(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế máy cắt thép tấm điều khiển bằng thủy lực

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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÁY CẮT THÉP TẤM
BẰNG THỦY LỰC

Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Phạm Thế Nhân
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thế Ngà
Số thẻ sinh viên: 101150035
Lớp: 15C1A

Đà Nẵng, 06/2020


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

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
I. Thông tin chung:
1. Họ và tên sinh viên:

2. Lớp:

NGUYỄN THẾ NGÀ

15C1A

Số thẻ SV:

101150035

3. Tên đề tài: THIẾT KẾ MÁY CẮT THÉP TẤM BẰNG THỦY LỰC
4. Người hướng dẫn:

NGUYỄN PHẠM THẾ NHÂN

Học hàm/ học vị: Tiến Sĩ

II. Nhận xét đồ án tốt nghiệp:
1. Về tính cấp thiết, sáng tạo và ứng dụng của đồ án: (điểm đánh giá tối đa là 2đ)
………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..
2. Về kết quả giải quyết các nội dung nhiệm vụ yêu cầu của đồ án: (điểm tối đa là 4đ)
………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..
3. Về hình thức, cấu trúc, bố cục của đồ án tốt nghiệp: (điểm đánh giá tối đa là 2đ)
………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..
4. NCKH: (nếu có bài báo khoa học hoặc ĐATN là đề tài NCKH: cộng thêm 1đ)
………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..

5. Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa:
………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..
III.

Tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên: (điểm đánh giá tối đa 1đ)

………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..
IV.Đánh giá:
1. Điểm đánh giá:
2. Đề nghị:

/10
Được bảo vệ đồ án/ Bổ sung thêm để bảo vệ/ Không được bảo vệ
Đà Nẵng, ngày tháng năm 2020
Người hướng dẫn


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

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
I. Thông tin chung:
1. Họ và tên sinh viên:

2. Lớp:

NGUYỄN THẾ NGÀ
Số thẻ SV:

15C1A

101150035

3. Tên đề tài: THIẾT KẾ MÁY CẮT THÉP TẤM BẰNG THỦY LỰC
4. Người phản biện:

Học hàm/ học vị:

II. Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:
TT Các tiêu chí đánh giá
1
1a
1b
1c
1d
1e
1f
2
2a
2b
3

Sinh viên có phương pháp nghiên cứu phù hợp, giải
quyết đủ nhiệm vụ đồ án được giao

- Hiểu và vận dụng được kiến thức Toán và khoa học tự
nhiên trong vấn đề nghiên cứu
- Hiểu và vận dụng được kiến thức cơ sở và chuyên ngành
trong vấn đề nghiên cứu
- Có kỹ năng vận dụng thành thạo các phần mềm mơ phỏng,
tính tốn trong vấn đề nghiên cứu
- Có kỹ năng đọc, hiểu tài liệu bằng tiếng nước ngồi ứng
dụng trong vấn đề nghiên cứu
- Có kỹ năng làm việc nhóm, kỹ năng giải quyết vấn đề
- Đề tài có giá trị khoa học, cơng nghệ; có thể ứng dụng
thực tiễn:
Kỹ năng viết:

Điểm Điểm
tối đa trừ

Điểm
cịn lại

80
15
25
10
10
10
10

- Bố cục hợp lý, lập luận rõ ràng, chặt chẽ, lời văn súc tích

20

15

- Thuyết minh đồ án khơng có lỗi chính tả, in ấn, định dạng

5

Tổng điểm đánh giá: theo thang 100
Quy về thang 10 (lấy đến 1 số lẻ)

- Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa:
………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..
- Ý kiến khác:
………………………………………………………………………………………..
- Đề nghị:

Được bảo vệ đồ án/ Bổ sung thêm để bảo vệ/ Không được bảo vệ.
Đà Nẵng, ngày
tháng
năm 2020
Người phản biện


TÓM TẮT
Tên đề tài : Thiết kế máy cắt thép tấm điều khiển bằng thủy lực
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THẾ NGÀ
Số thẻ sinh viên:

101150035

Lớp: 15C1A

Đề tài được chia thành các chương mỗi chương nêu lên những nội dung khác
nhau tập trung vào việc tính tốn và chọn phương án thiết kế máy cắt thép tấm điều
khiển bằng thủy lực.
Chương 1: Tổng quan.
Chương 2: Thiết kế động học máy.
Chương 3: Tính tốn động lực học và kết cấu máy.
Chương 4: Thiết kế hệ thống điều khiển sử dụng PLC.
Chương 5: An toàn và vận hành máy.


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:
NGUYỄN THẾ NGÀ
Số thẻ sinh viên: 101150035
Lớp: 15C1A
Khoa: Cơ Khí
Ngành: Cơng nghệ chế tạo máy
Tên đề tài đồ án:
Thiết kế máy cắt thép tấm bằng thủy lực.

Các số liệu và dữ liệu ban đầu: - Chiều rộng tấm thép:
3000mm.
- Chiều dày:
20mm.
A. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
.

Chương 1: Tổng quan.
Chương 2: Thiết kế động học máy.
Chương 3: Tính tốn động lực học và kết cấu máy.
Chương 4: Thiết kế hệ thống điều khiển sử dụng PLC
Chương 5: An toàn và vận hành máy.
B. Các bản vẽ, đồ thị:
- Bản vẽ các phương án của máy:

1A0

- Bản vẽ sơ đồ động toàn máy:

1A0

- Bản vẽ kết cấu máy:

4A0

- Bản vẽ sơ đồ thủy lực và một số thiết bị thủy lực trong máy:

1A0

- Bản vẽ sơ đồ hệ thống điều khiển:

1A0

Họ tên người hướng dẫn: T.S Nguyễn Phạm Thế Nhân
Ngày giao nhiệm vụ đồ án:
Ngày hoàn thành đồ án:
Đà Nẵng, ngày tháng năm 2020
Trưởng Bộ môn
Người hướng dẫn
( Ký, ghi rõ họ tên )
( Ký, ghi rõ họ tên )

Nguyễn Phạm Thế Nhân


Đề tài: Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm Bằng Thủy Lực

LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay nước ta đang đẩy mạnh hiện đại hóa cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa để
đưa đất nước ta sánh vai với các nước trong khu vực và trên thế giới. Muốn vậy thì
các ngành cơng nghiệp phải không ngừng đẩy mạnh sản xuất, mở rộng nhà máy, xí
nghiệp, cải tiến trang thiết bị để nâng cao chất lượng sản phẩm, nhờ chính sách đó đã
đưa đất nước ta phát triển nhanh chóng trong đó có một phần đáng kể đến là lĩnh vực
sản xuất phôi thép.
Để đáp ứng nhu cầu thực tế của người tiêu dùng và nền kinh tế, ngành sản xuất
phôi thép, thiết bị cơ khí cho ra đời những loại máy khơng ngừng về số lượng mà còn
về chất lượng tốt.
Với yêu cầu thực tế hằng năm rất lớn, để tạo ra được sản phẩm phơi thép nhất
thiết phải có thiết bị, máy móc chuyên dùng, đảm bảo yêu cầu sản xuất, yêu cầu cơng
nghệ và mơi trường, đó chính là nhiệm vụ của ngành cơ khí.

Trong khoảng thời gian em học tại trường Đại Học Bách Khoa Đại Học Đà Nẵng
được sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, em đã tiếp thu một phần
nào kiến thức mà thầy cô truyền thụ. Trước khi ra trường chúng em cần phải trải qua
một đợt tìm hiểu thực tế và kiểm tra khả năng nắm bắt, sáng tạo của sinh viên. Do
đó thực tập tốt nghiệp và làm đồ án tốt nghiệp là một công việc rất cần thiết. Nhiệm
vụ của em là thiết kế máy cắt thép tấm kiểu thủy lực là một thiết bị có tính quyết
định đối với toàn bộ dây chuyền sản xuất.
Tuy nhiên do kiến thức và khả năng có hạn nên em khơng tránh khỏi những
thiếu sót, em kính mong thầy cơ thơng cảm và chỉ bảo cho em nhiều hơn. Em xin gửi
lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo, đặc biệt là thầy giáo TS. Nguyễn Phạm
Thế Nhân đã hết sức tận tình chỉ bảo cho em để hồn thành tốt đồ án tốt nghiệp này.

SVTH: Nguyễn Thế Ngà

GVHD: TS. Nguyễn Phạm Thế Nhân

Trang 1


Đề tài: Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm Bằng Thủy Lực

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. 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 cơng
nghiệp, 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 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, cơng nghiệp điện, cơng nghiệp ơtơ, đóng tàu thuyền, xây dựng, nông nghiệp...
Thép tấm hầu như được sử dụng 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 phơi của thép tấm khác nhau như: dạng phơi
tấm hay dạng phơi cuộn, phơi dải.
Hình dạng và kích thước 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 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 thước 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: Nguyễn Thế Ngà

GVHD: TS. Nguyễn Phạm Thế Nhân

Trang 2


Đề tài: Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm Bằng Thủy Lực

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, bulơng hoặc đinh tán để tạo nên các kết cấu thép bền vững. Rỏ rang nhất
thép tấm được sử dụng làm tấm lợp…

SVTH: Nguyễn Thế Ngà

GVHD: TS. Nguyễn Phạm Thế Nhân

Trang 3


Đề Tài: Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm Bằng Thủy Lực

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
ơtơ: Việc sử dụng thép tấm
khơng thể thiếu được. Nó
được sử dụng 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
dụng rộng rãi khơng kém,
nó được dùng để chế tạo
các thùng chứa, bể chứa,
Hình 1.4. Vỏ ơtơ 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 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 Thế Ngà

GVHD: TS. Nguyễn Phạm Thế Nhân

Trang 4


Đề Tài: Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm Bằng Thủy Lực

1.2. 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 khơng 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.
1.2.1. 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 Ti

P

â

Pâh

âh

â

Âäü biãún dảng

Hình 1.5
Biểu đồ quan hệ giữa lực kéo P và độ biến dạng dài tuyệt đối l.

Khi tải trọng tác dụng nhỏ hơn Pđh 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 thước sau khi bỏ tải
trọng tác dụng lên nó.
Khi tải trọng đạt đến giá trị lớn nhất Pđ 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
phá huỷ. Đó là giai đoạn phá huỷ: Tinh thể kim loại bị đứt rời.

SVTH: Nguyễn Thế Ngà

GVHD: TS. Nguyễn Phạm Thế Nhân

Trang 5


Đề Tài: Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm Bằng Thủy Lực

1.2.1.1. 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 thơng số mạng, nếu thơi
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 vng góc với mặt chịu lực gọi là
ứng suất pháp , gây biến dạng . Ứng suất tiếp  sinh ra xê dịch góc . 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 :



















Hình1.6 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:
 = E.
( cho kéo và nén )
( 1.1 )

 = G.

( cho xê dịch )

(1.2 )

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

Và

P = - k.

v
v

(đối với ép 3 chiều )

( 1.3 )

Với k =

E
3(1 − 2 )

( 1.4 )

Với G =

E
2(1 + 2 )

( 1.5 )

Vậy biến dạng đàn hồi của kim loại có nghĩa là các nguyên tử trong mạng tinh
thể tác động qua lại với nhau bằng lực hút và lực đẩy. Nếu lực tác dụng chưa đủ để

SVTH: Nguyễn Thế Ngà

GVHD: TS. Nguyễn Phạm Thế Nhân

Trang 6


Đề Tài: Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm Bằng Thủy Lực

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.
1.2.1.2. 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 1.7 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 cịn 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 450, 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
hạt, trong các hạt lại xuất hiện các mặt trượt thuận lợi mới, giúp cho biến dạng trong
kim loại tiếp tục phát triển.

SVTH: Nguyễn Thế Ngà

GVHD: TS. Nguyễn Phạm Thế Nhân

Trang 7


Đề Tài: Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm Bằng Thủy Lực

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 khơng đều, ma sát
ngồi, vv... nên làm cho bên trong kim loại sinh ra ứng suất dư, ngay cả sau khi thơi
tác dụng ứng suất dư vẫn cịn tồn tại.

1.2.1.3. 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 thước 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 mức 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 giịn: Hầu như khơng có biến dạng dẻo vĩ mô kèm theo, xảy ra tức
thời nên khá nguy hiểm. Bề ngồi mặt khi phá huỷ thường vng góc với ứng suất
pháp lớn nhất nhưng bề mặt vi mơ 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 E s 

  .C 

c = 

( 1.6 )

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

 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.
c. Phá huỷ ở nhiệt độ cao
SVTH: Nguyễn Thế Ngà

GVHD: TS. Nguyễn Phạm Thế Nhân

Trang 8


Đề Tài: Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm Bằng Thủy Lực

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 q trình biến dạng dẻo của kim
loại nó ảnh hưởng lớn đến lực cắt do vậy ta nguyên cứu các nhân tố ảnh hưởng đến
nó.
1.2.2. NHỮNG NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN BIẾN DẠNG DẺO KIM LOẠI
Tính dẻo của kim loại là khả năng biến dạng dẻo của kim loại dưới tác dụng của
ngoại lực mà khơng 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 ngồi, lực qn tính, tốc độ biến dạng, ...
1.2.2.1. 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. Thơng 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 xơ lệch
mạng cũng làm giảm tính dẻo của kim loại.
1.2.2.2. 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.
1.2.2.3. Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính






 












a)

b)



c)

Hình 1.8. Các trạng thái ứng suất
a) Ứng suất đường. b) Ứng suất mặt. c) Ứng suất khối.

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
SVTH: Nguyễn Thế Ngà

GVHD: TS. Nguyễn Phạm Thế Nhân

Trang 9


Đề Tài: Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm Bằng Thủy Lực

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.

 max − σ min

+ Trạng thái ứng suất khối : max =
+ Trạng thái ứng suất mặt :

2

1 − σ2

max =

+ Trạng thái ứng suất đường :  =

2


2

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

max  giåïi haûn

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

= ch

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

max = ch/2

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

 max −  min = ch, max = ch/2

1.2.2.4. 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.
1.2.2.5. 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. Ngồi ra ma sát ngồi cịn 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.
1.2.2.6. 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: Nguyễn Thế Ngà

GVHD: TS. Nguyễn Phạm Thế Nhân

Trang 10


Đề Tài: Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm Bằng Thủy Lực

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.

SVTH: Nguyễn Thế Ngà

GVHD: TS. Nguyễn Phạm Thế Nhân

Trang 11


Đề Tài: Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm Bằng Thủy Lực

CHƯƠNG 2
THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC MÁY
2.1. PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP CẮT THÉP.
Để thực hiện công việc cắt vật liệu, trong thực tế có nhiều phương pháp, cơng
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 mơ sản
suất mà ta có thể áp dụng phương pháp cắt khác nhau cho hợp lý.
2.1.1. PHƯƠNG PHÁP THỦ CÔNG
Cắt thép bằng các phương pháp thủ cơng 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.
2.1.2. CẮT BẰNG HỒ QUANG ĐIỆN HOẶC NGỌN LỬA KHÍ
Cắt đứt bằng hồ quang điện: là q 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 khơng kinh tế, khó thuận tiện khi chiều dày tấm thép lớn, đường
cắt khơng đều.
Cắt bằng khí là phương pháp cắt sử dụng nhiệt của ngọn lửa sinh ra khi đốt cháy
khí cháy trong dịng oxy để nung kim loại tạo thành các oxit và thổi chúng ra khỏi

mép cắt tạo thành rãnh cắt.
O2

O2 + C2H2

4
3

2
1

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

h

Hình 2.1. Sơ đồ cắt kim loại bằng khí
SVTH: Nguyễn Thế Ngà

GVHD: TS. Nguyễn Phạm Thế Nhân

Trang 12


Đề Tài: Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm Bằng Thủy Lực

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 q
trình cắt khơng bị gián đoạn .
+ 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.
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.
2.1.3. CẮT BẰNG CHÙM TIA LASER
Trong những năm gần đây người ta đã bắt đầu sử dụng laser để cắt tất cả các vật
liệu với bất kỳ độ cứng nào.
Nguyên lý chung về cắt bằng laser là một phương pháp tạo rãnh cắt hoặc lỗ nhờ
vào nguồn nhiệt bức xạ rất lớn của laser làm vật liệu vùng cắt cháy lỏng và bốc hơi
đi ra ngoài.
Nguồn bức xạ laser (1) tạo ra chùm tia laser (2) đi thẳng hoặc đổi hướng nhờ
gương phẳng (3) và được hội tụ nhờ thấu kính hội tụ có tiêu cự f trong (4). Nguồn

năng lượng laser tập trung trên một diện tích rất nhỏ với mật độ dòng nhiệt tạo vùng
tiếp xúc bề mặt rất cao làm vật liệu (5) nóng chảy và bốc hơi tạo thành rãnh cắt hoặc
lỗ khoan.

SVTH: Nguyễn Thế Ngà

GVHD: TS. Nguyễn Phạm Thế Nhân

Trang 13


Đề Tài: Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm Bằng Thủy Lực

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.
1

2

3

1. Ngưn lazer.
2. Chm tia laz.er
3. Gỉång dáùn hỉåïng.
4. Tháúu kênh häüi tủ.

4

h

d

Hình 2.2. Sơ đồ cắt kim loại bằng chùm tia laser

Cắt thép bằng chùm tia laser cho năng suất cao, có thể cơ khí hố và tự động hố
dễ dàng nhưng phương pháp này có những hạn chế là chiều dày tấm cắt nhỏ hơn 20
mm , thiết bị tạo tia laser cũng như các thiết bị điều khiển chương trình số CNC có
giá thành cao.
2.1.4. CẮT BẰNG CHÙM TIA PLASMA
Để tạo nên dòng các ion người ta sử dụng sự phóng điện với khoảng cách lớn
giữa hai điện cực. Hồ quang sẽ cháy trong một rảnh trụ kín cách điện với điện cực và
đầu mỏ phun , đồng thời nó được làm nguội mảnh liệt và bị ép bởi áp lực của dịng
khí nén (khí trơ). Nhờ có hệ thống như vậy mà nhiệt độ có thể tăng lên 10.000
20.000oC.

SVTH: Nguyễn Thế Ngà

GVHD: TS. Nguyễn Phạm Thế Nhân

Trang 14


Đề Tài: Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm Bằng Thủy Lực

Hình 2.3. 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 2.4. Sơ đồ cắt bằng plasma trong thực tế.

2.1.5. 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. Q 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 2.5a). Ứng suất
tập trung làm phát sinh dòng chảy kim loại tạo thành vùng kim loại bị chèn ép bao
quanh lưỡi cắt, sự chèn ép cục bộ đó sẽ phát triển đến khi tồn bộ chiều dày của kim
loại đạt đến ứng suất dư để làm xuất hiện đường trượt.
SVTH: Nguyễn Thế Ngà

GVHD: TS. Nguyễn Phạm Thế Nhân

Trang 15


h

h2

Đề Tài: Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm Bằng Thủy Lực



z

z

a

z

b

c

Hình 2.5. 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 2.5b). 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 phơi 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 2.5c). 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 2.6a) hoặc gặp nhau
(hình 2.6b). 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.




h

Z < Z täúi ỉu

a

Z=Z

täúi ỉu

b

Hình 2.6. Sơ đồ phân bố các vết nứt tại mép cắt
SVTH: Nguyễn Thế Ngà

GVHD: TS. Nguyễn Phạm Thế Nhân

Trang 16


Đề Tài: Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm Bằng Thủy Lực

Trị số khe hở tối ưu được xác định nếu biết được giá trị của h và  :
Ztối ưu = (h – h2)tg  .
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
hố và tự động hố, 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.
2.1.5.1. Máy cắt dao thẳng song song
2.1.5.1.1. 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 vng, chữ nhật, 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 đi vật cán và dùng để cắt phân đoạn vật cán theo kích thước qui định. Khi
làm việc mặt phẳng chuyển động của dao khơng đổi.
1
2

6

7

3





H

h

S

L

8
5

4

Hình 2.7. Ngun 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

4. Bàn trượt dưới

8. Lưỡi dao dưới

SVTH: Nguyễn Thế Ngà

GVHD: TS. Nguyễn Phạm Thế Nhân

Trang 17

Đề Tài: Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm Bằng Thủy Lực

+ 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
: Chiều dày lưỡi cắt

S

 = 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.
2.1.5.1.2. 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 tồn và khơng 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
Z1/2

Q

*. Thời kỳ cặp:

1 =

a

Hình 2.8 Sơ đồ thời kỳ cặp

Z1
h

SVTH: Nguyễn Thế Ngà

T

Z1/2

P

P

c

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 q trình
này người ta đưa ra thơng số tỷ số chiều
sâu cắt tương đối 1:

T

(2.1)
GVHD: TS. Nguyễn Phạm Thế Nhân

Trang 18


Đề Tài: Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm Bằng Thủy Lực

Trong đó :
Z1: chiều sâu kim loại được cắt
h : chiều dày vật cắt
L

Z2/2

Q

*. Thời kỳ 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 2.9. 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 2 và được đặc trưng bởi tỷ số sau:
2 =

Z2
h

( 2.2)

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 Pmax là ở cuối thời
kỳ cặp và đầu thời kỳ cắt và Pmax được tính theo công thức sau:
Pmax =  max .F = k1 . b .F

(2.3)

Trong đó:
k1 =

 max
b

= 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- 1)

( 2.4)

Thay các giá trị trên vào ( 3.3 ), ta có:
Pmax =k1.k2.k3.  b .b.h(1 −  1 )

(2.5)

Trong đó:
SVTH: Nguyễn Thế Ngà

GVHD: TS. Nguyễn Phạm Thế Nhân

Trang 19


Đề Tài: Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm Bằng Thủy Lực

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  1 ,  2 tra trong bảng quan hệ giữa vật liệu cắt với  1 ,  2 (Bảng 8.1 [8]).
Khi dao ăn vào kim loại thì phơi 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
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.
2.1.5.2. 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 (  ), 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 trịn theo chiều của bán kính.
Máy cắt đĩa thường có hai loại: loại một cặp đĩa và loại nhiều cặp đĩa:
2.1.5.2.1. 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: Nguyễn Thế Ngà

GVHD: TS. Nguyễn Phạm Thế Nhân

Trang 20