CHƯƠNG 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay khi nhu cầu về đời sống của con người càng được nâng cao thì nền kinh tế cần phải tăng theo để đáp ứng. Trong đó ngành công nghiệp cơ khí, mà điển hình là ngành công nghiệp tạo phôi đóng một vai trò quan trọng. Đây là khâu cơ bản đầu tiên trong quy trình sản uất cơ khí, một số phương pháp tạo phôi như kéo, nén, cắt gớp phần tạo ra các sản phẩm, vật dụng trong ngành cơ khí. Thép tấm hầu như được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp kể trên.
Kích thước thép tấm cán nóng: Độ dày: 3 ly ,4 ly, 5 ly, 6 ly, 8 ly, 10 ly, 12 ly, 15 ly, 20 ly, 25 ly, 30 ly, 40 ly. Chiều ngang: 750 mm, 1000mm, 1250 mm, 1500 mm, 1800 mm, 2000 mm. Kích thước thép cán nguội: Độ dày: 1 ly, 1. Chiều ngang: 914 mm, 1000 mm, 1200 mm, 1250mm.
Thép tấm được sản uất theo hình dáng từng miếng để đáp ứng nhu cầu về các ngành: - Trong ngành ngành ây dựng, những thép hình cỡ lớn trong những dầm cầu được hình thành từ nhiều tấm thép tấm dày cắt nhỏ, ch ng được dùng để liên kết với nhau để tạo thành kết cấu thép bền vững hơn, ch ng có thể liên kết với nhau bằng mối hàn, bulông hoặc đinh tán. Hình 1-1 Kết cấu thép tấm trong ây dựng Trang 1 GVHD: ThS. Tưởng Phước Thọ (Nguồn: Thép Hình - Thép Bắc Hà (thepbacha.vn)) - Trong ngành chế biến, thép tấm cũng được sử dụng rộng r i, nó thường được dùng để chế tạo các bể chứa, thùng chứa, các chai, hộp để đóng gói. - Trong ngành điện, thép tấm lại được dùng để tạo ra các sản phẩm như là các lá thép trong stato bơm nước hay quạt điện, các thép tấm mỏng hơn dùng để ghép lại trong chấn lưu đèn ống, máy biến thế.
Hình 1-2 Sản phẩm thép tấm sử dụng trong ngành điện (Nguồn: Vỏ tủ điện trong nhà - Sản uất theo yêu cầu - Bền đẹp - Giá tốt (ieec.vn)) - Trong ngành cơ khí chế tạo, thép tấm được sử dụng trong thân máy của các máy cắt kim loại, trong khung sườn e máy. - Thép tấm dùng làm vỏ của những kết cấu khung tàu thuyền trong ngành đóng tàu biển. Hình 1-3 Thép tấm sử dụng trong ngành đóng tàu biển (Nguồn: Thép tấm chống trượt (thephinhducgiang.com)) Trang 2 GVHD: ThS. Tưởng Phước Thọ - Trong ngành cơ khí ô tô, thép tấm hầu như rất quan trọng, những tấm thép được dùng làm các khung sườn, gầm, che kín thùng e, lót sàn e ô tô, và các bộ phận che kín khác.
Trong Trong những ngành nghề khác thì thép tấm thường dùng để tạo ra các sản phẩm dân dụng phục vụ đời sống hằng ngày hoặc trong ngành công nghiệp hàng không thì dùng để che chắn, cửa của máy bay, nắp đậy thân. Với nhu cầu sử dụng hiện tại của thép tấm cần phải có các máy móc, thiết bị để cắt các loại thép tấm phục vụ trong lĩnh vực cơ khí chế tạo.2 Lý do chọn đề tài Hiện tại có rất nhiều phương pháp và kỹ thuật cắt thép tấm khác nhau. Những sản phẩm đều được tạo ra với mục đích đáp nhu cầu của người sử dụng. Từ máy cắt thép tấm bằng tay, chạy bằng điện hay đến máy cắt bằng thủy lực.
Loại máy nào cũng có các ưu và nhược điểm nhất định, sẽ phù hợp với từng nhu cầu sử dụng riêng. Đối với mô hình nhỏ như hộ gia đình, người ta thường sử dụng máy cắt thép tấm cầm tay mini chạy bằng động cơ điện. * Ưu điểm của các sản phẩm này bao gồm: - Thiết kế nhỏ gọn Dễ dàng di chuyển - Ít thao tác khi vận hành Dễ dàng sử dụng. - Chi phí thấp Phù hợp với kinh tế vừa và nhỏ.
Hình 1-4 Máy cắt cầm tay mini (Nguồn: Máy Mài Góc Bosch GWS 7-100T 720W (khoanbosch.vn)) Trang 3 GVHD: ThS. Tưởng Phước Thọ Tuy ưu điểm là vậy nhưng những loại máy này cũng có một số hạn chế nhất định. - Khả năng bảo vệ người dùng Chưa có loại máy cắt cầm tay nào thật sự đáp ứng được vấn đề bảo đảm an toàn cho người vận hành máy. - Độ chính ác khi cắt Đây cũng là một vấn đề của dạng máy cắt cầm tay, mặc dù đ có cải tiến theo thời gian, nhưng độ chính ác vẫn còn quá phụ thuộc vào tay nghề của người vận hành máy.
- Cuối cùng là khả năng cắt liên tục. Hình 1-5 Máy cắt thép tấm bằng tay (Nguồn: Máy cắt , Gấp tôn bằng tay (katavietnam.com)) Đối với mô hình lớn như các í nghiệp, nhà máy. Nhu cầu cũng cần được thay đổi, khi họ phải cắt thép ở một số lượng lớn hơn, nhanh hơn, và chính ác hơn. Máy cắt bằng tay hầu như không thể đáp ứng được những yêu cầu đó nữa.
Từ đó máy cắt thép tấm thủy lực ra đời. Hình 1-6 Máy cắt thép tấm tự động Trang 4 GVHD: ThS. Tưởng Phước Thọ (Nguồn: Guillotine Shears | Durma North America) Sản lượng được tạo ra bởi máy cắt thủy lực cao hơn rất nhiều so với trước đây, hơn nữa chất lượng sản phẩm cũng rất cao nhờ công nghệ kỹ thuật vượt trội gi p hạn chế sai sót trong thi công hàn và đảm bảo tính đồng nhất. Đồng thời công cụ này cũng tiết kiệm thường là 40% thời gian sản uất so với các dụng cụ thủ công và dự đoán con số này sẽ còn tăng hơn với sự phát triển của khoa học kỹ thuật ngày nay.
Không chỉ có thế, máy cắt thép tấm tự động còn đảm bảo an toàn lao động cho đội ngũ công nhân vận hành và giảm các chi phí chăm sóc sức khỏe nhân công cho doanh nghiệp. * Ưu điểm của các giải pháp cắt tự động: - Năng suất cao, thời gian nghỉ giữa các lần được r t ngắn. Có khả năng hoạt động liên tục, bền bỉ với công suất lớn, chịu áp lực ổn định. Có thể làm việc ở nhiều môi trường khác nhau.
- Cho phép cắt chính ác vị trí cần thiết trên các vật liệu kim loại, hợp kim. Tạo ra các sản phẩm đạt chất lượng. - Đáp ứng được yêu cầu của khách hang. - Dễ sử dụng, không tiêu tốn nhiều thời gian và công sức, không đòi hỏi người lao động phải có tay nghề cao.
Máy cắt sử dụng công nghệ để cắt tự động và được điều khiển thông qua chương trình được lập trình sẵn, được tự động hóa để phù hợp cho các doanh nghiệp, cơ sở kinh doanh nhỏ. - Bảo vệ được sức khỏe người lao động tốt nhất có thể do không trực tiếp tiếp c với quá trình cắt. - Tiết kiệm thời gian cắt, giảm chi phí sản uất, tối ưu lợi nhuận so với việc sử dụng các công cụ cắt thủ công. Chính vì lý do đó, nhóm ch ng em quyết định thực hiện nghiên cứu, tính toán và tạo ra máy cắt tấm thép tự động.
Trang 5 GVHD: ThS. Tưởng Phước Thọ 1.3 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 1.1 Đối tượng nghiên cứu Thiết kế và chế tạo máy cắt thép tấm tự động sử dụng trong phòng thực hành.2 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu của đề tài “Thiết kế và chế tạo máy cắt thép tấm tự động bằng thủy lực” là tập trung tìm hiểu về phương pháp cắt nói chung và cắt tự động nói riêng, nghiên cứu và thiết kế hệ thống cơ khí, ây dựng thuật toán ử lý và điều khiển. Nhằm chế tạo máy cắt thép tấm tự động có thể đáp ứng tốt được cho nhu cầu dạy và học trong phòng thực hành.3 Phương pháp nghiên cứu Nhóm đ nghiên cứu và thiết kế dựa trên lý thuyết và thực nghiệm. *Lý thuyết: - Tham khảo các tài liệu, nguồn thông tin, hình ảnh có liên quan về cơ khí, thủy lực và kỹ thuật điện tử.
- Đọc, tìm hiểu các bài báo, tạp chí về các sản phẩm máy cắt kim loại. - Nghiên cứu và tính toán động lực học của máy, sức bền kết cấu. *Thực nghiệm: - Lựa chọn vật liệu, thi công khung máy. - Lựa chọn thiết bị cơ cấu chấp hành phù hợp.
- Dự trù kinh phí trong việc chế tạo và vận hành máy. - Chạy thực nghiệm và so sánh với những thuật toán đ sử dụng. - R t kinh nghiệm và khắc phục. Trang 6 GVHD: ThS.
Tưởng Phước Thọ 1.4 Giới hạn đề tài Dựa vào số liệu cụ thể ban đầu, nhóm quyết định tính toán và thiết kế máy cắt thép dùng để sử dụng trong phòng thực hành. Vì vậy nhóm chỉ thi công máy có kích thước nhỏ sử dụng những những kiến thức về thủy lực và lập trình PLC đ được học để điều khiển. - Cắt thép tấm chiều dày 2 mm. - Có cơ cấu cấp phôi tự động.5 Bố cục đề tài Chương 1: Tổng quan.
Lý do chọn đề tài, đối tượng nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu và giới hạn đề tài. Chương 2: Thiết kế cơ khí. Cơ sở lý thuyết, các phương pháp cắt thép tấm, tính toán động học và động lực học của máy. Chương 3: Thiết kế điện.
Lựa chọn thiết bị điện, thiết kế và thi công tủ điện, vẽ lưu đồ giải thuật và lưu đồ uất ung cho động cơ bước, thiết kế giao diện HMI. Chương 4: Kết qủa thực nghiệm. Kiểm nghiệm thiết kế, thực nghiệm và phân tích. Chương 5: Tổng kết Tổng kết và hướng phát triển.
Trang 7 GVHD: ThS. Tưởng Phước Thọ CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ CƠ KHÍ 2.1 Biến dạng dẻo của kim loại Khi bị tác dụng của bởi ngoại lực, kim loại sẽ bắt đầu biến dạng theo từng giai đoạn sau: biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và bị phá hủy. Tùy theo cấu tr c tinh thể của mỗi kim loại, các giai đoạn trên có thể ảy ra ở các mức độ khác nhau tùy thuộc vào ngoại lực và tải trọng tác dụng.
Hình 2-1 Biểu diễn quá trình biến dạng kéo của kim loại Khi tải trọng tác dụng nhỏ hơn thì biến dạng của kim loại tăng theo dạng đường bậc nhất, được gọi là giai đoạn biến dạng đàn hồi. Biến dạng mất đi sau khi khử bỏ tải trọng (vùng I). Khi tải trọng tăng từ thì độ biến dạng cũng tăng 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). Trang 8 GVHD: ThS.
Tưởng Phước Thọ Khi tải trọng đạt đến giá trị cực đại thì trong kim loại dần uất hiện vết nứt, ở tại đó ứng suất tăng nhanh và kích thước vết nứt tăng lên, cuối cùng kim loại bị phá hủy. Đó là giai đoạn phá hủy, tinh thể kim loại bị đứt rời (vùng III).