Đồ án tốt nghiệp máy cắt thép tấm

Cùng với sự phát triển của khoa học nói chung và ngành cơ khí nói riêng. Đòi hỏi người cán bộ kỹ thuật phải nắm vững kiến thức cơ bản tương đối rộng. Đồng thời phải biết vận dụng kiến thức đã học trong suốt 5 năm để giải quyết những vấn đề cụ thể thường gặp trong sản xuất, sửa chữa và sử dụng. Do đó, đồ án tốt nghiệp là mục đích giúp hệ thống lại những kiến thức cơ bản đã học trước lúc ra trường. Cùng với sự phát triển của thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa của ngành cơ khí, thì nhu cầu sản xuất phải sử dụng máy móc độ chính xác cao, phải giảm sức lao động của con người, tăng năng suất lao động. Nhằm đáp ứng nhu cầu đó, em đã nhận đề tài tốt nghiệp là “THIẾT KẾ MÁY CẮT THÉP TẤM TRUYỀN ĐỘNG BẰNG THỦY LỰC” với các nội dung sau: Chương 1: Tổng quan về thép tấm và công nghệ cắt thép tấm trong công nghiệp Chương 2: Nguyên lý thiết kế và tính động học của máy Chương 3: Tính toán kết cấu máy Chương 4: Thiết kế hệ thống điều khiển bằng PLC – An toàn và vận hành máy

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

TỔNG QUAN VỀ THÉP TẤM VÀ CÔNG NGHỆ CẮT THÉP TẤM TRONG CÔNG NGHIỆP 2

1.1 THÉP TẤM TRONG CÔNG NGHIỆP 2

1.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CẮT KIM LOẠI 3

1.2.1 BIẾN DẠNG KIM LOẠI 3

1.2.2 NHỮNG NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN BIẾN DẠNG DẺO CỦA KIM LOẠI 6

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP CẮT THÉP TẤM 8

1.3.1 CẮT BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦ CÔNG 8

1.3.2 CẮT BẰNG HỒ QUANG, ĐIỆN HOẶC NGỌN LỬA KHÍ 8

1.3.3 CẮT BẰNG CHÙM TIA LASER 9

1.3.4 PHƯƠNG PHÁP CẮT THÉP TẤM BẰNG ÁP LỰC LƯỠI CẮT 10

CHƯƠNG 2 18

NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ VÀ TÍNH ĐỘNG HỌC CỦA MÁY 18

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 18

2.2 PHÂN TÍCH CHỌN SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MÁY 18

2.3 TÍNH ĐỘNG HỌC TOÀN MÁY 23

2.4 PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG CƠ CẤU ĐỠ PHÔI 29

CHƯƠNG 3 31

TÍNH TOÁN KẾT CẤU MÁY 31

3.1 KẾT CẤU CHO CƠ CẤU KẸP PHÔI 31

3.2 TÍNH TOÁN THUỶ LỰC CHO BỘ PHẬN TẠO LỰC CẮT 35

3.3 TÍNH CHỌN CÁC KÍCH THƯỚC CỦA LƯỠI DAO, BÀN TRƯỢT GÁ DAO 42

3.4 TÍNH TOÁN CHỌN CÁC BỘ PHẬN CẤP PHÔI 45

3.5 TÍNH CHỌN HỘP GIẢM TỐC 47

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC 61

AN TOÀN VÀ VẬN HÀNH MÁY 61

4.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG BẰNG PLC 61

( Programmable Logic Controller) 61

4.2 PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN 65

4.3 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN PLC 69

4.4 AN TOÀN VÀ VẬN HÀNH MÁY 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển của khoa học nói chung và ngành cơ khí nóiriêng Đòi hỏi người cán bộ kỹ thuật phải nắm vững kiến thức cơ bảntương đối rộng Đồng thời phải biết vận dụng kiến thức đã học trong suốt

5 năm để giải quyết những vấn đề cụ thể thường gặp trong sản xuất, sửachữa và sử dụng

Do đó, đồ án tốt nghiệp là mục đích giúp hệ thống lại những kiếnthức cơ bản đã học trước lúc ra trường Cùng với sự phát triển của thời đạicông 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 conngười, tăng năng suất lao động Nhằm đáp ứng nhu cầu đó, em đã nhận đề

tài tốt nghiệp là “THIẾT KẾ MÁY CẮT THÉP TẤM TRUYỀN ĐỘNG BẰNG THỦY LỰC” với các nội dung sau:

Chương 1: Tổng quan về thép tấm và công nghệ cắt thép tấm trongcông nghiệp

Chương 2: Nguyên lý thiết kế và tính động học của máy

Chương 3: Tính toán kết cấu máy

Chương 4: Thiết kế hệ thống điều khiển bằng PLC – An toàn vàvận hành máy

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

PGS.TS Trần Xuân Tùy và cùng các thầy cô trong khoa Vì là một vấn đề

tương đối lớn, mới của người sinh viên, không tránh khỏi những thiếu sót

Em rất mong sự góp ý chỉ bảo của thầy cô

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn và các thầy cô trongkhoa cơ khí

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2013

Sinh viên thiết kế

Trương Đăng Sang

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THÉP TẤM VÀ CÔNG NGHỆ CẮT THÉP

TẤM TRONG CÔNG NGHIỆP

1.1 THÉP TẤM TRONG CÔNG NGHIỆP

Ngày nay khi nhu cầu về đời sống càng phát triển và nâng cao thì ngànhcông nghiệp cần phải đáp ứng đầy đủ và kịp thời những nhu cầu đó Trong đóngành công nghiệp và gia công kim loại bằng áp lực như cán, kéo, ép, rèn tự do, rènkhuôn, dập tấm cũng đóng góp một phần không nhỏ, quan trọng hơn trong đó làphương pháp gia công kim loại cán và cắt thép tấm đóng một vai trò không nhỏ, nógóp phần tạo ra các sản phẩm, vật dụng và các ngành nghề công nghiệp khác như:ngành công nghiệp hàng không, lĩnh vực điện, nông nghiệp, ô tô, xây dựng, côngnghiệp đóng tàu, thuyền

Thép tấm được tạo thành từ quá trình cán kim loại, kim loại biến dạng giữahai trục cán quay ngược chiều nhau, có khe hở giữa hai trục cán nhỏ hơn chiều dàycủa phôi ban đầu Kết quả làm chiều dày phôi giảm, chiều dài và chiều rộng tănglên, hay đây là sản phẩm dạng tấm hay thép tấm

Cắt thép tấm có thể tiến hành ở trạng thái nóng hoặc trạng thái nguội, ở mỗiloại nó có các ưu điểm và nhược điểm khác nhau Các sản phẩm thép tấm đượcphân loại theo chiều dày của tấm thép: Thép tấm mỏng: chiều dày S = 0.2 ÷ 3.75

Thép tấm sau khi được cắt ra các kích cỡ theo yêu cầu, từ đó nó được sửdụng để tạo ra các chi tiết, hình dạng, thù hình khác như:

- Trong xây dựng, các thép hình cỡ lớn trong các dầm cầu được tạo thành từcác tấm thép tấm dày cắt nhỏ, hay thép tấm được dùng để liên kết với nhau để tạonên các kết cấu thép bền vững hơn như nó liên kết với nhau có thể bằng mối hàn, bulông hoặc đinh tán

Hình 1-1: Kết cấu thép tấm trong xây dựng

- Trong ngành chế biến, thép tấm được sử dụng rộng rãi không kém, nó đượcdùng để chế tạo các thùng chứa, bể chứa, các chai, hộp để đóng gói

- Trong ngành cơ khí: Chế tạo thép tấm được sử dụng trong các thân máycủa các máy cắt kim loại, khung sườn xe máy

- Trong ngành điện: thép tấm được dùng để tạo ra các sản phẩm trong lĩnhvực điện như là các lá thép trong stato bơm nước hay quạt điện, thép tấm được dùngcác cánh quạt cỡ lớn, các thép tấm mỏng dùng làm các lá thép để ghép lại trongchấn lưu đèn ống, máy biến thế, trong lĩnh vực điện chiếu sáng nó được dùng làmcác cột điện đường, cột đèn

Với nhu cầu sử dụng hiện tại của thép tấm, sự cần thiết phải có các máy đểcắt các thép tấm từ ban đầu trong các ngành công nghiệp, các ngành nghề khácnhau đặc biệt trong lĩnh vực cơ khí là một điều không thể thiếu

1.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CẮT KIM LOẠI

Gia công kim loại bằng áp lực là một trong những phương pháp cơ bản đểchế tạo các chi tiết máy và các sản phẩm kim loại thay thế cho phương pháp đúchoặc gia công cắt gọt

Gia công bằng áp lực thực hiện bằng cách dùng ngoại lực tác dụng lên kimloại ở trạng thái nóng hoặc trạng thái nguội, làm cho kim loại đạt đến quá giới hạnđàn hồi, kết quả làm thay đổi hình dạng của vật thể kim loại mà không phá huỷ tínhliên tục và độ bền của chúng Cắt kim loại là chia phôi ra thành các tấm, dải, mảnhtheo đường kín hoặc đường hở Quá trình cắt xảy ra từ biến dạng đàn hồi khi có lựctác dụng, sau đó biến dạng dẻo cùng với sự tăng lực tác dụng và các vết nứt xuấthiện và gặp nhau theo hướng cắt và tách rời tấm phôi

1.2.1 BIẾN DẠNG KIM LOẠI

Dưới tác dụng của ngoại lực kim loại biến dạng theo các giai đoạn: biếndạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá huỷ

Tuỳ theo cấu trúc tinh thể của mỗi kim loại, các giai đoạn trên có thể xảy ra

ở các mức độ khác nhau dưới tác dụng của ngoại lực và tải trọng

Biểu đồ biến dạng khi thí nghiệm kéo đứt của kim loại:

- Khi tải trọng tác dụng nhỏ hơn Pđh thì biến dạng kim loại tăng theo đườngbậc nhất, đây là giai đoạn biến dạng đàn hồi: biến dạng mất đi sau khi khử bỏ tảitrọng

- Khi tải trọng từ Pđh → Pd thì độ biến dạng tăng với tốc độ nhanh, đây là giaiđoạn biến dạng dẻo, kim loại bị biến đổi kích thước, hình dạng sau bỏ tải trọng tácdụng lên nó

- Khi tải trọng đạt đến giá trị lớn nhất Pd thì trong kim loại bắt đầu xuất hiệnvết nứt, tại đó ứng suất tăng nhanh và kích thướt vết nứt tăng lên, cuối cùng kimloại 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 bịbiến dạng Khi lực tác dụng nhỏ, ứng suất sinh ra trong kim loại chưa vượt quá giớihạn 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 làphản lực tính trên một đơn vị diện tích Ứng suất vuông góc với mặt chịu lực gọi là ứng suất pháp σ, gây biến dạng ε Ứng suất tiếpτ sinh ra xê dịch góc γ Ứng suấtpháp 3 chiều ( ứng suất khối) làm biến dạng thể tích

Hình 1-4: Ứng suất trong biến dạng đàn hồi

Đối với nhiều vật liệu, quan hệ tuyến tính giữa ứng suất và biến dạng đàn hồiđược mô tả bằng định luật Hooke:

Phương trình cơ sở của thuyết đàn hồi

ε

σ = E ( cho kéo và nén) (1.1)

γ

τ = G ( cho xê dịch) (1.2)Trong đó: E: Modun đàn hồi của vật liệu

G: Modun đàn hồi trượt

Và

v

v K

Các lý thuyết và thực nghiệm cho thấy trượt là hình thức chủ yếu gây ra biếndạng dẻo trong kim loại khi lực tác dụng lên nó sinh ra ứng suất lớn hơn giới hạnđàn hồi nhưng chưa vượt ứng suất phá huỷ hay ứng suất giới hạn bền của vật liệu.Đây là giai đoạn thứ hai của quá trình cắt kim loại, giai đoạn này xảy ra trước quátrình 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 đều làm cho kim loại sinh ra ứng suất dư, bên trong bất cứ kim loạibiến dạng dẻo nào cũng đều sinh ra ứng suất dư, sau khi thôi tác dụng ứng suất dưvẫn còn tồn tại

- Phá huỷ trong điều kiện tải trọng tĩnh:

+ Phá huỷ có kèm theo sự biến dạng dẻo với mứt độ tương đối gọi là phá huỷdẻo Phá huỷ xảy ra với tốc độ nhỏ và cần nhiều năng lượng nên ít nguy hiểm

Điều kiện cần thiết cho biến dạng dẻo xảy ra là biến dạng dẻo và trạng tháiứng 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 tứcthời nên khá nguy hiểm Bề ngoài mặt khi phá huỷ thường vuông góc với ứng suấtpháp 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 độ, tốc độ biến dạng và tậptrung ứng suất

Ứng suất cần thiết để phát triển vết nứt:

γs : 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) cơchế 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 độngcủa 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 hạttrượt lên nhau theo biên giới hạt, có tập trung ứng suất tạo nên vết nứt Thực chấtquá trình biến dạng dẻo của kim loại nó ảnh hưởng lớn đến lực cắt do vậy ta nguyêncứu các nhân tố ảnh hưởng đến nó

1.2.2 NHỮNG NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN BIẾN DẠNG DẺO CỦA KIM

LOẠI

Tính dẻo của kim loại là khả năng biến dạng dẻo của kim loại dưới tác dụngcủa ngoại lực mà không bị phá huỷ Tính dẻo của kim loại phụ thuộc vào hàng loạtnhân tố khác nhau: thành phần và tổ chức của kim loại, nhiệt độ, trạng thái ứng suấtchính, ứng suất dư, ma sát ngoài, lực quán tính, tốc độ biến dạng

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

Các kim loại khác nhau có kiểu mạng tinh thể, lực liên kết giữa các nguyên

tử khác nhau, do đó tính dẻo của chúng cũng khác nhau, chẳng hạn: đồng, nhômdẻo 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 dẻogiảm Thông thường kim loại sạch và hợp kim có cấu trúc một pha dẻo hơn hợpkim 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

b Ảnh hưởng của nhiệt độ

Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ, hầu hết các kim loạikhi tăng nhiệt độ thì tính dẻo tăng Khi tăng nhiệt độ, dao động nhiệt của cácnguyên 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 độthường tồn tại ở pha kém dẻo, khi ở nhiệt độ cao chuyển biến thì hình thành pha có

độ dẻo cao

c Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính

Trạng thái ứng suất chính cũng ảnh hưởng đáng kể đến tính dẻo của kimloại Qua thực nghiệm người ta thấy rằng kim loại chịu ứng suất nén khối có tínhdẻo 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 ngoạilực tác dụng

Hình 1-5: Ảnh hưởng của ứng suất chính

Trong gia công áp lực thường gặp trạng thái ứng suất khối

+ Trạng thái ứng suất khối: τmax

2

min max σ

+ Trạng thái ứng suất đường: τ =σ2

Nếu σ1 = σ2 = σ3 thìτ = 0 nghĩa là không gây ra biến dạng

Điều kiện để kim loại biến dạng dẻo bị phá huỷ:

σ − = σch

d Ảnh hưởng của ứng suất dư

Sự tồn tại của ứng suất dư bên trong kim loại sẽ làm cho tính dẻo của kimloại giảm Nếu ứng suất dư lớn có thể làm cho vật biến dạng hoặc phá huỷ

e Ảnh hưởng của ma sát ngoài

Ma sát ngoài làm thay đổi hình thức tác dụng lực, do đó làm thay đổi trạngthái ứng suất chính của vật thể

Ngoài ra ma sát ngoài còn cản trở biến dạng tự do của vật thể, làm cho vậtthể biến dạng không đồng đều, tăng lực và công biến dạng, cản trở sự biến dạng haycắt đứt của kim loại dưới tác dụng của lực cắt để thép

f Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng

Tăng tốc độ biến dạng thì sẽ làm giảm tính dẻo của kim loại nếu tốc độ củaquá trình biến cứng khi biến dạng lớn hơn tốc độ của quá trình khử biến dạng

Ngoài ra, tốc độ biến dạng tăng còn làm sinh nhiệt nhiều, hiệu ứng nhiệt còn làmcho kim loại đạt đến nhiệt độ mà tại đó tính dẻo thấp hoặc do hiệu ứng nhiệt mànhiệt độ của kim loại tăng dần lên làm cho kim loại chuyển từ vùng giòn sang vùngdẻo, điều này cũng ảnh hưởng đến tốc độ tác dụng lực để cắt thép, đó là chu kỳ cắthay cũng chính là năng suất cắt thép

Vậy để cắt được thép tấm thì lực cần thiết tác dụng phải tạo ra trong kim loạiứng suất lực lớn, đồng thời tốc độ biến dạng phải đạt một trị số nhất định để kim loại dễ dàng bị đứt rời ra khỏi tấm cắt

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP CẮT THÉP TẤM

Để thực hiện các công nghệ cắt các vật liệu, trong thực tế có nhiều phươngpháp cắt như: Các phương pháp cắt thủ công, cắt bằng ngọn lửa hàn khí, cắt bằngchùm tia laser, plasma hay các phương pháp dập tấm ( dập cắt và đột lổ), cắt bằngmáy cắt thép tấm Tùy theo hình dạng, kích thước cũng như qui mô sản suất mà ta

có thể áp dụng phương pháp cắt khác nhau cho hợp lý

1.3.1 CẮT BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦ CÔNG

Cắt thép bằng các phương pháp thủ công có nhiều cách, chẳng hạn nhưphương pháp chặt bằng ve, tốn nhiều thời gian, các vết cắt không được thẳng và sảnphẩm 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 théptấm 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 diệntích 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 lửakhí là phương pháp đốt cháy làm cho vật cắt đạt tới điểm nóng, bị đẩy mạnh và bịtách rời

Cắt đứt bằng hồ quang: là quá trình nóng chảy hoặc cắt đứt kim loại bằngnhiệt 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, đườngcắt không đều

Cắt bằng khí là phương pháp cắt sử dụng nhiệt của ngọn lửa sinh ra khi đốtcháy khí cháy trong dòng oxy để nung kim loại tạo thành các oxit và thổi chúng rakhỏi mép cắt tạo thành rãnh cắt Sơ đồ quá trình cắt kim loại bằng khí được trìnhbày ở hình 1-6

Hình 1-6: Cắt bằng hồ quang, điện hoặc ngọn lửa khí

1 Dòng Oxy cắt; 2 Dòng hỗn hợp khí cắt; 3 Ngọn lửa nung nóng

4 Rãnh cắt; 5 Phôi cắt

Khi bắt đầu cắt, kim loại ở mép cắt được nung nóng đến nhiệt độ cháy nhờnhiệt độ của ngọn lửa nung, sau đó cho dòng oxy thổi qua, kim loại bị oxy hoámãnh liệt tạo thành oxit Sản phẩm cháy bị nung chảy và được dòng oxy thổi khỏimép cắt, tiếp theo do phản ứng cháy của kim loại toả nhiệt mạnh, lớp kim loại tiếptheo 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 củakim loại

+ Nhiệt toả ra khi kim loại cháy phải đủ lớn để nung mép cắt tốt đảm bảoquá 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 đếnmép cắt bị nung nóng kém, làm gián đoạn quá trình cắt

Thép các bon có nhiệt cháy 13500C, nhiệt độ nóng chảy trên 15000C, nhiệtcháy 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 nóngtrước tới 300- 6000C Thép hợp kim crôm hoặc hợp kim Niken do khi cháy tạothành oxit crôm nhiệt độ chảy tới 20000C phải dùng thuốc cắt mới cắt được , mặtkhác để đảm bảo chất lượng phôi, nâng cao năng suất và hạ giá thành cắt cần phảichọn 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 phươngpháp này để cắt thép tấm không mang lại hiệu quả kinh tế cao cũng như năng suấtthấp, khó chuyển sang tự động hoá

Sơ đồ nguyên lý như sau:

1 Nguồn laser

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

Cắt thép bằng chùm tia laser cho năng suất cao, có thể cơ khí hoá và tự độnghoá dễ dàng nhưng phương pháp này có những hạn chế là chiều dày tấm cắt nhỏhơn 20 mm, thiết bị tạo tia laser cũng như các thiết bị điều khiển chương trình sốCNC có giá thành cao

Thực chất 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: Đây là giai đoạn biến dạng đàn hồi

+ Giai đoạn 2: Giai đoạn biến dạng dẻo, do tiếp tục đi xuống, lực cắt tăng lênvượt qua điểm tới hạn, kim loại bị biến dạng dẻo

Biến dạng dẻo này phát sinh ngay ở mép của dao cắt, ứng suất tập trung làmphát sinh dòng chảy kim loại tại thành vùng kim loại bị chèn ép, sự chèn ép cục bộ

đó sẽ phát triển đến khi toàn bộ chiều dày của kim loại đạt đến ứng suất dư để làmxuất hiện đường trượt Những đường trượt này tạo ra đường dẻo hẹp hình bìnhhành, do đó biến dạng dẻo kèm theo uốn và kéo các thớ kim loại cho đến khi bắtđầu xuất hiện các vết nứt Giai đoạn này dao cắt từ 20 đến 50% chiều dày kim loại

+ Giai đoạn 3: Dao tiếp tục đi xuống, tại thời điểm khi ứng suất do lực cắtgần đến giới hạn đàn hồi, các vết nứt xuất hiện từ hai vết của dao tiến sâu vào vậtliệu và làm đứt rời vật liệu

Có các loại máy cắt thép tấm dưới áp lực lưỡi cắt như máy cắt dao thẳngsong song, máy cắt dao nghiêng, máy cắt dao đĩa

Phương pháp cắt thép tấm bằng áp lực lưỡi cắt có ưu điểm: có năng suất cao,

có thể tạo lực cắt bằng các phương pháp khác nhau, giá thành rẻ, dễ tiến hành cơkhí hoá và tự động hoá, phương pháp này phù hợp với ngành cơ khí nước ta hiện

nay Phân tích các loại kết cấu máy và dao để chọn phương án sử dụng cho máy cắtthép tấm dưới áp lực lưỡi cắt.

1.3.4.1 Máy cắt dao thẳng song song

L 2

1

3

6 7

5 4

2 Bàn kẹp 6 Lưỡi dao dưới

3 Lưỡi dao trên 7 Bàn trượt dưới

4 Bàn trượt trên 8 Con lăn dẫn động

a Công dụng và các thông số cơ bản

+ Công dụng: Máy cắt dao thẳng song song dùng để cắt các loại phôi và sảnphẩm có tiết diện vuông, chữ nhật, tròn máy thường đặt sau máy cán phôi, cánphá, cán hình cỡ lớn có tiết diện sản phẩm là đơn giản Máy có nhiệm vụ cắt bỏphần đầu, phần đuôi vật cán và dùng để cắt phân đoạn vật cán theo kích thước quiđịnh

Khi làm việc mặt phẳng chuyển động của dao không đổi

Các thông số cơ bản của máy theo trên hình 1-8:

H: Chiều cao vận hành daoL: Chiều dài sản phẩm S: Chiều cao lưỡi cắt

σ : Chiều dày lưỡi cắt = 2.5÷3

σ

s

h: Chiều dày vật cắtb: 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) tấnGóc cắt 900, bốn góc đều cắt được

Vật liệu làm bàn trượt: Thép CT6Vật liệu làm dao: Thép 6 XHM, 55XHB, 55XH2Theo kết cấu của máy, người ta phân ra làm hai loại: Loại có dao trên diđộng và loại có dao dưới di động

b Phương pháp xác định lực cắt

Ngày nay các máy cắt được chế tạo theo tiêu chuẩn Khi thiết kế máy mới tatính lực cắt sao cho máy làm việc đảm bảo an toàn và không xảy ra các sự cố đángtiếc

Dù dùng loại máy cắt nào thì quá trình cắt cũng chia ra làm ba thời kỳ dùrằng quá trình cắt chỉ xảy ra trong nháy mắt Ba thời kỳ đó là:

Hình 1-9: Sơ đồ thời kỳ cặp phôi

Đây là thời kỳ mà lưỡi dao ăn vào kim loại, lúc này lực cắt của dao từ từtăng lên ( Pcặp tăng từ P0 → Pmax) Để đặc trưng cho độ nhanh chậm của quá trìnhnày người ta đưa ra thông số tỷ số chiều sâu cắt tương đối ε1

ε1= Z h1 (1.7)Trong đó: Z1: Chiều sâu kim loại được cắt

h: Chiều dày vật cắt

+ Thời kỳ cắt:

Hình 1-10: Sơ đồ thời kỳ cắt của dao thẳng song song

Đây là thời kỳ mà lực cắt giảm dần xuống theo tiết diện của vật cắt

P giảm dần từ Pmax → Pmin

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

Pmax = τmax.F = k1.σb.F (1.9)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 - z 1 = h (1- ε1 ) (1.10)Thay các giá trị trên vào (1.9), ta có:

Pmax = k1.k2.k3.σb.b.h(1−ε1) (1.11)

Trong đó:

K2: Hệ số kể đến sự tăng lực khi dao bị cùn, k2 = (1,1 ÷1,2) cho cắt nóng và

k2 = (1,15 ÷1,25) cho cắt nguội

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

Trị số ε1, ε2 tra trong bảng quan hệ giữa vật liệu cắt với ε1,ε2

Khi dao ăn vào kim loại thì phôi có chiều hướng dịch xuống hướng, khi ấy

từ các cạnh của dao sinh ra một lực trượt T, lực trượt T do dao dịch xuống dưới sinh

ra một momen có trị số Mt = P.a ( Hình 1.9)

Lực T và P có hướng ngược chiều nhau và có tương quan độ lớn:

T = (0,15 ÷0,25)P

Để giảm lực trượt T và cắt sản phẩm cho chính xác, người ta dùng lực kẹp Q

để giữ vật cắt Khi ấy T = (0,1÷0,15)P và Q = (0,03÷ 0,05)P

1.3.4.2 Máy cắt thép tấm dao nghiêng

Để giảm lực trong quá trình cắt của máy cắt dao song song, người ta dùngmáy cắt tấm lưỡi dao được đặt nghiêng một góc ϕ Khác với máy cắt dao songsong, máy này có lưỡi cắt chỉ một phần xác định có trị số phụ thuộc vào gócnghiêng ϕ không đổi Do đó trên một chiều dài hành trình lưỡi dao trên khi dao ănsâu vào kim loại, lực cắt không thay đổi và không phụ thuộc vào chiều rộng tấmthép Lực này nhỏ hơn rất nhiều so với lực cắt yêu cầu khi cắt cùng tấm vật liệu đótrên máy cắt dao song song

αγ

z

Hình 1-11: Máy cắt thép tấm dao nghiêng

Loại máy này lưỡi dao dưới nằm ngang, lưỡi dao trên nghiêng một góc ϕ = 2

÷60, lực cắt không lớn lắm, cắt được các tấm dày, cắt được các đường cong, đườngcắt không thẳng và nhẵn

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

Các thông số của lưỡi dao trên:

ϕ

τ.5,0

2

= [ ]2 (1.12)K: Hệ số điều chỉnh, K = (1,1÷ 1,5)

∗ Công tiêu hao khi cắt bằng máy cắt tấm, dao nghiêng phụ thuộclực cắt, chiều dài tấm cắt và góc nghiêng ϕ của dao

) KGm ( 1000

tg B P

1.3.4.3 Máy cắt bằng lưỡi dao đĩa

Quá trình cắt kim loại tấm dày trên máy cắt dao đĩa được thực hiệnbằng những đĩa dao quay tròn, đĩa dao trên và đĩa dao dưới được quayngược chiều nhau cùng một tốc độ góc (ω), vật liệu cắt được chuyển dịchnhờ lực ma sát giữa kim loại và dao đĩa Vị trí và kích thước đĩa dao đượcxác định phụ thuộc vào chiều dày vật liệu cắt Công việc cắt được thựchiện lấy dấu bằng tay hay đồ gá chuyên dùng Khi cắt dọc tôn tấm năngsuất máy dao đĩa lớn hơn năng suất máy dao nghiêng nhưng có nhượcđiểm là dao thường bị uốn cong và thường phải uốn lại Để khắc phục hiệntượng này người ta thường đặt lệch trục đĩa dao trên so với dao dưới mộtđoạn e không lớn lắm

Máy cắt đĩa áp dụng cắt mép, dãi hẹp cắt dọc theo chiều dài tấmthẳng 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 cắtđược thẳng và không bị ba via người ta làm dao có lưỡi hình tròn theo chiều củabán kính

Máy cắt đĩa thường có hai loại: loại một cặp đĩa và loại nhiều cặp đĩa

a Sơ đồ nguyên lý

a)

Hình 1-13: Sơ đồ nguyên lý máy cắt đĩa

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

* Nguyên lý của quá trình cắt bằng lưỡi dao đĩa là nhờ vào hai đĩa quay trònngược chiều nhau với cùng một tốc độ quay, còn vật liệu cắt ( phôi) được chuyểndịch nhờ ma sát giữa kim loại và dao Vị trí và kích thước của đĩa xác định theochiều dày của vật liệu cần cắt

b Đặc điểm kỹ thuật

+ Máy có độ trùng dao ∆ = (1÷ 3) mm, khi chiều dày h tăng thì ∆ giảm Khicắt thép tấm có chiều dày h > 10 thì khe hở biên y = (0,05 ÷0,08)h, khi h < 0,2 mmthì y = 0

+ H là chiều dày đĩa cắt, H = (0,06 ÷ 0,12)D

* Xác định khoảng cách tâm trục A của hai dao đĩa, góc nghiêng α và đường kính

Trong đó: R: bán kính của đĩa dao

∆ +

=

h

1 2

−

∆+

=

0 0

2cos

Hình 1-14: Sơ đồ nguyên lý máy cắt kiểu chấn động

1 Dao trên; 2 Dao dưới

Máy cắt dao động thường có lưỡi dao dưới kẹp chặt trên than máy và cốđịnh, còn lưỡi dao trên chuyển động tịnh tiến nhờ cơ cấu cam đặc biệt

Máy có 2 lưỡi dao nghiêng tạo thành một góc α = 24÷300; góc trước β= 6÷70,khi cắt lưỡi cắt trên lên xuống rất nhanh (2000÷3000 lần/phút) và với hành trìnhngắn 2÷3 mm Cắt được tấm dáy ≤ 10 mm

Loại này có hai lưỡi dao tạo thành một góc ϕ = (21÷300) số lần lưỡicắt lên xuống: 850÷1300 lần/phút.

* Kết luận:

Ở trên, ta đã đưa ra 4 phương án hình thành quá trình cắt thép tấm.Thông qua ưu, khuyết điểm đánh giá các phương án ta có nhận xét nhưsau:

- Phương pháp cắt bằng cặp dao song song thì mép cắt đẹp, thời gianmỗi nhát cắt nhanh nhưng lực cắt quá lớn, hơn nữa ta cần cắt thép tấm cóchiều dày Smax = 15 mm, lúc này lực cắt sẽ rất lớn nên yêu cầu về độ bềncủa dao cũng như thân máy cao, rung động mạnh, vì vậy ta không sử dụngphương pháp này để thiết kế

- Phương pháp cắt bằng cặp dao đĩa, phương pháp này tốc độ cắt chậm hơn,năng suất thấp khi ta cắt thép tấm có chiều dày lớn tuy rằng lực cắt nó nhỏ, do đóphương pháp này không hiệu quả

- Phương pháp cắt kiểu chấn động: không có độ trùng dao,còn khe hở giữacác lưỡi cắt thì lớn hơn khe hở tối ưu (0,2÷0,25)S Điều đó đảm bảo cho phôi quayxung quanh mép làm việc của dao trong quá trình cắt đường bao cong Nhược điểmcủa máy cắt rung là sự mài mòn nhanh các lưỡi cắt cũng như sự tạo thành bavia vàrăng cưa theo đường bao phôi cắt Do đó, sau khi cắt phải sửa lại đường bao bằngcách kẹp lại thành từng chồng và phay theo đường bao Máy cắt rung chỉ sử dụngtrong sản xuất nhỏ do năng suất thấp

- Phương pháp cắt bằng dao có lưỡi nghiêng: Phương pháp này tuy mép cắtkhông được thẳng và đẹp nhưng lực cắt cần thiết không yêu cầu lớn, có thể cắt theonhững đường cắt cong, do đó không yêu cầu kết cấu máy phải cồng kềnh, máy ítrung động đến xung quanh Do vậy, ta dùng phương án lưỡi dao cắt nghiêng đểthiết kế máy

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ VÀ TÍNH ĐỘNG HỌC CỦA MÁY2.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Một kết cấu được xem là có tính công nghệ khi kết cấu đó thoả mãn các yêucầu kỹ thuật đã được đặt ra khi thiết kế, đồng thời được chế tạo với chi phí ít nhất

về lao động, phương tiện và thời gian Nói cách khác một chi tiết máy có tính côngnghệ có nghĩa là một mặt nó phải thoả mãn các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làmviệc, độ tin cậy, mặt khác trong điều kiện sản xuất sẵn có phải dễ chế tạo, ít tốnnguyên vật liệu và thời gian

Tính công nghệ của chi tiết máy và bộ phận máy là một trong những yếu tốquan trọng nhất nhằm đảm bảo máy móc và thiết bị có các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuậttối ưu Như vậy để chọn được một phương án máy hợp lý cần thoả mãn những yêucầu chủ yếu về tính công nghệ như sau:

- Máy và chi tiết máy có hình dạng và kết cấu hợp lý theo quan điểm côngnghệ chế tạo và lắp ráp

- Vật liệu chế tạo chi tiết máy được chọn hợp lý, đảm bảo các yêu cầu liênquan đến công dụng và điều kiện sử dụng máy

- Có thể sử dụng các phương pháp công nghệ phù hợp để đơn giản hoá quátrình chế tạo từ khâu chuẩn bị phôi đến gia công chế tạo - kiểm tra, lắp ráp vànghiệm thu sản phẩm

- Máy, chi tiết máy có khối lượng và kích thước nhỏ gọn; giá thành thấp

2.2 PHÂN TÍCH CHỌN SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MÁY

Sau khi phân tích các phương án cắt thép tấm, ta đã chọn được phương áncắt bằng máy có lưỡi dao nghiêng, dao trên chuyển động tịnh tiến Bây giờ ta phântích các phương án truyền động tạo lực cắt, phối hợp nhịp nhàng giữa các cơ cấu đãchọn được sơ đồ nguyên lý phù hợp cho máy

Chuyển động tịnh tiến của dao trên có thể nhờ vào chuyển động của các cơcấu sau:

- Chuyển động tịnh tiến nhờ cơ cấu tay quay con trượt

- Chuyển động tịnh tiến nhờ cơ cấu hình sin

- Chuyển động tịnh tiến nhờ hệ thống thuỷ lực hoặc khí nén

Muốn cắt được thép tấm có chiều dày khá lớn Smax = 15 mm và chiều rộng

Bmax = 2000 mm, vật liệu phôi thép tấm là thép CT38 thì ta cần phải xác lập một sơ

đồ động thích hợp cho máy đảm để bảo được tính công nghệ cũng như tính kinh tế

L 2

1

3

6 7

5 4

1 Phôi thép 5 Cữ sau

2 Bàn kẹp 6 Lưỡi dao dưới

3 Lưỡi dao trên 7 Bàn trượt dưới

4 Bàn trượt trên 8 Con lăn dẫn động

H Hành trình của dao ∆: Độ trùng daoa: Chiều dày phôi h: Chiều cao lưỡi cắtl: Chiều dày lưỡi cắt

2.2.1 Chuyển động tịnh tiến bằng cơ cấu tay quay con trượt

3

V

2 1

O

Hình 2-2: Cơ cấu tay quay con trượt

Cơ cấu này có tác dụng biến chuyển động quay của tay quay thành chuyểnđộng tịnh tiến của con trượt Cơ cấu này có tác dụng và nguyên lý đơn giản, chuyểnđộng không phức tạp, tạo được lực lớn, độ cứng vững cao, dễ chế tạo Khi tay quayquay làm cho đầu trượt chuyển động cắt đi xuống hoặc đi lên

2.2.2 Cơ cấu hình sin:

O

V

C

Hình 2-3: Cơ cấu hình sin

Cơ cấu này khi tay quay quay tròn làm cho con trượt trong khi chuyển độngtịnh tiến nhờ gắn lên cần C Cơ cấu này có hành trình chuyển động tịnh tiến lớnnhưng kết cấu cồng kềnh, đòi hỏi không gian làm việc của cơ cấu lớn, tạo lựckhông lớn, cơ cấu kém vững do đó hiệu suất của nó kém

2.2.3 Chuyển động tịnh tiến nhờ hệ thống thuỷ lực

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, máyđiều khiển theo chương trình, máy gia công kim loại bằng áp lực như máy dập, máy

ép, máy cắt thép tấm

Hình 2-4: Chuyển động tịnh tiến nhờ hệ thống thủy lực

Hoạt động: dầu ép được các nguồn cung cấp dầu từ bể đưa qua các phần tửđiều khiển lưu lượng, áp suất rồi đến van phân phối Từ van phân phối dầu sẽ đượcđưa vào buồng trái hoặc buồng phải của hai xi lanh tạo chuyển động tịnh tiến củacần piston, tạo lực cắt cho dao

- Ưu điểm của phương pháp truyền động này:

+ Thực hiện được truyền động vô cấp cho chuyển động chính cũng nhưchuyển động phụ để đảm bảo chế độ cắt thích hợp nhất

+ Có khả năng thực hiện truyền động có lực và công suất lớn

+ Dễ dàng thực hiện các nhiệm vụ như điều khiển tự động quá trình làmviệc, đảo chiều chuyển động, chống quá tải, tiêu chuẩn hoá các cơ cấu và hệ thống

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

- Tuy nhiên phương pháp truyền động này cũng có các nhược điểm:

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

+ Trong quá trình biến đổi năng lượng, năng lượng đàn hồi của dầu hoàntoàn biến thành nhiệt năng, thông qua dầu và các thiết bị truyền về bể mà khôngthực hiện một công có ích nào cả Hơn nữa sự cản nhiệt này còn làm cho độ nhớtcủa 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 chếtạo chính xác

* Kết luận:

Qua ba phương pháp tạo chuyển động tịnh tiến để tạo lực cắt cho dao ta thấyphương pháp nào cũng có những ưu điểm riêng Tuy nhiên, xét về tính năng kỹthuật, công nghệ, khả năng tự động và làm giảm nhẹ công việc của công nhân thìdùng cơ cấu tịnh tiến bằng hệ thống thuỷ lực dầu ép phù hợp nhất khi cắt các loạithép cacbon, thép thường với chiều dày phôi đến 15 mm và chiều rộng cắt lớn nhấtcủa tấm thép là B = 2000 mm

Vậy ở máy cắt thép tấm dùng các cơ cấu và hệ thống thuỷ lực để tạo độnglực cắt cho dao và kẹp chặt phôi, từ đó ta có sơ đồ nguyên lý của máy

1 3 4

5

7

8 9

6

2

11 10

Hình 2-5: Sơ đồ nguyên lý máy cắt thép tấm

1 Bể dầu 7 Đồng hồ đo áp

2 Lọc thô 8 Van tiết lưu

3 Bơm dầu 9 Van đảo chiều 4/3

4 Lọc tinh 10 Pit tông

5 Van một chiều 11 Buồng trên xilanh

6 Van tràn và an toàn

* Nguyên lý làm việc:

Khi động cơ bơm quay, bơm hút dầu từ bể qua bộ lọc (1),qua các thiết bịkhác như bộ lọc 12, van an toàn 2, bộ ắc quy dầu 11 đến van tiết lưu (5), nhờ vannày ta hiệu chỉnh được lưu lượng qua nó để vào xilanh, do đó làm thay đổi đượcvận tốc của piston theo yêu cầu Sau khi dầu qua van tiết lưu thì qua van phân phối

để vào buồng trên hoặc buồng dưới của xilanh để thực hiện chuyển động đi xuốngcắt thép hoặc chuyển động chạy không quay về

2.2.4 Tính toán sơ bộ chiều dài lưỡi dao và độ vận hành của dao trên

a) Tính toán sơ bộ chiều dài của lưỡi dao

Theo kinh nghiệm chiều dài của lưỡi dao L:

L = B + (50 ÷150)mm, ( GT dao cắt, tr16)Trong đó:

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

Do đó: L = 2000 + 80 = 2080 (mm)

Chiều dài cần thiết của dao tương đối dài, do đó để đảm bảo được độ chínhxác, độ thẳng lưỡi dao và độ nhiệt luyện tốt, thông thường ta chế tạo từng đoạn

ngắn rồi ghép lại, ta chọn chiều dài của dao chia làm 4 đoạn, do đó chiều dài củamỗi đoạn dao là:

b) Xác định độ vận hành của dao nghiêng

Hình 2-6: Thông số của dao nghiêng

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

- 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

∆ = (10÷20) mm, chọn ∆ = 15 (mm) L: Chiều rộng dao L = 2080 (mm)

amax: chiều dày lớn nhất của tấm thép

Do đó chiều dài hành trình cắt H:

H = y + amax + Ltgα + Δ (mm) (GT dao cắt,trang16)

= 10 +15 + 2080 tg40 + 15 = 185 (mm)

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

- Vận tốc cắt của dao có ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ, năng suất cắt và chấtlượng của mép cắt, mặt khác vận tốc cắt còn ảnh hưởng đến độ rung động va đậpcủa máy Vì vậy cần phải tính và chọn vận tốc cắt hợp lý để máy làm việc tốt, đạtnăng suất và yêu cầu thiết kế

Đối với cắt thép tấm, với chiều dày tấm thép cắt amax = 15 mm là khá lớn, vìvậy vận tốc cắt nằm trong khoảng (5÷100) mm/s, với amax như vậy ta chọn v = 50(mm/s)

- Xác định thời gian đi xuống của đầu dao trên:

Thời gian cắt của dao trên đóng vai trò là một phần trong chu kỳ làm việccủa máy Sau khi tính được độ vận hành của dao nghiêng là H = 185 mm

Thời gian của dao đi là:

Do dao được đặt cách mặt đầu chấu kẹp là 15 mm, do đó tổng chiều dài dịchchuyển của dao là: H0 = H + 15 = 185 +15 = 200 mm

∆

2.3 TÍNH ĐỘNG HỌC TOÀN MÁY

Thiết kế động học cho một máy là lựa chọn các phương án truyền động vàxác định các hệ thống truyền động của máy, sự phối hợp nhịp nhàng trong chu kỳlàm việc giữa các bộ phận và tính toán sơ bộ về vận tốc và thời gian của sự phốihợp đó

2.3.1.Thiết kế động học cho bộ phận kẹp chặt

Sau khi phân tích lựa chọn phương án truyền động cho bộ phận dao cắt lànguồn động lực bằng hệ thống thuỷ lực dầu ép tác dụng lên piston - xilanh để tạolực cắt tác dụng lên dao trên, khi cắt thép, lực tác dụng Pcắt của lưỡi dao trên và lưỡicắt dưới lệch nhau do có khe hở Z giữa hai lưỡi cắt, chính sự lệch nhau đã tạo nênmột momen quay M

M = Pcắt .lThông thường l = (1,5 ÷ 2).z

Momen có xu hướng làm cho vật liệu quay đi một góc nhỏ trước khi bị cắtđứt Hiện tượng quay này làm cho chất lượng bề mặt bị xấu đi, mặt cắt khôngvuông góc với bề mặt vật liệu Bởi vậy ta cần phải chống lại sự quay đó bằng cáchthêm vào lực ép Q trên tấm vật liệu

Hình 2-7: Sơ đồ kẹp phôi

Bây giờ ta phải phân tích lựa chọn phương án truyền động cho lực kẹp phôi

Q này Để tạo lực kẹp Q kẹp phôi trước khi dao tiến hành cắt thì ta có các phương

- Hoạt động của cơ cấu này như sau:

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

- Ưu nhược điểm của cơ cấu này:

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

+ Nhược:

* 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

b) Kẹp chặt bằng hệ thống thuỷ lực dầu ép hoặc khí nén

Sơ đồ kẹp chặt bằng thuỷ lực như hình 2-9

5

Vd

Q

Hình 2-9: Sơ đồ kẹp chặt bằng thủy lực

1 Bàn dao dưới; 2 Phôi thép; 3 Dao trên; 4 Xi lanh; 5 Piston

* Hoạt động của sơ đồ sau:

Dầu được đưa từ bơm qua van đảo chiều rồi theo đường ống qua bộ phậnlàm điều tốc độ vào buồng trên của xylanh 5 đẩy piston đi xuống kẹp chặt phôitrước khi cắt Khi cắt xong đảo chiều van làm cho dầu đi vào buồng dưới củaxylanh đẩy piston đi lên nhả phôi ra

* Ưu điểm:

+ Tạo lực kẹp lớn, dễ dàng thay đổi lực kẹp và dễ dàng điều khiển

+ Dễ dàng tự động hóa quá trình kẹp chặt

+ Không gây rung động và tiếng ồn.

* Nhược điểm:

+ Cơ cấu phức tạp và đắt tiền

c) Kẹp chặt bằng hệ thống các lò xo chịu nén gắn lên lưỡi dao trên

Lợi dụng lực đàn hồi của lò xo sinh ra khi chịu kéo hoặc chịu nén để làm lựckẹp cho phôi khi cắt kim loại ( Hình 2-10)

Hình 2-10: Sơ đồ cơ cấu kẹp phôi bằng lo xo chịu nén

1 Bàn dao dưới; 2 Phôi thép; 3 Dao trên; 4 Xi lanh; 5 Piston

* Hoạt động của cơ cấu như sau:

Lợi dụng lực đàn hồi của lò xo khi chịu nén để tạo ra lực kẹp phôi Trongquá trình cắt lưỡi dao trên đi xuống mang theo lò xo gắn chặt trên lưỡi dao Lưỡidao tiếp tục đi xuống tạo ra lực kẹp phôi

* Ưu nhược điểm của cơ cấu:

- Ưu điểm: + Cơ cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ dàng thay đổi lực kẹp nhờ vàocách thay đổi độ cứng của lò xo nén

+ Cơ cấu kẹp phôi êm, ít va đập rung động

- Nhược điểm: Nguồn động lực truyền lực cho cặp dao lúc này phải tíchthêm lực truyền cho cơ cấu kẹp chặt nên yêu cầu về hệ thống thuỷ lực cao hơn ( ápsuất, công suất động cơ bơm)

* Kết luận:

Từ các phương pháp kẹp chặt phôi trước khi cắt cho máy như đã phân tíchgồm: kẹp bằng hệ thống các xilanh thuỷ lực nhưng hệ thống này có nhược điểm làlàm cho kết cấu máy cồng kềnh, giá thành tương đối đắt tiền; kết cấu kẹp bằngtrọng lượng của khối kim loại đặc, kết cấu này tuy đơn giản nhưng khi kẹp lại rungđộng va đập lên máy lớn; kết cấu kẹp bằng hệ thống xilanh - piston và các lò xochịu nén, kết cấu này khi kẹp êm, nhẹ nhàng, ít rung động và va đập máy nhưngnhược điểm là kết cấu máy bị cồng kềnh, cần phải tăng lực tác động ở cơ cấu thuỷlực tác động lên đầu dao Vì vậy ở kết cấu của bộ phận kẹp phôi trước khi cắt ta cóthể kết hợp ở tấm thép kẹp có trọng lượng G trượt lồng không trong rãnh của bàndao trên kết hợp với hai xilanh lò xo chịu nén Kết cấu này đơn giản, dễ chế tạo, giáthành rẻ và có thể khắc phục được nhược điểm của các cơ cấu như đã phân tích ởtrên

Hình 2-11: Sơ đồ kẹp chặt được chọn

1 Đầu kẹp; 2 Tấm kim loại; 3 Lò xo chịu nén; 4 Lõi thép

5 Đai ốc; 6 Lưỡi dao trên; 7 Phôi thép tấm; 8 Bàn dao dưới

2.3.2 Tính động học cho cơ cấu cấp phôi tự động

Khi yêu cầu năng suất cao, sản phẩm chế tạo ra phải đạt được chất lượngtheo yêu cầu Mặt khác khi nhu cầu về đời sống của con người càng ngày càng caothì đặt ra vấn đề giải phóng sức lao động cho chính bản thân mình bằng cách thaythế các hoạt động thủ công của ta chính bằng hoạt động của các máy móc mà chínhcác máy móc đó do con người lập trình và điều khiển sẵn Hơn nữa khi người côngnhân trực tiếp đứng máy, có rất nhiều động tác lặp đi lặp lại mang tính nhàm chán

dễ xảy ra tai nạn cho người công nhân Từ các yếu tố đó đặt ra vấn đề ta phải đưavào các cơ cấu tự động hoá cho các máy móc thiết bị, trong đó cấp phôi tự động làkhâu chiếm không kém phần quan trọng

Đối với máy cắt thép tấm do yêu cầu về kích thước và hình dạng cần cắt nênviệc đưa vị trí cần cắt trên phôi đến vị trí lưỡi cắt của dao chính xác là điều quantrọng Khi yêu cầu số lượng sản phẩm cùng loại, có cùng kích thước là lớn thì côngviệc đưa phôi đến từng vị trí cần cắt là có tính chu kỳ và mang tính lặp lại, nhàmchán cao, công việc bị nặng nề nên nguy hiểm Vì vậy ta cần phải thiết kế cơ cấucấp phôi tự động cho máy

Các phương án truyền động để cấp phôi tự động cho máy như sau:

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

- Sơ đồ bố trí như sau:

Hình 2-12: Sơ đồ cấp phôi bằng hệ thống piston-xilanh

1 Phôi; 2 Xilanh-Piston đẩy phôi; 3 Xilanh-Piston kẹp phôi

4 Bộ phận kẹp chặt; 5 Dao trên; 6 Dao dưới

- Nguyên lý hoạt động:

Khi phôi thép tấm đựơc đưa vào sàn cấp phôi, piston (3) đi lên kẹp phôi lại.Khi đã đủ lực kẹp phôi piston (2) đẩy cả hệ thống piston-xilanh (3) đi vào vùng cắt

- 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 gọn, đơn giản

+ Thiết bị điều khiển trong khí nén rẻ tiền

+ Dễ dàng tự động hóa quá trình cấp phôi

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

khi yêu cầu cắt thép, do vậy kết cấu bị cồng kềnh + Do có khoảng cách từ piston đẩy đến tấm thép khá xa nên khi đẩy

dễ bị cong tấm thép

+ Khi thiết kế khoảng cách giữa 2 piston - xilanh kẹp cố định chiều rộng tấm thép khi cần cắt nhỏ hơn khoảng cách đó thì chỉ có 1 piston

2.3.2.2 Cấp phôi nhờ ma sát giữa hai lô cán quay ngược chiều nhau với tấm thép

Hình 2-13: Cấp phôi nhờ ma sát giữa hai lô cán

1 Lô cán trên; 2 Lô cán dẫn động dưới; 3 Phôi thép tấm

6 - Hoạt động:

7 Khi tác 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 làm quay lô cán và kéo tấm thép đi tới đến vị trí lưỡicắt Lực kéo phôi này nhờ vào lực ma sát giữa lô cán với tấm thép, lực này lớn hơn

ma sát của tấm phôi trên sàn con lăn

- Ưu nhược điểm của phương pháp:

+ 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 từđộng cơ qua hộp giảm tốc, do vậy làm kết cấu của máy thêm cồng kềnh

* Kết luận:

Từ hai phương án trên, ta thấy ở mỗi phương án đều có những ưu điểm vànhược điểm riêng nhưng xét về yêu cầu cấp phôi, cắt được các loại phôi có chiềudài và chiều rộng khác nhau thì ta chọn phương án cấp phôi bằng lô cán tuy rằngphương án này vẫn có nhược điểm là cồng kềnh

n 1

n 2

3 4 Hình 2-14: Sơ đồ dẫn động cho lô cán 2

1 Động cơ; 2 Hộp giảm tốc; 3 Khớp nối

4 Lô cán dẫn động; 5 Lò xo; 6 Vít điều chỉnh khe hở giữa 2 lô cán

Nguyên lý hoạt động:

Động cơ (1) quay, qua khớp nối (3) truyền momen xoắn cho trục a, thôngqua cặp bánh răng truyền momen xoắn đến trục b Momen xoắn từ trục (b) truyềncho trục dẫn động lô cán (4), làm cho lô cán (4) quay Nhờ lực ma sát giữa tấm thép

và các lô cán mà khi lô cán quay tấm thép được kéo và cấp phôi cho quá trình cắt

Lò xo (5) có tác dụng khi đưa phôi vào giữa hai lô cán thì nhờ vít hãm (6) được nớilên nên lò xo (5) đẩy lô cán trên đi lên để cho tấm thép đi vào được Sau khi phôitấm thép đã được đưa vào thì điều chỉnh vít hãm (6) để làm cho lô cán trên và lôcán dưới ép lên phôi một áp lực để tạo đủ lực ma sát kéo phôi

* Chọn sơ bộ vận tốc cán của phôi:

Theo yêu cầu của cán phôi tự động vào là khi phôi đưa vào đến đủ chiều dàicần thiết thì chạm vào cử hành trình, tác động lên con tắc điều khiển cắt nguồn điện

ở động cơ làm quay lô cán để phôi không được tiếp tục cấp vào nữa Nhưng do rôtocủa động cơ có tốc độ quay lớn nên khi nguồn điện bị cắt thì nó vẫn còn quay vớivận tốc nào đó do quán tính của nó Vì vậy để giảm bớt lực dịch phôi đi vào doquán tính quay ta chọn tốc độ cán phôi vào nhỏ, khoảng (0.1 ÷ 0.3) m/s, chọn tốc

độ cán phôi vào v = 0,28 m/s = 280 mm/s, và chọn loại động cơ có bộ phận phanhđiện từ gắn trên trục động cơ Khi nguồn điều khiển động cơ cấp phôi bị cắt thìphanh điện từ làm việc, nó giảm bớt được chuyển động quay do quán tính của rô tođộng cơ

2.4 PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG CƠ CẤU ĐỠ PHÔI

Đối với máy cắt thép tấm thì có hai cơ cấu đỡ phôi: cơ cấu đỡ phôi lúc phôiđưa vào cắt và cơ cấu đỡ phôi cho phôi ở sau lưỡi cắt

2.4.1 Cơ cấu đỡ phôi ở bàn cấp phôi

Phôi thép tấm sau khi được chế tạo từ các máy cán thép tấm nó có kích thướctheo các tiêu chuẩn của nhà nước và tiêu chuẩn quốc tế Thông thường thép tấm saukhi cán có chiều dài lớn, vì vậy khi đưa vào cắt trong máy cắt thép tấm thì cần phải

có sàn đỡ phôi

Trong cắt thép tấm việc cấp phôi có thể bằng tay hoặc cấp phôi tự động Đây

ta cấp phôi cho máy là cấp phôi tự động, phôi được cấp vào nhờ vào các lô cánnhận nguồn động lực từ động cơ riêng, vì vậy để phôi được cấp vào mà các lô cánlàm việc nhẹ nhàng thì ta phải giảm bớt lực ma sát của tấm thép trên sàn cấp phôibằng cách sử dụng các con lăn đỡ phôi để thay vật chuyển động cấp phôi từ ma sáttrượt sang ma sát lăn, lúc này lực ma sát giảm đi nhiều lần Mặt khác để phôi khicấp vào không bị chạm vào lưỡi dao dưới trên bàn trượt dao dưới sẽ làm cùn lưỡidao, vì thế lúc cấp phôi vào bàn đỡ dao phải để phôi nằm cao hơn lưỡi dao dưới 5mm

Hình 2-15: Sơ đồ bàn đỡ phôi ở bàn cấp phôi

1 Giá đỡ; 2 Ống giữ phôi; 3 Con lăn;

4 Phôi; 5 Tang cán và bộ phận tạo áp lực cán;

6 Kẹp chặt; 7 Dao trên; 8 Lò xo

2.4.2 Cơ cấu đỡ phôi sau lưỡi cắt và cho phôi chảy ra ngoài

Cơ cấu đỡ phôi sau lưỡi cắt có nhiệm vụ giữ cho phôi được thẳng đến chạmvào cử hành trình cắt sau lưỡi cắt, ngoài ra cơ cấu này còn có nhiệm vụ không đểtấm thép bị cong do công xôn ở phía sau lưỡi cắt Ngoài ra yêu cầu đặt ra đối với cơcấu đỡ phôi là sau khi phôi thép tấm đã được cắt đứt dưới áp lực lưỡi cắt thì phôi sẽtrượt trên sàn đỡ đi ra khỏi vùng cắt của máy

Hình 2-16: Băng tải đỡ phôi

1 Động cơ; 2 Hộp giảm tốc; 3 Trục tang;

4 Băng tải; 5 Sản phẩm; 6 Bàn dao dưới; 7 Bàn dao trên

Sau khi cắt, sản phẩm sẽ được đẩy hoặc tự chảy ra ngoài Ở đây sẽ có một bộphận đỡ sản phẩm có nhiệm vụ đưa sản phẩm đến tay những người công nhân bốcxếp, đóng gói hoặc tiếp tục đưa đến khâu tiếp theo của dây chuyền sản xuất Thôngthường bộ phận này đơn giản chỉ là băng chuyền (băng tải) chuyển động với vận tốchợp lý trong từng trường hợp cụ thể Băng tải này được dẫn động riêng biệt, và liêntục bằng động cơ riêng qua hộp giảm tốc

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN KẾT CẤU MÁY

3.1 KẾT CẤU CHO CƠ CẤU KẸP PHÔI

Z2: là đại lượng đặt trưng cho chiều sâu rãnh cắt

2

ε : là tỷ số biểu thị độ sâu tương đối của vật cắt, nó phụ thuộc vào độdẻo tương đối của vật liệu Nó đặt trưng cho quá trình nhanh chậm của sựcắt của kim loại

δ : Hệ số dãn dài tương đối khi thí nghiệm kéo đứt kim loại

P = τtb.F (3.2)Trong đó:

F: Diện tích hình thang ABDE

F = AB DE.AD

2+

Từ thực nghiệm tínhđược mối qua hệ giữaτtbvàτmaxnhư sau:

2

S

tg εϕ

ε

−

(3.4)Thay các trị số của công thức (3.3) và (3.4) vào (3.2) ta có:

Pmax = K1.K2.K3 . 2 2 max2

2

2 / 3

S tg

ε : Độ sâu tương đối của vật cắt Tra bảng quan hệ giữa vật liệu cắt với ε1

và ε2ta được: giả sử vật liệu cắt là thép CT38, cắt ở trạng thái nguội có ε2= 0,35

K1: hệ số phụ thuộc vào độ cứng vật liệu, K1 = 0,7÷0,75 =

K3: Hệ số tính đến độ tăng khe hở cạnh dao, cắt nguội K3 = 1,2÷1,3; chọn K3 = 1,2

Smax: Chiều dày lớn nhất của thép cắt, Smax = 15 mm

2

35,02/3

Suy ra : Q = 0,035.268553 = 9399 (N)

Vậy lực kẹp phôi cần thiết khi cắt là Q = 9399 (N)

3.1.3 Tính kết cấu của lò xo trong cơ cấu kẹp chặt

Theo ở phần phân tích động học của cơ cấu kẹp chặt ta có: Kết cấu kẹp gồmmột tấm kim loại có khối lượng m với chiều dài l ≥ B và hệ thống các lò xo đượclồng trong các lõi thép, cơ cấu này gắn lên bộ phận mang dầu dao khi cắt

Khi tạo lực cắt đi xuống thì cơ cấu kẹp phôi do đặt thấp hơn đầu mũi dao nên

đi xuống trước và bắt đầu tiến hành kẹp phôi, do tiếp tục đi xuống và cho đến khi

đủ lực kẹp thì mũi dao mới bắt đầu cắt thép

Hình 3-2: Sơ đồ cắt thép tấm

1 Đầu kẹp; 2 Tấm kim loại; 3 Lõi thép;

4 Đai ốc; 5 Lò xo chịu nén; 6 Tấm trượt mang đầu dao;

7 Lưỡi dao cắt; 8 Bàn dao dưới

- Giả sử, ta bố trí đầu kẹp thấp hơn mũi dao trên là b = 15 mm

- Tấm thép có chiều dày Smax = 15 mm

- Độ trùng dao ∆để cắt hết chiều dày tấm thép là ∆ = 10 mm

- Giả sử, ban đầu lò xo được đặt vừa sít giữa tấm kim loại và tấm chặn trên

Do đó, độ nén tối đa của lò xo khi dao cắt thép là:

x = b + Smax + ∆ = 15 + 15 + 10 = 40 mm

Sơ bộ chọn kích thước của tấm kim loại bằng thép trong cơ cấu kẹp

Giả sử tấm kim loại có kích thước khối là l x b x h

Do hành trình vận chuyển của đầu dao H0 = 200 mm và đầu kẹp đặt thấp hơnmũi dao 15 mm và khoảng cách giữa đầu kẹp với mặt trên của tấm thép là b = 15mm

Suy ra độ lớn chuyển vị x của lò xo là: x = 200 + 15 = 215 mm

Ta bắt đầu tính kích thước của lò xo chịu nén với lực tác dụng lớn nhất củamột lò xo là Flx = 1329,4 (N)

a) Chọn vật liệu và ứng suất cho phép của lò xo

Đối với máy cắt thép tấm có tải trọng lớn, va đập và rung động mạnh do đóvật liệu làm lò xo cần có tính đàn hồi cao và không thay đổi trong một thời gian dài,

do vậy ta chọn thép Silic - Mangan có σb= 1600÷1700 MPa ( bảng 14.1) STTKM

và CTM Suy ra [ ]τ =0,3σb =0,3.1700=510(MPa)

Hình 3-3: Thông số của lò xo d: đường kính tiết diện dây D: đường kính trung bình H0: chiều cao lò xo p: bước của lò xo

b) Chọn tỷ số đường kính

C = =6

d D

Do đó: hệ số kể đến độ tăng ứng suất của lò xo do dây bị uốn cong k là:

36.4

26.434

24

c) Tính đường kính dây lò xo

- Đường kính dây lò xo được tính theo công thức:

[ ]τ

C F k

d lx.6,

≥ (mm) (3.7)

Trong đó:

Flx: lực lớn nhất lò xo chịu nén, Flx = 1329,4 (N)C: tỷ số đường kính, C = 6

[ ]τ : ứng suất xắn cho phép của thép chế tạo lò xo, [ ]τ = 510 MpaThay số vào, ta có:

) ( 05 , 7 510

6 4 , 1329 24 , 1 6 ,

Fmin = 0 ( do chọn ban đầu lò xo chưa chịu nén)

Số vòng làm việc n được xác định theo công thức:

8 ( )

.

min max

C

d G x n

−

= (3.8)

Trong đó: x: biến dạng của lò xo, x = 215 (mm)

G: Mođun đàn hồi trượt, G = 8.104 (N/mm2)

C: Hệ số đường kính, C = 6Thay số vào, ta có:

(1329 , 4 0) 59,9

6 8

8 10 8 215

λ max =

4

3

8

d G

n D

F lx

= 4 43

8.10.8

60.48.4,1329.8

= 215,4 (3.10) nên p = 8 + 1,1.215,4/60 = 12 (mm)

Chiều cao ban đầu khi chưa chịu tải của lò xo:

H0 = Hs + n(p - d) = 488 + 60(12 - 8) = 728 (mm)

f) Kiểm nghiệm tỷ số 0 ≤3

D H

H > 3 do vậy cần phải có lõi lồng bên trong

g) Kiểm nghiệm ứng suất xoắn cho phép [ ] τ

[ ]τπ

τ = 2 ≤

8

d

C F

k lx

(3.11))

/(5,3938

.14,3

6.4,1329.24,1

56.14,3

3.2 TÍNH TOÁN THUỶ LỰC CHO BỘ PHẬN TẠO LỰC CẮT

Ngày nay thủy lực ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong ngành công

nghiệp chế tạo máy Phần lớn các máy đang được sử dụng ở nước ta hiện nay đềuđang có các cơ cấu thuỷ lực thể tích, ngành công nghiệp chế tạo máy ở nước ta đãbắt đầu chế tạo các hệ thống truyền dẫn thủy lực và các phần tử thông dụng của hệthống này

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

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 chuẩnhoá nên việc thiết kế tính toán và lựa chọn sao cho phù hợp với các tiêu chuẩn trên

So với các loại truyền dẫn khác, truyền dẫn thuỷ lực có nhiều ưu điểm hơn:

- Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ áp suất

- Điều khiển vô cấp, dễ thực hiện tự động hoá theo điều kiện làm việc hoặcchương trình

- Hoạt động ít gây tiếng ồn

3.2.1.Tính toán xi lanh truyền lực cho bộ phận dao cắt

 Nội dung tính toán thiết kế:

- Xác định tải trọng tác động lên cơ cấu chấp hành.Từ đó tính toán các

thông số của xi lanh

- Lựa chọn các thông số của bơm về áp suất, lưu lượng và công suất

- Lựa chọn các phần tử thuỷ lực phù hợp với hệ thống

- Tính các tổn thất về áp suất, lưu lượng trong hệ thống

 Lựa chọn xilanh truyền lực cũng như tính toán đường kính cần thiết của xilanh nó phụ thuộc vào đặc điểm làm việc của máy, chủ yếu là phụ thuộc vào vận tốc

và lực làm việc của pittông

Lực cắt cần thiết của đầu dao để cắt đứt kim loại, thêm vào đó cơ cấu xi lanhthuỷ lực phải tác động thêm một lực F tác dộng lên lò xo kẹp chặt ( Fmax = 6647(N)), do đó lực cần thiết mà cơ cấu piston - xi lanh thuỷ lực phải tạo ra là:

P = Pc + Fmax = 268553 + 6647 = 275200 (N)Với lực này ta dùng 2 cơ cấu xi lanh thuỷ lực, do đó lực cần thiết ở mỗi xilanh là:

Pxl = 2

P = 137600

2

Chọn sơ bộ áp suất đầu ra của bơm là: Pb = 100 (bar) = 10 (N/mm2)

Trong hệ thống thuỷ lực tạo lực cho cặp dao cắt và kẹp phôi có tổn thất ápsuất khi dầu đi qua các hệ thống điều khiển như bộ lọc, van tràn, van tiết lưu điềuchỉnh được, van 1 chiều, van điều áp, tổn thất trên đường ống

Phương trình cân bằng áp suất trong hệ thống như sau:

Pb = Pxl + ∆p1 + ∆p2 + ∆p3 + ∆p4 + ∆p5 + ∆p6Trong đó: Pxl: áp suất dầu tác dụng lên bề mặt Piston - xilanh

Pb: áp suất đầu ra của bơm, Pb = 100bar

∆P: Tổn thất áp suất của bộ lọc dầu: ∆P1 = 1,5 bar

∆P2: Tổn thất áp suất của bộ van tràn, ∆P2 = 2,5 bar

∆P3: Tổn thất áp suất của van tiết lưu điều chỉnh được, ∆P3 = 4 bar