Đồ án tốt nghiệp máy cắt tấm thép

Đồ án tốt nghiệp -1-
- CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY CẮT THÉP TẤM
1.1. Giới thiệu sản phẩm từ thép tấm và nhu cầu sử dụng.
Trong sự phát triển của các lĩnh vực cơ khí như: chế tạo máy, giao thông vận
tải, điện lực, xây dựng, đóng tàu thì nhu cầu về sử dụng thép tấm ngày một tăng,
nhằm trang bị cho sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước.
Do đó đòi hỏi phải tìm ra các biện pháp gia công thép tấm năng suất cao nhằm
tạo ra thành phẩm hoặc bán thành phẩm phục vụ cho một quá trình công nghệ. Thép
tấm được sử dụng rất rộng rãi trong các ngành:
– Trong ngành chế tạo máy: Thép tấm được sử dụng trong các thân máy của
các máy cắt kim loại, vỏ máy, khung sườn xe máy
– Trong ngành cơ khí ô tô, việc sử dụng thép tấm không thể thiếu được, các
thép tấm được dùng làm các khung sườn gầm, lót sàn xe ô tô, che kín thùng xe, các
bộ phận che kín khác
– Trong ngành chế biến, thép tấm được sử dụng rộng rãi không kém, nó được
dùng để chế tạo các thùng chứa, bể chứa, các chai, hộp để đóng gói.
– Trong ngành đóng tàu thép tấm dùng làm vỏ, kết cấu khung tàu thuyền.
– Ngoài ra thép tấm còn được dùng để dập ra các đồ dùng dân dụng phục vụ
đời sống hay trong ngành công nghiệp hàng không dùng để che chắn, nắp đậy thân.
SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B
Hình 1.1 Sản phẩm thép trong ngành chế tạo máy
Đồ án tốt nghiệp -2-
– 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 để tạo
nên các kết cấu thép bền vững hơn như nó liên kết với nhau có thể bằng mối hàn,
bulông hoặc đinh tán.
– Trong ngành điện: Thép tấm được dùng làm kết cấu các cột điện cao thế, các
sản phẩm trong lĩnh vực điện như các lá thép trong stato của cỡ lớn, các tấm thép
mỏng dùng làm các lá thép để ghép lại trong chấn lưu đèn ống, máy biến thế, các
hộp công tơ điện động cơ điện, các cánh quạt.
Với nhu cầu sử dụng hiện tại của thép tấm, cần thiết phải có các máy móc,

thiết bị để cắt các loại thép tấm phục vụ công nghiệp, đặc biệt trong lĩnh vực cơ khí
chế tạo.
SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B
Hình 1.2 Các sản phẩm thép trong ngành xây dựng
Hình 1.3 Sản phẩm thép tấm trong ngành điện
Đồ án tốt nghiệp -3-
Theo tiêu chuẩn SS400 Nga và SS400 Trung Quốc () ta
có bảng thống kê các loại thép tấm:
TT Tên
Độ dày
(mm)
Bề rộng
(mm)
Chiều dài
( mm )
Khối lượng
( kg )
1 Thép lá cán nguội 0,8 1250 2500 19,6
2 Thép lá cán nguội 1,0 1250 2500 23,54
3 Thép lá cán nguội 1,2 1250 2500 30,4
4 Thép lá cán nguội 1,5 1250 2500 36,79
5 Thép lá cán nguội 0,5 1000 2000 7,85
6 Thép lá 2,0 1000 2000 31,4
7 Thép lá 2,5 1250 2500 61,3
8 Thép tấm 3,0 1250 6000 176,62
9 Thép tấm 3,0 1500 6000 212
10 Thép tấm 4 1500 6000 282,6
11 Thép tấm 5 1500 6000 353,25
12 Thép tấm 6 1500 6000 423,9
13 Thép tấm 8 1500 6000 565,2

14 Thép tấm 10 1500 6000 706,5
15 Thép tấm 12 2000 6000 1.130,4
16 Thép tấm 14 1500 6000 989,1
17 Thép tấm 16 2000 6000 1.507,2
18 Thép tấm 18 1500 6000 1.271,7
19 Thép tấm 20 2000 6000 1.884
20 Thép lá cán nguội 0,5-0,6 1250 Cuộn
21 Thép lá cán nguội 0,7-0,9 1250 Cuộn
22 Thép lá cán nguội 1,0-1,1 1250 Cuộn
23 Thép lá cán nguội 1,2-1,5 1250 Cuộn
24 Thép lá cán nguội 2,0 1410 Cuộn
1.2. Các phương pháp cắt tấm.
Trong thực tế có rất nhiều phương pháp cắt thép tấm như : Cắt thủ công, cắt
bằng ngọn lửa hàn khí, cắt bằng chùm tia laser, plasma hay các 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 qui 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.
SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B
Bảng 1.1 Thống kê các loại thép
Đồ án tốt nghiệp -4-
1.2.1. 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.

1.2.2. Cắt bằng hồ quang điện hoặc ngọn lửa khí:
- Cắt đứt kim loại đen, kim loại màu và kim loại bằng hồ quang hoặc ngọn lửa
khí là phương pháp đốt cháy làm cho vật cắt đạt tới điểm nóng, bị đẩy mạnh và bị
tách rời.
- Cắt đứt bằng hồ quang: 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 lứa 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.
SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B
Đồ án tốt nghiệp -5-
- 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 dộ nóng chảy.
+ Nhiệt toả ra khi kim loại cháy phải đủ lớn để nung mép cắt tốt đảm bảo
quá trình 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 đến
mép cắt bị nung nóng kém, làm gián đoạn quá trình cắt.
Thép các bon có nhiệt cháy 1350
0
C, nhiệt độ nóng chảy trên 1500
0
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
0
C. Thép hợp kim crôm hoặc hợp kim niken do khi cháy tạo thành
oxit crôm nhiệt độ chảy tới 2000
0
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.
1.2.3. Cắt bằng chùm tia Laser:
SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B
Hình 1.4 Sơ đồ cắt bằng khí
Hình 1.5 Sơ đồ cắt bằng tia
laser
d
D
Nguồn laser
Chùm tia laser
Gương dẫn hương
Bộ thấu kính hội tu và khí cắt
Vật cắt
Đồ án tốt nghiệp -6-
- Nguồn bức xạ laser (1) tạo ra chùm laser (2) đi thẳng hoặc đổi hướng nhờ
gương phẳng (3) và được hội tụ nhờ thấu kính hội tụ có điện cưc f trong (4). Nguồn
năng lượng laser tập trung trên một diện tích rất nhỏ với mật độ dòng nhiệt vùng
tiếp xúc bề mặt rất cao làm cho vật liệu (5) nóng chảy và bốc hơi tạo thành rãnh cắt.

- Cắt bằng chùm tia laser có nguồn nhiệt tập trung với một mật độ nhiệt cao, vì
vậy nó có thể cắt tất cả các loại vật liệu và hợp kim của nó. Rãnh cắt hẹp, sắc cạnh
và độ chính xác cao, ngoài ra nó còn có thể cắt theo đường thẳng hay đường cong.
- Cắt thép bằng chùm tia laser cho năng suất cao, có thể cơ khí hóa và tự động
hóa dễ dàng nhưng phương pháp này có những hạn chế là chiều dày tấm cắt nhỏ
hơn 20(mm), thiết bị tạo tia laser củng như các thiết bị điều khiển chương trình số
CNC có giá thành cao.
1.2.4. Cắt trên máy cắt có lưỡi dao chuyển động tinh tiến:
1) Dao bố trí nghiêng:
- Đặc điểm bố trí dao nghiêng:
+ 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:
γ
L
L
d
SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B
Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý cắt lưỡi dao nghiêng
Đồ án tốt nghiệp -7-
Ở phương pháp cắt này người ta thường bố trí lưỡi dao nghiêng một góc γ so
với bàn 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 dao trên 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, góc nghiêng γ = (2 ÷ 6)º, vật liệu càng dày góc γ càng lớn.

2) Dao bố trí song song:
- Sơ đồ nguyên lý:
- Đặc điểm bố trí dao song song: Khi cắt lưỡi dao luôn tiếp xúc với phôi theo
cả chiều rộng mặt cắt, chỉ cắt được đường thẳng và chiều rộng của phôi phải nhỏ
hơn chiều dài lưỡi cắt.
1.2.5. Cắt trên máy cắt có lưỡi dao chuyển động quay:
- Sơ đồ nguyên lý:
SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B
0
=
ϕ
Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý cắt lưỡi song song
P
Q
P
S
β
Đồ án tốt nghiệp -8-
δ
h
Z
S
d
S
- Quá trình cắt kim loại tấm dày trên máy cắt dao chuyển động quay
được thực hiện bằng những đĩa dao quay tròn, đĩa dao trên và đĩa dao
dưới được quay ngược chiều nhau cùng một tốc độ góc (
ω
), vật liệu cắt
được chuyển dịch nhờ lực ma sát giữa kim loại và dao đĩa.

- Máy cắt đĩa áp dụng cắt mép, dãi hẹp cắt dọc theo chiều dài tấm
thẳng vô hạn.
- 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 ÷ 0,4 )S
- 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
b
σ
≤ 500 MPa.
1.2.6. Lưỡi 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 ϕ=(24÷30
0
) số lần lưỡi cắt
lên xuống: 850÷1300lần /phút.
SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B
Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý của dao cắt đĩa
Đồ án tốt nghiệp -9-
α =
24°-30°
0,3S
0,25S
5
°
-
7
°

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY

2.1. Phân tích lựa chọn phương án bố trí dao cắt.
2.1.1. Bố trí dao nghiêng:
Theo phân tích một số phương pháp cắt như ở phần lý thuyết ta thấy : Hệ
thống thủy lực áp dụng dể dàng trong những máy cắt có dao cắt chuyển động tịnh
tiến. Do đó ta chọn phương pháp cắt này làm phương án thiết kế máy. Trong
phương pháp cắt có dao chuyển động tịnh tiến có nhiều phương án bố trí dao như:
Bố trí dao nghiêng, bố trí dao song song và kiểu máy cắt chấn động.
SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B
Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý cắt lưỡi dao song song
α
Z
S
γ
B
Ld
Đồ án tốt nghiệp -10-
1) Sơ đồ nguyên lý:
Góc sau:
α
= 2
÷
3
0
Góc nghiêng:
γ
= 2
÷
6
0
Độ hở giữa 2 dao: Z = 0,05

÷
0,2mm
2) Phương pháp xác định lực cắt:
Khi vật liệu có σ
b
> 500MPa thì chiều dày tấm lớn nhất có thể cắt đượcc sẽ
được xác định từ điều kiện lực cắt không đổi:
Ta có:
b
X
S
σ
500
=

( )






−
5
40
22
CT
trong đó
X
S

: là chiều dày của tấm thép
b
σ
:là giới hạn bền của vật liệu
Lực cắt trên máy cắt dao nghiêng được xác định theo công thức :
Ta có:
γ
σ
tg
S
P
c
t
2
2
×
=

( )






−
5
40
32
CT

Tại mỗi thời điểm cắt , khi cắt trên máy cắt dao nghiêng ta có thể coi diện tích
gần đúng cắt : F = l.S/2
tức là bằng diện tích tam giác abc, vì l= S/tg γ nên F = S
2
/ 2tg γ
SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B
Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý cắt lưỡi dao nghiêng
Đồ án tốt nghiệp -11-
l
γ
S
a
c
b
Nếu coi lực cắt bằng tích số giữa diện tích cắt và trở lực cắt ta có:
γ
σ
tg
S
P
c
t
××
=
2
5,0
Nếu tính đến độ cùn dao và các yếu tố ảnh hưởng thì lực cắt thực tế là:
Ta có:
γ
σ

tg
S
PkP
c
t
××
×÷=×=
2
5,0
)3,11,1(
( )






−
5
41
42
CT
trong đó k: hệ số = 1,1÷1,3
t
P
: lực cắt tính toán theo công thức trên
c
σ
: trở lực cắt của vật liệu
S: chiều dày vật liệu

γ : góc nghiêng của dao
Tính chất cơ lý của vật liệu, khe hở giữa các lưỡi cắt, tốc độ biến dạng, điều
kiện ma sát … có ảnh hưởng đến trở lực cắt của vật liệu
c
σ
và do đó ảnh hưởng đến
lực cắt.
Nếu vật liệu có độ bền càng lớn và tính dẻo càng giảm, cũng như tốc độ biến
dạng càng tăng thì trở lực cắt
c
σ
tăng, nếu khe hở giữa các lưỡi cắt tăng thì
c
σ
giảm.
Trở lực cắt được xác định gần đúng theo giới hạn bền chảy
c
σ
= (0,7 ÷ 0,8)
b
σ
SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B
Hình 2.2 Sơ đồ xác định lực cắt
Đồ án tốt nghiệp -12-
Khi cắt có thể xảy ra hiện tượng uốn (xoắn) các dải phôi xung quanh trục của
nó. Nếu γ càng lớn và chiều rộng của dải cắt càng nhỏ thì hiện tượng uốn (xoắn)
càng nhiều.
Khi cắt, lực cắt P ở các giai đoạn đã ổn định của quá trình cắt thay đổi không
đáng kể. Do đó công biến dạng sẽ là:
Ta có:

1000
HP
A
×
=
( )






−
5
41
62
CT
trong đó: H là hành trình làm việc. H = L.tg (L là chiều dài đường cắt)
Do đó:
1000
γ
tgLP
A
××
=
( )







−
5
41
62 a
CT
2.1.2. Bố trí dao song song:
1) Phương pháp xác định lực cắt:
II
I
S (mm)
14
12
8
4
0
50
100
150
P
(KN)
I) dao nghiêng II) dao song song
Lực cắt trong trường hợp này được xác định theo công thức:
Ta có:
c
SLkP
σ
×××=
( )







−
5
41
52
CT
trong đó k: hệ số = 1,1÷ 1,3
L: chiều dài đường cắt
S: chiều dày vật liệu
c
σ
: trở lực cắt của vật liệu.
SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B
Hình 2.3 Sự thay đổi lực khi cắt trên máy cắt
Đồ án tốt nghiệp -13-
Khi cắt trên máy cắt dao song song lực cắt P tăng nhanh và đạt giá trị cực đại ,
sau đó giảm dần.
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.
2) Sơ đồ nguyên lý:
- Chiều dày S đến 60 mm
-
C

σ
: Giới hạn bền của phôi cắt:
C
σ
= ( 0,6
÷
0,8)
b
σ
(N/mm
2
)
-
α
= 2
÷
3
0

2.1.3. Bố trí dao nghiêng:
1) Đặc điểm:
Máy cắt kiểu này không có độ trùng dao, còn khe hở giữa các lưỡi cắt thì lớn
hơn khe hở tối ưu (0,2
÷
0,25)S. Điều đó đảm bảo cho việc quay phôi xung quanh
mép làm việc của dao trong quá trình cắt đường bao cong.
Nhược điểm của kiểu máy cắt này là sự mài mòn nhanh các lưỡi cắt, cũng như
sự tạo thành bavia và răng cưa theo đường bao của phôi cắt.
SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B
Hình 2.4 Sơ đồ bố trí dao song song

α
Z
S
B
Ld
Đồ án tốt nghiệp -14-
Do đó sau khi cắt phải sửa lại đường bao bằng cách kẹp lại thành từng chồng
và phay lại theo đường bao. Năng xuất kiểu cắt này nhỏ.
2) Sơ đồ nguyên lý:
- Hai lưỡi dao nghiêng tạo thành một góc
α
= 24
÷
30
0
- Góc trước
β
= 6
÷
7
0
- Cắt được tấm có chiều dày
≤
10 mm
Kết luận :
Ở trên ta đưa ra một số phương án bố trí dao của phương pháp cắt có dao
chuyển động tịnh tiến, thông qua đặc điểm của những kiểu bố trí dao ta có nhận xét:
- Kiểu máy cắt có lưỡi dao đặt song song tuy đường cắt thẳng, đẹp, hành
trình dao nhỏ nhưng lực cắt lại khá lớn. Do đó công suất dẫn động của máy cắt dao
song song lớn.

SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B
Hình 2.5 Sơ đồ bố trí dao kiểu chấn động
(
5
-
7
)
°
(24-
30)°
0,3
S
0,25
S
Đồ án tốt nghiệp -15-
- Kiểu máy cắt chấn động : Kiểu này mòn dao nhanh, tạo bavia và răng cưa
theo đường bao của phôi, máy cắt rung động, năng xuất nhỏ.
- Phương pháp cắt bằng dao có lưỡi nghiêng : Phương pháp này tuy mép cắt
không được thẳng và đẹp nhưng lực cắt cần thiết không yêu cầu lớn, có thể cắt theo
những đường cắt cong.
⇒
Do đó không yêu cầu kết cấu máy phải cồng kềnh, máy ít rung động đến
xung quanh, do vậy ta chọn phương án lưỡi dao cắt nghiêng để thiết kế máy.
2.2. Chọn phương án bố trí piston.
2.2.1. Phương án 1 piston – xy lanh:
12
11
10
9
8

7
6
5
4
3
2
1
1. Bể dầu 4. Van cản 7. Van tiết lưu 10. Dao cắt
2. Bơm dầu 5. Lọc tinh 8. Van phân phối 11. Rãnh trượt
3. Van tràn 6. Ắc quy dầu 9. Xy lanh sinh lực 12. Bàn dao dưới
SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B
Hình 2.6 Sơ đồ bố trí piston – xylanh
Đồ án tốt nghiệp -16-
2.2.2. Phương án 2 piston – xy lanh:
2.2.3. Phương án 3 piston – xy lanh:
SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B
Hình 2.7 Sơ đồ bố trí piston – xylanh
Hình 2.8 Sơ đồ bố trí piston – xylanh
Đồ án tốt nghiệp -17-
2.2.4. Phương án 2 piston – xy lanh kép:
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 2 làm phương án thiết kế máy.
SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B
Hình 2.9 Sơ đồ bố trí piston – xylanh
Đồ án tốt nghiệp -18-
2.3. Phân tích lựa chọn bộ phận kẹp chặt.
Momen sinh ra khi cắt 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 có 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:
2.3.1. Kẹp phôi bằng chính trọng lực của một khối kim loại:
1) Sơ đồ nguyên lý :
2) Nguyên lý hoạt động:
Khi dao cắt 3 bắt đầu đi xuống thì khối lượng vật liệu kẹp chặt 1 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 trong rãnh 2 của dao cắt, lúc khối lượng bắt đầu trượt là
lúc lực kẹp của tấm thép đã cố định và là lúc có lực kẹp lớn nhất
SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B
Hình 2.10 Sơ đồ kẹp chặt bằng trọng lượng khối kim loại
4.Phôi cắt
5.Bàn dao dưới
P
2
1

3
4
5
1.Khối kim loại
2.Giá đỡ
3.Dao trên
Đồ án tốt nghiệp -19-
3) Đặc điểm:
- Ưu điểm : Cơ cấu này hoạt động đơn giản, dễ thiết kế, dễ chế tạo.
- Nhược điểm:
+ 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.
2.3.2. Kẹp chặt bằng hệ thống thủy lực dầu ép hoặc khí nén:
1) Sơ đồ nguyên lý:
2) Nguyên lý hoạt động:
Dầu được đưa từ bơm qua van đảo chiều rồi theo đường ống qua bộ phận làm
điều tốc độ vào buồn trên của xylanh 2 đẩy piston đi xuống kẹp chặt phôi trước khi
cắt. Khi cắt xong đảo chiều van làm cho dầu đi vào buồn dưới của xylanh đẩy
piston đi lên nhả phôi ra.
3) Đặc điểm:
- Ưu điểm: Tạo được lực kẹp lớn nhờ dễ dàng tăng được áp suất để tăng lực
kẹp, dễ dàng điều khiển.
- Nhược điểm: Cơ cấu phức tạp, đắt tiền.
SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B
Hình 2.11 Sơ đồ kẹp bằng thủy lực
2
1
3
4

5
1. Bàn kẹp
2. Xylanh
3. Dao trên
4. Phôi cắt
5. Bàn dao dưới
Đồ án tốt nghiệp -20-
2.3.3. Kẹp chặt bằng hệ thống các lò xo chịu nén gắn trên lưỡi dao trên:
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.
1) Sơ đồ nguyên lý:
2) Nguyên lý 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, phôi xong dao đi lên mang theo cả đầu kẹp đi lên để chuẩn bị cho chu kỳ cắt kế
tiếp.
3) Đặc điểm:
- 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.
SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B
Hình 2.12 Sơ đồ kẹp bằng lò xo chịu nén
2
1
3

4
5
1. Lò xo
2. Ống dẫn hướng
3. Dao trên
4. Phôi cắt
5. Bàn dao dưới
Đồ án tốt nghiệp -21-
- Nhược điểm: Nguồn động lực truyền lực cho cặp 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)
Kết luân: Phân tích các phương pháp kẹp chặt phôi trên ta thấy:
- Kết cấu 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 các lò xo chịu nén, kết cấu này 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.
- Kẹp bằng hệ thống các xilanh thuỷ lực tuy phức tạp nhưng hệ thống này có
khả năng thay đổi lực kẹp dễ dàng khi chiều dày tấm thép thay đổi.
Vậy phương án kẹp chặt phôi là dùng hệ thống các xy lanh thuỷ lực.
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, chính sự lệch nhau đã tạo nên một momen quay M:
M = P
cắt
l thông thường l = ( 1,5
÷
2) z
Trị số khe hở tối ưu được xác định nếu biết được giá trị của h và θ

Ta có:
( )
θ
tghSZ
tu
×−=

( )






−
5
38
12
CT
Từ công thức trên ta có thể thấy rằng trị số khe hở tối ưu sẽ tăng lên khi chiều
dày vật liệu tăng và giảm trị số h ( vật liệu càng dẻo thì trị số khe hở tối ưu càng
nhỏ).
Tỷ số h/S tuỳ thuộc vào loại vật liệu phôi và tốc độ biến dạng. Giá trị này có
thể được xác định theo công thức kinh nghiệm: (với thép có σ
b
= 300MP).
Ta có:
nS
S
h

×−×÷= 0014,0)035,076(,
Trong đó n: hành trình/phút của máy cắt
Trên thực tế trị số khe hở tối ưu Ztối ưu được xác định theo các số liệu trên cơ
sở thực nghiệm và những kinh nghiệm của những nhà máy tiên tiến. Đối với thép
mềm trị số khe hở tối ưu thay đổi tuỳ thuộc chiều dày vật liệu từ 0,02(khi S = 0,25)
đến 0,82 ( khi S = 12,5).
Một cách gần đúng có thể coi rằng với S ≤ 4 thì:
SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B
Đồ án tốt nghiệp -22-
tu
Z
= (0,03 ÷ 0,06) mm
Theo kinh nghiệm thực tế khi cắt thép tấm trên máy cắt dao nghiêng thì
tu
Z
= 1/30 chiều dày vật liệu.

Các nhân tố ảnh hưởng
Sự thay đổi của
thông số
Sự thay đổi của lực
cắt P
Giới hạn bền
b
σ
tăng tăng
Nhiệt độ cao nhỏ
Khe hở ∆
tăng giảm
Bán kính góc lượn lưỡi dao r giảm giảm

Góc của lưỡi dao α giảm giảm
Tốc độ cắt tăng tăng
2.4. 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.
2.4.1. Cấp phôi bằng hệ thống các xilanh khí nén:
1) Sơ đồ bố trí:
SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B
Bảng 2.1 Các thông số ảnh hưởng đến lực cắt
5
6
1. Phôi 4. Dao dưới
2. Xylanh kẹp phôi 5. Xylanh kẹp phôi
3. Dao trên 6. Xylanh cấp phôi
2
1
3
4

Đồ án tốt nghiệp -23-
2) Nguyên lý hoạt động:
Khi phôi thép tấm đã được đặt lên sàn các con lăn, piston 5 đi lên kẹp phôi lại.
Khi piston đã kẹp chặt thì xy lanh 6 đẩy cả hệ piston - xilanh 5 cùng tấm thép đi
vào đến vị trí của lưỡi cắt.
3) Đặc điểm:
- 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 gọn, đơn giản.
+ Thiết bị điều khiển trong khí nén rẻ tiền.
- Nhược điểm:
+ Chiều của hành trình piston đẩy phôi phải bằng chiều dài 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 - xilanh kẹp chặt
kẹp được thiếu lực và bị lệch khi đẩy.
SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B
Hình 2.13 Hệ thống cấp phôi dùng xylanh thủy lực
Đồ án tốt nghiệp -24-
2.4.2. Cấp phôi dùng hệ thống băng tải:
1) Sơ đồ bố trí:
2) Nguyên lý hoạt động:
Băng tải được bố trí phía trước bàn dao dưới, được dẫn động bởi động cơ điện
cấp phôi cho máy cắt. Sự chuyển động của tấm thép nhờ vào ma sát giữa bản thân
nó với băng. Vật liêu làm băng có thể là vải cao su hoặc làm bằng thép tấm mỏng.
3) Đặc điểm:
Hệ thống làm việc tương đối êm, năng suất cao tuy nhiên tấm thép luôn tiếp xúc

trên mặt băng làm cho băng chóng mòn. Mặt khác thiết bị cồng kềnh, khó điều
khiển chính xác phôi thép đến vị trí cần cắt
SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B
Hình 2.14 Sơ đồ cấp phôi bằng hệ thống băng tải
1. Phôi tấm 5. Tang dẫn
2. Bộ phân kẹp chặt
6. Băng
3. Dao trên
7. Con lăn
4. Dao dưới
2
1
3
4
5
6
7
Đồ án tốt nghiệp -25-
2.4.3. Cấp phôi dùng cặp con lăn:
1) Sơ đồ nguyên lý:
2) Nguyên lý hoạt động:
Phôi thép được đỡ trên hệ thống các con lăn đỡ, được truyền động bởi cặp con
lăn được dẫn động bởi động cơ điện. Lực kéo phôi này nhờ vào lực ma sát giữa con
lăn với tấm thép, lực này phải lớn hơn ma sát của tấm phôi trên sàn con lăn.
3) Đặc điểm:
Hệ thống làm việc chắc chắn, tin cậy đồng thời dễ dàng điều khiển để đưa
tấm thép đến vị trí cần cắt.
Như vậy ta chọn phương án này để thiết kế cơ cấu cấp phôi cho máy cắt.
2.5. Chọn cơ cấu ra sản phẩm.
Bộ phận ra sản phẩm là bộ phận cuối cùng của máy, có nhiệm vụ nhận sản

phẩm để đưa đến bộ phận bốc xếp, đóng gói sản phẩm hoặc đưa sang khâu sản xuất
khác. Thông thường bộ phận này là một hệ thống băng tải được dẫn động riêng và
liên tục từ khi máy bắt đầu hoạt động.ta lợi dụng trọng lượng của sản phẩm, ta thiết
kế một sàn lăn nghiêng để tấm thép sau khi cắt sẽ tự chảy ran ngoài sau đó được
vận chuyển đi.
SVTH: Đỗ Văn Khương Lớp: DCL11B
Hình 2.15 Sơ đồ cấp phôi bằng con lăn
3
1
4
5
1. Phôi tấm 4. Dao trên
2. Con lăn dẫn động 5. Dao dưới
3. Bộ kẹp chặt 6. Con lăn bị dẫn
2
6