Đồ án công nghệ chế tạo máy

Trong sự phát triển của các lĩnh vực cơ khí như: Chế tạo máy, giao thông vận tải, điện lực, xây dựng, đóng tàu..., thì nhu cầu về sử dụng thép tấm ngày một tăng; nhằm trang bị cho sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước

PHẦN I NHU CẦU SẢN XUẤT THÉP TẤM

Trong sự phát triển của các lĩnh vực cơ khí như: Chế tạo máy, giao thôngvận tải, điện lực, xây dựng, đóng tàu , thì nhu cầu về sử dụng thép tấm ngàymột tăng; nhằm trang bị cho sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước

Do đó đòi hỏi phải tìm ra các biện pháp gia công thép tấm năng suất caonhằm tạo ra thành phẩm hoặc bán thành phẩm phục vụ cho một quá trình côngnghệ Nhu cầu về thép tấm cũng hết sức đa dạng:

-Trong ngành chế tạo máy : Thép tấm được sử dụng trong các thân máycủa các máy cắt kim loại, vỏ máy, khung sườn xe máy,

-Trong ngành cơ khí ô tô, việc sử dụng thép tấm không thể thiếu được,các thép tấm được dùng làm các khung sườn gầm, lót sàn xe ô tô, che kínthùng xe, các bộ phận che kín khác

-Trong ngành điện : Thép tấm được dùng làm kết cấu các cột điện caothế, các sản phẩm trong lĩnh vực điện như các lá thép trong stato của động cơđiện, các cánh quạt cỡ lớn, các tấm thép mỏng dùng làm các lá thép để ghéplại trong chấn lưu đèn ống , máy biến thế, các hộp công tơ điện

Hình 1.1- Sản phẩm làm từ thép tấm

-Trong xây dựng, các thép hình cỡ lớn trong các dầm cầu được tạothành từ các tấm thép tấm dày cắt nhỏ, hay thép tấm được dùng để liên kết vớinhau để tạo nên các kết cấu thép bền vững hơn như nó liên kết với nhau có thể

Với nhu cầu sử dụng hiện tại của thép tấm, cần thiết phải có các máymóc, thiết bị để cắt các loại thép tấm phục vụ công nghiệp, đặc biệt trong lĩnhvực cơ khí chế tạo

(mm)

Bề rộng(mm)

Chiều dài( m )

PHẦN II

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CẮT KIM LOẠI

I-CÁC ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT CẢU SẢN PHẨM :

Sản phẩm thép tấm hết sức đa dạng, song hầu hết sản phẩm sau khi cắt mớichỉ là bán thành phẩm phục vụ cho một quá trình công nghệ Để thuận lợi chocác công đoạn sản xuất tiếp theo cũng như đảm bảo chất lượng của thiết bị khihoàn thành, tấm thép cắt ra phải đảm bảo một số yêu cầu sau:

+ Mép cắt phải trơn, thẳng

+ Sự biến dạng nằm trong giới hạn cho phép

+ Đảm bảo đúng yêu cầu về kích thước

II-CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH CẮT THÉP TẤM:

1 Biến dạng dẻo kim loại:

Dưới tác dụng của ngoại lực kim loại biến dạng theo các giai đoạn :biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá huỷ Tuỳ theo cấu trúc tinh thể củamỗi kim loại, các giai đoạn trên có thể xảy ra ở các mức độ khác nhau dưới tácdụng của ngoại lực và tải trọng

Hình 2.1- Biểu đồ biến dạng dẻo kim loại

-Khi tải trọng tác dụng nhỏ hơn Pđh thì biến dạng kim loại tăng theođường bậc nhất, đây là giai đoạn biến dạng đàn hồi : biến dạng mất đi sau khikhử bỏ tải trọng

Δl Δd

Δdh

Pđh

Pd

P

-Khi tải trọng từ Pdh → Pd thì độ biến dạng tăng với tốc độ nhanh, đây

là giai đoạn biến dạng dẻo, kim loại bị biến đổi kích thước, hình dạng sau bỏtải trọng tác dụng lên nó

-Khi tải trọng đạt đến giá trị lớn nhất thì trong kim loại bắt đầu xuấthiện vết nứt, tại đó ứng suất tăng nhanh và kích thướt vết nứt tăng lên, cuốicùng kim loại bị phá huỷ Đó là giai đoạn phá huỷ : tinh thể kim loại bị đứtrời

Trong kim loại đơn tinh thể các nguyên tử kim loại sắp xếp theo mộttrật tự xác định, mỗi nguyên tử luôn dao động xung quanh vị trí cân bằng của

Hình 2.2- Sơ đồ biến dạng trong đơn tinh thể kim loại

Dưới tác dụng của ngoại lực hay cắt kim loại bằng áp lực, mạng tinhthể bị biến dạng Khi lực tác dụng nhỏ, ứng suất sinh ra trong kim loại chưavượt quá giới hạn đàn hồi, các nguyên tử kim loại dịch chuyển không quá mộtthông số mạng , nếu thôi tác dụng lực thì mạng tinh thể lại trở về trạng tháiban đầu (Hình 2.2-b)

Khi ứng suất sinh ra trong kim loại vượt quá giới hạn đàn hồi thì kimloại bị biến dạng dẻo do trượt và song tinh

Theo hình thức trượt, một phần đơn tinh thể dịch chuyển song song vớiphần còn lại theo một mặt phẳng nhất định, mặt phẳng này gọi là mặt trượt

Theo hình thức song tinh, một phần tinh thể vừa trượt, vừa quay đếnmột vị trí mới đối xứng với phần còn lại qua một mặt phẳng gọi là mặt songtinh Các nguyên tử kim loại trên mỗi mặt di chuyển một khoảng tỷ lệ vớikhoảng cách đến mặt song tinh

Các lý thuyết và thực nghiệm cho thấy trượt là hình thức chủ yếu gây rabiến dạng dẻo trong kim loại khi lực tác dụng lên nó sinh ra ứng suất lớn hơngiới hạn đàn hồi nhưng chưa vượt ứng suất phá huỷ hay ứng suất giới hạn bềncủa vật liệu Đây là giai đoạn thứ hai của quá trình cắt kim loại, giai đoạn nàyxảy ra trước quá trình 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 khôngđều, ma sát ngoài vv đều làm cho kim loại sinh ra ứng suất dư , bên trong bất

cứ kim loại biến dạng dẻo nào cũng đều sinh ra ứng suất dư, sau khi thôi tácdụng ứng suất dư vẫn còn tồn tại

2.Sự thay đổi tính chất của thép tấm trong quá trình gia công:

Khi cắt tính chất của thép tấm bị thay đổi Sở dĩ như vậy là trong quátrình cắt biến dạng dẻo nguội làm cấu trúc tinh thể thay đổi: mật độ khuyết tậttăng lên mạnh mẽ dẫn tới độ bền kim loại tăng lên, kích thước và hình dạngcác hạt kim lọai cũng như hướng của trục tinh thể thay đổi làm phát sinh ứngsuất dư và xuất hiện những mặt trượt kích thích quá trình hóa già của kim loại

a)Sự hóa già do biến dạng:

Hệ quả của sự hóa già kim loại là giảm tính dẻo (độ giãn dài tỷ đốigiảm) và nâng cao tính bền của kim lọai (trở lực biến dạng, giới hạn chảy và

độ cứng tăng).Sự hóa già biến dạng xảy ra không đồng đều, trước tiên nó làmtăng độ cứng của kim loại tại các vùng có mật độ các nguyên tử nitơ và cácbon cao, chủ yếu là ở mặt trượt, tại đây đặc biệt có nhiều lệch

Đối với thép các bon thấp, sự hóa già do biến dạng xảy ra mãnh liệt hơnsau khi biến dạng dẻo nguội; cường độ của nó tỷ lệ thuận với mức độ biếndạng, nhiệt độ môi trường xung quanh và thời gian

b)Mặt trượt:

Mặt trượt là những dấu vết vật lý do biến dạng dẻo cục bộ gây ra Mặtttrượt xuất hiện tại vùng gần mép cắt, làm giảm độ nhẵn bóng bề mặt Sự xuấthiện các mặt trượt có liên quan đến tính chất cơ học không đồng đều của phôi

Sự không đồng đều này là do sự hóa già trong quá trình biến dạng gây ra Trênvùng bề mặt này sau khi cắt có thể quan sát thấy những phần lồi lõm tươngứng với các mặt trượt

c)Sự phát sinh hiện tượng ăn mòn:

Trong quá trình xảy ra biến dạng dẻo nguội kim loại xảy ra sự hóa bền

Sự hóa bền cùng với một số hiện tượng khác làm cho khả năng chống ăn mòncủa kim loại giảm đi Tuy vậy, do những điều kiện không giống nhau, sự thayđổi hình dạng của các phôi kề nhau sau khi cắt sẽ phát sinh những ứng suất dư

tế vi Những ứng suất dư này khi có sự ăn mòn sâu và các tinh thể sẽ làm suy

yếu liên kết ở biên giới giữa các hạt và có thể gây ra những mầm giòn tự phátcủa các sản phẩm kim loại hoặc bán thành phẩm.

3 Nguyên lý biến dạng khi cắt:

Quá trình cắt được chia làm hai giai đoạn:

+ Giai đoạn ép vào kim loại: Hai lưỡi dao tỳ vào bề mặt kim loại làm

xô lệch các thớ kim loại nhưng chưa làm đứt chúng

+ Giai đoạn cắt : Hai lưỡi dao tiếp tục ép sát vào nhau làm các thớ kimloại bị trượt và tách khỏi nhau

Để tìm hiểu nguyên lý biến dạng, ta khảo sát nguyên công cắt phôi vàcắt chia, nhằm xác định các thông số cần thiết cho việc tính toán công nghệ

Trong quá trình tách một phần kim loại này ra khỏi phần kim loại khác

có thể chia thành các giai đoạn riêng biệt:

h

c) b)

a)

Z

Hình 2.3- Các giai đoạn của quá trình cắt

Ở giai đoạn đầu của quá trình cắt biến dạng dẻo tập trung ở mép làmviệc của lưỡi cắt sau đó ổ biến dạng bao quanh lưỡi cắt ( H2.4-a)

Giai đoạn hai bắt đầu khi có sự chuyển dịch tương đối giữa phần nàyvới phần kia của tấm (H2.4-b) Ở giai đoạn này nó tạo ra bề mặt phẳng nhẵn,bóng và được san phẳng bởi lực ma sát F hướng theo bề mặt bên của lưỡi dao

Do sự tiến lại gần nhau của các lưỡi cắt, mức độ biến dạng tăng lên vàkhi đó tính dẻo của kim loại bị mất đã bắt đầu giai đoạn 3 Các vết nứt xuấthiện, phát triển và phá huỷ kim loại cho đến khi kết thúc quá trình tách phầnvật liệu này ra khỏi phần vật liệu khác của tấm (H2.4-c) Sự phá huỷ kim loạixảy ra ở phía trước mép làm việc của lưỡi dao trong tấm, vì vậy các vết nứtgọi là các vết nứt phá vỡ trước

Sự đứt vỡ bắt đầu khi lưỡi dao éo sâu vào trong tấm đến một chiều sâu

h xác định Chiều sâu này tuỳ thuộc tính chất cơ lý của kim loại và chiều dày Scủa tấm, nếu vật liệu càng dẻo thì h càng lớn Các giai đoạn của quá trình cắtđược đặc trưng bởi hình dạng của bề mặt cắt

I II

Hình 2.4- Bề mặt bên của phần kim loại được cắt ra

Vùng I là vùng uốn của tấm do các lớp kim loại liền kề với bề mặt cắt( dọc theo bề rộng của tấm) bị bao trùm bởi biến dạng dẻo thay đổi từ giá trịkhông ở lớp giới hạn ngoài cùng đến giá trị cực đại ở bề mặt bị tách ra

Vùng II là vùng có bề mặt sáng bóng, được san phẳng bởi lực ma sát.Vùng III là vùng bề mặt nứt vỡ được tạo ra do sự xuất hiện và pháttriển của các vết nứt Các vết nứt này tạo với bề mặt của tấm một góc θ xácđịnh và được gọi là góc nứt tự do Giá trị của góc θ = ( 4 ÷ 6 )º tuỳ thuộc vàotính chất cơ lý của vật liệu

M

F

F

N R a

a R

N Q

M

S

Hình 2.5 - Sơ đồ tác dụng lực khi cắt

Bộ phận làm việc là những lưỡi cắt nhấn sâu vào trong kim loại làm cho

nó bị biến dạng dẻo cho đến khi tách hoàn toàn một phần vật liệu này ra khỏiphần vật liệu khác Giữa các lưỡi cắt có một khe hở Z Khi cắt sẽ sinh ra mômen uốn M bằng tích số giữa lực cắt đặt tại lưỡi cắt với khoảng cách lớn hơnkhe hở Z một chút:

M = a.R , trong đó a > Z

Mô men uốn làm cho phôi cắt bị quay đi Khi đó sẽ sinh ra phản lực N

ở bề mặt bên của lưỡi cắt Tấm kim loại sẽ ngừng quay khi mô men uốn Mcân bằng với mô men do phản lực N gây ra:

M = a.R = N.bTrong quá trình cắt nếu tấm kim loại bị quay đi một góc thi chất lượngmặt cắt sẽ rất kém, bị ba via và đôi khi không thể cắt được nếu trị số khe hở Zlớn Vì vậy cần phải loại bỏ hiện tượng quay của tấm trong quá trình cắt bằng

cơ cấu kẹp với lực kẹp Q, đồng thời giảm khe hở giữa hai lưỡi dao đến trị sốthích hợp và mài dao vát góc trước γ

Tuỳ thuộc vào khe hở giữa các lưỡi cắt Z và độ lún sâu của lưỡi daovào chiều dày tấm h tại thời điểm bắt đầu sự phá huỷ, các vết vết nứt vỡ xuấtphát từ các mép làm việc của lưỡi dao trên và dưới có thể song song với nhauhoặc gặp nhau Khi các vết nứt ở mép làm việc của các lưỡi cắt gặp nhau thìtrị số khe hở Z là tối ưu bởi vì khi đó chất lượng mặt cắt là tốt nhất, mặt cắtphẳng và nhẵn

Hình 2.6- 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 θ

Trên thực tế trị số khe hở tối ưu Ztối ưu được xác định theo các số liệutrên cơ sở thực nghiệm và những kinh nghiệm của những nhà máy tiên tiến.Đối với thép mềm trị số khe hở tối ưu thay đổi tuỳ thuộc chiều dày vật liệu từ0,02(khi S = 0,25) đến 0,82 ( khi S = 12,5).

Một cách gần đúng có thể coi rằng với S ≤ 4 thì:

tu

Z = (0,03 ÷ 0,06) mmTheo kinh nghiệm thực tế khi cắt thép tấm trên máy cắt dao nghiêng thì

tu

Z = 1/30 chiều dày vật liệu

Các nhân tố ảnh hưởng Sự thay đổi của

Bán kính góc lượn lưỡi dao r giảm giảm

Bảng II- Các thông số ảnh hưởng đến lực cắt

PHẦN III PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY

Trong thực tế có rất nhiều phương pháp cắt thép tấm như : Cắt thủ công,cắt bằng ngọn lửa hàn khí, cắt bằng chùm tia laser, plasma hay các phươngpháp cắt bằng máy cắt có lưỡi dao Tùy theo hình dạng, kích thước của phôi,yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm cũng như qui mô sản suất mà ta có thể áp dụngphương pháp cắt khác nhau Mặt khác phương pháp cắt còn ảnh hưởng rất lớnđến năng suất sản xuất Ta tiến hành phân tích một số phương pháp cắt théptấm phổ biến hiện nay, từ đó chọn ra phương án thích hợp

I- GIỚI THIỆU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CẮT:

1.Phương pháp cắt 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 sản phẩm tạo ra không đảm bảo yêu cầu về độ chính xác

Phương pháp này chỉ áp dụng cho những phân xưởng thủ công, cắt cácthép tấm có chiều dày bé và tiết diện nhỏ

Máy cắt thép thủ công: gồm hai lưỡi cắt và một cơ cấu cánh tay đòn vàđòn bẩy để tạo lực cho lưỡi cắt

Máy này cũng chỉ áp dụng cắt những tấm thép có chiều dày và diện tích

bé, chủ yếu dùng trong các xưởng sản xuất vừa và nhỏ

2.Cắt bằng hồ quang điện hoặc ngọn lửa khí:

Cắt đứt kim loại đen, kim loại màu và kim loại bằng hồ quang hoặcngọn lửa khí là phương pháp đốt cháy làm cho vật cắt đạt tới điểm nóng, bịđẩy mạnh và bị tách rời

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

Cắt bằng khí là phương pháp cắt sử dụng nhiệt của ngọn lứa sinh ra khiđốt cháy khí cháy trong dòng oxy để nung kim loại tạo thành các oxit và thổichúng ra khỏi mép cắt tạo thành rãnh cắt Sơ đồ quá trình cắt kim loại bằngkhí được trình bày ở hình 3.1

Dòng hỗn hợp khí cháy Dòng oxy cắt

Để cắt bằng khí, kim loại cắt phải thoả mên một số yíu cầu sau :

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

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

+ Nhiệt toả ra khi kim loại chây phải đủ lớn để nung mĩp cắt tốt đảmbảo quâ trình cắt không bị giân đoạn

+Oxit kim loại nóng chảy phải loêng tốt, dễ tâch khỏi mĩp cắt

+ Độ dẫn nhiệt của kim loại không quâ cao, trânh sự toả nhiệt nhanhdẫn đến mĩp cắt bị nung nóng kĩm, lăm giân đoạn quâ trình cắt

Thĩp câc bon có nhiệt chây 13500C, nhiệt độ nóng chảy trín 15000C,nhiệt chây đạt tới 70% lượng nhiệt cần để nung nóng nín rất thuận lợi khi cắtbằng khí Thĩp cacbon cao do nhiệt độ chảy thấp nín khó cắt hơn, khi cắtthường nung nóng trước tới 300- 6000C Thĩp hợp kim crôm hoặc hợp kimniken do khi chây tạo thănh oxit crôm nhiệt độ chảy tới 20000C phải dùngthuốc cắt mới cắt được , mặt khâc để đảm bảo chất lượng phôi, nđng caonăng suất vă hạ giâ thănh cắt cần phải chọn câc chế độ cắt hợp lý khâc nhaunhư âp suất khí cắt, lượng tiíu hao khí cắt , tốc độ cắt, khoảng câch cần khốngchế từ mỏ cắt tới vật cắt do đó việc dùng phương phâp năy để cắt thĩp tấmkhông mang lại hiệu quả kinh tế cao cũng như năng suất thấp, khó chuyểnsang tự động hoâ

3.Cắt bằng tia laser:

Trong những năm gần đđy người ta đê bắt đầu sử dụng laser để cắt tất

cả câc vật liệu với bất kỳ độ cứng năo

Nguyín lý chung về cắt bằng laser lă một phương phâp tạo rênh cắthoặc lỗ nhờ văo nguồn nhiệt bức xạ rất lớn của laser lăm vật liệu vùng cắtchây lỏng vă bốc hơi đi ra ngoăi

1- Máy phát laser2- Chùm tia laser3- Gương phẳng nghiêng4- Thấu kính hội tụ

d4

32

1

5

Hình 3.2- Sơ đồ nguyín lý cắt bằng tia laser

Nguồn bức xạ laser 1 tạo ra chùm tia laser 2 đi thẳng hoặc đổi hướngnhờ gương phẳng 3 vă được hội tụ nhờ thấu kính hội tụ có tiíu cự f trong 4 Nguồn năng lượng laser tập trung trín một diện tích rất nhỏ với mật độ dòngnhiệt tạo vùng tiếp xúc bề mặt rất cao lăm vật liệu 5 nóng chảy vă bốc hơi tạothănh rênh cắt hoặc lỗ khoan

Cắt bằng chùm tia laser có nguồn nhiệt tập trung với một mật độ nhiệtcao, vì vậy nó có thể cắt tất cả câc loại vật liệu vă hợp kim của nó Rênh cắthẹp, sắc cạnh vă độ chính xâc cao, ngoăi ra nó còn có thể cắt theo đường thẳnghay đường cong vă có thể cắt theo câc hướng khâc nhau nhờ quâ trình cắtkhông tiếp xúc

Cắt thĩp bằng chùm tia laser cho năng suất cao, có thể cơ khí koâ vă tựđộng hoâ dễ dăng nhưng phương phâp năy có những hạn chế lă chiều dăy tấmcắt nhỏ hơn 20 mm , thiết bị tạo tia laser cũng như câc thiết bị điều khiểnchương trình số CNC có giâ thănh cao

4.Cắt trín mây cắt có lưỡi dao chuyển động tinh tiến:

a)Dao bố trí nghiíng:

Đặc điểm:

-Lưỡi dao và vật cắt chỉ tiếp xúc nhau trên một phần chiều rộng

+ Diện tích tăng từ 0 đến cực đại, đây là thời kỳ bẳt đầu cắt

+ Diện tích tiép xúc giữ ở giá trị cực đại, đây là thời kỳ ổn định

+ Diện tích tiếp xúc giảm từ cực đại về 0, thời kỳ kết thúc

-Trong thời kỳ ổn định lực cắt có giá trị cực đại và cố định

* Sơ đồ nguyên lý:



L

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý cặp lưỡi dao nghiêng

Ở phương pháp cắt này người ta thường bố trí lưỡi dao nghiêng mộtgóc γ so với bàn máy.Khi bố trí lưỡi dao trên nghiêng thì quá trình cắt xảy radần dần, trên phần tách ra của tấm, vì thế lực cắt nhỏ hơn khi bố trí dao songsong Ngoài ra tải trọng tĩnh đặt lên mép làm việc của lưỡi dao làm tăng độcứng vững của chúng Góc nghiêng của lưỡi dao trên γ cần phải đảm bảo tựhãm, nghĩa là với góc nghiêng đó trong quá trình cắt không có sự dịch chuyểntấm trong mặt phẳng nằm ngang Tùy theo chiều dày của tấm, góc nghiêng γ =(2 ÷ 6)º, vật liệu càng dày góc γ càng lớn

t

5 , 0 ).

3 , 1 1 , 1 (

S - chiều dày vật liệu

γ - góc nghiêng của daoTính chất cơ lý của vật liệu, khe hở giữa các lưỡi cắt, tốc độ biến dạng,điều kiện ma sát có ảnh hưởng đến trở lực cắt của vật liệu cvà do đó ảnhhưởng đến lực cắt Nếu vật liệu có độ bền càng lớn và tính dẻo càng giảm,cũng như tốc độ biến dạng càng tăng thì trở lực cắt ctăng, nếu khe hở giữacác lưỡi cắt tăng thì cgiảm

Trở lực cắt được xác định gần đúng theo giới hạn bền chảy

c

 = (0,7 ÷ 0,8) b

Khi cắt có thể xảy ra hiện tượng uốn (xoắn) các dải phôi xung quanhtrục của nó Nếu γ càng lớn và chiều rộng của dải cắt càng nhỏ thì hiện tượnguốn (xoắn) càng nhiều

Khi cắt, lực cắt P ở các giai đoạn đã ổn định của quá trình cắt thay đổikhông đáng kể Do đó công biến dạng sẽ là:

1000

.H

P

A 

Trong đó: H là hành trình làm việc H = L.tg (L là chiều dài đường cắt), dođó:

1000

.L tg

P

A 

b)Dao bố trí song song:

Nói chung kết cấu và các thông số của cặp lưỡi dao song song cũnggiống như dao nghiêng, lực cắt trong trường hợp này được xác định theo côngthức:

c

S L k

P  

Trong đó : k - hệ số = 1,1÷ 1,3

L- chiều dài đường cắt

S- chiều dày vật liệu

128

40

Hình 3.5- Sự thay đổi lực khi cắt trên máy cắt

I) dao nghiêng; II) dao song song

* Khi cắt trên máy cắt dao song song lực cắt P tăng nhanh và đạt giá trịcực đại , sau đó giảm dần (đường II hình 5.5)

Khi cắt các tấm như nhau thì công biến dạng được đặc trưng bởi diệntích của phần bề mặt giới hạn bởi đường cong I và II ( đường cong tải trọnglàm việc) là gần bằng nhau Tuy nhiên ở trường hợp I lực cắt nhỏ hơn so với

II Do đó công suất dẫn dộng của các máy cắt dao nghiêng nhỏ hơn so với máycắt dao song song

5.Cắt trên máy cắt có lưỡi dao chuyển động quay:

a)Sơ đồ nguyên lý:

Hình 3.6- Kết cấu của dao cắt đĩa

Các máy cắt có lưỡi dao chuyển động quay gồm các lưỡi cắt (đĩa) cócùng đường kính chuyển động quay ngược chiều nhau với cùng một tốc độgóc Các mép làm việc của các đĩa dao được đặt sao cho độ trùng dao d = (0,2

÷ 0,4 )S

Đặc điểm nổi bật khi cắt trên máy cắt dao đĩa là với một đường kính đĩadao xác định, các máy cắt không những chỉ cắt kim loại mà còn giữ chặt vàkéo kim loại vào vùng cắt Vì vậy chiều dài của dải cắt là không giới hạn

Thông số đặc trưng cho máy cắt dao đĩa là chiều dày lớn nhất của tấmcắt, nó có thể cắt được tấm có chiều dày đến 25mm khi b ≤ 500 MPa

c P

L

l

Hình 3.7- Sơ đồ tác dụng lực khi cắt trên máy cắt dao đĩa

Chúng ta khảo sát điều kiện ăn dao của các đĩa dao Ở thời điểm tiếpxúc giữa dao với tấm có lực ma sát T và áp lực pháp tuyến N tác dụng lên tấm,

2 T cos α > 2.N.cos βTheo hình vẽ ta có : β = (90º- α) và theo định luật Culông T = μ.N( trong dó μ là hệ số ma sát tiếp xúc) Thay vào bất đẳng thức trên ta có :

2.μ.N.cos α > 2.N.sinα

Từ đó ta có: μ ≥ tg α

Như vậy để có thể kéo tấm, các đĩa cắt ở thời điểm bắt đầu cắt phảiđảm bảo sao cho tang của góc nghiêng giữa tiếp tuyến với đường bao của đĩacắt tại điểm tiếp xúc với tấm và trục nằm ngang (tgα) phải bằng hoặc nhỏ hơn

/ ] 2 / )

tg

Như vậy điều kiên ăn dao có dạng:

2 / sin 2 / sin  1

Sử dụng một số phép biến đổi lượng giác và quan hệ hình học ta có:

) (

2 2

d R

d R

S d

min

1 ] 5 , 0 ).

( [ 2



S d

S d d D

Như vậy đường kính dao sẽ càng lớn nếu như chiều dày vật liệu cắt S

và độ trùng dao d càng lớn, lực ma sát trên bề mặt tiếp xúc của đĩa dao và tấmcàng nhỏ Nếu d thay đổi trong khoảng ( 0,2 ÷ 0,4)S thì đường kính của đĩadao sẽ là:

2

) 2 , 1 0 , 1 (

có thể coi gần đúng tam giác abc là các tam giác có các cạnh thẳng

Thành phần thẳng đứng của lực cắt P tác dụng theo đường song songvới đường nối tâm của các đĩa dao, sẽ bằng tích số giữa diện tích của ổ biếndạng F với trở lực cắt c

c

P  

Trong đó F bc l l bc tg

2

; 2 

 và 2γ là góc ở đỉnh tam giác abc Nếu coi :

2 / (  1  2



  tb  

thì điểm đặt lực P trùng với trọng tâm tam giác abc và ta có:

) (

2

.

4

.

2 2

d d S

R S

K tg

R S

K

tb

c t

D

M  ( có thể coi L  D2 )Thay giá trị P vào công thức trên ta được:



125 ,

Thay giá trị của cosα vào ta được:

) (

125 ,

Như vậy mô men cần thiết để quay các đĩa dao sẽ tăng lên khi tăng cácthông số chiều dày cắt S, trở lực cắt cvà đường kính đĩa dao D Khi độ trùngdao d tăng thì mô men M giảm

- Phương pháp cắt bằng tia laser: Dùng chùm tia laser có thể gia côngđược các loại vật liệu có cơ tính tốt , dế dàng cơ khí hoá và tự động hoá Tuynhiên chiều dày cắt được tương đối mỏng, mặt khác thiết bị tạo nguồn laserphức tạp và giá thành cao

-Phương pháp cắt bằng cặp dao đĩa, phương pháp này tốc độ cắt chậmhơn, năng suất thấp khi ta cắt thép tấm có chiều dày lớn tuy rằng lực cắt nónhỏ, do đó phương pháp này không hiệu quả

- Phương pháp cắt bằng dao có lưỡi nghiêng : Phương pháp này tuymép cắt không được thẳng và đẹp nhưng lực cắt cần thiết không yêu cầu lớn,

có thể cắt theo những đường cắt cong, do đó không yêu cầu kết cấu máy phảicồng kềnh, máy ít rung động đến xung quanh, do vậy ta chọn phương án lưỡidao cắt nghiêng để thiết kế máy

III- PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY :

Như vậy ta đã phân tích chọn được phương án cắt dùng cặp lưỡi daonghiêng chuyển động tịnh tiến Tuy nhiên để thực hiện chuyển động tịnh tiếncũng có nhiều loại cơ cấu khác nhau.Do đó cần phải chọn phương án truyềnđộng hợp lý nhằm thoả mãn một số yêu cầu chủ yếu sau:

- Máy thiết kế có hình dạng và kết cấu hợp lý theo quan điểm công nghệchế tạo và lắp ráp

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

- Có thể sử dụng các phương pháp công nghệ phù hợp để đơn giản hoáquá trình chế tạo từ khâu chuẩn bị phôi đến gia công chế tạo, kiểm tra, lắp ráp

và nghiệm thu sản phẩm

- Máy phải có khối lượng và kích thước nhỏ gọn

- Giá thành và chi phí cho sử dụng là thấp nhất, phù hợp với điều kiệnhiện có

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

1.Chuyển động tịnh tiến nhờ cơ cấu tay quay con trượt:

Đặc điểm: Cơ cấu này có nguyên lý làm việc và kết cấu đơn giản, độcứng vững cao, dễ chế tạo Tuy nhiên tạo lực không lớn, dẫn động phức tạp vàkhó điều khiển

2.Chuyển động tịnh tiến nhờ xy lanh thuỷ lực:

Truyền dẫn thuỷ lực ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong chế tạomáy, đặc biệt là trong các máy cắt, máy đột dập, máy gia công áp lực…

a)Sơ đồ nguyên lý:

3

1- Van phân phố i 2- Xy lanh

3- Pít tông

3 2

+ Tự động hoâ đơn giản

+ Khó thực hiện sự đồng bộ hoâ chính xâc câc chuyển động

+ Giâ thănh lắp đặt hệ thống thuỷ lực khâ đắt tiền, phức tạp đòi hỏi phảichế tạo chính xâc

3)Kết luận:

Qua hai phương ân tạo chuyển động tịnh tiến để tạo lực cắt cho dao tathấy mỗi phương ân đều có những ưu điểm riíng Tuy nhiín xĩt về tính năng

kỹ thuật, công nghệ, khả năng tự động và làm giảm nhẹ công việc của côngnhân thì dùng cơ cấu tịnh tiến bằng xy lanh thuỷ lực dầu ép phù hợp nhất khicắt các loại thép cacbon, thép thường với chiều dày phôi đến 15mm và chiềurộng cắt lớn nhất của tấm thép là 2000mm

121110

98

76

54

1

3- Van tràn 9- Xy lanh sinh lực

6- Ắc quy dầu 12- Bàn dao dưới

Hình 3.10- Sơ đồ hệ thống thuỷ lực tạo lực cắt

PHẦN IV TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC TOÀN MÁY

I - DAO CẮT:

1)Tính toán sơ bộ chiều dài của lưỡi dao:

Theo kinh nghiệm chiều dài của lưỡi dao L :

L = B + ( 50 150 ) (mm)Trong đó : B là chiều rộng lớn nhất của tấm thép đem cắt Bmax= 2000(mm)

Do đó : L = 2000 + 100 = 2100 (mm)Chiều dài cần thiết của dao tương đối dài, do đó để đảm bảo được độchính xác, độ thẳng lưỡi dao và độ nhiệt luyện tốt, thông thường ta chế tạotừng đoạn ngắn rồi ghép lại, ta chọn chiều dài của dao chia làm 4 đoạn, do đóchiều dài của mỗi đoạn dao là :

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

3)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 vàchất lượng của mép cắt, mặt khác vận tốc cắt còn ảnh hưởng đến độ rung động

va đập của máy Vì vậy cần phải tính và chọn vận tốc cắt hợp lý để máy làmviệc tốt, đạt năng suất và yêu cầu thiết kế

Đối với cắt thép tấm, với chiều dày tấm thép cắt amax = 15mm là khálớn, vì vậy vận tốc cắt nằm trong khoảng ( 5100 ) mm/s, với amax như vậy tachọn

v = 50(mm/s )

4)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 việc củamáy Sau khi tính được độ vận hành của dao nghiêng là H = 187 mm

Thời gian của dao đi là :

t = 3 , 74 ( )

50

187

s v

Có nhiều cách để tạo nên lực Q, sau đây ta xét một vài phương án kẹpchặt phôi có thể sau đây

1)Kẹp phôi bằng chính trọng lực của một khối kim loại

a)Sơ đồ nguyên lý:

5 4

Hình 4.2- Sơ đồ kẹp chặt bằng trọng lượng khối kim loại

b)Hoạt động :

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 đixuống cắt thì khối lượng này trượt lồng không trong rãnh 3 của dao cắt, lúckhối lượng bắt đầu trượt lồng không là lúc lực kẹp của tấm thép đã cố định và

là lúc có lực kẹp lớn nhất

c)Ưu nhược điểm :

* Ưu điểm : Cơ cấu năy hoạt động đơn giản, dễ thiết kế, dễ chế tạo

* Nhược điểm:

+ Kết cấu vă khối lượng mây trở nín cồng kềnh,

+Lực kẹp không thể thay đổi khi cắt thĩp mỏng hoặc dăy khâc nhau+Khi kẹp chặt va đập mạnh, kĩm cững vững cho mây

2.Kẹp chặt bằng hệ thống thuỷ lực dầu ĩp hoặc khí nĩn

a)Sơ đồ nguyín lý:

1- Bàn dao dưới 2- Phôi cắ t 3- Dao trên 4- Bàn kẹ p 5- Xy lanh

2 1

3 4

c)Đặc điểm :

-Ưu : Tạo được lực kẹp lớn nhờ dễ dăng tăng được âp suất để tăng lựckẹp, dễ dăng điều khiển

- Nhược : Cơ cấu phức tạp, đắt tiền

3 Kẹp chặt bằng hệ thống câc lò xo chịu nĩn gắn lín lưỡi dao trín :

Lợi dụng lực đăn hồi của lò xo sinh ra khi chịu kĩo hoặc chịu nĩn đểlăm lực kẹp cho phôi khi cắt kim loại

a)Sơ đồ nguyín lý:

1- Bàn dao dưới 2- Phôi cắ t 3- Dao trên 4- Lò xo 5- Ố ng dẫ n hướng

54

4.Kết luận :

Phđn tích câc phương phâp kẹp chặt phôi trín ta thấy:

- Kết cấu kẹp bằng trọng lượng của khối kim loại đặc, kết cấu năy tuyđơn giản nhưng khi kẹp lại rung động va đập lín mây lớn

- Kết cấu kẹp bằng câc lò xo chịu nĩn, kết cấu năy khi kẹp ím, nhẹnhăng, ít rung động vă va đập mây nhưng nhược điểm lă kết cấu mây bị cồngkềnh, cần phải tăng lực tâc động ở cơ cấu thuỷ lực tâc động lín đầu dao

- Kẹp bằng hệ thống câc xilanh thuỷ lực tuy phức tạp nhưng hệ thống năy

có khả năng thay đổi lực kẹp dễ dăng khi chiều dăy tấm thĩp thay đổi

Vậy phương ân kẹp chặt phôi lă dùng hệ thống câc xy lanh thuỷ lựcKhi cắt thĩp, lực tâc dụng Pcắt của lưỡi dao trín vă lưỡi cắt dưới lệch nhau

do có khe hở Z giữa hai lưỡi cắt (hình 3.11), chính sự lệch nhau đê tạo nínmột momen quay M:

M = Pcắt l, thông thường l = ( 1.5  2) z

III – HỆ THỐNG CẤP PHÔI:

Trong lao động sản xuất, chúng ta có xu hướng sư dụng mây móc thay thếcon người ở những khđu lao động nặng nhọc nhờ văo việc cơ khí hoâ vă tựđộng hoâ Đó chính lă việc giải phóng sức lao động cho chính bản thđn mìnhbằng câch thay thế câc hoạt động thủ công của ta bằng hoạt động của mâymóc Hơn nữa khi người công nhđn trực tiếp đứng mây, có rất nhiều động tâclặp đi lặp lại mang tính nhăm chân dễ xảy ra tai nạn cho người công nhđn,

Từ câc yếu tố đó đặt ra vấn đề ta phải trang bị thím câc hệ thống cấp phôi tựđộng cho câc mây móc thiết bị phục vụ sản xuất

Trín thực tế nhiều mây cắt thĩp tấm sử dụng hiện nay chưa có một hệthống cấp phôi tự động mă chủ yếu nhờ sức lao động của người công nhđn.Công việc năy chủ yếu lă di chuyển tấm thĩp văo vùng cắt một câch chính xâc

vă liín tục, như vậy sẽ lăm tăng năng suất vă giảm nhẹ sức lao động cho côngnhđn

Để thực hiện công việc năy cũng có một số phương ân, ta có thể phđntích để đưa ra phương ân thích hợp nhất

1 Cấp phôi bằng hệ thống câc xilanh khí nĩn

a)Sơ đồ bố trí như sau:

2- Xy lanh cấp phôi 5- Dao trên 3- Xy lanh kẹp phôi 6- Dao dưới

6

51

b)Hoạt động :

Trình tự hoạt động của hệ thống cấp phôi tự động như sau:

Khi phôi thép tấm đã được đặt lên sàn các con lăn, piston 3 đi lên kẹpphôi lại Khi piston đã kẹp chặt thì xy lanh 2 đẩy cả hệ piston - xilanh 3 cùngtấm thép đi vào đến vị trí của lưỡi cắt

c)Ưu nhược điểm của cơ cấu này:

*Ưu điểm : - Cơ cấu dễ điều khiển nếu ta sử dụng nguồn điều khiển là khínén để tạo áp lực tác dụng lên piston

- Thiết bị kết cấu gọn, đơn giản

- Thiết bị điều khiển trong khí nén rẻ tiền

*Nhược điểm: - Chiều của hành trình piston đẩy phôi phải bằng chiều dài lớnnhất 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 khiđẩy dễ bị cong tấm thép

- Khi thiết kế khoảng cách giữa hai piston - xilanh kẹp cố địnhchiều rộng tấm thép khi cần cắt nhỏ hơn khoảng cách đó thìchỉ có 1 piston

- Xilanh kẹp chặt kẹp được thiếu lực và bị lệch khi đẩy

2.Hệ thống cấp phôi dùng băng tải:

a)Nguyên lý hoạt động:

Băng tải được bố trí phía trước bàn dao dưới, được dẫn động bởi động

cơ điện cấp phôi cho máy cắt Sự chuyển động của tấm thép nhờ vào ma sátgiữa bản thân nó với băng Vật liêu làm băng có thể là vải cao su hoặc làmbằng thép tấm mỏng

1 2

3

Hình 4.6- Sơ đồ cấp phôi bằng hệ thống băng tải

b)Đặc điểm :

Hệ thống lăm việc tương đối ím, năng suất cao tuy nhiín tấm thĩpluôn tiếp xúc trín mặt băng lăm cho băng chóng mòn Mặt khâc thiết bị cồngkềnh, khó điều khiển chính xâc phôi thĩp đến vị trí cần cắt.

3.Hệ thống cấp phôi dùng cặp con lăn:

2- Phôi 5- Dao trên 3- Con lăn dẫ n độ ng 6- Dao dư ới

4 3 2

1- Độ ng cơ điệ n 4- Con lăn bị độ ng 2- Hộ p giảm tố c 5- Tấ m thép 3- Con lăn dẫ n độ ng 6- Khớp nố i

5 4 3

2

1

HGT

6

Hình 4.8- Sơ đồ nguyín lý bộ phận cấp phôi

b)Chọn sơ bộ vận tốc của phôi :

Theo yíu cầu của cấp phôi tự động lă khi phôi đưa văo đến đủ chiều dăicần thiết thì chạm văo cử hănh trình, tâc động lín rơle điều khiển cắt nguồnđiện ở động cơ lăm quay con lăn để phôi không được tiếp tục cấp văo nữa.Nhưng do rôto của động cơ có tốc độ quay lớn nín khi nguồn điện bị cắt thì nóvẫn còn quay với vận tốc năo đó do quân tính của nó Vì vậy để giảm bớt lựcdịch phôi đi văo do quân tính quay ta chọn tốc độ cân phôi văo nhỏ, khoảng(0.1  0.3 ) m/s, chọn tốc độ cân phôi văo v = 0.3 m/s = 300 mm/s, vă chọnloại động cơ có bộ phận phanh điện từ gắn trín trục động cơ Khi nguồn điềukhiển động cơ cấp phôi bị cắt thì phanh điện từ lăm việc, nó giảm bớt đượcchuyển động quay do quân tính của rô to động cơ

IV-CƠ CẤU ĐỠ PHÔI:

Bộ phận đỡ sản phẩm lă bộ phận cuối cùng của mây, có nhiệm vụ nhậnsản phẩm để đưa đến bộ phận bốc xếp, đóng gói sản phẩm hoặc đưa sang khđusản xuất khâc Thông thường bộ phận năy lă một hệ thống băng tải được dẫnđộng riíng vă liín tục từ khi mây bắt đầu hoạt động Lợi dụng trọng lượng củasản phẩm, ta thiết kế một săn lăn nghiíng để tấm thĩp sau khi cắt sẽ tự chảyran ngoăi sau đó được vận chuyển đi

PHẦN V TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC VÀ KẾT CẤU MÁY

I-TÍNH TOÁN HỆ THỐNG THUỶ LỰC:

Truyền động thuỷ lực là một hệ thống truyền động dùng môi chất lỏng(các loại dầu ép) làm khâu trung gian để truyền Truyền động được thực hiệnbằng cách cung cấp cho dầu một năng lượng dưới dạng thế năng, sau đó biếnđổi thế năng của dầu thành động năng để thực hiện các chuyển động quayhoặc chuyển động tịnh tiến

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 chỉ mang tính lựa chọn, sao cho máy hoạt độngđúng yêu cầu thiết kế

So với các loại truyền động khác, truyền động thuỷ lực có nhiều ưu điểmhơn:

-Kết cấu nhỏ gọn

-Dễ đề phòng quá tải

-Truyền được công suất cao,lực lớn, cơ cấu đơn giản, độ tin cậy cao, ítchăm sóc và bảo dưỡng

-Hoạt động ít gây tiếng ồn

-Điều khiển vô cấp tốc độ, dễ dàng tự động hoá theo điều kiện làm việchoặc theo chương trình

* Hệ thống thuỷ lực tạo lực cắt là bộ phận quan trọng nhất trong máycắt, yêu cầu của việc tính toán động học và kết cấu phải đảm bảo cơ cấu phảitạo đủ lực cắt, làm việc đủ công suất

Nội dung thiết kế tính toán hệ thống thuỷ lực bao gồm các phần sau:

- Tính toán các thông số của xy lanh tạo lực cắt

-Tính toán các thông số của xy lanh kẹp chặt

-Tính các tổn thất về áp suất, lưu lượng trong hệ thống và chọn cácphần tử thuỷ lực

- Lựa chọn bơm dầu

II-TÍNH TOÁN XY LANH TẠO LỰC CẮT:

P 0,5 c

2

S - chiều dày vật liệu;S maî= 15mm

γ - góc nghiêng của dao; γ = 4ºThay các giá trị vào ta được:



2 max

4

450 75 , 0 15 5 , 0 2 , 1

Trong đó : Pxilanh : lực công tác cần thiết mà mỗi xy lanh phải tạo ra Với lực cắt thép tấm là rất lớn, ta sử dụng 2 Xy lanh thuỷ lực, do đó lựccần thiết ở mỗi xy lanh là:

Pxilanh = P2Trong đó P là lực cần thiết mà cả hệ Piston-Xilanh thuỷ lực phải tạo ra:

40723 2

2 4

2

mm F

P =651574 (N) < 20(MN) nên Vct =( 5100) mm/s,

Chọn Vc = 50 (mm/s)

Fpt : Tiết diện piston, Fpt = 40723( mm)

Do đó : Qxl = Fpt.Vc

F F

Q cán xlanh

+Đã tính được hành trình dịch chuyển của dao cắt H = 187 mm

Xác định sơ bộ chiều dài xilanh tạo lực cắt :

Trong quá trình cắt do chịu phản lực cắt nên vận tốc cắt thay đổi (lớn nhấtkhi quá trình cắt vừa kết thúc), gây va đập cho máy Vì vậy cần phải giảmchấn cho dao cắt Đối với hệ thống dùng xylanh thuỷ lực người ta giảm chấnbằng cách tạo một lớp dầu còn lại trong xilanh ở đầu hành trình cũng như cuốihành trình của piston, nhờ sự biến dạng đàn hồi của lớp dầu này sẽ không làmthay đổi đột ngột về lực cũng như vận tốc của cần piston

Chọn chiều dày của lớp dầu mà khi thiết kế xilanh để giảm chấn cho cơcấu là h1 và h2, trong đó h1 là độ dày của lớp dầu giảm chấn cho hành trìnhpiston đi lên , h2 là độ dày của lớp dầu giảm chấn cho hành tình piston đixuống Với h1 = 25 mm, h2= 25 mm

Do đó tổng chiều dài xilanh là :

L = H + h1 + h2 + cvới c: chiều dày piston Chọn c = 40 (mm)

L= 187 +25 + 25 + 40 = 277 (mm)

Suy ra : Q = 0,04 X 651574= 26062(N).

Vậy lực kẹp phôi cần thiết khi cắt là Q = 26062 (N)

Theo ở phần phân tích động học của cơ cấu kẹp chặt thì: Kết cấu kẹp gồm một

hệ thống xy lanh thuỷ lực gắn trên thân máy, chuyển động độc lập so với dao.Trên chiều dài bàn kẹp ta bố trí 10 xy lanh kẹp chặt, như vậy lực kẹp cần thiếtcủa mỗi xy lanh sẽ là:

P = Q/10 = 26062/10 = 2606 (N)Chọn áp suất làm việc của xy lanh: 30 3 ( 2)

mm

N bar

67 , 868 2 2

4

2

mm F

c)Đường kính cần của piston :

K = d K D D

d

.



 , chọn K = 0.35  d = 0,35 * 36 = 12,6 (mm), chọn d = 14(mm)

d)Lưu lượng làm việc của xilanh là :

Qxl = Fpt.Vk Trong đó : Vk : vận tốc vận tốc của bàn kẹp đi xuống

4.Tính các tổn thất trong hệ thống

a)Tổn thất áp suất trên hệ thống

Tổn thất áp suất là sự giảm áp suất do sức cản trên đường đi của dầu từbơm đến cơ cấu chấp hành (xi lanh thuỷ lực) Sức cản này chủ yếu được hìnhthành do chiều dài ống dẫn, sự thay đổi tiết diện ống dẫn, thay đổi hướngchuyển động cũng như sự thay đổi của vận tốc chuyển động và độ nhớt củadầu gây nên Vì vậy tổn thất áp suất có thể xảy ra ở nhiều bộ phận trong hệthống thuỷ lực

Nếu gọi p0 là áp suất mà bơm cung cấp vào hệ thống, p1 là áp suất đo tạibuồng công tác cuả cơ cấu chấp hành, thì tổn thất áp suất cúa hệ thống đựơcbiểu thị ở dạng hiệu suất  :

 =

0 0

1 0

p

p p

về hai dạng tổn thất chính:

- Tổn thất áp suất qua van

- Tổn thất áp suất trên ống dẫn

*Tổn thất áp suất qua van :(p1)

Bằng thực nghiệm người ta đã xác định được những khoảng giá trị tổnthất áp suất đối với từng loại van

Bảng 4-1

Khoá điều chỉnh 1,5 2 (KG/cm2)

Van đảo chiều 1,5 3 (KG/cm2)

Van điều áp 2,56 (KG/cm2)

Van tiết lưu 23,5 (KG/cm2)

Van tiết lưu điều chỉnh 36 (KG/cm2)

+ Tổn thất áp suất qua van đảo chiều :2(KG/cm2)

+ Tổn thất áp suất qua van an toàn : 2.5(KG/cm2)

+ Tổn thất áp suất qua van tiết lưu điêù chỉnh :4(KG/cm2)

+ Tổn thất áp suất qua van giảm áp : 3,5(KG/cm2)

Tổng tổn thất áp suất trong van sẽ là:

Giá trị tổn thất áp suất cục bộ được tính theo công thức sau:

p2 =10..2.g V2 (N/m2) Hay: p2 =10-4. 2.g V2 (KG/cm2)

Trong đó:  : khối lượng riêng của dầu (KG/m3)

g : gia tốc trọng trường g = 9,81(m/s2)

 : hệ số tổn thất cục bộ

Hệ số này trong từng bộ phận của hệ thống thuỷ lực thường được xácđịnh bằng thực nghiệm Nó phụ thuộc vào trị số Re, vào nhiệt độ, vận tốc,hướng chuyển động của dòng dầu và hình dáng tiết diện tại nơi gây ra tổn thất

Để đơn giản trong quá trình thiết kế, có thể lấy giá trị tổn thất áp suất cục bộtrong ống dẫn theo công thức sau đây :

p2 = 0,05.pct

trong đó: pct : là áp suất của cơ cấu chấp hành pct = p1 = 80 (KG/cm2).

Vậy : p2 = 0,05.80 = 4 (KG/cm2) = 4 ( bar)

Tổng tổn thất áp suất trong hệ thống: p = 12 + 4 =16 (KG/cm2)= 16(bar)

b)Tổn thất thể tích trên hệ thống

Dạng tổn thất thể tích trong hệ thống thuỷ lực chủ yếu do dầu chảy quacác khe hở gây ra Nếu áp suất càng lớn, vận tốc càng nhỏ, độ nhớt càng nhỏthì tổn thất thể tích là đáng kể Trong các yếu tố ảnh hưởng trên thì áp suất của

hệ thống là yếu tố quyết định đến giá trị tổn thất thể tích

Tổn thất thể tích xảy ra ở mọi bộ phận trong hệ thống, chủ yếu là ở các cơcấu biến đổi năng lượng như: bơm dầu, động cơ dầu, xy lanh truyền lực Ước tính tổn thất thể tích trong hệ thống dầu ép theo công thức sau:

 

q tt   p q tt Trong đó :  : Trị số tổn thất thể tích ( cm3/s)

p: Tổn thất áp suất trên hệ thống

p = p1 + p2 +p3 + p4+.p5 + p6

Trong đó : p1 : 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 = 4bar

p4 : Tổn thất áp suất của van đảo chiều, p4 = 2 bar

p5 : Tổn thất áp suất của van 1 chiều, p5 = 1.5 bar

p6 : Tổn thất áp suất trên đường ống dẫn dầu, p6 = 4.35 bar

Và    1   2   3

Trong đó : 1: Trị số tổn thất thể tích đối với bơm : 0,6.10-6 (cm3/s)

 2: Trị số tổn thất thể tích đối với van đảo chiều : 0,025.10-6(cm3/s)

 3: Trị số tổn thất thể tích đối với xilanh : 0,015 (cm3/s)

/ ( 10

* 144 ,

10 6l ph q tt  l ph

5.Tính toán lựa chọn các thông số của bơm.

a)Công suất cần thiết của động cơ điện làm quay bơm dầu là :

Nct = NVới   0 , 6  0 , 85 :Hiệu suất của bơm dầu, chọn   0 , 8

) ( 327 , 38 ) ( 38327 85

, 0

32578

KW W



Do vậy cần phải chọn động cơ dùng để quay bơm dầu thích hợp vừađảm bảo đủ công suất cho yêu cầu của quá trình cắt vừa phải có tính năng làmviệc phù hợp với yêu cầu truyền động cho bơm, phù hợp với môi trường bênngoài, vận hành được an toàn và ổn định Hơn nữa chọn công suất động cơphải phù hợp để đảm bảo tính kinh tế, hạ giá thành của sản phẩm, tăng hiệusuất của động cơ và kết cấu không cồng kềnh.

Từ những yêu cầu cần thiết đặt ra ta cần chọn động cơ có công suất Nđc

b)Chọn bơm dầu cho hệ thống

Như đã tính, lưu lượng cần thiết cho 1 xylanh khi làm việc là Qxl = 122,2lít/phút, nhưng trong sơ đồ thuỷ lực ta phân tích thì cần thiết phải dùng 2xilanh,

Áp suất cần thiết của xy lanh là p xl= 80 ( bar)

Tổn thất áp suất của hệ thống là: p = 16 (bar)

Do vậy, áp suất cần thiết bơm phải cung cấp : p b = 80 +16 = 96 ( bar)

Vậy ta phải so sánh chọn loại bơm hợp lý đảm bảo lưu lượng và áp suất yêucầu

Trong hệ thống dầu ép thường chỉ dùng loại bơm thể tích, tức là loại thựchiện việc biến đổi năng lượng bằng cách thay đổi thể tích các buồng làm việc:khi thể tích buồng làm việc tăng, bơm hút dầu, thực hiện chu kỳ hút; và khi thểtích buồng làm việc giảm, bơm đẩy dầu ra thực hiện chu kỳ nén Nếu trênđường dầu bị đẩy ra ta đặt một vật cản, dầu bị chặn sẽ tạo nên một áp suấtnhất định phụ thuộc vào độ lớn của sức cản và kết cấu của bơm

Tuỳ thuộc vào lượng dầu do bơm đẩy ra trong một chu kỳ làm việc, ta cóthể phân biệt được 2 loại bơm thể tích: bơm có lưu lượng cố định và bơm cólưu lượng có thể điều chỉnh được

Về mặt kết cấu, bơm thể tích ( cả bơm cố định và bơm điều chỉnh ) có thểphân ra các loại chính như: bơm bánh răng, bơm cánh gạt và bơm piston Mỗiloại kết cấu bơm đều có những ưu nhược điểm riêng, do vậy ta phải phân tíchlựa chọn loại bơm có hiệu quả kinh tế và đơn giản về kết cấu nhất đồng thờilàm việc phải đáp ứng được với yêu cầu cần thiết mà bơm phải tạo ra

Sau khi phđn tích lựa chọn ta xâc định sử dụng loại bơm cânh gạt kĩp loại

có âp suất 100 bar, lưu lượng tạo ra lă 300 (l/ph), vì loại năy được sử dụngcũng khâ rộng rêi do có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo cho được âp suất vă lưulượng lớn, đâp ứng được yíu cầu đặt ra

Buồng đẩy

Buồng hút

Hình 5.2 - Sơ đồ nguyín lý bơm cânh gạt kĩp

*Nguyín tắc hoạt động:

Động cơ điện dẫn động rôto quay, câc cânh gạt chuyển động tự do trongcâc rênh hướng kính của rôto Khi rôto quay, dưới tâc dụng của lực ly tđm văcủa âp suất buồng nĩn dẫn văo câc rênh ở phía dưới câc cânh gạt, lăm cho câccânh gạt luôn tỳ sât văo biín dạng của stato Biín dạng của stato có thể lăđường elip, acsimet hoặc tổ hợp câc cung tròn Do đó khi rôto quay 1 vòng ,thể tích câc buồng giữa câc cânh gạt có hai lần tăng vă hai lần giảm Nếu nhưrôto quay theo chiều kim đồng hồ thì buồng A vă buồng B ở đối diện với nó

có thể tích tăng , thực hiện hút dầu Trong khi đó buồng thể tich buồng C vă

D thì giảm nín thực hiện quâ trình nĩn Hai buồng hút vă hai buồng đẩy đặtcâch nhau 180 độ, do đó câc lực được cđn bằng, giảm tải cho ổ trục

6.Xâc định tiết diện ống dẫn dầu:

Ống dẫn cần phải đảm bảo độ bền vă tổn thất âp suất nhỏ nhất Để giảmtổn thất âp suất câc ống dẫn căng ngắn căng tốt, ít bị uốn cong để trânh sự biếndạng của tiết diện vă sự thay đổi hướng của dầu

Để chọn đường kính đường ống, ta xuất phât từ phương trình lưulượng:

v d Q

300 6 ,

theo tiêu chuẩn chọn đường kính ống đẩy = 38 mm

7.Phân tích chọn loại dầu trong hệ thống

Hệ thống làm việc trong với vận tốc, áp suất và nhiệt độ khá lớn Trongđiều kiện như thế, để đảm bảo cho các cơ cấu làm việc được bình thường thìdầu dùng trong hệ thống phải thoả mãn các yêu cầu sau:

+ Phải có tính bôi trơn tốt để đảm nhiệm chức năng bôi trơn các chi tiếtmáy mà nó chảy qua

+ Có chỉ số độ nhớt cao, tức là ít thay đổi theo nhiệt độ

+ Phải có tính trung hoà đối với tất cả những vật liệu mà nó tiếp xúc,không gây han rỉ đối với kim loại, không gây hư hỏng đối với các chất sơn,chât nhựa, chất dẻo,

+ Có độ nhớt thích hợp với điều kiện che chắn và khe hở của các chitiết di trượt nhằm đảm bảo độ dò dầu bé nhất, cũng như tổn thất ma sát ít nhất

+ Dầu cần phải ít sủi bọt, ít bốc hơi khi làm việc, ít hoà tan nước, cómođun đàn hồi tỷ nhiệt lớn, dẫn nhiệt tốt, khối lượng riêng nhỏ

Trong những yêu cầu trên, thì dầu khoáng chất hầu như thoả mãn đượcđầy đủ nhất, hiện tại người ta đã chế tạo rất nhiều loại dầu khoáng chất khácnhau cho hệ thống truyền động bằng dầu ép

Đối với hệ thống dầu ép mà ta sử dụng có áp suất cao 100 bar, yêu cầu độ

rò dầu thấp, làm việc liên tục trong điều kiện khắc nghiệt, vì vậy ta sử dụngloại dầu có độ nhớt 60.10-6 m2/s, tức dầu công nghiệp 60 ( hay D = 60 cst ) cókhối lượng riêng từ ( 890930 ) kg/ m3

8.Chọn các phần tử thuỷ lực khác:

a)Van tràn :

+Sơ đồ kết cấu: