôi nhờ ma sát hai lô cán

Hình 2.9 Sơ đồ động

Hình 2.10 Kết cấu bàn đở phôi

Hình 2.11 Sơ đồ tính momen lật phôi

Hình 2.12 Sơ đồ kẹp phôi bằng trọng lực của khối kim loại

Hình 2.13 Sơ đồ kẹp chặt bằng thủy lực

Hình 2.14 Sơ đồ cơ cấu kẹp phôi bằng lo xo chịu nén

Hình 2.15 Sơ đồ kết cấu cơ cấu kẹp phôi được chọn

Hình 3.6 Bơm bánh răng ăn khớp ngoài

Hình 3.7 Kết cấu bơm bánh răng

Hình 3.8 Kết cấu kiểu van bi

Hình 3.9 Kết cấu kiểu van con trượt

Hình 3.10 Kết cấu của van tràn điều chỉnh hai cấp áp suất được chọn

Hình 3.11 Sơ đồ tính toán van tràn

Hình 3.12 Sơ đồ thủy lực có lắp van tiết lưu ở đường dầu vào

Hình 3.13 Kết cấu xilanh

Hình 3.14 Sơ đồ kết cấu Van đảo chiều 4/3 điều khiển trực tiếp bằng tín hiệu điện Hình 3.15 Kết cấu van cản

Hình 3.16 Các loại ống nối

Hình 3.17 Sơ đồ kết cấu bể dầu

Hình 3.18 Sơ đồ kết cấu bàn trượt gá dao

Hình 3.19 Sơ đồ nguyên lý bộ phận cấp phôi

Hình 3.20 a Con lăn rổng; b lô cán đặc

DUT-LRCC

Hình 3.22 Biểu đồ momen trên trục 1

Hình 3.23 Biểu đồ momen trên trục 2

Hình 3.24 Biểu đồ momen trên trục 3

Hình 4.2 Sơ đồ định vị nguyên công I

Hình 4.3 Sơ đồ định vị nguyên công II

Hình 4.4 Sơ đồ định vị nguyên công III

Hình 5.1 Sơ đồ đo dùng một công tắc hành trình

Hình 5.2 Sơ đồ đo dùng nhiều công tắc hành trình

Hình 5.3 Sơ đồ đo dùng cảm biến hồng ngoại

Hình 5.4 Sơ đồ đo dùng cảm biến đo dộ dài

Hình 5.5 Sơ đồ bố trí thiết bị của phần điều khiển

Hình 5.6 Sơ đồ nguyên lý chương trình điều khiển PLC

Hình 5.7 Biểu đồ trạng thái

Hình 5.8 Chương trình điều khiển PLC

DUT-LRCC

- Trong nghành cơ khí: Thép tấm được sử dụng trong các thân máy của các máy

cắt kim loại, vỏ hộp giảm tốc bằng kết cấu hàn, khung, sườn xe, máy,

không thể thiếu được Nó

được sử dung làm khung,

sườn, gầm ôtô, lót sàn ôtô,

Trong các nghành nghề khác: Thép tấm dùng để chế tạo ra các thùng đồ dùng dân

dụng phục vụ đời sống hay trong nghành hàng không thép tấm được dùng để che chắn, làm cửa máy bay, nắp đậy thân máy bay, tên lửa,

Với nhu cầu sử dụng thép tấm rộng lớn như vậy, cần thiết phải có những máy cắt thép tấm với năng suất cao, với độ chính xác cao, được điều khiển tự động hoặc bán

tự động đủ khả năng để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của nền công nghiệp nói riêng cũng như nền kinh tế nói chung, góp phần vào sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hóa đất nước

Hình 1.4 Vỏ ôtô được làm từ thép tấm

DUT-LRCC

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CẮT KIM LOẠI

Cắt kim loại lă phương phâp gia công bằng âp lực bằng câch dùng ngoại lực tâc dụng lín kim loại ở trạng thâi nóng hoặc nguội, lăm cho kim loại đạt quâ giới hạn đăn hồi, kết quả lăm thay đổi hình dạng của vật thể kim loại mă không phâ huỷ tính liín tục vă độ bền của chúng Cắt kim loại lă chia phôi ra thănh tấm, dải, mảnh theo biín dạng đê được định sẵn Quâ trình cắt xảy ra từ biến dạng đăn hồi khi có lực tâc dụng, sau đó biến dạng dẻo cùng với sự tăng lực tâc dụng vă câc vết nứt xuất hiện vă gặp nhau theo hướng cắt vă tâch rời tấm phôi

2.1 LÝ THUYẾT BIẾN DẠNG DẺO KIM LOẠI

Dưới tâc dụng của ngoại lực, kim loại biến dạng theo câc giai đoạn sau: Biến dạng đăn hồi, biến đạng dẻo vă phâ huỷ

Tuỳ theo cấu trúc tinh thể của mỗi kim loại, câc giai đoạn trín có thể xảy ra ở câc mức độ khâc nhau dưới tâc dụng của ngoại lực vă tải trọng

Biểu đồ biến dạng khi thí nghiệm kĩo đứt kim loại như sau:

Hình 2.1

Biểu đồ quan hệ giữa lực kĩo P vă độ biến dạng dăi tuyệt đối l

Khi tải trọng tâc dụng nhỏ hơn Pđh thì độ biến dạng tăng theo đường bậc nhất, đđy lă giai đoạn biến dạng đăn hồi: Biến dạng sẽ bị mất đi nếu ta bỏ tải trọng tâc dụng

Khi tải trọng tăng từ Pđh → Pđ thì độ biến dạng tăng với tốc độ nhanh, đđy lă giai đoạn biến dạng dẻo, kim loại sẽ bị biến đổi hình dạng vă kích thướt sau khi bỏ tải trọng tâc dụng lín nó

Khi tải trọng đạt đến giâ trị lớn nhất Pđ thì trong kim loại bắt đầu xuất hiện vết nứt, tại đó ứng suất tăng nhanh vă kích thướt vết nứt tăng lín, cuối cùng kim loại bị

phâ huỷ Đó lă giai đoạn phâ huỷ: Tinh thể kim loại bị đứt rời

2.1.1 Biến dạng đăn hồi

Độ biế n dạ ng

P P P

đh đ

Tải

DUT-LRCC

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

G : modun đàn hồi trượt

Và P = - k

v v

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

2.1.2 Biến dạng dẻo

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 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 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)

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 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

2.1.3 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 huỷ trong điều kiện tải trọng tĩnh

+ Phá huỷ dẻo: Là phá huỷ có kèm theo sự biến dạng dẻo với mứt 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:

E : mođun đàn hồi của vật liệu

 s: Sức căng bề mặt

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)

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 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

DUT-LRCC

loại nó ảnh hưởng lớn đến lực cắt do vậy ta nguyên cứu các nhân tố ảnh hưởng đến

nó

2.2 NHỮNG NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN BIẾN DẠNG DẺO KIM LOẠI

Tính dẻo của kim loại là khả năng biến dạng dẻo của kim loại dưới tác dụng của ngoại lực mà không bị phá huỷ Tính dẻo của kim loại phụ thuộc vào rất nhiều nhân

tố khác nhau: Thành phần và tổ chức của kim loại, nhiệt độ, trạng thái ứng suất chính, ứng suất dư, ma sát ngoài, lực quán tính, tốc độ biến dạng,

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 khác nhau, lực liên kết giữa các nguyên tử khác nhau, do đó tính dẻo của chúng cũng khác nhau, chẳng hạn đồng, nhôm dẻo hơn sắt Đối với hợp kim, kiểu mạng thường phức tạp, xô lệch mạng lớn, một số nguyên tố tạo các hạt cứng trong tổ chức, cản trở sự biến dạng do đó tính dẻo giảm Thông thường kim loại sạch và hợp kim có cấu trúc một pha dẻo hơn hợp kim

có cấu trúc nhiều pha Các tạp chất thường tập trung ở biên giới hạt, làm tăng xô lệch mạng cũng làm giảm tính dẻo của kim loại

2.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ, hầu hết các kim loại khi tăng nhiệt độ thì tính dẻo tăng Khi tăng nhiệt độ, dao động nhiệt của các nguyên tử tăng, đồng thời xô lệch mạng giảm, khả năng khuếch tán của các nguyên tử tăng làm cho tổ chức đồng đều hơn Một số kim loại và hợp kim ở nhiệt độ thường tồn tại ở pha kém dẻo, khi ở nhiệt độ cao chuyển biến thì hình thành pha có độ dẻo cao

2.2.3 Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính

a) Ứng suất đường b) Ứng suất mặt c) Ứng suất khối

Trạng thái ứng suất chính cũng ảnh hưởng đáng kể đến tính dẻo của kim loại Qua thực nghiệm người ta thấy rằng kim loại chịu ứng suất nén khối có tính dẻo cao hơn khi chịu ứng suất nén mặt, nén đường hoặc chịu ứng suất kéo.Ứng suất chính là ứng suất pháp tuyến sinh ra bên trong vật thể khi có ngoại lực tác dụng

DUT-LRCC

Trong gia công âp lực thường gặp trạng thâi ứng suất khối

+ Trạng thâi ứng suất khối : max =

2

min max σ

- Điều kiện để kim loại biến dạng dẻo bị phâ huỷ: max  giới hạn

+ Khi kim loại chịu trạng thâi ứng suất đường thì điều kiện biến dạng dẻo lă:  = ch

+ Khi kim loại chịu trạng thâi ứng suất mặt thì điều kiện biến dạng dẻo lă :

2.2.4 Ảnh hưởng của ứng suất dư

Sự tồn tại của ứng suất dư bín trong kim loại sẽ lăm cho tính dẻo của kim loại giảm Nếu ứng suất dư lớn có thể lăm cho vật biến dạng hoặc phâ huỷ

2.2.5 Ảnh hưởng của ma sât ngoăi

Ma sât ngoăi lăm thay đổi hình thức tâc dụng lực, do đó lăm thay đổi trạng thâi ứng suất chính của vật thể Ngoăi ra ma sât ngoăi còn cản trở biến dạng tự do của vật thể, lăm cho vật thể biến dạng không đồng đều, tăng lực vă công biến dạng, cản trở

sự biến dạng hay cắt đứt của kim loại dưới tâc dụng của lực cắt thĩp

2.2.6 Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng

Tăng tốc độ biến dạng sẽ lăm giảm tính dẻo của kim loại Ngoăi ra, tốc độ biến dạng tăng còn lăm sinh nhiệt nhiều, hiệu ứng nhiệt còn lăm kim loại đạt đến nhiệt độ

mă tại đó tính dẻo thấp hoặc do hiệu ứng nhiệt mă nhiệt độ của kim loại tăng dần lín lăm cho kim loại chuyển từ vùng giòn sang vùng dẻo, điều năy cũng ảnh hưởng đến tốc độ tâc dụng lực để cắt thĩp, đó lă chu kỳ cắt hay cũng chính lă năng suất cắt thĩp Vậy để cắt được thĩp tấm thì lực cần thiết tâc dụng phải tạo ra trong kim loại ứng suất lực lớn, đồng thời tốc độ biến dạng phải đạt một trị số nhất định để kim loại

dễ dăng bị đứt rời ra khỏi tấm cắt

DUT-LRCC

LỜI NÓI ĐẦU

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

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

về chất lượng tốt

Với yêu cầu thực tế hằng năm rất lớn, để tạo ra được sản phẩm phôi thép nhất thiết phải có thiết bị, máy móc chuyên dùng, đảm bảo yêu cầu sản xuất, yêu cầu công nghệ và môi trường, đó chính là nhiệm vụ của ngành cơ khí

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

được sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, em đã tiếp thu một phần nào kiến thức mà thầy cô truyền thụ Trước khi ra trường chúng em cần phải trải qua một đợt tìm hiểu thực tế và kiểm tra khả năng nắm bắt, sáng tạo của sinh viên Do

đó thực tập tốt nghiệp và làm đồ án tốt nghiệp là một công việc rất cần thiết Nhiệm

vụ của em là thiết kế máy cắt thép tấm kiểu thủy lực là một thiết bị có tính quyết định đối với toàn bộ dây chuyền sản xuất

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

lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo, đặc biệt là thầy giáo ThS Nguyễn

Thanh Việt đã hết sức tận tình chỉ bảo cho em để hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp

này

DUT-LRCC

PHẦN A

CƠ SỞ LÝ

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NHU CẦU SỬ DỤNG THÉP TẤM

TRONG CÔNG NGHIỆP

Ngày nay khi nhu cầu về đời sống của con người càng được nâng cao thì nền kinh tế cần phải kịp thời đáp ứng đầy đủ những nhu cầu đó Trong đó ngành công nghiệp, mà đặc biệt là công nghiệp cơ khí nắm vai trò chủ yếu trong việc tạo ra sản phẩm Ở một khía cạnh khác, thì ngành công nghiệp tạo phôi lại đóng một vai trò chủ chốt, là khâu cơ bản đầu tiên trong quy trình sản xuất cơ khí Hơn nữa, một số phương pháp tạo phôi như cán, kéo, cắt kim loại là không thể thiếu góp phần tạo ra các sản phẩm, vật dụng cho các ngành công nghiệp khác như: Công nghiệp hàng không, công nghiệp điện, công nghiệp ôtô, đóng tàu thuyền, xây dựng, nông nghiệp Thép tấm hầu như được sử dung rất nhiều trong các nghành công nghiệp kể trên Thép tấm được tạo thành từ quá trình cán kim loại, kim loại bị biến dạng giữa 2 trục cán quay ngược chiều nhau, có khe hở giữa 2 trục cán nhỏ hơn chiều dày của phôi ban đầu Kết quả làm chiều dày phôi giảm, chiều dài và chiều rộng tăng lên, tạo thành dạng tấm hay ta còn gọi là thép tấm

Cán thép tấm có thể tiến hành ở trạng thái nóng hoặc trạng thái nguội, ở mỗi loại

nó có các ưu điểm và nhược điểm khác nhau Cán ở trạng thái nóng cho ta những sản phẩm có độ dày từ 1,5mm đến 60mm, còn ở trạng thái nguội cho ra sản phẩm mỏng

và cực mỏng độ dày từ 0,007mm đến 1,25mm Các sản phẩm thép tấm được phân loại theo độ dày của tấm thép:

- Trong nghành điện: Thép tấm được dùng để tạo ra các sản phẩm như là thép

trong stato của máy bơm nước hay quạt điện, thép tấm được dùng làm các cánh quạt

cỡ lớn, các thép tấm mỏng dùng làm các lá thép để ghép lại trong các chấn lưu đèn

DUT-LRCC

ống, máy biến thế, trong lĩnh vực điện chiếu sáng nó được dùng làm các cột điện đường

Các lá thép

Tủ điện Vỏ máy biến thế

Hình 1.1 Sản phẩm thép tấm trong nghành điện

- Trong xây dựng: các thép hình cỡ lớn trong các dầm cầu được tạo thành từ các

tấm thép tấm dày cắt nhỏ, hay thép tấm được dùng để liên kết với nhau có thể bằng mối hàn, bulông hoặc đinh tán để tạo nên các kết cấu thép bền vững Rỏ rang nhất thép tấm được sử dụng làm tấm lợp…

Hình 1.2 Sản phẩm thép tấm trong xây dựng

DUT-LRCC

CHƯƠNG 3

CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC

3.1 GIỚI THIỆU VỀ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG BẰNG PLC

Ngày nay với sự phát triển vượt bậc của nền khoa học kỹ thuật đã đem lại những lợi ích to lớn cho con người Việc cơ khí hoá, tự động hoá trong sản xuất giúp con người giải phóng được sức lao động, tăng năng xuất và chất lượng sản phẩm Trong các ngành sản xuất nói chung và cơ khí nói riêng thì điều khiển tự động bằng PLC hiện nay được sử dụng rộng rãi và khá hiệu quả nhờ những tính năng nổi bậc của nó:

- Điều khiển chính xác, ổn định

- Bộ điều khiển nhỏ gọn, dễ sử dụng

- Giá thành không cao

- Thay đổi chương trình diều khiển một cách dễ dàng

3.1.1 Bộ điều khiển PLC

3.1.1.1 Sơ đồ khối của bộ điều khiển PLC

Hình 3.1 Sơ đồ khối của bộ điều khiển PLC

- Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM : Dành cho người sử dụng

- Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM :Lưu trữ thông tin của thiết bị xuất nhập, chuẩn giờ đến dữ kiện và lưu trữ các địa chỉ vào ra

- Bộ nhớ chỉ đọc có thể xoá - lập trình lại EFROM

c Giao diện xuất nhập

Giao diện nhập

Bộ xử lý trung tâm

Giao diện xuất

Bộ nguồn

Bộ nhớ Thiết bị lập trình

Làm tương thích điện áp và dòng vào ra của thiết bị với PLC

+ Bit dữ liệu: Dùng để tải các dữ liệu trong chương trình xử lý CPU

+ Bit địa chỉ: Dùng để tải các địa chỉ trong CPU

+ Bit điều khiển: Dùng để truyền tín hiệu điều khiển trong CPU

+ Bit hệ thống: Dùng để truyền thông tin giữa các thiết bị xuất - nhập và các cổng xuất - nhập

3.1.1.2 Lập trình các thiết bị logic chuẩn

Bao gồm việc lập trình cho các thiết bị chuẩn sau:

Việc lập trình khi sử dụng thanh ghi rất quan trọng khi xử lý số liệu được nhập

từ ngoài vào Các số liệu này được đọc - ghi và xử lý để xuất đến cổng ra

c Lập trình bộ đếm :C

Dùng để đếm các sự kiện Việc lập trình bộ đếm được cài đặt theo giá trị cho trước Khi nhận được số xung của tín hiệu vào thì bộ đếm sẽ vận hành các thiết bị tương ứng

3.1.1.3 Nội dung của một chương trình điều khiển

Nội dung bao gồm:

- Chương trình điều khiển chế độ hoạt động

- Lập trình theo trình tự hay logic tổ hợp

- Chương trình để kích các cổng vào ra

- Chương trình chỉ thị, chỉ báo

S- Kết thúc

a Dạng chương trình điều khiển

Thường được viết dưới 2 dạng: + Dạng câu lệnh

LD : Dùng để vẽ công tắc logic thường mở

LDI: Dùng để vẽ công tắc logic thường đóng

OUT: Đặt 1 rơle logic cuối dòng chương trình

AND: Đặt 1 công tắc logic thường mở vào sau 1 công tắc logic thường mở khác (nối tiếp)

OR: Đặt 1 công tắc logic thường mở song song

ANI: Đặt 1 công tắc thường đóng nối tiếp

ORI: Đặt 1 công tắc thường đóng song song

ORB: Tạo ra nhiều nhánh song song

ANB: Tạo ra nhiều nhánh nối tiếp

SET: Dùng để đặt các tham số với giá trị 1 ở chế độ vĩnh viễn

RST: Dùng để đặt các tham số với giá trị 0 ở chế độ vĩnh viễn

MPS, MRD, MPP : Dùng để thực hiện việc rẽ nhánh ở phía phải của nhánh CJ: Nhảy có điều kiện

T/đ thường đóng T/đ thường mở Thiết bị nhập

Thiết bị xuất Thiết bị đặc biệt

DUT-LRCC

CALL: Khi có 1 đoạn chương trình lặp lại nhiều lần thì dùng chương trình con (lệnh gọi chương trình con)

CMP: So sánh giá trị nhập vào bộ đếm, bộ định thời với giá trị đã lưu trong thanh ghi

DUT-LRCC

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP CẮT THÉP

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

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

1.2 CẮT BẰNG HỒ QUANG ĐIỆN HOẶC NGỌN LỬA KHÍ

Cắt đứt bằng hồ quang điện: là quá trình nóng chảy hoặc cắt đứt kim loại bằng nhiệt lượng hoặc hồ quang điện, điện cực hồ quang có thể là than hoặc kim loại Phương pháp này không kinh tế, khó thuận tiện khi chiều dày tấm thép lớn, đường cắt không đều

Cắt bằng khí là phương pháp cắt sử dụng nhiệt của ngọn lửa sinh ra khi đốt cháy khí cháy trong dòng oxy để nung kim loại tạo thành các oxit và thổi chúng ra khỏi mép cắt tạo thành rãnh cắt

Hình 1.1 Sơ đồ cắt kim loại bằng khí

Khi bắt đầu cắt, kim loại ở mép cắt được nung nóng đến nhiệt độ cháy nhờ nhiệt

độ của ngọn lửa nung, sau đó cho dòng oxy thổi qua, kim loại bị oxy hoá mãnh liệt tạo thành oxit Sản phẩm cháy bị nung chảy và được dòng oxy thổi khỏi mép cắt, tiếp theo do phản ứng cháy của kim loại toả nhiệt mạnh, lớp kim loại tiếp theo bị nung nóng nhanh và tiếp tục bị đốt cháy tạo thành rãnh cắt

Để cắt bằng khí, kim loại cắt phải thoả mãn một số yêu cầu sau :

+ Nhiệt độ cháy của kim loại phải thấp hơn nhiệt độ nóng chảy

+ Nhiệt độ nóng chảy của oxit kim loại phải thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của kim loại

+ Nhiệt toả ra khi kim loại cháy phải đủ lớn để nung mép cắt tốt đảm bảo quá trình cắt không bị gián đoạn

+ Oxit kim loại nóng chảy phải loãng tốt, dễ tách khỏi mép cắt

+ Độ dẫn nhiệt của kim loại không quá cao, tránh sự toả nhiệt nhanh dẫn đến mép cắt bị nung nóng kém, làm gián đoạn quá trình cắt

Thép các bon có nhiệt cháy 1350°C, nhiệt độ nóng chảy trên 1500°C, nhiệt cháy đạt tới 70% lượng nhiệt cần để nung nóng nên rất thuận lợi khi cắt bằng khí Thép cacbon cao do nhiệt độ chảy thấp nên khó cắt hơn, khi cắt thường nung nóng trước tới 300°- 600°C Thép hợp kim crôm hoặc hợp kim niken do khi cháy tạo thành oxit crôm nhiệt độ chảy tới 2000°C phải dùng thuốc cắt mới cắt được , mặt khác để đảm bảo chất lượng phôi, nâng cao năng suất và hạ giá thành cắt cần phải chọn các chế độ cắt hợp lý khác nhau như áp suất khí cắt, lượng tiêu hao khí cắt, tốc độ cắt, khoảng cách cần khống chế từ mỏ cắt tới vật cắt do đó việc dùng phương pháp này để cắt thép tấm không mang lại hiệu quả kinh tế cao cũng như năng suất thấp, khó chuyển sang tự động hoá

lỗ khoan

DUT-LRCC

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

độ chính xác cao, ngoài ra nó còn có thể cắt theo đường thẳng hay đường cong và có thể cắt theo các hướng khác nhau nhờ quá trình cắt không tiếp xúc

Hình 1.2 Sơ đồ cắt kim loại bằng chùm tia laser

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

dễ dàng nhưng phương pháp này có những hạn chế là chiều dày tấm cắt nhỏ hơn 20

mm , thiết bị tạo tia laser cũng như các thiết bị điều khiển chương trình số CNC có giá thành cao

1.4 CẮT BẰNG CHÙM TIA PLASMA

Để tạo nên dòng các ion người ta sử dụng sự phóng điện với khoảng cách lớn giữa hai điện cực Hồ quang sẽ cháy trong một rảnh trụ kín cách điện với điện cực và đầu mỏ phun , đồng thời nó được làm nguội mảnh liệt và bị ép bởi áp lực của dòng khí nén (khí trơ) Nhờ có hệ thống như vậy mà nhiệt độ có thể tăng lên 10.000 20.000oC

Hình 1.3 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

Hình 1.4 Sơ đồ cắt bằng plasma trong thực tế

1.5 PHƯƠNG PHÁP CẮT THÉP TẤM BẰNG ÁP LỰC LƯỠI CẮT

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

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

DUT-LRCC

Hình 1.5 Các giai đoạn của quá trình cắt

+ Giai đoạn 2: Lực cắt tăng lên bắt đầu có sự dịch chuyển tương đối giữa phần này với phần kia của tấm (hình 3.5b) Ở giai đoạn này tạo ra bề mặt nhẵn sáng bóng

và được san phẳng bởi lực ma sát F hướng dọc theo bề mặt bên của lưỡi dao những đường trượt này tạo ra đường dẻo hẹp hình bình hành, do đó biến dạng dẻo kèm theo uốn và kéo các thớ kim loại cho đến khi bắt đầu xuất hiện các vết nứt Theo kinh nghiệm giai đoạn này dao cắt ăn sâu h2 = 20 đến 80% chiều dày h của phôi tùy thuộc vào cơ tính của vật liệu và chiều dày của tấm, vật liệu càng dẽo thì h càng lớn

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

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

hở Z là tối ưu vì khi đó chất lương mặt cắt là tốt nhất, mặt cắt phẳng và nhẵn

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

Để hiểu thêm về phương pháp này ta sẽ phân tích các loại kết cấu máy và dao để

chọn phương án sử dụng cho máy cắt thép tấm dưới áp lực lưỡi cắt

1.5.1 Máy cắt dao thẳng song song

1.5.1.1 Công dụng và các thông số cơ bản

+ Công dụng: Máy cắt dao thẳng song song dùng để cắt các loại phôi và sản

phẩm có tiết diện vuông, chữ nhật, tròn máy thường đặt sau máy cán phôi, cán phá, cán hình cỡ lớn có tiết diện sản phẩm là đơn giản Máy có nhiệm vụ cắt bỏ phần đầu, phần đuôi vật cán và dùng để cắt phân đoạn vật cán theo kích thước qui định Khi làm việc mặt phẳng chuyển động của dao không đổi

2 7

8 4

DUT-LRCC

+ 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

kim loại, lúc này lực cắt của dao từ từ

tăng lên (Pcặp tăng từ P0→Pmax) Để đặc

trưng cho độ nhanh chậm của quá trình

này người ta đưa ra thông số tỷ số chiều

sâu cắt tương đối 1:

Hình 1.8 Sơ đồ thời kỳ cặp

DUT-LRCC

Trong đó :

Z1: chiều sâu kim loại được cắt

h : chiều dày vật cắt

* Thời kỳ cắt:

Đây là thời kỳ mà lực cắt giảm

dần xuống theo tiết diện của vật cắt

P giảm dần từ Pmax → Pmin

Z2: là chiều sâu kim loại ở cuối hành trình cắt để sang thời kỳ tự đứt

h: là chiều dày ban đầu của vật cắt

Qua thực tế và thí nghiệm, người ta thấy rằng lực cắt lớn nhất Pmax là ở cuối thời

kỳ cặp và đầu thời kỳ cắt và Pmax được tính theo công thức sau:

Pmax = max.Fk1.b.F (3.3) Trong đó:

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

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

b : chiều rộng vật cắt

h1: chiều dày còn lại: h1 = h - z1 = h (1- 1) ( 3.4) Thay các giá trị trên vào ( 3.3 ), ta có:

Pmax =k1.k2.k3 b b h  1  1 (3.5) Trong đó: