(Đề tài NCKH) thiết kế thiết bị cắt thép bằng thủy lực tại xưởng hàn điện khoa CKM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI
HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ
CHÍ MINH

CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

THIẾT KẾ THIẾT BỊ CẮT THÉP BẰNG THỦY
LỰC TẠI XUỞNG HÀN ÐIỆN – KHOA CKM

MÃ SỐ: T2015-06

SKC005635

Tp. Hồ Chí Minh, 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
—œ&•—

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

THIẾT KẾ THIẾT BỊ CẮT THÉP
BẰNG THỦY LỰC TẠI XƯỞNG
HÀN ĐIỆN – KHOA CKM
MÃ SỐ: T2015 - 06

Chủ nhiệm đề tài:

KS: HOÀNG VĂN HƯỚNG

TP. HỒ CHÍ MINH
Tháng 10 năm 2015


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
—œ&•—

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

THIẾT KẾ THIẾT BỊ CẮT THÉP
BẰNG THỦY LỰC TẠI XƯỞNG
HÀN ĐIỆN – KHOA CKM
MÃ SỐ: T2015 - 06

Chủ nhiệm đề tài:

KS: HOÀNG VĂN HƯỚNG

TP. HỒ CHÍ MINH
Tháng 10 năm 2015


Đề tài KH & CN cấp Trường

MỤC LỤC
TỔNG QUAN....................................................................................................................................... 4
I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI................................................................................................... 4

II.
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI............................................................................... 4
III. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU.................................................................................................... 4
IV. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.............................................................................................. 4
V.
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU & KẾT CẤU ĐỀ TÀI................................................................. 4
CHƯƠNG II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT......................................................................................... 5
I. BIẾN DẠNG DẺO KIM LOẠI.............................................................................................. 5
II. SỰ THAY ĐỔI TÍNH CHẤT CỦA THÉP TRONG GIA CƠNG............................ 6
1. Sự hóa già do biến dạng....................................................................................................... 6
2. Mặt trượt..................................................................................................................................... 7
3. Sự phát sinh hiện tượng ăn mòn........................................................................................ 7
III. NGUYÊN LÝ BIẾN DẠNG KHI CẮT........................................................................... 7
VI. MÁY CẮT CÓ LƯỠI DAO CHUYỂN ĐỘNG TỊNH TIẾN...........................11
1. Dao bố trí song song........................................................................................................ 11
2. Dao bố trí nghiêng............................................................................................................ 14
VII. ĐẶC ĐIỂM CỦA VẬT LIỆU CẮT........................................................................... 15
1. Kích thước............................................................................................................................ 15
2. Cơ tính................................................................................................................................... 15
CHƯƠNG III: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ.................................................................... 17
I. CHUYỂN ĐỘNG TỊNH TIẾN XILANH THUỶ LỰC............................................. 18
1. Sơ đồ nguyên lý...................................................................................................................... 18
2. Nguyên tắc hoạt động......................................................................................................... 18
3. Đặc điểm.................................................................................................................................. 18
II. THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC CHO BỘ PHẬN KẸP CHẶT........................................... 19
1. Kẹp phôi bằng trọng lực của khối kim loại................................................................. 20
2. Kẹp phơi bằng khí nén hoặc dầu ép thủy lực............................................................. 20
3. Kẹp phơi bằng lị xo chịu nén........................................................................................... 21
III. DAO CẮT SONG SONG CHUYỂN ĐỘNG TỊNH TIẾN.................................... 22
1. Tính tốn lực cắt thép......................................................................................................... 22

2. Tính tốn xilanh.................................................................................................................... 22
IV. DAO CẮT NGHIÊNG CHUYỂN ĐỘNG TỊNH TIẾN.......................................... 24
1. Tính tốn lực cắt thép......................................................................................................... 24
2. Tính tốn xilanh.................................................................................................................... 24
V. TÍNH TỐN CÁC THÔNG SỐ CỦA BƠM VÀ XILANH.................................... 25
1. Chọn bơm dầu cung cấp cho hệ thống thủy lực........................................................ 25
2. Tính sơ bộ chiều dài thân xilanh..................................................................................... 27
VI. XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN ỐNG DẪN DẦU................................................................. 28
Hoàng Văn Hướng

Trang 1


Đề tài KH & CN cấp Trường

VII. TÍNH TỔN THẤT TRÊN HỆ THỐNG....................................................................... 28
1. Tổn thất áp suất trên hệ thống......................................................................................... 29
2. Tổn thất thể tích trên hệ thống......................................................................................... 30
VIII. PHÂN TÍCH CHỌN LOẠI DẦU CHO HỆ THỐNG.......................................... 31
IX. CHỌN BỂ DẦU CHO HỆ THỐNG............................................................................... 32
1. Nhiệm vụ của bể dầu........................................................................................................... 32
2. Chọn kích thước bể dầu...................................................................................................... 32
X. CHỌN CÁC PHẦN TỬ THUỶ LỰC KHÁC.............................................................. 32
1. Van tràn.................................................................................................................................... 32
2. Van tiết lưu............................................................................................................................... 33
3. Van một chiều......................................................................................................................... 33
XI. TÍNH TỐN CƠ CẤU KẸP PHÔI................................................................................. 34
1. Chọn vật liệu và ứng suất cho phép của lò xo........................................................... 35
2. Chọn tỷ số đường kính........................................................................................................ 35
3. Tính đường kính dây lị xo................................................................................................. 35

4. Xác định số vòng làm việc của lò xo............................................................................. 36
5. Xác định các kích thước khác.......................................................................................... 36

H
6. Kiểm nghiệm tỷ số

D

0

≤3

.............................................................................................................. 37

7. Kiểm nghiệm ứng suất xoắn cho phép [τ]................................................................... 37
XII. TÍNH TỐN THƠNG SỐ DAO VÀ THANH TRƯỢT....................................... 37
1. Chọn vật liệu chế tạo dao cắt thép................................................................................. 37
2. Đặc điểm và điều kiện làm việc của dao...................................................................... 38
3. Các thông số của dao và thanh trượt............................................................................ 38
4. Kiểm nghiệm sức bền của dao......................................................................................... 39
XIII. THIẾT KẾ THÂN MÁY.................................................................................................. 39
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................................... 43
I. KẾT LUẬN.................................................................................................................................. 43
II.
KIẾN NGHỊ............................................................................................................................. 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................... 44

Hoàng Văn Hướng

Trang 2

Đề tài KH & CN cấp Trường

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Thông tin chung:
- Tên đề tài: “Thiết kế thiết bị cắt thép bằng thủy lực tại xưởng hàn điện –

Khoa CKM”
- Mã số: T2015 – 06
- Chủ nhiệm: Hồng Văn Hướng
- Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.
- Thời gian thực hiện: từ 01/2015 – 12/2015.
2. Mục tiêu:
- Nghiên cứu, thiết kế thiết bị cắt thép thủy lực hoàn chỉnh.
3. Tính mới và sáng tạo:
- Thiết kế thiết bị cắt thép nhanh và chính xác cho các bài tập thực tập hàn

điện tại Xưởng hàn điện.
4. Kết quả nghiên cứu:
- Bản thiết kế thiết bị cắt thép bằng thủy lực cho các bài tập thực tập hàn điện.
5. Sản phẩm:
- Tập thuyết minh bản thiết kế kế thiết bị cắt thép bằng thủy lực cho các

tập thực tập hàn điện tại Xưởng hàn bài điện - khoa CKM.
6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp

dụng:
Đã thiết kế kế thiết bị cắt thép bằng thủy lực cho các bài tập thực tập hàn điện
tại Xưởng hàn điện - khoa CKM, có thể chế tạo hoàn thiện thiết bị rồi chạy thửa.

Trưởng Đơn vị

Chủ nhiệm đề tài

(ký, họ và tên, đóng dấu)

(ký, họ và tên)

Hồng Văn Hướng

Hoàng Văn Hướng

Trang 3


Đề tài KH & CN cấp Trường

CHƯƠNG MỞ ĐẦU
TỔNG QUAN
Sự phát triển của khoa học kỹ thuật ngày càng nhanh đã và đang góp phần
nâng cao năng suất lao động. Sự phát triển này đã dẫn đến có nhiều loại máy ra đời
nhằm phục vụ cho nhu cầu thiết yếu của con người. Trong đó, máy cắt thép đã và
đang được ứng dụng nhiều trong công nghiệp và xây dựng. Đối với các nước tiên
tiến trên thế giới thì máy cắt thép đã được nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng khá phổ
biến vào sản xuất. Riêng ở nước ta lĩnh vực này đang được nghiên cứu để đưa vào
ứng dụng trong sản xuất cũng như phục vụ công tác học tập tại các trường trung
cấp, cao đẳng và đại học kỹ thuật.
Q trình chuẩn bị phơi là một phần rất quan trọng trong Thực tập hàn điện, đề
tài “Thiết kế thiết bị cắt thép bằng thủy lực tại xưởng hàn điện – Khoa CKM”
giúp cho việc cắt thép chính xác và thuận tiện hơn trong học tập và giảng dạy.

I.

Tính cấp thiết của đề tài
Cần thiết để phục vụ việc cắt thép nhanh và chính xác cho các bài tập thực tập

hàn điện tại Xưởng hàn điện - khoa CKM.
AI.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu, thiết kế thiết bị cắt thép bằng thủy lực hoàn chỉnh theo yều cầu

tại Xưởng hàn điện - khoa CKM.
BI.

Đối tượng nghiên cứu
Thiết bị cắt thép phục vụ bài tập thực hành hàn hồ quang Xưởng hàn điện –

khoa CKM
IV.

Phương pháp nghiên cứu
Thơng qua tìm hiểu vật liệu cần cắt của bài tập thực tập hàn hồ quang, nghiên

cứu, đưa ra phương án thiết kế thiết bị cắt thép bằng thủy lực.
V.

Nội dung nghiên cứu & kết cấu đề tài
Chương 1: Mở đầu
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Tính tốn & thiết kế

Kết luận & kiến nghị

Hoàng Văn Hướng

Trang 4


Đề tài KH & CN cấp Trường

CHƯƠNG II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
I. BIẾN DẠNG DẺO KIM LOẠI
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 trên có thể xảy ra ở các mức độ khác nhau dưới tác dụng của ngoại lực và
tải trọng.

Hình 2.1: Biểu đồ kéo của kim loại
- Khi tải trọng tác dụng nhỏ hơn P p 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
(vùng I).
- Khi tải trọng từ Pp → Pmax 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 (vùng II).
- 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 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 (vùng III).
Trong kim loại đơn tinh thể các nguyên tử kim loại sắp xếp theo một trật tự

xác định, mỗi nguyên tử luôn dao động xung quanh vị trí cân bằng của nó (Hình 2.2
-a).
Hồng Văn Hướng

Trang 5


Đề tài KH & CN cấp Trường

τ

a)

τ
c)
Hình 2.2: Sơ đồ biến dạng trong đơn tinh thể kim loại
Dưới tác dụng của ngoại lực hay cắt kim loại bằng áp lực, mạng tinh thể bị
biến dạng. Khi lực tác dụng nhỏ, ứng suất sinh ra trong kim loại chưa vượt quá giới
hạn đàn hồi, các nguyên tử kim loại dịch chuyển không quá một thông số mạng, nếu
thôi tác dụng lực thì mạng tinh thể lại trở về trạng thái ban đầu (Hình 2.2-b).
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.
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.

II. SỰ THAY ĐỔI TÍNH CHẤT CỦA THÉP TRONG GIA CƠNG
Khi cắt tính chất của thép bị thay đổi. Sở dĩ như vậy là 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.
1. 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
nâng cao tính bền của kim lọai (trở lực biến dạng, giới hạn chảy và độ cứng tăng).
Sự hóa già biến dạng xảy ra khơng đồng đều, trước tiên nó làm tăng độ cứng của
Hoàng Văn Hướng

Trang 6


Đề tài KH & CN cấp Trường

kim loại tại các vùng có mật độ các nguyên tử nitơ và cácbon cao, chủ yếu là ở mặt
trượt, tại đây đặc biệt có nhiều lệch.
Đối với thép cácbon 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.
2. 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 khơng 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.
3. 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 không giống nhau, sự thay đổi hình dạng của
các phơi kề nhau sau khi cắt sẽ phát sinh những ứng suất dư tế vi. Những ứng suất

dư này khi có sự ăn mòn sâu và các tinh thể sẽ làm suy yếu liên kết ở biên giới giữa
các hạt và có thể gây ra những mầm giòn tự phát của các sản phẩm kim loại hoặc
bán thành phẩm.
BI.

NGUYÊN LÝ BIẾN DẠNG KHI CẮT
Quá trình cắt được chia làm hai giai đoạn:
- Giai đoạn ép vào kim loại: Hai lưỡi dao tỳ vào bề mặt kim loại làm xô lệch

các thớ kim loại nhưng chưa làm đứt chúng.
- Giai đoạn cắt: Hai lưỡi dao tiếp tục ép sát vào nhau làm các thớ kim loại bị

trượt và tách khỏi nhau.
Để tìm hiểu nguyên lý biến dạng, ta khảo sát nguyên công cắt phôi và cắt chia,
nhằm xác định các thông số cần thiết cho việc tính tốn cơng nghệ.
Trong q trình tách một phần kim loại này ra khỏi phần kim loại khác có thể
chia thành các giai đoạn riêng biệt.

Hồng Văn Hướng

Trang 7


Đề tài KH & CN cấp Trường

h

Z

Z

Z

b)

a)

c)

Hình 2.3: Các giai đoạn của quá trình cắt
Ở giai đoạn đầu của quá trình cắt biến dạng dẻo tập trung ở mép làm việc của

lưỡi cắt sau đó biến dạng bao quanh lưỡi cắt ( Hình 2.3 - a).
Giai đoạn hai bắt đầu khi có sự chuyển dịch tương đối giữa phần này với phần
kia của tấm (Hình 2.3 - b). Ở giai đoạn này nó tạo ra bề mặt phẳng nhẵn, bóng và
được san phẳng bởi lực ma sát F hướng theo bề mặt bên của lưỡi dao.
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 3. 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 (Hình 2.3 - c). Sự phá huỷ kim loại xảy ra ở phía
trước mép làm việc của lưỡi dao, vì vậy các vết nứt gọi là các vết nứt phá vỡ trước.
Sự đứt vỡ bắt đầu khi lưỡi dao éo sâu vào đến một chiều sâu h xác định. Chiều
sâu này tuỳ thuộc tính chất cơ lý của kim loại và chiều dày S của thép, nếu vật liệu
càng dẻo thì h càng lớn. Các giai đoạn của quá trình cắt được đặc trưng bởi hình
dạng của bề mặt cắt (Hình 2.4).
I

S

h

II

III

Hình 2.4: Bề mặt bên của phần kim loại được cắt ra
- Vùng I là vùng uốn do các lớp kim loại liền kề với bề mặt cắt (dọc theo bề

rộng của thép) bị bao trùm bởi biến dạng dẻo thay đổi từ giá trị khơng ở lớp giới hạn
ngồi cùng đến giá trị cực đại ở bề mặt bị tách ra.
Hoàng Văn Hướng

Trang 8


Đề tài KH & CN cấp Trường
- Vùng II là vùng có bề mặt sáng bóng, được san phẳng bởi lực ma sát.
- Vùng III là vùng bề mặt nứt vỡ được tạo ra do sự xuất hiện và phát triển của

các vết nứt. Các vết nứt này tạo với bề mặt của thép một góc θ xác định và được gọi
là góc nứt tự do. Giá trị của góc θ = ( 4 ÷ 6 )º tuỳ thuộc vào tính chất cơ lý của vật
liệu.

Hình 2.5: Sơ đồ tác dụng lực khi cắt
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 Z. Khi cắt sẽ sinh ra moment uốn M
bằng tích số giữa lực cắt đặt tại lưỡi cắt với khoảng cách lớn hơn khe hở Z một chút:
M = a.R , trong đó a > Z
Moment uốn làm cho phôi cắt bị quay đi. Khi đó sẽ sinh ra phản lực N ở bề

mặt bên của lưỡi cắt. Kim loại sẽ ngừng quay khi moment uốn M cân bằng với
moment do phản lực N gây ra:
M = a.R = N.b
Trong quá trình cắt nếu kim loại bị quay đi một góc thì 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 cần
phải loại bỏ hiện tượng quay của kim loại 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 thép 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 (Hình 2.6).
Hồng Văn Hướng

Trang 9


Đề tài KH & CN cấp Trường

Hình 2.6: Sơ đồ phân bố các vết nứt tại mép cắt
Trị số khe hở tối ưu được xác định nếu biết được giá trị của h và θ.
Ztu = ( S - h ).tg θ

Từ cơng thức trên ta có thể thấy rằng trị số khe hở tối ưu sẽ tăng lên khi chiều
dày vật liệu tăng và giảm trị số h (vật liệu càng dẻo thì trị số khe hở tối ưu càng
nhỏ).
Tỷ số h/S tuỳ thuộc vào loại vật liệu phôi và tốc độ biến dạng. Giá trị này có
thể được xác định theo công thức kinh nghiệm:
h/S = 0,76 - 0,035.S - 0,0014.n (với thép có σb = 300MP)

Trong đó : n: hành trình/phút của máy cắt
Trên thực tế trị số khe hở tối ưu Z tối ưu được xác định theo các số liệu trên cơ
sở thực nghiệm và những kinh nghiệm của những nhà máy tiên tiến. Đối với thép
mềm trị số khe hở tối ưu thay đổi tuỳ thuộc chiều dày vật liệu từ 0,02 (khi S = 0,25)
đến 0,82 (khi S = 12,5).
Một cách gần đúng có thể coi rằng với S ≤ 4 thì: Ztu = (0,03 ÷ 0,06) mm
Bảng 2.1: Các thơng số ảnh hưởng đến lực cắt
Các nhân tố ảnh hưởng
Giới hạn bền σ b
Nhiệt độ
Khe hở ∆
Bán kính góc lượn lưỡi dao r
Góc của lưỡi dao α
Tốc độ cắt


Hoàng Văn Hướng


Đề tài KH & CN cấp Trường

VI.
1.

MÁY CẮT CÓ LƯỠI DAO CHUYỂN ĐỘNG TỊNH TIẾN
Dao bố trí song song

Hình 2.7: Sơ đồ cắt thép bằng dao thẳng song song
1.

Bàn kẹp

2.

Bàn trượt trên

3. Cử cắt
4. Bàn trượt dưới
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.
Máy có các lưỡi dao đặt song song cho nên có tên gọi như trên. Khi làm việc mặt
phẳng chuyển động của dao không đổi.
Các thông số cơ bản của máy theo trên hình 2.7:
H: Chiều cao vận hành dao.
L: Chiều dài sản phẩm.
S: Chiều cao lưỡi cắt.

S
δ: Chiều dày lưỡi cắt, δ = 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.
Hồng Văn Hướng

Trang 11


Đề tài KH & CN cấp Trường

l = (2 ÷ 2.5)b cho các máy có P = (1000 ÷ 1600) tấn.
0

Góc cắt 90 , bốn góc đều cắt được.
-

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, dù
rằng quá trình cắt chỉ xảy ra trong nháy mắt. Ba thời kỳ đó là: thời kỳ cặp, thời
kỳ cắt, thời kỳ đứt.
a

+ Thời kỳ cặp

P

P
Z2

Hình 2.8: Thời kỳ cặp của dao thẳng song song
Đây là thời kỳ mà lưỡi dao ăn vào kim loại, lúc này lực cắt của dao từ từ tăng

lên (Pcặp tăng từ P0àPmax ). Để đặc trưng cho độ nhanh chậm của q trình này
người ta đưa ra thơng số tỷ số chiều sâu cắt tương đối ε 1 .
e 1=

Trong đó,

Z 1
h

Z1: chiều sâu kim loại được cắt
h: chiều dày vật cắt

+ Thời kỳ cắt

h

Hình 2.9: Thời kỳ cắt của dao thẳng song song
Đây là thời kỳ mà lực cắt giảm dần xuống theo tiết diện của vật cắt, P giảm
dần từ Pmax à Pmin
+ Thời kỳ đứt:


Hoàng Văn Hướng

Trang 12


Đề tài KH & CN cấp Trường

Đây là thời kỳ kim loại tự đứt. Để đặc trưng cho độ nhanh chậm của thời kỳ

đứt, người ta cũng đưa ra khái niệm độ sâu đứt tương đối ԑ2 và được đặc trưng
bởi tỷ số sau:
Trong đó,
tự đứt.
h: là chiều dày ban đầu của vật cắt.
Qua thực tế và thí nghiệm, người ta thấy rằng lực cắt lớn nhất P max là ở
cuối thời kỳ cặp và đầu thời kỳ cắt và Pmax được tính theo cơng thức sau:
Pmax = τmax.F=k1.σb.F

Trong đó,

h1: chiều dày còn lại, h1 = h - z 1 = h(1- ԑ1)
Thay các giá trị trên vào, ta có :
Pmax =k1.k2.k3.σb .b.h(1− ε1
Trong đó,

)

k2: Hệ số kể đến sự tăng lực khi dao bị cùn, k2 = (1,1 ÷ 1,2)

cho cắt nóng và k2 = (1,15 ÷ 1,25) cho cắt nguội.
k3: Hệ số xét đến ảnh hưởng về khe hở của hai lưỡi dao, k3
= (1,15 ÷ 1,25) cho cắt nóng và k3 = (1,2 ÷ 1,3) cho cắt nguội.
Trị số ԑ1 tra trong bảng quan hệ giữa vật liệu cắt với ԑ1 và ԑ2.
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.


Hoàng Văn Hướng

Trang 13


Đề tài KH & CN cấp Trường

2. Dao bố trí nghiêng

Hình 2.10: Sơ đồ cắt thép bằng dao nghiêng
Loại máy này lưỡi dao dưới nằm ngang, lưỡi dao trên nghiêng một góc α = 2 ÷
0

6 . Khi cắt dao tiếp xúc dần với vật cắt từ trái sang phải, lực cắt thực hiện khơng
đồng thời trên tồn chiều rộng cắt B.
Diện tích kim loại bị cắt sẽ theo tiết diện của tam giác ABC. Thực tế khi dao
làm việc thì diện tích kim loại bị cắt sẽ là hình thang ABDE còn tam giác DEC là
phần tự đứt, do đó ở phần đỉnh tam giác dọc theo cạnh DE trở về phía AB xuất hiện
sự cắt kim loại. Lực cắt sẽ nhỏ hơn nhiều so với lực cắt dùng dao thẳng song song.
Xác định lực cắt:
Z2 = h – DE = h.ԑ2
ԑ2 = (1,2 ÷ 1,6)δ = Z/h
Trong đó,

Z2 : đại lượng đặc trưng cho chiều sâu cắt

ԑ2: tỷ số biểu thị độ sâu tương đối cắt của vật cắt, nó phụ thuộc

độ dẻo tương đối kim loại và cịn đặc trưng cho q trình cắt nhanh chậm của sự
cắt kim loại.
δ: hệ số giãn dài tương đối khi kéo dài kim loại.
P = τtb.F
τtb: ứng suất tiếp trung bình theo diện tích hình thang ABDE.
AB + DE
F: diện tích hình thang ABDE, F =
AD .
2

Từ thực nghiệm tính được mối quan hệ giữa τtb và τmax như sau:
3 / 2 − ε2
τ tb = τ max .

F =

2 − ε2

2 −ε 2
2
2tg α .ε2 .h

Thay các giái trị cơng thức vào lực cắt, ta có:
Hồng Văn Hướng

Trang 14


Đề tài KH & CN cấp Trường
P = k1.k2 .k 3 .σ b .

Trong đó,

3 / 2 − ε2
.ε2 .h2
2tgα

ԑ2: độ sâu tương đối vật cắt.

k1: hệ số phụ thuộc độ cứng của vật liệu, k1 = 0,7 ÷0,75 =
τmax/σb
k2: Hệ số kể đến sự tăng lực khi dao bị cùn, k2 = 1,2 ÷ 1,3.
k3: Hệ số xét đến ảnh hưởng về khe hở của hai lưỡi dao.
h và σb: chiều dày và giới hạn bền của vật liệu.
Chú ý:

VII.

-

Khi tgα > h/b thì tính lực cắt và sự cắt theo dao cắt nghiêng.

-

Khi tgα < h/b thì tính lực cắt và sự cắt theo dao cắt song song.

ĐẶC ĐIỂM CỦA VẬT LIỆU CẮT

1.

Kích thước

Vật liệu cắt là thép thanh:
-

Chiều dày: (3 – 5)mm.

-

Chiều rộng: (25 – 35)mm.
Để thuận tiện cho công việc nghiên cứu và thiết kế cũng như hiệu quả đạt được

sau khi hoàn thành, ta chọn chiều dày phôi cụ thể là 5mm, chiều rộng phôi là 35mm.
2. Cơ tính
Trong q trình tìm hiểu tại Xưởng hàn hồ quang tay, phơi cắt nằm trong nhóm
thép cacbon CT.
- Theo tiêu chuẩn Liên Xô ГOCT380 – 71 quy định nhóm thép này được kí

hiệu bằng chữ Cт với các số thứ tự 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 (số càng lớn độ bền và lượng
cácbon càng lớn) và được chia thành 3 phân nhóm.
- Theo tiêu chuẩn Việt Nam 1765:1965 kí hiệu bằng hai chứ CT và số thép
2

theo giới hạn bền tính ra kG/mm .

Hồng Văn Hướng

Trang 15

Đề tài KH & CN cấp Trường

Phân nhóm thứ nhất (A)

·

Bảng 2.2: Cơ tính quy định của các số hiệu thép cacbon chất lượng thường
phân nhóm thứ nhất ( ГOCT380 – 71 và 1765:1965)

Số hiệu thép
Liên Xơ
Cт0
Cт1
Cт2
Cт3
Cт4
Cт5
Cт6

Phân nhóm thứ hai:

·
-

Theo TC Liên Xơ: thêm kí hiệu Ъ trước Cт.

-

Theo TC Việt Nam: thêm kí hiệu B trước CT.

- Phân nhóm thứ ba:
-

Theo TC Liên Xơ: thêm kí hiệu B trước Cт.

-

Theo TC Việt Nam: thêm kí hiệu C trước CT.

Theo kinh nghiệm sư dụng người ta thấy lượng C trong nhóm thép thứ nhất
bằng khoảng số thứ tự của kí hiệu nhân với 0.07%.
Ví dụ: Cт3 có ~ 0,21%C, Cт5 có ~ 0,35%C.
Như vậy trong q trình tìm hiểu và nghiên cứu phơi cắt của chúng ta có thành
phần C (0.3 – 0.4)%, do đó ta chọn thép Cт5 (CT51) phù hợp với tình hàn.
Thơng số thép Cт5:

%C: 0,35% ; σ b = (500 – 640) N/mm

2


Hoàng Văn Hướng

Trang 16


Đề tài KH & CN cấp Trường

CHƯƠNG III: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ

Bản vẽ thiết kế

Hoàng Văn Hướng

Trang 17


Đề tài KH & CN cấp Trường

I. CHUYỂN ĐỘNG TỊNH TIẾN XILANH THUỶ LỰC
1. Sơ đồ nguyên lý

Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống xy lanh thuỷ
lực 2. 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 xy
lanh. Áp lực lớn của dầu sẽ đẩy pít tơng tiến lên phía trước. Trong hành trình
ngược lại dầu được dẫn vào buồng bên phải đẩy pít tơng lùi về.
3. Đặc điểm

v 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 không lệ thuộc với nhau, các
bộ phận nối thường là các đường ống nối dễ đổi chỗ.
- 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 lực và
tính nén được của dầu.

- Tự động hố đơn giản. v
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.
Hồng Văn Hướng

Trang 18