Thiết kế máy cắt thép tấm kiểu thủy lực

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÁY CẮT THÉP TẤM THỦY LỰC

Người hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:

ThS. NGUYỄN THANH VIỆT
NGUYỄN HOÀNG

Đà Nẵng, 2017


Thiết kế máy cắt thép tấm kiểu thủy lực

TÓM TẮT
Tên đề tài: Thiết kế máy cắt thép tấm kiểu thủy lực.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hoàng
Số thẻ SV: 101120110 Lớp: 12C1A
Trong chương trình đào tạo của trường đại học nói chung và trường Đại Học
Bách Khoa – Đại Học Đà Nẵng nói riêng thì sinh viên được làm đồ án tốt nghiệp sau
khi đã trải qua một quá trình dài học tập tích lũy kiến thức ở nhiều lĩnh vực cũng như
là kiến thức chuyên ngành. Đồ án tốt nghiệp là dịp để sinh viên ôn lại kiến thức đã
học cũng như có thời gian tìm hiểu thêm kiến thức mới làm hành trang vững chai
trước khi ra trường về các cơng ty , xí nghiệp để cơng tác.

Với đề tài là thiết kế máy cắt thép tấm kiểu thủy lực được giao ở học kỳ này

C
C

dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Thanh Việt, thầy Tào Quang Bảng cùng các
thầy cơ giáo trong khoa em đã có dịp tiếp xúc, tìm hiểu và thiết kế lại một chiếc máy
phục vụ trong ngành cơ khí. Nhìn chung máy có kết cấu khá lớn. Máy có nhiều cụng

R
L
T.

DU

kết cấu rất gần gũi, điễn hình mà thơng qua việc thiết kế lại giúp em có thể ứng dụng
kiến thức đã học.
Trong đồ án này em đã đi giới thiệu đầy đủ các phần lý thuyết cũng như tính
tốn tỉ mỉ, cụ thể từng cụm kết cấu trong máy cắt thép tấm kiểu thủy lực. Thuyết
minh đồ án gồm 8 chương giới thiệu từ lý thuyết của phương pháp cắt thép tấm, khâu
thiết kế tính tốn cũng như phần cuối cùng là hướng dẫn vận hành, bảo quản và sửa
chữa máy.
Đà Nẵng, ngày 02 tháng 12 năm 2017.
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Hoàng

SVTH: Nguyễn Hoàng - 12C1A

GVHD: Th.S Nguyễn Thanh Việt

Thiết kế máy cắt thép tấm kiểu thủy lực

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

CỘNG HỊA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Nguyễn Hồng Số thẻ sinh viên: 101120110.
Lớp: 12C1A
Khoa: Cơ khí
Ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy
1. Tên đề tài đồ án:Thiết kế Máy cắt thép tấm thủy lực.
2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực
hiện.
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
- Chiều dài lớn nhất của tấm thép : 12 m
- Chiều rộng lớn nhất của tấm thép: 2 m
- Chiều dày lớn nhất của tấm thép : 20mm
- Vật liệu: thép CT38
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
A. Cơ sở lý thuyết.

C
C

R
L
T.

DU

-

Tìm hiểu kích thước, vật liệu của các loại thép tấm thường dùng.

-

Lựa chọn phương án và thành lập sơ đồ động.

-

Yêu cầu về an tồn lao động.

Tìm hiểu lý thuyết về biến dạng của thép trong quá trình cắt.
Tìm hiểu các loại máy cắt thép tấm.

Lý thuyết hệ thống điều khiển tự động PLC.
B. Tính tốn, thiết kế.
Tính tốn động học và động lực học toàn máy.
C. Hướng dẫn sử dụng và an toàn lao động.
Vận hành và bảo dưỡng máy.

5. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

-

Bản vẽ lựa chọn phương án

: 1Ao

Bản vẽ sơ đồ động

: 1Ao

Bản vẽ lắp toàn Máy

: 3Ao

Bản vẽ băng tải

: 1Ao

Bản vẽ một số cụm kết cấu

: 1Ao

Bản vẽ sơ đồ hệ thống điều khiễn

: 1Ao

SVTH: Nguyễn Hoàng - 12C1A

GVHD: Th.S Nguyễn Thanh Việt

Thiết kế máy cắt thép tấm kiểu thủy lực

6. GV hướng dẫn: Th.S Nguyễn Thanh Việt
7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:
21/08/2017
8. Ngày hoàn thành đồ án:
10/12/2017
Đà Nẵng, ngày 20 tháng 8 năm 2017
Trưởng Bộ mơn khoa Cơ khí
Người hướng dẫn

Nguyễn Thanh Việt

C
C

R
L
T.

DU

SVTH: Nguyễn Hoàng - 12C1A

GVHD: Th.S Nguyễn Thanh Việt


Thiết kế máy cắt thép tấm kiểu thủy lực

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển của khoa học nói chung và ngành cơ khí nói riêng.
Địi hỏi mỗi người kỹ sư 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 cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa của
ngành cơ khí, thì nhu cầu sản xuất phải sử dụng máy móc độ chính xác cao, phải
giảm sức lao động của con người, tăng năng suất lao động. Nhằm đáp ứng nhu
cầu đó, em đã nhận đề tài tốt nghiệp là “Thiết kế máy cắt thép tấm” với các nội
dung sau:
Chương 1: Giới thiệu chung về thép tấm.
Chương 2: Các loại máy cắt thép tấm.

C
C

R
L
T.

Chương 3: Lý thuyết hệ thống điều khiển PLC
Chương 4: Lựa chọn phương án thiết kế và thành lập sơ đồ động.
Chương 5: Tính tốn động học tồn máy.

DU

Chương 6: Tính tốn động lực học và kết cấu máy.
Chương 7: Thiết kế hệ thống điều khiển.

Chương 8: An toàn và vận hành máy.
Đề tài được hoàn thành với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn Th.S
Nguyễn Thanh Việt cùng các thầy cô trong khoa sư phạm kỹ thuật và khoa cơ khí.
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 hướng dẫn và quý thầy cô trong khoa Cơ khí,
khoa sư phạm kỹ thuật đã giúp em hồn thành đồ án này!
Đà Nẵng, Ngày 02 tháng 12 năm 2017.
Sinh viên thiết kế

Nguyễn Hoàng

SVTH: Nguyễn Hoàng - 12C1A

GVHD: Th.S Nguyễn Thanh Việt


Thiết kế máy cắt thép tấm kiểu thủy lực

CAM ĐOAN
Với sự hướng dẫn tận tình của giáo viên hướng dẫn và tham khảo các tài liệu em
đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình và xin cam kết rằng:
- Trong q trình hồn thành đồ án khơng sao chép từ các đồ án cũ.
- Các số liệu, công thức trích dẫn đều từ các tài liệu tham khảo đáng tin cậy.
- Tuân thủ các quy định của nhà trường đề ra về cách thức trình bày đồ án.
- Nội dung các phần trong đồ án được giáo viên hướng dẫn cụ thể và kiểm tra
thường xun.
- Khơng trích dẫn, sao chép từ các nguồn tài liệu khi chưa được sự đòng ý cũng
như các tài liệu vi phạm pháp luật.
Sinh viên thực hiện

C
C

R
L
T.

Nguyễn Hoàng

DU

SVTH: Nguyễn Hoàng - 12C1A

GVHD: Th.S Nguyễn Thanh Việt


Thiết kế máy cắt thép tấm kiểu thủy lực

DANH MỤC HÌNH VẼ
Trang
H.1.1: Biểu đồ biến dạng dẻo kim loại ..................................................................... 5
H.1.2: Quá trinh cắt đứt vật liệu ...............................................................................
H.1.3: Sơ đồ tác dụng lực khi cắt .............................................................................
H.2.1: Sơ đồ nguyên lý bố trí lưỡi dao nghiêng .......................................................

6
7
8

H.2.2: Lưỡi dao trên .................................................................................................. 9
H.2.3: Sơ đồ nguyên lý bố trí lưỡi dao song song .................................................... 10
H.2.4:Kết cấu của dao cắt đĩa ................................................................................... 11
H.3.1: Sơ đồ khối PLC .............................................................................................. 13
H.4.1: Sơ đồ nguyên lý máy cắt lưỡi dao nghiêng ...................................................
H.4.2: Sơ đồ nguyên lý máy cắt lưỡi dao song song ................................................
H.4.3: Dùng một xilanh thủy lực ..............................................................................
H.4.4: Dùng hai xilanh thủy lực................................................................................

C
C

R
L
T.

17
17
18
19

H.4.5: Dùng ba xilanh thủy lực ................................................................................. 19
H.4.6: Kẹp chặt bằng trọng lượng khối kim loại ...................................................... 20
H.4.7: Sơ đồ kẹp chặt bằng thủy lực ......................................................................... 21

DU

H.4.8: Sơ đồ kẹp phơi bằng lị xo chịu nén ...............................................................
H.4.9: Hệ thống cấp phôi bằng xilanh thủy lực ........................................................
H.4.10: Sơ đồ cấp phôi bằng hệ thống băng tải ........................................................

H.4.11: Sơ đồ cấp phôi bằng cặp lô cán ...................................................................
H.4.12: Sơ đồ đo bằng cơng tắc hành trình...............................................................
H.4.13: Sơ đồ đo bằng cảm biến hồng ngoại ............................................................
H.4.14: Sơ đồ đo bằng cảm biến đo độ dài ...............................................................
H.5.1: Sơ đồ xác định hành trình dao .......................................................................

21
23
24
25
25
26
27
29

H.5.2: Sơ đồnguyên lý bộ phận cấp phơi ..................................................................
H.6.1: Sơ đồ xác định kích thước xilanh ..................................................................
H.6.2: Sơ đồ nguyên lý bơm cành gạt kép ................................................................
H.6.3: Kết cấu van tràn .............................................................................................
H.6.4: Kết cấu van tiết lưu ........................................................................................
H.6.5: Kết cấu van bi một chiều .............................................................................
H.6.6: Kết cấu van giảm áp .......................................................................................
H.6.7: Kết cấu lưỡi dao trên ......................................................................................
H.6.8: Kết cấu bàn trượt gá dao ................................................................................

30
35
41
43
43

44
44
47
48

H.6.10: Kết cấu con lăn hệ thống cấp phôi .............................................................. 49
SVTH: Nguyễn Hoàng - 12C1A

GVHD: Th.S Nguyễn Thanh Việt


Thiết kế máy cắt thép tấm kiểu thủy lực

H.6.11:Biểu đồ mô men lực tác dụng lên trục I ........................................................ 71
H.6.12:Biểu đồ mô men lực tác dụng lên trục II ...................................................... 73
H.6.13: Biểu đồ mô men tác dụng lên trục III .......................................................... 75
H.6.14: Biểu đồ lực tác dụng lên ổ ........................................................................... 82
H.6.15: Biểu đồ lực tác dụng lên ổ trục II ............................................................... 83
H.6.16: Biểu đồ lực tác dụng lên ổ trục III .............................................................. 84
H.7.1: Sơ đồ điều khiển máy .................................................................................... 88
H.7.2: Biểu đồ trạng thái hệ thống điều khiển .......................................................... 89
H.7.3- Chương trình điều khiển ................................................................................ 90

C
C

R
L
T.

DU

SVTH: Nguyễn Hồng - 12C1A

GVHD: Th.S Nguyễn Thanh Việt


Thiết kế máy cắt thép tấm

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .................................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THÉP TẤM .............................................................. 3
1.1 Nhu cầu về sử dụng thép tấm: .............................................................................................. 3
1.2. Cơ sở lý thuyết cắt kim loại:................................................................................................ 5
1.2.1. Các đặc điểm kỹ thuật của sản phẩm:............................................................................... 5
1.2.2. Cơ sở lý thuyết của q trình cắt thép tấm: ...................................................................... 5
CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU CÁC LOẠI MÁY CẮT THÉP TẤM ................................................ 8
2.1 Cắt trên máy cắt có lưỡi dao chuyển động tinh tiến: ............................................................ 8
2.2 Cắt trên máy cắt có lưỡi dao chuyển động quay: ............................................................... 10
2.3 Máy cắt kiểu chấn động:..................................................................................................... 12
CHƯƠNG 3: LÝ THUYẾT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PLC ................................................ 13

C
C

3.1. Giới thiệu hệ thống điều khiển PLC: ................................................................................. 13

R
L
T.

3.2. Sơ đồ khối của bộ điều khiển PLC: ................................................................................... 13
3.3. Lập trình các thiết bị logic chuẩn. ..................................................................................... 14

DU

3.4. Nội dung của một chương trình điều khiển. ...................................................................... 15
CHƯƠNG 4: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ THÀNH LẬP SƠ ĐỒ ĐỘNG ...................... 17
4.1. Bố trí dao: .......................................................................................................................... 17
4.1.1. Bố trí dao nghiêng. ......................................................................................................... 17
4.1.2. Bố trí dao song song. ...................................................................................................... 17
4.2. Chọn số xi lanh: ................................................................................................................. 18
4.2.1. Dùng một xi lanh: ........................................................................................................... 18
4.2.2. Dùng hai xi lanh: ............................................................................................................ 19
4.2.3. Dùng ba xi lanh: ............................................................................................................. 19
4.3. Bộ phận kẹp chặt: .............................................................................................................. 20
4.3.1 Kẹp phôi bằng chính trọng lực của một khối kim loại .................................................... 20
4.3.2. Kẹp chặt bằng hệ thống thuỷ lực dầu ép hoặc khí nén . ................................................. 21
4.3.3. Kẹp chặt bằng hệ thống các lò xo chịu nén gắn lên lưỡi dao trên : ................................ 21
4.4. Hệ thống cấp phôi: ............................................................................................................. 23
4.4.1. Cấp phơi bằng hệ thống các xilanh - piston khí nén :..................................................... 23
4.4.2. Hệ thống cấp phôi dùng băng tải: ................................................................................... 24
4.4.3. Hệ thống cấp phôi dùng cặp con lăn: ............................................................................ 25
4.5. Cơ cấu đo chiều dài phôi: .................................................................................................. 25
SVTH: Nguyễn Hoàng – Lớp 12C1A

GVHD: Th.S. Nguyễn Thanh Việt


Thiết kế máy cắt thép tấm

4.5.1. Đo chiều dài bằng cơng tăng hành trình: ........................................................................ 25
4.5.2. Sử dụng cảm biến hồng ngoại. ....................................................................................... 26
4.5.3. Dùng cảm biến đo độ dài. ............................................................................................... 27
4.6. Cơ cấu đỡ phơi: ................................................................................................................. 27
CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC TỒN MÁY.......................................................... 29
5.1. Dao cắt: .............................................................................................................................. 29
5.1.1. Tính tốn sơ bộ chiều dài của lưỡi dao:.......................................................................... 29
5.1.2. Xác định hành trình của dao nghiêng. ............................................................................ 29
5.1.3. Xác định vận tốc và thời gian cắt của đầu dao trên : ...................................................... 30
5.1.4. Xác định thời gian đi xuống của đầu dao trên : .............................................................. 30
5.2. Chọn sơ bộ vận tốc cấp phơi vào:...................................................................................... 30
CHƯƠNG 6: TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC VÀ KẾT CẤU MÁY.................................... 32

C
C

6.1. Tính tốn hệ thống thuỷ lực:.............................................................................................. 32

R
L
T.

6.1.1 Tính tốn xy lanh tạo lực cắt: .......................................................................................... 33
6.1.2 Tính tốn xi lanh kẹp chặt: .............................................................................................. 35
6.1.3. Tính các tổn thất trong hệ thống thủy lực ....................................................................... 36

DU

6.1.4. Tính tốn lựa chọn các thơng số của bơm. ..................................................................... 39

6.1.5. Xác định tiết diện ống dẫn dầu : ..................................................................................... 41
6.1.6. Phân tích chọn loại dầu trong hệ thống .......................................................................... 42
6.1.7 Chọn các phần tử thuỷ lực khác: ..................................................................................... 43
6.2 Tính tốn các thơng số của lưỡi dao và bàn trượt gá dao. .................................................. 45
6.2.1. Chọn vật liệu chế tạo dao cắt: ......................................................................................... 45
6.2.2. Các thông số của dao và bàn trượt gá dao. ..................................................................... 46
6.2.3. Kiểm nghiệm sức bền của thanh dao gá lên bàn dao...................................................... 48
6.3. Tính tốn hệ thống cấp phơi: ............................................................................................. 49
6.3.1. Xác định số lượng con lăn trên sàn lăn và kích thước sơ bộ chúng. .............................. 49
6.3.2. Tính lực kéo phơi thép tấm của tang dẫn động............................................................... 49
6.3.3. Tính chọn động cơ: ......................................................................................................... 50
6.4. Tính tốn hệ thống ra sản phẩm ........................................................................................ 51
6.5 Thiết kế hộp giảm tốc: ........................................................................................................ 52
6.5.1. Phân phối tỷ số truyền .................................................................................................... 52
6.5.2 Công suất ở từng trục. ..................................................................................................... 53
6.5.3. Thiết kế bộ truyền ngoài hộp .......................................................................................... 54

SVTH: Nguyễn Hoàng – Lớp 12C1A

GVHD: Th.S. Nguyễn Thanh Việt


Thiết kế máy cắt thép tấm

6.5.4.Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp nhanh.......................................................................... 57
6.5.5.Thiết kế bộ truyền cấp chậm............................................................................................ 64
6.5.6 Tính tốn thiết kế trục và then. ........................................................................................ 70
6.5.7 . Khớp nối . ...................................................................................................................... 81
6.5.8. thiết kế gối đỡ trục .......................................................................................................... 82
6.5.9.Chọn kiểu lắp ổ lăn .......................................................................................................... 86

6.5.10. Cấu tạo vỏ hộp và các chi tiết máy khác ...................................................................... 87
CHƯƠNG 7: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN............................................................. 89
7.1. Sơ đồ nguyên lý: ................................................................................................................ 89
7.2. Hoạt động: ......................................................................................................................... 89
7.3. Biểu đồ trạng thái: ............................................................................................................. 90
7.4. Chương trình điều khiển: ................................................................................................... 91

C
C

CHƯƠNG 8: AN TOÀN VÀ VẬN HÀNH MÁY................................................................... 92

R
L
T.

8.1. Trước khi làm việc: ........................................................................................................... 92
8.2.Trong khi làm việc: ............................................................................................................ 92
8.3. Sau khi làm việc: ............................................................................................................... 93

DU

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................ 94

SVTH: Nguyễn Hoàng – Lớp 12C1A

GVHD: Th.S. Nguyễn Thanh Việt


Thiết kế máy cắt thép tấm

MỞ ĐẦU

1. Mục đích thực hiện và mục tiêu của đề tài.
Trong thời đại công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước. 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. mà đặc biệt là cơng nghiệp cơ khí nắm vai trị chủ yếu trong
việc tạo ra sản phẩm. Ở một khía cạnh khác, thì ngành cơng nghiệp tạo phơi lại đóng
một vai trị chủ chốt, là khâu cơ bản đầu tiên trong quy trình sản xuất cơ khí tạo phơi
góp phần tạo ra ngun liệu cho q trình gia cơng cơ. Trong đó nhu cầu về sử dụng
thép tấm rất lớn tuy nhiên do nguyên liệu phơi có kích thước khá lớn khó khăn cho quá

C
C

trình chế tạo các chi tiết máy, đồng thời với nhiều phương pháp cắt không đảm bảo

R
L
T.

được năng suất cũng như chất lượng của sản phẩm do đó để đáp ứng nhu câu về thép
tấm em đã đề xuất phương án thiết kế máy cắt thép tấm.

DU

2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài tốt nghiệp.

Các thiết bị máy móc để cắt thép tấm hiện nay trên thị trường có nhiều chủng loại
cũng như phương pháp cắt khác nhau, tùy thuộc vào nhu cầu người sử dụng cũng như

giá cả, năng suất yêu cầu.Và mục đích thiết kế máy cắt thép tấm nhằm cải thiện năng
suất cũng như chất lượng của sản phẩm trong các nhà máy xí nghiệp.
3. Phương pháp nghiên cứu.
Ở đây là tự tìm tịi tài liệu từ các nguồn đã được công khai theo quy định và cộng
sát thực tiễn để thiết kế một máy hoàn chỉnh.
4. Cấu trúc đồ án tốt nghiêp.
a. Phần lý thuyết.
+Giới thiệu về sản phẩm, cơ sở biến dạng dẻo kim loại trong quá trình cắt.
+Các loại máy cắt thép tấm và phương án thiết kế.
b. Phần tính tốn thiết kế.
+Lập sơ đồ động học của máy, tính cơng suất lưu lượng dầu thuỷ lực kích thước các
cơ cấu thuỷ lực.
+ Chọn động cơ, phân phối tỉ số truyền, thiết kế bộ truyền xích và hộp giảm tốc.

SVTH: Nguyễn Hồng – Lớp 12C1A

GVHD: Th.S. Nguyễn Thanh Việt

Trang 1


Thiết kế máy cắt thép tấm

+Thiết kế cơ cấu truyền động trong máy, thiết kế các bộ truyền trong máy, thiết kế
trục, tính then…
+thiết kế mạch điều khiển
+Yêu cầu về lắp đặt, vận hành và bảo dưỡng máy.

C
C

R
L
T.

DU

SVTH: Nguyễn Hoàng – Lớp 12C1A

GVHD: Th.S. Nguyễn Thanh Việt

Trang 2


Thiết kế máy cắt thép tấm

CHƯƠNG 1:
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THÉP TẤM

1.1 Nhu cầu về sử dụng thép tấm:
Trong thời đại cơng nghiệp hố và hiện đại hố đất nước. 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 cơng nghiệp, mà đặc biệt là cơng nghiệp cơ khí
nắm vai trò chủ yếu trong việc tạo ra sản phẩm. Ở một khía cạnh khác, thì ngành cơng
nghiệp tạo phơi lại đóng một vai trị chủ chốt, là khâu cơ bản đầu tiên trong quy trình
sản xuất cơ khí tạo phơi góp phần tạo ra ngun liệu cho q trình gia công cơ . Hơn

C
C

nữa, một số phương pháp tạo phơi như cán, kéo, cắt,đúc...kim loại là khơng thể thiếu

R
L
T.

góp phần tạo ra các sản phẩm, vật dụng cho các ngành công nghiệp khác như: Công
nghiệp hàng không, công nghiệp điện, cơng nghiệp ơtơ, đóng tàu thuyền, xây dựng,

DU

nơng nghiệp...

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



Chiều rộng: b = 600
+Thép tấm dày : S = 4







2.200 mm.



60 mm; b = 600

L = 4.000
+ Thép tấm dải : S = 0,2

3,75 mm.



12.000 mm.

2 mm; b = 200

L = 4.000



5.000 mm.



1.500 mm.

60.000 mm.

Từ sự phân loại đó ta có các dạng phơi của thép tấm khác nhau như: dạng phơi
tấm hay dạng phơi cuộn, phơi dải.
Hình dạng và kích thướt của phơi tấm tạo ra trong q trình cán được tiêu chuẩn
hố, 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
SVTH: Nguyễn Hoàng – Lớp 12C1A

GVHD: Th.S. Nguyễn Thanh Việt

Trang 3


Thiết kế máy cắt thép tấm

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 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,ô tô , hoặc các thiết
bị che chắn khác...
Việc sử dụng thép tấm khơng thể thiếu được. Nó được sử dung làm khung, sườn, gầm
ơtơ, lót sàn ơtơ, che kín thùng xe, và các bộ phận che chắn khác.
- Trong chế biến thực phẩm: Thép tấm được sử dung rộng rãi khơng kém, nó được
dùng để chế tạo các thùng chứa, bể chứa, hộp đóng gói,...
- Trong xây dựng: các thép hình cỡ lớn trong các dầm cầu được tạo thành từ các tấm

C
C

thép tấm dày cắt nhỏ, hay thép tấm được dùng để liên kết với nhau có thể bằng mối

R
L
T.

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 , thép tấm còn được dùng làm kết cấu khung nhà xưởng
trong xây dựng…

DU

- Trong nghành điện: Thép tấm được dùng để tạo ra các sản phẩm như là thép trong
stato của máy bơm nước hay quạt điện, thép tấm được dùng làm các cánh quạt cỡ lớn,
các thép tấm mỏng dùng làm các lá thép để ghép lại trong các chấn lưu đèn ống, máy
biến thế, trong lĩnh vực điện chiếu sáng nó được dùng làm các cột điện đường, hộp
máy biến thế...
- 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,bàn, ghế ...
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 cơng nghiệp nói riêng
cũng như nền kinh tế nói chung, góp phần vào sự nghiệp cơng nghiệp hố hiện đại hóa
đất nước.

SVTH: Nguyễn Hồng – Lớp 12C1A

GVHD: Th.S. Nguyễn Thanh Việt

Trang 4

Thiết kế máy cắt thép tấm

1.2. Cơ sở lý thuyết cắt kim loại:
1.2.1. Các đặc điểm kỹ thuật của sản phẩm:
Sản phẩm thép tấm hết sức đa dạng, song hầu hết sản phẩm sau khi cắt mới chỉ là
bán thành phẩm phục vụ cho một q trình cơng nghệ. Để thuận lợi cho các công đoạn
sản xuất tiếp theo cũng như đảm bảo chất lượng của thiết bị khi hoàn thành, tấm thép
cắt ra phải đảm bảo một số yêu cầu sau:
+ Mép cắt phải trơn, thẳng
+ Sự biến dạng nằm trong giới hạn cho phép
+ Đảm bảo đúng yêu cầu về kích thước
1.2.2. Cơ sở lý thuyết của quá trình cắt thép tấm:

C
C

a. Biến dạng dẻo kim loại:

R
L
T.

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

DU

trên có thể xảy ra ở các mức độ khác nhau dưới tác dụng của ngoại lực và tải trọng .

B
b

A
dh

l

Hinh 1.1- Biểu đồ biến dạng dẻo kim loại [12].
-Khi tải trọng tác dụng nhỏ hơn σđh 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 σdh → σb 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 khi bỏ tải trọng tác
dụng lên nó .

SVTH: Nguyễn Hồng – Lớp 12C1A

GVHD: Th.S. Nguyễn Thanh Việt

Trang 5


Thiết kế máy cắt thép tấm

-Khi tải trọng đạt đến giá trị lớn nhất σb 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 .
Bằng phương pháp toán học nghiên cứu ứng suất của biến dạng dẻo trong kim
loại từ đó xác định điều kiện lực cần thiết chuyển từ trạng thái đàn hồi sang trạng thái

biến dạng dẻo cũng như từ giai đoạn biến dạng dẻo sang giai đoạn phá huỷ cụ thể ứng
dụng với máy cắt thép tấm là cơ sở để xác định lực cắt.
b. Nguyên lý biến dạng khi cắt:
Quá trình cắt được chia làm 3 giai đoạn:
+ Giai đoạn biến dạng đàn hồi: từ khi dao cắt tiếp xúc với vật liệu cho đến trước
điễm tới hạn – điễm chuyễn từ biến dạng đàn hồi sang biến dạng dẻo(hình1.2- a).

C
C

+ Giai đoạn biến dạng dẻo: dao cắt tiếp tục đi xuống làm cho ứng lực cắt tang

R
L
T.

lên vượt qua điễm tới hạn.Kim loại biến dạng dẻo cho đến khi bắt đầu xuất hiện các
vết nứt. quá trình này chiếm 0,2 đến 0,5 chiều dày kim loại(hình 1.2-b).

DU

+ Giai đoạn cắt đứt: khi ứng lực cắt gần đến giới hạn bền, các vết nứt xuất hiện
từ mép sắc của dao, tiến sâu vào vật liệu và làm đứt vật liệu(hình 1.2- c).

w

w

w

Hình 1.2 – Quá trình cắt đứt vật liệu[2].
Nếu vết nứt từ hai phía gặp nhau trên cùng một mặt phẳng thì mặt cắt sẽ phẳng,
đẹp, khơng có ba via. Nếu gặp lếch nhau sẽ tạo nên chất lượng mặt cắt xấu(xù xì, ba
via). Bởi vậy việc khống chế khe hở giữa hai lưỡi cắt và độ sắc cạnh của nó có ảnh
hưởng lớn đến chất lượng mặt cắt.

SVTH: Nguyễn Hồng – Lớp 12C1A

GVHD: Th.S. Nguyễn Thanh Việt

Trang 6


Thiết kế máy cắt thép tấm

a
w
p

p2
p1

p2
p1

p

z

Hình 1.3 - Sơ đồ tác dụng lực khi cắt[2].

Bộ phận làm việc là những lưỡi cắt nhấn sâu vào trong kim loại làm cho nó bị
biến dạng dẻo cho đến khi tách hồn tồn một phần vật liệu này ra khỏi phần vật liệu
khác. Giữa các lưỡi cắt có một khe hở Z. Khi cắt sẽ sinh ra mơ men uốn M bằng tích

C
C

số giữa lực cắt đặt tại lưỡi cắt với khoảng cách lớn hơn khe hở Z một chút [2]:

R
L
T.

Thông thường a =(1,5÷2) Z

M = a.R

(1.1)

Mơ men uốn làm cho phơi cắt bị quay đi. Khi đó sẽ sinh ra phản lực N ở bề mặt

DU

bên của lưỡi cắt. Tấm kim loại sẽ ngừng quay khi mô men uốn M cân bằng với mô
men do phản lực N gây ra: M = a.R = N.b

Trong quá trình cắt nếu tấm kim loại bị quay đi một góc thi chất lượng mặt cắt sẽ
rất kém, bị ba via và đôi khi không thể cắt được nếu trị số khe hở Z lớn. Vì vậy để
khắc phục hiện tượng này cần phải loại bỏ hiện tượng quay của tấm trong quá trình cắt
bằng cơ cấu kẹp với lực kẹp Q, đồng thời giảm khe hở giữa hai lưỡi dao đến trị số

thích hợp và mài dao vát góc trước γ.
Tuỳ thuộc vào khe hở giữa các lưỡi cắt Z và độ lún sâu của lưỡi dao vào chiều
dày tấm h tại thời điểm bắt đầu sự phá huỷ, các vết vết nứt vỡ xuất phát từ các mép
làm việc của lưỡi dao trên và dưới có thể song song với nhau hoặc gặp nhau. Khi các
vết nứt ở mép làm việc của các lưỡi cắt gặp nhau thì trị số khe hở Z là tối ưu bởi vì khi
đó chất lượng mặt cắt là tốt nhất, mặt cắt phẳng và nhẵn.
Trị số khe hở [2]:

Z= (0,05÷0,07)S

SVTH: Nguyễn Hồng – Lớp 12C1A

GVHD: Th.S. Nguyễn Thanh Việt

(1.2)

Trang 7


Thiết kế máy cắt thép tấm

CHƯƠNG 2:
TÌM HIỂU CÁC LOẠI MÁY CẮT THÉP TẤM

2.1 Cắt trên máy cắt có lưỡi dao chuyển động tinh tiến:
a. Dao bố trí nghiêng:
*Đặc điểm:
-Lưỡi dao và vật cắt chỉ tiếp xúc nhau trên một phần chiều rộng
+ Diện tích tăng từ 0 đến cực đại, đây là thời kỳ bẳt đầu cắt
+ Diện tích tiép xúc giữ ở giá trị cực đại, đây là thời kỳ ổn định

+ Diện tích tiếp xúc giảm từ cực đại về 0, thời kỳ kết thúc

C
C

-Trong thời kỳ ổn định lực cắt có giá trị cực đại và cố định

R
L
T.

DU

* Sơ đồ nguyên lý:

4

Ld
3


2

B

1

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý bố trí lưỡi dao nghiêng [1]
Ở phương pháp cắt này người ta thường bố trí lưỡi dao nghiêng một góc γ so với
bàn máy.Khi bố trí lưỡi dao trên nghiêng thì quá trình cắt xảy ra dần dần, trên phần

tách ra của tấm, vì thế lực cắt nhỏ hơn khi bố trí dao song song. Ngồi ra tải trọng tĩnh
đặt lên mép làm việc của lưỡi dao làm tăng độ cứng vững của chúng .Góc nghiêng của
lưỡi dao trên γ cần phải đảm bảo tự hãm, nghĩa là với góc nghiêng đó trong q trình

SVTH: Nguyễn Hồng – Lớp 12C1A

GVHD: Th.S. Nguyễn Thanh Việt

Trang 8


Thiết kế máy cắt thép tấm

cắt khơng có sự dịch chuyển tấm trong mặt phẳng nằm ngang. Tùy theo chiều dày của
tấm, góc nghiêng γ = (2 ÷ 6)º, vật liệu càng dày góc γ càng lớn.
* Các thơng số của lưỡi dao trên :

P
â

Hình 2.2 Lưỡi dao trên [2].
0
-Góc nghiêng :  = 2  6

-Góc cắt

:

-Góc sau :

C
C

 = 75  850 , đối với vật liệu đặc biệt mềm  = 60 0

R
L
T.

 = 2  30 .

DU

-Góc trước:  = 3  50

-Vật liệu làm bàn trượt: thép CT6.

-Vật liệu làm dao là các loại thép : 9X, 5XBC, 55XBH.
* Xác định lực cắt:
Lực cắt khi cắt trên máy cắt lưỡi dao nghiêng xác định theo cơng thức [1]:

P = 1,3.

0,5.S 2 . c
(N)
tg

(2-1)

trong đó: Pt - lực cắt tính tốn theo cơng thức trên;

 c - trở lực cắt của vật liệu,  c = (0,6 ÷ 0,8)  b .
S - chiều dày vật liệu
γ - góc nghiêng của dao
Khi cắt, lực cắt P ở các giai đoạn đã ổn định của quá trình cắt thay đổi khơng
đáng kể. Do đó cơng biến dạng sẽ là:
A=

P.H
(N.m)
1000

(2-2)

Trong đó: H là hành trình làm việc. H = L.tg (L là chiều dài đường cắt), do đó:
SVTH: Nguyễn Hoàng – Lớp 12C1A

GVHD: Th.S. Nguyễn Thanh Việt

Trang 9


Thiết kế máy cắt thép tấm

A=

P.L.tg
(N.m)
1000

(2-3)

b. Dao bố trí song song:
4

3
2
1

B

`
1.lưỡi dao dưới

3. Lưỡi dao trên.

2.Phơi

4. Rãnh trượt.

C
C

R
L
T.

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý bố trí lưỡi dao song song[1]
Khi cắt trên máy cắt dao song song lực cắt P tăng nhanh và đạt giá trị cực đại sau

DU

đó giảm dần.

Nói chung kết cấu và các thông số của cặp lưỡi dao song song cũng giống như
dao nghiêng, lực cắt trong trường hợp này được xác định theo công thức [1] :

P = 1,3.B.S. c (N)

( 2-4)

Trong đó : B- chiều rộng cắt của phôi
S- chiều dày vật liệu

 c - trở lực cắt của vật liệu.
Vật liệu làm bàn trượt : thép CT6
Vật liệu làm dao: thép 6XHM, 5X2BC, 55XHB.
2.2 Cắt trên máy cắt có lưỡi dao chuyển động quay:
a. Sơ đồ nguyên lý:
Máy cắt có lưỡi dao chuyển động quay gồm các lưỡi cắt đĩa có cùng đường kính
chuyển động quay ngược chiều nhau với cùng một tốc độ góc.

SVTH: Nguyễn Hồng – Lớp 12C1A

GVHD: Th.S. Nguyễn Thanh Việt

Trang 10


Thiết kế máy cắt thép tấm

S

S

d



Z

h

Hình 2.4- Kết cấu của dao cắt đĩa [2].
b.Đặc điểm kỹ thuật :
-

Độ trùng dao [2]:

d = (0,2 ÷ 0,3 )S

-

Đường kính đĩa [2]: Vật liệu dày D ≥ 30.S

C
C

Vật liệu mỏng D=(50÷70).S

R
L
T.

-

Chiều dày đĩa cắt [2]: h =(0,06  0,12 ) D

-

Khe hở[2] : Z= (0,1÷0,15)S

-

Vật liệu làm dao là các loại thép hợp kim5XBC, 9XC, 6XHM, 55XHHB .

-

Dao có độ cứng[2]: HRC =60  64, góc cắt của dao là 900 .

DU

Đặc điểm nổi bật khi cắt trên máy cắt dao đĩa là với một đường kính đĩa dao xác
định, các máy cắt khơng những chỉ cắt kim loại mà cịn giữ chặt và kéo kim loại vào
vùng cắt. Vì vậy chiều dài của dải cắt là khơng giới hạn.
thì điểm đặt lực P trùng với trọng tâm tam giác abc và ta có:
c.Xác định khoảng cách tâm trục A của hai dao đĩa, góc nghiêng  và đường kính
D của dao .
-Xác định khoảng cách tâm A .
Từ thực nghiệm và tính tốn [7] :

A = 2Rcos

h+
+ h (mm)
R

(2-5)

Trong đó R : bán kính của đĩa dao .
h : chiều dày cắt
 : độ trùng dao

-Xác định góc nghiêng  [7] :
SVTH: Nguyễn Hoàng – Lớp 12C1A

GVHD: Th.S. Nguyễn Thanh Việt

Trang 11


Thiết kế máy cắt thép tấm

=

0 

 
1 +

2 

h+ 

(2-6)

-Xác định đường kính dao [7] :
D = 2R =

h+
2
(h +  )mm

1 − cos 0  02

(2-7)

2.3 Máy cắt kiểu chấn động:
Dùng cắt tấm có dạng đường thẳng hoặc đường cong bất kỳ có vạch
dấu.
Loại này có hai lưỡi dao tạo thành một góc =(2430 0) số lần lưỡi cắt
lên xuống: 8501300lần /phút.

C
C

R
L
T.

DU

SVTH: Nguyễn Hoàng – Lớp 12C1A

GVHD: Th.S. Nguyễn Thanh Việt

Trang 12


Thiết kế máy cắt thép tấm

CHƯƠNG 3:
LÝ THUYẾT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PLC

3.1. Giới thiệu hệ thống điều khiển PLC:
Ngày nay với sự phát triển vượt bậc của nền khoa học kỹ thuật đã đem lại những
lợi ích to lớn cho con người. Việc cơ khí hố, tự động hố trong sản xuất giúp con
người giải phóng được sức lao động, tăng năng xuất và chất lượng sản phẩm. Trong
các ngành sản xuất nói chung và cơ khí nói riêng thì điều khiển tự động bằng PLC
hiện nay được sử dụng rộng rãi và khá hiệu quả nhờ những tính năng nổi bậc của nó:
- Điều khiển chính xác, ổn định.
- Bộ điều khiển nhỏ gọn, dễ sử dụng.
- Giá thành khơng cao.

C
C

R
L
T.

- Thay đổi chương trình diều khiển một cách dễ dàng.

3.2. Sơ đồ khối của bộ điều khiển PLC:

DU

Thióỳt bở lỏỷp trỗnh

Bọỹ nhồù

t / h vaỡo

PLC

t / h ra

Giao dióỷn
nhỏỷp

Bọỹ xổớ lờ
trung tỏm

Giao dióỷn
xuỏỳt

chổồng trỗnh
Bọỹ nguọửn
Hỡnh 3.1- S đồ khối bộ PLC
a. Bộ xử lý trung tâm:
- Chức năng: Điều khiển, tính tốn và quản lý tồn bộ hoạt động của PLC. Trong đó
bao gồm:
+ Bộ thuật tốn, logic: Xử lý số liệu, tính tốn các phép tính số học và logic

+ Bộ điều khiển : Điều khiển chuẩn thời gian thực hiện các phép tính.
+ Bộ nhớ : Các thanh ghi lưu những thông tin đến việc thực thi chương trình.
SVTH: Nguyễn Hồng – Lớp 12C1A

GVHD: Th.S. Nguyễn Thanh Việt

Trang 13


Thiết kế máy cắt thép tấm

b. Bộ nhớ :
- Bộ nhớ chỉ đọc : ROM.
- Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM : Dành cho người sử dụng.
- Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM :Lưu trữ thông tin của thiết bị xuất nhập,

chuẩn

giờ đến dữ kiện và lưu trữ các địa chỉ vào ra.
- Bộ nhớ chỉ đọc có thể xố - lập trình lại EFROM.
c. Giao diện xuất nhập:
Làm tương thích điện áp và dịng vào ra của thiết bị với PLC.
d. Bộ nguồn:
Dùng để chuyển điện áp AC thành DC để cung cấp cho PLC.
e. Thiết bị lập trình :

C
C

Là thiết bị dùng để viết chương trình và nhập chương trình vào bộ nhớ. Có thể

R
L
T.

là bàn phím bằng tay hoặc có thể lập trình trên máy tính. Ngồi ra cịn có các đường
dẫn để truyền tín hiệu gọi là các bit (các bộ dây dẫn hoặc mạch dẫn), bao gồm:

DU

+ Bit dữ liệu: Dùng để tải các dữ liệu trong chương trình xử lý CPU.
+ Bit địa chỉ: Dùng để tải các địa chỉ trong CPU.

+ Bit điều khiển: Dùng để truyền tín hiệu điều khiển trong CPU.
+ Bit hệ thống: Dùng để truyền thông tin giữa các thiết bị xuất - nhập và các cổng
xuất - nhập.
3.3. Lập trình các thiết bị logic chuẩn.
Bao gồm việc lập trình cho các thiết bị chuẩn sau:
- Rơle.
- Thanh ghi.
- Bộ định thời.
- Bộ đếm.
Ở đây ta sử dụng bộ PLC do hãng Mitsubishi của Nhật sản xuất.
a. Lập trình rơle phụ trợ.(M : M0, M500...)

SVTH: Nguyễn Hồng – Lớp 12C1A

GVHD: Th.S. Nguyễn Thanh Việt

Trang 14