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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÁY CẮT THÉP TẤM TỰ ĐỘNG

Người hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:

ThS. TRẦN NGỌC HẢI
LÊ PHÚC HOÀNG

Đà Nẵng, 2018


LỜI CẢM ƠN
Cùng với sự phát triển của khoa học nói chung và ngành cơ khí nói riêng.
Địi hỏi ngƣời cán bộ kỹ thuật phải nắm vững kiến thức cơ bản tƣơng đối rộng.
Đồng thời phải biết vận dụng kiến thức đã học trong suốt 5 năm để giải quyết
những vấn đề cụ thể thƣờng gặp trong sản xuất, sửa chữa và sử dụng. Do đó đồ
án tốt nghiệp là mục đích giúp hệ thống lại những kiến thức cơ bản đã học trƣớc lúc
ra trƣờng. Cùng với sự phát triển của thời đại cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa của
ngành cơ khí, thì nhu cầu sản xuất phải sử dụng máy móc độ chính xác cao, phải
giảm sức lao động của con ngƣời, tăng năng suất lao động. Nhằm đáp ứng nhu cầu
đó, em đã nhận đề tài tốt nghiệp là “Thiết kế máy cắt thép tấm tự động” với các nội
dung sau:

C
C

Chƣơng 1: Giới thiệu chung về đề tài và tầm quan trọng của thép tấm.
Chƣơng 2: Phân tích và lựa chọn phƣơng án thiết kế máy.

R
L
T.

Chƣơng 3: Tính tốn động học tồn máy.

Chƣơng 4: Tính tốn động lực học và kết cấu máy.

DU

Chƣơng 5: Thiết kế hệ thống điều khiển.
Chƣơng 6: An toàn và vận hành máy.

Đề tài đƣợc hồn thành với sự hƣớng dẫn tận tình của thầy giáo hƣớng dẫn ThS.
Trần Ngọc Hải cùng các thầy cơ trong khoa .Vì là một vấn đề tƣơng đối lớn, mới
của ngƣời sinh viên, không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong sự góp ý chỉ
bảo của thầy cô.
Em xin chân thành cảm ơn thầy hƣớng dẫn và q thầy cơ trong khoa, cơng ty Cơ
khí Hà Giang Phƣớc Tƣờng đã giúp em hoàn thành đồ án này!
Đà Nẵng, Ngày 20 tháng 12 năm 2018.
Sinh viên thiết kế

i



MỤC LỤC
LỜI NĨI ĐẦU ............................................................................................................... 1
1. Mục đích thực hiện và mục tiêu của đề tài. ................................................................ 1
2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài tốt nghiệp. ................................................................. 1
3. Phƣơng pháp nghiên cứu. .......................................................................................... 1
4. Cấu trúc đồ án tốt nghiêp. .......................................................................................... 1
CHƢƠNG 1:.................................................................................................................. 2
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THÉP TẤM ........................................................................ 2
1.1 Nhu cầu về sử dụng thép tấm:.................................................................................. 2
1.2. Cơ sở lý thuyết cắt kim loại: ................................................................................... 5
1.2.1. Các đặc điểm kỹ thuật của sản phẩm: .................................................................. 5
1.2.2. Cơ sở lý thuyết của quá trình cắt thép tấm: .......................................................... 5

C
C

CHƢƠNG 2:................................................................................................................ 11

R
L
T.

PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY............................... 11
2.1 Giới thiệu một số phƣơng pháp cắt thép tấm: ........................................................ 11

DU

2.1.1. Phƣơng pháp cắt thủ công:................................................................................. 11
2.1.2. Cắt bằng hồ quang điện hoặc ngọn lửa khí: ....................................................... 11

2.1.3. Cắt bằng tia laser: .............................................................................................. 13
2.1.4. Cắt trên máy cắt có lƣỡi dao chuyển động quay: ............................................... 14
2.1.5. Cắt trên máy cắt có lƣỡi dao chuyển động tinh tiến: .......................................... 17
2.1.6. Kết luận: ............................................................................................................ 20
2.2. Phân tích chọn phƣơng án thiết kế máy : .............................................................. 21
2.2.1. Chuyển động tịnh tiến nhờ cơ cấu tay quay con trƣợt:....................................... 21
2.2.2. Chuyển động tịnh tiến nhờ xy lanh thuỷ lực: ..................................................... 22
2.2.3. Kết luận: ............................................................................................................ 23
CHƢƠNG 3:................................................................................................................ 25
TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC TỒN MÁY.................................................................... 25
3.1. Dao cắt:................................................................................................................. 25
3.1.1. Tính tốn sơ bộ chiều dài của lƣỡi dao: ............................................................. 25
3.1.2. Xác định hành trình của dao nghiêng. ................................................................ 25
3.1.3. Xác định vận tốc và thời gian cắt của đầu dao trên : .......................................... 26
3.1.4. Xác định thời gian đi xuống của đầu dao trên : .................................................. 26
3.2. Bộ phận kẹp chặt: ................................................................................................. 26
3.2.1 Kẹp phơi bằng chính trọng lực của một khối kim loại ........................................ 27
ii


3.2.2. Kẹp chặt bằng hệ thống thuỷ lực dầu ép hoặc khí nén . ..................................... 27
3.2.3. Kẹp chặt bằng hệ thống các lò xo chịu nén gắn lên lƣỡi dao trên : .................... 28
3.2.4. Kết luận : ........................................................................................................... 29
3.3. Hệ thống cấp phôi: ................................................................................................ 29
3.3.1. Cấp phôi bằng hệ thống các xilanh - piston khí nén :......................................... 30
3.3.2. Hệ thống cấp phôi dùng băng tải: ...................................................................... 31
3.3.3. Hệ thống cấp phôi dùng cặp con lăn: ................................................................ 32
3.3.4. Động học hệ thống cấp phôi: ............................................................................ 32
3.4. Cơ cấu đỡ phôi:..................................................................................................... 33
CHƢƠNG 4:................................................................................................................ 34

TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC VÀ KẾT CẤU MÁY ............................................. 34
4.1. Tính tốn hệ thống thuỷ lực: ................................................................................. 34
4.2. Tính tốn xy lanh tạo lực cắt:................................................................................ 35

C
C

4.2.1. Xác định lực cắt: ................................................................................................ 35

R
L
T.

4.2.2. Tính tốn xy lanh: .............................................................................................. 35
4.2.3. Tính tốn bộ phận kẹp chặt: ............................................................................... 37

DU

4.2.4. Tính các tổn thất trong hệ thống ........................................................................ 39
4.2.5. Tính tốn lựa chọn các thông số của bơm. ......................................................... 42
4.2.6. Xác định tiết diện ống dẫn dầu : ........................................................................ 44
4.2.7. Phân tích chọn loại dầu trong hệ thống .............................................................. 44
4.2.8. Chọn các phần tử thuỷ lực khác: ........................................................................ 45
4.3. Tính tốn các thông số của lƣỡi dao và bàn trƣợt gá dao. ..................................... 48
4.3.1. Chọn vật liệu chế tạo dao cắt: ............................................................................ 48
4.3.2. Các thông số của dao và bàn trƣợt gá dao. ......................................................... 49
4.3.3. Kiểm nghiệm sức bền của thanh dao gá lên bàn dao.......................................... 51
4.4. Tính tốn hệ thống cấp phôi: ................................................................................ 52
4.4.1. Sơ đồ nguyên lý, nguyên lý hoạt động của bộ phận cấp phơi. ........................... 52
4.4.2. Tính lực kéo phôi thép tấm của tang dẫn động. ................................................. 53

4.4.3. Tính chọn động cơ: ............................................................................................ 54
4.5. Tính tốn hệ thống ra sản phẩm ............................................................................ 55
4.5.1. Sàn lăn: .............................................................................................................. 55
4.5.2. Cơ cấu đỡ phôi:.................................................................................................. 55
4.6.1. Chọn vật liệu, cách chế tạo và nhiệt luyện ......................................................... 57
4.6.2. Định ứng suất cho phép ..................................................................................... 57

iii


4.6.3. Chọn số mối ren Z1 của trục vít và tính số răng Z2 của bánh vít. ...................... 58
4.6.4. Chọn sơ bộ hiệu suất, hệ số tải trọng và tính cơng suất trên bánh vít................. 58
4.6.5. Định mođun m và hệ số đƣờng kính q theo điều kiện sức bền tiếp xúc. ............ 58
4.6.6. Kiểm nghiệm vận tốc trƣợt, hiệu suất và hệ số tải trọng .................................... 58
4.6.7. Kiểm tra sức bền uốn của răng bánh vít ............................................................. 59
4.6.8. Định các thơng số hình học chủ yếu của bộ truyền ............................................ 60
4.6.9. Tính lực truyền tác dụng lên trục vít .................................................................. 61
4.6.10. Kiểm nghiệm sức bền và độ cứng uốn của thân trục vít .................................. 62
4.6.11. Thiết kế trục: .................................................................................................... 63
4.6.12. Tính then .......................................................................................................... 71
4.6.13. Thiết kế gối đỡ trục:......................................................................................... 72
CHƢƠNG 5:................................................................................................................ 76
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ...................................................................... 76

C
C

5.1. Giới thiệu hệ thống điều khiển PLC: .................................................................... 76

R

L
T.

5.1.1. Sơ đồ khối của bộ điều khiển PLC:.................................................................... 76
5.1.2. Lập trình các thiết bị logic chuẩn. ...................................................................... 77

DU

5.1.3. Nội dung của một chƣơng trình điều khiển. ....................................................... 78
5.2. Phân tích chọn phƣơng án điều khiển: .................................................................. 79
5.2.1. Dùng một công tắc hành trình. ........................................................................... 79
5.2.2. Sử dụng cảm biến hồng ngoại. ........................................................................... 80
5.2.3. Dùng cảm biến đo độ dài. .................................................................................. 80
5.2.4. Kết luận: ............................................................................................................ 81
5.3. Hoạt động của hệ thống điều khiển :..................................................................... 81
5.3.1. Sơ đồ nguyên lý: ................................................................................................ 81
5.3.2. Hoạt động: ......................................................................................................... 81
5.3.3. Biểu đồ trạng thái: ............................................................................................. 82
5.3.4. Chƣơng trình điều khiển: ................................................................................... 83
CHƢƠNG 6: AN TỒN VÀ VẬN HÀNH MÁY. ..................................................... 84
6.1. Trƣớc khi làm việc:............................................................................................... 84
6.2.Trong khi làm việc:................................................................................................ 84
6.3. Sau khi làm việc: .................................................................................................. 84
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 85

iv


DANH MỤC HÌNH VẼ
Trang

H.1.1: Sản phẩm thép tấm trong nghành điện

2

H.1.2: Vỏ máy cắt thép tấm

2

H.1.3: Vỏ ôtô đƣợc làm từ thép tấm

3

H.1.4: Biểu đồ biến dạng dẻo kim loại

4

H.1.5: Các giai đoạn của quá trình cắt

5

H.1.6: Bề mặt bên của phần kim loại đƣợc cắt ra

6

H.1.7: Sơ đồ tác dụng lực khi cắt

7

H.1.8: Sơ đồ phân bố các vết nứt tại mép cắt


8

H.2.1: Sơ đồ cắt bằng khí

11

C
C

H.2.2: Sơ đồ nguyên lý cắt bằng tia laser
H.2.3: Sơ đồ nguyên lý cặp lƣỡi dao nghiêng
H.2.4: Sơ đồ xác định lực cắt

T
U

H.2.5: Sự thay đổi lực khi cắt trên máy cắt

D

H.2.6: Kết cấu của dao cắt đĩa

R
L
.

12
13
14
16

16

H.2.7: Sơ đồ tác dụng lực khi cắt trên máy cắt dao đĩa

17

H.2.8: Sơ đồ cơ cấu tay quay con trƣợt

20

H.2.8: Sơ đồ cơ cấu tay quay con trƣợt

21

H.2.10: Sơ đồ hệ thống thuỷ lực tạo lực cắt

23

H.3.1: Sơ đồ xác định hành trình dao

24

H.3.2: Sơ đồ kẹp chặt bằng trọng lƣợng khối kim loại

26

H.3.3: Sơ đồ kẹp chặt bằng thủy lực

27


H.3.4: Sơ đồ cơ cấu kẹp phôi bằng lo xo chịu nén

28

H.3.5:Hệ thống cấp phôi dùng xy lanh thuỷ lực

30

H.3.6: Sơ đồ cấp phôi bằng hệ thống băng tải

31

H.3.7: Sơ đồ cấp phôi bằng cặp lô cán

32

H.3.8: Sơ đồ nguyên lý bộ phận cấp phơi

33

H.4.1: Sơ đồ xác định kích thƣớc xy lanh

37

v


H.4.2: Sơ đồ nguyên lý bơm cánh gạt kép

44


H.4.3: Kết cấu van tràn

46

H.4.4: Kết cấu van tiết lƣu

47

H.4.5: Kết cấu van bi một chiều

48

H.4.6: Kết cấu van giảm áp

48

H.4.7: Kết cấu lƣỡi dao trên

51

H.4.8: Kết cấu bàn trƣợt gá dao

52

H.4.9: Sơ đồ hệ thống cấp phôi

53

H.4.10: Kết cấu con lăn hệ thống cấp phôi


54

H.4.11: Sơ đồ nguyên lý cơ cấu đỡ phơi

57

H.4.12: Sơ đồ tính tốn

58

C
C

H.4.13: Lực tác dụng lên bộ truyền

63

H.4.14: Phác thảo sơ đồ hộp giảm tốc ký hiệu trực 1, II , III

65

H.4.15: Biểu đồ mô men tác dụng lên trục vít

67

R
L
T.


DU

H.4.16: Biểu đồ mơ men tá dụng lên trục bánh vít

69

H.5.1: Sơ đồ khối bộ PLC

78

H.5.2: Sơ đồ đo bằng cơng tắc hành trình

81

H.5.3: Sơ đồ đo bằng cảm biến hồng ngoại

82

H.5.4: Sơ đồ đo bằng cảm biến độ dài

82

H.5.5: Sơ đồ điều khiển máy

83

H.5.6: Biểu đồ trạng thái hệ thống điều khiển

85


H.5.7- Chƣơng trình điều khiển

86

vi


Thiết kế máy cắt thép tấm tự động

LỜI NÓI ĐẦU

1. Mục đích thực hiện và mục tiêu của đề tài.
Trong thời đại cơng nghiệp hố và hiện đại hố đất nƣớc. khi nhu cầu về đời
sống của con ngƣời càng đƣợc nâng cao thì nền kinh tế cần phải kịp thời đáp ứng đầy
đủ những nhu cầu đó. mà đặc biệt là cơng nghiệp cơ khí nắm vai trị chủ yếu trong
việc tạo ra sản phẩm. Ở một khía cạnh khác, thì ngành cơng nghiệp tạo phơi lại đóng
một vai trò chủ chốt, là khâu cơ bản đầu tiên trong quy trình sản xuất cơ khí tạo phơi
góp phần tạo ra ngun liệu cho q trình gia cơng cơ. Trong đó nhu cầu về sử dụng
thép tấm rất lớn tuy nhiên do ngun liệu phơi có kích thƣớc khá lớn khó khăn cho q
trình chế tạo các chi tiết máy, đồng thời với nhiều phƣơng pháp cắt không đảm bảo
đƣợc năng suất cũng nhƣ chất lƣợng của sản phẩm do đó để đáp ứng nhu câu về thép
tấm em đã đề xuất phƣơng án thiết kế máy cắt thép tấm.

C
C

R
L
T.


2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài tốt nghiệp.
Các thiết bị máy móc để cắt thép tấm hiện nay trên thị trƣờng có nhiều chủng loại
cũng nhƣ phƣơng pháp cắt khác nhau, tùy thuộc vào nhu cầu ngƣời sử dụng cũng nhƣ
giá cả, năng suất yêu cầu.Và mục đích thiết kế máy cắt thép tấm nhằm cải thiện năng
suất cũng nhƣ chất lƣợng của sản phẩm trong các nhà máy xí nghiệp.

DU

3. Phƣơng pháp nghiên cứu.
Ở đây là tự tìm tịi tài liệu từ các nguồn đã đƣợc cơng khai theo quy định và cộng
sát thực tiễn để thiết kế một máy hoàn chỉnh.
4. Cấu trúc đồ án tốt nghiêp.
a. Phần lý thuyết.
+ Giới thiệu về sản phẩm, cơ sở biến dạng dẻo kim loại trong quá trình cắt.
+ Các loại máy cắt thép tấm và phƣơng án thiết kế.
b. Phần tính tốn thiết kế.
+ Lập sơ đồ động học của máy, tính cơng suất lƣu lƣợng dầu thuỷ lực kích thƣớc các
cơ cấu thuỷ lực.
+ Chọn động cơ, phân phối tỉ số truyền, thiết kế bộ truyền xích và hộp giảm tốc.
+ Thiết kế cơ cấu truyền động trong máy, thiết kế các bộ truyền trong máy, thiết kế
trục, tính then…
+ thiết kế mạch điều khiển
+ Yêu cầu về lắp đặt, vận hành và bảo dƣỡng máy.

SVTH: Lê Phúc Hoàng – Lớp 13C1VA

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

Trang 1



Thiết kế máy cắt thép tấm tự động

CHƢƠNG 1:
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THÉP TẤM

1.1 Nhu cầu về sử dụng thép tấm:
Trong thời đại cơng nghiệp hố và hiện đại hố đất nƣớc. khi nhu cầu về đời
sống của con ngƣời càng đƣợc 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 trị chủ chốt, là khâu cơ bản đầu tiên trong quy trình
sản xuất cơ khí tạo phơi góp phần tạo ra ngun liệu cho q trình gia cơng cơ . Hơn

C
C

nữa, một số phƣơng pháp tạo phôi nhƣ cán, kéo, cắt,đúc...kim loại là không thể thiếu
góp phần tạo ra các sản phẩm, vật dụng cho các ngành công nghiệp khác nhƣ: Công

R
L
T.

nghiệp hàng không, cơng nghiệp điện, cơng nghiệp ơtơ, đóng tàu thuyền, xây dựng,

DU

nơng nghiệp...


Cán thép tấm có thể tiến hành ở trạng thái nóng hoặc trạng thái nguội, ở mỗi loại
nó có các ƣu điểm và nhƣợc 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 đƣợc phân loại
theo độ dày của tấm thép:
+ Thép tấm mỏng: Chiều dày: S = 0,2



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





2.200 mm.

60 mm; b = 600

L = 4.000
+ Thép tấm dải : S = 0,2

3,75 mm.



L = 4.000




5.000 mm.



1.500 mm.

12.000 mm.

2 mm; b = 200




60.000 mm.

Từ sự phân loại đó ta có các dạng phơi của thép tấm khác nhau nhƣ: dạng phôi
tấm hay dạng phôi cuộn, phơi dải.
Hình dạng và kích thƣớc của phơi tấm tạo ra trong q trình cán đƣợc tiêu chuẩn
hố, do đó việc sử dụng thép tấm để tạo ra các sản phẩm nhƣ: thùng, sàn xe ôtô,
khung, sƣờn xe máy, các thiết bị nghành điện, các kết câu trong nghành xây dựng nhƣ
SVTH: Lê Phúc Hoàng – Lớp 13C1VA

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

Trang 2


Thiết kế máy cắt thép tấm tự động


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 thƣớt và hình dạng khác nhau phù hợp
với yêu cầu của từng nghành, từng công việc cụ thể:
- Trong nghành cơ khí: Thép tấm đƣợc sử dụng trong các thân máy của các máy cắt
kim loại, vỏ hộp giảm tốc bằng kết cấu hàn, khung, sƣờn xe, máy,ơ tơ , hoặc các thiết
bị che chắn khác...

C
C

R
L
T.

DU

Hình 1.1 Vỏ máy cắt thép tấm
Trong nghành cơ khí oto:

Hinh.1.2. Vỏ xe oto được làm từ thép tấm.

SVTH: Lê Phúc Hoàng – Lớp 13C1VA

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

Trang 3


Thiết kế máy cắt thép tấm tự động


Việc sử dụng thép tấm khơng thể thiếu đƣợc. Nó đƣợc sử dung làm khung, sƣờn, gầm
ơtơ, lót sàn ơtơ, che kín thùng xe, và các bộ phận che chắn khác.
- Trong chế biến thực phẩm: Thép tấm đƣợc sử dung rộng rãi khơng kém, nó đƣợc
dùng để chế tạo các thùng chứa, bể chứa, hộp đóng gói,...
- Trong xây dựng: các thép hình cỡ lớn trong các dầm cầu đƣợc tạo thành từ các tấm
thép tấm dày cắt nhỏ, hay thép tấm đƣợc dùng để liên kết với nhau có thể bằng mối
hàn, bulông hoặc đinh tán để tạo nên các kết cấu thép bền vững. Rỏ rang nhất thép tấm
đƣợc sử dụng làm tấm lợp , thép tấm còn đƣợc dùng làm kết cấu khung nhà xƣởng
trong xây dựng…
- Trong nghành điện: Thép tấm đƣợc dùng để tạo ra các sản phẩm nhƣ là thép trong
stato của máy bơm nƣớc hay quạt điện, thép tấm đƣợc dùng làm các cánh quạt cỡ lớn,

C
C

các thép tấm mỏng dùng làm các lá thép để ghép lại trong các chấn lƣu đèn ống, máy
biến thế, trong lĩnh vực điện chiếu sáng nó đƣợc dùng làm các cột điện đƣờng, hộp

R
L
T.

máy biến thế...

DU

Hình 1.3. Sản phẩm thép tấm trong nghành điện
- 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 đƣợc dùng để che chắn,
làm cửa máy bay, nắp đậy thân máy bay, tên lửa,bàn, ghế ...

SVTH: Lê Phúc Hoàng – Lớp 13C1VA

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

Trang 4


Thiết kế máy cắt thép tấm tự động

Với nhu cầu sử dụng thép tấm rộng lớn nhƣ vậy, cần thiết phải có những máy cắt
thép tấm với năng suất cao, với độ chính xác cao, đƣợc 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 nhƣ nền kinh tế nói chung, góp phần vào sự nghiệp cơng nghiệp hố hiện đại hóa
đất nƣớc.
1.2. Cơ sở lý thuyết cắt kim loại:
1.2.1. Các đặc điểm kỹ thuật của sản phẩm:
Sản phẩm thép tấm hết sức đa dạng, song hầu hết sản phẩm sau khi cắt mới chỉ là
bán thành phẩm phục vụ cho một q trình cơng nghệ. Để thuận lợi cho các công đoạn
sản xuất tiếp theo cũng nhƣ đảm bảo chất lƣợng của thiết bị khi hoàn thành, tấm thép
cắt ra phải đảm bảo một số yêu cầu sau:

C
C

+ Mép cắt phải trơn, thẳng
+ Sự biến dạng nằm trong giới hạn cho phép

R
L
T.


+ Đảm bảo đúng yêu cầu về kích thƣớc

1.2.2. Cơ sở lý thuyết của quá trình cắt thép tấm:

DU

a. Biến dạng dẻo kim loại:

Dƣới 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 dƣới tác dụng của ngoại lực và tải trọng
P
Pđh

Pd

Δdh

Δd

Δl

Hình 1.4 - Biểu đồ biến dạng dẻo kim loại
SVTH: Lê Phúc Hoàng – Lớp 13C1VA

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

Trang 5



Thiết kế máy cắt thép tấm tự động

Khi tải trọng tác dụng nhỏ hơn Pđh thì biến dạng kim loại tăng theo đƣờng bậc
nhất, đây là giai đoạn biến dạng đàn hồi : biến dạng mất đi sau khi khử bỏ tải trọng.
Khi tải trọng từ Pdh → Pd thì độ biến dạng tăng với tốc độ nhanh, đây là giai
đoạn biến dạng dẻo, kim loại bị biến đổi kích thƣớc, 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 thƣớt vết nứt tăng lên, cuối cùng kim loại bị phá
huỷ . Đó là giai đoạn phá huỷ : tinh thể kim loại bị đứt rời .
Bằng phƣơng pháp toán học nghiên cứu ứng suất của biến dạng dẻo trong kim
loại từ đó xác định điều kiện lực cần thiết chuyển từ trạng thái đàn hồi sang trạng thái
biến dạng dẻo cũng nhƣ từ giai đoạn biến dạng dẻo sang giai đoạn phá huỷ cụ thể ứng

C
C

dụng với máy cắt thép tấm là cơ sở để xác định lực cắt.
b. Nguyên lý biến dạng khi cắt:

R
L
T.

Quá trình cắt đƣợc chia làm hai giai đoạn:

+ Giai đoạn ép vào kim loại: Hai lƣỡi dao tỳ vào bề mặt kim loại làm xô lệch các

DU


thớ kim loại nhƣng chƣa làm đứt chúng

+ Giai đoạn cắt : Hai lƣỡi dao tiếp tục ép sát vào nhau làm các thớ kim loại bị
trƣợt 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:

h

Z

Z

b)

a)

Z
c)

Hình 1.5 - Các giai đoạn của quá trình cắt
SVTH: Lê Phúc Hoàng – Lớp 13C1VA

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

Trang 6



Thiết kế máy cắt thép tấm tự động

Ở giai đoạn đầu của quá trình cắt biến dạng dẻo tập trung ở mép làm việc của
lƣỡi cắt sau đó ổ biến dạng bao quanh lƣỡi cắt ( H2.3-a)
Giai đoạn hai bắt đầu khi có sự chuyển dịch tƣơng đối giữa phần này với phần
kia của tấm (H2.3-b) Ở giai đoạn này nó tạo ra bề mặt phẳng nhẵn, bóng và đƣợc san
phẳng bởi lực ma sát F hƣớng theo bề mặt bên của lƣỡi dao
Do sự tiến lại gần nhau của các lƣỡi 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 (H2.3-c). Sự phá huỷ kim loại xảy ra ở phía trƣớc mép làm việc của
lƣỡi dao trong tấm, vì vậy các vết nứt gọi là các vết nứt phá vỡ trƣớc
Sự đứt vỡ bắt đầu khi lƣỡi dao ép sâu vào trong tấm đến một chiều sâu h xác

C
C

định. Chiều sâu này tuỳ thuộc tính chất cơ lý của kim loại và chiều dày S của tấm, nếu
vật liệu càng dẻo thì h càng lớn. Các giai đoạn của quá trình cắt đƣợc đặc trƣng bởi

R
L
T.

hình dạng của bề mặt cắt.

DU

I


h

II

S

III

Hình 1.6 - Bề mặt bên của phần kim loại được cắt ra
Vùng I là vùng uốn của tấm do các lớp kim loại liền kề với bề mặt cắt ( dọc theo
bề rộng của tấm) 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.
Vùng II là vùng có bề mặt sáng bóng, đƣợc san phẳng bởi lực ma sát.
Vùng III là vùng bề mặt nứt vỡ đƣợc tạo ra do sự xuất hiện và phát triển của các
vết nứt. Các vết nứt này tạo với bề mặt của tấm một góc θ xác định và đƣợc gọi là góc
nứt tự do. Giá trị của góc θ = ( 4 ÷ 6 )º tuỳ thuộc vào tính chất cơ lý của vật liệu

SVTH: Lê Phúc Hồng – Lớp 13C1VA

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

Trang 7


Thiết kế máy cắt thép tấm tự động

Q

F








N

b

S

M
R

a

R



M

N

 : goïc trỉåïc
 : gọc sau
 : gọc càõt
 : gọc sàõc


a
F

Hình 1.7 - Sơ đồ tác dụng lực khi cắt

C
C

Bộ phận làm việc là những lƣỡi cắt nhấn sâu vào trong kim loại làm cho nó bị

R
L
T.

biến dạng dẻo cho đến khi tách hoàn toàn một phần vật liệu này ra khỏi phần vật liệu
khác. Giữa các lƣỡi cắt có một khe hở Z. Khi cắt sẽ sinh ra mô men uốn M bằng tích

DU

số giữa lực cắt đặt tại lƣỡi cắt với khoảng cách lớn hơn khe hở Z một chút:
M = a.R, trong đó a > Z

(1.1) [4]

Mơ men uốn làm cho phơi cắt bị quay đi. Khi đó sẽ sinh ra phản lực N ở bề mặt
bên của lƣỡi cắt. Tấm kim loại sẽ ngừng quay khi mô men uốn M cân bằng với mô
men do phản lực N gây ra:
M = a.R = N.b


(1.2) [4]

Trong quá trình cắt nếu tấm kim loại bị quay đi một góc thi chất lƣợng mặt cắt sẽ
rất kém, bị ba via và đôi khi không thể cắt đƣợc nếu trị số khe hở Z lớn. Vì vậy để
khắc phục hiện tƣợng này cần phải loại bỏ hiện tƣợng quay của tấm trong quá trình cắt
bằng cơ cấu kẹp với lực kẹp Q, đồng thời giảm khe hở giữa hai lƣỡi dao đến trị số
thích hợp và mài dao vát góc trƣớc γ.
Tuỳ thuộc vào khe hở giữa các lƣỡi cắt Z và độ lún sâu của lƣỡi 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 lƣỡi dao trên và dƣới có thể song song với nhau hoặc gặp nhau. Khi các
vết nứt ở mép làm việc của các lƣỡi cắt gặp nhau thì trị số khe hở Z là tối ƣu bởi vì khi
đó chất lƣợng mặt cắt là tốt nhất, mặt cắt phẳng và nhẵn.

SVTH: Lê Phúc Hoàng – Lớp 13C1VA

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

Trang 8


Thiết kế máy cắt thép tấm tự động

C
C

Hình 1.8 - Sơ đồ phân bố các vết nứt tại mép cắt

R
L
T.


Trị số khe hở tối ƣu đƣợc xác định nếu biết đƣợc giá trị của h và θ.

Z tu = ( S - h ).tg θ

DU

(1.3) [4]

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

(1.3) [4]

trong đó : n- hành trình/phút của máy cắt
Trên thực tế trị số khe hở tối ƣu Ztối ƣu đƣợc 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 ƣu 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: Z tu = (0,03 ÷ 0,06) mm
Theo kinh nghiệm thực tế khi cắt thép tấm trên máy cắt dao nghiêng thì Z tu = 1/30
chiều dày vật liệu

SVTH: Lê Phúc Hoàng – Lớp 13C1VA

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải


Trang 9


Thiết kế máy cắt thép tấm tự động

Bảng 1.1- Các thông số ảnh hưởng đến lực cắt
Sự thay đổi của

Sự thay đổi của lực

thơng số

cắt P

tăng

tăng

Nhiệt độ

cao

nhỏ

Khe hở 

tăng

giảm


Bán kính góc lƣợn lƣỡi dao r

giảm

giảm

Góc sau của lƣỡi dao α

giảm

giảm

Tốc độ cắt

tăng

tăng

Các nhân tố ảnh hƣởng
Giới hạn bền

b

C
C

R
L
T.


DU

SVTH: Lê Phúc Hoàng – Lớp 13C1VA

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

Trang 10


Thiết kế máy cắt thép tấm tự động

CHƢƠNG 2:
PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY

Trong thực tế sản xuất có rất nhiều phƣơng pháp cắt thép tấm nhƣ : Cắt bằng
phƣơng pháp thủ công, cắt bằng ngọn lửa hàn khí, cắt bằng chùm tia laser, plasma hay
các phƣơng pháp cắt bằng máy cắt có lƣỡi dao ... Tùy theo hình dạng, kích thƣớc của
phơi, u cầu kỹ thuật của sản phẩm cũng nhƣ quy mô sản suất mà ta có thể áp dụng
phƣơng pháp cắt khác nhau. Mặt khác phƣơng pháp cắt còn ảnh hƣởng rất lớn đến
năng suất sản xuất. Ta tiến hành phân tích một số phƣơng pháp cắt thép tấm phổ biến
hiện nay, từ đó chọn ra phƣơng án thích hợp.

C
C

2.1 Giới thiệu một số phƣơng pháp cắt thép tấm:
2.1.1. Phƣơng pháp cắt thủ cơng:

R
L

T.

Cắt thép bằng các phƣơng pháp thủ cơng có nhiều cách, chẳng hạn nhƣ phƣơng
pháp chặt bằng ve, tốn nhiều thời gian, các vết cắt không đƣợc thẳng và sản phẩm tạo

DU

ra khơng đảm bảo u cầu về độ chính xác .

Phƣơng pháp này chỉ áp dụng cho những phân xƣởng thủ cơng, cắt các thép tấm
có chiều dày bé và tiết diện nhỏ.
Máy cắt thép thủ công: gồm hai lƣỡi cắt và một cơ cấu cánh tay đòn và đòn bẩy
để tạo lực cho lƣỡi cắt.
Máy này cũng chỉ áp dụng cắt những tấm thép có chiều dày và diện tích bé, năng
suất thấp do đó chủ yếu dùng trong các xƣởng sản xuất vừa và nhỏ
2.1.2. Cắt bằng hồ quang điện hoặc ngọn lửa khí:
Cắt đứt kim loại đen, kim loại màu và kim loại bằng hồ quang hoặc ngọn lửa khí
là phƣơng pháp đốt cháy làm cho vật cắt đạt tới điểm nóng, bị đẩy mạnh và bị tách
rời .
Cắt đứt bằng hồ quang: là quá trình nóng chảy hoặc cắt đứt kim loại bằng nhiệt
lƣợng hoặc hồ quang điện, điện cực hồ quang có thể là than hoặc kim loại. Phƣơng
pháp này khơng kinh tế, khó thuận tiện khi chiều dày tấm thép lớn, đƣờng cắt khơng
đều chỉ một số loại vật liệu mới có thể cắt bằng phƣơng pháp này.

SVTH: Lê Phúc Hoàng – Lớp 13C1VA

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

Trang 11



Thiết kế máy cắt thép tấm tự động

Cắt bằng khí là phƣơng pháp cắt sử dụng nhiệt của ngọn lứa 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 . Sơ đồ q trình cắt kim loại bằng khí đƣợc
trình bày ở hình 2.1

O2

C2H2+O2

Dng oxy càõt
Dng häùn
håüp khê chạy

C
C

R
L
T.

DU

Hình 2.1- Sơ đồ cắt bằng khí

Khi bắt đầu cắt, kim loại ở mép cắt đƣợc 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 đƣợc 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 dộ 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 13500C, nhiệt độ nóng chảy trên 15000C, nhiệt cháy
đạt tới 70% lƣợng nhiệt cần để nung nóng nên rất thuận lợi khi cắt bằng khí. Thép
SVTH: Lê Phúc Hồng – Lớp 13C1VA

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

Trang 12


Thiết kế máy cắt thép tấm tự động

cacbon cao do nhiệt độ chảy thấp nên khó cắt hơn, khi cắt thƣờng nung nóng trƣớc tới
300- 6000C. Thép hợp kim crơm hoặc hợp kim niken do khi cháy tạo thành
oxit crôm nhiệt độ chảy tới 20000C phải dùng thuốc cắt mới cắt đƣợc..., mặt khác để
đảm bảo chất lƣợng phôi, nâng cao năng suất và hạ giá thành cắt cần phải chọn các chế
độ cắt hợp lý khác nhau nhƣ áp suất khí cắt, lƣợng tiêu hao khí cắt , tốc độ cắt, khoảng
cách cần khống chế từ mỏ cắt tới vật cắt do đó việc dùng phƣơng pháp này để cắt thép
tấm không mang lại hiệu quả kinh tế cao cũng nhƣ năng suất thấp, khó chuyển sang tự
động hố.

2.1.3. Cắt bằng tia laser:
Trong những năm gần đây ngƣời ta đã bắt đầu sử dụng laser để cắt tất cả các vật
liệu với bất kỳ độ cứng nào.

C
C

Nguyên lý chung về cắt bằng laser là một phƣơng 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

R
L
T.

ra ngồi.

DU

3

2

1
4
1- Mạy phạt laser
2- Chm tia laser
3- Gỉång phàóng nghiãng
4- Tháúu kênh häüi tủ
5- Chi tiãút càõt


h

d
5

Hình 2.2- Sơ đồ nguyên lý cắt bằng tia laser
Nguồn bức xạ laser 1 tạo ra chùm tia laser 2 đi thẳng hoặc đổi hƣớng nhờ gƣơng
phẳng 3 và đƣợc hội tụ nhờ thấu kính hội tụ có tiêu cự f trong 4 . Nguồn năng lƣợng
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 .
SVTH: Lê Phúc Hoàng – Lớp 13C1VA

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

Trang 13


Thiết kế máy cắt thép tấm tự động

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 đƣờng thẳng hay đƣờng cong và có thể
cắt theo các hƣớng khác nhau nhờ q trình cắt khơng tiếp xúc.
Cắt thép bằng chùm tia laser cho năng suất cao, có thể cơ khí kố và tự động hố
dễ dàng nhƣng phƣơng pháp này có những hạn chế là chiều dày tấm cắt nhỏ hơn 20
mm , thiết bị tạo tia laser cũng nhƣ các thiết bị điều khiển chƣơng trình số CNC có giá
thành cao .
2.1.4. Cắt trên máy cắt có lƣỡi dao chuyển động quay:
a. Sơ đồ nguyên lý:


R
L
T.

S

DU



S

d

C
C
Z

h

Hình 2.3- Kết cấu của dao cắt đĩa
Các máy cắt có lƣỡi dao chuyển động quay gồm các lƣỡi cắt (đĩa) có cùng đƣờng
kính chuyển động quay ngƣợc chiều nhau với cùng một tốc độ góc. Các mép làm việc
của các đĩa dao đƣợc đặt sao cho độ trùng dao d = (0,2 ÷ 0,4 )S
Đặc điểm nổi bật khi cắt trên máy cắt dao đĩa là với một đƣờng kính đĩa dao xác
định, các máy cắt khơng những chỉ cắt kim loại mà cịn giữ chặt và kéo kim loại vào
vùng cắt. Vì vậy chiều dài của dải cắt là không giới hạn.
Thông số đặc trƣng cho máy cắt dao đĩa là chiều dày lớn nhất của tấm cắt, nó có
thể cắt đƣợc tấm có chiều dày đến 25mm khi


SVTH: Lê Phúc Hồng – Lớp 13C1VA

 b ≤ 500 MPa.

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

Trang 14


Thiết kế máy cắt thép tấm tự động

b. Phương pháp xác định lực cắt:

D

l

N





b

T

d

T


T
L

S





T
R

S/2

a
c

N

P



a)

R

b)


C
C

Hình 2.4- Sơ đồ tác dụng lực khi cắt trên máy cắt dao đĩa

R
L
T.

Chúng ta khảo sát điều kiện ăn dao của các đĩa dao. Ở thời điểm tiếp xúc giữa
dao với tấm có lực ma sát T và áp lực pháp tuyến N tác dụng lên tấm, các đĩa dao sẽ

DU

kéo tấm kim loại vào vùng cắt khi :

2. T. cos α > 2.N.cos β

(2.1) [2]

Theo hình vẽ ta có : β = (90º- α) và theo định luật Culơng T = μ.N ( trong dó μ là
hệ số ma sát tiếp xúc). Thay vào bất đẳng thức trên ta có :
2.μ.N.cos α > 2.N.sinα

(2.2) [2]

Từ đó ta có: μ ≥ tg α
Nhƣ vậy để có thể kéo tấm, các đĩa cắt ở thời điểm bắt đầu cắt phải đảm bảo sao cho
tang của góc nghiêng giữa tiếp tuyến với đƣờng bao của đĩa cắt tại điểm tiếp xúc với
tấm và trục nằm ngang (tgα) phải bằng hoặc nhỏ hơn hệ số ma sát.

Ở giai đoạn ổn định của quá trình cắt , điều kiện ăn dao có thể viết dƣới dạng:

  tg tb trong đó  tb  (1   ) / 2 .
  tg[(1   ) / 2]

(2.3) [2]

Do chiều dày S nhỏ so với đƣờng kính đĩa dao, giá trị của góc α và 1 cũng rất
nhỏ nên chúng ta có thể coi :
tg[(1   ) / 2]  tg / 2  tg1 / 2  sin  / 2  sin 1 / 2

SVTH: Lê Phúc Hoàng – Lớp 13C1VA

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

(2.4) [2]

Trang 15


Thiết kế máy cắt thép tấm tự động

Nhƣ vậy điều kiên ăn dao có dạng:   sin  / 2  sin 1 / 2
Sử dụng một số phép biến đổi lƣợng giác và quan hệ hình học ta có:
d S
d
d


( d S  d)

2 R
2 R 2 R



(2.5) [10]

Từ điều kiện này ta có thể xác định đƣợc đƣờng kính nhỏ nhất của đĩa dao để
đảm bảo điều kiện ăn dao trong quá trình cắt:

2Rmin  Dmin  [d  (d  S ).d  0,5.S ]

1
2

(2.6) [10]

Nhƣ vậy đƣờng kính dao sẽ càng lớn nếu nhƣ chiều dày vật liệu cắt S và độ trùng
dao d càng lớn, lực ma sát trên bề mặt tiếp xúc của đĩa dao và tấm càng nhỏ . Nếu d
thay đổi trong khoảng ( 0,2 ÷ 0,4)S thì đƣờng kính của đĩa dao sẽ là:

D  (1,0  1,2)

S
2

C
C

(2.7) [10]


R
L
T.

Nhƣ vậy nếu hệ số ma sát μ= 0,15 thì D ≥(45÷55)S và nếu μ= 0,2 thì
D ≥(25÷30)S

DU

(2.8) [10]

Khi cắt trên máy cắt dao đĩa ổ biến dạng là tam giác có cạnh cong abc (hình 2.6b). Vì chiều dày S của vật liệu rất nhỏ so với bán kính đĩa dao R nên có thể coi gần
đúng tam giác abc là các tam giác có các cạnh thẳng.
Thành phần thẳng đứng của lực cắt P tác dụng theo đƣờng song song với đƣờng
nối tâm của các đĩa dao, sẽ bằng tích số giữa diện tích của ổ biến dạng F với trở lực cắt

 c . Pc  F. c
l
2

Trong đó: F  bc. ; l 

(2.9) [10]

bc
và 2γ là góc ở đỉnh tam giác abc. Nếu coi :
2tg

   tb  (1   2 ) / 2


(2.10) [10]

thì điểm đặt lực P trùng với trọng tâm tam giác abc và ta có:
Pt  K .

S 2 . c . R
S 2 . c . R
 K.
4.tg tb
2( S  d  d )

Nhƣ vậy lực cắt P sẽ tăng khi: S,

(2.11) [10]

 c , R tăng và độ trùng dao d giảm. Lực cắt

giảm khi d tăng

SVTH: Lê Phúc Hoàng – Lớp 13C1VA

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

Trang 16


Thiết kế máy cắt thép tấm tự động

-Mô men cắt cần thiết: M 


D
D
)
sin  ( có thể coi L 
2
2

-Thay giá trị P vào công thức trên ta đƣợc:
M  0,125.S 2 c D. cos 

(2.12) [10]

-Thay giá trị của cosα vào ta đƣợc:
M  0,125.S 2 c D.( D  d  S )

(2.13) [10]

Nhƣ vậy mô men cần thiết để quay các đĩa dao sẽ tăng lên khi tăng các thông số
chiều dày cắt S, trở lực cắt

 c và đƣờng kính đĩa dao D. Khi độ trùng dao d tăng thì mơ

men M giảm.
2.1.5. Cắt trên máy cắt có lƣỡi dao chuyển động tinh tiến:
a. Dao bố trí nghiêng:

C
C


Đặc điểm:

R
L
T.

-Lƣỡi dao và vật cắt chỉ tiếp xúc nhau trên một phần chiều rộng

+ Diện tích tăng từ 0 đến cực đại, đây là thời kỳ bẳt đầu cắt

DU

+ Diện tích tiép xúc giữ ở giá trị cực đại, đây là thời kỳ ổn định
+ Diện tích tiếp xúc giảm từ cực đại về 0, thời kỳ kết thúc
-Trong thời kỳ ổn định lực cắt có giá trị cực đại và cố định
* Sơ đồ nguyên lý:

Ld


L
Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý cặp lƣỡi dao nghiêng
Ở phƣơng pháp cắt này ngƣời ta thƣờng bố trí lƣỡi dao nghiêng một góc γ so với
bàn máy.Khi bố trí lƣỡi dao trên nghiêng thì quá trình cắt xảy ra dần dần, trên phần
SVTH: Lê Phúc Hoàng – Lớp 13C1VA

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

Trang 17



Thiết kế máy cắt thép tấm tự động

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 lƣỡi dao làm tăng độ cứng vững của chúng .Góc nghiêng của
lƣỡi 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.
* Phƣơng pháp xác định lực cắt:
Khi vật liệu có σ b > 500MPa thì chiều dày tấm lớn nhất có thể cắt đƣợcc sẽ đƣợc
xác định từ điều kiện lực cắt khơng đổi:

SX 

500

(mm)

b

(2.14) [6]

C
C

trong đó: S X là chiều dày của tấm thép

 b là giới hạn bền của vật liệu


R
L
T.

Lực cắt trên máy cắt dao nghiêng đƣợc xác định theo công thức :

DU

Pt  S 2 . c / 2tg (N)

(2.15) [5]

Tại mỗi thời điểm cắt , khi cắt trên máy cắt dao nghiêng ta có thể coi diện tích
gần đúng cắt : F = l.S/2 (mm2)
tức là bằng diện tích tam giác abc, vì l= S/tg γ nên F = S 2 / 2tg γ

S

c

b



a

l
Hình 2.6- Sơ đồ xác định lực cắt
+ Nếu coi lực cắt bằng tích số giữa diện tích cắt và trở lực cắt ta có:


Pt 

0,5.S 2 . c
(N)
tg

SVTH: Lê Phúc Hoàng – Lớp 13C1VA

GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải

(2.16) [5]

Trang 18