Thiết kế máy cắt thép tấm

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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÁY CẮT THÉP TẤM

Người hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:

ThS. TRẦN NGỌC HẢI
ĐỖ NGỌC ANH

Đà Nẵng, 2017


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THÉP TẤM VÀ CƠ SỞ
CẮT KIM LOẠI
1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THÉP TẤM:
1.1.1 Nhu cầu sử dụng :
Ngày nay khi nhu cầu về đời sống của con người ngày càng được nâng cao thì
nền kinh tế cần phải kịp thời đáp ứng đầy đủ những nhu cầu đó. Trong đó có ngành
cơ khí nắm vai trị chủ đạo trong việc tạo ra sản phẩm, đặc biệt ngành cơng nghiệp

chế tạo phơi lại phải đóng vai trị chủ chốt, là khâu cơ bản đầu tiên trong quy trình
sản xuất cơ khí. Dẫn chứng các nghiên cứu gần đây đều cho thấy tiêu thụ sản phẩm

C
C

thép tấm toàn cầu sẽ tăng trưởng ở tốc độ cao. Nguyên nhân chính đẩy tăng nhu cầu

R
L
T.

sản phẩm thép như dải thép, thép tấm là ngành cơng nghiệp ơtơ, đóng tàu, chế tạo
máy và một số ngành nghề khác… đang phát triển. Cùng với xu hướng này, sự phát

DU

triển mạnh mẽ ở các ngành công nghiệp khác nhau sẽ thúc đẩy ngành thép duy trì
xu hướng tăng trưởng đi lên trong vài năm tới. Thép tấm hầu như được sử dụng rất
nhiều trong các ngành công nghiệp kể trên.
1.1.2 Các sản phẩm được sử dụng từ thép tấm :
Thép tấm có thể tiến hành ở trạng thái nóng hoặc nguội, ở mỗi loại 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 :
- Thép tấm dày :

- Thép tấm dài :

Chiều dày

s

=

0.2 : 3.75

mm

Chiều rộng b

=

600 : 2200

mm

Chiều dày

s

=

4 : 60

mm

Chiều rộng b

=

600 : 5000

mm

Chiều dài

l

=

4000 : 12000 mm

Chiều dày

s

=

0.2 : 2

mm

Chiều rộng b

=

200 : 1500

mm

Chiều dài

=

4000 : 60000 mm

l

Từ sự phân loại đó ta có các dạng phôi của thép tấm khác nhau như: Dạng
phôi tấm hay dạng phôi cuộn hoặc phôi dải.

SVTH: Đỗ Ngọc Anh _ 10C1B

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

1


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

Các sản phẩm được sử dụng từ thép tấm có thể sơ lược từ các ngành nghề như sau :
- Trong ngành chế tạo máy : Thép tấm được sử dụng trong các thân máy của
các máy cắt kim loại, vỏ máy…
- Trong ngành cơ khí ơ tơ : Thép tấm được dùng làm các khung sườn gầm, lót
sàn xe ơ tơ, che kín thùng xe, các bộ phận che kín khác ...

C

C

R
L
T.

Hình 1.1-Thép tấm sử dụng trong ngành cơ khí ơ tô.
- Trong ngành điện : Thép tấm được dùng làm kết cấu các cột điện cao thế,

DU

các sản phẩm trong lĩnh vực điện như các lá thép trong stato của động cơ điện, các
cánh quạt cỡ lớn, các tấm thép mỏng dùng làm các lá thép để ghép lại trong chấn lưu
đèn ống , máy biến thế, các hộp công tơ điện...

Hình 1.2- Thép tấm sử dụng để lắp ráp kết cấu cột điện cao thế.
- Trong xây dựng : 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, bulơng hoặc
đinh tán .

SVTH: Đỗ Ngọc Anh _ 10C1B

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

2


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

Hình 1.3-Thép tấm sử dụng trong kết cấu cầu.
- Trong ngành chế biến: Thép tấm được sử dụng rộng rãi không kém, nó được

C
C

dùng để chế tạo các thùng chứa, bể chứa, các chai, hộp để đóng gói, ...

R
L
T.

- Bên cạnh đó đặc biệt phải nhắc tới ngành đóng tàu trong đó dung thép tấm
dùng làm vỏ, kết cấu khung tàu thuyền. Trong q trình thực nghiệm tại Cơng ty

DU

TNHH MTV đóng và sữa chữa tàu Hải Sơn trụ sở tại Đà Nẵng chứng thực một điều
rằng nhu cấu thép tấm với nhiều loại hình dáng cũng như kích thước nhằm phục vụ
cho nhiều nhu cầu đặc biệt là công tác sửa chữa và đóng mới các loại tàu thơ sơ phục
vụ cho công việc đánh cá ngắn ngày, gần bờ cho tới các tàu đánh bắt xa bờ, tàu cảnh
sát biển, tàu chiến nhằm bảo vệ an ninh hàng hải cũng như toàn vẹn lãnh thổ trong giai
đoạn nước ta đang phải đấu tranh nhằm chống lại các thế lực bên ngoài nhằm gây bất
ổn cũng như xâm chiếm lãnh thổ nước ta.

Hình 1.4-Tàu được chế tạo từ thép tấm .
SVTH: Đỗ Ngọc Anh _ 10C1B

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

3


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

Hình 1.5- Một cơng đoạn chế tạo vỏ tàu .

C
C

R
L
T.

DU

Hình 1.6- Sử dụng thép tấm chế tạo khung xương tàu .
Ngoài ra thép tấm còn được dùng để dập ra các đồ dùng dân dụng phục vụ đời
sống hay trong ngành công nghiệp hàng không dùng để che chắn, nắp đậy thân, cửa
của máy bay, tên lửa, ...
Với nhu cầu sử dụng hiện tại của thép tấm, cần thiết phải có các máy móc, thiết
bị để cắt các loại thép tấm phục vụ cơng nghiệp, đặc biệt trong lĩnh vực cơ khí chế tạo.
1.2 CƠ SỞ CẮT KIM LOẠI.
1.2.1 Quá trình cắt đứt vật liệu :
Dưới tác dụng của ngoại lực kim loại biến dạng theo các giai đoạn : biến dạng
đàn hồi, biến dạng dẻo và phá huỷ.

- Biến dạng đàn hồi : Là biến dạng mất đi khi bỏ tải trọng tác dụng, nó xảy ra khi
tải trọng nhỏ hơn một giá trị gọi là giới hạn đàn hồi.
SVTH: Đỗ Ngọc Anh _ 10C1B

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

4


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

Khi tải trọng tác dụng nhỏ hơn Pđh 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.
- Biến dạng dẻo : là biến dạng vẫn tồn tại khi bỏ tải trọng tác dụng, nó xảy ra khi tải
trọng lớn hơn giới hạn đàn hồi. 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 .
Khi tải trọng từ Pđh → Pd 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 thì trong kim loại bắt đầu xuất hiện vết
nứt, tại đó ứng suất tăng nhanh và kích thước vết nứt tăng lên, cuối cùng kim loại bị

C
C

phá huỷ. Đó là giai đoạn phá huỷ, trong giai đoạn này tinh thể kim loại bị đứt rời .
Các giai đoạn của quá trình cắt được biểu diễn cụ thể ở hình dưới :

R
L
T.

DU
a.

b.

c.

Hình 1.7- Các giai đoạn của quá trình cắt
a. Giai đoạn biến dạng đàn hồi b. Giai đoạn biến dạng dẻo c. Giai đoạn phá hủy
Chú thích :
1. Bộ phận kẹp chống xoay

3. Lưỡi cắt dưới

2. Lưỡi cắt trên

4. Vật cắt kim loại dạng tấm

Ở giai đoạn đầu của quá trình cắt biến dạng dẻo tập trung ở mép làm việc của
lưỡi cắt sau đó ổ biến dạng bao quanh lưỡi cắt ( H1.7a)
Giai đoạn hai bắt đầu khi có sự chuyển dịch tương đối giữa phần này với phần
kia của tấm (H1.7b) Ở giai đoạn này nó tạo ra bề mặt phẳng nhẵn, bóng và được san
phẳng bởi lực ma sát hướng theo bề mặt bên của lưỡi dao.
SVTH: Đỗ Ngọc Anh _ 10C1B

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

5


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

Do sự tiến lại gần nhau của các lưỡi cắt, mức độ biến dạng tăng lên và khi đó
tính dẻo của kim loại bị mất đã bắt đầu giai đoạn phá hủy. Các vết nứt xuất hiện, phát
triển và phá huỷ kim loại cho đến khi kết thúc quá trình tách phần vật liệu này ra khỏi
phần vật liệu khác của tấm (H1.7c). Sự phá huỷ kim loại xảy ra ở phía trước mép làm
việc của lưỡi dao trong tấm, vì vậy các vết nứt gọi là các vết nứt phá vỡ trước.
1.2.2 Sự thay đổi tính chất của thép tấm trong q trình gia cơng:
Khi cắt tính chất của thép tấm bị thay đổi, sở dĩ như vậy là do trong quá trình cắt
biến dạng dẻo nguội làm cấu trúc tinh thể thay đổi: mật độ khuyết tật tăng lên mạnh
mẽ dẫn tới độ bền kim loại tăng lên, kích thước và hình dạng các hạt kim lọai cũng
như hướng của trục tinh thể thay đổi làm phát sinh ứng suất dư và xuất hiện những mặt
trượt kích thích q trình hóa già của kim loại. Cụ thể như sau :

C
C

- Sự hóa già do biến dạng:

Hệ quả của sự hóa già kim loại là giảm tính dẻo (độ giãn dài tỷ đối giảm) và

R
L

T.

nâng cao tính bền của kim lọai (trở lực biến dạng, giới hạn chảy và độ cứng tăng). Sự

DU

hóa già biến dạng xảy ra khơng đồng đều, trước tiên nó làm tăng độ cứng của kim loại
tại các vùng có mật độ các nguyên tử nitơ và cacbon cao, chủ yếu là ở mặt trượt, tại
đây đặc biệt có nhiều lệch.

Đối với thép Cacbon thấp, sự hóa già do biến dạng xảy ra mãnh liệt hơn sau khi
biến dạng dẻo nguội; cường độ của nó tỷ lệ thuận với mức độ biến dạng, nhiệt độ môi
trường xung quanh và thời gian.
- Xuất hiện mặt trượt:
Mặt trượt là những dấu vết vật lý do biến dạng dẻo cục bộ gây ra. Mặt trượt
xuất hiện tại vùng gần mép cắt, làm giảm độ nhẵn bóng bề mặt. Sự xuất hiện các mặt
trượt có liên quan đến tính chất cơ học không đồng đều của phôi. Sự không đồng đều
này là do sự hóa già trong q trình biến dạng gây ra. Trên vùng bề mặt này sau khi
cắt có thể quan sát thấy những phần lồi lõm tương ứng với các mặt trượt.
- Sự phát sinh hiện tượng ăn mịn:
Trong q trình xảy ra biến dạng dẻo nguội kim loại xảy ra sự hóa bền. Sự hóa
bền cùng với một số hiện tượng khác làm cho khả năng chống ăn mòn của kim loại
giảm đi. Tuy vậy, do những điều kiện khơng giống nhau, sự thay đổi hình dạng của
các phôi kề nhau sau khi cắt sẽ phát sinh những ứng suất dư tế vi. Những ứng suất dư
SVTH: Đỗ Ngọc Anh _ 10C1B

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

6

Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

này khi có sự ăn mịn sâu và các tinh thể sẽ làm suy yếu liên kết ở biên giới giữa các
hạt và có thể gây ra những mầm giịn tự phát của các sản phẩm kim loại hoặc bán
thành phẩm.
1.2.3 Lực tác dụng trong quá trình cắt :
Tiếp theo dưới đây chúng ta sẽ đi phân tích cụ thể các lực tác dụng khi cắt vật
liệu tấm bằng dao cắt. Dưới đây là hình biểu diễn sơ đồ tác dụng lực khi cắt :

C
C

R
L
T.

Hình 1.8 - Sơ đồ tác dụng lực khi cắt .

Lực tác dụng P của lưỡi cắt trên và lưỡi cắt dưới lệch nhau, do đó có khe hở giữa

DU

2 lưỡi cắt, tạo nên momen quay :

M = P1 . a

Thông thường a = (1.5-2) . z

(kGm)
(m)

Momen này có xu hướng làm cho vật liệu quay đi một góc nhỏ trước lúc bị cắt đứt.
Hiện tượng quay làm cho chất lượng mặt cắt xấu đi. Bởi vậy cần có sự chống quay đó bằng
cách thêm vịa lực ép Q lên tấm vật liệu được biểu diễn như trên hình (1.8).
Lực cắt được tính tốn theo cơng thức sau :
- Đối với lưỡi cắt bố trí song song :
P= L . S . 𝜏𝑐

(kG)

- Đối với lưỡi cắt bố trí nghiêng 1 góc φ :
P=

0,5 .S2 .τc
tan φ

(kG)

- Đối với dao đĩa :
P=

0,3 .S2 .τc .m
tan α

(kG)

Trong đó

L

: Chiều dài cắt

SVTH: Đỗ Ngọc Anh _ 10C1B

(mm)
GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

7


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

M : Momen quay

(kGm)

Φ

: Góc nghiêng của lưỡi cắt trên

(độ)

α

: Góc ăn của cặp dao đĩa tính theo độ

(độ)

s

: Chiều dày tấm thép

(mm)

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 hoàn toàn một phần vật liệu này ra khỏi phần vật liệu
khác. Giữa các lưỡi cắt có một khe hở L.
Tuỳ thuộc vào khe hở giữa các lưỡi cắt L 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 L là tối ưu bởi vì khi

C
C

đó chất lượng mặt cắt là tốt nhất, mặt cắt phẳng và nhẵn. Dưới đây là hình biểu diễn rõ
hơn sự tối ưu và không tối ưu khi cắt.

R
L
T.

DU

Hình 1. 9- Sơ đồ phân bố các vết nứt tại mép cắt
a.Trường hợp cắt chưa tối ưu

b. Trường hợp cắt tối ưu

Ngồi ra lực cắt cịn bị phụ thuộc vào một số yếu tố như bảng sau:
Bảng 1.1- Các thông số ảnh hưởng đến lực cắt.
Các nhân tố ảnh hưởng
Giới hạn bền  b
Nhiệt độ
Bán kính góc lượn lưỡi dao r
Góc của lưỡi dao α
Tốc độ cắt

SVTH: Đỗ Ngọc Anh _ 10C1B

Sự thay đổi của Sự thay đổi của lực
thông số
cắt P
tăng
tăng
cao
nhỏ
giảm
giảm
giảm
giảm
tăng
tăng

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

8


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

CHƯƠNG 2
PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY. KẾT CẤU
TỔNG THỂ MÁY
2.1 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CẮT :
Trải qua hàng trăm năm hình thành và phát triển nghành kỹ thuật nói chung
cũng như ngành cơ khí nói riêng đã tìm ra và ứng dụng vào cuộc sống khá nhiều kỹ
thuật, phương pháp cắt kim loại, điển hình có thể nêu lên một số phương pháp tổng
quát như sơ đồ hình (2.1) sau :

C
C

R
L
T.

DU

Hình 2.1- Sơ đồ các phương pháp cắt vật liệu
Trên thực tế hiện nay sử dụng rất nhiều phương pháp để cắt vật liệu từ thô sơ
nhất cho tới những phương pháp cực kì hiện đại mang lại sự chính xác và năng suất
cực kì cao. Cơ bản ta có thể thấy được những phương pháp cụ thể như : cắt thủ công,
cắt bằng ngọn lửa hàn khí, cắt bằng plasma, đặc biệt cắt bằng chùm tia laser là phương

pháp khá mới mẻ và được xem là một trong những phương án cực kì chính xác cũng
như hiệu quả, hay phổ biến hơn nữa là các phương pháp cắt bằng máy cắt có lưỡi
dao... Tùy theo hình dạng, kích thước của phơi, u cầu kỹ thuật của sản phẩm cũng
như qui mơ sản suất mà ta có thể áp dụng phương pháp cắt khác nhau. Mặt khác
phương pháp cắt còn ảnh hưởng rất lớn đến năng suất sản xuất. Sau đây ta sẽ đi tiến
hành phân tích một số phương pháp cắt thép tấm phổ biến hiện nay, từ đó chọn ra
phương án thích hợp.
SVTH: Đỗ Ngọc Anh _ 10C1B

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

9


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

2.1.1 Phương pháp cắt bằng nhiệt:
2.1.1.1 Cắt bằng ngọn lửa khí:
a. Giới thiệu:
Cắt đứt kim loại đen, kim loại màu và kim loại bằng ngọn lửa khí là phương pháp
đốt cháy làm cho vật cắt đạt tới điểm nóng, bị đẩy mạnh và bị tách rời .

C
C

R
L
T.

DU

Hình 2.2- Sơ đồ cắt bằng khí

Chú thích :

1. Phơi thép

2. Hỗn hợp khí C2 H2

3. Dịng khí O2

4. Đầu 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 dịng 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 .

SVTH: Đỗ Ngọc Anh _ 10C1B

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

10


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

- Oxit kim loại nóng chảy phải lỗng 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 q trình cắt.
b. Ưu điểm :
- Thiết bị đơn giản, dễ vận hành
- Có thể cắt được kim loại có chiều dày lớn
c. Nhược điểm :
- Chỉ có thể cắt được kim loại thỏa mãn điều kiện cắt
- Vùng ảnh hưởng nhiệt lớn nên sau khi cắt chi tiết dễ bị cong vênh, biến dạng
đặc biệt khi cắt các tấm dài
- Mặt khác để đảm bảo chất lượng phôi, nâng cao năng suất và hạ giá thành cắt

C
C

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

R
L
T.

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 hố.

DU

d. Phạm vi ứng dụng :

- Được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp đóng tàu, chế tạo toa xe, xây
dựng
- Cắt thép tấm, phơi trịn và các dạng phơi khác
- Ngày này được tự động hóa máy cắt điều khiển số hay máy cắt CNC với
nhiều mỏ cắt cùng một lúc, mang lại năng suất và hiệu quả cao.
2.1.1.2 Cắt bằng tia laser:
a. Giới thiệu:
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.

SVTH: Đỗ Ngọc Anh _ 10C1B

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

11


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

Hình 2.3- Sơ đồ nguyên lý điều khiển hướng chùm tia laser khi cắt.
Chú thích :

C
C

1. Máy phát laser

2. Chùm tia laser

3. Gương phẳng nghiêng

4. Thấu kính hội tụ

5. Vật gia cơng

R
L
T.

DU

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 dịng 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 .
b. Ưu điểm:
- 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
- Ngồi ra nó cịn có thể cắt theo đường thẳng hay đường cong và có thể cắt
theo các hướng khác nhau nhờ q trình cắt khơng tiếp xúc.
- Cắt thép bằng chùm tia laser cho năng suất cao, có thể cơ khí hố và tự động
hố dễ dàng
c. Nhược điểm:
- Khó điều chỉnh cơng suất ra
- Phương pháp này có những hạn chế là chiều dày tấm cắt trong phạm vi 10-20 mm

SVTH: Đỗ Ngọc Anh _ 10C1B

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

12


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

- Thiết bị tạo tia laser cũng như các thiết bị điều khiển chương trình số CNC có
giá thành cao.
d. Phạm vi ứng dụng:
- Trong công nghiệp laser được sử dụng nhiều vào việc hàn, khoan, cắt ..các
loại vật liệu có độ nóng chảy cao kể cả phi kim.
- Gia cơng cho phép cắt ở kích thước rất nhỏ đối với nhiều loại vật liệu với các
cơ tính khác nhau.
- Gia cơng các vật liệu mỏng đặc biệt trong các vi mạch.
2.1.2 Cắt bằng lực :
2.1.2.1 Cắt trên máy cắt có lưỡi dao chuyển động tinh tiến:

a. Dao bố trí nghiêng:

C
C

- Sơ đồ nguyên lý:

R
L
T.

DU

Hình 2.4- Sơ đồ nguyên lý cắt bằng lưỡi dao nghiêng
Chú thích :
1. Cụm dao trên

2. Sóng trượt

3. Lưỡi dao trên

4. Phôi

5. Cảm biến đo chiều dài. 6. Cụm dao dưới

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 q trình cắt xảy ra dần dần, trên phần tách ra
của tấm, vì thế lực cắt nhỏ hơn khi bố trí dao song song. Ngoài ra tải trọng tĩnh đặt lên
mép làm việc của lưỡi dao làm tăng độ cứng vững của chúng .Góc nghiêng của lưỡi dao
trên γ cần phải đảm bảo tự hãm, nghĩa là với góc nghiêng đó trong q trình 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.
SVTH: Đỗ Ngọc Anh _ 10C1B

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

13


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

- Ưu điểm:
+ Lực cắt khơng u cầu cao
+ Có thể cắt theo những đường cắt cong, do đó khơng u cầu kết cấu máy phải
cồng kềnh, máy ít rung động đến xung quanh.
- Nhược điểm :
+ Chất lượng bề mặt mép cắt khơng được cao.
b. Dao bố trí song song:
- Sơ đồ ngun lý :
Nói chung kết cấu và các thơng số của cặp lưỡi dao song song cũng giống như
dao nghiêng. Dưới đây là máy cắt thép có dao bố trí theo kiểu song song . Máy cắt dao
thẳng song song dùng để cắt các loại phôi và sản phẩm có tiết diện vng, chữ nhật,

C
C

trịn... máy thường đặt sau máy cán phơi, 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

R
L
T.

phân đoạn vật cán theo kích thước quy định. Khi làm việc mặt phẳng chuyển động của
dao không đổi. Sơ đồ nguyên lý được biểu diễn như hình dưới :

DU

Hình 2.5- Sơ đồ nguyên lý cắt bằng lưỡi dao song song
Chú thích :
1. Cụm dao trên

2. Sóng trượt

3. Lưỡi dao trên

4. Phôi

5. Cảm biến đo chiều dài

6. Cụm dao dưới

SVTH: Đỗ Ngọc Anh _ 10C1B

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

14

Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

C
C

Hình 2.6- Máy cắt bằng lưỡi dao song song thực tế
Điểm khác biệt cơ bản đó là về sự thay đổi lực khi cắt, biểu đồ sau sẽ cho ta

R
L
T.

thấy cụ thể hơn về điều trên :

DU

Hình 2.7- Sơ đồ sự thay đổi lực khi cắt trên máy cắt
I- dao nghiêng;

II- dao song song

Khi cắt trên máy cắt dao song song lực cắt P tăng nhanh và đạt giá trị cực đại ,
sau đó giảm dần (đường II hình 2.1).
Khi cắt các tấm như nhau thì cơng biến dạng được đặc trưng bởi diện tích của
phần bề mặt giới hạn bởi đường cong I và II ( đường cong tải trọng làm việc) là gần
bằng nhau. Tuy nhiên ở trường hợp I lực cắt nhỏ hơn so với II. Do đó cơng suất dẫn
động của các máy cắt dao nghiêng nhỏ hơn so với máy cắt dao song song .

SVTH: Đỗ Ngọc Anh _ 10C1B

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

15


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

- Ưu điểm :
+ Đường cắt thẳng đẹp, hành trình dao nhỏ
+ Lực cắt tương đối lớn
- Nhược điểm :
+ Chỉ cắt được đường thẳng,chiều rộng tấm cắt phải nhỏ hơn chiều dài dao.
Cắt được tấm rộng B≥3200mm, chiều dày S đến 60mm.
2.1.2.2 Cắt trên máy cắt có lưỡi dao chuyển động quay:
a. Sơ đồ nguyên lý:

C
C

R
L
T.

DU

Hình 2.8 - Kết cấu của dao cắt đĩa 1 cặp dao
Chú thích :
1. Cặp dao đĩa

2. Phơi

Các máy cắt có lưỡi dao chuyển động quay gồm các lưỡi cắt (đĩa) có cùng đường
kính chuyển động quay ngược chiều nhau với cùng một tốc độ góc. Các mép làm việc
của các đĩa dao được đặt sao cho độ trùng dao d = (0,2 - 0,4 )S
b. Ưu điểm :
- Đặc điểm nổi bật khi cắt trên máy cắt dao đĩa là với một đường kính đĩa
dao xác định, các máy cắt không những chỉ cắt kim loại mà còn giữ chặt và kéo
kim loại vào vùng cắt. Vì vậy, chiều dài của dải cắt là khơng giới hạn.
- Thông số đặc trưng cho máy cắt dao đĩa là chiều dày lớn nhất của tấm cắt,
nó có thể cắt được tấm có chiều dày đến 25mm khi ≤ 500 MPa.
SVTH: Đỗ Ngọc Anh _ 10C1B

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

16


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

c. Nhược điểm :
- Phương pháp này tốc độ cắt chậm
- Năng suất thấp khi ta cắt thép tấm có chiều dày lớn tuy rằng lực cắt nó nhỏ.
2.1.2.3 Máy cắt lưỡi dao chấn động :

a. Sơ đồ nguyên lý:

C
C

R
L
T.

DU

Hình 2.9- Sơ đồ nguyên lý cắt bằng lưỡi dao chấn động
Chú thích :
1. Lưỡi cắt trên

2. Lưỡi cắt dưới

3. Thân máy
b. Ưu điểm:
- Lưỡi dao lên xuống nhanh với hành trình ngắn nên thời gian cắt nhanh
c. Nhược điểm :
- Chất lượng bề mặt mép cắt không được cao
2.1.3 Kết luận:
Ở trên ta đã đưa ra một số phương án cắt thép tấm. Thông qua ưu, nhược điểm
đánh giá các phương án cũng như một số phạm vi sử dụng thực tế cho thấy được ta có
nhận xét lại như sau:
- Phương pháp dùng hồ quang quang điện hay ngọn lửa khí có thể cắt được thép
tấm có bề dày lớn nhưng chất lượng mép cắt khơng cao, năng suất thấp, khó cơ khí
SVTH: Đỗ Ngọc Anh _ 10C1B

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

17


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

hoá và tự động hố. Do đó nó chỉ phù hợp khi cắt những tấm dày, có hình dáng phức
tạp.
- Phương pháp cắt bằng tia laser: Dùng chùm tia laser có thể gia cơng được các
loại vật liệu có cơ tính tốt , dễ dàng cơ khí hố và tự động hố. Tuy nhiên chiều dày
cắt được tương đối mỏng, mặt khác thiết bị tạo nguồn laser phức tạp và giá thành cao.
- 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 khơng hiệu quả .
- Phương pháp cắt bằng dao có lưỡi nghiêng : Phương pháp này tuy mép cắt
không được thẳng và đẹp nhưng lực cắt cần thiết khơng u cầu lớn, có thể cắt theo
những đường cắt cong, do đó khơng u cầu kết cấu máy phải cồng kềnh, máy ít rung

C
C

động đến xung quanh, do vậy ta chọn phương án lưỡi dao cắt nghiêng để thiết kế máy .
2.2 PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG:

R
L
T.

2.2.1 Yêu cầu lựa chọn phương án truyền động :

Như vậy ta đã phân tích chọn được phương án cắt dùng cặp lưỡi dao nghiêng

DU

chuyển động tịnh tiến. Tuy nhiên để thực hiện chuyển động tịnh tiến cũng có nhiều
loại cơ cấu khác nhau. Do đó cần phải chọn phương án truyền động hợp lý nhằm thoả
mãn một số yêu cầu chủ yếu sau:
- Máy thiết kế 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 hố q
trình chế tạo từ khâu chuẩn bị phơi đến gia công chế tạo, kiểm tra, lắp ráp và nghiệm
thu sản phẩm .
- Máy phải có khối lượng và kích thước nhỏ gọn .
- Giá thành và chi phí cho sử dụng là thấp nhất, phù hợp với điều kiện hiện có.

SVTH: Đỗ Ngọc Anh _ 10C1B

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

18


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

2.2.2 Kết cấu tổng thể và phân tích lựa chọn cơ cấu truyền động :
2.2.2.1 Sơ đồ ngun lý tồn máy :

C
C

Hình 2.10- Sơ đồ nguyên lý hoạt động của toàn máy

R
L
T.

Chú thích :
1. Con lăn đỡ

DU

3. Con lăn cán
5. Dao trên.

2. Phôi thép
4. Bộ phận kẹp
6. Bộ phận đỡ sản phẩm

7. Dao dưới

2.2.2.2 Ngun lý hoạt động tồn máy :
Phơi 2 được đỡ bằng hệ thống các con lăn đỡ 1 đi vào được cán qua con lăn cán 3
và cảm biến đo chiều dài, khi cảm biến đo chiều dài báo hiệu phơi đủ chiều dài cắt thì

bộ phận kẹp 4 hoạt động kẹp. Tiếp theo dao trên 5 sẽ tiến hành cắt, phôi sau khi cắt sẽ
rơi xuống bộ phận đỡ phôi 6. Khi dao trên xuống chạm công tắc hành trình cũng là lúc
bộ phận kẹp lui về và chu kì cắt được lặp lại.
2.2.2.3 Lựa chọn phương án truyền động :
a. Một số phương án đặc trưng :
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 .

SVTH: Đỗ Ngọc Anh _ 10C1B

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

19


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

Muốn cắt được thép tấm có chiều dày khá lớn amax = 20mm và chiều rộng
Bmax = 4000mm, vật liệu phôi thép tấm là thép CT38 thì ta cần phải xác lập một sơ đồ
động thích hợp cho máy để đảm bảo được tính cơng nghệ cũng như tính kinh tế.
a1. Chuyển động tịnh tiến bằng 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 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.
- Sơ đồ nguyên lý:

C
C

R
L
T.

DU

Hình 2.11- Sơ đồ cơ cấu tay quay con trượt
Chú thích:
1. Tay quay

2. Thanh truyền

3. Con trượt
- Nguyên tắc hoạt động:
Tay quay 1 được dẫn động bởi động cơ điện chuyển động quay tròn, truyền
chuyển động cho thanh truyền 2. Thanh truyền đẩy con trượt 3 chuyển động tịnh tiến
dọc theo rãnh trượt
- Đặc điểm:
- Ưu điểm :
+ Cơ cấu này có nguyên lý làm việc và kết cấu đơn giản, độ cứng vững
cao, dễ chế tạo.
-Nhược điểm :
+ Tạo lực khơng lớn, dẫn động phức tạp và khó điều khiển

SVTH: Đỗ Ngọc Anh _ 10C1B

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

20


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

a2. Cơ cấu hình sin :

Hình 2.12 - Sơ đồ nguyên lý cơ cấu hình sin

C
C

Khi tay quay quay trịn làm cho con trượt tịnh tiến lên xuống trong ống, làm cho
cần C tịnh tiến qua lại. Cơ cấu này có hành trình chuyển động tịnh tiến lớn nhưng kết

R
L
T.

cấu cồng kềnh, địi hỏi khơng gian làm việc của cơ cấu lớn, tạo lực khơng lớn, cơ cấu
kém vững do đó hiệu suất của nó kém.

DU

a3. Chuyển động tịnh tiến nhờ hệ thống thuỷ lực :
- Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.13 - Sơ đồ hệ thống xilanh thuỷ lực
Chú thích :
1.Van phân phối
SVTH: Đỗ Ngọc Anh _ 10C1B

2. Xilanh

3. Piston

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

21


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

- Nguyên tắc hoạt động:
Dầu được bơm với áp suất cao từ bể dầu, qua các phần tử thuỷ lực như van tràn,
van an tồn, van phân phối ... sau đó được dẫn vào buồng bên trái của xilanh. Áp lực
lớn của dầu sẽ đẩy piston tiến lên phía trước. Trong hành trình ngược lại dầu được dẫn
vào buồng bên phải đẩy piston lùi về.
- Đặc điểm:
- Ưu điểm:
+ Truyền được công suất cao và lực lớn nhờ cơ cấu tương đối đơn giản,
hoạt động với độ tin cậy cao đòi hỏi ít về chăm sóc và bảo dưỡng
+ Điều chỉnh được vận tốc làm việc tinh và vô cấp, dễ thực hiện tự động
hoá theo điều kiện làm việc làm việc hay theo chương trình cho sẵn

+ Kết cấu gọn nhẹ, vị trí các phần tử dẫn và bị dẫn khơng lệ thuộc với

C
C

nhau, các bộ phận nối thường là các đường ống nối dễ đổi chỗ

R
L
T.

+ Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ áp suất thuỷ lực cao
+ Làm việc êm, ít bị va đập nhờ quán tính nhỏ của bơm và động cơ thuỷ

DU

lực và tính nén được của dầu

+ Tự động hoá đơn giản
- Nhược điểm:

+ Tổn thất trong đường ống và rò rỉ làm giảm hiệu suất và hạn chế phạm
vi sử dụng
+ Khó giữ được vận tốc không đổi khi phụ tải thay đổi do tính nén được
của chất lỏng và tính đàn hồi của đường ống dẫn
+ Khó thực hiện sự đồng bộ hố chính xác các chuyển động
+ Giá thành lắp đặt hệ thống thuỷ lực khá đắt tiền, phức tạp địi hỏi phải
chế tạo chính xác
b. 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 cơng việc của cơng nhân thì cơ cấu tịnh
tiến bằng hệ thống thuỷ lực dầu ép phù hợp nhất khi cắt các loại thép cacbon, thép
thường với kích thước phơi lớn.

SVTH: Đỗ Ngọc Anh _ 10C1B

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

22


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

2.2.2.3 Sơ đồ hệ thống thuỷ lực tạo lực cắt và nguyên tắc làm việc :
a. Sơ đồ hệ thống thuỷ lực tạo lực cắt :

C
C

R
L
T.

Hình 2.14 - Sơ đồ hệ thống thuỷ lực tạo lực cắt
Chú thích :

DU

1. Bể dầu

7. Van tiết lưu

2. Bơm dầu

8. Van phân phối

3. Van tràn

9. Xilanh sinh lực

4. Van cản

10. Dao cắt

5. Bộ lọc tinh

11. Rãnh trượt

6. Ắc quy dầu

12. Bàn dao dưới

b. Nguyên lý làm việc :
Khi động cơ bơm quay, bơm hút dầu từ bể qua bộ lọc (1), qua các thiết bị như bộ
lọc (5), van an toàn (3), bộ ắc quy dầu (6) đến van tiết lưu (7), 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 (8) 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.

SVTH: Đỗ Ngọc Anh _ 10C1B

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

23


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm

CHƯƠNG 3
TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY
3.1. XÁC ĐỊNH CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY:
3.1.1 Xác định chiều dài lưỡi dao, hành trình vận hành:
3.1.1.1 Tính sơ bộ chiều dài lưỡi dao:
Theo kinh nghiệm chiều dài của lưỡi
L = B + ( 50  150 )

(mm)

Trong đó:
b

: Chiều rộng lớn nhất của tấm thép đem cắt
Bmax= 4000 (mm).

Do đó:

L = 4000+ 100 = 4100

(mm)

C
C

(mm)

R
L
T.

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 ngắn rồi

DU

ghép lại, ta chọn chiều dài của dao chia làm 4 đoạn, do đó chiều dài của mỗi đoạn dao
là:

L0 =

4100
4

= 1025

(mm)

3.1.1.2 Xác hành trình vận hành của dao nghiêng:
Dưới đây là sơ đồ biểu diễn sự vận hành của dao nghiêng hình 3.1

Hình 3.1- Sơ đồ xác định độ vận hành của dao nghiêng
Chú thích :
y:

Chiều cao mở cực đại từ phía dưới của lưỡi dao trên tới

mặt trên của tấm thép đem cắt.
Chọn
SVTH: Đỗ Ngọc Anh _ 10C1B

y

= 30

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

(mm)

24