Báo cáo Thiết kế thiết bị cắt thép bằng thủy lực tại xuởng hàn điện – khoa CKM (Phần 1)

Nội dung text: Báo cáo Thiết kế thiết bị cắt thép bằng thủy lực tại xuởng hàn điện – khoa CKM (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ THIẾT BỊ CẮT THÉP BẰNG THỦY LỰC TẠI XUỞNG HÀN ÐIỆN – KHOA CKM S K C 0 0 3 9 5 9 MÃ SỐ: T2015-06 S KC 0 0 5 6 3 5 Tp. Hồ Chí Minh, 2015
2. 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 Mà SỐ: T2015 - 06 Chủ nhiệm đề tài: KS: HOÀNG VĂN HƯỚNG TP. HỒ CHÍ MINH Tháng 10 năm 2015
3. 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 Mà SỐ: T2015 - 06 Chủ nhiệm đề tài: KS: HOÀNG VĂN HƯỚNG TP. HỒ CHÍ MINH Tháng 10 năm 2015
4. 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 CÔNG 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 TOÁN 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 phôi bằng khí nén hoặc dầu ép thủy lực 20 3. Kẹp phôi bằng lò xo chịu nén 21 III. DAO CẮT SONG SONG CHUYỂN ĐỘNG TỊNH TIẾN 22 1. Tính toán lực cắt thép 22 2. Tính toán xilanh 22 IV. DAO CẮT NGHIÊNG CHUYỂN ĐỘNG TỊNH TIẾN 24 1. Tính toán lực cắt thép 24 2. Tính toán xilanh 24 V. TÍNH TOÁN 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
5. 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 TOÁN 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 lò xo 35 4. Xác định số vòng làm việc của lò xo 36 5. Xác định các kích thước khác 36 H 0 £ 3 6. Kiểm nghiệm tỷ số D 37 7. Kiểm nghiệm ứng suất xoắn cho phép [τ] 37 XII. TÍNH TOÁN THÔNG 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
6. 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: Hoàng 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 bài tập thực tập hàn điện tại Xưởng hàn 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) Hoàng Văn Hướng Hoàng Văn Hướng Trang 3
7. 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. Quá trình chuẩn bị phôi 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. II. 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. III. 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 Thông 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 toán & thiết kế Kết luận & kiến nghị Hoàng Văn Hướng Trang 4
8. 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 Pp 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). Hoàng Văn Hướng Trang 5
9. Đề tài KH & CN cấp Trường τ a) b) τ τ τ τ τ c) d) 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 CÔNG 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 quá 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 không đồng đều, trước tiên nó làm tăng độ cứng của Hoàng Văn Hướng Trang 6
10. 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 không đồng đều của phôi. Sự không đồng đều này là do sự hóa già trong quá 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 mòn Trong quá 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 phôi 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. III. 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 toán công nghệ. Trong quá trình tách một phần kim loại này ra khỏi phần kim loại khác có thể chia thành các giai đoạn riêng biệt. Hoàng Văn Hướng Trang 7
11. Đề tài KH & CN cấp Trường h Z Z Z a) b) 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 II h III S 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 không ở lớp giới hạn ngoài cùng đến giá trị cực đại ở bề mặt bị tách ra. Hoàng Văn Hướng Trang 8
12. 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). Hoàng Văn Hướng Trang 9
13. 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 công 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 thông số ảnh hưởng đến lực cắt Sự thay đổi của Sự thay đổi của lực Các nhân tố ảnh hưởng thông số cắt P Giới hạn bền σ b tăng tăng Nhiệt độ cao nhỏ Khe hở D tăng giảm Bán kính góc lượn lưỡi dao r giảm giảm Góc của lưỡi dao α giảm giảm Tốc độ cắt tăng tăng Hoàng Văn Hướng Trang 10
14. Đề tài KH & CN cấp Trường VI. MÁY CẮT CÓ LƯỠI DAO CHUYỂN ĐỘNG TỊNH TIẾN 1. Dao bố trí song song Hình 2.7: Sơ đồ cắt thép bằng dao thẳng song song 1. Bàn kẹp 5. Lưỡi dao trên 2. Bàn trượt trên 6. Lưỡi dao dưới 3. Cử cắt 7. Sản phẩm 4. Bàn trượt dưới 8. Con lăn Công dụng: Máy cắt dao thẳng song song dùng để cắt các loại phôi và sản phẩm có tiết diện vuông, chữ nhật, tròn máy thường đặt sau máy cán phôi, cán phá, cán hình cỡ lớn có tiết diện sản phẩm là đơn giản. Máy có nhiệm vụ cắt bỏ phần đầu, phần đuôi vật cán và dùng để cắt 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, =¸2.53. δ h: Chiều dày vật cắt. b: Chiều rộng vật cắt. ∆: Độ trùng dao, D = (10 ¸ 20) mm. l: Chiều dài lưỡi cắt. l = (3 ¸ 4 )b cho các máy có P = (60 ¸ 260) tấn. Hoàng Văn Hướng Trang 11
15. Đề tài KH & CN cấp Trường l = (2 ¸ 2.5)b cho các máy có P = (1000 ¸ 1600) tấn. Góc cắt 900, 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 toàn và không 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 /2 kỳ cắt, thời kỳ đứt. Z a P + Thời kỳ cặp P /2 Z 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 quá trình này người ta đưa ra thông số tỷ số chiều sâu cắt tương đối ε 1 . Z1 ε 1 = h Trong đó, Z1: chiều sâu kim loại được cắt h: chiều dày vật cắt + Thời kỳ cắt L Z2/ h Z2/ P 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
16. 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 Z 2 bởi tỷ số sau: ԑ2 = h 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 = τmax.F=k1.σb.F τ max Trong đó, k1 = = 0,6 ¸ 0,7 σ b 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 - z 1 = h(1- ԑ1) Thay các giá trị trên vào, ta có : Pmax =k1.k2.k3.σ b .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 phôi 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
17. 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 ¸ 60. Khi cắt dao tiếp xúc dần với vật cắt từ trái sang phải, lực cắt thực hiện không đồng thời trên toàn 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 còn đặc trưng cho quá 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 ττtbm=ax . 2-ε2 2- ε Fh= 2 ε 2 2tgα 2 Thay các giái trị công thức vào lực cắt, ta có: Hoàng Văn Hướng Trang 14
18. Đề tài KH & CN cấp Trường 3/2-ε P=k.k.kh.σε.2 2 1232b2tgα Trong đó, 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: - 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. VII. 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 quá trình tìm hiểu tại Xưởng hàn hồ quang tay, phôi 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 theo giới hạn bền tính ra kG/mm2. Hoàng Văn Hướng Trang 15
19. 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) 2 Số hiệu thép σb, σ 0,2, N/mm δ5,% Liên Xô Việt Nam N/mm2 Không nhỏ hơn Cт0 CT31 ≥ 31 - 20 Cт1 CT33 320 - 420 - 31 Cт2 CT34 340 - 440 200 39 Cт3 CT38 380 - 490 210 23 Cт4 CT42 420 - 540 240 21 Cт5 CT51 500 - 640 260 17 Cт6 CT61 ≥ 600 300 12 · Phân nhóm thứ hai: - Theo TC Liên Xô: thêm kí hiệu Ъ trước Cт. - Theo TC Việt Nam: thêm kí hiệu B trước CT. - Phân nhóm thứ ba: - Theo TC Liên Xô: 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 quá trình tìm hiểu và nghiên cứu phôi cắt của chúng ta có thành phần C (0.3 – 0.4)%, do đó ta chọn thép Cт5 (CT51) phù hợp với tình hàn. 2 Thông số thép Cт5: %C: 0,35% ; σ b = (500 – 640) N/mm Hoàng Văn Hướng Trang 16
20. Đề tài KH & CN cấp Trường CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ Bản vẽ thiết kế Hoàng Văn Hướng Trang 17
21. 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 toàn, van phân phối sau đó được dẫn vào buồng bên trái của xy lanh. Áp lực lớn của dầu sẽ đẩy pít tông tiến lên phía trước. Trong hành trình ngược lại dầu được dẫn vào buồng bên phải đẩy pít tông 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 hoá 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 hoá chính xác các chuyển động. Hoàng Văn Hướng Trang 18
22. S K L 0 0 2 1 5 4