Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị cắt phôi tự động phục vụ trong dạy thực hành nguội, hàn

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ CẮT PHÔI TỰ ĐỘNG PHỤC VỤ TRONG DẠY THỰC HÀNH NGUỘI, HÀN Mã số: T2021-06-11 Xác nhận của cơ quan chủ trì đ

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ CẮT PHÔI TỰ ĐỘNG PHỤC VỤ TRONG DẠY THỰC

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ CẮT PHÔI TỰ ĐỘNG PHỤC VỤ TRONG DẠY THỰC

HÀNH NGUỘI, HÀN

Mã số: T2021-06-11

Xác nhận của cơ quan chủ trì đề tài Chủ nhiệm đề tài

(ký, họ tên, đóng dấu) (ký, họ tên)

STT Họ và tên Đơn vị công tác và lĩnh vực

chuyên môn

1 ThS Nguyễn Thái Dương Khoa Cơ khí – Cơ khí chế tạo

MỤC LỤC 4

DANH MỤC BẢNG BIỂU 8

MỞ ĐẦU 1

1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước 1

2 Tính cấp thiết 2

3 Mục tiêu đề tài 2

- Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị cắt phôi tự động 2

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

- Đối tượng nghiên cứu: Thiết vị cắt phôi tự động dừng trong xưởng sản xuất nhỏ và vừa 3

- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm để xác định các thông số đầu vào cho thiết bị 3

5 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 3

- Tiến hành nghiên cứu lý thuyết 3

- Xây dựng mô hình, chế tạo thiết bị và sử dụng mô hình để tối ưu hóa 3

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 4

1.1 Giới thiệu 4

1.2 Các vấn đề đặt ra 5

1.3 Phương pháp nghiên cứu 5

1.4 Phạm vi nghiên cứu 6

Chương 2: THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ 7

2.1 Giới thiệu máy cắt phôi tự động 7

2.2 Phân tích và lựa chọn phương pháp cắt 9

2.2.1 Phương pháp cắt ma sát 10

2.2.2 Cắt bằng hồ quang điện hoặc ngọn lửa khí 11

2.2.3 Cắt bằng chùm tia laser 12

2.2.4 Cắt bằng chùm tia PLASMA 13

2.2.5 Phương pháp cắt thép bằng áp lực lưỡi cắt 14

Chương 3 THIẾT KẾ, CHỌN XYLANH KHÍ NÉN 22

3.1 Xi lanh khí nén 22

3.1.1 Cấu tạo, phân loại 22

3.1.2 Lựa chọn xilanh cho đề tài 24

3.2 Van 5/2 25

Chương 4 TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ VÀ XÂY DỰNG PHẦN ĐIỀU KHIỂN 29

4.1 Lựa chọn phương án điều khiển 29

4.2 Chương trình điều khiển 31

4.3 Các thành phần mạch điều khiển 37

4.3.1 Relay 5 chân 37

4.3.2 BJT C1815 38

4.3.3 Động cơ giảm tốc DC24V 60 vòng/phút 39

4.3.4 LCD 16x2 40

4.3.5 Diode 1N4007 42

4.3.6 PC817 44

4.3.7 Triac BTA41 45

4.3.8 Opto Khuếch Đại Thuật Toán MOC3023 46

4.3.9 Encoder 300 xung 47

4.3.10 Adapter 24V-2A 49

4.4 Sơ đồ mạch điện 51

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 53

1 Kết luận 53

2 Kiến nghị 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

Hình 2.1 Sử dụng mỏ cắt plasma với robot 5

Hình 2.2 Máy cắt dây CNC 5

Hình 2.3 Máy cắt phôi thủy lực dạng tấm 6

Hình 2.4 Máy cắt sắt lưỡi đá bosch nhỏ gọn, chắc chắn 7

Hình 2.5 Sơ đồ cắt kim loại bằng khí 8

Hình 2.6 Sơ đồ cắt kim loại bằng chùm tia laser 10

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý cắt bằng plasma 10

Hình 2.8 Sơ đồ cắt bằng plasma trong thực tế 11

Hình 2.10 Sơ đồ phân bố các vết nứt tại mép cắt 12

Hình 2.11 Nguyên lý cắt dao thẳng song song 13

Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý máy cắt phôi thép tự động 14

Hình 3.1 Cấu tạo của một số xilanh khí nén 19

Hình 3.2 Cấu tạo của xilanh tác dụng đơn bằng lò xo 20

Hình 3.3 Cấu tạo của xilanh tác dụng hai chiều, không có bộ phận giảm chấn 20

Hình 3.4 Cấu tạo của xilanh tác dụng hai chiều, có bộ phận giảm chấn ở cuối khoang chạy 20

Hình 3.5 Cấu tạo của xilanh tác dụng hai chiều, dùng công tắc từ 20

Hình 3.6 Cấu tạo của xilanh đồng bộ 20

Hình 3.7 Cấu tạo của xilanh quay điều khiển bằng van 4/2; 5/2 hay 5/3 21

Hình 3.8 Xilanh MAL 16*50 21

Hình 3.9 Xilanh MAL 16*100 22

Hình 3.10 Một số hình ảnh van điện từ khí nén 23

Hình 3.11 Sơ đồ van 5/2 24

Hình 4.1 Arduino nano 27

Hình 4.2 Relay 5 chân 37

Hình 4.4 Hình dáng thực tế và xác định chân E , C , B của transistor 39

Hình 4.5 Động cơ giảm tốc 40

Hình 4.6 LCD 16x2 41

Hình 4.7 Sơ đồ chân cực âm dương diode 1N4007 43

Hình 4.8 Sơ đồ chân PC817 44

Hình 4.9 Triac BTA41 45

Hình 4.10 Sơ đồ cấu tạo Triac 45

Hình 4.11 Opto MOC3023 46

Hình 4.12 Encoder tuyệt đối 47

Hình 4.13 Encoder tương đối 48

Hình 4.14 Cấu tạo của Encoder 48

Hình 4.15 Adapter 24V-2A 49

Hình 4.16 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 51

Hình 4.17 Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển 51

Hình 4.16 Sơ đồ nguyên lý khối relay 52

Hình 4.16 Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển động cơ cắt 52

not defined.

Bảng 3.1-So sánh hiệu quả của lò điện trở mới so với lò nấu than hiện hành Error!

Bookmark not defined.

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ CẮT PHÔI TỰ ĐỘNGPHỤC VỤ TRONG DẠY THỰC HÀNH NGUỘI, HÀN

- Mã số: T2021-06-11

- Chủ nhiệm: ThS Huỳnh Hải

- Thành viên tham gia: ThS Nguyễn Thái Dương

- Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật

- Thời gian thực hiện: 12/2021 – 11/2022

4 Tóm tắt kết quả nghiên cứu:

Thiết kế và chế tạo thiết bị cắt phôi tự động phục vụ việc chuẩn bị phôi trong xưởngNguội – Gò - Hàn Việc tiết kiệm thời gian chuẩn bị phôi và thúc đẩy việc nghiên cứu khoahọc trong quá trình giảng dạy phục vụ thực hành cần thực hiện liên tục, kịp thời sẽ mang lạikết quả học tập tốt

5 Tên sản phẩm:

Mô hình thiết bị cắt phôi tự động thực tế, hoạt động hiệu quả, tin cậy và 1 bài báo đăng

7 có chỉ số ISBN.

6 Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:

- Kết quả của đề tài được ứng dụng trực tiếp vào việc cắt phôi để phục vụ giảng dạy thựchành Nguội tại Xưởng Nguội – Gò - Hàn của khoa Cơ khí – Trường ĐHSPKT

- Mô hình thực tế và sản phẩm thực tế có thể phục vụ trong công tác học tập giảng dạyđến sinh viên

7 Hình ảnh, sơ đồ minh họa chính

Project title: DESIGN AND MANUFACTURING OF AUTOMATIC CUTTING EQUIPMENT FOR TEACHING FILING – WELDING PRACTICE

BILLET-Code number: T2021-06-11

Coordinator: MSc HUYNH HAI

Implementing institution: UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATIONDuration: from 12/2021 to 11/2022

2 Objective(s):

Research, design and manufacture automatic billet cutting equipment Using equipmentfor preparation of workpieces in Filing and Welding Workshop

3 Creativeness and innovativeness:

Design and manufacture automatic billet cutting equipment for billet preparation in Filingand Welding Workshop

6 Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability:

- The results of the project are directly applied to cutting workpieces to serve Filingpractice teaching at Filing and Welding Workshop of the Faculty of Mechanical Engineering -University of Economics and Technology

- Realistic models and real products can serve in teaching and learning to students

1. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước

Cùng với sự phát triển không ngừng của lĩnh vực tự động hóa, ngày nay cácthiết bị truyền dẫn, điều khiển bằng thủy lực – khí nén sử dụng trong máy móc trởnên rộng rãi ở hầu hết các lĩnh vực công nghiệp như máy công cụ CNC, phươngtiện vận chuyển, máy dập, máy uốn, máy ép phun, dây chuyền chế biến thực phẩm,

…thì hiện nay, trên thế giới máy cắt phôi tự động được sử dung ngày càng nhiềuđặc biệt là ở các nước có nền công nghiệp phát triển tiên tiến và hiện đại như Mỹ,Nga, Nhật Bản…

Ở Việt Nam những dây chuyền cắt phôi tự động được sử dụng rộng rãi ở hếtcác tập đoàn, công ty sản xuất lớn như cắt phôi dạng tấm trong dây chuyền sản xuất

vỏ ôtô, phôi dạng ống như đường ống dẫn dầu khí, sản xuất phôi hàn Lâu nay tronglĩnh vực tự động hóa, máy cắt kim loại chỉ giải quyết được đường cắt theo quy luật:tròn đều, elip, thẳng, cong… còn chuyển động không theo quy luật để cắt kim loạitheo đường cong bất kỳ, đường gấp khúc, theo không gian 2D, 3D… thì máy khônggiải quyết được

Ngày nay người ta dùng công nghệ điều khiển tự động hóa bằng máy vi tính CNC (Computer numerical controller) để giải quyết vấn đề nan giải nói trên Riêng

-ở Bình Định, Trung tâm Kỹ thuật tự động ATC (Trung tâm) lần đầu tiên cũng đãứng dụng thành công công nghệ CNC để sản xuất máy cắt plasma CNC – để cắtkim loại; máy khắc, khoan CNC dùng trong điêu khắc, khắc được mẫu vật theo hìnhkhông gian 3 chiều…

Tùy theo nhu cầu của người sử dụng về kích thước hình dạng chi tiết mà có

Qua thời gian tìm hiểu, tác giả thấy rằng máy cắt kim loại trên thị trường hiệnnay phần lớn sử dụng cơ cấu khí nén, thủy lực, dao sử dụng là dao định hình nhờ tácdụng của cơ cấu khí nén, thủy lực tạo lực dập cắt chi tiết Trong đề tài này nhómtác giả tập trung nghiên cứu và chế tạo một máy cắt phôi thép tự động bằng khí nén.Kích thước dự kiến là ngang 40cm, dài 300cm và cao 100cm.

2 Tính cấp thiết

Trong quá trình giảng dạy thực hành môn Nguội, Hàn cần 1 số phôi liệu đã đượcgia công sẵn theo kích thước yêu cầu để thực hiện các bài học Việc chuẩn bị phôichiếm khoảng 15% - 20% thời gian học tập tại xưởng Ngoài ra, từ nhu cầu thựctiễn và lợi ích của xã hội thiết bị cắt phôi tự động là rất cần thiết trong một xã hộiphát triển nhất là đối với nước chúng ta đang trong công cuộc công nghiệp hóa, hiệnđại hóa; đưa công nghệ tự động hóa vào quá trình sản xuất để thay thế con người.Việc tiết kiệm thời gian chuẩn bị phôi và thúc đẩy việc nghiên cứu khoa họctrong quá trình giảng dạy phục vụ thực hành cần thực hiện liên tục, kịp thời sẽ manglại kết quả học tập tốt Đề tài này góp một giải pháp cho vấn đề này

3 Mục tiêu đề tài

- Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị cắt phôi tự động

- Sử dụng thiết bị phục vụ việc chuẩn bị phôi trong xưởng Nguội – Gò - Hàn

- Đối tượng nghiên cứu: Thiết vị cắt phôi tự động dừng trong xưởng sản xuất nhỏ

và vừa

- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm để xác địnhcác thông số đầu vào cho thiết bị

5 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.

- Tiến hành nghiên cứu lý thuyết

- Xây dựng mô hình, chế tạo thiết bị và sử dụng mô hình để tối ưu hóa

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG1.1 Giới thiệu

Máy cắt phôi tự động là một chiếc máy thông minh có thể tự hành cắt phôi

mà chúng ta không cần phải tốn quá nhiều công sức như cắt bằng phương pháp thủcông

Với sự ra đời của máy cắt phôi tự động đã tạo sự phát triển mạnh mẽ trongnghành công nghiệp cơ khí cũng như trong công tác giảng dạy ở các trường đại học

kỹ thuật

Những lợi ích mà máy cắt phôi tự động cho chúng ta là rất lớn, cụ thể như:

- Với một chiếc máy tự động như vậy, việc thực hiện cắt có thể diễn ra bất cứthời gian nào, trong điều kiện làm việc với tần suất cao

- Những sản phẩm thu được có độ chính xác cao phức tạp và đa dạng vềchủng loại (gia công được những phôi có ứng suất lớn, kích thước lớn, nhiều loạinhư dạng tấm hoặc ống, thanh…)

- Có năng suất và hiệu suất tốt, ít tốn nhân công …

- Gia công dễ dàng, điều khiển thuận tiện

- Đem lại lợi ích về kinh tế lớn đối với các xưởng, các doanh nghiệp công ty,tập đoàn sản xuất cơ khí

Từ nhu cầu thực tiễn và lợi ích của xã hội ta thấy máy cắt phôi tự động là rấtcần thiết trong một xã hội phát triển nhất là đối với nước chúng ta đang trong côngcuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa; đưa công nghệ tự động hóa vào quá trình sảnxuất để thay thế con người

Máy cắt phôi tự động có rất nhiều chủng loại như các máy cắt bằng ngọn lửahàn khí, cắt bằng chùm tia laser, plasma, thủy lực, khí nén…Trong đề tài này, tác

giả đi vào Thiết kế, thi công máy cắt phôi thép tự động thuần khí nén.

1.2 Các vấn đề đặt ra

Các máy cắt phôi tự động được bán trên thị trường đã đạt độ hoàn thiện trongkết cấu cũng như trong tính năng Nhưng đó là những chiếc máy được phát triển bởinhững công ty đã có kinh nghiệm trong việc chế tạo những sản phẩm dạng này.Nhóm gặp nhiều vấn đề cần giải quyết Trong việc thiết kế và chế tạo được hệ thống

- Lựa chọn dao cắt phù hợp với kết cấu

Đối với hệ thống điều khiển:

- Việc xây dựng được thuật toán điều khiển và phương pháp điều khiển chomáy cũng gặp nhiều vấn đề khó khăn, vừa phải đảm bảo điều khiển cho máy hoạtđộng được chính xác, dự phòng được các lỗi xảy ra khi máy hoạt động, vừa phảilàm sao cho việc lập trình đơn giản nhất có thể

1.3 Phương pháp nghiên cứu

Máy cắt phôi tự động là một sản phẩm đã được phát triển trên thị trường, và

là một sản phẩm cơ điện tử nên trong quá trình làm đồ án, nhóm đã áp dụng phươngpháp nghiên cứu sau:

- Quá trình làm việc được thực hiện theo một trình tự logic, theo trình tự thờigian xác định Do đó, để thiết kế ta sử dụng phương pháp nghiên cứu cơ điện tử, môhình hóa hệ thống, thiết kế tuần tự

- Tham khảo tài liệu: bằng cách thu thập thông tin từ sách, tạp chí về tự độnghóa, mạng internet

- Quan sát một số máy cắt phôi tự động đã có trên thị trường

- Từ lý thuyết nghiên cứu được tiến hành viết chương trình điều khiển và môphỏng trên máy tính, sau đó thử nghiệm các modul điều khiển các chương trình trên

cơ cấu cơ khí thật

1.4 Phạm vi nghiên cứu

Vì điều kiện thời gian và chi phí hạn chế, mặt khác do nghiên cứu về máy cắtphôi tự động là một đề tài lớn Nhóm nghiên cứu về một mảng điều khiển của máycắt phôi thép tự động cắt được loại thép ống với các đặc tính sau:

- Máy có công suất nhỏ

- Sử dụng để cắt thép dạng ống, tiết diện hình vuông, mỗi cạnh 20mm

- Máy có thể hoạt động liên tục 8h/ngày, tổng thời gian làm việc có thể đạtđược 12000 giờ

Chương 2: THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ

2.1 Giới thiệu máy cắt phôi tự động

Cùng với sự phát triển không ngừng của lĩnh vực tự động hóa, ngày nay cácthiết bị truyền dẫn, điều khiển bằng thủy lực – khí nén sử dụng trong máy móc trởnên rộng rãi ở hầu hết các lĩnh vực công nghiệp như máy công cụ CNC, phươngtiện vận chuyển, máy dập, máy uốn, máy ép phun, dây chuyền chế biến thực phẩm,

…thì hiện nay, trên thế giới máy cắt phôi tự động được sử dung ngày càng nhiềuđặc biệt là ở các nước có nền công nghiệp phát triển tiên tiến và hiện đại như Mỹ,Nga, Nhật Bản…

Ở Việt Nam những dây chuyền cắt phôi tự động được sử dụng rộng rãi ở hếtcác tập đoàn, công ty sản xuất lớn như cắt phôi dạng tấm trong dây chuyền sản xuất

vỏ ôtô, phôi dạng ống như đường ống dẫn dầu khí, sản xuất phôi hàn Lâu nay tronglĩnh vực tự động hóa, máy cắt kim loại chỉ giải quyết được đường cắt theo quy luật:tròn đều, elip, thẳng, cong… còn chuyển động không theo quy luật để cắt kim loạitheo đường cong bất kỳ, đường gấp khúc, theo không gian 2D, 3D… thì máy khônggiải quyết được

Ngày nay người ta dùng công nghệ điều khiển tự động hóa bằng máy vi tính

- CNC (Computer numerical controller) để giải quyết vấn đề nan giải nói trên.Riêng ở Bình Định, Trung tâm Kỹ thuật tự động ATC (Trung tâm) lần đầu tiêncũng đã ứng dụng thành công công nghệ CNC để sản xuất máy cắt plasma CNC –

để cắt kim loại; máy khắc, khoan CNC dùng trong điêu khắc, khắc được mẫu vậttheo hình không gian 3 chiều…

Một số hình ảnh về máy cắt phôi tự động:

Hình 2.1 - S d ng m c t plasma v i robot ử dụng mỏ cắt plasma với robot ụng mỏ cắt plasma với robot ỏ cắt plasma với robot ắt plasma với robot ới robot

Hình 2.2 - Máy cắt dây CNC

Hình 2.3 - Máy cắt phôi thủy lực dạng tấm

Tùy theo nhu cầu của người sử dụng về kích thước hình dạng chi tiết mà cónhiều loại máy gia công khác nhau

Qua thời gian nghiên cứu thực hiện đề tài chúng em thấy rằng máy cắt kimloại trên thị trường hiện nay phần lớn sử dụng cơ cấu khí nén, thủy lực, dao sử dụng

là dao định hình nhờ tác dụng của cơ cấu khí nén, thủy lực tạo lực dập cắt chi tiết.Trong đề tài này nhóm tập trung nghiên cứu và chế tạo một máy cắt phôi thép tựđộng bằng khí nén

Về cơ bản, một máy cắt phôi tự động bằng khí nén bao gồm có các bộ phậnnhư cơ cấu chấp hành là hệ thống các xilanh dùng để kẹp, đưa, giữ và cắt phôi, cácthiết bị hiển thị, có thể là màn hình led hoặc màn hình cảm ứng Các nút bấm, các

cơ cấu con lăn bộ điều khiển và các cảm biến…

Trong chương này, nhóm sẽ giới thiệu lý thuyết các công nghệ, các nguyên

lý, các thiết bị mà nhóm sử dụng trong đề tài

2.2 Phân tích và lựa chọn phương pháp cắt

Để thực hiện công việc cắt vật liệu, trong thực tế có nhiều phương pháp, côngnghệ khác nhau như: 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 lỗ), cắt bằng

máy cắt thép, 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

2.2.1 Phương pháp cắt ma sát

Ưu điểm của máy cắt sắt mà chúng ta có thể nhìn thấy ngay đó là việc dichuyển khá dễ dàng, vận hành máy đơn giản và đặc biệt là chi phí đầu tư rẻ tiếtkiệm diện tích nhà xưởng

Với sự nhỏ gọn này, chúng ta có thể mang máy tới nhiều khu vực thi côngkhác nhau mà không sợ va chạm hay gặp khó khăn khi di chuyển Tuy nhiên, bêncạnh đó thì máy cắt sắt này cũng tồn tại khá nhiều nhược điểm khác đó là: Lưỡi cắtcủa máy nhanh mòn và tạo nhiều khói bụi tia lửa trong quá trình cắt Với những đơn

vị thi công trong nước thì có thể chấp nhận được nhược điểm này nhưng đối vớiđơn vị nước ngoài thì gần như không được hoan nghênh hoặc không được phép sửdụng

Hình 2.4 - Máy cắt sắt lưỡi đá bosch nhỏ gọn, chắc chắn

Bởi trong quá trình cắt tia lửa được tạo ra rất nguy hiểm cho người sử dụng

có thể dẫn tới cháy nổ, khói bụi môi trường Vì máy cắt sắtnày không có bộ cấpnước kèm theo nên máy khó hoạt động trong thời gian dài nên hiệu suất hoạt độngkhông cao Thêm nữa vì kết cấu máy mỏng manh, kẹp phôi yếu nên chỉ có thể thaotác được các dòng sản phẩm nhỏ nhẹ, khi cắt máy khá rung và tiếng ồn lớn Tiếp đó

là động cơ máy, có khá nhiều loại sử dụng động cơ chổi than vì yêu cầu gia tốcnhanh và tốc độ vòng tua lớn Khi hoạt động lâu dài, chổi than bị mòn đi và cầnphải bảo trì, sửa chữa và thay thế

Máy cắt thép thủ công: gồm lưỡi cắt và khớp bản lề Máy này cũng chỉ áp

dụng cắt thép có chiều dày và diện tích bé, chủ yếu dùng trong các xưởng sản xuấtvừa và nhỏ.

2.2.2 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 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

Hình 2.5 - S đ c t kim lo i b ng khí ơ đồ cắt kim loại bằng khí ồ cắt kim loại bằng khí ắt kim loại bằng khí ại bằng khí ằng khí

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 chảycủa kim 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 dẫnđến 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, 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°- 600°C Thép hợp kim crôm hoặc hợp kim niken do khi cháy tạothành oxit crôm nhiệt độ chảy tới 2000°C 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 không mang lại hiệu quả kinh tế cao cũng như năng suất thấp,khó chuyển sang tự động hóa

Nguồn bức xạ laser (1) tạo ra chùm tia laser (2) đi thẳng hoặc đổi hướngnhờ gương phẳng (3) và được hội tụ nhờ thấu kính hội tụ có tiêu cự f trong (4).Nguồn năng lượng laser tập trung trên một diện tích rất nhỏ với mật độ dòng nhiệttạo vùng tiếp xúc bề mặt rất cao làm vật liệu (5) nóng chảy và bốc hơi tạo thànhrãnh cắt hoặc lỗ khoan

Cắt bằng chùm tia laser có nguồn nhiệt tập trung với một mật độ nhiệt cao,

vì vậy nó có thể cắt tất cả các loại vật liệu và hợp kim của nó Rãnh cắt hẹp, 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

Hình 2.6 - Sơ đồ cắt kim loại bằng chùm tia laser

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

số CNC có giá thành cao

2.2.4 Cắt bằng chùm tia PLASMA

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

- 20.000oC

Hình 2.7 - Sơ đồ nguyên lý 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, nguồn điện.

13-Hình 2.8 - Sơ đồ cắt bằng plasma trong thực tế.

2.2.5 Phương pháp cắt thép bằng áp lực lưỡi cắt

Thực chất của quá trình cắt kim loại bằng áp lực lưỡi cắt là sự biến dạngdẻo sau đó đến phá huỷ kim loại Quá trình cắt đứt vật liệu chia thành 3 giai đoạnliên tục:

+ Giai đoạn 1: Biến dạng dẻo tập trung ở mép của dao cắt (hình 2.9a) Ứngsuất tập trung làm phát sinh dòng chảy kim loại tạo thành vùng kim loại bị chèn épbao quanh lưỡi cắt, sự chèn ép cục bộ đó sẽ phát triển đến khi toàn bộ chiều dày củakim loại đạt đến ứng suất dư để làm xuất hiện đường trượt

Hình 2.9 - Các giai đoạn của quá trình cắt.

+ Giai đoạn 2: Lực cắt tăng lên bắt đầu có sự dịch chuyển tương đối giữaphần này với phần kia của tấm (hình 2.9b) Ở giai đoạn này tạo ra bề mặt nhẵn sángbóng 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 dẻokèm 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 củaphôi tùy thuộc vào cơ tính của vật liệu và chiều dày của tấm, vật liệu càng dẻo thì hcàng lớn

+ Giai đoạn 3: Dao tiếp tục đi xuống, mức độ biến dạng tăng lên và khi đótính dẻo của kim loại bị mất bắt đầu giai đoạn 3 Các vết nứt xuất hiện, phát triển vàphá hủy kim loại cho đến khi kết thúc quá trình tách vật liệu (hình 2.9c) Sự phá hủykim loại xảy ra trước mép làm việc của lưỡi dao trong tấm, vì thế các vết nứt đượcgọi là các vết nứt phá vỡ trước

Tùy thuộc vào khe hở giữa các lưỡi cắt Z và độ lún sâu của lưỡi dao vàochiều dày tấm h tại thời điểm bắt đầu phá hủy, các vết nứt vỡ xuất phát từ các méplàm việc của lưỡi dao trên và dưới có thể song song với nhau (hình 2.10a) hoặc gặpnhau (hình 2.10b) 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

Hình 2.10 - Sơ đồ phân bố các vết nứt tại mép cắt.

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

Ztối ưu = (h – h2)tg Theo kinh nghiệm của hãng ERFURT khi cắt trên máy cắt tấm dao nghiêng

Để hiểu thêm về phương pháp này ta sẽ phân tích các loại kết cấu máy vàdao để chọn phương án sử dụng cho máy cắt thép dưới áp lực lưỡi cắt

Máy cắt dao thẳng song song

- 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, 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

2 7

8 4

2 Bàn trượt trên 6 Phôi thép

3 Cữ cắt 7 Lưỡi dao trên

4 Bàn trượt dưới 8 Lưỡi dao dưới

+ Các thông số cơ bản của máy theo trên hình 2.11:

H: Chiều cao vận hành dao

L: Chiều dài sản phẩm

S: Chiều cao lưỡi cắt

: Chiều dày lưỡi cắt  2  5 3

Đây là thời kỳ mà lưỡi dao ăn vào 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 trìnhnày người ta đưa ra thông số tỷ số chiều sâu cắt tương đối 1:

1 =

h

Z1

(2.1)Trong đó:

Z1: chiều sâu kim loại được cắt

Đây là thời kỳ kim loại tự đứt Để đặc trưng cho độ nhanh chậm của thời kỳ

đứt, người ta đưa ra khái niệm độ sâu đứt tương đối 2 và được đặc trưng bởi tỷ số

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:

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) (2)

Thay các giá trị trên vào (1), ta có:

Pmax =k1.k2.k3 b.b.h1  1 (3)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 1,  2tra trong bảng quan hệ giữa vật liệu cắt với 1,  2

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 2.12)

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

- Chi phí đầu tư ban đầu rẻ

- Hoạt động tốt, bền bỉ