Đồ án tốt nghiệp máy cắt thép tấm

Đồ Án Tốt Nghiệp - Máy Cắt Thép Tấm
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 1
TỔNG QUAN VỀ THÉP TẤM VÀ CÔNG NGHỆ CẮT THÉP TẤM TRONG
CÔNG NGHIỆP 2
1.1. THÉP TẤM TRONG CÔNG NGHIỆP 2
1.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CẮT KIM LOẠI 3
1.2.1. BIẾN DẠNG KIM LOẠI 3
1.2.2. NHỮNG NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN BIẾN DẠNG DẺO CỦA
KIM LOẠI 6
1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP CẮT THÉP TẤM 8
1.3.1. CẮT BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦ CÔNG 8
1.3.2. CẮT BẰNG HỒ QUANG, ĐIỆN HOẶC NGỌN LỬA KHÍ 8
1.3.3. CẮT BẰNG CHÙM TIA LASER 9
1.3.4. PHƯƠNG PHÁP CẮT THÉP TẤM BẰNG ÁP LỰC LƯỠI CẮT 10
CHƯƠNG 2 18
NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ VÀ TÍNH ĐỘNG HỌC CỦA MÁY 18
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG 18
2.2. PHÂN TÍCH CHỌN SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MÁY 18
2.3. TÍNH ĐỘNG HỌC TOÀN MÁY 23
2.4. PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG CƠ CẤU ĐỠ PHÔI 29
CHƯƠNG 3 31
TÍNH TOÁN KẾT CẤU MÁY 31
3.1. KẾT CẤU CHO CƠ CẤU KẸP PHÔI 31
3.2. TÍNH TOÁN THUỶ LỰC CHO BỘ PHẬN TẠO LỰC CẮT 35
3.3. TÍNH CHỌN CÁC KÍCH THƯỚC CỦA LƯỠI DAO, BÀN TRƯỢT GÁ
DAO 42
3.4. TÍNH TOÁN CHỌN CÁC BỘ PHẬN CẤP PHÔI 45
3.5. TÍNH CHỌN HỘP GIẢM TỐC 47
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC 61
AN TOÀN VÀ VẬN HÀNH MÁY 61

4.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG BẰNG PLC 61
( Programmable Logic Controller) 61
SVTH: Trương Đăng Sang - Lớp:10C1LT.H2
Đồ Án Tốt Nghiệp - Máy Cắt Thép Tấm
4.2. PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN 65
4.3. CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN PLC 69
4.4. AN TOÀN VÀ VẬN HÀNH MÁY 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO 74
SVTH: Trương Đăng Sang - Lớp:10C1LT.H2
Đồ Án Tốt Nghiệp - Máy Cắt Thép Tấm
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 TRUYỀN ĐỘNG
BẰNG THỦY LỰC” với các nội dung sau:
Chương 1: Tổng quan về thép tấm và công nghệ cắt thép tấm trong
công nghiệp
Chương 2: Nguyên lý thiết kế và tính động học của máy
Chương 3: Tính toán kết cấu máy
Chương 4: Thiết kế hệ thống điều khiển bằng PLC – An toàn và
vận hành máy
Đề tài được hoàn thành với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo

PGS.TS Trần Xuân Tùy và 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 cơ khí.
Đà Nẵng, ngày tháng năm 2013
Sinh viên thiết kế
Trương Đăng Sang
SVTH: Trương Đăng Sang - Lớp:10C1LT.H2
1
Đồ Án Tốt Nghiệp - Máy Cắt Thép Tấm
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ THÉP TẤM VÀ CÔNG NGHỆ CẮT THÉP
TẤM TRONG CÔNG NGHIỆP
1.1. THÉP TẤM TRONG CÔNG NGHIỆP
Ngày nay khi nhu cầu về đời sống càng phát triển và nâng cao thì ngành
công nghiệp cần phải đáp ứng đầy đủ và kịp thời những nhu cầu đó. Trong đó
ngành công nghiệp và gia công kim loại bằng áp lực như cán, kéo, ép, rèn tự do, rèn
khuôn, dập tấm cũng đóng góp một phần không nhỏ, quan trọng hơn trong đó là
phương pháp gia công kim loại cán và cắt thép tấm đóng một vai trò không nhỏ, nó
góp phần tạo ra các sản phẩm, vật dụng và các ngành nghề công nghiệp khác như:
ngành công nghiệp hàng không, lĩnh vực điện, nông nghiệp, ô tô, xây dựng, công
nghiệp đóng tàu, thuyền
Thép tấm được tạo thành từ quá trình cán kim loại, kim loại biến dạng giữa
hai trục cán quay ngược chiều nhau, có khe hở giữa hai trục cán nhỏ hơn chiều dày
của phôi ban đầu. Kết quả làm chiều dày phôi giảm, chiều dài và chiều rộng tăng
lên, hay đây là sản phẩm dạng tấm hay thép tấm.
Cắt 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. Các sản phẩm thép tấm được
phân loại theo chiều 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
÷
2mm, b = 200
÷
1.500
mm, l = 4.000
÷
60.000 mm.
Từ sự phân loại đó ta cũng có được các dạng phôi của thép tấm khác nhau
như dạng phôi tấm hay dạng phôi cuộn, phôi dải.
Hình dạng và kích thước của thép tấm qua quá trình cán nó được tiêu chuẩn
hoá, do đó việc sử dụng thép tấm để chế tạo ra các sản phẩm như thùng, sàn xe ô tô,
khung, sườn xe máy, các thiết bị ngành điện, các kết cấu trong ngành xây dựng như
cầu, nhà cửa, sử dụng trong chính ngành cơ khí chế tạo, ngành tàu thuyền thì phải
được thông qua quá trình cắt thép tấm ra các kích thước và hình dạng khác nhau.
Thép tấm sau khi được cắt ra các kích cỡ theo yêu cầu, từ đó nó được sử
dụng để tạo ra các chi tiết, hình dạng, thù hình khác như:
- 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, bu

lông hoặc đinh tán.
Hình 1-1: Kết cấu thép tấm trong xây dựng
- 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
SVTH: Trương Đăng Sang - Lớp:10C1LT.H2
2
Đồ Án Tốt Nghiệp - Máy Cắt Thép Tấm
- Trong ngành cơ khí: Chế tạo thép tấm được sử dụng trong các thân máy
của các máy cắt kim loại, khung sườn xe máy
- Trong ngành điện: thép tấm được dùng để tạo ra các sản phẩm trong lĩnh
vực điện như là các lá thép trong stato bơm nước hay quạt điện, thép tấm được dùng
các cánh quạt cỡ lớn, các thép tấm mỏng dùng làm các lá thép để ghép lại trong
chấn lưu đèn ống, máy biến thế, trong lĩnh vực điện chiếu sáng nó được dùng làm
các cột điện đường, cột đèn
Hình 1-2: Sản phẩm thép tấm trong ngành điện
- 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
- Thép tấm dùng làm vỏ, kết cấu khung tàu thuyền trong ngành tàu biển.
- Trong các ngành nghề khác thép tấm 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, cửa của máy bay, tên lửa
Với nhu cầu sử dụng hiện tại của thép tấm, sự cần thiết phải có các máy để
cắt các thép tấm từ ban đầu trong các ngành công nghiệp, các ngành nghề khác
nhau đặc biệt trong lĩnh vực cơ khí là một điều không thể thiếu.
1.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CẮT KIM LOẠI
Gia công kim loại bằng áp lực là một trong những phương pháp cơ bản để
chế tạo các chi tiết máy và các sản phẩm kim loại thay thế cho phương pháp đúc
hoặc gia công cắt gọt.
Gia công bằng áp lực thực hiện bằng cách dùng ngoại lực tác dụng lên kim

loại ở trạng thái nóng hoặc trạng thái nguội, làm cho kim loại đạt đến quá giới hạn
đàn hồi, kết quả làm thay đổi hình dạng của vật thể kim loại mà không phá huỷ tính
liên tục và độ bền của chúng. Cắt kim loại là chia phôi ra thành các tấm, dải, mảnh
theo đường kín hoặc đường hở. Quá trình cắt xảy ra từ biến dạng đàn hồi khi có lực
tác dụng, sau đó biến dạng dẻo cùng với sự tăng lực tác dụng và các vết nứt xuất
hiện và gặp nhau theo hướng cắt và tách rời tấm phôi.
1.2.1. BIẾN DẠNG KIM LOẠI
Dưới tác dụng của ngoại lực kim loại biến dạng theo các giai đoạn: biến
dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá huỷ.
Tuỳ theo cấu trúc tinh thể của mỗi kim loại, các giai đoạn trên có thể xảy ra
ở các mức độ khác nhau dưới tác dụng của ngoại lực và tải trọng.
SVTH: Trương Đăng Sang - Lớp:10C1LT.H2
3
Đồ Án Tốt Nghiệp - Máy Cắt Thép Tấm
Biểu đồ biến dạng khi thí nghiệm kéo đứt của kim loại:
- Khi tải trọng tác dụng nhỏ hơn P
đh
thì biến dạng kim loại tăng theo đường
bậc nhất, đây là giai đoạn biến dạng đàn hồi: biến dạng mất đi sau khi khử bỏ tải
trọng.
- Khi tải trọng từ P
đh
→ P
d
thì độ biến dạng tăng với tốc độ nhanh, đây là giai
đoạn biến dạng dẻo, kim loại bị biến đổi kích thước, hình dạng sau bỏ tải trọng tác
dụng lên nó.
- Khi tải trọng đạt đến giá trị lớn nhất P
d
thì trong kim loại bắt đầu xuất hiện

vết nứt, tại đó ứng suất tăng nhanh và kích thướt vết nứt tăng lên, cuối cùng kim
loại bị phá huỷ. Đó là giai đoạn phá huỷ: tinh thể kim loại bị đứt rời.
a. Biến dạng đàn hồi
Dưới tác dụng của ngoại lực hay cắt kim loại bằng áp lực, mạng tinh thể bị
biến dạng. Khi lực tác dụng nhỏ, ứng suất sinh ra trong kim loại chưa vượt quá giới
hạn đàn hồi, các nguyên tử kim loại dịch chuyển không quá một thông số mạng,
nếu thôi tác dụng lực thì mạng tinh thể lại trở về trạng thái ban đầu.
Khi chịu tải, vật liệu sinh ra một phản lực cân bằng với ngoại lực, ứng suất là
phản lực tính trên một đơn vị diện tích. Ứng suất vuông góc với mặt chịu lực gọi là
ứng suất pháp σ, gây biến dạng
ε
. Ứng suất tiếp
τ
sinh ra xê dịch góc
γ
. Ứng suất
pháp 3 chiều ( ứng suất khối) làm biến dạng thể tích
v
v
∆
.
Biến dạng đàn hồi có thể do ứng suất pháp hoặc do ứng suất tiếp sinh ra như
sơ đồ sau:
SVTH: Trương Đăng Sang - Lớp:10C1LT.H2
4
σ
σ
σ
σ
τ

τ
σ
3
σ
23
σ
1
P (Tải)
P
d
P
đh
đh
∆
d
∆
l∆
(Độ biến dạng)
Hình 1-3: Biểu đồ biến dạng của kim loại
Đồ Án Tốt Nghiệp - Máy Cắt Thép Tấm
Hình 1-4: Ứng suất trong biến dạng đàn hồi
Đối với nhiều vật liệu, quan hệ tuyến tính giữa ứng suất và biến dạng đàn hồi
được mô tả bằng định luật Hooke:
Phương trình cơ sở của thuyết đàn hồi
εσ
.E
=
( cho kéo và nén) (1.1)
γτ
.G

=
( cho xê dịch) (1.2)
Trong đó: E: Modun đàn hồi của vật liệu
G: Modun đàn hồi trượt
Và
v
v
KP
∆
−=
.
( đối với ép 3 chiều) (1.3)
Với
( )
[ ]
µ
213
−
=
E
K
(1.4)
Với
( )
[ ]
µ
+
=
12
E

G
(1.5)
Vậy biến dạng đàn hồi của kim loại có nghĩa là các nguyên tử trong mạng
tinh thể tác động qua lại với nhau bằng lực hút và lực đẩy. Nếu lực tác dụng chưa
đủ để sinh ra ứng suất vượt quá giới hạn đàn hồi của vật liệu thì kim loại trở lại
trạng thái cân bằng, hay ở giai đoạn này quá trình cắt kim loại chưa xảy ra.
b. Biến dạng dẻo:
Khi ứng suất sinh ra trong kim loại vượt quá giới hạn đàn hồi thì kim loại bị
biến dạng dẻo do trượt và song tinh.
Theo hình thức trượt, một phần đơn tinh thể dịch chuyển song song với phần
còn lại theo một mặt phẳng nhất định, mặt phẳng này gọi là mặt trượt.
Theo hình thức song tinh, một phần tinh thể vừa trượt, vừa quay đến một vị
trí mới đối xứng với phần còn lại qua một mặt phẳng gọi là mặt song tinh. Các
nguyên tử kim loại trên mỗi mặt di chuyển một khoảng tỷ lệ với khoảng cách đến
mặt song tinh.
Các lý thuyết và thực nghiệm cho thấy trượt là hình thức chủ yếu gây ra biến
dạng dẻo trong kim loại khi lực tác dụng lên nó sinh ra ứng suất lớn hơn giới hạn
đàn hồi nhưng chưa vượt ứng suất phá huỷ hay ứng suất giới hạn bền của vật liệu.
Đây là giai đoạn thứ hai của quá trình cắt kim loại, giai đoạn này xảy ra trước quá
trình kim loại bị phá huỷ hay quá trình kim loại bị cắt đứt.
Trong quá trình biến dạng dẻo kim loại vì ảnh hưởng của các nhân tố như:
nhiệt độ không đều, tổ chức kim loại không đều, lực biến dạng phân bố không đều,
ma sát ngoài đều làm cho kim loại sinh ra ứng suất dư, bên trong bất cứ kim loại
biến dạng dẻo nào cũng đều sinh ra ứng suất dư, sau khi thôi tác dụng ứng suất dư
vẫn còn tồn tại.
c. Phá huỷ:
Quá trình biến dạng tăng dần với một mức độ nào đó kim loại sẽ bị phá huỷ,
đây là dạng hỏng nghiêm trọng và không thể phục hồi được.
Cơ chế của quá trình phá huỷ: đầu tiên hình thành và phát triển các vết nứt từ
kích thước siêu vi mô đến vi mô, đến vĩ mô ( bị phá huỷ).

- Phá huỷ trong điều kiện tải trọng tĩnh:
+ Phá huỷ có kèm theo sự biến dạng dẻo với mứt độ tương đối gọi là phá huỷ
dẻo. Phá huỷ xảy ra với tốc độ nhỏ và cần nhiều năng lượng nên ít nguy hiểm.
SVTH: Trương Đăng Sang - Lớp:10C1LT.H2
5
Đồ Án Tốt Nghiệp - Máy Cắt Thép Tấm
Điều kiện cần thiết cho biến dạng dẻo xảy ra là biến dạng dẻo và trạng thái
ứng suất kéo ba chiều trong vùng co thắt cục bộ.
+ Phá huỷ giòn: hầu như không có biến dạng dẻo vĩ mô kèm theo, xảy ra tức
thời nên khá nguy hiểm. Bề ngoài mặt khi phá huỷ thường vuông góc với ứng suất
pháp lớn nhất nhưng bề mặt vi mô thì có thể là theo các mặt phẳng tinh thể xác định
( mặt vỏ giòn) ở bên trong mỗi hạt.
+ Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phá huỷ là: nhiệt độ, tốc độ biến dạng và tập
trung ứng suất.
Ứng suất cần thiết để phát triển vết nứt:






=
C
E
s
c
.
2
π
γ

σ
(1.6)
Trong đó: E: Mođun đàn hồi của vật liệu

s
γ
: Sức căng bề mặt
C: Kích thước đặc trưng của vết nứt ban đầu.
- Phá huỷ trong điều kiện tải trọng thay đổi theo chu kỳ ( phá huỷ mỏi) cơ
chế của phá huỷ mỏi cũng xảy ra bằng cách tạo thành và phát triển vết nứt.
Sự phá huỷ mỏi phụ thuộc vào yếu tố: ứng suất tác động, số chu kỳ tác động
của tải trọng, yếu tố tập trung ứng suất.
- Phá huỷ ở nhiệt độ cao: Sự tạo nên vết nứt có thể theo cơ chế sau: các hạt
trượt lên nhau theo biên giới hạt, có tập trung ứng suất tạo nên vết nứt. Thực chất
quá trình biến dạng dẻo của kim loại nó ảnh hưởng lớn đến lực cắt do vậy ta nguyên
cứu các nhân tố ảnh hưởng đến nó.
1.2.2. NHỮNG NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN BIẾN DẠNG DẺO CỦA KIM
LOẠI
Tính dẻo của kim loại là khả năng biến dạng dẻo của kim loại dưới tác dụng
của ngoại lực mà không bị phá huỷ. Tính dẻo của kim loại phụ thuộc vào hàng loạt
nhân tố khác nhau: thành phần và tổ chức của kim loại, nhiệt độ, trạng thái ứng suất
chính, ứng suất dư, ma sát ngoài, lực quán tính, tốc độ biến dạng
a. Ảnh hưởng của thành phần hoá học và tổ chức kim loại
Các kim loại khác nhau có kiểu mạng tinh thể, lực liên kết giữa các nguyên
tử khác nhau, do đó tính dẻo của chúng cũng khác nhau, chẳng hạn: đồng, nhôm
dẻo hơn sắt. Đối với hợp kim, kiểu mạng thường phức tạp, xô lệch mạng lớn, một
số nguyên tố tạo các hạt cứng trong tổ chức, cản trở sự biến dạng do đó tính dẻo
giảm. Thông thường kim loại sạch và hợp kim có cấu trúc một pha dẻo hơn hợp
kim có cấu trúc nhiều pha. Các tạp chất thường tập trung ở biên giới hạt, làm tăng
xô lệch mạng cũng làm giảm tính dẻo của kim loại.

b. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ, hầu hết các kim loại
khi tăng nhiệt độ thì tính dẻo tăng. Khi tăng nhiệt độ, dao động nhiệt của các
nguyên tử tăng, đồng thời xô lệch mạng giảm, khả năng khuếch tán của các nguyên
tử tăng làm cho tổ chức đồng đều hơn. Một số kim loại và hợp kim ở nhiệt độ
thường tồn tại ở pha kém dẻo, khi ở nhiệt độ cao chuyển biến thì hình thành pha có
độ dẻo cao.
SVTH: Trương Đăng Sang - Lớp:10C1LT.H2
6
Đồ Án Tốt Nghiệp - Máy Cắt Thép Tấm
c. Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính
Trạng thái ứng suất chính cũng ảnh hưởng đáng kể đến tính dẻo của kim
loại. Qua thực nghiệm người ta thấy rằng kim loại chịu ứng suất nén khối có tính
dẻo cao hơn khi chịu ứng suất nén mặt, nén đường hoặc chịu ứng suất kéo.
Ứng suất chính là ứng suất pháp tuyến sinh ra bên trong vật thể khi có ngoại
lực tác dụng.
Hình 1-5: Ảnh hưởng của ứng suất chính
Trong gia công áp lực thường gặp trạng thái ứng suất khối.
+ Trạng thái ứng suất khối:
τ
max

2
minmax
σσ
−
=
+ Trạng thái ứng suất mặt:
τ
max

2
21
σσ
−
=
+ Trạng thái ứng suất đường:
τ

2
σ
=
Nếu σ
1
= σ
2
= σ
3
thì
0
=
τ
nghĩa là không gây ra biến dạng.
Điều kiện để kim loại biến dạng dẻo bị phá huỷ:
τ
max


τ
giới hạn

- Khi kim loại chịu trạng thái ứng suất đường thì điều kiện biến dạng dẻo là:
σ
= σ
ch
- Khi kim loại chịu trạng thái ứng suất mặt thì điều kiện biến dạng dẻo là:
21
σσ
−

= σ
ch
, tức
τ
max
= σ
ch
/2
- Khi kim loại chịu trạng thái ứng suất khối thì điều kiện biến dạng dẻo là:
minmax
σσ
−
= σ
ch
τ
max
= σ
ch
/2
d. Ảnh hưởng của ứng suất dư
Sự tồn tại của ứng suất dư bên trong kim loại sẽ làm cho tính dẻo của kim

loại giảm. Nếu ứng suất dư lớn có thể làm cho vật biến dạng hoặc phá huỷ.
e. Ảnh hưởng của ma sát ngoài
Ma sát ngoài làm thay đổi hình thức tác dụng lực, do đó làm thay đổi trạng
thái ứng suất chính của vật thể.
Ngoài ra ma sát ngoài còn cản trở biến dạng tự do của vật thể, làm cho vật
thể biến dạng không đồng đều, tăng lực và công biến dạng, cản trở sự biến dạng hay
cắt đứt của kim loại dưới tác dụng của lực cắt để thép.
f. Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng
Tăng tốc độ biến dạng thì sẽ làm giảm tính dẻo của kim loại nếu tốc độ của
quá trình biến cứng khi biến dạng lớn hơn tốc độ của quá trình khử biến dạng.
SVTH: Trương Đăng Sang - Lớp:10C1LT.H2
7
σ σ σ
1
σ
1
σ
2
σ
2
δ
1
σ
1
σ
2
σ
2
σ
3

σ
3
Đồ Án Tốt Nghiệp - Máy Cắt Thép Tấm
Ngoài ra, tốc độ biến dạng tăng còn làm sinh nhiệt nhiều, hiệu ứng nhiệt còn làm
cho kim loại đạt đến nhiệt độ mà tại đó tính dẻo thấp hoặc do hiệu ứng nhiệt mà
nhiệt độ của kim loại tăng dần lên làm cho kim loại chuyển từ vùng giòn sang vùng
dẻo, điều này cũng ảnh hưởng đến tốc độ tác dụng lực để cắt thép, đó là chu kỳ cắt
hay cũng chính là năng suất cắt thép.
Vậy để cắt được thép tấm thì lực cần thiết tác dụng phải tạo ra trong kim loại
ứng suất lực lớn, đồng thời tốc độ biến dạng phải đạt một trị số nhất định để kim
loại dễ dàng bị đứt rời ra khỏi tấm cắt.
1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP CẮT THÉP TẤM
Để thực hiện các công nghệ cắt các vật liệu, trong thực tế có nhiều phương
pháp cắt như: Các phương pháp cắt thủ công, cắt bằng ngọn lửa hàn khí, cắt bằng
chùm tia laser, plasma hay các phương pháp dập tấm ( dập cắt và đột lổ), cắt bằng
máy cắt thép tấm Tùy theo hình dạng, kích thước cũng như qui mô sản suất mà ta
có thể áp dụng phương pháp cắt khác nhau cho hợp lý.
1.3.1. CẮT BẰNG PHƯƠNG PHÁP 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.
1.3.2. 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 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. Sơ đồ quá trình cắt kim loại bằng khí được trình
bày ở hình 1-6.
SVTH: Trương Đăng Sang - Lớp:10C1LT.H2
8
Đồ Án Tốt Nghiệp - Máy Cắt Thép Tấm
O
O
C H
1
2
3
4
5
2 2 2 2
Hình 1-6: Cắt bằng hồ quang, điện hoặc ngọn lửa khí
1. Dòng Oxy cắt; 2. Dòng hỗn hợp khí cắt; 3. Ngọn lửa nung nóng
4. Rãnh cắt; 5. Phôi 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.
+ 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.
1.3.3. CẮT BẰNG CHÙM TIA LASER
Trong những năm gần đây người ta đã bắt đầu sử dụng laser để cắt tất cả các
vật liệu với bất kỳ độ cứng nào.
Nguyên lý chung về cắt bằng laser là một phương pháp tạo rãnh cắt hoặc lỗ

nhờ vào nguồn nhiệt bức xạ rất lớn của laser làm vật liệu vùng cắt cháy lỏng và bốc
hơi đi ra ngoài.
Sơ đồ nguyên lý như sau:
1. Nguồn laser
SVTH: Trương Đăng Sang - Lớp:10C1LT.H2
9
Đồ Án Tốt Nghiệp - Máy Cắt Thép Tấm
2. Chùm tia laser
3. Gương dẫn hướng
4. Bộ thấu kính hội tụ và khí cắt
5. Vật cắt
Hình 1-7: Cắt bằng chùm tia laser
Nguồn bức xạ laser (1) tạo ra chùm tia laser (2) đi thẳng hoặc đổi hướng nhờ
gương phẳng (3) và được hội tụ nhờ thấu kính hội tụ có tiêu cự f trong (4). Nguồn
năng lượng laser tập trung trên một diện tích rất nhỏ với mật độ dòng nhiệt tạo vùng
tiếp xúc bề mặt rất cao làm vật liệu (5) nóng chảy và bốc hơi tạo thành rãnh cắt
hoặc lỗ khoan.
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 và có thể cắt theo các hướng khác nhau nhờ quá trình cắt không tiếp xúc.
Cắt thép bằng chùm tia laser cho năng suất cao, có thể cơ khí hoá và tự động
hoá dễ dàng nhưng phương pháp này có những hạn chế là chiều dày tấm cắt nhỏ
hơn 20 mm, thiết bị tạo tia laser cũng như các thiết bị điều khiển chương trình số
CNC có giá thành cao.
1.3.4. PHƯƠNG PHÁP CẮT THÉP TẤM BẰNG ÁP LỰC LƯỠI CẮT
Thực chất quá trình cắt kim loại bằng áp lực lưỡi cắt là sự biến dạng dẻo sau
đó đến phá huỷ kim loại. Quá trình cắt đứt vật liệu chia thành 3 giai đoạn liên tục:
+ Giai đoạn 1: Đây là giai đoạn biến dạng đàn hồi
+ Giai đoạn 2: Giai đoạn biến dạng dẻo, do tiếp tục đi xuống, lực cắt tăng lên

vượt qua điểm tới hạn, kim loại bị biến dạng dẻo.
Biến dạng dẻo này phát sinh ngay ở mép của dao cắt, ứng suất tập trung làm
phát sinh dòng chảy kim loại tại thành vùng kim loại bị chèn ép, sự chèn ép cục bộ
đó sẽ phát triển đến khi toàn bộ chiều dày của kim loại đạt đến ứng suất dư để làm
xuất hiện đường trượt. Những đường trượt này tạo ra đường dẻo hẹp hình bình
hành, do đó biến dạng dẻo kèm theo uốn và kéo các thớ kim loại cho đến khi bắt
đầu xuất hiện các vết nứt. Giai đoạn này dao cắt từ 20 đến 50% chiều dày kim loại.
+ Giai đoạn 3: Dao tiếp tục đi xuống, tại thời điểm khi ứng suất do lực cắt
gần đến giới hạn đàn hồi, các vết nứt xuất hiện từ hai vết của dao tiến sâu vào vật
liệu và làm đứt rời vật liệu.
Có các loại máy cắt thép tấm dưới áp lực lưỡi cắt như máy cắt dao thẳng
song song, máy cắt dao nghiêng, máy cắt dao đĩa
Phương pháp cắt thép tấm bằng áp lực lưỡi cắt có ưu điểm: có năng suất cao,
có thể tạo lực cắt bằng các phương pháp khác nhau, giá thành rẻ, dễ tiến hành cơ
khí hoá và tự động hoá, phương pháp này phù hợp với ngành cơ khí nước ta hiện
SVTH: Trương Đăng Sang - Lớp:10C1LT.H2
10
d
D
1
2
3
4
5
Đồ Án Tốt Nghiệp - Máy Cắt Thép Tấm
nay. Phân tích các loại kết cấu máy và dao để chọn phương án sử dụng cho máy cắt
thép tấm dưới áp lực lưỡi cắt.
1.3.4.1. Máy cắt dao thẳng song song
H
L2

1
3
6
7
5
4
8
S
h
Hình 1-8: Các thông số của máy cắt dao thẳng song song
1. Phôi thép 5. Cữ cắt
2. Bàn kẹp 6. Lưỡi dao dưới
3. Lưỡi dao trên 7. Bàn trượt dưới
4. Bàn trượt trên 8. Con lăn dẫn động
a. Công dụng và các thông số cơ bản
+ Công dụng: Máy cắt dao thẳng song song dùng để cắt các loại phôi và sản
phẩm có tiết diện vuông, chữ nhật, tròn máy thường đặt sau máy cán phôi, cán
phá, cán hình cỡ lớn có tiết diện sản phẩm là đơn giản. Máy có nhiệm vụ cắt bỏ
phần đầu, phần đuôi vật cán và dùng để cắt phân đoạn vật cán theo kích thước qui
định.
Khi làm việc mặt phẳng chuyển động của dao không đổi.
Các thông số cơ bản của máy theo trên hình 1-8:
H: Chiều cao vận hành dao
L: Chiều dài sản phẩm
S: Chiều cao lưỡi cắt
σ
: Chiều dày lưỡi cắt
35.2
÷=
σ

s
h: Chiều dày vật cắt
b: Chiều rộng vật cắt
∆
: Độ trùng dao,
∆
= (10
÷
20) mm
l: Chiều dài lưỡi cắt
l = (3
÷
4)b cho các máy có p = (60
÷
260) tấn
l = (2
÷
2.5)b cho các máy có p = (1000
÷
1600) tấn
Góc cắt 90
0
, bốn góc đều cắt được
Vật liệu làm bàn trượt: Thép CT6
Vật liệu làm dao: Thép 6 XHM, 55XHB, 55XH2
Theo kết cấu của máy, người ta phân ra làm hai loại: Loại có dao trên di
động và loại có dao dưới di động.
SVTH: Trương Đăng Sang - Lớp:10C1LT.H2
11
Đồ Án Tốt Nghiệp - Máy Cắt Thép Tấm

b. Phương pháp xác định lực cắt
Ngày nay các máy cắt được chế tạo theo tiêu chuẩn. Khi thiết kế máy mới ta
tính lực cắt sao cho máy làm việc đảm bảo an toàn và không xảy ra các sự cố đáng
tiếc.
Dù dùng loại máy cắt nào thì quá trình cắt cũng chia ra làm ba thời kỳ dù
rằng quá trình cắt chỉ xảy ra trong nháy mắt. Ba thời kỳ đó là:
- Thời kỳ cặp
- Thời kỳ cắt
- Thời kỳ đứt
+ Thời kỳ cặp:

Hình 1-9: Sơ đồ thời kỳ cặp phôi
Đây là thời kỳ mà lưỡi dao ăn vào kim loại, lúc này lực cắt của dao từ từ
tăng lên ( P
cặp
tăng từ P
0
→ P
max
). Để đặc trưng cho độ nhanh chậm của quá trình
này người ta đưa ra thông số tỷ số chiều sâu cắt tương đối
1
ε
.


h
Z
1
1

=
ε
(1.7)
Trong đó: Z
1
: Chiều sâu kim loại được cắt
h: Chiều dày vật cắt
+ Thời kỳ cắt:

Hình 1-10: Sơ đồ thời kỳ cắt của dao thẳng song song
Đây là thời kỳ mà lực cắt giảm dần xuống theo tiết diện của vật cắt.
P giảm dần từ P
max
→ P
min
+ Thời kỳ đứt:
Đây là thời kỳ kim loại tự đứt. Để đặc trưng cho độ nhanh chậm của thời kỳ
đứt, người ta cũng đưa ra khái niệm độ sâu đứt tương đối
ε
2
và được đặc trưng bởi
tỷ số sau:
SVTH: Trương Đăng Sang - Lớp:10C1LT.H2
12
S
Z/2
Z/2
a
P
P

h
Z
2
/2
Z
2
/2
L
P
Đồ Án Tốt Nghiệp - Máy Cắt Thép Tấm

2
ε

h
Z
2
=
(1.8)
Trong đó: Z
2
: là chiều sâu kim loại kim loại ở cuối hành trình cắt để sang
thời kỳ tự đứt.
h: là chiều dày ban đầu của vật cắt.
Qua thực tế và thí nghiệm, người ta thấy rằng lực cắt lớn nhất P
max
là ở cuối
thời kỳ cặp và đầu thời kỳ cắt và P
max
được tính theo công thức sau:

P
max
=
FkF
b

1max
στ
=
(1.9)
Trong đó:
k
1
=
b
σ
τ
max
= 0,6
÷
0,7
k
1
= 0,7 đối với thép mềm; k
1
= 0,6 đối với thép cứng.
F: diện tích tiết diện được cắt, F = F
1
= h
1

.b
b: chiều rộng vật cắt
h
1
: chiều dày còn lại: h
1
= h - z
1
= h (1-
1
ε
) (1.10)
Thay các giá trị trên vào (1.9), ta có:
P
max
= k
1
.k
2
.k
3
.
( )
1
1
εσ
−
hb
b
(1.11)

Trong đó:
K
2
: Hệ số kể đến sự tăng lực khi dao bị cùn, k
2
= (1,1
÷
1,2) cho cắt nóng và
k
2
= (1,15
÷
1,25) cho cắt nguội.
k
3
: Hệ số xét đến ảnh hưởng về khe hở của hai lưỡi dao
k
3
= (1,15
÷
1,25) cho cắt nóng và k
3
= (1,2
÷
1,3) cho cắt nguội.
Trị số
1
ε
,
2

ε

tra trong bảng quan hệ giữa vật liệu cắt với
21
,
εε
Khi dao ăn vào kim loại thì phôi có chiều hướng dịch xuống hướng, khi ấy
từ các cạnh của dao sinh ra một lực trượt T, lực trượt T do dao dịch xuống dưới sinh
ra một momen có trị số M
t
= P.a ( Hình 1.9).
Lực T và P có hướng ngược chiều nhau và có tương quan độ lớn:
T = (0,15
÷
0,25)P
Để giảm lực trượt T và cắt sản phẩm cho chính xác, người ta dùng lực kẹp Q
để giữ vật cắt. Khi ấy T = (0,1
÷
0,15)P và Q = (0,03
÷
0,05)P
1.3.4.2. Máy cắt thép tấm dao nghiêng
Để giảm lực trong quá trình cắt của máy cắt dao song song, người ta dùng
máy cắt tấm lưỡi dao được đặt nghiêng một góc ϕ. Khác với máy cắt dao song
song, máy này có lưỡi cắt chỉ một phần xác định có trị số phụ thuộc vào góc
nghiêng ϕ không đổi. Do đó trên một chiều dài hành trình lưỡi 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.
SVTH: Trương Đăng Sang - Lớp:10C1LT.H2

13
Đồ Án Tốt Nghiệp - Máy Cắt Thép Tấm
δ
α
γ
z
s
Hình 1-11: Máy cắt thép tấm dao nghiêng
Loại máy này lưỡi dao dưới nằm ngang, lưỡi dao trên nghiêng một góc ϕ = 2
÷
6
0
, 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:

Hình 1-12: Thông số lưỡi dao trên
- Góc nghiêng:
0
62
÷=
ϕ
- Góc cắt:
0
8575
÷=
δ

, đối với vật liệu đặc biệt mềm
0
60
=
δ
- Góc sau:
0
32
÷=
γ
- Góc trước:
0
53
÷=
α
Tổng tiêu hao khi cắt phụ thuộc vào lực cắt, chiều dày tấm cắt và góc
nghiêng
ϕ
của dao.
Lực cắt:
[ ]
N
tg
s
KP
c
ϕ
τ
.5,0
.

.2
=

[ ]
2
(1.12)
K: Hệ số điều chỉnh, K = (1,1
÷
1,5)
∗ Công tiêu hao khi cắt bằng máy cắt tấm, dao nghiêng phụ thuộc
lực cắt, chiều dài tấm cắt và góc nghiêng ϕ của dao.
)KGm(
1000
tg.B.P
A
ϕ
=
SVTH: Trương Đăng Sang - Lớp:10C1LT.H2
14
α
δ
γ
P
Đồ Án Tốt Nghiệp - Máy Cắt Thép Tấm
1.3.4.3. 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 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. Vị trí và kích thước đĩa dao được
xác định phụ thuộc vào chiều dày vật liệu cắt. Công việc cắt được thực
hiện lấy dấu bằng tay hay đồ gá chuyên dùng. Khi cắt dọc tôn tấm năng
suất máy dao đĩa lớn hơn năng suất máy dao nghiêng nhưng có nhược
điểm là dao 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 không lớn lắm.
Máy cắt đĩa áp dụng cắt mép, dãi hẹp cắt dọc theo chiều dài tấm
thẳng vô hạn.
Máy cắt này dùng để cắt viền và cắt mép những băng thép có chiều rộng lớn,
cắt những tấm thép có kích thước nhất định theo tiêu chuẩn khi xuất xưởng. Để cắt
được thẳng và không bị ba via người ta làm dao có lưỡi hình tròn theo chiều của
bán kính.
Máy cắt đĩa thường có hai loại: loại một cặp đĩa và loại nhiều cặp đĩa.
a. Sơ đồ nguyên lý
a)
Hình 1-13: Sơ đồ nguyên lý máy cắt đĩa
a. a. Loại một cặp đĩa cắt; b. Loại nhiều cặp đĩa cắt
* Nguyên lý của quá trình cắt bằng lưỡi dao đĩa là nhờ vào hai đĩa quay tròn
ngược chiều nhau với cùng một tốc độ quay, còn vật liệu cắt ( phôi) được chuyển
dịch nhờ ma sát giữa kim loại và dao. Vị trí và kích thước của đĩa xác định theo
chiều dày của vật liệu cần cắt.
b. Đặc điểm kỹ thuật
+ Máy có độ trùng dao
=∆

(1
÷
3) mm, khi chiều dày h tăng thì
∆

giảm. Khi
cắt thép tấm có chiều dày h > 10 thì khe hở biên y = (0,05
÷
0,08)h, khi h < 0,2 mm
thì y = 0.
+ H là chiều dày đĩa cắt, H = (0,06
÷
0,12)D
D: Đường kính đĩa cắt
- Khi chiều dày H < 3 mm thì D = 60H
- Khi H = (3
÷
10) mm thì D = (40
÷
50)H
- Khi H > 10 mm thì D = 30H
Vật liệu làm dao là các loại thép hợp kim 5XBC, 9XC, 6XHM, 55XHHB.
Dao có độ cứng HRC = 60
÷
64, góc cắt của dao là
0
90
.
SVTH: Trương Đăng Sang - Lớp:10C1LT.H2
15
Z
D
b
b)

Đồ Án Tốt Nghiệp - Máy Cắt Thép Tấm
* Xác định khoảng cách tâm trục A của hai dao đĩa, góc nghiêng
α
và đường kính
D của dao
- Xác định khoảng cách tâm A
Từ thực nghiệm và tính toán người ta đã tính được:
A = 2Rcos
h
R
h
+
∆+
(mm) (1.13)
Trong đó: R: bán kính của đĩa dao
h: chiều dày cắt

∆
: độ trùng dao
- Xác định góc nghiêng α:







∆+
∆
+=

h
1
2
0
α
α
(1.14)
Từ kinh nghiệm → có α
- Xác định đường kính dao:

( )
mmh
h
RD
∆+≈
−
∆+
==
2
0
0
2
cos1
2
α
α
(1.15)

0
α

: Góc ăn giữa kim loại và đĩa, thường
0
α
= (8
÷
12
0
)
1.3.4.4. Máy cắt kiểu chấn động
Dùng cắt tấm có dạng đường thẳng hoặc đường cong bất kỳ theo
dấu.
2
1
24°-30°
0,3S
0,25S
5
°
-
7
°
Hình 1-14: Sơ đồ nguyên lý máy cắt kiểu chấn động
1. Dao trên; 2. Dao dưới
Máy cắt dao động thường có lưỡi dao dưới kẹp chặt trên than máy và cố
định, còn lưỡi dao trên chuyển động tịnh tiến nhờ cơ cấu cam đặc biệt.
Máy có 2 lưỡi dao nghiêng tạo thành một góc α = 24÷30
0
; góc trước β= 6÷7
0
,

khi cắt lưỡi cắt trên lên xuống rất nhanh (2000÷3000 lần/phút) và với hành trình
ngắn 2÷3 mm. Cắt được tấm dáy ≤ 10 mm.
SVTH: Trương Đăng Sang - Lớp:10C1LT.H2
16
Đồ Án Tốt Nghiệp - Máy Cắt Thép Tấm
Loại này có hai lưỡi dao tạo thành một góc ϕ = (21÷30
0
) số lần lưỡi
cắt lên xuống: 850÷1300 lần/phút.
* Kết luận:
Ở trên, ta đã đưa ra 4 phương án hình thành quá trình cắt thép tấm.
Thông qua ưu, khuyết điểm đánh giá các phương án ta có nhận xét như
sau:
- Phương pháp cắt bằng cặp dao song song thì mép cắt đẹp, thời gian
mỗi nhát cắt nhanh nhưng lực cắt quá lớn, hơn nữa ta cần cắt thép tấm có
chiều dày S
max
= 15 mm, lúc này lực cắt sẽ rất lớn nên yêu cầu về độ bền
của dao cũng như thân máy cao, rung động mạnh, vì vậy ta không sử dụng
phương pháp này để thiết kế.
- 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.
- Phương pháp cắt kiểu chấn động: 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 phôi quay
xung quanh mép làm việc của dao trong quá trình cắt đường bao cong. Nhược điểm
của máy cắt rung là sự mài mòn nhanh các lưỡi cắt cũng như sự tạo thành bavia và
răng cưa theo đường bao phôi cắt. Do đó, sau khi cắt phải sửa lại đường bao bằng
cách kẹp lại thành từng chồng và phay theo đường bao. Máy cắt rung chỉ sử dụng
trong sản xuất nhỏ do năng suất thấp.

- 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 dùng phương án lưỡi dao cắt nghiêng để
thiết kế máy.
SVTH: Trương Đăng Sang - Lớp:10C1LT.H2
17
Đồ Án Tốt Nghiệp - Máy Cắt Thép Tấm
CHƯƠNG 2
NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ VÀ TÍNH ĐỘNG HỌC CỦA MÁY
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG
Một kết cấu được xem là có tính công nghệ khi kết cấu đó thoả mãn các yêu
cầu kỹ thuật đã được đặt ra khi thiết kế, đồng thời được chế tạo với chi phí ít nhất
về lao động, phương tiện và thời gian. Nói cách khác một chi tiết máy có tính công
nghệ có nghĩa là một mặt nó phải thoả mãn các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm
việc, độ tin cậy, mặt khác trong điều kiện sản xuất sẵn có phải dễ chế tạo, ít tốn
nguyên vật liệu và thời gian.
Tính công nghệ của chi tiết máy và bộ phận máy là một trong những yếu tố
quan trọng nhất nhằm đảm bảo máy móc và thiết bị có các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật
tối ưu. Như vậy để chọn được một phương án máy hợp lý cần thoả mãn những yêu
cầu chủ yếu về tính công nghệ như sau:
- Máy và chi tiết máy có hình dạng và kết cấu hợp lý theo quan điểm công
nghệ chế tạo và lắp ráp.
- Vật liệu chế tạo chi tiết máy được chọn hợp lý, đảm bảo các yêu cầu liên
quan đến công dụng và điều kiện sử dụng máy.
- Có thể sử dụng các phương pháp công nghệ phù hợp để đơn giản hoá quá
trình chế tạo từ khâu chuẩn bị phôi đến gia công chế tạo - kiểm tra, lắp ráp và
nghiệm thu sản phẩm.
- Máy, chi tiết máy có khối lượng và kích thước nhỏ gọn; giá thành thấp.
2.2. PHÂN TÍCH CHỌN SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MÁY

Sau khi phân tích các phương án cắt thép tấm, ta đã chọn được phương án
cắt bằng máy có lưỡi dao nghiêng, dao trên chuyển động tịnh tiến. Bây giờ ta phân
tích các phương án truyền động tạo lực cắt, phối hợp nhịp nhàng giữa các cơ cấu đã
chọn được sơ đồ nguyên lý phù hợp cho máy.
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 S
max
= 15 mm và chiều rộng
B
max
= 2000 mm, vật liệu phôi thép tấm là thép CT38 thì ta cần phải xác lập một sơ
đồ động thích hợp cho máy đảm để bảo được tính công nghệ cũng như tính kinh tế
H
L2
1
3
6
7
5
4
8
S
h
Hình 2-1: Sơ đồ cắt thép tấm
Các thông số của máy:
SVTH: Trương Đăng Sang - Lớp:10C1LT.H2

18
Đồ Án Tốt Nghiệp - Máy Cắt Thép Tấm
1. Phôi thép 5. Cữ sau
2. Bàn kẹp 6. Lưỡi dao dưới
3. Lưỡi dao trên 7. Bàn trượt dưới
4. Bàn trượt trên 8. Con lăn dẫn động
H. Hành trình của dao
∆
: Độ trùng dao
a: Chiều dày phôi h: Chiều cao lưỡi cắt
l: Chiều dày lưỡi cắt
2.2.1. Chuyển động tịnh tiến bằng cơ cấu tay quay con trượt
3
V
2
1
O
Hình 2-2: 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 tác dụng và 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.
2.2.2. Cơ cấu hình sin:
O
V
C
Hình 2-3: Cơ cấu hình sin
Cơ cấu này khi tay quay quay tròn làm cho con trượt trong khi chuyển động
tịnh tiến nhờ gắn lên cần C. 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.
2.2.3. 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
SVTH: Trương Đăng Sang - Lớp:10C1LT.H2
19
Đồ Án Tốt Nghiệp - Máy Cắt Thép Tấm
d
Van phán phäúi.
V
Âæåìng dáöu vaìo
Âæåìng dáöu ra
Dao
Hình 2-4: Chuyển động tịnh tiến nhờ hệ thống thủy lực
Hoạt động: dầu 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 của phương pháp truyền động này:
+ Thực hiện được truyền động vô cấp cho chuyển động chính cũng như
chuyển động phụ để đảm bảo chế độ cắt thích hợp nhất.
+ Có khả năng thực hiện truyền động có lực và công suất lớn.
+ Dễ dàng thực hiện các nhiệm vụ như điều khiển tự động quá trình làm
việc, đảo chiều chuyển động, chống quá tải, tiêu chuẩn hoá các cơ cấu và hệ thống.
+ Dễ dàng thay đổi hành trình chuyển động của đầu dao trong chuyển động
tịnh tiến.
- Tuy nhiên phương pháp truyền động này cũng có các 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.
* 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
dùng cơ cấu tịnh tiến bằng hệ thống thuỷ lực dầu ép phù hợp nhất khi cắt các loại
thép cacbon, thép thường với chiều dày phôi đến 15 mm và chiều rộng cắt lớn nhất
của tấm thép là B = 2000 mm.
Vậy ở máy cắt thép tấm dùng các cơ cấu và hệ thống thuỷ lực để tạo động
lực cắt cho dao và kẹp chặt phôi, từ đó ta có sơ đồ nguyên lý của máy.
SVTH: Trương Đăng Sang - Lớp:10C1LT.H2
20
Đồ Án Tốt Nghiệp - Máy Cắt Thép Tấm
0
B
A
T
P
1
3
4
5

7
8
9
6
2
11
10
Hình 2-5: Sơ đồ nguyên lý máy cắt thép tấm
1. Bể dầu 7. Đồng hồ đo áp
2. Lọc thô 8. Van tiết lưu
3. Bơm dầu 9. Van đảo chiều 4/3
4. Lọc tinh 10. Pit tông
5. Van một chiều 11. Buồng trên xilanh
6. Van tràn và an toàn
* Nguyên lý làm việc:
Khi động cơ bơm quay, bơm hút dầu từ bể qua bộ lọc (1),qua các thiết bị
khác như bộ lọc 12, van an toàn 2, bộ ắc quy dầu 11 đến van tiết lưu (5), 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
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.
2.2.4. Tính toán sơ bộ chiều dài lưỡi dao và độ vận hành của dao trên
a) Tính toán sơ bộ chiều dài của lưỡi dao
Theo kinh nghiệm chiều dài của lưỡi dao L:
L = B + (50
÷
150)mm, ( GT dao cắt, tr16)
Trong đó:
B: chiều rộng lớn nhất của tấm thép đem cắt. B
max

= 2000 (mm)
Do đó: L = 2000 + 80 = 2080 (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
SVTH: Trương Đăng Sang - Lớp:10C1LT.H2
21
Đồ Án Tốt Nghiệp - Máy Cắt Thép Tấm
ngắn rồi ghép lại, ta chọn chiều dài của dao chia làm 4 đoạn, do đó chiều dài của
mỗi đoạn dao là:
L
0
=
)(520
4
2080
mm
=
b) Xác định độ vận hành của dao nghiêng
Hình 2-6: Thông số của dao nghiêng
- Gọi y là chiều cao mở cực đại từ phía dưới của lưỡi dao trên tới mặt trên
của tấm thép đem cắt. Chọn y = 10 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 = 2080 (mm)
a
max
: chiều dày lớn nhất của tấm thép.
Do đó chiều dài hành trình cắt H:
H = y + a
max
+ Ltg
α
+ Δ (mm). (GT dao cắt,trang16)
= 10 +15 + 2080 tg4
0
+ 15 = 185 (mm)
2.2.5. 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 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 a
max
= 15 mm là khá lớn, vì
vậy vận tốc cắt nằm trong khoảng (5
÷
100) mm/s, với a

max
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 = 185 mm.
Thời gian của dao đi là:
Do dao được đặt cách mặt đầu chấu kẹp là 15 mm, do đó tổng chiều dài dịch
chuyển của dao là: H
0
= H + 15 = 185 +15 = 200 mm
t =
)(4
50
200
0
s
v
H
≈=
Vậy thời gian cắt chính của dao là: t = 4 (s)
SVTH: Trương Đăng Sang - Lớp:10C1LT.H2
22
B
a
max
H
α
Y
∆

Đồ Án Tốt Nghiệp - Máy Cắt Thép Tấm
2.3. TÍNH ĐỘNG HỌC TOÀN MÁY
Thiết kế động học cho một máy là lựa chọn các phương án truyền động và
xác định các hệ thống truyền động của máy, sự phối hợp nhịp nhàng trong chu kỳ
làm việc giữa các bộ phận và tính toán sơ bộ về vận tốc và thời gian của sự phối
hợp đó.
2.3.1.Thiết kế động học cho bộ phận kẹp chặt
Sau khi phân tích lựa chọn phương án truyền động cho bộ phận dao cắt là
nguồn động lực bằng hệ thống thuỷ lực dầu ép tác dụng lên piston - xilanh để tạo
lực cắt tác dụng lên dao trên, 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
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 vật liệu. Bởi vậy ta cần phải chống lại sự quay đó bằng cách
thêm vào lực ép Q trên tấm vật liệu.
Hình 2-7: Sơ đồ kẹp phôi
Bây giờ ta phải phân tích lựa chọn phương án truyền động cho lực kẹp phôi
Q này. Để tạo lực kẹp Q kẹp phôi trước khi dao tiến hành cắt thì ta có các phương
án sau:
a) Kẹp phôi bằng chính trọng lực của một khối kim loại. Hình 2-8

5

2

4


3


1

Hình 2-8: Sơ đồ kẹp phôi bằng khối kim loại
SVTH: Trương Đăng Sang - Lớp:10C1LT.H2
23