a. Nguyên lý hoạt động:
Hình 2.2: Phương án tổng quan thiết kế 1
Thép cuộn trịn được đặt trên gá đỡ 1, động cơ AC 3 cĩ nhiệm vụ kéo khung duỗi thép 7 từ thép cuộn thành thép thẳng. Thép đã sau khi duỗi(thẳng) ra tiếp xúc với bề mặt cảm biến(encoder) làm encoder quay. Động cơ DC 5 cĩ nhiệm vụ uốn đai thép. Sau khi đã uốn định hình đai, động cơ AC 4 cĩ nhiệm vụ cắt thép thơng qua cơ cấu cu- lit. Bộ điều khiển trung tâm được đặt trong tủ điện 2.
Hình 2.3: Cơ cấu cắt (phương án 1) b.Ưu điểm. Việc cắt thép nhanh. Cắt được thép 2mm. c.Nhược điểm Lực cắt chưa đủ lớn. 2.3.1.2. Phương án 2 a.Nguyên lý hoạt động:
Thép cuộn trịn được đặt trên gá đỡ 1, động cơ AC 3 cĩ nhiệm vụ kéo khung duỗi thép 7 từ thép cuộn thành thép thẳng. Thép đã sau khi duỗi(thẳng) ra tiếp xúc với bề mặt cảm biến (encoder) 7 làm encoder quay. Động cơ DC 6 cĩ nhiệm vụ uốn đai thép. Sau khi đã uốn định hình đai, động cơ AC 5 cĩ nhiệm vụ cắt thép thơng qua trục vít- me làm cơ cấu cắt chuyển động tịnh tiến để cắt thép. Bộ điều khiển trung tâm được đặt trong tủ điện 2.
Hình 2.4: Phương án tổng quan thiết kế 2
Hình 2.5: Cơ cấu cắt (phương án 2)
b.Ưu điểm
Khắc phục được các nhược điểm của phương án 1.
c.Nhược điểm
Chế tạo phức tạp.
Cơ cấu cắt chưa được tối ưu.
2.3.1.3. Phương án 3
Hình 2.6: Phương án tổng quan thiết kế 3
Nguyên lý hoạt động
Thép cuộn trịn được đặt trên gá đỡ 1, động cơ AC 2 cĩ nhiệm vụ kéo khung duỗi thép để từ thép cuộn thành thép thẳng. Thép đã sau khi duỗi(thẳng) ra tiếp xúc với bề mặt cảm biến(encoder) làm encoder quay. Động cơ DC 6 cĩ nhiệm vụ uốn đai thép.
Sau khi đã uốn định hình đai, động cơ AC 5 cĩ nhiệm vụ cắt thép thơng qua trục vít- me (4) làm cơ cấu cắt chuyển động tịnh tiến để cắt thép. Bộ điều khiển trung tâm được đặt trong tủ điện 3.
Hình 2.7: Cơ cấu cắt (phương án 3)
b.Ưu điểm
Kết cấu vững chắc, dễ lắp ráp và sữa chữa hơn hai phương án trên. Với cơ cấu cắt, lực cắt thép đủ lớn, chi phí ít.
Hoạt động êm, ít rung hơn hai phương án trên.
c.Nhược điểm
2.3.1.4. Lựa chọn phương án phù hợp
Với 3 phương án được nêu ở trên. Sau khi đã phân tích, nghiên cứu kĩ những ưu nhược điểm, nhĩm quyết định lựa chọn phương án 3 để chế tạo, xây dựng hình dáng tổng quan của mơ hình máy.
2.3.2. TÍNH TỐN LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHẦN CƠ KHÍ 2.3.2.1. Cơ sở lí thuyết 2.3.2.1. Cơ sở lí thuyết
a. Các khái niệm cơ bản
Uốn thép hay dập tạo hình đều được tạo ra từ biến dạng dẻo của kim loại để tạo ra hình dạng kích thước mong muốn ban đầu, để tạo nên hình dạng này ta cần cĩ khuơn tạo hình. Khuơn tạo hình được tạo thành từ hai thành phần là: cối và chày.
Biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá hủy là 3 quá trình nối tiếp nhau xảy ra trong kim loại và phần lớn tác dụng của tải trọng gây ra. Dưới tác dụng của tải trọng xảy ra 3 quá trình: Biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá hủy.
Lúc đầu khi tăng tải trọng độ biến dạng ∆l tăng theo tỉ lệ bậc nhất với nĩ, gọi là biến dạng đàn hồi lúc này kim loại cĩ thể trở về vị trí ban đầu.
Khi tải trọng vượt quá giá trị nhất định độ biến dạng ∆l tăng rất nhanh khi thơi tác dụng tải trọng thì kim loại vẫn bị biến dạng nhưng khơng lớn lắm được gọi là biến dạng dẻo i.
Khi tải trọng đạt đến giá trị max thì lúc này xuất hiện các vết nứt tế vi và làm ứng suất tập trung càng cao hơn dẫn đến các vết nứt càng tăng và to dần, kim loại bị tách rời và bị phá hủy hiện tượng đĩ gọi là biến dạng phá hủy.
Khi uốn thép ta chú ý vào các biểu đồ sau vì đối với mỗi vật liệu thì chịu tác dụng một lực phù hợp để khơng làm phá hủy vật liệu đĩ.
Với:
Trong đĩ: P: Tải trọng
F0: Diện tích tiết diện ban đầu ϕ : Độ giãn dài tương đối ∆l: Độ giãn dài khi kéo L0: Độ dài ban đầu
E: Mơ đun đàn hồi của vật liệu, N/mm2
Hình 2.8: Biểu đồ σ - ɛ
Uốn là một quá trình biến dạng dẻo cĩ kèm theo biến dạng đàn hồi do tính chất đàn hồi của vật liệu, sau khi uốn biến dạng đàn hồi mất đi kích thước và hình dạng sản phẩm thay đổi so với kích thước và hình dạng của khuơn, hiện tượng đĩ gọi là hiện tượng đàn hồi sau khi uốn.
Hiện tượng đàn hồi gây ra sự sai lệch về gĩc uốn và bán kính uốn vì vậy muốn cho chi tiết cĩ gĩc và bán kính uốn đã cho thì bán kính uốn và gĩc uốn phải thay đổi một lượng đúng bằng trị số đàn hồi.
Hình 2.9: Biến dạng đàn hồi
Hình 2.11: Biến dạng dẻo
Bằng thực nghiệm người ta xác định được rằng trị số đàn hồi phụ thuộc chủ yếu vào loại vật liệu và chiều dày vật liệu, hình dáng chi tiết uốn, bán kính uốn tương đối r/s, lực uốn và phương pháp uốn.
Khi giới hạn chảy của vật liệu càng cao tỉ số r/s càng lớn và chiều dày vật liệu càng nhỏ thì hiện tượng đàn hồi càng lớn, trị số đàn hồi cĩ thể xác định bằng phương pháp thực nghiệm hoặc giải tích.
Cắt bằng áp lực lưỡi cắt
Cắt vật liệu tấm thành từng dải được tiến hành trên máy cắt vật liệu tấm.
Các loại máy cắt vật liệu tấm thường dùng là máy cắt lưỡi song song, máy cắt lưỡi nghiêng, máy cắt dao đĩa, ngồi ra người ta cịn dùng máy cắt nhiều đĩa, máy cắt chấn động.
Quá trình cắt nguyên vật liệu tấm bằng máy cắt gồm 3 giai đoạn liên tục:
Giai đoạn biến dạng đàn hồi, từ khi dao cắt tiếp xúc với vật liệu cho đến trước điểm tới hạn – điểm chuyển từ biến dạng đàn hồi sang biến dạng dẻo, ứng suất trong kim loại chưa vượt quá giới hạn đàn hồi.
Giai đoạn biến dạng dẻo, dao cắt tiếp tục đi xuống làm cho ứng suất cắt tăng lên vượt quá giới hạn chảy nhưng khơng đạt tới giá trị cực đại tương đương với ứng suất bền của kim loại. Kim loại biến dạng dẻo cho đến khi bắt đầu xuất hiện các vết nứt. Trong giai đoạn này, dao lún sâu vào kim loại 0,2-0,5 chiều dày phơi, tùy theo độ cứng và độ dẻo của vật liệu.
Giai đoạn cắt đứt, lúc này xuất hiện những vết nứt rạn tế vi, sau đĩ vết nứt lớn dần. Vết nứt xuất hiện từ vết nứt tạo ra do mép cắt của dao, hướng theo bề mặt trượt và cuối cùng tách phần vật liệu này đối với phần vật liệu khác.
Hình 2.12:Các giai đoạn cắt kim loại
Trên mặt cắt của tấm vật liệu cĩ hai vùng rõ rệt: Một dải sáng hẹp tương ứng với
giai đoạn biến dạng dẻo và một dải mở rộng hơn tương ứng với giai đoạn đứt. Nếu vết nứt từ hai phía gặp nhau trên cùng một mặt phẳng thì mặt cắt sẽ phẳng và dẹp, khơng cĩ bavia, nếu lệch sẽ tạo nên chất lượng mặt cắt xấu. Bởi vậy việc khống chế khe hở giữa hai lưỡi cắt và độ sắc cạnh của nĩ cĩ ảnh hưởng đến chất lượng mặt cắt.
Lực cắt: Lực tác dụng Pi của lưỡi cắt trên và dưới lệch nhau do cĩ khe hở Z giữa hai cắt tạo nên mơmen quay M=Pi.a, trong đĩ a là cánh tay địn giữa các điểm đặt: a=(1,5-2)Z.
Mơmen M cĩ xu thế làm cho vật liệu quay đi một gĩc nhỏ trước lúc bị cắt đứt. Hiện tượng làm cho mặt cắt xấu đi, để chống lại hiện tượng này, cần chặn vật liệu bằng lực Q.
Độ chính xác của mặt cắt phụ thuộc vào các kiểu dao cắt, phương pháp cắt, chiều dày vật liệu, trạng thái mép của dao cắt, khe hở giữa dao cắt, ảnh hưởng của lực chặn Q và phương pháp định cữ.
Để nâng cao độ chính xác cắt, cữ phía sau điều chỉnh bằng tay được thay thế bằng điều chỉnh cơ khí. Lực chặn nên lấy Q= (0,3-0,4)P.
Khi cắt trên máy cắt lưỡi nghiêng, thường dải vật liệu cắt bị cong. Để giảm sự uốn cong, người ta làm gĩc nghiêng bé ϕ = 2 − 6ο .
Máy cắt lưỡi nghiêng cĩ ưu điểm là lực cắt khơng phụ thuộc vào chiều dài cắt nên nĩ được sử dụng nhiều trong các phân xưởng dập tấm. Dải và phơi cắt ra trên các máy cắt bằng dao đĩa thường bị cong nên sau khi cắt cần phải nắn thẳng.
b. Các phương pháp duỗi thép
Trong thuận tiện cho việc vận chuyển, bảo quản cốt thép, các thanh thép cĩ thể bị cong vênh hay với những thép cĩ đường kính nhỏ thường là cuộn trịn, vì vậy chúng cần được duỗi thẳng. Những thanh thép nhỏ cĩ thể dùng búa đập hay dùng vam kết hợp bàn nắn hoặc dùng máy để nắn thẳng thép.
Duỗi thép thủ cơng (bằng tay)
Thường được dùng là các loại thiết bị tự chế hoặc mua sẵn ngồi tiệm thiết bị xây dựng, gồm những loại sau:
+ Khu nắn thép 6 & 8, ( ngồi ra cịn gọi là Vam hay Thước Vam tùy từng địa phương) : làm bằng sắt 6 hoặc 8 dùng để nắn thép 6 & 8
+ Thước uốn ( hay cịn gọi là càng cua): được mua ngồi tiệm vì khĩ chế tạo hơn. Dụng cụ ngồi chức năng nắn thẳng thép đường kính lớn cịn được dùng để uốn thép. + Ngồi ra cịn dùng búa đập để nắn thẳng.
Duỗi thép bằng máy
Trên thị trường hiện nay cĩ rất nhiều loại máy dùng để nắn thép. Thơng dụng nhất là máy nắn thép làm việc độc lập
c. Các phương pháp uốn thép Phương pháp uốn bằng tay
Cơ cấu truyền lực bằng tay chỉ áp dụng cho một số sắt cĩ đường kính nhỏ, yêu cầu độ chính xác của gĩc uốn thấp, năng suất thấp.
Hình 2.14: Cơ cấu truyền lực để uốn bằng tay
Phương pháp uốn đai động cơ
Máy uốn ống bán tự động bàn uốn nằm ngang sử dụng động cơ điện, điều khiển bằng bàn đạp chân hay nút điều khiển cho phép bạn uốn cong đến 1900, máy đươc sản xuất tại Nhật Bản sử dụng puli và cử chắn dưới giúp ống được những kích cỡ đai thép cĩ đường kính khá lớn đến 40mm, đạt độ chính xác cao. Máy cĩ thiết kế thêm bộ phận tay dẫn ống phía sau giúp cho phần khơng uốn cong khơng bị biến dạng. Tay uốn của máy cĩ cữ chắn linh hoạt giúp cho việc điều chỉnh gĩc uốn dễ dàng, máy làm việc với độ ổn định cao, linh kiện thay thế đơn giản.
Hình 2.15: Máy uốn bán tự động
Ngồi ra cĩ một loại máy hoạt động theo nguyên lý khác là khơng quay khuơn để uốn cong chi tiết mà dùng pittơng thủy lực đẩy khuơn để uốn cong chi tiết đĩ là máy uốn ống điện thủy lực được dẫn động bằng động cơ RAPID T100M được lắp hộp giảm tốc điện thủy lực, điều khiển từ xa bằng bộ phân phối 2 chiều, là thiết bị được thiết kếcho độ chính xác đặc biệt. Hộp giảm tốc bao gồm các pittơng với van giới hạn cho phép xả dầu tự động để đạt ứng suất làm việc lớn nhất và duy trì áp lực làm việc. Một trong những model này được lắp ráp với một bàn gia cơng 2 tầng chắc chắn. Hộp số thủy lực được lắp ở tầng dưới, trong khi máy uốn ống được lắp ở tầng trên. Loại máy RAPID T10/M là loại máy mới trên thị trường cĩ thể vận hành bằng tay khi cần thiết.
Máy uốn cĩ các chốt thay đổi vì vậy cĩ thể thay đổi khuơn uốn một cách dễ dàng, máy uốn được dùng để uốn cĩ kích thước lớn vì chế tạo khuơn uốn tương đối đơn giản hơn các loại khuơn uốn kiểu quay.
d.Các phương pháp cắt thép Máy cắt dao thẳng song song
Máy cắt dao thẳng song song dùng để cắt các loại phơi và sản phẩm cĩ tiết diện vuơng, chữ nhật, trịn…máy thường đặt sau máy cán phơi, cán phá, cán hình cỡ lớn cĩ tiết diện sản phẩm là đơn giản. Máy cĩ nhiệm vụ cắt bỏ phần đầu, phần đuơi vật cán và dùng để cắt phân đoạn vật cán theo kích thước qui định. Khi làm việc mặt phẳng chuyển động của dao khơng đổi.
Hình 2.17: Máy cắt sắt KMC-25W
Máy cắt bằng lưỡi dao đĩa
Quá trình cắt kim loại tấm dày trên máy cắt dao đĩa được thực hiện bằng những đĩa dao quay trịn, đĩa dao trên và đĩa dao dưới được quay ngược chiều nhau cùng một tốc độ gĩc ( ω ), vật liệu cắt được chuyển dịch nhờ lực ma sát giữa kim loại và dao đĩa. Vị trí và kích thước đĩa dao được xác định phụ thuộc vào chiều dày vật liệu cắt. Cơngviệc cắt được thực hiện lấy dấu bằng tay hay đồ gá chuyên dùng. Khi cắt dọc tơn tấmnăng suất máy dao đĩa lớn hơn năng suất máy dao nghiêng nhưng cĩ nhược điểm làdao thường bị uốn cong và thường phải uốn lại. Để khắc phục hiện tượng này người ta thường đặt lệch trục đĩa dao trên so với dao dưới một đoạn e khơng lớn lắm.
Hình 2.18: Sơ đồ nguyên lí máy cắt đĩa
a)Loại một cặp đĩa b) Loại nhiều cặp đĩa cắt
Máy cắt đĩa áp dụng cắt mép, dãi hẹp cắt dọc theo chiều dài tấm thẳng vơ
hạn.Máy cắt này dùng để cắt viền và cắt mép những băng thép cĩ chiều rộng lớn, cắt những tấm thép cĩ kích thước nhất định theo tiêu chuẩn khi xuất xưởng. Để cắt được thẳng và khơng bị ba via người ta làm dao cĩ lưỡi hình trịn theo chiều của bán kính.
Máy cắt bằng lưỡi dao nghiêng
Để giảm lực trong quá trình cắt, người ta dùng máy cắt thép tấm lưỡi dao được đặt nghiêng một gĩc ϕ. Máy này cĩ lưỡi cắt chỉ một phần xác định cĩ trị số phụ thuộc vào gĩc nghiêng khơng đổi. Do đĩ trên một chiều dài hành trình lưỡi dao trên khi dao ăn sâu vào kim loại, lực cắt khơng thay đổi và khơng phụ thuộc vào chiều rộng tấm thép. Lực này nhỏ hơn rất nhiều so với lực cắt yêu cầu khi cắt cùng tấm vật liệu đĩ trên máy cắt dao song song.
1.Dao dưới 2.Phơi 3.Dao trên 4.Rãnh trượt
Loại máy này lưỡi dao dưới nằm ngang, lưỡi dao trên nghiêng một gĩc ϕ = 2 ÷6o, lực cắt khơng lớn lắm, cắt được các tấm dày, cắt được các đường cong, đường cắt khơng thẳng và nhẵn.
Khi cắt dao tiếp xúc dần với vật cắt từ trái sang phải, lực cắt thực hiện khơng đồng thời trên tồn chiều rộng cắt B. Do lực cắt giảm nên cĩ thể cắt được những tấm thép dày hơn 60 mm.
2.3.2.2. Tính tốn và lựa chọn thiết bị
a. Tính tốn cơng suất động cơ kéo khung duỗi thép
Việc tính tốn,lựa chọn cơng suất của động cơ phải thỏa mãn ba điều kiện sau: Động cơ khơng phát nĩng khi vượt quá nhiệt độ cho phép.
Cĩ khả năng quá tải trong thời gian ngắn.
Cĩ momen mở máy đủ lớn để thắng moomen cản ban đầu của phụ tải khi mới khởi động.
Để chọn động cơ điện,cần tính cơng suất cần thiết: Gọi:
N: Cơng suất của khung duỗi ϕ: Hiệu suất chung
Nct: Cống suất cần thiết Ta cĩ:
Trong đĩ:
ϕ=ϕ12 .ϕ22
ϕ1=0,94 ( Hiệu suất bộ truyền đai) ϕ2= 0,99 (Hiệu suất của một cặp ổ lăn ) ϕ=0,942 . 0,992 = 0,86
P: Lực kéo đai (N) v: Vận tốc lồng (m/s)
Động cơ được chọn cần phải cĩ cơng suất lớn hơn Nct. Trên thị trường cĩ rất nhiều loại động cơ thỏa mãn điều kiện này. Tuy nhiên, vấn đề ở đây là chọn động cơ
cĩ tốc độ bao nhiêu. Nếu chọn động cơ cĩ số vịng quay lớn thì tỷ số truyền động chung tăng dẫn đến việc tăng khuơn khổ, kích thước của máy và giá thành của thiết bị cũng tăng theo. Nhưng động cơ cĩ số vịng quay lớn thì giá thành hạ hơn và ngược lại.