Đồ án tốt nghiệp máy cắt tấm thép

Chi tiết và đầy đủ tất cả các phần

Đồ án tốt nghiệp -1- - CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY CẮT THÉP TẤM 1.1. Giới thiệu sản phẩm từ thép tấm và nhu cầu sử dụng. 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. Thép tấm được sử dụng rất rộng rãi trong các ngành: – 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 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. SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B Hình 1.1 Sản phẩm thép trong ngành chế tạo máy Đồ án tốt nghiệp -2- – Trong xây dựng, các thép hình cỡ lớn trong các dầm cầu được tạo thành từ các tấm thép tấm dày cắt nhỏ, hay thép tấm được dùng để liên kết với nhau để tạo nên các kết cấu thép bền vững hơn như nó liên kết với nhau có thể bằng mối hàn, bulông hoặc đinh tán. – Trong ngành 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 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 động cơ điện, các cánh quạt. 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. SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B Hình 1.2 Các sản phẩm thép trong ngành xây dựng Hình 1.3 Sản phẩm thép tấm trong ngành điện Đồ án tốt nghiệp -3- Theo tiêu chuẩn SS400 Nga và SS400 Trung Quốc (http://satthep.com.vn) ta có bảng thống kê các loại thép tấm: TT Tên Độ dày (mm) Bề rộng (mm) Chiều dài ( mm ) Khối lượng ( kg ) 1 Thép lá cán nguội 0,8 1250 2500 19,6 2 Thép lá cán nguội 1,0 1250 2500 23,54 3 Thép lá cán nguội 1,2 1250 2500 30,4 4 Thép lá cán nguội 1,5 1250 2500 36,79 5 Thép lá cán nguội 0,5 1000 2000 7,85 6 Thép lá 2,0 1000 2000 31,4 7 Thép lá 2,5 1250 2500 61,3 8 Thép tấm 3,0 1250 6000 176,62 9 Thép tấm 3,0 1500 6000 212 10 Thép tấm 4 1500 6000 282,6 11 Thép tấm 5 1500 6000 353,25 12 Thép tấm 6 1500 6000 423,9 13 Thép tấm 8 1500 6000 565,2 14 Thép tấm 10 1500 6000 706,5 15 Thép tấm 12 2000 6000 1.130,4 16 Thép tấm 14 1500 6000 989,1 17 Thép tấm 16 2000 6000 1.507,2 18 Thép tấm 18 1500 6000 1.271,7 19 Thép tấm 20 2000 6000 1.884 20 Thép lá cán nguội 0,5-0,6 1250 Cuộn 21 Thép lá cán nguội 0,7-0,9 1250 Cuộn 22 Thép lá cán nguội 1,0-1,1 1250 Cuộn 23 Thép lá cán nguội 1,2-1,5 1250 Cuộn 24 Thép lá cán nguội 2,0 1410 Cuộn 1.2. Các phương pháp cắt tấm. Trong thực tế có rất nhiều phương pháp cắt thép tấm như : Cắt thủ công, cắt bằng ngọn lửa hàn khí, cắt bằng chùm tia laser, plasma hay các phương pháp cắt bằng máy cắt có lưỡi dao Tùy theo hình dạng, kích thước của phôi, yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm cũng như qui mô sản suất mà ta có thể áp dụng phương pháp cắt khác nhau. Mặt khác phương pháp cắt còn ảnh hưởng rất lớn đến năng suất sản xuất. Ta tiến hành phân tích một số phương pháp cắt thép tấm phổ biến hiện nay, từ đó chọn ra phương án thích hợp. SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B Bảng 1.1 Thống kê các loại thép Đồ án tốt nghiệp -4- 1.2.1. Phương pháp cắt thủ công: - Cắt thép bằng các phương pháp thủ công có nhiều cách, chẳng hạn như phương pháp chặt bằng ve, tốn nhiều thời gian, các vết cắt không được thẳng và sản phẩm tạo 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. 1.2.2. Cắt bằng hồ quang điện hoặc ngọn lửa khí: - Cắt đứt kim loại đen, kim loại màu và kim loại bằng hồ quang hoặc ngọn lửa khí là phương pháp đốt cháy làm cho vật cắt đạt tới điểm nóng, bị đẩy mạnh và bị tách rời. - Cắt đứt bằng hồ quang: là quá trình nóng chảy hoặc cắt đứt kim loại bằng nhiệt lượng hoặc hồ quang điện, điện cực hồ quang có thể là than hoặc kim loại . Phương pháp này không kinh tế, khó thuận tiện khi chiều dày tấm thép lớn, đường cắt không đều. - Cắt bằng khí là phương pháp cắt sử dụng nhiệt của ngọn lứa sinh ra khi đốt cháy khí cháy trong dòng oxy để nung kim loại tạo thành các oxit và thổi chúng ra khỏi mép cắt tạo thành rãnh cắt. - 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. SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B Đồ án tốt nghiệp -5- - 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 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 0 C, nhiệt độ nóng chảy trên 1500 0 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 0 C. Thép hợp kim crôm hoặc hợp kim niken do khi cháy tạo thành oxit crôm nhiệt độ chảy tới 2000 0 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. 1.2.3. Cắt bằng chùm tia Laser: SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B Hình 1.4 Sơ đồ cắt bằng khí Hình 1.5 Sơ đồ cắt bằng tia laser d D Nguồn laser Chùm tia laser Gương dẫn hương Bộ thấu kính hội tu và khí cắt Vật cắt Đồ án tốt nghiệp -6- - Nguồn bức xạ laser (1) tạo ra chùm laser (2) đi thẳng hoặc đổi hướng nhờ gương phẳng (3) và được hội tụ nhờ thấu kính hội tụ có điện cưc f trong (4). Nguồn năng lượng laser tập trung trên một diện tích rất nhỏ với mật độ dòng nhiệt vùng tiếp xúc bề mặt rất cao làm cho vật liệu (5) nóng chảy và bốc hơi tạo thành rãnh cắt. - 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. - Cắt thép bằng chùm tia laser cho năng suất cao, có thể cơ khí hóa và tự động hóa dễ dàng nhưng phương pháp này có những hạn chế là chiều dày tấm cắt nhỏ hơn 20(mm), thiết bị tạo tia laser củng như các thiết bị điều khiển chương trình số CNC có giá thành cao. 1.2.4. Cắt trên máy cắt có lưỡi dao chuyển động tinh tiến: 1) Dao bố trí nghiêng: - Đặc điểm bố trí dao nghiêng: + Lưỡi dao và vật cắt chỉ tiếp xúc nhau trên một phần chiều rộng. + Diện tích tăng từ 0 đến cực đại, đây là thời kỳ bẳt đầu cắt. + Diện tích tiép xúc giữ ở giá trị cực đại, đây là thời kỳ ổn định. + Diện tích tiếp xúc giảm từ cực đại về 0, thời kỳ kết thúc. + Trong thời kỳ ổn định lực cắt có giá trị cực đại và cố định. - Sơ đồ nguyên lý: γ L L d SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý cắt lưỡi dao nghiêng Đồ án tốt nghiệp -7- 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. 2) Dao bố trí song song: - Sơ đồ nguyên lý: - Đặc điểm bố trí dao song song: Khi cắt lưỡi dao luôn tiếp xúc với phôi theo cả chiều rộng mặt cắt, chỉ cắt được đường thẳng và chiều rộng của phôi phải nhỏ hơn chiều dài lưỡi cắt. 1.2.5. Cắt trên máy cắt có lưỡi dao chuyển động quay: - Sơ đồ nguyên lý: SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B 0 = ϕ Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý cắt lưỡi song song P Q P S β Đồ án tốt nghiệp -8- δ h Z S d S - Quá trình cắt kim loại tấm dày trên máy cắt dao chuyển động quay 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 ( ω ), vật liệu cắt được chuyển dịch nhờ lực ma sát giữa kim loại và dao đĩa. - Máy cắt đĩa áp dụng cắt mép, dãi hẹp cắt dọc theo chiều dài tấm thẳng vô hạn. - Các máy cắt có lưỡi dao chuyển động quay gồm các lưỡi cắt (đĩa) có cùng đường kính chuyển động quay ngược chiều nhau với cùng một tốc độ góc. Các mép làm việc của các đĩa dao được đặt sao cho độ trùng dao d = (0,2 ÷ 0,4 )S - Thông số đặc trưng cho máy cắt dao đĩa là chiều dày lớn nhất của tấm cắt, nó có thể cắt được tấm có chiều dày đến 25mm khi b σ ≤ 500 MPa. 1.2.6. Lưỡi cắt kiểu chấn động: Dùng cắt tấm có dạng đường thẳng hoặc đường cong bất kỳ theo dấu.Loại này có hai lưỡi dao tạo thành một góc ϕ=(24÷30 0 ) số lần lưỡi cắt lên xuống: 850÷1300lần /phút. SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý của dao cắt đĩa Đồ án tốt nghiệp -9- α = 24°-30° 0,3S 0,25S 5 ° - 7 ° CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY 2.1. Phân tích lựa chọn phương án bố trí dao cắt. 2.1.1. Bố trí dao nghiêng: Theo phân tích một số phương pháp cắt như ở phần lý thuyết ta thấy : Hệ thống thủy lực áp dụng dể dàng trong những máy cắt có dao cắt chuyển động tịnh tiến. Do đó ta chọn phương pháp cắt này làm phương án thiết kế máy. Trong phương pháp cắt có dao chuyển động tịnh tiến có nhiều phương án bố trí dao như: Bố trí dao nghiêng, bố trí dao song song và kiểu máy cắt chấn động. SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý cắt lưỡi dao song song α Z S γ B Ld Đồ án tốt nghiệp -10- 1) Sơ đồ nguyên lý: Góc sau: α = 2 ÷ 3 0 Góc nghiêng: γ = 2 ÷ 6 0 Độ hở giữa 2 dao: Z = 0,05 ÷ 0,2mm 2) Phương pháp xác định lực cắt: Khi vật liệu có σ b > 500MPa thì chiều dày tấm lớn nhất có thể cắt đượcc sẽ được xác định từ điều kiện lực cắt không đổi: Ta có: b X S σ 500 = ( )       − 5 40 22 CT trong đó X S : là chiều dày của tấm thép b σ :là giới hạn bền của vật liệu Lực cắt trên máy cắt dao nghiêng được xác định theo công thức : Ta có: γ σ tg S P c t 2 2 × = ( )       − 5 40 32 CT Tại mỗi thời điểm cắt , khi cắt trên máy cắt dao nghiêng ta có thể coi diện tích gần đúng cắt : F = l.S/2 tức là bằng diện tích tam giác abc, vì l= S/tg γ nên F = S 2 / 2tg γ SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý cắt lưỡi dao nghiêng [...]... thời gian cắt của đầu dao trên: Vận tốc cắt của dao có ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ, năng suất cắt và chất lượng của mép cắt, mặt khác vận tốc cắt còn ảnh hưởng đến độ rung động va đập của máy SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B Đồ án tốt nghiệp -31- Vì vậy cần phải tính và chọn vận tốc cắt hợp lý để máy làm việc tốt, đạt năng suất và yêu cầu thiết kế Đối với cắt thép tấm, với chiều dày tấm thép cắt a max... DCL11B Đồ án tốt nghiệp -29- CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ KẾT CẤU MÁY 3.1 Thiết kế dao cắt Dao cắt là bộ phận quan trọng nhất của máy cắt thép tấm, nó không những tác động trực tiếp tới chất lượng sản phẩm mà còn chi phối không nhỏ khả năng cắt của máy, năng suất máy, tuổi thọ của máy , vì vậy những hiểu biết cơ bản về dao nhằm sư dụng chúng hợp lý là một trong những trọng tâm của công tác cắt gọt... Lớp: DCL11B Đồ án tốt nghiệp -15- - Kiểu máy cắt chấn động : Kiểu này mòn dao nhanh, tạo bavia và răng cưa theo đường bao của phôi, máy cắt rung động, năng xuất nhỏ - 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... Do đó ta chọn phương án 2 làm phương án thiết kế máy SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B Đồ án tốt nghiệp -18- 2.3 Phân tích lựa chọn bộ phận kẹp chặt Momen sinh ra khi cắt có xu hướng làm cho vật liệu quay đi một góc nhỏ trước khi bị cắt đứt Hiện tượng quay này làm cho chất lượng bề mặt bị xấu đi, mặt cắt không vuông góc với bề mặt tấm thép Bởi vậy ta cần phải chống lại sự quay đó, đồng thời ngăn cản bất... piston đẩy đến tấm thép khá xa nên khi đẩy dễ bị cong tấm thép + Khi thiết kế khoảng cách giữa hai piston - xilanh kẹp cố định chiều rộng tấm thép khi cần cắt nhỏ hơn khoảng cách đó thì chỉ có 1 piston - xilanh kẹp chặt kẹp được thiếu lực và bị lệch khi đẩy SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B Đồ án tốt nghiệp -24- 2.4.2 Cấp phôi dùng hệ thống băng tải: 1) Sơ đồ bố trí: 3 2 1 4 7 6 5 1 Phôi tấm 2 Bộ phân... cắt đường bao cong Nhược điểm của kiểu máy cắt này là sự mài mòn nhanh các lưỡi cắt, cũng như sự tạo thành bavia và răng cưa theo đường bao của phôi cắt SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B Đồ án tốt nghiệp -14- Do đó sau khi cắt phải sửa lại đường bao bằng cách kẹp lại thành từng chồng và phay lại theo đường bao Năng xuất kiểu cắt này nhỏ S 0,25 S 7)° 0,3 (5- 30)° (24- 2) Sơ đồ nguyên lý: Hình 2.5 Sơ đồ. .. Hình 3.1 Sơ đồ xác định hình 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= 2500(mm) ∆: Độ trùng dao để đảm bảo cắt hết chiều rộng tấm thép ∆ = (10 ÷ 20 ) mm , chọn ∆ = 15 (mm) L: Chiều rộng dao L = 2600 (mm) Smax: chiều dày lớn nhất của tấm thép Do đó chiều dài hành trình cắt H: H.. .Đồ án tốt nghiệp -11- S c b a γ l Hình 2.2 Sơ đồ xác định lực cắt Nếu coi lực cắt bằng tích số giữa diện tích cắt và trở lực cắt ta có: 0,5 × S 2 × σ c Pt = tgγ Nếu tính đến độ cùn dao và các yếu tố ảnh hưởng thì lực cắt thực tế là: 0,5 × S 2 × σ c Ta có: P = k × Pt = (1,1 ÷ 1,3) × tgγ 2 − 4  ( 5)  CT   41  trong đó k: hệ số = 1,1÷1,3 Pt : lực cắt tính toán theo công thức trên σ c : trở lực cắt. .. Svl 30 Với Svl: Là chiều dày vật liệu cần cắt Với chiều dày máy cần thiết kế là 3mm đến 16mm, ta thiết kế máy có thể điều chỉnh khe hở cắt được thép đến 18mm Vậy khe hở tối đa là: Z max = 1 × 18 = 0,6(mm) 30 1) Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của cơ cấu: - Sơ đồ của cơ cấu: SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B Đồ án tốt nghiệp -34- Hình 3.3 Sơ đồ cơ cấu khe hở 1 Bánh răng 6 Thân dao dưới 11 Nắp ổ 2 Trục 7... Văn Khương Lớp: DCL11B Đồ án tốt nghiệp -22Z tu = (0,03 ÷ 0,06) mm Theo kinh nghiệm thực tế khi cắt thép tấm trên máy cắt dao nghiêng thì Z tu = 1/30 chiều dày vật liệu Bảng 2.1 Các thông số ảnh hưởng đến lực cắt Các nhân tố ảnh hưởng Sự thay đổi của Sự thay đổi của lực thông số tăng cao tăng giảm giảm tăng cắt P tăng nhỏ giảm giảm giảm tăng Giới hạn bền σ b Nhiệt độ Khe hở ∆ Bán kính góc lượn lưỡi