THIẾT KẾ MÁY CẮT LƯỠI DAO NGHIÊNG CẮT THÉP TẤM

Vì thế trong xưởng cơ khí thiết bị cắt là 1 yếu tố không thể thiếu để cắt chia sảnphẩm theo các kích thước như ý muốn, xử lí các tình huống kẹt trục cán… Hiện nay có rất nhiều các thiết

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN1.1 Giới thiệu chung

Sản phẩm thép tấm trong đời sống hàng ngày hết sức đa dạng, song hầu hết sảnphẩm sau khi cắt mới chỉ là bán thành phẩm phục vụ cho một quá trình công nghệ Đểthuận lợi cho các công đoạn sản xuất tiếp theo cũng như đảm bảo chất lượng của thiết bịkhi hoàn thành, 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

Vì thế trong xưởng cơ khí thiết bị cắt là 1 yếu tố không thể thiếu để cắt chia sảnphẩm theo các kích thước như ý muốn, xử lí các tình huống kẹt trục cán…

Hiện nay có rất nhiều các thiết bị cắt phôi được ứng dụng trong nhà máy cán như :các thiết bị cắt cơ học, thiết bị cắt gió đá, …

Hiểu được tầm quan trọng của các thiết bị cắt trong một nhà máy cán nên bài tiểuluận này sẽ trình bày sơ lược về cơ sở lý thuyết, giới thiệu thiết bị và nguyên lý hoạt độngcủa chúng đang được ứng dụng trong các nhà máy cán hiện nay

Trong công nghệ sản xuất thép cán, máy cắt được sử dụng ở vài khâu: trước hết làcắt đầu cho phôi cán dễ vào lỗ hình Trường hợp này máy cắt được bố trí bên cạnh giá cánthô Trường hợp thứ hai là cắt thành phẩm cán theo tiêu chuẩn nhà nước Lúc này máy cắtđặt ở khu vực thành phẩm, bên máy nắn

 Các loại máy cắt thường dùng trong xưởng cán:

Để phân đoạn sản phẩm cán có thể dùng nhiều loại máy và thiết bị khác nhau TrongXưởng cán thép thường dùng loại máy cắt với hai lưỡi dao Chúng được chia thành bốnnhóm sau:

 Máy cắt lưỡi dao song song

 Máy cắt lưỡi dao nghiêng

 Máy cắt đĩa

 Máy cắt bay

1.2 Máy cắt lưỡi dao song song

1.2.1 Công dụng

Máy cắt có hai loại lưỡi dao đặt song song với nhau, loại máy này được dùng để cắtcác loại phôi và sản phẩm có tiết diện vuông, chữ nhật, tròn ở trạng thái nóng từ 850 ÷

11000C Máy được đặt sau máy cán phôi, cán phá, cán hình cỡ lớn có tiết diện sản phẩm

là đơn giản Ngoài ra máy còn có nhiệm vụ cắt bỏ đầu đuôi vật cán, máy còn dùng để cắtphân đoạn vật cán khi quá dài, máy cắt sản phẩm theo chiều dài quy định

Máy có các lưỡi dao đặt song song, khi làm việc mặt phẳng chuyển động của dao làluôn luôn không đổi Máy còn dùng để cắt nguội sản phẩm thép hình có tiết diện đơn giảnloại nhỏ

H.1 Các thông số của máy cắt dao thẳng song song.[3]

1 Bàn kẹp; 2 Bàn trượt trên; 3 Cữ cắt; 4 Bàn trượt dưới; 5 Lưỡi dao trên; 6.Lưỡi dao dưới; 7 sản phẩm; 8 Con lăn

Vật liệu làm bàn trượt: CT61; vật liệu làm dao: 60CrNiMo; 55CrNiW…

1.2.2 phân loại máy cắt song song

Theo kết cấu người ta chia ra thành:

- Máy cắt dao thẳng song song có dao trên di động:

Khi vật cán vào đúng cữ cắt, bàn kẹp (1) kẹp chặt vật cắt Dao dưới (3) đứng yên,dao trên (2) gắn vào bàn trượt chuyển động xuống và quá trình cắt được diễn ra Sau khicắt xong dao trên trở về vị trí ban đầu Dao trên và bàn trượt chuyển động xuống được lànhờ các cơ cấu thủy lực, cơ cấu cam hoặc cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền

Nhược điểm của máy này là sản phẩm có nhiều bavia bị xước cho nên khó khăn khi

đi và di động trên các con lăn, kết cấu máy còn cồng kềnh do có thêm bàn đỡ nâng phôi

H.2 Sơ đồ động máy cắt dao thẳng song song có dao trên di động.[3]

1 Cữ bàn kẹp; 2 Dao trên di động; 3 Dao dưới cố định; 4 Bàn đỡ sản phẩm; 5.sản phẩm; 6 Đối trọng; 7 Bản lề

- Máy cắt dao thẳng song song có dao dưới di động:

Máy cắt dao thẳng song song có dao dưới di động khắc phục được những đặc điểmcủa loại dao trên, vì vậy trong thực tế loại dao này được sử dụng rất rộng rãi

H.3 Sơ đồ động máy cắt dao song song có dao dưới di động.[3]

1 Cữ; 2 Bàn trượt dao trên cố định; 3 Bàn trượt dao dưới cố định; 4 Lưỡi dao trên;

5 Lưỡi dao dưới; 6 Các con lăn; 7 Sản phẩm được cắt

1.3 Máy cắt dao lưỡi nghiêng

1.3.1 Công dụng

Ở đây hai lưỡi dao được đặt nghiêng với nhau một góc nào đó

Loại máy này thường dùng để cắt nóng hoặc cắt nguội thép tấm, thép dải, cũng cóthể dùng để cắt thép dây thành bó, thép hình.

H.4 Máy cắt dao nghiêng kiểu hở.[3]

1.Dao trên; 2.Tấm kim loại cắt; 3.Dao dưới

- Máy cắt tấm kiểu kín:

H.5 Máy cắt dao kiểu kín.[3]

Máy gồm 2 khuỷu và 2 bánh lệch tâm có 2 giá nối với nhau bởi xà ngang dưới, dùng

để cắt thép tấm ở trạng thái nóng và nguội

Máy thường đặt sau máy cán tấm trong các xưởng cơ khí lớn để cắt thép tấm theomột kích thước nhất định.

Vật liệu làm dao là các loại thép: 90Cr, 50CrWSi, 55CrNiW, 55CrMoV

1.4 Máy cắt đĩa

1.4.1 Công dụng

Máy này dùng để cắt viền và cắt mép những băng thép có chiều rộng lớn, cắt nhữngtấm thép có chiều rộng nhất định theo tiêu chuẩn Để cắt được thẳng và không bị bavia,người ta làm dao có lưỡi hình tròn theo chiều của bán kính

1.4.2 Phân loại

Máy cắt đĩa thường có 2 loại, loại một cặp đĩa và loại nhiều cặp đĩa

Vật liệu làm dao là các loại thép hợp kim: 50CrWSi, 90CrSi, 55CrNiW Dao có độcứng HRC = 60 ÷ 64, góc cắt của dao là 900

H.6 Sơ đồ nguyên lý máy cắt đĩa.[1]

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

1.5 Máy cắt bay

1.5.1 Công dụng

Máy có thể cắt các vật cán kim loại đang ở trạng thái chuyển động với nhiều vận tốckhác nhau ( từ 15 ÷ 60 m/s), chủ yếu là các loại thép hình đơn giản ở trạng thái nóng vànguội Máy sử dụng tốt nhất khi cắt các loại thép tròn và vuông vừa mới cán xong Ngoài

ra máy còn cắt được thép bản có chiều dày tới 12mm Máy cắt bay có kết cấu và cấu tạođơn giản, an toàn và có độ tin cậy cao Kết cấu máy, chế độ vận hành và công dụng củatừng loại máy cắt phụ thuộc nhiều vào kết cấu và sản phẩm của máy cán thép, đặc biệt làmáy cán phôi liên tục và máy cán hình

1.5.2 Phân loại

 Máy cắt bay kiểu tang trống

 Máy cắt bay kiểu trục khuỷu thanh truyền

 Máy cắt bay kiểu trục khuỷu nổi

 Máy cắt bay kiểu hành tinh

Trong đó, máy cắt bay kiểu tang trống là thông dụng nhất

- Máy cắt bay kiểu tang trống:

H.7 Sơ đồ bố trí máy cắt bay kiểu tang trống.[1]

H.8 Sơ đồ động (a) và sơ đồ nguyên lý (b) của máy cắt bay kiểu tang trống:[1]

1 Con lăn tiếp nhận; 2 Tang trống gắn dao; 3 Dao cắt; 4 Sàn con lăn ra; 5 Băngthép.

Cây thép và băng thép chuyển động liên tục vào máy cắt là nhờ có 2 con lăn tiếp, tốc

độ của con lăn tiếp Vt bằng tốc độ vào của tang Vv (Vt = Vv)

Khi lưỡi dao trên và dưới gặp nhau thì sự cắt sẽ diễn ra và cắt theo chu kỳ

Tùy theo đơn đặt hàng và tiêu chuẩn sản phẩm mà các cây thép có chiều dài từ(6÷19)m

Để tạo ra sự cắt đứt giữa cây thép hay băng thép với dao cắt thì tốc độ ra của vật cắtbao giờ cũng lớn hơn tốc độ vào của vật cắt (Vr > Vv), tốc độ cắt tối ưu trên loại máy này

là (5÷30) m/s

- Ưu và nhược điểm của máy cắt bay kiểu tang trống:

 Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, quá trình cắt tốt, an toàn, vận hành đơn giản

 Nhược điểm: Mặt cắt tại hai đầu của sản phẩm không thẳng và phẳng, lực cắtlớn, tốn năng lượng

- Chế độ làm việc của máy cắt bay kiểu tang trống:

 Mở và ngừng máy theo chế độ làm việc chu kỳ Tại chế độ này việc cắtđầu

và đuôi của băng thép theo chế độ tự do Theo chế độ này thì mở máy chotừng lần cắt và sau đó đóng lại Vật cắt được cắt theo kích thước nhất định

và việc cắt hoàn toàn tự động

 Máy làm việc ở chế độ liên tục Băng thép chuyển động với một vận tốc Vckhông đổi (Vc = Vt) tang cũng quay với một tốc độ không đổi và sự cắt chỉxảy ra khi hai dao gặp nhau Chiều dài cắt được tính: L = Vt.t (mm)



CHƯƠNG 2: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY2.1 Cắt trên máy cắt có lưỡi dao nghiêng chuyển động tịnh tiến

- 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 Ld

H.9 Sơ đồ nguyên lý cặp lưỡi dao nghiêng

Ở phương pháp cắt này người ta thường bố trí lưỡi dao nghiêng một góc γ so vớibàn máy.Khi bố trí lưỡi dao trên nghiêng thì quá trình cắt xảy ra dần dần, trên phần tách

ra của tấm, vì thế lực cắt nhỏ hơn khi bố trí dao song song Ngoài ra tải trọng tĩnh đặt lên

mép làm việc của lưỡi dao làm tăng độ cứng vững của chúng Góc nghiêng của lưỡi daotrên γ cần phải đảm bảo tự hãm, nghĩa là với góc nghiêng đó trong quá trình cắt không có

sự dịch chuyển tấm trong mặt phẳng nằm ngang Tùy theo chiều dày của tấm, gócnghiêng γ = (2 ÷ 6)º, vật liệu càng dày góc γ càng lớn



H.10 Sơ đồ xác định lực cắtNếu coi lực cắt bằng tích số giữa diện tích cắt và trở lực cắt ta có:



Nếu tính đến độ cùn dao và các yếu tố ảnh hưởng thì lực cắt thực tế là:





tg

S P

k

t

5,0)

20,115,1(

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 masát có ảnh hưởng đến trở lực cắt của vật liệu cvà do đó ảnh hưởng đến lực cắt Nếuvật liệu có độ bền càng lớn và tính dẻo càng giảm, cũng như tốc độ biến dạng càng tăngthì trở lực cắt ctăng, nếu khe hở giữa các lưỡi cắt tăng thì cgiảm

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

2.2 Phân tích chọn phương án thiết kế máy

Ta đã phân tích chọn được phương án cắt dùng cặp lưỡi dao nghiêng chuyển độngtịnh tiến Tuy nhiên để thực hiện chuyển động tịnh tiến cũng có nhiều loại cơ cấu khácnhau Do đó cần phải chọn phương án truyền động hợp lý nhằm thoả mãn một số yêu cầuchủ yếu sau:

 Máy thiết kế có hình dạng và kết cấu hợp lý theo quan điểm công nghệ chếtạo và lắp ráp

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

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

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 kiện hiệncó

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

2.2.1 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, độ cứng vữngcao, dễ chế tạo Tuy nhiên tạo lực không lớn, dẫn động phức tạp và khó điều khiển

2.2.2 Chuyển động tịnh tiến nhờ xy lanh thuỷ lực

3

Truyền dẫn thuỷ lực ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong chế tạo máy, đặc biệt

là trong các máy cắt, máy đột dập, máy gia công áp lực…

- Sơ đồ nguyên lý:

H.12 Sơ đồ hệ thống xy lanh thuỷ lực

- Nguyên tắc hoạt động:

Dầu được bơm với áp suất cao từ bể dầu, qua các phần tử thuỷ lực như van tràn, van

an toàn, van phân phối sau đó được dẫn vào buồng bên trái của xy lanh Áp lực lớn củadầu sẽ đẩy pít tông tiến lên phía trước Trong hành trình ngược lại dầu được dẫn vàobuồng bên phải đẩy pít tông lùi về

 Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ áp suất thuỷ lực cao

 Làm việc êm, ít bị va đập nhờ quán tính nhỏ của bơm và động cơ thuỷ lực

và tính nén được của dầu

 Tự động hoá đơn giản

- Nhược điểm:

 Tổn thất trong đường ống và rò rỉ làm giảm hiệu suất và hạn chế phạm vi

sử dụng

 Khó giữ được vận tốc không đổi khi phụ tải thay đổi do tính nén được củachất lỏng và tính đàn hồi của đường ống dẫn

 Khó thực hiện sự đồng bộ hoá chính xác các chuyển động

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

2.3 Kết luận

Qua hai phương án tạo chuyển động tịnh tiến để tạo lực cắt cho dao ta thấy mỗiphương án đều 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 dùng cơ cấu tịnh tiến bằng

xy lanh thuỷ lực dầu ép phù hợp nhất khi cắt các loại thép cacbon, thép thường với chiềudày phôi đến 15mm và chiều rộng cắt lớn nhất của tấm thép là 2000mm

12 11 10

9 8

7 6

5 4

1

H.131- Bể dầu 7- Van tiết lưu

3- Van tràn9- Xy lanh sinh lực

4- Van cản 10- Dao cắt

5- Lọc tinh11- Rãnh trượt

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC TOÀN MÁY

3.1 Dao cắt

- 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 độ chính xác, độthẳng lưỡi dao và độ nhiệt luyện tốt, thông thường ta chế tạo từng đoạn ngắn rồi ghép lại,

ta chọn chiều dài của dao chia làm 4 đoạn, do đó chiều dài của mỗi đoạn dao là :

B : Chiều dài lớn nhất của tấm thép đem cắt Bmax= 2000(mm)

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

= (1020 ) mm , chọn = 15 (mm)

L : Chiều dài dao L = 2100 (mm)

Smax : chiều dày lớn nhất của tấm thép

Do đó chiều dài hành trình cắt H :

H = y + Smax + B tg +  = 10 +15 +2100 tg40 +15 = 186,84 lấy H = 187 (mm)

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

Vận tốc cắt của dao có ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ, năng suất cắt và chất lượng củamép cắt, mặt khác vận tốc cắt còn ảnh hưởng đến độ rung động va đập của máy Vì vậycần phải tính và chọn vận tốc cắt hợp lý để máy làm việc tốt, đạt năng suất và yêu cầuthiết kế

Đối với cắt thép tấm, với chiều dày tấm thép cắt amax = 15mm là khá lớn, vì vậy vậntốc 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 của máy 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

Trong lao động sản xuất, chúng ta có xu hướng sư dụng máy móc thay thế con người

ở những khâu lao động nặng nhọc nhờ vào việc cơ khí hoá và tự động hoá Đó chính làviệc giải phóng sức lao động cho chính bản thân mình bằng cách thay thế các hoạt độngthủ công của ta bằng hoạt động của máy móc Hơn nữa khi người công nhân trực tiếpđứng máy, có rất nhiều động tác lặp đi lặp lại mang tính nhàm chán dễ xảy ra tai nạn chongười công nhân, Từ các yếu tố đó đặt ra vấn đề ta phải trang bị thêm các hệ thống cấpphôi tự động cho các máy móc thiết bị phục vụ sản xuất

Trên thực tế nhiều máy cắt thép tấm sử dụng hiện nay chưa có một hệ thống cấpphôi tự động mà chủ yếu nhờ sức lao động của người công nhân Công việc này chủ yếu

là di chuyển tấm thép vào vùng cắt một cách chính xác và liên tục, như vậy sẽ làm tăngnăng suất và giảm nhẹ sức lao động cho công nhân

Ở đây ta chọn hệ thống cấp phôi dùng cặp con lăn:

- Nguyên lý hoạt động:

Phôi thép được đỡ trên hệ thống các con lăn đỡ, được truyền động bởi cặp con lănđược dẫn động bởi động cơ điện Lực kéo phôi này nhờ vào lực ma sát giữa con lăn vớitấm thép, lực này phải lớn hơn ma sát của tấm phôi trên sàn con lăn

H.15 Sơ đồ cấp phôi bằng cặp lô cán

H.16- Sơ đồ nguyên lý bộ phận cấp phôi

 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 thiết thìchạm vào cử hành trình, tác động lên rơle điều khiển cắt nguồn điện ở động cơ làm quaycon lăn để phôi không được tiếp tục cấp vào nữa Nhưng do rôto của động cơ có tốc độquay lớn nên khi nguồn điện bị cắt thì nó vẫn còn quay với vận tốc nào đó do quán tínhcủa nó Vì vậy để giảm bớt lực dịch phôi đi vào do quán tính quay ta chọn tốc độ cán phôivào nhỏ, khoảng (0.1  0.3 ) m/s, chọn tốc độ cán phôi vào v = 0.3 m/s = 300 mm/s, vàchọn loại động cơ có bộ phận phanh điện từ gắn trên trục động cơ Khi nguồn điều khiểnđộng cơ cấp phôi bị cắt thì phanh điện từ làm việc, nó giảm bớt được chuyển động quay

do quán tính của rô to động cơ

3.3 Cơ cấu đỡ phôi

Bộ phận đỡ sản phẩm là bộ phận cuối cùng của máy, có nhiệm vụ nhận sản phẩm đểđưa đến bộ phận bốc xếp, đóng gói sản phẩm hoặc đưa sang khâu sản xuất khác Thôngthường bộ phận này là một hệ thống băng tải được dẫn động riêng và liên tục từ khi máybắt đầu hoạt động Lợi dụng trọng lượng của sản phẩm, ta thiết kế một sàn lăn nghiêng đểtấm thép sau khi cắt sẽ tự chảy ran ngoài sau đó được vận chuyển đi



CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC VÀ KẾT CẤU

MÁY4.1 Xác định lực cắt và công cắt





tg

S k