Thiết kế máy cắt thép tấm tự động + bản vẽ

Hơn nữa, một sốphương pháp tạo phôi như cán, kéo, cắt...kim loại là không thể thiếu góp phần tạo racác sản phẩm, vật dụng cho các ngành công nghiệp khác như: Công nghiệp hàngkhông, công

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển của khoa học nói chung và ngành cơ khí nói riêng Đòihỏi người cán bộ kỹ thuật phải nắm vững kiến thức cơ bản tương đối rộng Đồng thờiphải biết vận dụng kiến thức đó để giải quyết những vấn đề cụ thể thường gặp trongthực tế sản xuất, trong kĩ thuật cũng như trong đời sống hằng ngày

Đồ án tốt nghiệp với mục đích giúp sinh viên hệ thống lại những kiến thức cơ bản đãhọc trước lúc ra trường, đồng thời phát huy khả năng tư duy, sáng tạo của mỗi sinhviên khi đứng trướt một vấn đề thực tế trong kĩ thuật Cùng với sự phát triển của thờiđại công nghiệp hóa, hiện đại hóa của ngành cơ khí, thì nhu cầu sản xuất phải sửdụng máy móc độ chính xác cao, phải giảm sức lao động của con người, tăng năngsuất lao động Nhằm đáp ứng nhu cầu đó, em đã nhận đề tài tốt nghiệp: "THIẾT KẾMÁY CẮT THÉP TẤM TỰ ĐỘNG" với các nội dung sau:

Chương 1: Tổng quan về nhu cầu sử dụng thép tấm trong công nghiệp

Chương 2: Cơ sở lý thuyết về cắt kim loại

Chương 3: Phân tích lựa chọn phương pháp cắt thép

Chương 4: Phân tích lựa chọn phương án và tính toán động học máy

Chương 5: Tính toán động lực học và kết cấu máy

Chương 6: Quy trình công nghệ gia công chi tiết trục

Chương 7: Thiết kế hệ thống điều khiển sử dụng PLC

Chương 8: An toàn và vận hành máy

Đề tài được hoàn thành với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn TrầnNgọc Hải Vì là một vấn đề tương đối lớn, mới của người sinh viên, không tránhkhỏi những thiếu sót Em rất mong sự góp ý chỉ bảo của thầy cô

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn và các thầy cô trong khoa

MỤC LỤC Trang

LỜI NÓI ĐẦU: 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHU CẦU SỬ DỤNG THÉP TẤM TRONG CÔNG NGHIỆP 4

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CẮT THÉP TẤM 7

2.1 LÝ THUYẾT BIẾN DẠNG DẺO KIM LOẠI 7

2.1.1 Biến dạng đàn hồi 8

2.1.2 Biến dạng dẻo kim loại 9

2.1.3 Phá huỷ 10

2.2 NHỮNG NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN BIẾN DẠNG DẺO KIM LOẠI 11

2.2.1 Ảnh hưởng của thành phần hoá học và tổ chức kim loại 11

2.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ 11

2.2.3 Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính 11

2.2.4 Ảnh hưởng của ứng suất dư 12

2.2.5 Ảnh hưởng của ma sát ngoài 12

2.2.6 Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng 12

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP CẮT THÉP 13

3.1 PHƯƠNG PHÁP THỦ CÔNG 13

3.2 CẮT BẰNG HỒ QUANG ĐIỆN HOẶC NGỌN LỬA KHÍ 13

3.3 CẮT BẰNG CHÙM TIA LASER 14

3.4 CẮT BẰNG CHÙM TIA PLASMA 15

3.5 PHƯƠNG PHÁP CẮT THÉP TẤM BẰNG ÁP LỰC LƯỠI CẮT 16

3.5.1 Máy cắt dao thẳng song song 18

3.5.2 Máy cắt bằng lưỡi dao đĩa 19

3.5.3 Máy cắt kiểu chấn động 21

3.5.4 Máy cắt thép tấm dao nghiêng 21

3.5.5 Kết luận 22

CHƯƠNG4: PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN VÀ TÍNH TOÁN

ĐỘNG HỌC MÁY 24

4.1 GỚI THIỆU CHUNG 24

4.1.1 Sơ đồ nguyên lý toàn máy 24

4.1.2 Nguyên lý hoạt động toàn máy 25

4.2 PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN, SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MÁY 25

4.2.1 Một số phương án khả thi, ưu và nhược điểm 25

4.2.2 Sơ đồ nguyên lý máy và nguyên tắc làm việc 27

4.2.3 Xác định các thông số máy 28

4.2.4 Xác định vận tốc và thời gian cắt của đầu dao trên 28

4.3 THIẾT KẾ TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC TOÀN MÁY 29

4.3.1 Thiết kế động học cho bộ phận cấp phôi tự động 29

4.3.2 Thiết kế động học cho bộ phận kẹp phôi 33

4.3.3 Thiết kế động học cho bộ phận đỡ sản phẩm 36

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC VÀ KẾT CẤU MÁY 37

5.1 TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC VÀ KẾT CẤU CHO BỘ PHẬN KẸP PHÔI 37

5.1.1.Tính toán lực kẹp phôi 37

5.1.2 Tính toán các thông số của bộ phận kẹp phôi 39

5.2 TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC VÀ KẾT CẤU CHO BỘ PHẬN CẮT 43

5.2.1 Tính toán xilanh thuỷ lực cho bộ phận tạo lực cắt 43

5.2.2 Tính toán các thông số của lưỡi dao và bàn trượt gá dao 62

5.3 TÍNH TOÁN BỘ PHẬN CẤP PHÔI 65

5.3.1 Sơ đồ nguyên lý, nguyên lý hoạt động của bộ phận cấp phôi 65

5.3.2 Tính lực kéo phôi của tang dẫn động 66

5.3.3 Chọn động cơ và tính toán hộp giảm tốc 66

5.3.4 Phân tích chuổi kích thước 81

5.4 TÍNH TOÁN BỘ PHẬN ĐỠ SẢN PHẨM 85

5.4.1 Sơ đồ nguyên lý, nguyên lý hoạt động của bộ phận đỡ sản phẩm 85

5.4.2 Tính lực kéo của tang dẫn động 86

5.4.3 Chọn động cơ và tính toán hộp giảm tốc 87

CHƯƠNG 6: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT TRỤC .88 6.1 PHÂN TÍCH CHI TIẾT GIA CÔNG 88

6.1.1 Điều kiện kĩ thuật 88

6.1.2 Vật liệu và phương pháp tạo phôi 88

6.1.3 Tính công nghệ trong kết cấu 88

6.2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT TRỤC 88

6.3 TÍNH LƯƠNG DƯ GIA CÔNG MẶT TRỤ 0 , 015 002 , 0 20    91

6.4 TÍNH CHẾ ĐỘ CẮT MẮT TRỤ 0 , 015 002 , 0 20    92

CHƯƠNG 7: THUYẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG PLC 97

7.1.Giới thiệu về điều khiển tự động bằng PLC 97

7.2 Phân tích và chọn phương án điều khiển 100

7.3 Chương trình điều khiển bằng PLC 104

CHƯƠNG 8 : AN TOÀN VÀ VẬN HÀNH MÁY 106

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ NHU CẦU SỬ DỤNG THÉP TẤM

TRONG CÔNG NGHIỆP

Ngày nay khi nhu cầu về đời sống của con người càng được nâng cao thì nềnkinh tế cần phải kịp thời đáp ứng đầy đủ những nhu cầu đó Trong đó ngành côngnghiệp, mà đặc biệt là công nghiệp cơ khí nắm vai trò chủ yếu trong việc tạo ra sảnphẩm Ở một khía cạnh khác, thì ngành công nghiệp tạo phôi lại đóng một vai tròchủ chốt, là khâu cơ bản đầu tiên trong quy trình sản xuất cơ khí Hơn nữa, một sốphương pháp tạo phôi như cán, kéo, cắt kim loại là không thể thiếu góp phần tạo racác sản phẩm, vật dụng cho các ngành công nghiệp khác như: Công nghiệp hàngkhông, công nghiệp điện, công nghiệp ôtô, đóng tàu thuyền, xây dựng, nông nghiệp Thép tấm hầu như được sử dung rất nhiều trong các nghành công nghiệp kể trên.Thép tấm được tạo thành từ quá trình cán kim loại, kim loại bị biến dạng giữa 2 trụccán quay ngược chiều nhau, có khe hở giữa 2 trục cán nhỏ hơn chiều dày của phôiban đầu Kết quả làm chiều dày phôi giảm, chiều dài và chiều rộng tăng lên, tạothành dạng tấm hay ta còn gọi là thép tấm

Cán thép tấm có thể tiến hành ở trạng thái nóng hoặc trạng thái nguội, ở mỗi loại

nó có các ưu điểm và nhược điểm khác nhau Cán ở trạng thái nóng cho ta những sảnphẩm có độ dày từ 1,5mm đến 60mm, còn ở trạng thái nguội cho ra sản phẩm mỏng

và cực mỏng độ dày từ 0,007mm đến 1,25mm Các sản phẩm thép tấm được phânloại theo độ dày của tấm thép:

- Trong nghành điện: Thép tấm được dùng để tạo ra các sản phẩm như là thép

trong stato của máy bơm nước hay quạt điện, thép tấm được dùng làm các cánh quạt

cỡ lớn, các thép tấm mỏng dùng làm các lá thép để ghép lại trong các chấn lưu đèn

ống, máy biến thế, trong lĩnh vực điện chiếu sáng nó được dùng làm các cột điệnđường

Các lá thép

Hình 1.1 Sản phẩm thép tấm trong nghành điện

- Trong xây dựng: các thép hình cỡ lớn trong các dầm cầu được tạo thành từ các

tấm thép tấm dày cắt nhỏ, hay thép tấm được dùng để liên kết với nhau có thể bằngmối hàn, bulông hoặc đinh tán để tạo nên các kết cấu thép bền vững Rỏ rang nhấtthép tấm được sử dụng làm tấm lợp…

Hình 1.2 Sản phẩm thép tấm trong xây dựng

- Trong nghành cơ khí: Thép tấm được sử dụng trong các thân máy của các máy

cắt kim loại, vỏ hộp giảm tốc bằng kết cấu hàn, khung, sườn xe, máy,

Đường ống thủy điện Vỏ máy ép bemco.

được sử dung làm khung, sườn, gầm ôtô, lót sàn ôtô, che kín thùng xe, và các bộphận che chắn khác.

- Trong chế biến thực phẩm: Thép tấm được sử dung rộng rãi không kém, nó được dùng để chế tạo các thùng chứa, bể chứa, hộp đóng gói, - Trong các nghành nghề khác: Thép tấm dùng để chế tạo ra các thùng đồ dùng dân dụng phục

vụ đời sống hay trong nghành hàng không thép tấm được dùng để che chắn, làm cửamáy bay, nắp đậy thân máy bay, tên

Hình 1.4 Vỏ ôtô được làm từ thép tấm

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CẮT KIM LOẠI

Cắt kim loại lă phương phâp gia công bằng âp lực bằng câch dùng ngoại lực tâcdụng lín kim loại ở trạng thâi nóng hoặc nguội, lăm cho kim loại đạt quâ giới hạnđăn hồi, kết quả lăm thay đổi hình dạng của vật thể kim loại mă không phâ huỷ tínhliín tục vă độ bền của chúng Cắt kim loại lă chia phôi ra thănh tấm, dải, mảnh theobiín dạng đê được định sẵn Quâ trình cắt xảy ra từ biến dạng đăn hồi khi có lực tâcdụng, sau đó biến dạng dẻo cùng với sự tăng lực tâc dụng vă câc vết nứt xuất hiện văgặp nhau theo hướng cắt vă tâch rời tấm phôi

2.1 LÝ THUYẾT BIẾN DẠNG DẺO KIM LOẠI

Dưới tâc dụng của ngoại lực, kim loại biến dạng theo câc giai đoạn sau: Biếndạng đăn hồi, biến đạng dẻo vă phâ huỷ

Tuỳ theo cấu trúc tinh thể của mỗi kim loại, câc giai đoạn trín có thể xảy ra ởcâc mức độ khâc nhau dưới tâc dụng của ngoại lực vă tải trọng

Biểu đồ biến dạng khi thí nghiệm kĩo đứt kim loại như sau:

Hình 2.1.

Biểu đồ quan hệ giữa lực kĩo P vă độ biến dạng dăi tuyệt đối l.

Khi tải trọng tâc dụng nhỏ hơn Pđh thì độ biến dạng tăng theo đường bậc nhất,đđy lă giai đoạn biến dạng đăn hồi: Biến dạng sẽ bị mất đi nếu ta bỏ tải trọng tâcdụng

Khi tải trọng tăng từ Pđh → Pđ thì độ biến dạng tăng với tốc độ nhanh, đđy lă giaiđoạn biến dạng dẻo, kim loại sẽ bị biến đổi hình dạng vă kích thướt sau khi bỏ tảitrọng tâc dụng lín nó

Khi tải trọng đạt đến giâ trị lớn nhất Pđ thì trong kim loại bắt đầu xuất hiện vếtnứt, tại đó ứng suất tăng nhanh vă kích thướt vết nứt tăng lín, cuối cùng kim loại bịphâ huỷ Đó lă giai đoạn phâ huỷ: Tinh thể kim loại bị đứt rời

Độ biế n dạ ng

P

P P

đh đ

Tải

2.1.1 Biến dạng đàn hồi

Dưới tác dụng của ngoại lực hay cắt kim loại bằng áp lực, mạng tinh thể bị biếndạng Khi lực tác dụng nhỏ, ứng suất sinh ra trong kim loại chưa vượt quá giới hạnđàn hồi, các nguyên tử kim loại dịch chuyển không quá một thông số mạng, nếu thôitác dụng lực thì mạng tinh thể lại trở về trạng thái ban đầu

Khi chịu tải, vật liệu sinh ra một phản lực cân bằng với ngoại lực, ứng suất làphản lực tính trên một đơn vị diện tích Ứng suất vuông góc với mặt chịu lực gọi làứng suất pháp , gây biến dạng  Ứng suất tiếp  sinh ra xê dịch góc  Ứng suấtpháp 3 chiều (ứng suất khối) làm biến dạng thể tích

v

v



Biến dạng đàn hồi có thể do ứng suất pháp hoặc do ứng suất tiếp sinh ra như sơ

G : modun đàn hồi trượt

Và P = - k.v v (đối với ép 3 chiều ) ( 2.3 )





E

( 2.5 )Vậy biến dạng đàn hồi của kim loại có nghĩa là các nguyên tử trong mạng tinhthể tác động qua lại với nhau bằng lực hút và lực đẩy Nếu lực tác dụng chưa đủ để

sinh ra ứng suất vượt quá giới hạn đàn hồi của vật liệu thì kim loại trở lại trạng tháicân bằng, hay ở giai đoạn này quá trình cắt kim loại chưa xảy ra.

2.1.2 Biến dạng dẻo

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

Hình 2.3 Sơ đồ biến dạng trong đơn tinh thể

Theo hình thức trượt, một phần đơn tinh thể dịch chuyển song song với phần cònlại 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 đến một vị trímới đối xứng với phần còn lại qua một mặt phẳng gọi là mặt song tinh Các nguyên

tử kim loại trên mỗi mặt di chuyển một khoảng tỷ lệ với khoảng cách đến mặt songtinh

Các lý thuyết và thực nghiệm cho thấy trượt là hình thức chủ yếu gây ra biếndạng dẻo trong kim loại khi lực tác dụng lên nó sinh ra ứng suất lớn hơn giới hạn đànhồi nhưng chưa vượt ứng suất phá huỷ hay ứng suất giới hạn bền của vật liệu Cácmặt trượt là các mặt phẳng có mật độ nguyên tử cao nhất Biến dạng dẽo do songtinh gây ra rất bé nhưng khi có song tinh, trượt xẩy ra thuận lợi hơn

Biến dạng dẽo của đa tinh thể: Kim loại và hợp kim là tập hợp của nhiều đơntinh thể, cấu trúc của chúng được gọi là cấu trúc đa tinh thể Ở đây biến dạng dẽo cóhai dạng: biến dạng trong nội bộ hạt và biến dạng ở vùng biên giới hạt Sự biến dạngtrong nội bộ hạt do trượt và song tinh Đầu tiên sự trượt xẩy ra ở các hạt có mặt trượttạo với hướng của ứng suất chính một góc bằng hoặc xấp xỉ 450, sau dó mới đến cácmặt khác Như vậy biến dạng dẽo trong kim loại đa tinh thể xẩy ra không đồng thời

và không đều Dưới tác dụng của ngoại lực, biên giới hạt của các tinh thể cũng bịbiến dạng, khi đó các hạt trượt và quay tương đối nhau Do sự trượt và quay của các

hạt, trong các hạt lại xuất hiện các mặt trượt thuận lợi mới, giúp cho biến dạng trongkim loại tiếp tục phát triển.

Đây là giai đoạn thứ hai của quá trình cắt kim loại, giai đoạn này xảy ra trướcquá 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 không đều, ma sátngoài, vv nên làm cho bên trong kim loại sinh ra ứng suất dư, ngay cả sau khi thôitác dụng ứng suất dư vẫn còn tồn tại

2.1.1.3 Phá hủy

Quá trình biến dạng tăng dần với một mứt độ nào đó kim loại sẽ bị phá huỷ, đây

là dạng hỏng nghiêm trọng và không thể phục hồi được

Cơ chế của quá trình phá huỷ: đầu tiên hình thành và phát triển các vết nứt từkích thướt siêu vi mô đến vi mô, đến vĩ mô (bị phá huỷ)

a Phá huỷ trong điều kiện tải trọng tĩnh

+ Phá huỷ dẻo: Là phá huỷ có kèm theo sự biến dạng dẻo với mứt độ tương đốiPhá huỷ dẻo xảy ra với tốc độ nhỏ và cần nhiều năng lượng nên ít nguy hiểm Điềukiện cần thiết cho phá huỷ dẻo xảy ra là biến dạng dẻo và trạng thái ứng suất kéo bachiều trong vùng co thắt cục bộ

+ Phá huỷ giòn: Hầu như không có biến dạng dẻo vĩ mô kèm theo, xảy ra tứcthời nên khá nguy hiểm Bề ngoài mặt khi phá huỷ thường vuông góc với ứng suấtpháp lớn nhất nhưng bề mặt vi mô thì có thể là theo các mặt phẳng tinh thể xác định(mặt vỏ giòn) ở bên trong mỗi hạt

+ Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phá huỷ là: nhiệt đô, tốc độ biến dạng và sự tậptrung ứng suất

Ứng suất cần thiết để phát triển vết nứt:

C : Kích thước đặc trưng của vết nứt ban đầu

b Phá huỷ trong điều kiện tải trọng thay đổi theo chu kỳ (phá huỷ mỏi)

Cơ chế của phá huỷ mỏi cũng xảy ra bằng cách tạo thành và phát triển vết nứt

Sự phá huỷ mỏi phụ thuộc vào yếu tố: ứng suất tác động, số chu kỳ tác động của tảitrọng, yếu tố tập trung ứng suất

c Phá huỷ ở nhiệt độ cao

Sự tạo nên vết nứt có thể theo cơ chế sau: các hạt trượt lên nhau theo biên giớihạt, có tập trung ứng suất tạo nên vết nứt Thực chất quá trình biến dạng dẻo của kimloại nó ảnh hưởng lớn đến lực cắt do vậy ta nguyên cứu các nhân tố ảnh hưởng đếnnó

2.2 NHỮNG NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN BIẾN DẠNG DẺO KIM LOẠI

Tính dẻo của kim loại là khả năng biến dạng dẻo của kim loại dưới tác dụng củangoại lực mà không bị phá huỷ Tính dẻo của kim loại phụ thuộc vào rất nhiều nhân

tố khác nhau: Thành phần và tổ chức của kim loại, nhiệt độ, trạng thái ứng suấtchính, ứng suất dư, ma sát ngoài, lực quán tính, tốc độ biến dạng,

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

Các kim loại khác nhau có kiểu mạng tinh thể khác nhau, lực liên kết giữa cácnguyên tử khác nhau, do đó tính dẻo của chúng cũng khác nhau, chẳng hạn đồng,nhôm dẻo hơn sắt Đối với hợp kim, kiểu mạng thường phức tạp, xô lệch mạng lớn,một số nguyên tố tạo các hạt cứng trong tổ chức, cản trở sự biến dạng do đó tính dẻogiảm Thông thường kim loại sạch và hợp kim có cấu trúc một pha dẻo hơn hợp kim

có cấu trúc nhiều pha Các tạp chất thường tập trung ở biên giới hạt, làm tăng xô lệchmạng cũng làm giảm tính dẻo của kim loại

2.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ, hầu hết các kim loại khităng nhiệt độ thì tính dẻo tăng Khi tăng nhiệt độ, dao động nhiệt của các nguyên tửtăng, đồng thời xô lệch mạng giảm, khả năng khuếch tán của các nguyên tử tăng làmcho tổ chức đồng đều hơn Một số kim loại và hợp kim ở nhiệt độ thường tồn tại ởpha kém dẻo, khi ở nhiệt độ cao chuyển biến thì hình thành pha có độ dẻo cao

2.2.3 Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính

Trạng thâi ứng suất chính cũng ảnh hưởng đâng kể đến tính dẻo của kim loại Qua thực nghiệm người ta thấy rằng kim loại chịu ứng suất nĩn khối có tính dẻo cao hơn khi chịu ứng suất nĩn mặt, nĩn đường hoặc chịu ứng suất kĩo.Ứng suất chính lă ứng suất phâp tuyến sinh ra bín trong vật thể khi có ngoại lực tâc dụng.

Trong gia công âp lực thường gặp trạng thâi ứng suất khối

+ Trạng thâi ứng suất khối : max =

2

min max  σ

Nếu  1   2   3 thì =0 nghĩa lă không gđy ra biến dạng

- Điều kiện để kim loại biến dạng dẻo bị phâ huỷ: max  giới hạn

+ Khi kim loại chịu trạng thâi ứng suất đường thì điều kiện biến dạng dẻo lă:

2.2.4 Ảnh hưởng của ứng suất dư

Sự tồn tại của ứng suất dư bín trong kim loại sẽ lăm cho tính dẻo của kim loạigiảm Nếu ứng suất dư lớn có thể lăm cho vật biến dạng hoặc phâ huỷ

2.2.5 Ảnh hưởng của ma sât ngoăi

Ma sât ngoăi lăm thay đổi hình thức tâc dụng lực, do đó lăm thay đổi trạng thâiứng suất chính của vật thể Ngoăi ra ma sât ngoăi còn cản trở biến dạng tự do của vậtthể, lăm cho vật thể biến dạng không đồng đều, tăng lực vă công biến dạng, cản trở

sự biến dạng hay cắt đứt của kim loại dưới tâc dụng của lực cắt thĩp

2.2.6 Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng

Tăng tốc độ biến dạng sẽ lăm giảm tính dẻo của kim loại Ngoăi ra, tốc độ biếndạng tăng còn lăm sinh nhiệt nhiều, hiệu ứng nhiệt còn lăm kim loại đạt đến nhiệt độ

mă tại đó tính dẻo thấp hoặc do hiệu ứng nhiệt mă nhiệt độ của kim loại tăng dần línlăm cho kim loại chuyển từ vùng giòn sang vùng dẻo, điều năy cũng ảnh hưởng đếntốc độ tâc dụng lực để cắt thĩp, đó lă chu kỳ cắt hay cũng chính lă năng suất cắt thĩp

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

dễ dàng bị đứt rời ra khỏi tấm cắt

CHƯƠNG 3:

PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP CẮT THÉP

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 lổ), cắt bằngmáy cắt thép tấm, Tùy theo hình dạng, kích thước vật liệu cũng như qui mô sảnsuất mà ta có thể 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

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

3.2 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 đốt cháykhí cháy trong dòng oxy để nung kim loại tạo thành các oxit và thổi chúng ra khỏimép cắt tạo thành rãnh cắt

2 1

Hình3.1 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 liệttạo thành oxit Sản phẩm cháy bị nung chảy và được dòng oxy thổi khỏi mép cắt, tiếptheo do phản ứng cháy của kim loại toả nhiệt mạnh, lớp kim loại tiếp theo bị nungnóng nhanh và tiếp tục bị đốt cháy tạo thành rãnh cắt

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

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

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

+ Nhiệt toả ra khi kim loại cháy phải đủ lớn để nung mép cắt tốt đảm 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 đếnmép 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, nhiệt cháyđạt tới 70% lượng nhiệt cần để nung nóng nên rất thuận lợi khi cắt bằng khí Thépcacbon cao do nhiệt độ chảy thấp nên khó cắt hơn, khi cắt thường nung nóng trướctới 300°- 600°C Thép hợp kim crôm hoặc hợp kim niken do khi cháy tạo thành oxitcrôm nhiệt độ chảy tới 2000°C phải dùng thuốc cắt mới cắt được , mặt khác để đảmbảo chất lượng phôi, nâng cao năng suất và hạ giá thành cắt cần phải chọn các chế độcắt hợp lý khác nhau như áp suất khí cắt, lượng tiêu hao khí cắt, tốc độ cắt, khoảngcách cần khống chế từ mỏ cắt tới vật cắt do đó việc dùng phương pháp này để cắtthép tấm không mang lại hiệu quả kinh tế cao cũng như năng suất thấp, khó chuyểnsang tự động hoá

tiếp xúc bề mặt rất cao làm vật liệu (5) nóng chảy và bốc hơi tạo thành rãnh cắt hoặc

Hình 3.2 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 cógiá thành cao

3.4 CẮT BẰNG CHÙM TIA PLASMA

Để tạo nên dòng các ion người ta sử dụng sự phóng điện với khoảng cách lớngiữa hai điện cực Hồ quang sẽ cháy trong một rảnh trụ kín cách điện với điện cực vàđầu mỏ phun , đồng thời nó được làm nguội mảnh liệt và bị ép bởi áp lực của dòngkhí nén (khí trơ) Nhờ có hệ thống như vậy mà nhiệt độ có thể tăng lên 10.00020.000oC

Hình 3.3 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 3.4 Sơ đồ cắt bằng plasma trong thực tế.

3.5 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 3.5a) Ứng suấttập trung làm phát sinh dòng chảy kim loại tạo thành vùng kim loại bị chèn ép bao

quanh 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 3.5 Các giai đoạn của quá trình cắt.

+ Giai đoạn 2: Lực cắt tăng lên bắt đầu có sự dịch chuyển tương đối giữa phầnnày với phần kia của tấm (hình 3.5b) Ở giai đoạn này tạo ra bề mặt nhẵn sáng bóng

và được 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 3.4c) 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 chiềudày tấm h tại thời điểm bắt đầu phá hủy, các vết nứt vở xuất phát từ các mép làmviệc của lưỡi dao trên và dưới có thể song song với nhau (hình 3.6a) hoặc gặp nhau(hình 3.6b) 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





a b Hình 3.6 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  :

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

3.5.1 Máy cắt dao thẳng song song

3.5.1.1 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,cán hình cỡ lớn có tiết diện sản phẩm là đơn giản Máy có nhiệm vụ cắt bỏ phần đầu,phần đuôi vật cán và dùng để cắt phân đoạn vật cán theo kích thước qui định Khilàm 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 3.6:

H: Chiều cao vận hành dao

L: Chiều dài sản phẩm

S: Chiều cao lưỡi cắt

: Chiều dày lưỡi cắt  2  5 3

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 trình

này người ta đưa ra thông số tỷ số chiều

sâu cắt tương đối 1:

Hình 3.8 Sơ đồ thời kỳ cặp

1 =

h

(3.1)Trong đó :

Z1: chiều sâu kim loại được cắt

h : chiều dày vật cắt

* Thời kỳ cắt:

Đây là thời kỳ mà lực cắt giảm

dần xuống theo tiết diện của vật cắt

P giảm dần từ Pmax → Pmin

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:

Pmax = max.F k1 b.F (3.3)

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

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 (Bảng 8.1 [8]).Khi dao ăn vào kim loại thì phôi có chiều hướng dịch xuống hướng, khi ấy từcác cạnh của dao sinh ra một lực trượt T, lực trượt T do dao dịch xuống dưới sinh ramột momen có trị số Mt = P.a (Hình 3.8 )

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

3.5.2 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 cùngmột tốc độ góc (), vật liệu cắt được chuyển dịch nhờ lực ma sát giữa kim loại vàdao đĩa Vị trí và kích thước đĩa dao được xác định phụ thuộc vào chiều dày vật liệucắt Công việc cắt được thực hiện lấy dấu bằng tay hay đồ gá chuyên dùng Khi cắtdọc tôn tấm năng suất máy dao đĩa lớn hơn năng suất máy dao nghiêng nhưng cónhược điểm là dao thường bị uốn cong và thường phải uốn lại Để khắc phục hiệntượng này người ta thường đặt lệch trục đĩa dao trên so với dao dưới một đoạn ekhông 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:

3.5.2.1 Sơ đồ nguyên lý

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

Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý máy cắt đĩa

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

3.5.2.2 Đặc điểm kỹ thuật

+ Máy có độ trùng dao=(13)mm, khi chiều dày h tăng thì giảm Khi cắtthép tấm có chiều dày h>10mm thì khe hở biên y = (0,050,08).h, khi h < 0,2mmthì 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

Dao có độ cứng HRC =6064, góc cắt của dao là 90 0

3.5.2.3 Xác định khoảng cách tâm trục A của hai dao đĩa, góc nghiêng  và đường kính D của dao

2 cos

1

0 0

 : Góc ăn giữa kim loại và đĩa, thường:  0=(8o12o)

D có thể lấy theo kinh nghiệm D=(50100)h

3.5.3 Máy cắt kiểu chấn động

Dùng cắt tấm có dạng đường thẳng hoặc đường cong bất kỳ theo dấu Loại này

có hai lưỡi dao tạo thành một góc  = (21  300) số lần lưỡi cắt lên xuống:8501300 lần /phút

3.5.4 Máy cắt thép tấm dao nghiêng

Để giảm lực trong quá trình cắt của máy cắt dao song song, người ta dùng máycắt thép tấm lưởi dao được đặt nghiêng một góc  Khác với máy cắt dao song song,máy này có lưởi cắt chỉ một phần xác định có trị số phụ thuộc vào góc nghiêngkhông đổi Do đó trên một chiều dài hành trình lưởi dao trên khi dao ăn sâu vào kimloại, lực cắt không thay đổi và không phụ thuộc vào chiều rộng tấm thép Lực nàynhỏ hơn rất nhiều so với lực cắt yêu cầu khi cắt cùng tấm vật liệu đó trên máy cắtdao song song

1

3 2

Hình 3.10 Nguyên lý cắt thép tấm dao nghiêng

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 khôngđồng thời trên toàn chiều rộng cắt B Do lực cắt giảm nên có thể cắt được những tấmthép dày hơn 60 mm.

Các thông số của lưỡi dao trên:

k k

2 2 3

2 1

2

2 / 3

 độ sâu tương đối của vật cắt: Bảng 8.1 [8]

k1: Hệ số phụ thuộc độ cứng vật liệu: k1= 0,70,75= max/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 b là chiều day và giới hạn bền của vật cắt

- Phương pháp cắt bằng cặp dao đĩa, phương pháp này tuy lực cắt nhỏ nhưng tốc

độ cắt chậm hơn, năng suất thấp khi cắt thép tấm có chiều dày lớn, do đó phươngpháp này không hiệu quả

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



90°



những đường cắt cong, do đó không yêu cầu kết cấu máy phải cồng kềnh, máy ítrung động đến xung quanh, do vậy ta dùng phương án lưỡi dao cắt nghiêng để thiết

kế máy

CHƯƠNG 4:

PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN VÀ TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC MÁY

4.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Một kết cấu được xem là có tính công nghệ khi nó thoả mãn các yêu cầu kỹthuật đã được đặt ra khi thiết kế, đồng thời được chế tạo với chi phí ít nhất về laođộng, phương tiện và thời gian Nói cách khác, một chi tiết máy có tính công nghệnghĩa là một mặt phải thoả mãn các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc, độ tincậy, mặt khác trong điều kiện sản xuất sẵn có phải dễ chế tạo, ít tốn nguyên vật liệu

và thời gian

Tính công nghệ của chi tiết máy và bộ phận máy là một trong những yếu tố quantrọng nhất nhằm đảm bảo máy móc và thiết bị có các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật tối ưu Như vậy để chọn được một phương án máy hợp lý cần thoả mãn những yêu cầuchủ yếu về tính công nghệ như sau:

+ Máy và chi tiết máy 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 cầu liên quađến công dụng và điều kiện sử dụng máy

+ Có thể sử dụng các phương pháp công nghệ phù hợp để đơn giản hoá quá trìnhchế tạo từ khâu chuẩn bị phôi đến gia công chế tạo - kiểm tra, lắp ráp và nghiệm thusản phẩm

+ Máy và chi tiết máy có khối lượng và kích thước nhỏ gọn

+ Giá thành và chi phí cho sử dụng là thấp nhất

4.1.1 Sơ đồ nguyên lý toàn máy (Hình 4.1)

Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của toàn máy

1 Phôi thép tấm 5 Dao trên.

2 Con lăn 6 Dao dưới.

3 Cử chặn 7 Sản phẩm.

4 Bộ phận kẹp phôi 8 Bộ phận đỡ sản phẩm.

9 Lô cán phôi vào.

4.1.2 Nguyên lý hoạt động toàn máy

Phôi thép tấm (1) được bộ phận cấp phôi (gồm lô cán (9) chuyển động quay vớitốc độ n1 và các con lăn đở (2)) đưa vào với tốc độ VP, cho đến khi đầu kia chạm vào

cử chặn (3) hoặc đã được lập trình sẵn với độ dài L của sản phẩm đã được địnhtrước Lúc này theo chương trình đã định sẵn, bộ phận cấp phôi (2) ngừng chuyểnđộng, bộ phận kẹp phôi (4) hoạt động kẹp chặt phôi (1) với lực kẹp F Sau khi phôi

đã được kẹp chặt thì đầu dao trên (5) chuyển động đi xuống với vận tốc Vd phối hợpvới đầu dao dưới (6) đứng yên thực hiện quá trình cắt Sau khi thực hiện xong quátrình cắt, đầu dao trên (5) đi lên, tiếp đó là bộ phận kẹp phôi (4) nhả phôi và lúc này

bộ phận cấp phôi (2) lại tiếp tục hoạt động đẩy phôi vào, thực hiện lại chu trình Sảnphẩm (7) sau khi cắt được bộ phận đỡ sản phẩm (8) ( là một hệ thống băng tải quayvới tốc độ n2) đưa đi với tốc độ VSP Những sản phẩm này sẽ được công nhân sắpxếp, đóng gói hoặc được đưa qua khâu tiếp theo của dây chuyền sản xuất Tất cả mọihoạt động đều được thực hiện một cách tự động theo chương trình đã được viết sẵn

4.2 PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN, SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MÁY

4.2.1 Một số phương án khả thi, ưu và nhược điểm

Chuyển động tịnh tiến của dao trên có thể nhờ vào chuyển động của các cơ cấusau:

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

+ Chuyển động tịnh tiến nhờ cơ cấu hình sin

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

Muốn cắt được thép tấm có chiều dày khá lớn amax = 20mm và chiều rộng Bmax =3000mm, vật liệu phôi thép tấm là thép CT38 thì ta cần phải xác lập một sơ đồ độngthích hợp cho máy để đảm bảo được tính công nghệ cũng như tính kinh tế

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

Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý cơ cấu tay quay con trượt

v

Cơ cấu này có tác dụng biến chuyển động quay của tay quay thành chuyển độngtịnh tiến của con trượt Cơ cấu này có nguyên lý đơn giản, chuyển động không phứctạp, tạo được lực lớn, độ cứng vững cao, dễ chế tạo Khi tay quay quay làm cho đầutrượt chuyển động cắt đi xuống hoặc đi lên.

4.2.1.2 Cơ cấu hình sin

Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý cơ cấu hình sin

Khi tay quay quay tròn làm cho con trượt tịnh tiến lên xuống trong ống, làm chocần C tịnh tiến qua lại Cơ cấu này có hành trình chuyển động tịnh tiến lớn nhưng kếtcấu cồng kềnh, đòi hỏi không gian làm việc của cơ cấu lớn, tạo lực không lớn, cơ cấukém vững do đó hiệu suất của nó kém

4.2.1.3 Chuyển động tịnh tiến nhờ hệ thống thuỷ lực

Hiện nay trong ngành cơ khí chế tạo máy việc truyền động bằng lực của dầu épđược dùng phổ biến, đặc biệt đối với các máy cắt kim loại như máy tổ hợp, máy điềukhiển theo chương trình, máy gia công kim loại bằng áp lực như máy dập, máy ép,máy cắt thép tấm

Hình 4.4 Sơ đồ nguyên lý hệ thong thủy lực

* Hoạt động: đầu ép được các nguồn cung cấp dầu từ bể đưa qua các phần tử

điều khiển lưu lượng, áp suất rồi đến van phân phối Từ van phân phối dầu sẽ đượcđưa vào buồng trái hoặc buồng phải của hai xi lanh tạo chuyển động tịnh tiến của cầnpiston, tạo lực cắt cho dao

c

n

+ Dễ dàng thay đổi hành trình chuyển động của đầu dao.

+ Dễ điều khiển theo chương trình, tự động hoá quá trình làm việc

* Nhược điểm:

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

+ Trong quá trình biến đổi năng lượng, năng lượng đàn hồi của dầu hoàn toànbiến thành nhiệt năng, thông qua dầu và các thiết bị truyền về bể mà không thực hiệnmột công có ích nào cả Hơn nữa sự cản nhiệt này còn làm cho độ nhớt của dầu bịthay đổi, làm tăng khả bị rò dầu, chắn dầu khó khăn

+ Giá thành lắp đặt hệ thống thuỷ lực khá đắt tiền, phức tạp đòi hỏi phải chếtạo chính xác

4.2.1.4 Kết luận

Qua ba phương pháp tạo chuyển động tịnh tiến để tạo lực cắt cho dao ta thấyphương pháp nào cũng có những ưu điểm riêng Tuy nhiên xét về tính năng kỹ thuật,công nghệ, khả năng tự động và làm giảm nhẹ công việc của công nhân thì cơ cấutịnh tiến bằng hệ thống thuỷ lực dầu ép phù hợp nhất khi cắt các loại thép cacbon,thép thường với kích thước phôi lớn

4.2.2 Sơ đồ nguyên lý máy và nguyên tắc làm việc

4.2.2.1 Sơ đồ nguyên lý máy

10 11

12

13 14

1

3 2

9

P T

7 8

Hình 4.5 Sơ đồ nguyên lý hệ thống thủy lực bộ phận cắt bộ phận cắt

1.Lọc thô; 2.Van an toàn; 3.Bơm dầu; 4.Van tiết lưu; 5.Van phân phối;

6.Đường ống; 7.Buồng trên xi lanh; 8 Pit tong; 9 Ắc quy dầu;

10 Đồng hồ đo áp suất; 11 Van một chiều;12 Bộ lọc tinh; 13.Động cơ14 Bể dầu.

4.2.2.2 Nguyên lý làm việc

Khi động cơ bơm quay, bơm hút dầu từ bể qua bộ lọc (1), qua các thiết bị như bộlọc (12), van an toàn (2), bộ ắc quy dầu (9) đến van tiết lưu (4), nhờ van này ta hiệuchỉnh được lưu lượng qua nó để vào xilanh, do đó làm thay đổi được vận tốc củapiston theo yêu cầu Sau khi dầu qua van tiết lưu thì qua van phân phối (5) để vàobuồng trên hoặc buồng dưới của xilanh để thực hiện chuyển động đi xuống cắt théphoặc chuyển động chạy không quay về

4.2.3 Xác định các thông số máy

4.2.3.1 Xác định chiều dài lưỡi dao, hành trình vận hành

a Tính sơ bộ chiều dài lưỡi dao

Theo kinh nghiệm chiều dài của lưỡi dao L:

L = b + ( 50  150 ) (mm)Trong đó: b - chiều rộng lớn nhất của tấm thép đem cắt: bmax= 3000(mm)

Chiều dài cần thiết của dao tương đối dài, do đó để đảm bảo được độ chính xác,

độ thẳng lưỡi dao và độ nhiệt luyện tốt, thông thường ta chế tạo từng đoạn ngắn rồighép lại, ta chọn chiều dài của dao chia làm 4 đoạn, do đó chiều dài của mỗi đoạn

4.2.3.2 Xác định độ vận hành của dao nghiêng

Hình 4.6 Sơ đồ xác định độ vận hành của dao nghiêng

: Độ trùng dao để đảm bảo cắt hết chiều rộng tấm thép

4.2.4 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, chất lượng củamép cắt, mặt khác vận tốc cắt còn ảnh hưởng đến độ rung động va đập của máy Vìvậy cần phải tính và chọn vận tốc cắt hợp lý để máy làm việc tốt, đạt năng suất vàyêu cầu thiết kế

Đối với cắt thép tấm, với chiều dày tấm thép cắt amax = 20mm là khá lớn, vì vậyvận tốc cắt nằm trong khoảng (5100 )mm/s, với amax như vậy ta chọn: v =50(mm/s)

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

Thời gian cắt của dao trên đóng vai trò là một phần trong chu kỳ làm việc củamáy Sau khi tính được độ vận hành của dao nghiêng là H = 280 mm

-Thời gian của dao đi là :

50

280

s v

H





Vậy thời gian cắt chính của dao là : t = 5,6 ( s)

4.3 THIẾT KẾ TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC TOÀN MÁY

Thiết kế động học cho máy là lựa chọn các phương án truyền động và xác địnhcác hệ thống truyền động của máy, sự phối hợp nhịp nhàng trong chu kỳ làm việcgiữa các bộ phận và tính toán sơ bộ về vận tốc và thời gian của sự phối hợp đó

4.3.1 Thiết kế động học cho bộ phận cấp phôi tự động

Trong bất kỳ một máy nào thì bộ phận cấp phôi cũng đều là khâu đầu tiên, là đầuvào để tạo ra sản phẩm Với sự phát triển ngày càng cao của khoa học kỹ thuật thìvấn đề tự động hoá trong các khâu của quá trình sản xuất sẽ góp phần rất lớn vàoviệc tăng năng suất, chất lượng sản phẩm, giảm nhẹ sức lao động Trong công nghệcắt thép tấm thì tự động hoá quá trình cấp phôi giúp người công nhân giải phóngđược sức lao động khi mà phải khiêng những phôi thép nặng hàng tấn vừa mệt nhọcvừa nhàm chán, dễ sẩy ra tai nạn lao động, từ đó tăng năng xuất và chất lượng sảnphẩm

4.3.1.1 Phân tích chọn phương án

Để thuận tiện trong việc điều khiển tự động theo chương trình, ta có một sốphương án cấp phôi như sau:

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

* Sơ đồ bố trí như sau:

Hình 4.7 Nguyên lý cấp phôi bằng hệ thống các xilanh - piston khí nén

1 piston - xilanh kẹp lúc cấp phôi 4.Phôi thép tấm.

2 piston - xilanh đẩy phôi vào 5.Cảm biến áp suất.

3 Hệ thống các con lăn đỡ.

* Hoạt động:

Khi phôi thép tấm đã được đặt lên sàn các con lăn, piston (1) đi lên kẹp phôi lại

Ở đầu của piston này có đặt một cảm biến áp suất (5), khi piston kẹp đã đủ áp suấtlên tấm thép để đủ tạo lực ma sát đủ lớn thì nó đóng mạch điều khiển piston (2) vàđẩy cả hệ piston - xilanh (1) cùng tấm thép đi vào đến vị trí của lưỡi cắt

* Ưu điểm:

+ Cơ cấu dễ điều khiển nếu ta sử dụng nguồn điều khiển là khí nén để tạo áplực tác dụng lên piston

+ Thiết bị kết cấu đơn giản

+ Thiết bị điều khiển trong khí nén rẻ tiền

b Cấp phôi nhờ ma sát giữa hai lô cán quay ngược chiều nhau

* Sơ đồ nguyên lý:

Hình 4.8 Sơ đồ nguyên lý cấp phôi nhờ ma sát hai lô cán

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

* Hoạt động:

Khi lực tác động của hai lô cán lên tấm thép đã đủ, lô cán (2) được dẫn động từđộng cơ qua hộp giảm tốc sẽ kéo tấm thép đi tới đến vị trí lưỡi cắt Lực kéo phôi nàynhờ vào lực ma sát giữa lô cán với tấm thép, lực này phải lớn hơn ma sát của tấmphôi trên sàn con lăn

* Ưu điểm: Hạn chế được nhược điểm của cơ cấu cấp phôi bằng xilanh - piston

khí nén, nó có thể cấp phôi khi chiều rộng tấm thép cần cắt thay đổi

* Nhược điểm: Để dẫn động cho lô cán (2) thì phải cần nguồn động lực từ động

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

* Kết luận:

Với mỗi phương án đếu có những ưu điểm và nhược điểm riêng nhưng xét vềyêu cầu của máy để cắt được các loại sản phẩm có chiều dài và chiều rộng khác nhauthì ta chọn phương án cấp phôi bằng lô cán, mặc dù phương án này vẫn có nhượcđiểm là cồng kềnh

4.3.1.2 Sơ đồ, nguyên lý hoạt động và các thông số cơ bản:

H T

4 1 2 3 5 6

1 Động cơ; 2 Hộp giảm tốc; 3 Khớp nối.

4 Lò xo; 5 Lô cán dẫn động 6 Vít điều chỉnh.

b Nguyên lý hoạt động

Động cơ (1) quay, qua khớp nối (3) và hộp giảm tốc (2) truyền momen xoắn chotrục dẫn động lô cán (4), làm cho lô cán (4) quay Nhờ lực ma sát giữa tấm thép vàcác lô cán mà khi lô cán quay tấm thép được kéo và cấp phôi cho quá trình cắt Lò xo(5) và vít hãm (6) có tác dụng điều chỉnh lực ép của 2 lô cán vào tấm thép, tạo ma sátkhi đưa phôi vào giữa hai lô cán

c Chọn sơ bộ vận tốc của phôi

Theo yêu cầu của cấp phôi tự động là khi phôi đưa vào đến đủ chiều dài cần thiếtthì chạm vào cử hành trình, tác động lên rơle điều khiển cắt nguồn điện ở động cơlàm quay lô cán để phôi không được tiếp tục cấp vào nữa Nhưng do rôto của động

cơ có tốc độ quay lớn nên khi nguồn điện bị cắt thì nó vẫn còn quay với vận tốc nào

đó do quán tính của nó Vì vậy để giảm bớt lực dịch phôi đi vào do quán tính quay tachọn tốc độ cán phôi vào nhỏ, khoảng (0,1 0,3 )m/s, chọn tốc độ cán phôi vào v =0,3 m/s = 300 mm/s, và chọn loại động cơ có bộ phận phanh điện từ gắn trên trụcđộng cơ Khi nguồn điều khiển động cơ cấp phôi bị cắt thì phanh điện từ làm việc, nógiảm bớt được chuyển động quay do quán tính của rô to động cơ

4.3.1.3 Cơ cấu đỡ phôi

Để tránh mọi chuyển động không theo ý muốn của phôi khi đưa phôi vào như:Phôi bị lệch, phần phôi sau lưỡi cắt bị công sôn nếu chiều dài sản phẩm quá dài Vàcũng nhằm giảm bớt lực ma sát tác dụng lên các lô cán cấp phôi, bàn cấp phôithường được trang bị hệ thống đỡ phôi

Phôi thép tấm sau khi được chế tạo từ các máy cán thép tấm có kích thước đãđược tiêu chuẩn Thông thường thép tấm sau khi cán có chiều dài lớn, vì vậy khi đưavào cắt trong máy cắt thép tấm thì cần phải có sàn đỡ phôi Trên sàn đỡ phôi ta bố trídãy một số các con lăn nằm ngang bằng với các lô cán dưới và 2 dãy con lăn (ốnggiữ phôi) dựng đứng 2 bên để dẫn phôi vào, sơ đồ bố trí như sau: (Hình 4.10)

1

Hình 4.10 Kết cấu bàn đở phôi

1 Đế; 2 Giá đỡ; 3 Thanh giằng; 4 Con lăn Phôi;

5 Ông giữ phôi; 6.Tay quay điều chỉnh; 7 Con trượt; 8 Lò xo.

4.3.2 Thiết kế động học cho bộ phận kẹp phôi

Khi cắt thép, lực tác dụng Pcắt của lưỡi dao trên và lưỡi cắt dưới lệch nhau do cókhe hở Z giữa hai lưỡi cắt (hình 4.11), chính sự lệch nhau đã tạo nên một momenquay M:

M = Pcắt lThông thường: l = ( 1.5 2) z

Momen có xu hướng làm cho vật liệu quay đi một góc nhỏ trước khi bị cắt đứt.Hiện tượng quay này làm cho chất lượng bề mặt bị xấu đi, mặt cắt không vuông gócvới bề mặt tấm thép Bởi vậy ta cần phải chống lại sự quay đó, đồng thời ngăn cảnbất kỳ một chuyển động nào có thể của phôi trong quá trình cắt bằng cách thêm vàolực ép Q trên tấm vật liệu

Hình 4.11 Sơ đồ tính momen lật phôi

Có nhiều cách để tạo nên lực Q, sau đây ta xét một vài phương án kẹp chặt phôi

1 Bàn dao trên 4 Phôi cắt.

2 Khối lượng tấm kim loại kẹp chặt 5 Bàn dao dưới.

3 Rãnh trượt.

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 đi xuốngcắt thì khối lượng này trượt lồng không trong rãnh (3) của dao cắt, lúc khối lượng bắtđầu trượt lồng không là lúc lực kẹp của tấm thép đã cố định và là lúc có lực kẹp lớnnhất

c Ưu nhược điểm của cơ cấu này

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

* Nhược : + Kết cấu và khối lượng máy trở nên cồng kềnh.

+ Lực kẹp không thể thay đổi khi cắt thép mỏng hoặc dày khác nhau + Khi kẹp chặt va đập mạnh, kém cững vững cho máy

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

a Sơ đồ

Sơ đồ kẹp chặt bằng thuỷ lực như hình 4.13

10 11

12

13 14

1

3 2

9

P T

7 8

Hình 4.13 Sơ đồ kẹp chặt bằng thủy lực

1.Lọc thô; 2.Van an toàn; 3.Bơm dầu; 4.Van tiết lưu; 5.Van phân phối;

6.Đường ống; 7.Buồng trên xi lanh; 8 Pit tong; 9 Ắc quy dầu;

10 Đồng hồ đo áp suất; 11 Van một chiều;12 Bộ lọc tinh; 13.Động cơ14 Bể dầu.

b Hoạt động

Dầu được đưa từ bơm (3) Qua van đảo chiều (5) rồi theo đường ống qua bộ làmđều tốc độ vào buồng trên của xilanh đẩy piston đi xuống kẹp chặt phôi trước khi cắt.Khi cắt xong đảo chiều van làm cho dầu đi vào buồng dưới của xilanh đẩy piston đilên, nhả phôi ra

c Ưu nhược điểm của phương pháp này

* Ưu: Tạo được lực kẹp lớn nhờ dễ dàng tăng được áp suất để tăng lực kẹp, dễ

dàng điều khiển

* Nhược: Cơ cấu phức tạp, đắt tiền.

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

Lợi dụng lực đàn hồi của lò xo sinh ra khi chịu kéo hoặc chịu nén để làm lực kẹpcho phôi khi cắt kim loại ( Hình 4.14)

a Sơ đồ

Hình 4.14 Sơ đồ cơ cấu kẹp phôi bằng lo xo chịu nén

1 Đâù kẹp; 2 Lò xo chịu nén; 3 Dao trên; 4 Phôi; 5 Dao dưới.

b Hoạt động

Lò xo chịu nén được đặt trong xilanh, xilanh gắn cứng lên dao trên Khi dao trênnhận được động lực từ nguồn xilanh thuỷ lực, dao bắt đầu đi xuống, dao mang theoxilanh kẹp chặt Khi dao xuống thì do bố trí đầu kẹp của piston kẹp ở vị trí thấp hơnđầu dao trên nên đầu kẹp chạm vào phôi trước, đầu dao tiếp tục đi xuống lò xo bị nénlại sinh ra phản lực đàn hồi, lực này tác dụng lên cần piston, tác dụng lên đầu kẹp,kẹp phôi xuống, lúc này đầu dao bắt đầu tiến hành cắt phôi Sau khi cắt xong dao đilên mang theo cả đầu kẹp đi lên để chuẩn bị cho chu kỳ cắt kế tiếp

c Ưu nhược điểm của sơ cấu

5

máy cồng kềnh, giá thành tương đối đắt tiền Kẹp bằng trọng lượng của khối kim loạiđặc, kết cấu này tuy đơn giản nhưng khi kẹp lại rung động va đập lên máy lớn; kếtcấu kẹp bằng hệ thống xilanh - piston và các lò xo chịu nén khi kẹp êm, nhẹ nhàng, ítrung động và va đập máy nhưng nhược điểm là kết cấu máy bị cồng kềnh, cần phảităng lực tác động ở cơ cấu thuỷ lực tác động lên đầu dao Vì vậy ở kết cấu của bộphận kẹp phôi trước khi cắt ta có thể kết hợp ở tấm thép kẹp có trọng lượng G trượtlồng không trong rãnh của bàn dao trên kết hợp với hai xilanh lò xo chịu nén Kếtcấu này đơn giản, dễ chế tạo, giá thành rẻ và có thể khắc phục được nhược điểm củacác cơ cấu như đã phân tích ở trên.

* Sơ đồ bố trí của kết cấu:

Hình 4.15 Sơ đồ kết cấu cơ cấu kẹp phôi được chọn

1 Đầu kẹp 5 Lò xo chịu nén

2 Tấm kim loại 6 Tấm trượt mang đầu dao

phẩm đến tay những người công

nhân bốc xếp, đóng gói hoặc

tiếp tục đưa đến khâu tiếp theo

của dây chuyền sản xuất Thông

thường bộ phận này đơn giản

chỉ là băng chuyền (băng tải)

chuyển động với vận tốc hợp lý

trong từng trường hợp cụ thể

15

1 0 0

15

2 0 0

4 0 0

5 0 0

6 0 0 7 0 0

3 0 0

8 0 0

4

n221

Băng tải này được dẫn động riêng biệt, và liên tục bằng động cơ riêng qua hộp giảmtốc Sơ đồ biểu diễn như sau:

(hình 4.16.)

CHƯƠNG 5:

TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC VÀ KẾT CẤU MÁY

5.1 TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC VÀ KẾT CẤU BỘ PHẬN KẸP PHÔI

Bao gồm việc tính lực kẹp cần thiết để giữ phôi cũng như lựa chọn cơ cấu và xácđịnh các thông số kỹ thuật của các cơ cấu có trong bộ phận kẹp phôi

h: Bề dày thép tấm: hmax = 20mm

b: Bề rộng tấm thép: bmax = 3000mm

: Góc nghiêng của dao:  = 4o

Do tỷ số h/b = 20/3000 = 0,0067 < tg = tg4o = 0,07, nên lực cắt được tính theotrường hợp (b)

Hình 5.1 Sơ đồ biểu diễn quá trình cắt bằng dao nghiêng một phía

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

Trong đó:

tb

 : Ứng suất tiếp trung bình theo diện tích hình thang ABED

F : Diện tích hình thang ABED







 (5.3)

F = 2

2

2 2

Pmax = k1.k2 k3 2

2 2

2

2 / 3

h tg





  (5.5)