nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy cắt phôi tự động có file mô phỏng full

LỜI NÓI ĐẦUNgày nay, ngành công nghiệp phát triển mạnh đòi hỏi quy trình làm việc nhanh và hiệu quả, trong các nhà máy không còn các cơ cấu làm việc thô sơ hay kém hiệu quả nữa,trong việc cắt phôi cũng vậy, đòi hỏi phải có những máy cắt phôi tự động nhằm giảm chi phí thuê nhân công và nâng cao năng suất .Đề tài “nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy cắt phôi tự động” mà nhóm được giao, thật sự là một thử thách rất khó khăn đối với chính bản thân mình. Quy trình công nghệ cắt phôi tự dộng chúng em thực hiện dưới đây chỉ là một phần rất nhỏ trong thời đại công nghiệp hóa hiện đại hóa ngày nay. Có nhiều cách để thiết kế một mô hình cắt phôi khác nhau, ở đây chúng em thiết kế mô hình cắt phôi tự động điều khiển bằng hệ thống khí nén.Trong quá trình thực hiên đồ án mặc dù chúng em đã cố gắng hết sức nhưng chắc chắn sẽ không thiếu những sai sót. Vì vậy, chúng em rất mong những ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn.Mục lụcCHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG11.1 Giới thiệu11.2 Các vấn đề đặt ra11.3 Phương pháp nghiên cứu21.4 Phạm vi nghiên cứu2CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ MÁY CẮT PHÔI TỰ ĐỘNG42.1 Máy cắt phôi tự động42.2 Phân tích và lựa chọn phương pháp cắt62.2.1 Phương pháp thủ công72.2.2 Cắt bằng hồ quang điện hoặc ngọn lửa khí72.2.3 Cắt bằng chùm tia laser82.2.4 Cắt bằng chùm tia PLASMA92.2.5 Phương pháp cắt thép tấm bằng áp lực lưỡi cắt112.3 Xi lanh khí nén192.3.1 Cấu tạo, phân loại192.3.2 Lựa chọn xilanh cho đề tài202.4.2 Van tiết lưu:242.4.3 Lựa chọn van cho đề tài252.5 Một số phần tử khác262.5.1 Chọn cảm biến vị trí (Công tắc hành trình):262.5.2 Chọn các nút ấn để mở và dừng máy272.5.3 Chọn nguồn khí nén282.6.1 Giới thiệu chung về PLC S7 – 200 (Siemens)31CHƯƠNG III MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG353.1 Xây dựng mô hình cơ khí353.2 Xây dựng mô hình hệ thống điều khiển36CHƯƠNG IV THIẾT KẾ HỆ THỐNG384.1 Thiết kế hệ thống cơ khí384.1.1 Khung máy384.1.2 Thùng chứa sản phẩm384.1.3 Bàn trượt404.2 Thiết kế hệ thống điều khiển404.2.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển404.2.2 Sơ đồ hành trình bước :414.2.3 Sơ đồ mạch điều khiển414.3 Xây dựng thuật toàn điều khiển.434.3.1 Nghiên cứu sơ bộ hệ thống434.3.2 Lưu đồ thuật toán44CHƯƠNG I 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 thủ công.Với sự ra đời của máy cắt phôi tự động đã tạo sự phát triển mạnh mẽ trong nghành 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 cứ thời 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 về chủng loại(gia công được những phôi có ứng suất lớn,kích thước lớn,nhiều loại như 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 rất cần thiết trong một xã hội phát triển nhất là đối với nước chúng ta đang trong công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đưa công nghê tự động hóa vào quá trình sản xuất để thay thế con người.Máy cắt phôi tự động có rất nhiều chủng loại như các máy cắt bằng ngọn lửa hàn khí, cắt bằng chùm tia laser, plasma,thủy lực,khí nén…Trong đề tài này, chúng em đi vào nghiên cứu,thiết kế và chế tạo máy cắt phôi tự động thuần khí nén.nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy cắt phôi tự động có file mô phỏng full

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, ngành công nghiệp phát triển mạnh đòi hỏi quy trình làm việc nhanh vàhiệu quả, trong các nhà máy không còn các cơ cấu làm việc thô sơ hay kém hiệu quảnữa,trong việc cắt phôi cũng vậy, đòi hỏi phải có những máy cắt phôi tự động nhằmgiảm chi phí thuê nhân công và nâng cao năng suất

Đề tài “nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy cắt phôi tự động” mà nhóm được giao, thật

sự là một thử thách rất khó khăn đối với chính bản thân mình Quy trình công nghệ cắtphôi tự dộng chúng em thực hiện dưới đây chỉ là một phần rất nhỏ trong thời đạicông nghiệp hóa hiện đại hóa ngày nay Có nhiều cách để thiết kế một mô hình cắtphôi khác nhau, ở đây chúng em thiết kế mô hình cắt phôi tự động điều khiển bằng hệthống khí nén

Trong quá trình thực hiên đồ án mặc dù chúng em đã cố gắng hết sức nhưng chắc chắn

sẽ không thiếu những sai sót Vì vậy, chúng em rất mong những ý kiến đóng góp củaquý thầy cô và các bạn

Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Lưu Vũ Hải đã giúp đỡ chúng em hoàn thành

đồ án này

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 03 tháng 03 năm 2013

Sinh viên thực hiện:

Vũ Văn Khởi Nguyễn Huy Tiến Trần Thanh Tùng

M c l c ục lục ục lục

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG 1

1.1 Giới thiệu 1

1.2 Các vấn đề đặt ra 1

1.3 Phương pháp nghiên cứu 2

1.4 Phạm vi nghiên cứu 2

CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ MÁY CẮT PHÔI TỰ ĐỘNG 4

2.1 Máy cắt phôi tự động 4

2.2 Phân tích và lựa chọn phương pháp cắt 6

2.2.1 Phương pháp thủ công 7

2.2.2 Cắt bằng hồ quang điện hoặc ngọn lửa khí 7

2.2.3 Cắt bằng chùm tia laser 8

2.2.4 Cắt bằng chùm tia PLASMA 9

2.2.5 Phương pháp cắt thép tấm bằng áp lực lưỡi cắt 11

2.3 Xi lanh khí nén 19

2.3.1 Cấu tạo, phân loại 19

2.3.2 Lựa chọn xilanh cho đề tài 20

2.4.2 Van tiết lưu: 24

2.4.3 Lựa chọn van cho đề tài 25

2.5 Một số phần tử khác 26

2.5.1 Chọn cảm biến vị trí (Công tắc hành trình): 26

2.5.2 Chọn các nút ấn để mở và dừng máy 27

2.5.3 Chọn nguồn khí nén 28

2.6.1 Giới thiệu chung về PLC S7 – 200 (Siemens) 31

CHƯƠNG III MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 35

3.1 Xây dựng mô hình cơ khí 35

3.2 Xây dựng mô hình hệ thống điều khiển 36

CHƯƠNG IV THIẾT KẾ HỆ THỐNG 38

4.1 Thiết kế hệ thống cơ khí 38

4.1.1 Khung máy 38

4.1.2 Thùng chứa sản phẩm 38

4.1.3 Bàn trượt 40

4.2 Thiết kế hệ thống điều khiển 40

4.2.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 40

4.2.2 Sơ đồ hành trình bước : 41

4.2.3 Sơ đồ mạch điều khiển 41

4.3 Xây dựng thuật toàn điều khiển 43

4.3.1 Nghiên cứu sơ bộ hệ thống 43

4.3.2 Lưu đồ thuật toán 44

Hình 2.1 Sử dụng mỏ cắt plasma với robot……… 4

Hình 2.2 Máy cắt dây CNC ………5

Hình 2.3 Máy cắt phôi thủy lực dạng tấm……… 5

Hình 2.4 Máy cắt phôi dạng trụ……… 6

Hình 2.5 Sơ đồ cắt kim loại bằng khí………7

Hình 2.6 Sơ đồ cắt kim loại bằng chùm tia laser………9

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý cắt bằng plasma……… 10

Hình 2.8 Sơ đồ cắt bằng plasma trong thực tế……… 10

Hình 2.9 Các giai đoạn của quá trình cắt……….11

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

Hình 2.11 Nguyên lý cắt dao thẳng song song……… 13

Hình 2.12 Sơ đồ thời kỳ cặp……… ……….14

Hình 2.13 Thời kỳ cắt……… 15

Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý máy cắt đĩa……… 16

Hình 2.15 Nguyên lý cắt thép tấm dao nghiêng……… 17

Hình 2.16 Hình dạng lưỡi cắt……… 18

Hình 3.1 Bản vẽ mô hình cơ khí……….38

Hình 4.1 Khung máy……… 41

Hình 4.2 Thùng đựng phôi……… 42

Hình 4.3 Bàn trượt………43

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Giới thiệu

Máy cắt phôi tự động là một chiếc máy thông minh có thể tự hành cắt phôi màchúng ta không cần phải tốn quá nhiều công sức như cắt bằng phương pháp thủ công.Với sự ra đời của máy cắt phôi tự động đã tạo sự phát triển mạnh mẽ trong nghànhcông 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 về chủngloại(gia công được những phôi có ứng suất lớn,kích thước lớn,nhiều loại như dạng tấmhoặc 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,tậpđoàn sản xuất cơ khí

Từ nhu cầu thực tiễn và lợi ích của xã hội ta thấy máy cắt phôi tự động là rất cần thiếttrong một xã hội phát triển nhất là đối với nước chúng ta đang trong công cuộc côngnghiệp hóa hiện đại hóa đưa công nghê tự động hóa vào quá trình sản xuất để thay thếcon người

Máy cắt phôi tự động có rất nhiều chủng loại như các máy cắt bằng ngọn lửa hàn khí,cắt bằng chùm tia laser, plasma,thủy lực,khí nén…Trong đề tài này, chúng em đi vào

nghiên cứu,thiết kế và chế tạo máy cắt phôi 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 trong kếtcấu 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 Vớimột đồ án môn học, việc thiết kế và chế tạo mô hình chiếc máy, nhóm gặp nhiều vấn

đề cần giải quyết

Trong việc thiết kế và chế tạo được hệ thống cơ khí :

- Phải chính xác, đảm bảo cho máy chạy êm, không bị kẹt trong quá trình hoạtđộng

- Tối ưu hóa kích thước cho máy, cơ cấu chấp hành là hệ thống các xilanh phảiđược bố chí một cách hợp lý cân đối,vững chắc để hoạt động chính xác.

-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 cho máycũng gặp nhiều vấn đề khó khăn, vừa phải đảm bảo điều khiển cho máy hoạt độngđược chính xác, dự phòng được các lỗi xảy ra khi máy hoạt động, vừa phải làm saocho việc lập trình đơn giản nhất có thể

-Lựa chọn và thử độ chính xác các công tắc hành trình,nút nhấn, PLC trước khimua

1.3 Phương pháp nghiên cứu

Máy cắt phôi tự động thủy lực 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 thời gianxác định Do đó, để thiết kế ta sử dụng phương pháp nghiên cứu cơ điện tử,mô hìnhhóa hệ thống,thiết kế tuần tự

- Tham khảo tài liệu : bằng cách thu thập thông tin từ sách, tạp trí 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 cơcấu 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 cắt phôi

tự động là một đề tài lớn Trong phạm vi đồ án môn học nhóm đề tài chúng em chuyênnghiên cứu về một mảng điều khiển của máy cắt phôi tự động cắt được loại phôi tấmvới các đặc tính sau:

- Máy có công suất nhỏ

- Sử dụng để cắt tấm có kích thước vừa hoặc nhỏ:

+chiều dày<=20mm

+chiều rộng<=40mm

+chiều dài <=500mm

-Năng suất máy: 100-150 sản phẩm/ ngày

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

CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ MÁY CẮT PHÔI TỰ ĐỘNG

Ở Việt Nam những dây chuyền cắt phôi tự động được sử dụng rộng rãi ở hết các tậpđoàn, công ty sản xuất lớn như cắt phôi dạng tấm trong dây chuyền sản xuất vỏôtô,phôi dạng ống như đuờng ống dẫn dầu khí, sản xuất phôi hàn Lâu nay trong lĩnhvực tự động hóa, máy cắt kim loại chỉ giải quyết được đường cắt theo quy luật: trònđều, ellip, thẳng, cong… còn chuyển động không theo quy luật để cắt kim loại theođường cong bất kỳ, đường gấp khúc, theo không gian 2D, 3D… thì máy không giảiquyết được Ngày nay người ta dùng công nghệ điều khiển tự động hóa bằng máy vitính - 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

đã ứng 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…

Một số hình ảnh về máy cắt phôi tự động:

Hình 2.1 Sử dụng mỏ cắt plasma với robot

Hình 2.2 Máy cắt dây CNC

Hình 2.3 Máy cắt phôi thủy lực dạng tấm

Về cơ bản, một máy cắt phôi tự động bằng khí nén bao gồm có các bộ phận như cơ cấuchấp hành là hệ thống các xilanh dùng để kẹp, đưa,dữ và cắt phôi, các thiết bị hiển thị,

có thể là màn hình led hoặc màn hình cảm ứng Các nút bấm, các cơ cấu con lăn bộđiều khiển và các cảm biến…

Trong chương này, nhóm sẽ giới thiệu lý thuyết các công nghệ, các nguyên lý, cácthiết 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, công nghệkhác nhau như: Phương pháp cắt thủ công, cắt bằng ngọn lửa hàn khí, cắt bằng chùmtia laser, plasma hay các phương pháp dập tấm (dập cắt và đột lổ), cắt bằng máy cắtthép tấm, Tùy theo hình dạng, kích thước vật liệu cũng như qui mô sản suất mà ta cóthể áp dụng phương pháp cắt khác nhau cho hợp lý

Máy cắt thép thủ công: gồm hai lưỡi cắt và một cơ cấu cánh tay đòn và đòn bẩy

để tạo lực cho lưỡi cắt Máy này cũng chỉ áp dụng cắt những tấm thép có chiều dày vàdiện tích bé, chủ yếu dùng trong các xưởng sản xuất vừa 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, đường cắtkhông đều

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

Hình 2.5 Sơ đồ cắt kim loại bằng khí

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

độ của ngọn lửa nung, sau đó cho dòng oxy thổi qua, kim loại bị oxy hoá mãnh liệt tạothành 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 nóngnhanh và tiếp tục bị đốt cháy tạo thành rãnh cắt.

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

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

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

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

Thép các bon có nhiệt cháy 1350°C, nhiệt độ nóng chảy trên 1500°C, nhiệt cháy đạttới 70% lượng nhiệt cần để nung nóng nên rất thuận lợi khi cắt bằng khí Thép cacboncao do nhiệt độ chảy thấp nên khó cắt hơn, khi cắt thường nung nóng trước tới 300°-600°C Thép hợp kim crôm hoặc hợp kim niken do khi cháy tạo thành oxit crôm nhiệt

độ chảy tới 2000°C phải dùng thuốc cắt mới cắt được , mặt khác để đảm bảo chấtlượng phôi, nâng cao năng suất và hạ giá thành cắt cần phải chọn các chế độ cắt hợp lýkhác nhau như áp suất khí cắt, lượng tiêu hao khí cắt, tốc độ cắt, khoảng cách cầnkhống chế từ mỏ cắt tới vật cắt do đó việc dùng phương pháp này để cắt thép tấmkhông mang lại hiệu quả kinh tế cao cũng như năng suất thấp, khó chuyển sang tựđông hóa

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 độchính xác cao, ngoài ra nó còn có thể cắt theo đường thẳng hay đường cong và có thểcắt 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 koá và tự động hoá

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

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

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý cắt bằng plasma.

a Sơ đồ nguyên lý máy cắt bằng plasma.

b Sơ đồ cấu tạo đầu cắt plasma (9)

1- Van nước làm mát, 2 - Bình chứa khí để vận chuyển bột kim loại, 3, 6 - van giảm áp,

4 - Thiết bị chuyển tải bột kim loại đắp, 5- Bình chứa khí ổn định , 7- Van, 8- Thiết bị kích thích hồ quang, 9- Đầu cắt hoặc đầu phun, 10, 11, 12 các công tắc, 13 nguồn điện.

Hình 2.8 Sơ đồ cắt bằng plasma trong thực tế.

2.2.5 Phương pháp cắt thép tấm bằng áp lực lưỡi cắt

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

đó đến phá huỷ kim loại Quá trình cắt đứt vật liệu chia thành 3 giai đoạn liên tục:+ Giai đoạn 1: Biến dạng dẻo tập trung ở mép của dao cắt (hình 2.9a) Ứng suấttập trung làm phát sinh dòng chảy kim loại tạo thành vùng kim loại bị chèn ép baoquanh lưỡi cắt, sự chèn ép cục bộ đó sẽ phát triển đến khi toàn bộ chiều dày của kimloại 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 giữa phần nàyvới phần kia của tấm (hình 2.9b) Ở giai đoạn này tạo ra bề mặt nhẵn sáng bóng vàđược san phẳng bởi lực ma sát F hướng dọc theo bề mặt bên của lưỡi dao Nhữngđường trượt này tạo ra đường dẻo hẹp hình bình hành, do đó biến dạng dẻo kèm theouốn và kéo các thớ kim loại cho đến khi bắt đầu xuất hiện các vết nứt Theo kinhnghiệm giai đoạn này dao cắt ăn sâu h2 = 20 đến 80% chiều dày h của phôi tùy thuộcvào cơ tính của vật liệu và chiều dày của tấm, vật liệu càng dẽo thì h càng lớn

+ Giai đoạn 3: Dao tiếp tục đi xuống, mưc độ biến dạng tăng lên và khi đó tínhdẽo của kim loại bị mất bắt đầu giai đoạn 3 Các vết nứt xuất hiện, phát triển va pháhủy kim loại cho đến khi kết thuc quá trình tách vật liệu (hình 2.9c) Sự phá hủy kimloại xẩy ra trước mép làm việc của lưỡi dao trong tấm, vì thế các vết nứt được gọi làcác vết nứt phá vở trước

Tùy thuộc vào khe hở giửa các lưỡi cắt Z và độ lún sâu của lưỡi dao vào chiều dàytấm h tại thời điểm bắt đầu phá hủy, các vết nứt vở xuất phát từ các mép làm việc củalưỡi dao trên và dưới có thể song song với nhau (hình 2.10a) hoặc gặp nhau (hình2.10b) Khi các vết nứt ở mép làm việc của các lưỡi cắt gặp nhau thì trị số khe hở Z làtối ưu vì khi đó chất lương mặt cắt là tốt nhất, mặt cắt phẳng và nhẵn

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

và tự động hoá, phương pháp này phù hợp với ngành cơ khí nước ta hiện nay

Để hiểu thêm về phương pháp này ta sẽ phân tích các loại kết cấu máy và dao đểchọn phương án sử dụng cho máy cắt thép tấm dưới áp lực lưỡi cắt

a, 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, cán phá, cánhình cỡ lớn có tiết diện sản phẩm là đơn giản Máy có nhiệm vụ cắt bỏ phần đầu, phầnđuôi vật cán và dùng để cắt phân đoạn vật cán theo kích thước qui định Khi làm việcmặt 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 2.5:

H: Chiều cao vận hành dao

L: Chiều dài sản phẩm

S: Chiều cao lưỡi cắt

: Chiều dày lưỡi cắt

-Thời kỳ cặp

-Thời kỳ cắt

-Thời kỳ đứt

* Thời kỳ cặp:

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

Đây là thời kỳ mà lực cắt giảm

dần xuống theo tiết diện của vật cắt

P giảm dần từ Pmax → Pmin

Hình 2.12 Sơ đồ thời kỳ cặp.

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:

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

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

b : chiều rộng vật cắt

h1: chiều dày còn lại: h1 = h - z1 = h (1- 1) ( 2)

Thay các giá trị trên vào ( 1 ), ta có:

Pmax =k1.k2.k3 σb.b.h ( 1−ε1)

(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 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 cáccạnh của dao sinh ra một lực trượt T, lực trượt T do dao dịch xuống dưới sinh ra mộtmomen 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 đểgiữ vật cắt Khi ấy T = ( 0,1 ¿ 0,15) P Và Q = ( 0,03 ¿ 0,05)P

b, Máy cắt bằng lưỡi dao đĩa

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

đĩa Vị trí và kích thước đĩa dao được xác định phụ thuộc vào chiều dày vật liệu cắt.Công việc cắt được thực hiện lấy dấu bằng tay hay đồ gá chuyên dùng Khi cắt dọc tôntấm năng suất máy dao đĩa lớn hơn năng suất máy dao nghiêng nhưng có nhược điểm

là dao thường bị uốn cong và thường phải uốn lại Để khắc phục hiện tượng này người

ta thường đặt lệch trục đĩa dao trên so với dao dưới một đoạn e không lớn lắm

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

cắt thép tấm có chiều dày h>10mm thì khe hở biên y = (0,05 ¿ 0,08).h, khi h <0,2mm thì y =0

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

+ D : Đường kính đĩa cắt

- Khi chiều dày H < 3mm thì D =60H.

- Khi H= (3 ¿ 10)mm thì D = (40 ¿ 50)H

- Khi H > 10mm thì D =30 H

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

c, Máy cắt kiểu chấn động

Dùng cắt tấm có dạng đường thẳng hoặc đường cong bất kỳ theo dấu Loại này cóhai lưỡi dao tạo thành một góc  = (21  300) số lần lưỡi cắt lên xuống: 8501300 lần/phút

d, Máy cắt thép tấm dao nghiêng

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

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

1

3 2

Hình 2.15 Nguyên lý cắt thép tấm dao nghiêng

1 Dao dưới 3.Dao trên.

2 Phôi 4 Rảnh trượt.

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

6o, lực cắt không lớn lắm, cắt được các tấm dày, cắt được các đường cong, đường cắtkhông thẳng và nhẵn

Khi cắt dao tiếp xúc dần với vật cắt từ trái sang phải, lực cắt thực hiện không đồngthời trên toàn chiều rộng cắt B Do lực cắt giảm nên có thể cắt được những tấm thépdày hơn 6

ε2: độ sâu tương đối của vật cắt:

k1: Hệ số phụ thuộc độ cứng vật liệu: k1= 0,70,75= τmax/σ b .

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

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

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

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

>>> Kết luận

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

- Phương pháp cắt bằng cặp dao song song thì mép cắt đẹp, thời gian mỗi nhát cắtnhanh nhưng lực cắt quá lớn, hơn nữa để cắt thép tấm có chiều dày hmax = 20mm, lúcnày lực cắt sẽ rất lớn nên yêu cầu về độ bền của dao cũng như thân máy cao, rungđộng mạnh, vì vậy ta không sử dụng phương pháp này để thiết kế

- Phương pháp cắt bằng cặp dao đĩa, phương pháp này tuy lực cắt nhỏ nhưng tốc độcắt chậm hơn, năng suất thấp khi cắt thép tấm có chiều dày lớn, do đó phương phápnày không hiệu quả

- Phương pháp cắt bằng dao có lưỡi nghiêng: Phương pháp này tuy mép cắt khôngđược thẳng và đẹp nhưng lực cắt cần thiết không yêu cầu lớn, có thể cắt theo nhữngđường cắt cong, do đó không yêu cầu kết cấu máy phải cồng kềnh, máy ít rung độngđến xung quanh, do vậy ta dùng phương án lưỡi dao cắt nghiêng để thiết kế máy

2.3 Xi lanh khí nén

2.3.1 Cấu tạo, phân loại

Sau đây là cấu tạo của một số xilanh khí nén thông dụng

- Xylanh tác dụng hai chiều, không có bộ phận giảm chấn :

- Xilanh tác dụng hai chiều, có có bộ phận giảm chấn ở cuối khoang chạy

- Xilanh tác dụng hai chiều, dùng công tắc từ

2.3.2 Lựa chọn xilanh cho đề tài

Trong hệ thống, ta có hai loại cơ cấu chấp hành, bao gồm hai xilanh tác độngkép và hai xilanh tác động đơn có lò xo tự phục hồi

a,Lựa chọn xilanh hai trạng thái:

Với xilanh B là xilanh đưa cơ cấu A và phôi vào vị trí, ta cần một xilanh khỏenhưng không cần quá nhanh và mạnh, tránh quá trình đưa phôi vào mạnh quá, vachạm với thành làm hỏng phôi và không bền Vì vậy, đặt giả thiết là phôi không quánặng và cơ cấu A không quá nặng, tổng cộng chừng 150 kg (~ 1500 N), ta chọn loại

cơ cấu đẩy lớn hơn 2000N và không quá 3500 N Mặc định quãng đường đưa phôi là

400 mm

Với yêu cầu như vậy, ta lựa chọn xilanh DNCB-80–500–PPV do hãng FESTO

của Đức chế tạo Hình ảnh và thông số của xilanh như sau:

-Lựa chọn xilanh D: