Đồ án Thiết kế máy cắt thép tấm

PHẦN I NHU CẦU SẢN XUẤT THÉP TẤM Trong sự phát triển của các lĩnh vực cơ khí như: Chế tạo máy, giao thông vận tải, điện lực, xây dựng, đóng tàu..., thì nhu cầu về sử dụng thép tấm ngày một tăng; nhằm trang bị cho sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước. Do đó đòi hỏi phải tìm ra các biện pháp gia công thép tấm năng suất cao nhằm tạo ra thành phẩm hoặc bán thành phẩm phục vụ cho một quá trình công nghệ. Nhu cầu về thép tấm cũng hết sức đa dạng: -Trong ngành chế tạo máy : Thép tấm được sử dụng trong các thân máy của các máy cắt kim loại, vỏ máy, khung sườn xe máy, ... -Trong ngành cơ khí ô tô, việc sử dụng thép tấm không thể thiếu được, các thép tấm được dùng làm các khung sườn gầm, lót sàn xe ô tô, che kín thùng xe, các bộ phận che kín khác ... -Trong ngành điện : Thép tấm được dùng làm kết cấu các cột điện cao thế, các sản phẩm trong lĩnh vực điện như các lá thép trong stato của động cơ điện, các cánh quạt cỡ lớn, các tấm thép mỏng dùng làm các lá thép để ghép lại trong chấn lưu đèn ống , máy biến thế, các hộp công tơ điện...
Hình 1.1- Sản phẩm làm từ thép tấm -Trong xây dựng, các thép hình cỡ lớn trong các dầm cầu được tạo thành từ các tấm thép tấm dày cắt nhỏ, hay thép tấm được dùng để liên kết với nhau để tạo nên các kết cấu thép bền vững hơn như nó liên kết với nhau có thể bằng mối hàn, bulông hoặc đinh tán .
Hình 1.2- Kết cấu hàn từ thép tấm -Trong ngành chế biến, thép tấm được sử dụng rộng rãi không kém, nó được dùng để chế tạo các thùng chứa, bể chứa, các chai, hộp để đóng gói, ... -Trong ngành đóng tàu thép tấm dùng làm vỏ, kết cấu khung tàu thuyền. Ngoài ra thép tấm còn được dùng để dập ra các đồ dùng dân dụng phục vụ đời sống hay trong ngành công nghiệp hàng không dùng để che chắn, nắp đậy thân, cửa của máy bay, tên lửa, ... Với nhu cầu sử dụng hiện tại của thép tấm, cần thiết phải có các máy móc, thiết bị để cắt các loại thép tấm phục vụ công nghiệp, đặc biệt trong lĩnh vực cơ khí chế tạo TT  Tên  Độ dày (mm)  Bề rộng (mm)  Chiều dài ( m )   1  Thép lá cán nguội  0,8  1250  19,6   2  Thép lá cán nguội  1,0  1250  23,54   3  Thép lá cán nguội  1,2  1250  30,4   4  Thép lá cán nguội  1,5  1250  36,79   5  Thép lá cán nguội  0,5  1000  7,85   6  Thép lá  2,0  1000  31,4   7  Thép lá  2,5  1250  61,3   8  Thép tấm  3,0  1250  176,62   9  Thép tấm  3,0  1500  212   10  Thép tấm  4  1500  282,6   11  Thép tấm  5  1500  353,25   12  Thép tấm  6  1500  423,9   13  Thép tấm  8  1500  565,2   14  Thép tấm  10  1500  706,5   15  Thép tấm  12  2000  1.130,4   16  Thép tấm  14  1500  989,1   17  Thép tấm  16  2000  1.507,2   18  Thép tấm  18  1500  1.271,7   19  Thép tấm  20  2000  1.884   20  Thép lá cán nguội  0,5-0,6  1250  13.229   21  Thép lá cán nguội  0,7-0,9  1250  13.038   22  Thép lá cán nguội  1,0-1,1  1250  13.038   23  Thép lá cán nguội  1,2-1,5  1250  13.038   24  Thép lá cán nguội  2,0  1410  12.467   Bảng I - Thống kê các loại thép tấm PHẦN II CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CẮT KIM LOẠI I-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 quá trình công nghệ. Để thuận lợi cho các công đoạn sản xuất tiếp theo cũng như đảm bảo chất lượng của thiết bị khi hoàn thành, tấm thép cắt ra phải đảm bảo một số yêu cầu sau: + Mép cắt phải trơn, thẳng + Sự biến dạng nằm trong giới hạn cho phép + Đảm bảo đúng yêu cầu về kích thước II-Cơ sở lý thuyết của quá trình cắt thép tấm: 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 biến dạng dẻo kim loại -Khi tải trọng tác dụng nhỏ hơn Pđh thì biến dạng kim loại tăng theo đường bậc nhất, đây là giai đoạn biến dạng đàn hồi : biến dạng mất đi sau khi khử bỏ tải trọng. -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 thước, hình dạng sau bỏ tải trọng tác dụng lên nó . -Khi tải trọng đạt đến giá trị lớn nhất thì trong kim loại bắt đầu xuất hiện vết nứt, tại đó ứng suất tăng nhanh và kích 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 . 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)
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). Khi ứng suất sinh ra trong kim loại vượt quá giới hạn đàn hồi thì kim loại bị biến dạng dẻo do trượt và song tinh . Theo hình thức trượt, một phần đơn tinh thể dịch chuyển song song với phần còn lại theo một mặt phẳng nhất định, mặt phẳng này gọi là mặt trượt . Theo hình thức song tinh, một phần tinh thể vừa trượt, vừa quay đến một vị trí mới đối xứng với phần còn lại qua một mặt phẳng gọi là mặt song tinh. Các nguyên tử kim loại trên mỗi mặt di chuyển một khoảng tỷ lệ với khoảng cách đến mặt song tinh . Các lý thuyết và thực nghiệm cho thấy trượt là hình thức chủ yếu gây ra biến dạng dẻo trong kim loại khi lực tác dụng lên nó sinh ra ứng suất lớn hơn giới hạn đàn hồi nhưng chưa vượt ứng suất phá huỷ hay ứng suất giới hạn bền của vật liệu . Đây là giai đoạn thứ hai của quá trình cắt kim loại, giai đoạn này xảy ra trước quá trình kim loại bị phá huỷ hay quá trình kim loại bị cắt đứt . Trong quá trình biến dạng dẻo kim loại vì ảnh hưởng của các nhân tố như : nhiệt độ không đều, tổ chức kim loại không đều, lực biến dạng phân bố không đều, ma sát ngoài vv... đều làm cho kim loại sinh ra ứng suất dư , bên trong bất cứ kim loại biến dạng dẻo nào cũng đều sinh ra ứng suất dư, sau khi thôi tác dụng ứng suất dư vẫn còn tồn tại . 2.Sự thay đổi tính chất của thép tấm trong quá trình gia công: Khi cắt tính chất của thép tấm 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. a)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 kim loại tại các vùng có mật độ các nguyên tử nitơ và các bon cao, chủ yếu là ở mặt trượt, tại đây đặc biệt có nhiều lệch Đối với thép các bon 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. b)Mặt trượt: Mặt trượt là những dấu vết vật lý do biến dạng dẻo cục bộ gây ra. Mặt ttrượt 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. c)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. 3.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:
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 ổ biến dạng bao quanh lưỡi cắt ( H2.4-a) Giai đoạn hai bắt đầu khi có sự chuyển dịch tương đối giữa phần này với phần kia của tấm (H2.4-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 (H2.4-c). Sự phá huỷ kim loại xảy ra ở phía trước mép làm việc của lưỡi dao trong tấm, vì vậy các vết nứt gọi là các vết nứt phá vỡ trước Sự đứt vỡ bắt đầu khi lưỡi dao éo sâu vào trong tấm đến một chiều sâu h xác 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 được đặc trưng bởi hình dạng của bề mặt cắt.
Hình 2.4- 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 không ở lớp giới hạn ngoài cùng đến giá trị cực đại ở bề mặt bị tách ra. 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 tấm 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 mô men 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 Mô men uốn làm cho phôi cắt bị quay đi. Khi đó sẽ sinh ra phản lực N ở bề mặt bên của lưỡi 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 Trong quá trình cắt nếu tấm kim loại bị quay đi một góc thi 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 tấm 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 tấm h tại thời điểm bắt đầu sự phá huỷ, các vết vết nứt vỡ xuất phát từ các mép làm việc của lưỡi dao trên và dưới có thể song song với nhau hoặc gặp nhau. Khi các vết nứt ở mép làm việc của các lưỡi cắt gặp nhau thì trị số khe hở Z là tối ưu bởi vì khi đó chất lượng mặt cắt là tốt nhất, mặt cắt phẳng và nhẵn.
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.
= ( 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 Ztối 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:
= (0,03 ÷ 0,06) mm
Theo kinh nghiệm thực tế khi cắt thép tấm trên máy cắt dao nghiêng thì
= 1/30 chiều dày vật liệu Các nhân tố ảnh hưởng  Sự thay đổi của thông số  Sự thay đổi của lực cắt P   Giới hạn bền
 tăng  tăng   Nhiệt độ  cao  nhỏ   Khe hở (  tăng  giảm   Bán kính góc lượn lưỡi dao r  giảm  giảm   Góc của lưỡi dao α  giảm  giảm   Tốc độ cắt  tăng  tăng   Bảng II- Các thông số ảnh hưởng đến lực cắt PHẦN III PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY Trong thực tế có rất nhiều phương pháp cắt thép tấm như : Cắt thủ công, cắt bằng ngọn lửa hàn khí, cắt bằng chùm tia laser, plasma hay các phương pháp cắt bằng máy cắt có lưỡi dao ... Tùy theo hình dạng, kích thước của phôi, yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm cũng như qui mô sản suất mà ta có thể áp dụng phương pháp cắt khác nhau. Mặt khác phương pháp cắt còn ảnh hưởng rất lớn đến năng suất sản xuất. Ta tiến hành phân tích một số phương pháp cắt thép tấm phổ biến hiện nay, từ đó chọn ra phương án thích hợp. I- Giới thiệu một số phương pháp cắt thép tấm: 1.Phương pháp cắt thủ công: Cắt thép bằng các phương pháp thủ công có nhiều cách, chẳng hạn như phương pháp chặt bằng ve, tốn nhiều thời gian, các vết cắt không được thẳng và sản phẩm tạo ra không đảm bảo yêu cầu về độ chính xác . Phương pháp này chỉ áp dụng cho những phân xưởng thủ công, cắt các thép tấm có chiều dày bé và tiết diện nhỏ . Máy cắt thép thủ công: gồm hai lưỡi cắt và một cơ cấu cánh tay đòn và đòn bẩy để tạo lực cho lưỡi cắt. Máy này cũng chỉ áp dụng cắt những tấm thép có chiều dày và diện tích bé, chủ yếu dùng trong các xưởng sản xuất vừa và nhỏ 2.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 phương 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 lượng hoặc hồ quang điện, điện cực hồ quang có thể là than hoặc kim loại . Phương pháp này không kinh tế, khó thuận tiện khi chiều dày tấm thép lớn, đường cắt không đều . Cắt bằng khí là phương pháp cắt sử dụng nhiệt của ngọn lứa sinh ra khi đốt cháy khí cháy trong dòng oxy để nung kim loại tạo thành các oxit và thổi chúng ra khỏi mép cắt tạo thành rãnh cắt . Sơ đồ quá trình cắt kim loại bằng khí được trình bày ở hình 3.1
Hình 3.1- Sơ đồ cắt bằng khí Khi bắt đầu cắt, kim loại ở mép cắt được nung nóng đến nhiệt độ cháy nhờ nhiệt độ của ngọn lửa nung, sau đó cho dòng oxy thổi qua, kim loại bị oxy hoá mãnh liệt tạo thành oxit . Sản phẩm cháy bị nung chảy và được dòng oxy thổi khỏi mép cắt, tiếp theo do phản ứng cháy của kim loại toả nhiệt mạnh, lớp kim loại tiếp theo bị nung nóng nhanh và tiếp tục bị đốt cháy tạo thành rãnh cắt . Để cắt bằng khí, kim loại cắt phải thoả mãn một số yêu cầu sau : + Nhiệt độ cháy của kim loại phải thấp hơn nhiệt 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 quá trình cắt không bị gián đoạn . +Oxit kim loại nóng chảy phải loãng 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 quá trình cắt. Thép các bon có nhiệt cháy 13500C, nhiệt độ nóng chảy trên 15000C, nhiệt cháy đạt tới 70% lượng nhiệt cần để nung nóng nên rất thuận lợi khi cắt bằng khí. Thép cacbon cao do nhiệt độ chảy thấp nên khó cắt hơn, khi cắt thường nung nóng trước tới 300- 6000C. Thép hợp kim crôm hoặc hợp kim niken do khi cháy tạo thành oxit crôm nhiệt độ chảy tới 20000C phải dùng thuốc cắt mới cắt được..., mặt khác để đảm bảo chất lượng phôi, nâng cao năng suất và hạ giá thành cắt cần phải chọn các chế độ cắt hợp lý khác nhau như áp suất khí cắt, lượng tiêu hao khí cắt , tốc độ cắt, khoảng cách cần khống chế từ mỏ cắt tới vật cắt do đó việc dùng phương pháp này để cắt thép tấm không mang lại hiệu quả kinh tế cao cũng như năng suất thấp, khó chuyển sang tự động hoá. 3.Cắt bằng tia laser: Trong những năm gần đây người ta đã bắt đầu sử dụng laser để cắt tất cả các vật liệu với bất kỳ độ cứng nào. Nguyên lý chung về cắt bằng laser là một phương pháp tạo rãnh cắt hoặc lỗ nhờ vào nguồn nhiệt bức xạ rất lớn của laser làm vật liệu vùng cắt cháy lỏng và bốc hơi đi ra ngoài.
Hình 3.2- Sơ đồ nguyên lý cắt bằng tia laser Nguồn bức xạ laser 1 tạo ra chùm tia laser 2 đi thẳng hoặc đổi hướng nhờ gương phẳng 3 và được hội tụ nhờ thấu kính hội tụ có tiêu cự f trong 4 . Nguồn năng lượng laser tập trung trên một diện tích rất nhỏ với mật độ dòng nhiệt tạo vùng tiếp xúc bề mặt rất cao làm vật liệu 5 nóng chảy và bốc hơi tạo thành rãnh cắt hoặc lỗ khoan . 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, ngoài ra nó còn có thể cắt theo đường thẳng hay đường cong và có thể cắt theo các hướng khác nhau nhờ quá trình cắt không tiếp xúc. Cắt thép bằng chùm tia laser cho năng suất cao, có thể cơ khí koá và tự động hoá dễ dàng nhưng phương pháp này có những hạn chế là chiều dày tấm cắt nhỏ hơn 20 mm , thiết bị tạo tia laser cũng như các thiết bị điều khiển chương trình số CNC có giá thành cao . 4.Cắt trên máy cắt có lưỡi dao chuyển động tinh tiến: a)Dao bố trí nghiêng: Đặc điểm: -Lưỡi 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 + 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:
Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý cặp lưỡi dao nghiêng Ở phương pháp cắt này người ta thường bố trí lưỡi dao nghiêng một góc γ so với bàn máy.Khi bố trí lưỡi dao trên nghiêng thì quá trình cắt xảy ra dần dần, trên phần tách ra của tấm, vì thế lực cắt nhỏ hơn khi bố trí dao song song. Ngoài ra tải trọng tĩnh đặt lên mép làm việc của lưỡi dao làm tăng độ cứng vững của chúng .Góc nghiêng của lưỡi dao trên γ cần phải đảm bảo tự hãm, nghĩa là với góc nghiêng đó trong quá trình cắt không 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. * Phương pháp xác định lực cắt: Khi vật liệu có σ
> 500MPa thì chiều dày tấm lớn nhất có thể cắt đượcc sẽ được xác định từ điều kiện lực cắt không đổi:
trong đó:
là chiều dày của tấm thép
là giới hạn bền của vật liệu Lực cắt trên máy cắt dao nghiêng được xác định theo công thức :
Tại mỗi thời điẻm cắt , khi cắt trên máy cắt dao nghiêng ta có thể coi diện tích gần đúng cắt : F = l.S/2 tức là bằng diện tích tam giác abc, vì l= S/tg γ nên F = S
/ 2tg γ
Hình 3.4- Sơ đồ xác định lực cắt Nếu coi lực cắt bằng tích số giữa diện tích cắt và trở lực cắt ta có:
Nếu tính đến độ cùn dao và các yếu tố ảnh hưởng thì lực cắt thực tế là:
trong đó: k - hệ số = 1,1÷1,3.
- lực cắt tính toán theo công thức trên;
- trở lực cắt của vật liệu S - chiều dày vật liệu γ - góc nghiêng của dao Tính chất cơ lý của vật liệu, khe hở giữa các lưỡi cắt, tốc độ biến dạng, điều kiện ma sát ... có ảnh hưởng đến trở lực cắt của vật liệu
và do đó ảnh hưởng đến lực cắt. Nếu vật liệu có độ bền càng lớn và tính dẻo càng giảm, cũng như tốc độ biến dạng càng tăng thì trở lực cắt
tăng, nếu khe hở giữa các lưỡi cắt tăng thì
giảm. Trở lực cắt được xác định gần đúng theo giới hạn bền chảy
= (0,7 ÷ 0,8)
Khi cắt có thể xảy ra hiện tượng uốn (xoắn) các dải phôi xung quanh trục của nó. Nếu γ càng lớn và chiều rộng của dải cắt càng nhỏ thì hiện tượng uốn (xoắn) càng nhiều. Khi cắt, lực cắt P ở các giai đoạn đã ổn định của quá trình cắt thay đổi không đáng kể. Do đó công biến dạng sẽ là:
Trong đó: H là hành trình làm việc. H = L.tg (L là chiều dài đường cắt), do đó:
b)Dao bố trí song song: Nói chung kết cấu và các thông số của cặp lưỡi dao song song cũng giống như dao nghiêng, lực cắt trong trường hợp này được xác định theo công thức:
Trong đó : k - hệ số = 1,1÷ 1,3 L- chiều dài đường cắt S- chiều dày vật liệu
- trở lực cắt của vật liệu.
Hình 3.5- Sự thay đổi lực khi cắt trên máy cắt I) dao nghiêng; II) dao song song * Khi cắt trên máy cắt dao song song lực cắt P tăng nhanh và đạt giá trị cực đại , sau đó giảm dần (đường II hình 5.5). Khi cắt các tấm như nhau thì công biến dạng được đặc trưng bởi diện tích của phần bề mặt giới hạn bởi đường cong I và II ( đường cong tải trọng làm việc) là gần bằng nhau. Tuy nhiên ở trường hợp I lực cắt nhỏ hơn so với II. Do đó công suất dẫn dộng của các máy cắt dao nghiêng nhỏ hơn so với máy cắt dao song song . 5.Cắt trên máy cắt có lưỡi dao chuyển động quay: a)Sơ đồ nguyên lý:
Hình 3.6- Kết cấu của dao cắt đĩa Các máy cắt có lưỡi dao chuyển động quay gồm các lưỡi cắt (đĩa) có cùng đường kính chuyển động quay ngược chiều nhau với cùng một tốc độ góc. Các mép làm việc của các đĩa dao được đặt sao cho độ trùng dao d = (0,2 ÷ 0,4 )S Đặc điểm nổi bật khi cắt trên máy cắt dao đĩa là với một đường kính đĩa dao xác định, các máy cắt không những chỉ cắt kim loại mà còn giữ chặt và kéo kim loại vào vùng cắt. Vì vậy chiều dài của dải cắt là không giới hạn. Thông số đặc trưng cho máy cắt dao đĩa là chiều dày lớn nhất của tấm cắt, nó có thể cắt được tấm có chiều dày đến 25mm khi
≤ 500 MPa. b)Phương pháp xác định lực cắt:
Hình 3.7- Sơ đồ tác dụng lực khi cắt trên máy cắt dao đĩa 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 kéo tấm kim loại vào vùng cắt khi : 2. T. cos α > 2.N.cos β Theo hình vẽ ta có : β = (90º- α) và theo định luật Culông 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 Từ đó ta có: μ ≥ tg α Như 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 đường 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 dưới dạng:
trong đó
. Hay :
Do chiều dày S nhỏ so với đường kính đĩa dao, giá trị của góc α và
cũng rất nhỏ nên chúng ta có thể coi :
Như vậy điều kiên ăn dao có dạng:
Sử dụng một số phép biến đổi lượng giác và quan hệ hình học ta có:
Từ điều kiện này ta có thể xác định được đường kính nhỏ nhất của đĩa dao để đảm bảo điều kiện ăn dao trong quá trình cắt:
Như vậy đường kính dao sẽ càng lớn nếu như 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 đường kính của đĩa dao sẽ là:
Như vậy nếu hệ số ma sát μ= 0,15 thì D ≥(45÷55)S và nếu μ= 0,2 thì D ≥(25÷30)S Khi cắt trên máy cắt dao đĩa ổ biến dạng là tam giác có cạnh cong abc (hình 3.6-b). 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 đường song song với đường nối tâm của các đĩa dao, sẽ bằng tích số giữa diện tích của ổ biến dạng F với trở lực cắt

Trong đó
và 2γ là góc ở đỉnh tam giác abc. Nếu coi :
thì điểm đặt lực P trùng với trọng tâm tam giác abc và ta có:
Như vậy lực cắt P sẽ tăng khi: S,
, R tăng và độ trùng dao d giảm. Lực cắt giảm khi d tăng