Thiết kế máy cắt thép tấm tự động + bản vẽ

Đồ Án Tốt Nghiệp

Thiết Kế 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 đó để giải quyết những vấn đề cụ thể thường gặp trong
thực tế sản xuất, trong kĩ thuật cũng như trong đời sống hằng ngày.
Đồ án tốt nghiệp với mục đích giúp sinh viên hệ thống lại những kiến thức cơ bản đã
học trước lúc ra trường, đồng thời phát huy khả năng tư duy, sáng tạo của mỗi sinh
viên khi đứng trướt một vấn đề thực tế trong kĩ thuật. 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: "THIẾT KẾ
MÁY CẮT THÉP TẤM TỰ ĐỘNG" với các nội dung sau:
Chương 1: Tổng quan về nhu cầu sử dụng thép tấm trong công nghiệp.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết về cắt kim loại.
Chương 3: Phân tích lựa chọn phương pháp cắt thép.
Chương 4: Phân tích lựa chọn phương án và tính toán động học máy.
Chương 5: Tính toán động lực học và kết cấu máy.
Chương 6: Quy trình công nghệ gia công chi tiết trục.
Chương 7: Thiết kế hệ thống điều khiển sử dụng PLC.
Chương 8: An toàn và vận hành máy.
Đề tài được hoàn thành với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn Trần
Ngọc Hải. 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 20 tháng 5 năm 2008
Sinh viên thiết kế
Hoàng Văn Thùy

SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C

Trang 1


Đồ Án Tốt Nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

MỤC LỤC

Trang

LỜI NÓI ĐẦU:...........................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHU CẦU SỬ DỤNG
THÉP TẤM TRONG CÔNG NGHIỆP..............................................4
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CẮT THÉP TẤM............................................7
2.1. LÝ THUYẾT BIẾN DẠNG DẺO KIM LOẠI...............................................7
2.1.1. Biến dạng đàn hồi......................................................................................8
2.1.2. Biến dạng dẻo kim loại..............................................................................9
2.1.3. Phá huỷ........................................................................................................... 10
2.2. NHỮNG NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN
BIẾN DẠNG DẺO KIM LOẠI.....................................................................11
2.2.1. Ảnh hưởng của thành phần hoá học và tổ chức kim loại........................11
2.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ...........................................................................11
2.2.3. Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính................................................11
2.2.4. Ảnh hưởng của ứng suất dư.....................................................................12
2.2.5. Ảnh hưởng của ma sát ngoài...................................................................12
2.2.6. Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng..............................................................12

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP CẮT THÉP..............13
3.1. PHƯƠNG PHÁP THỦ CÔNG......................................................................13
3.2. CẮT BẰNG HỒ QUANG ĐIỆN HOẶC NGỌN LỬA KHÍ.......................13
3.3. CẮT BẰNG CHÙM TIA LASER.................................................................14
3.4. CẮT BẰNG CHÙM TIA PLASMA.............................................................15
3.5. PHƯƠNG PHÁP CẮT THÉP TẤM BẰNG ÁP LỰC LƯỠI CẮT...........16
3.5.1. Máy cắt dao thẳng song song...................................................................18
3.5.2. Máy cắt bằng lưỡi dao đĩa........................................................................19
3.5.3. Máy cắt kiểu chấn động............................................................................21
3.5.4. Máy cắt thép tấm dao nghiêng.................................................................21
3.5.5. Kết luận.....................................................................................................22
CHƯƠNG4: PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN VÀ TÍNH TOÁN
ĐỘNG HỌC MÁY............................................................................24
4.1. GỚI THIỆU CHUNG....................................................................................24
4.1.1. Sơ đồ nguyên lý toàn máy........................................................................24
4.1.2. Nguyên lý hoạt động toàn máy................................................................25
4.2. PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN, SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MÁY............25
4.2.1. Một số phương án khả thi, ưu và nhược điểm.........................................25
SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C

Trang 2


Đồ Án Tốt Nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

4.2.2. Sơ đồ nguyên lý máy và nguyên tắc làm việc..........................................27
4.2.3. Xác định các thông số máy.......................................................................28
4.2.4. Xác định vận tốc và thời gian cắt của đầu dao trên.................................28

4.3. THIẾT KẾ TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC TOÀN MÁY..................................29
4.3.1. Thiết kế động học cho bộ phận cấp phôi tự động...................................29
4.3.2. Thiết kế động học cho bộ phận kẹp phôi.................................................33
4.3.3. Thiết kế động học cho bộ phận đỡ sản phẩm..........................................36
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC VÀ KẾT CẤU MÁY..................37
5.1. TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC VÀ KẾT CẤU
CHO BỘ PHẬN KẸP PHÔI........................................................................37
5.1.1.Tính toán lực kẹp phôi..............................................................................37
5.1.2. Tính toán các thông số của bộ phận kẹp phôi.........................................39
5.2. TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC VÀ KẾT CẤU
CHO BỘ PHẬN CẮT...................................................................................43
5.2.1. Tính toán xilanh thuỷ lực cho bộ phận tạo lực cắt..................................43
5.2.2. Tính toán các thông số của lưỡi dao và bàn trượt gá dao........................62
5.3. TÍNH TOÁN BỘ PHẬN CẤP PHÔI...........................................................65
5.3.1. Sơ đồ nguyên lý, nguyên lý hoạt động của bộ phận cấp phôi.................65
5.3.2. Tính lực kéo phôi của tang dẫn động.......................................................66
5.3.3. Chọn động cơ và tính toán hộp giảm tốc.................................................66
5.3.4. Phân tích chuổi kích thước.......................................................................81
5.4. TÍNH TOÁN BỘ PHẬN ĐỠ SẢN PHẨM...................................................85
5.4.1. Sơ đồ nguyên lý, nguyên lý hoạt động của bộ phận đỡ sản phẩm..........85
5.4.2. Tính lực kéo của tang dẫn động..............................................................86
5.4.3. Chọn động cơ và tính toán hộp giảm tốc.................................................87
CHƯƠNG 6: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT TRỤC. .88
6.1. PHÂN TÍCH CHI TIẾT GIA CÔNG............................................................88
6.1.1 Điều kiện kĩ thuật......................................................................................88
6.1.2 Vật liệu và phương pháp tạo phôi.............................................................88
6.1.3 Tính công nghệ trong kết cấu....................................................................88
6.2. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT TRỤC.......................88
+0 , 015
6.3 TÍNH LƯƠNG DƯ GIA CÔNG MẶT TRỤ φ20 +0,002 ...................................91

+0 , 015
6.4 TÍNH CHẾ ĐỘ CẮT MẮT TRỤ φ20 +0,002 .....................................................92

CHƯƠNG 7: THUYẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG PLC...........97
7.1.Giới thiệu về điều khiển tự động bằng PLC..................................................97
7.2. Phân tích và chọn phương án điều khiển....................................................100
7.3. Chương trình điều khiển bằng PLC............................................................104
CHƯƠNG 8 : AN TOÀN VÀ VẬN HÀNH MÁY...............................................106

SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C

Trang 3


Đồ Án Tốt Nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ NHU CẦU SỬ DỤNG THÉP TẤM
TRONG CÔNG NGHIỆP
Ngày nay khi nhu cầu về đời sống của con người càng được nâng cao thì nền
kinh tế cần phải kịp thời đáp ứng đầy đủ những nhu cầu đó. Trong đó ngành công
nghiệp, mà đặc biệt là công nghiệp cơ khí nắm vai trò chủ yếu trong việc tạo ra sản
phẩm. Ở một khía cạnh khác, thì ngành công nghiệp tạo phôi lại đóng một vai trò
chủ chốt, là khâu cơ bản đầu tiên trong quy trình sản xuất cơ khí. Hơn nữa, một số
phương pháp tạo phôi như cán, kéo, cắt...kim loại là không thể thiếu góp phần tạo ra
các sản phẩm, vật dụng cho các ngành công nghiệp khác như: Công nghiệp hàng
không, công nghiệp điện, công nghiệp ôtô, đóng tàu thuyền, xây dựng, nông
nghiệp...

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

SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C

Trang 4


Đồ Án Tốt Nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

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 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…

SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C

Trang 5

Đồ Án Tốt Nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm
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,
Hình 1.4. Vỏ ôtô được làm từ thép tấm
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,...

Với nhu cầu sử dụng thép tấm rộng lớn như vậy, cần thiết phải có những máy cắt
thép tấm với năng suất cao, với độ chính xác cao, được điều khiển tự động hoặc bán
tự động đủ khả năng để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của nền công nghiệp nói

SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C

Trang 6


Đồ Án Tốt Nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

riêng cũng như nền kinh tế nói chung, góp phần vào sự nghiệp công nghiệp hoá hiện
đại hóa đất nước.

SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C

Trang 7


Đồ Án Tốt Nghiệp

CHƯƠNG 2:

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CẮT KIM LOẠI

Cắt kim loại là phương pháp gia công bằng áp lực bằng cách dùng ngoại lực tác

dụng lên kim loại ở trạng thái nóng hoặc nguội, làm cho kim loại đạt 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 tấm, dải, mảnh...theo
biên dạng đã được định sẵn. 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.
2.1. LÝ THUYẾT BIẾN DẠNG DẺO KIM LOẠI
Dưới tác dụng của ngoại lực, kim loại biến dạng theo các giai đoạn sau: Biến
dạng đàn hồi, biến đạng 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
Biểu đồ biến dạng khi thí nghiệm kéo đứt kim loại như sau:
P Taíi

P

â

Pâh

âh

â

Âäü biãún daûng

Hình 2.1.
Biểu đồ quan hệ giữa lực kéo P và độ biến dạng dài tuyệt đối ∆l.

Khi tải trọng tác dụng nhỏ hơn P đh thì độ biến dạng tăng theo đường bậc nhất,

đây là giai đoạn biến dạng đàn hồi: Biến dạng sẽ bị mất đi nếu ta bỏ tải trọng tác
dụng.
Khi tải trọng tăng từ Pđh → Pđ thì độ biến dạng tăng với tốc độ nhanh, đây là giai
đoạn biến dạng dẻo, kim loại sẽ bị biến đổi hình dạng và kích thướt sau khi bỏ tải
trọng tác dụng lên nó.
Khi tải trọng đạt đến giá trị lớn nhất P đ 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.
SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C

Trang 11


Đồ Án Tốt Nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

2.1.1. 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 :

σ
σ
σ1

σ2

σ

σ

σ3

τ

τ

σ1

Hình 2.2. 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 lý thuyết đàn hồi:
σ = E.ε
( cho kéo và nén )
( 2.1 )

τ = G.γ

( cho xê dịch )

(2.2 )

Trong đó : E : modun đàn hồi của vật liệu
G : modun đàn hồi trượt
Và

P = - k.

∆v
v

(đối với ép 3 chiều )

( 2.3 )

Với k =

E
[ 3(1 − 2µ )]

( 2.4 )

Với G =

E

[ 2(1 + 2µ )]

( 2.5 )

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
SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C

Trang 12


Đồ Án Tốt Nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

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.
2.1.2. 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.

a

b

c

d

Hình 2.3. Sơ đồ biến dạng trong đơn tinh thể

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. Các
mặt trượt là các mặt phẳng có mật độ nguyên tử cao nhất. Biến dạng dẽo do song
tinh gây ra rất bé nhưng khi có song tinh, trượt xẩy ra thuận lợi hơn.
Biến dạng dẽo của đa tinh thể: Kim loại và hợp kim là tập hợp của nhiều đơn
tinh thể, cấu trúc của chúng được gọi là cấu trúc đa tinh thể. Ở đây biến dạng dẽo có
hai dạng: biến dạng trong nội bộ hạt và biến dạng ở vùng biên giới hạt. Sự biến dạng
trong nội bộ hạt do trượt và song tinh. Đầu tiên sự trượt xẩy ra ở các hạt có mặt trượt
tạo với hướng của ứng suất chính một góc bằng hoặc xấp xỉ 45 0, sau dó mới đến các
mặt khác. Như vậy biến dạng dẽo trong kim loại đa tinh thể xẩy ra không đồng thời
và không đều. Dưới tác dụng của ngoại lực, biên giới hạt của các tinh thể cũng bị
biến dạng, khi đó các hạt trượt và quay tương đối nhau. Do sự trượt và quay của các
SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C

Trang 13


Đồ Án Tốt Nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

hạt, trong các hạt lại xuất hiện các mặt trượt thuận lợi mới, giúp cho biến dạng trong

kim loại tiếp tục phát triển.
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, vv... nên làm cho bên trong kim loại sinh ra ứng suất dư, ngay cả sau khi thôi
tác dụng ứng suất dư vẫn còn tồn tại.
2.1.1.3. Phá hủy
Quá trình biến dạng tăng dần với một mứt 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 thướt siêu vi mô đến vi mô, đến vĩ mô (bị phá huỷ).
a. Phá huỷ trong điều kiện tải trọng tĩnh
+ Phá huỷ dẻo: Là phá huỷ có kèm theo sự biến dạng dẻo với mứt độ tương đối
Phá huỷ dẻo xảy ra với tốc độ nhỏ và cần nhiều năng lượng nên ít nguy hiểm. Điều
kiện cần thiết cho phá huỷ 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 đô, tốc độ biến dạng và sự tập
trung ứng suất.
Ứng suất cần thiết để phát triển vết nứt:

2 Eγs 

 π.C 

σc =



( 2.6 )

Trong đó :
E : mođun đàn hồi của vật liệu.

γ s : Sức căng bề mặt.
C : Kích thước đặc trưng của vết nứt ban đầu.
b. 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.
SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C

Trang 14


Đồ Án Tốt Nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

c. 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.
2.2. NHỮNG NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN BIẾN DẠNG DẺO 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 rất nhiều 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, ...
2.2.1. Ảnh hưởng của thành phần hoá học và tổ chức kim loại
Các kim loại khác nhau có kiểu mạng tinh thể khác nhau, 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.
2.2.2. 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.
2.2.3. Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính
σ2

σ2

σ1

σ1 σ1

σ1

σ1

σ1

σ3

σ2

a)

b)

σ2

c)
Hình 2.4. Các trạng thái ứng suất

a) Ứng suất đường. b) Ứng suất mặt. c) Ứng suất khối.

SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C

σ3

Trang 15


Đồ Án Tốt Nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

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.

Trong gia công áp lực thường gặp trạng thái ứng suất khối.
+ Trạng thái ứng suất khối : τmax =
+ Trạng thái ứng suất mặt :

τmax =

+ Trạng thái ứng suất đường : τ =

σ max − σ min
2
σ1 − σ2
2

σ
2

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

τmax / τgiåïi haûn

+ Khi kim loại chịu trạng thái ứng suất đường thì điều kiện biến dạng dẻo là:
σ

=

σch

+ Khi kim loại chịu trạng thái ứng suất mặt thì điều kiện biến dạng dẻo là :
σ 1 − σ 2 = σch , tæïc

τmax = σch/2

+ Khi kim loại chịu trạng thái ứng suất khối thì điều kiện biến dạng dẻo là:

σ max − σ min = σch, τmax = σch/2
2.2.4. 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.
2.2.5. 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 thép.
2.2.6. Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng
Tăng tốc độ biến dạng sẽ làm giảm tính dẻo của kim loại. Ngoài ra, tốc độ biến
dạng tăng còn làm sinh nhiệt nhiều, hiệu ứng nhiệt còn làm 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.
SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C

Trang 16


Đồ Án Tốt Nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

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.

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.
4

O2

O2 + C2H2

3

1

SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C

h

2

1. Phôi cắt.
2. Rảnh cắt.
3. Hỗn hợp khí cắt.
4. Dòng Oxy cắt.

Trang 17


Đồ Án Tốt Nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

Hình3.1. Sơ đồ cắt kim loại bằng khí

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
SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C

Trang 18


n Tt Nghip

Thit K Mỏy Ct Thộp Tm

tip xỳc b mt rt cao lm vt liu (5) núng chy v bc hi to thnh rónh ct hoc
l khoan.
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.
1

2

3

1. Nguọửn lazer.
2. Chuỡm tia laz.er
3. Gổồng dỏựn hổồùng.
4. Thỏỳu kờnh họỹi tuỷ.

4

h

d

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
20.000oC.

SVTH: Hong Vn Thựy Lp 03C1C

Trang 19


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
SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C

Trang 20


Đồ Án Tốt Nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

h

h2

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.

θ

z

z

a

z

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 h2 = 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.
θ

h

θ

Z < Z täúi æu

SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C

Z=Z

täúi æu

Trang 21


Đồ Án Tốt Nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm
a

b

Hình 3.6. Sơ đồ phân bố các vết nứt tại mép cắt

Trị số khe hở tối ưu được xác định nếu biết được giá trị của h và θ :
Ztối ưu = (h – h2)tg θ .
Theo kinh nghiệm của hãng ERFURT khi cắt trên máy cắt tấm dao nghiêng
Ztối ưu = 1/30 h.
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 nay.
Để hiểu thêm về phương pháp này ta sẽ 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.
3.5.1. Máy cắt dao thẳng song song
3.5.1.1. 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.
1

2

6

7

3

σ

∆

H

h

S

L

8
5

4

Hình 3.7. Nguyên lý cắt dao thẳng song song
1. Bàn kẹp

5. Con lăn dẫn động.

2. Bàn trượt trên

6. Phôi thép

3. Cữ cắt

7. Lưỡi dao trên

SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C

Trang 22


Đồ Án Tốt Nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm
4. Bàn trượt dưới

8. Lưỡi dao dưới

+ Các thông số cơ bản của máy theo trên hình 3.6:
H: Chiều cao vận hành dao
L: Chiều dài sản phẩm
S: Chiều cao lưỡi cắt
σ: Chiều dày lưỡi cắt

S

σ

= 2. 5 ÷ 3

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°, bốn góc đều cắt được.
Vật liệu làm bàn trượt: Thép CT6
Vật liệu làm dao

: Thép 6XHM,5X2BC, 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.
3.5.1.2. 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 đó là :
-Thời
kỳ cặp
-Thời kỳ cắt
-Thời kỳ đứt

SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C

a

T

Z1/2

P

P
c

T

h

Đây là thời kỳ mà lưỡi dao ăn vào
kim loại, lúc này lực cắt của dao từ từ
tăng lên (Pcặp tăng từ P0→Pmax). Để đặc
trưng cho độ nhanh chậm của quá trình
này người ta đưa ra thông số tỷ số chiều

sâu cắt tương đối ε1:

Z1/2

Q

*. Thời kỳ cặp:

Hình 3.8 Sơ đồ thời kỳ cặp
Trang 23


Đồ Án Tốt Nghiệp

ε1 =

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

Z1
h

(3.1)

Trong đó :
Z1: chiều sâu kim loại được cắt
Q

*. Thời kỳ cắt:

L

Z2/2

h : chiều dày vật cắt

dần xuống theo tiết diện của vật cắt.

h

Đây là thời kỳ mà lực cắt giảm
P

a P

Z2/2

P giảm dần từ Pmax → Pmin.

*. Thời kỳ đứt:

Hình 3.9. Sơ đồ thời kỳ cắt

Đây là thời kỳ kim loại tự đứt. Để đặc trưng cho độ nhanh chậm của thời kỳ đứt,
người ta đưa ra khái niệm độ sâu đứt tương đối ε2 và được đặc trưng bởi tỷ số sau:
ε2 =

Z2
h

( 3.2)

Trong đó:
Z2: là chiều sâu 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 Pmax được tính theo công thức sau:
Pmax = τ max .F = k1 .σ b .F

(3.3)

Trong đó:
k1 =

τ max
σb

= 0,6 ÷ 0,7

k1 = 0,7 đối với thép mềm; k1 = 0,6 đối với thép cứng.
F: diện tích tiết diện được cắt, F = F1 = h1.b
b : chiều rộng vật cắt
h1: chiều dày còn lại: h1 = h - z1 = h (1- ε1)

( 3.4)

Thay các giá trị trên vào ( 3.3 ), ta có:

SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C

Trang 24

Đồ Án Tốt Nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

Pmax =k1.k2.k3. σ b .b.h(1 − ε 1 )

(3.5)

Trong đó:
k2: Hệ số kể đến sự tăng lực khi dao bị cùn.
k2 = (1,1 ÷ 1,2 ) cho cắt nóng và k2 = (1,15 ÷ 1,25 ) cho cắt nguội.
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.
Trị số ε 1 , ε 2 tra trong bảng quan hệ giữa vật liệu cắt với ε 1 , ε 2 (Bảng 8.1 [8]).
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 Mt = P.a (Hình 3.8 ).
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.
3.5.2. 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:
3.5.2.1 Sơ đồ nguyên lý
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.
SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C

Trang 25


Đồ Án Tốt Nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

α

D
a)

b)
Hình 3.10. Sơ đồ nguyên lý máy cắt đĩa

a) Loại một cặp đĩa cắt; b) Loại nhiều cặp đĩa cắt.

3.5.2.2. 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>10mm thì khe hở biên y = (0,05 ÷ 0,08).h, khi h < 0,2mm thì
y =0.
+ H: là chiều dày đĩa cắt, H =(0,06 ÷ 0,12 )D.
+ D : Đường kính đĩa cắt.
- Khi chiều dày H < 3mm thì D =60H.
- Khi H= (3 ÷ 10)mm thì D = (40 ÷ 50)H.
- Khi H > 10mm thì D =30 H
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 90 0 .
3.5.2.3. 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+∆
+ h (mm)
R

(3-6)

Trong đó:
R: bán kính của đĩa dao .
SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C

Trang 26

Đồ Án Tốt Nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

h : chiều dày cắt.
∆ : độ trùng dao.

- Xác định góc nghiêng α :

α=

α0
2


∆ 
1 +

h+∆


(3-7)

- Xác định đường kính dao:
D = 2R =

h+∆
2

≈ 2 (h + ∆)
1 − cosα 0 α 0

(mm)

α 0 : Góc ăn giữa kim loại và đĩa, thường:

(3-8)

α 0 =(8o ÷ 12o).

D có thể lấy theo kinh nghiệm D=(50 ÷ 100)h.
3.5.3. Máy 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 = (21 ÷ 300) số lần lưỡi cắt lên xuống: 850÷1300
lần /phút.
3.5.4. 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 ϕ. 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.
v

L

4

δ
β

2

∆

H

h

γ

Z

ϕ

3
2
1

3

α

1

b

Hình 3.10. Nguyên lý cắt thép tấm dao nghiêng

1. Dao dưới.

3.Dao trên.

2. Phôi.

4. Rảnh trượt.

SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C

Trang 27


Đồ Án Tốt Nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

Loại máy này lưỡi dao dưới nằm ngang, lưỡi dao trên nghiêng một góc ϕ = 2 ÷
6o, 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:

α

γ

α

p

- Góc trước.
- Góc sau = 1,5 ÷ 30

δ

- Góc cắt = 65 ÷ 680
β - Góc sắc = δ − α

°
90

δ

γ

β

Hình 3.11. Hình dạng lưỡi cắt

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

Pmax = k1 .k 2 .k 3 .σ b

3/ 2 − ε 2
.ε 2 .h 2 [ N ]

2tgϕ

(3.9)

ε 2 : 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= τ max / σ b .
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 σ b là chiều day và giới hạn bền của vật cắt.
3.5.5. Kết luận
Ở trên là một số công nghệ (phương án) cắt thép tấm được sử dung hiện nay.
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 để cắt thép tấm có chiều dày h max = 20mm,
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.
SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C

Trang 28