THIẾT KẾ MÁY CẮT THÉP TẤM THỦY LỰC

THIẾT KẾ MÁY CẮT THÉP TẤM THỦY LỰC, ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CẢI TIẾN , thuyết minh THIẾT KẾ MÁY CẮT THÉP TẤM THỦY LỰC, động học máy CẮT THÉP TẤM THỦY LỰC, kết cấu máy CẮT THÉP TẤM THỦY LỰC, nguyên lý máy  , cấu tạo máy CẮT THÉP TẤM THỦY LỰC , quy trình sản xuất CẮT THÉP TẤM THỦY LỰC ,

LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển của khoa học nói chung và ngành cơ khí nói riêng. Đòi hỏi người cán bộ kỹ thuật phải nắm vững kiến thức cơ bản tương đối rộng. Đồng thời phải biết vận dụng kiến thức đã học trong suốt 5 năm để giải quyết những vấn đề cụ thể thường gặp trong sản xuất, sửa chữa và sử dụng.
Do đó đồ án tốt nghiệp là mục đích giúp hệ thống lại những kiến thức cơ bản đã học trước lúc ra trường. Cùng với sự phát triển của thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa của ngành cơ khí, thì nhu cầu sản xuất phải sử dụng máy móc độ chính xác cao, phải giảm sức lao động của con người, tăng năng suất lao động. Nhằm đáp ứng nhu cầu đó, em đã nhận đề tài tốt nghiệp là “Thiết kế máy cắt thép tấm” với các nội dung sau:
Phần I. Tổng quan về việc sử dụng thép tấm trong công nghiệp.
Phần II. Cơ sở lý thuyết về cắt kim loại.
Phần III. Giới thiệu về các phương pháp cắt thép tấm.
Phần IV.Phân tích, chọn sơ đồ nguyên lý máy và tính động học.
Phần V. Tính toán động lực học và kết cấu.
Phần VI.Hướng dẫn sử dụng và bảo quản máy.
Phần VII.Kết luận.
Đề tài được hoàn thành với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn Nguyễn Thế Tranh cùng các thầy cô trong khoa .Vì là một vấn đề tương đối lớn, mới của người sinh viên, không tránh khỏi 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.
Đà Nẵng, ngày tháng năm
Sinh viên thiết kế
 

PHẦN I :

MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ CẮT THÉP TẤM

CHƯƠNG I   :  NHU CẦU VỀ THÉP TẤM

         Nhu cầu các sản phẩm thép tấm sẽ vượt xa so với thép dài trong vài năm tới, đặc biệt ở Trung Quốc bởi triển vọng lạc quan trong thị trường ô tô, đóng tàu, máy móc và xây dựng.Theo báo cáo của Hiệp hội Thép Thế giới, Trung Quốc là nước sản xuất và tiêu thụ thép lớn nhất thế giới, chiếm gần một nửa tổng sản lượng thép toàn cầu trong năm ngoái. Ngành thép Trung Quốc có truyền thống tập trung vào các sản phẩm thép dài.

        Tuy nhiên, nhu cầu các sản phẩm thép tấm sẽ vượt qua thép dài trong vài năm tới. Các nghiên cứu gần đây đều cho thấy, tiêu thụ sản phẩm thép tấm toàn cầu sẽ tăng trưởng ở tốc độ CACR trên 10% trong giai đoạn từ 2011 đến 2014.

Nguyên nhân chính đẩy tăng nhu cầu sản phẩm thép như dải thép và thép tấm là ngành công nghiệp ôtô, đóng tàu và chế tạo máy đang phát triển. Cùng với xu hướng này, sự phát triển mạnh mẽ ở các ngành công nghiệp khác nhau sẽ thúc đẩy ngành thép duy trì xu hướng tăng trưởng đi lên trong vài năm tới.

        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 trục cán quay ngược chiều nhau, có khe hở giữa 2 trục cán nhỏ hơn chiều dày của phôi ban đầu. Kết quả làm chiều dày phôi giảm, chiều dài và chiều rộng tăng lên, tạo thành 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 sản phẩm 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 phân loại theo độ dày của tấm thép:

        + Thép tấm mỏng:        Chiều dày: S = 0,2 -- 3,75 mm.

                                                Chiều rộng: b = 600 -- 2.200 mm.

        +Thép tấm dày :           S = 4 -- 60 mm; b = 600 -- 5.000 mm.

                                                L = 4.000 -- 12.000 mm.

        + Thép tấm dải :           S = 0,2 -- 2 mm; b = 200 -- 1.500 mm.

                                                L = 4.000 -- 60.000 mm.

        Từ sự phân loại đó ta có các dạng phôi của thép tấm khác nhau như: dạng phôi tấm hay dạng phôi cuộn, phôi dải.Hình dạng và kích thướt của phôi tấm tạo ra trong quá trình cán được tiêu chuẩn hoá, do đó việc sử dụng thép tấm để tạo ra các sản phẩm như: thùng, sàn xe ôtô, khung, sườn xe máy, các thiết bị nghành điện, các kết câu trong nghành xây dựng như cầu, nhà cửa, hoặc sử dụng trong chính nghành cơ khí chế tạo, nghành tàu thuyền ... phải qua quá quá trình cắt thép tấm ra các kích thướt và hình dạng khác nhau phù hợp với yêu cầu của từng nghành, từng công việc cụ thể:

      - 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 điện đường...

Các lá thép

                                   Tủ điện                                                   Vỏ máy biến thế

         Hình 1.1.  Sản phẩm làm từ  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 bằng mối hàn, bulông hoặc đinh tán để tạo nên các kết cấu thép bền vững. Rỏ rang nhất thép 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.

Hình 1.3.  Sản phẩm thép tấm trong cơ khí.

-Trong nghành cơ khí ôtô:

Việc sử dụng thép tấm không thể thiếu được. Nó được sử dung làm khung, sườn, gầm ôtô, lót sàn ôtô, che kín thùng xe, và các bộ phận 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 cửa máy bay, nắp đậy thân máy bay, tên lửa,...

Dưới đây là bảng thống kê các loại thép tấm được sản xuất theo quy chuẩn

TT	Tên	Độ dày(mm)	Bề rộng(mm)	Chiều dài (m)
1	Thép lá cán nguội	0,8	1250	19,6
2	Thép lá cán nguội	1,0	1250	23,54
3	Thép lá cán nguội	1,2	1250	30,4
4	Thép lá cán nguội	1,5	1250	36,79
5	Thép lá cán nguội	0,5	1000	7,85
6	Thép lá	2,0	1000	31,4
7	Thép lá	2,5	1250	61,3
8	Thép tấm	3,0	1250	176,62
9	Thép tấm	3,0	1500	212
10	Thép tấm	4	1500	282,6
11	Thép tấm	5	1500	353,25
12	Thép tấm	6	1500	423,9
13	Thép tấm	8	1500	565,2
14	Thép tấm	10	1500	706,5
15	Thép tấm	12	2000	1.130,4
16	Thép tấm	14	1500	989,1
17	Thép tấm	16	2500	1.507,2
18	Thép tấm	18	1500	1.271,7
19	Thép tấm	20	2000	1.884
20	Thép lá cán nguội	0,5-0,6	1250	13.229

Bảng I - Thống kê các loại thép tấm

CHƯƠNG 2  :  CÁC SẢN PHẨM ĐƯỢC SỬ DỤNG SAU KHI CẮT THÉP TẤM

2.1. Các đặc điểm kỹ thuật của sản phẩm:

      Sản phẩm thép tấm hết sức đa dạng, song hầu hết sản phẩm sau khi cắt mới chỉ là bán thành phẩm phục vụ cho một quá trình công nghệ. Để thuận lợi cho các công đoạn sản xuất tiếp theo cũng như đảm bảo chất lượng của thiết bị khi hoàn 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.

      Công nghệ cắt là công nghệ chế tạo sản phẩm bằng phương pháp sử dụng dao cắt hoặc khí, nước, ánh sáng dòng điện…để tạo ra sản phẩm có hình dạng xác định, đạt được kích thước như mong muốn.

2.2. Công nghệ cắt thép tấm phẳng:a.Thép tấm phẳng

 

                        b.Thép tấm gân                                                  c.Thép cuộn

Hình 1.5 – Sản phẩm thép tấm

 

      Để cắt được thép tấm phẳng chúng ta không cần sử dụng máy móc công nghệ cao cũng có thể cắt được các sản phẩm có hình dáng đơn giản. Song có những chi tiết phức tạp, đòi hỏi độ chính xác, chất lượng vết cắt…thì vấn đề cắt trên máy đơn giản gập nhiều khó khăn, thậm trí là không thực hiện được. Khi đó chúng ta phải sử dụng những máy cắt hiện đại để trợ giúp. Vì thế, hiện nay trong công nghệ cắt thép tấm phẳng đã dần đưa máy móc sử dụng công nghệ cao trong sản xuất nhằm tạo ra các sản phẩm đặc trưng, tạo sự chuyên môn hóa, tự động hóa và hiện đại hóa.

2.3. Công nghệ cắt thép cho nhà tiền chế _ cắt thép định hình:

      Thép định hình là một loại thép lá có hình mặt cắt và kích thước nhất định. Thép định hình có nhiều loại bao gồm thép hình chữ I, thép lòng máng và thép góc...

 

                     a-Thép hình chữ I                                                     b-Thép góc

 

                    c-Thép lòng máng                                                d-Thép hình chữ C

Hình 1.6 – Thép định hình

      Để cắt được thép định hình ta phải sử dụng các loại máy móc chuyên dụng, ngoài ra, có khi phải kết hợp các công nghệ cao để đạt được kết quả như mong muốn. Sử dụng các máy cắt CNC, máy cắt plasma…

      Trong công nghệ cắt thép chúng ta sử dụng nhiều loại máy móc, thiết bị công nghệ…Thậm chí, dùng những vật dụng thô sơ, thủ công để cắt. Dù chọn phương án nào chúng ta cũng phải chú ý đến đặc điểm, hình dáng, yêu cầu kỹ thuật của chi tiết, khả năng công nghệ của công ty, của cơ sở sản xuất và cũng không thể bỏ qua yếu tố kinh tế nhằm đem lại được sản phẩm như ý, giá thành rẻ và đạt yêu cầu.

 

PHẦN II :

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY

CHƯƠNG 1  :  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, tia nước hay các phương pháp cắt bằng máy cắt có lưỡi dao...Tùy theo hình dạng, kích thước của phôi, yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm cũng như quy mô sản suất mà ta có thể áp dụng phương pháp cắt khác nhau. Mặt khác, phương pháp cắt còn ảnh hưởng rất lớn đến năng suất sản xuất. Ta tiến hành phân tích một số phương pháp cắt thép tấm phổ biến hiện nay, từ đó chọn ra phương án thích hợp.

1.1. giới thiệu một số phương pháp cắt thép phẳng

1.1.1.Phương pháp cắt thủ công:

            Cắt thép bằng các phương pháp thủ công có nhiều cách, chẳng hạn như phương 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 các thép 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 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.

1.1.2. Cắt bằng phương pháp hồ quang điện hoặc ngọn lửa khí

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

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

      Khi bắt đầu cắt, kim loại ở mép cắt được nung nóng đến nhiệt độ cháy nhờ nhiệt độ của ngọn lửa nung, sau đó cho dòng oxy thổi qua, kim loại bị oxy hoá mãnh liệt tạo thành oxit. Sản phẩm cháy bị nung chảy và được dòng oxy thổi khỏi mép cắt, tiếp theo do phản ứng cháy của kim loại toả nhiệt mạnh, lớp kim loại tiếp theo bị nung nóng 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 của kim loại.

      Nhiệt toả ra khi kim loại cháy phải đủ lớn để nung mép cắt tốt đảm bảo quá trình cắt không bị gián đoạn

Hình 2.1:  Sơ đồ cắt kim loại bằng khí.

      Oxit kim loại nóng chảy phải loãng tốt, dễ tách khỏi mép cắt.Độ dẫn nhiệt của kim loại không quá cao, tránh sự toả nhiệt nhanh dẫn đến mép 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 cháy đạt tới 70% lượng nhiệt cần để nung nóng nên rất thuận lợi khi cắt bằng khí. Thép cacbon cao do nhiệt độ chảy thấp nên khó cắt hơn, khi cắt thường nung nóng trước tới 300°- 600°C. Thép hợp kim crôm hoặc hợp kim niken do khi cháy tạo thành oxit crôm nhiệt độ chảy tới 2000°C phải dùng thuốc cắt mới cắt được..., mặt khác để đảm bảo chất lượng phôi, nâng cao năng suất và hạ giá thành cắt cần phải chọn các chế độ cắt hợp lý khác nhau như áp suất khí cắt, lượng tiêu hao khí cắt, tốc độ cắt, khoảng cách cần khống chế từ mỏ cắt tới vật cắt do đó việc dùng phương pháp này để cắt thép tấm không mang lại hiệu quả kinh tế cao cũng như năng suất thấp, khó chuyển sang tự động hoá.

1.1.3. Cắt bằng chùm laser

      Ý tưởng về sử dụng nguồn năng lượng ánh sang để cắt kim loại xuất hiện ngay khi con người biết dùng tia sang mặt trời để nhen lửa hay đốt giấy.Từ đó nghiên cứu các thiết bị Laser như bị cuốn hút bởi sự hấp dẫn của nó. Hiện nay cắt bằng tia laser đã trở nên thông dụng ở một số nước                    

    

   Nguyên lý chung về cắt bằng tia Laser(hình 2.2) 

        Nguồn bức xạ (1) tạo ra chùm tạo ra chùm tia Laser (2) đi thẳng hoặc đổi hướngnhờ gương phẳng (3) và được hội tụ nhờ thấy kính hội tụ (4)

        Nguồn năng lượng laser tập trung trên một diện tích rất nhỏ với mật độ dòng nhiệt tạo ra vùng tiếp xúc bề mặt rất cao làm vật liệu nóng chảy và bốc hơi tạo thành rãnh cắt hoặc lỗ khoan.

Hình 2.2: Sơ đồ cắt kim loại bằng chùm tia laser

        Ưu điểm,nhược điểm của cắt bằng tia laser:

        - Chùm tia laser có nguồn nhiệt tập trung với mật độ nguồn nhiệt cao nên có thể cắt tất cả các loại vật liệu và hợp kim của nó.

       - Rãnh cắt hẹp, sắc cạnh, có độ chính xác cao.

       - Có thể cắt theo đường thẳng hay đường cong bất kì

       - Mép cắt sắc đẹp, không cần các bước gia công phụ them

       - Quá trình cắt xảy ra nhanh chóng.

       - Đây là quá trình cắt không tiếp xúc, nó có thể cắt theo các hướng khác nhau.

       - Có thể cắt vật liệu có từ tính và không có từ tính.

        - Khi cắt không có tác dụng cơ học nên tồn tại rất ít ảnh hưởng của biến dạng trong quá trình cắt. Vùng ảnh hưởng của nhiệt cắt nhỏ, biến dạng nhiệt ít

       - Có năng suất cao, có thể tăng năng suất khi sử dụng các máy có điều khiển bằng chương trình NC, CNC.

       - Có thể cơ khí hóa và tự động hóa điều khiển quá trình cắt.

        - Không gây ồn, điều kiện lao động tốt, điều kiện làm việc của công nhân được cải thiện rất nhiều do lượng bụi ít hơn so với các phương pháp gia công cơ khí khác.

       - Chiều dày cắt hạn chế 10 ÷20 mm ( phụ thuộc vào công suất của nguồn laser)

        - Thiết bị tạo ra nguồn laser và các thiết bị điều khiển chương trình số CNC có giá thành cao.

1.1.4. Cắt bằng tia nước

a. Sơ đồ máy cắt bằng tia nước:

Hình 2.3: Sơ đồ máy cắt bằng tia nước

b. Nguyên lý hoạt động:

      Cắt bằng tia nước (Water Jet Cutting-WJC) là một quá trình sử dụng tia nước ở áp suất cao để gia công vật liệu. Vết cắt hoặc rãnh có độ rộng xấp xỉ 1mm. Đường kính lỗ nhỏ nhất có thể cắt được là 1,5mm. Phương pháp này còn được gọi là gia công bằng thuỷ động lực học.

      Sơ đồ nguyên lý được thể hiện trên hình 2.4 dưới đây:

 

Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý gia công bằng tia nước

       Đầu tiên, nước từ thùng cấp nước đi qua bộ lọc và hòa trộn. Sau đó, nhờ ống dẫn chất lỏng đi qua bộ khuyếch đại để tăng áp đến đầu phun. Tại đầu phun tia nước được phun ra mạnh hay yếu là nhờ van tiết lưu. Van này được điều khiển bởi một bộ điều khiển. Tia nước sau khi ra khỏi đầu phun có áp suất rất lớn (thường từ 100 - 400 MPa), tốc độ tia nước từ 400 - 1000m/s. Với áp suất này, khi tia nước chạm vào bề mặt vật liệu gia công nó tạo nên áp lực lớn hơn độ bền nén của vật liệu, bề mặt vật liệu bị nát ra và tia nước xuyên qua tạo thành vết cắt, cắt chi tiết gia công. Vậy tia nước tạo đóng vai trò như một cái cưa cắt một vết hẹp trên vật liệu.

      Việc cắt bằng tia nước theo cách thức: Nước được bơm và nén vào một bình nén có áp suất cao sau đó được phụt qua một cái vòi nhỏ, việc cắt vào các vật là do sự bắn phá của dòng tia nước có tốc độ cao này. Áp suất cắt có thể đạt từ 40.000 psi đến trên 87.000 psi. Việc thêm vào dòng tia nước các hạt mài cũng hỗ trợ cho quá trình cắt bằng tia nước. Do đặc tính dễ thay đổi của dòng cắt nên tia nước có thể cắt được nhiều vật liệu khác nhau từ bê tông, đá, gỗ, vải hay đến các kim loại. Cũng có vài loại vật liệu không thể cắt bằng tia nước như một số loại thủy tinh đặc biệt, hay một số loại gốm. Việc cắt bằng tia nước không bị hạn chế bởi độ dày vật thể, có thể cắt được các vật có độ dày trên 20 inch.

c. Ưu nhược điểm:

      - Chất lượng vết cắt rất cao.

      - Vết cắt có thể bắt đầu ở bất kỳ chỗ nào mà không cần khoang mồi trước và có thể cắt được các vật liệu cán mỏng.

      - Có khả năng tự động hóa và người máy hóa rất cao.

      - Chi phí thấp.

      - Không có chất hóa học như cắt bằng hạt mài (AWJC).

      - Thích ứng với hệ thống CAD/CAM.

      - Gia công đạt độ chính xác cao, bề mặt phẳng.

      - Không ảnh hưởng nhiệt.

      - Có thể cắt bất cứ vật liệu nào.

      - Ít lãng phí chất thải sau gia công.

      - Môi trường gia công trong sạch.

      - Một lợi ích quan trọng của việc cắt bằng tia nước là khi cắt vào các vật liệu nó không làm thay đổi cấu trúc bên trong, vốn có của vật liệu và không gây nóng vật liệu. Việc giảm tối thiểu sự ảnh hưởng của nhiệt độ trong phương pháp này cho phép các kim loại sau khi cắt không bị hỏng hay thay đổi tính chất của kim loại do nhiệt độ.

      - Cắt với một phạm vi bề dày lớn với dung sai hợp lý, không sinh nhiệt, vùng gia công không chịu tác động nhiệt, đây là phương pháp gia công cắt lạnh.

      - Độ nhám bề mặt có thể tốt như các phương pháp gia công truyền thống.

      - Lực cắt không đáng kể, vì thế có rất ít hoặc không có.

1.1.5. Máy cắt thép tấm dao nghiêng

        Để giảm lực trong quá trình cắt của máy cắt dao song song, người ta dùng máy cắt thép tấm lưởi dao được đặt nghiêng một góc j. Khác với máy cắt dao song song, máy này có lưởi cắt chỉ một phần xác định có trị số phụ thuộc vào góc nghiêng   không đổi. Do đó trên một chiều dài hành trình lưởi dao trên khi dao ăn sâu vào kim loại, lực cắt không thay đổi và không 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 đó trên máy cắt dao song song.

Hình 2.5: Nguyên lý cắt thép tấm dao nghiêng

 1. Dao dưới.   3.Dao trên.     2. Phôi.   4. Rảnh trượt.

      Loại máy này lưỡi dao dưới nằm ngang, lưỡi dao trên nghiêng một góc j = 2--- 6^o, lực cắt không lớn lắm, cắt được các tấm dày, cắt được các đường cong, đường cắt không thẳng và nhẵn.

        Khi cắt dao tiếp xúc dần với vật cắt từ trái sang phải, lực cắt thực hiện không đồng thời trên toàn chiều rộng cắt B. Do lực cắt giảm nên có thể cắt được những tấm thép dày hơn 60 mm.

        Các thông số của lưỡi dao trên:

        - Góc trước.

        - Góc sau = 1,5 ¸ 3⁰

        - Góc cắt = 65 ¸ 68⁰

       - Góc sắc =

Hình 2.6.  Hình dạng lưỡi cắt

Tổng tiêu hao khi cắt phụ thuộc vào lực cắt, chiều dày cắt và góc nghiêng -- của dao.

        Lực cắt:              --                                                         (3.9)

--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= -.

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 -- là chiều day và giới hạn bền của vật cắt.

   1.1.6. Cắt trên máy cắt dao song song.

      Đặc điểm:

      - Góc trước

      - Cắt được tấm rộng B≥3200mm, chiều dày S đến 60mm

      - Chỉ cắt được đường thẳng,chiều rộng tấm cắt phải nhỏ hơn chiều dài dao.

      - Đường cắt thẳng đẹp, hành trình dao nhỏ; Lực cắt tương đối lớn:

P=1,3.B.S (N)                

Hình 2.7-  Sơ đồ nguyên lý cặp lưỡi dao song song

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

                                   

      Trong đó :            k - hệ số = 1,1÷ 1,3

      B- chiều dài đường cắt hay chiều rộng của phôi cắt (mm)

      S- chiều dày vật liệu (mm)

    - trở lực cắt của vật liệu,hay giới hạn bền cắt của phôi =(0,6÷ 0,8). (N/mm)

Hình 2.8- 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 trị cực đại, sau đó giảm dần (đường II hình 2.8).

      + Khi cắt các tấm như nhau thì công biến dạng được đặc trưng bởi diện tích của phần bề mặt giới hạn bởi đường cong I và II (đường cong tải trọng làm 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 máy cắt dao song song.     

1.1.7. Máy cắt bằng lưỡi dao đĩa

Hình 2.9- Kết cấu của dao cắt đĩa có tâm trục song song

 

      Các máy cắt có lưỡi dao chuyển động quay gồm các lưỡi cắt (đĩa) có cùng đường kính chuyển động quay ngược chiều nhau với cùng một tốc độ góc. Các mép làm việc của các đĩa dao được đặt sao cho độ trùng dao d = (0,2 ÷ 0,3 )S, góc ăn dao <14º.

      - Nếu S>10mm thì D= (25 ÷ 30)S , B=(50 ÷ 90 )mm.

      - Nếu S<  3mm thì D= (35 ÷ 50)S , B=(20 ÷ 25 )mm.

      Đặc điểm nổi bật khi cắt trên máy cắt dao đĩa là với một đường kính đĩa dao xác định, các máy cắt không những chỉ cắt kim loại mà còn giữ chặt và kéo 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 tấm cắt, nó có thể cắt được tấm có chiều dày đến 25mm khi ≤ 500 MPa.

1.2. Phân tích chọn phương án thiết kế máy:

      Ở trên ta đã đưa ra một số phương pháp cắt thép tấm. Trong phạm vi thiết kế đồ án tốt nghiệp, em xin trình bày về phương pháp cắt thếp tấm phẳng. Cũng qua đó tìm hiểu sâu về máy cắt thép tấm phẳng. Thông qua ưu, nhược điểm đánh giá các phương án ta có nhận xét như sau:

      - Phương pháp cắt thủ công: chỉ dùng cho việc cắt những chi tiết đơn giản, mỏng và không yêu cầu chất lượng, năng xuất thấp. Không thể tự động hóa và cơ khí hóa.

      - Phương pháp dùng hồ quang quang điện hay ngọn lửa khí có thể cắt được thép tấm có bề dày lớn nhưng chất lượng mép cắt không cao, năng suất thấp, khó cơ khí hoá và tự động hoá. Do đó, nó chỉ phù hợp khi cắt những tấm dày, có hình dáng phức tạp.

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

      - Phương pháp cắt bằng tia nước : Dùng phương pháp này có thể gia công bất kỳ vật liệu nào, đạt chất lượng tốt và cơ khí hóa tự động hóa cao. Song lại phải sử dụng công nghệ hiện đại gây tốn kém và không hiệu quả kinh tế cho uy mô sản xuất đang thiết kế.

           - Phương pháp cắt bằng dao nghiêng : Phương pháp này tuy mép cắt không được thẳng và đẹp nhưng lực cắt cần thiết không yêu cầu lớn, cắt được tấm thép dày, có thể cắt theo những đường cắt cong, do đó không yêu cầu kết cấu máy phải cồng kềnh, máy ít rung động đến xung quanh.

      - Phương pháp cắt bằng dao song song : phương pháp này có đường cắt thẳng đẹp, hành trình dao nhỏ nhưng cần yêu cầu có lực tương đối  lớn.

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

      à Dựa vào những phân tích trên nên ta chọn phương án dùng lưỡi dao cắt nghiêng để thiết kế máy.

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC MÁY

Theo như phân tích trên ta đã chọn được phương án chế tạo máy là sử dụng dao nghiêng. Tiếp theo, ta phân tích chuyển động chính của máy gồm:

        + Chuyển động chính là chuyển động của dao có thể là tịnh tiến hoặc chuyển động quay.

      + Chuyển động của phôi_chuyển động thẳng.

      + Chuyển động của sản phẩm.

2.1.  Phân tích chọn phương án chuyển động dao.

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

     + 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 a_max = 20mm và chiều rộng B_max = 3000mm, vật liệu phôi thép tấm là thép CT38 thì ta cần phải xác lập một sơ đồ động thích hợp cho máy để đảm bảo được tính công nghệ cũng như tính kinh tế.

2.1.1. Chuyển động tịnh tiến bằng cơ cấu tay quay con trượt

 

Hình 2.10  Sơ đồ nguyên lý cơ cấu tay quay con trượt

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

2.1.2. Cơ cấu hình

Hình 2.11  Sơ đồ nguyên lý cơ cấu hình sin

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

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 ép được dùng phổ biến, đặc biệt đối với các máy cắt kim loại như máy tổ hợp, máy điều khiển theo chương trình, máy gia công kim loại bằng áp lực như máy dập, máy ép, máy cắt thép tấm ...

Hình 2.12  Sơ đồ nguyên lý hệ thống 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 được đưa vào buồng trái hoặc buồng phải của hai xi lanh tạo chuyển động tịnh tiến của cần piston, tạo lực cắt cho dao.

     * Ưu điểm:

          + Thực hiện được truyền động vô cấp cho chuyển động của đầu dao, đảm bảo chế độ cắt thích hợp nhất. Tạo được lực cắt lớn và công suất cắt lớn.

          + Dễ dàng đảo chiều chuyển động, chống quá tải, các chi tiết, các cơ cấu đã được tiêu chuẩn hoá.

          + 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 đơn giản việc tính toán và thiết kế nhưng thực chất dầu vẫn có tính đàn hồi do có các chất khí hoà tan trong dầu, điều này làm cho việc đảm bảo sự làm việc ổn định, sự chuyển động êm nhẹ cho các cơ cấu dầu ép khó khăn.

          + Trong quá trình biến đổi năng lượng, năng lượng đàn hồi của dầu hoàn toàn biến thành nhiệt năng, thông qua dầu và các thiết bị truyền về bể mà không thực hiện một công có ích nào cả. Hơn nữa sự cản nhiệt này còn làm cho độ nhớt của dầu bị thay 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 chế tạo chính xác.

2.1.4. Kết luận

     Qua ba phương pháp tạo chuyển động tịnh tiến để tạo lực cắt cho dao ta thấy phương 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 cấu tịnh tiến bằng hệ thống thuỷ lực dầu ép phù hợp nhất khi cắt các loại thép cacbon, thép thường với kích thước phôi lớn.

2.2. Phân tích chọn số lượng piston:

2.2.1. Phương án 1 piston – xylanh:

Hình 2.13

2.2.2.Phương án 2 piston – xy lanh:

Hình 2.14

 

2.2.3. Phương án 3 piston – xy lanh:

 

Hình 2.15

2.2.4. Phương án 2 piston – xy lanh kép:

 

Hình 2.16

2.2.5.Nhận xét :

      Trên đây ta đã đưa ra một số phương án chọn số lượng piston, ta thấy :

      - Phương án 1 piston-xylanh thì piston có kích thước lớn, áp xuất làm việc lớn, lưu lượng của piston cũng phải lớn, kéo theo kích thước của đường ống dẫn dầu cũng phải lớn. Mặt khác, với một piston này thì thực hiện quá trình cắt không được ổn định lắm. Do đó, phương án này không khả thi.

      - Phương án 3 piston-xylanh: Tuy làm giảm được kích thước piston-xylanh nhưng số lượng piston-xylanh lại nhiều gây tốn kém. Kết cấu máy lại phức tạp hơn.

      - Phương án 2 piston-xylanh kép: Phương án tuy kích thước piston-xylanh nhỏ nhưng số lượng thì nhiều, gây tốn kém.

      - Phương án 2 piston-xylanh : Với bề rộng và chiều dày cắt tối đa của máy thiết kế thì ta thấy bố trí 2 piston-xylanh cho ta kết cấu nhỏ gọn, làm việc ổn định hơn, khích thước piston-xylanh vừa phải. Do đó, ta chọn phương án này làm phương án thiết kế máy.

2.3. Sơ đồ nguyên lý máy và nguyên tắc làm việc

2.3.1. Sơ đồ nguyên lý máy

 

Hình 2.17  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 cơ 14. Bể dầu.

 

2.3.2. Nguyên lý làm việc

     Khi động cơ bơm quay, bơm hút dầu từ bể qua bộ lọc (1), qua các thiết bị như bộ lọc (12), van an toàn (2), bộ ắc quy dầu (9) đến van tiết lưu (4), nhờ van này ta hiệu chỉnh được lưu lượng qua nó để vào xilanh, do đó làm thay đổi được vận tốc của piston theo yêu cầu. Sau khi dầu qua van tiết lưu thì qua van phân phối (5) để vào buồng trên hoặc

buồng dưới của xilanh để thực hiện chuyển động đi xuống cắt thép hoặc chuyển động chạy không quay về.

2.3.3. Xác định các thông số máy

2.3.3.1. 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:  B_max= 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, độ thẳng 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:                                         L₀ =  .

2.3.3.2. Xác định độ vận hành của dao nghiêng

 

 

Hình 2.18  Sơ đồ xác định độ vận hành của dao nghiêng

          y: là chiều cao mở cực đại từ phía dưới của lưỡi dao trên tới mặt trên của tấm thép đem cắt. Chọn y = 25 mm.

          B:       Chiều rộng lớn nhất của tấm thép đem cắt. B_max= 2000(mm).

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

- = (10---20 ) mm , chọn  -= 15 (mm).

          L:      Chiều rộng dao:  L = 2100 (mm).

          S_max:   Chiều dày lớn nhất của tấm thép.

 do đó chiều dài hành trình cắt H:

                      H  = y + S_max + B_max.tg-

                      H  = 25+15 +2100 tg4⁰ +15 = 200 (mm).

2.3.3.3. 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, chất 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 làm việc tốt, đạt năng suất và yêu cầu thiết kế.

     Đối với cắt thép tấm, với chiều dày tấm thép cắt S_max = 15mm là khá lớn, vì vậy vận tốc cắt nằm trong khoảng (5---100 )mm/s, với S_max như vậy ta chọn: v = 50(mm/s)

     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 = 200 mm.

     -Thời gian của dao đi là :

     t =

     Vậy thời gian cắt chính của dao là : t = 4,0 ( s).

2.4. Thiết kế động học cho bộ phận kẹp phôi

Hình 2.19  Sơ đồ tính momen lật phôi

Khi cắt thép, lực tác dụng P_cắt của lưỡi dao trên và lưỡi cắt dưới lệch nhau do có khe hở Z giữa hai lưỡi cắt (hình 2.19), chính sự lệch nhau đã tạo nên một momen quay M:

M = P_cắt . l

     Thông 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 góc với bề mặt tấm thép. Bởi vậy ta cần phải chống lại sự quay đó, đồng thời ngăn cản bất kỳ một chuyển động nào có thể của phôi trong quá trình cắt bằng cách thêm vào lực ép Q trên tấm vật liệu.

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

2.4.1. Kẹp phôi bằng chính trọng lực của một khối kim loại. (Hình 2.20):

     a. Sơ đồ

 

Hình 2.20  Sơ đồ kẹp phôi bằng trọng lực của khối kim loại

   b. Hoạt động

    Khi dao cắt (1) bắt đầu đi xuống thì khối lượng vật liệu kẹp chặt (2) cũng đi xuống theo và xuống chạm vào tấm thép cần kẹp chặt trước. Dao tiếp tục đi xuống cắt thì khối lượng này trượt lồng không trong rãnh (3) của dao cắt, lúc khối 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 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.

2.4.2. Kẹp chặt bằng hệ thống thuỷ lực dầu ép hoặc khí nén (hình 2.21):

a. Sơ đồ:

Hình 2.21   Sơ đồ kẹp chặt bằng thủy lực

       b. Hoạt động

     Dầu được đưa từ bơm (3) Qua van đảo chiều (5) rồi theo đường ống qua bộ làm đều 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 đi lên, 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.2.4.. Kẹp chặt bằng hệ thống các lò xo chịu nén gắn lên lưỡi dao trên( Hình 2.22):

    a. Sơ đồ

                                  

                                                                1. Đầu kẹp;

                                                                         2. Lò xo chịu nén;

                                                               3. Dao trên;

                                                       4. Phôi;

                                                              5. Dao dưới

Hình 2.22   Sơ đồ cơ cấu kẹp phôi bằng lo xo chịu nén

    Lợi dụng lực đàn hồi của lò xo sinh ra khi chịu kéo hoặc chịu nén để làm lực kẹp cho phôi khi cắt kim loại.

b. Hoạt động

     Lò xo chịu nén được đặt trong xilanh, xilanh gắn cứng lên dao trên. Khi dao trên nhận được động lực từ nguồn xilanh thuỷ lực, dao bắt đầu đi xuống, dao mang theo xilanh kẹp chặt. Khi dao xuống thì do bố trí đầu kẹp của piston kẹp ở vị trí thấp hơn đầu dao trên nên đầu kẹp chạm vào phôi trước, đầu dao tiếp tục đi xuống lò xo bị nén lại 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 đi lên mang theo cả đầu kẹp đi lên để chuẩn bị cho chu kỳ cắt kế tiếp.

c. Ưu nhược điểm của sơ cấu

     * Ưu điểm:

     + Cơ cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ dàng thay đổi lực kẹp nhờ vào cách thay đổi độ cứng của lò xo nén.

      + Cơ cấu kẹp phôi êm, ít va đập rung động.

      * Nhược điểm:

       Nguồn động lực truyền cho dao lúc này phải tích thêm lực truyền cho cơ cấu kẹp chặt nên yêu cầu về hệ thống thuỷ lực cao hơn  (áp suất, công suất động cơ bơm).

2.4.4. Kết luận

  * Sơ đồ bố trí của kết cấu:

Hình 2.23  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

                                                  3. Lõi thép                 7. Lưỡi dao cắt

4. Đai ốc                      8. Bàn dao dưới

 

      Qua các phương án kẹp chặt phôi đã phân tích trên cho thấy: kẹp bằng hệ thống các xilanh thuỷ lực có thể chủ động về lực kẹp nhưng có nhược điểm là làm cho kết cấu máy cồng kềnh, giá thành tương đối đắt tiền. Kẹp bằng trọng lượng của khối kim loại đặc, kết cấu này tuy đơn giản nhưng khi kẹp lại rung động va đập lên máy lớn; kết cấu kẹp bằng hệ thống xilanh - piston và các lò xo chịu nén khi kẹp êm, nhẹ nhàng, ít rung động và va đập máy nhưng nhược điểm là kết cấu máy bị cồng kềnh, cần phải tăng lực tác động ở cơ cấu thuỷ lực tác động lên đầu dao. Vì vậy ở kết cấu của bộ phận kẹp phôi trước khi cắt ta có thể kết hợp ở tấm thép kẹp có trọng lượng G trượt lồng không trong rãnh của bàn dao trên kết hợp với hai xilanh lò xo chịu nén. Kết cấu này đơn giản, dễ chế tạo, giá thành rẻ và có thể khắc phục được nhược điểm của các cơ cấu như đã phân tích ở trên.

2.5. Phân tích lựa chọn hệ thống cấp phôi:

      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 là việc giải phóng sức lao động cho chính bản thân mình bằng cách thay thế các hoạt động thủ công của ta bằng hoạt động của  máy móc. Hơn nữa khi người công nhân trực tiếp đứng máy, có rất nhiều động tác lặp đi lặp lại mang tính nhàm chán dễ xảy ra tai nạn cho người công nhân... Từ các yếu tố đó đặt ra vấn đề ta phải trang bị thêm các hệ thống cấp phôi 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 cấp phôi 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 tăng năng suất và giảm nhẹ sức lao động cho công nhân.

      Để thực hiện công việc này cũng có một số phương án, ta có thể phân tích để đưa ra phương án thích hợp nhất.

2.5.1. Cấp phôi bằng hệ thống các xilanh - piston khí nén:

      * Sơ đồ bố trí như sau:

Hình 2.24  Nguyên lý cấp phôi bằng hệ thống các xilanh - piston khí nén

                      1. piston -  xilanh kẹp lúc cấp phôi. 2. piston -  xilanh đẩy phôi vào. 

                      3. Hệ thống các con lăn đỡ. 4.Phôi thép tấm.5.Cảm biến áp suất.

 

    * 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 suất lên tấm thép để đủ tạo lực ma sát đủ lớn thì nó đóng mạch điều khiển piston (2) và đẩy 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 áp lực tác dụng lên piston.

         + Thiết bị kết cấu đơn giản.

         + Thiết bị điều khiển trong khí nén rẻ tiền.

* Nhược điểm:

          + Chiều của hành trình piston đẩy phôi phải bằng chiều dài lớn nhất 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 khi đẩy dễ bị cong tấm thép.

         + Khi thiết kế khoảng cách giữa hai piston - xilanh kẹp cố định, chiều rộng tấm thép khi cần cắt nhỏ hơn khoảng cách đó thì chỉ có 1 piston hoạt động.

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

     * Sơ đồ nguyên lý:

 

 

Hình 2.25  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 từ động cơ qua hộp giảm tốc sẽ kéo tấm thép đi tới đến vị trí lưỡi cắt. Lực kéo phôi này nhờ vào lực ma sát giữa lô cán với tấm thép, lực này phải lớn hơn ma sát của tấm phôi 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.

2.5.3. Kết luận

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

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

• Sơ đồ động

Hình 2.26  Sơ đồ động

• Nguyên lý hoạt động

     Động cơ (1) quay, qua khớp nối (3) và hộp giảm tốc (2) truyền momen xoắn cho trục dẫn động lô cán (4), làm cho lô cán (4) quay. Nhờ lực ma sát giữa tấm thép và các 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 sát khi đưa phôi vào giữa hai lô cán.

• 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 thì chạm vào cử hành trình, tác động lên rơle điều khiển cắt nguồn điện ở động cơ làm 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 ta chọn 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 trục động cơ. Khi nguồn điều khiển động 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.

b) 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...Và cũng nhằm giảm bớt lực ma sát tác dụng lên các lô cán cấp phôi, bàn cấp phôi thường được trang bị hệ thống đỡ phôi.

     Phôi thép tấm sau khi được chế tạo từ các máy cán thép tấm có kích thước đã được tiêu chuẩn. Thông thường thép tấm sau khi cán có chiều dài lớn, vì vậy khi đưa vào cắt trong máy cắt thép tấm thì cần phải có sàn đỡ phôi. Trên sàn đỡ phôi ta bố trí dãy một số các con lăn nằm ngang bằng với các lô cán dưới và 2 dãy con lăn (ống giữ phôi) dựng đứng 2 bên để dẫn phôi vào, sơ đồ bố trí như sau: (Hình 2.27).

MỤC LỤC
Lời nói đầu trang 1
Phần 1:tổng quan về việc sử dụng thép tấm trong công nghịêp trang 2
Phần 2: Cơ sở lý thuyết về cắt kim loại. Trang5
2.1 Biến dạng lim loại trang 5
2.2 Những nhân tố ảnh hưởng đến biến dạng dẻo kim loại trang 9
Phần 3: Các phương pháp cắt thép tấm trang 12
3.1Cắt bằng phương pháp thủ công trang 12
3.2 Cắt bằng hồ quang điện hoặc ngọn lửa hàn khí trang 12
3.3Cắt bằng chùm tia laser trang 14
3.4 Cắt bằng áp lực lưỡi cắt trang 14
Phần 4: Sơ đồ nguyên lý và tính động học máy trang 24
4.1 Giới thiệu chung trang 24
4.2Phân tích chọn sơ đồ nguyên lý máy trang 24
4.3 Tính động học máy
Phần 5: Tính toán động lực học và kết cấu trang 39
5.1Động lực học và kết cấu cho cơ cấu kẹp phôi trang 39
5.2 Động lực học và kết cấu cho bộ phận tạo lực cắt trang 46
5.3 Tính kết cấu lưỡi dao và bàn trượt gá dao trang 56
5.4 Tính bộ phận cấp phôi trang 60
Phần 6: An toàn và vận hành máy trang 82
Phần 7 Kết luận trang 84