PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP CẮT THÉP

Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm
CHƯƠNG 3:
PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP CẮT THÉP
Để thực hiện công việc cắt vật liệu, trong thực tế có nhiều phương pháp, công
nghệ khác nhau như: 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 vật liệu cũng như qui mô sản suất mà
ta có thể áp dụng phương pháp cắt khác nhau cho hợp lý.
3.1. 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.
3.2. CẮT BẰNG 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.
Hình3.1. Sơ đồ cắt kim loại bằng khí
SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C Trang 11
2
1
3
4
O

2
O
2
+ C
2
H
2
1. Phôi cắt.
2. Rảnh cắt.
3. Hỗn hợp khí cắt.
4. Dòng Oxy cắt.
h
Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm
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°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.
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.
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.
SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C Trang 12
n Tt Nghip Thit K Mỏy Ct Thộp Tm
Ct bng chựm tia laser cú ngun nhit tp trung vi mt mt nhit cao, vỡ vy
nú cú th ct tt c cỏc loi vt liu v hp kim ca nú. Rónh ct hp, sc cnh v
chớnh xỏc cao, ngoi ra nú cũn cú th ct theo ng thng hay ng cong v cú th
ct theo cỏc hng khỏc nhau nh quỏ trỡnh ct khụng tip xỳc.
Hỡnh 3.2. S ct kim loi bng chựm tia laser
Ct thộp bng chựm tia laser cho nng sut cao, cú th c khớ koỏ v t ng hoỏ
d dng nhng phng phỏp ny cú nhng hn ch l chiu dy tm ct nh hn 20
mm , thit b to tia laser cng nh cỏc thit b iu khin chng trỡnh s CNC cú giỏ
thnh cao.
3.4. CT BNG CHM TIA PLASMA

to nờn dũng cỏc ion ngi ta s dng s phúng in vi khong cỏch ln gia
hai in cc. H quang s chỏy trong mt rnh tr kớn cỏch in vi in cc v u
m phun , ng thi nú c lm ngui mnh lit v b ộp bi ỏp lc ca dũng khớ nộn
(khớ tr). Nh cú h thng nh vy m nhit cú th tng lờn 10.000 20.000
o
C.
SVTH: Hong Vn Thựy Lp 03C1C Trang 13
h
d
1
3
4
2
1. Nguọửn laze r.
2. Chuỡm tia laz.e r
3. Gổ ồng dỏựn hổ ồùng.
4. Thỏỳu kờ nh họỹi tuỷ.
Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm
Hình 3.3. Sơ đồ nguyên lý cắt bằng plasma.
a/ Sơ đồ nguyên lý máy cắt bằng plasma ;
b/ Sơ đồ cấu tạo đầu cắt plasma (9)
1- Van nước làm mát, 2 - Bình chứa khí để vận chuyển bột kim loại,3,6 - van giảm áp,
4 - Thiết bị chuyển tải bột kim loại đắp, 5- Bình chứa khí ổn định , 7- Van, 8- Thiết bị kích thích hồ
quang, 9- Đầu cắt hoặc đầu phun, 10, 11, 12 các công tắc, 13 nguồn điện.
Hình 3.4. Sơ đồ cắt bằng plasma trong thực tế.
3.5. PHƯƠNG PHÁP CẮT THÉP TẤM BẰNG ÁP LỰC LƯỠI CẮT
Thực chất của 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: Biến dạng dẻo tập trung ở mép của dao cắt (hình 3.5a). Ứng suất
tập trung làm phát sinh dòng chảy kim loại tạo thành vùng kim loại bị chèn ép bao

quanh lưỡi cắt, 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.
SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C Trang 14
Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm
z z z
h
2
θ
h
a b c
Hình 3.5. Các giai đoạn của quá trình cắt.
+ Giai đoạn 2: Lực cắt tăng lên bắt đầu có sự dịch chuyển tương đối giữa phần
này với phần kia của tấm (hình 3.5b). Ở giai đoạn này tạo ra bề mặt nhẵn sáng bóng và
được san phẳng bởi lực ma sát F hướng dọc theo bề mặt bên của lưỡi dao. 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. Theo kinh
nghiệm giai đoạn này dao cắt ăn sâu h
2
= 20 đến 80% chiều dày h của phôi tùy thuộc
vào cơ tính của vật liệu và chiều dày của tấm, vật liệu càng dẽo thì h càng lớn.
+ Giai đoạn 3: Dao tiếp tục đi xuống, mưc độ biến dạng tăng lên và khi đó tính
dẽo của kim loại bị mất bắt đầu giai đoạn 3. Các vết nứt xuất hiện, phát triển va phá
hủy kim loại cho đến khi kết thuc quá trình tách vật liệu (hình 3.4c). Sự phá hủy kim
loại xẩy ra trước mép làm việc của lưỡi dao trong tấm, vì thế các vết nứt được gọi là
các vết nứt phá vở trước.
Tùy thuộc vào khe hở giửa các lưỡi cắt Z và độ lún sâu của lưỡi dao vào chiều
dày tấm h tại thời điểm bắt đầu phá hủy, các vết nứt vở xuất phát từ các mép làm việc
của lưỡi dao trên và dưới có thể song song với nhau (hình 3.6a) hoặc gặp nhau (hình
3.6b). Khi các vết nứt ở mép làm việc của các lưỡi cắt gặp nhau thì trị số khe hở Z là
tối ưu vì khi đó chất lương mặt cắt là tốt nhất, mặt cắt phẳng và nhẵn.

a b
Hình 3.6. Sơ đồ phân bố các vết nứt tại mép cắt
SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C Trang 15
θ
Z

< Z
täúi æu
Z = Z
täúi æu
θ
h