Chương 1. Các phương pháp cắt phôi thép tấm Chương 2. Cắt phôi tấm bằng đĩa cắt (con lăn) Chương 3. Thực nghiệm nghiên cứu chế tạo dao cắt và lựa chọn khe hở (z) cắt Kết luận chung Nội dung đề tài trình bày không tránh khỏi những sai sót.
Rất mong được các Thầy, Cô và các đồng nghiệp đóng góp ý kiến để luận văn được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Quốc Tuấn và các thầy cô trong trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái nguyên để em hoàn thành được luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn. CÁC PHƯƠNG PHÁP CẮT PHÔI THÉP TẤM Để thực hiện công nghệ cắt các vật liệu, trong thực tế có nhiều phương pháp cắt như: cắt bằng phương pháp cắt thủ công (chặt bằng ve), cắt bằng ngọn lửa hàn khí, cắt bằng tia laser, plasma hay các phương pháp dập tấm (rập cắt và đột lỗ) cắt bằng máy cắt thép tấm vv.
Tuỳ theo hình dạng kích thước, quy trình sản xuất cũng như quy mô sản xuất mà ta có thể áp dụng các phương pháp cắt khác nhau cho hợp lý. Các phương pháp cắt phôi thép tấm 1. Phương pháp cắt thủ công * Đặc điểm, công dụng: - Cắt bằng 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. - Máy cắt thủ công gồm hai lưỡi cắt và một cơ cấu cánh tay đòn và đòn bẩy để tạo lực cho lưỡi cắt.
Máy cắt thủ công - 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. 5 * Ưu điểm: - Phương pháp này áp dụng cho những xưởng thủ công cắt các thép tấm có chiều dày bé và diện tích nhỏ. - Dễ vận chuyển trong quá trình cắt, không tốn các chi phí về tiêu thụ điện năng. * Nhược điểm: - Không cắt được các chi tiết có chiều dày và diện tích lớn.
- Chỉ áp dụng được trong các xưởng sản xuất thủ công. - Không năng xuất và mất nhiều chi phí về nhân công khi tiến hành quá trình cắt. Cắt bằng hồ quang điện hoặc ngọn lửa khí * Đặc điểm, công dụng: - Cắt đứt kim loại đen, kim loại mầu 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.
- Cắt bằng khí là phương pháp cắt sử dụng nhiệt của ngọn lửa sinh ra khi đốt cháy khí cháy trong dòng ôxy để nung kim loại tạo thành các ôxít và thổi chúng ra khỏi mép cắt tạo thành rãnh cắt. Sơ đồ cắt bằng khí 6 Hình 1. Sơ đồ một trạm cắt khí dùng axetylen - Cắt kim loại bằng ngọn lửa khí cháy là quá trình dùng nhiệt lượng của ngọn lửa khí cháy với oxi để nung nóng chỗ cắt đến nhiệt độ cháy của kim loại, tiếp đó dùng luồng oxi áp suất cao thổi lớp oxit kim loại đã nóng chảy để lộ ra phần kim loại chưa bị oxi hóa. Lớp kim loại này tiếp tục bị cháy tạo thành lớp oxit mới, rồi đến lượt lớp oxit mới này bị nóng chảy và bị luồng oxi thổi đi, cứ thế cho đến hết.
Để đốt nóng kim loại đến nhiệt độ cháy, dùng nhiệt của phản ứng giữa O2 kỹ thuật (98 99,7% O2) và C2H2 ( hoặc C6H6, khí gas…). Để cắt bằng khí, kim loại cắt phải thỏa mãn một số yêu cầu sau: + Nhiệt độ cháy của kim loại phải thấp hơn nhiệt độ nóng chảy. + Nhiệt độ nóng chảy của ôxít kim loại phải thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của kim loại. 7 + Nhiệt tỏa ra khi kim loại cháy phải đủ lớn để nung mép cắt tốt đảm bảo quá trình cắt không bị gián đoạn.
+ Ôxít kim loại nóng chảy phải loãng tốt, dễ tách khỏi mép cắt. + Độ dẫn nhiệt của kim loại không quá cao, tránh sự tỏa nhiệt nhanh dẫn đến mép cắt bị nung nóng kém làm gián đoạn quá trình cắt. * Ưu điểm : - Thiết bị đơn giản, dễ vận hành - Cắt được kim loại dày - Cắt được biên dạng phức tạp (thông qua bộ khởi động từ có thể điều khiển được quá trình cắt và đảo chiểu được hướng cắt). - Năng suất cao.
* Nhược điểm: - Chỉ cắt được kim loại thỏa mãn điều kiện cắt sau: + Nhiệt cháy của kim loại nhỏ hơn nhiệt chảy của nó. Đối với thép các bon thấp có lượng 0,7%C nhiệt cháy khoảng 1350C, còn nhiệt chảy gần 15000C nên thỏa mãn điều kiện này. Với thép các bon cao (1,1 1,2%) nhiệt cháy gần bằng nhiệt chảy nên trước khi cắt cần đốt nóng từ 300 6500C. Đối với thép các bon có thành phần cao hơn và thép hợp kim cao Cr – Ni, gang, kim loại màu, muốn cắt phải dùng thuốc cắt.
+ Nhiệt độ cháy của oxit kim loại phải nhỏ hơn nhiệt cháy của kim loại đó. Nếu ngược lại lớp oxit tạo nên trên bề mặt kim loại vì không bị chảy ra nên khi có dòng O2 thổi vào lớp oxit sẽ ngăn cản việc oxi hóa lớp kim loại ở phía dưới. + Nhiệt lượng sinh ra trong phản ứng cháy của kim loại phải đủ lớn để duy trì quá trình cắt liên tục vì khi cắt thép gần 70% nhiệt là do phản ứng cháy của kim loại với oxi, chỉ 30% là do ngọn lửa nung nóng. + Xỉ tạo thành khi cắt phải có tính chảy loãng cao để dễ dàng bị thổi đi.
8 + Tính dẫn nhiệt không quá cao tránh thoát nhiệt gây gián đoạn quá trình cắt. - Vùng ảnh hưởng nhiệt lớn nên sau khi cắt chi tiết cong vênh, biến dạng. - Mạch cắt không đều, bavia nhiều. - Hiệu quả kinh tế không cao.
- Cắt thép tấm bằng khí Gas và Oxy đây là phương pháp cắt phụ thuộc vào sự điều khiển của con người, sản phẩm làm ra phụ thuộc vào tay nghề người công nhân đứng máy, sai số trong quá trình cắt là lớn vì phụ thuộc vào kinh nghiệm của người công nhân, các quá trình điều chỉnh chế độ cắt, lưu lượng cắt đều do con người đảm nhận. Do phải làm việc thủ côn nên năng suất lao động không cao, vết cắt không tốt bằng vết cắt cơ học, hiệu quả kinh tế cũng thấp. Đối với cắt bằng Gas – Oxy người công nhân còn phải đối mặt với nguy cơ tai nạn lao động cao do nổ bình. Chi phí khí cắt khá cao ảnh hưởng tới tính kinh tế trong quá trình sản xuất.
- Không cắt được Al, Cu, thép không rỉ…tốc độ cắt nhỏ hơn 800mm/phút [1]. Cắt phôi bằng plasma * Đặc điểm, công dụng: - Plasma là một dạng vật chất thứ tư sau rắn, lỏng, khí. Plasma gồm các ion được gia tốc lớn nên có động năng rất mạnh. Nhiệt độ của tia plasma rất lớn (100000C) do tập trung năng lượng cao nên có thể làm nóng chảy tức thời kim loại trên đường đi của nó.
- Trong cắt kim loại bằng plasma, người ta sử dụng khí nén làm môi trường tạo ra plasma (khí bị ion hóa tồn tại dưới dạng plasma). Ở các nước công nghiệp phát triển người ta ứng dụng rất rộng rãi các máy cắt plasma do có năng suất cao hơn 1,5 – 2 lần so với cắt khí, đường cắt cao hơn hẳn, sạch sẽ. 9 - Các quá trình hồ quang plasma sử dụng mỏ hồ quang đặc biệt được cải tiến từ mỏ hàn TIG, trong đó hồ quang wolfram được định hướng qua một ống dẫn khí trơ. Ống dẫn này được bố trí giữa điện cực wolfram và kim loại nền, tránh được sự khuếch tán hồ quang do đó cho phép tập trung dòng hồ quang vào phạm vi hẹp, làm tăng rõ rệt sự cấp nhiệt hồ quang, tăng nhiệt độ và điện áp hồ quang.
Với hệ thống này tạo thành dòng plasma. Cấu tạo mỏ cắt Plasma Electrode: Điện cực wonlfram được lắp bên trong ống dẫn không chạm vào chi tiết gia công. Điện cực được phân cực âm, nếu bị phân cực dương điện cực sẽ nhanh chóng bị hư hại. Collet: Kẹp kim dùng để giữ và cố định điện cực.
Electrode cap: Chuôi hàn cùng để giữ kín khí, thay thế kim hàn khi cần. Welding tip: Đầu phun nơi tập trung khí tạo hồ quang plasma. Nozzle: Vòi phun khí bảo vệ cung cấp qua ống ngoài tương tự quá trình hàn TIG, bảo vệ vũng hàn xung quanh dòng plasma. Handle: Tay cầm cách điện chứa các ống dẫn khí, cáp cấp điện, nước làm mát.
Plasma Gas: Ống dẫn khí cho plasma. 10 Shielding gas: Ống dẫn khí bảo vệ. Water in: Ống dẫn nước vào. Water out: Ống dẫn nước ra.
Curent (+) (-): Cáp điện đưa vào đầu mỏ súng hàn. Sơ đồ thiết bị cắt Plasma (Máy nén khí (air compressor) Hộp nguồn (cuttung power supply) Mỏ cắt (cutting lorch) Dây dẫn (cable) - Các phương pháp cắt plasma điển hình: Cắt plasma sử dụng không khí: Khí được sử dụng phổ biến nhất trong cắt plasma, nó cung cấp tốc độ cắt, và chất lượng cắt tốt với thép cacbon, thép không gỉ và nhôm. Giá thành thấp là một lợi thế khi sử dụng không khí. Tuy nhiên trước khi được sử dụng không khí phải được làm sạch, loại bỏ bụi bẩn, hơi nước.
Khi sử dụng không khí cần phải chọn hệ thống khí nén, lọc thích hợp với yêu cầu cắt. Một trong các vấn đề của cắt plasma sử dụng không khí là ảnh hưởng của nó lên mối hàn đường cắt plasma. Đường cắt thường có các vùng bị ni tơ hóa, oxy hóa. Điều này ảnh hưởng đến mối hàn.
Nó được giải quyết tốt khi sử dụng dây hàn có chứa chất khử nito, oxy. Với các ưu điểm tốc độ cắt tốt, xỉ ít, tuổi thọ của các thiết bị tiêu hao trung bình. Không khí là một lựa chọn tốt nhất cho cắt plasma trong các xưởng nhỏ. 11 Cắt plasma sử dụng khí Oxy: là lựa chọn hàng đầu trong các nhà máy khi cắt các tấm thép Carbon vì chúng mang lại chất lượng mối cắt tốt nhất, tốc độ cắt nhanh nhất.
Oxy sẽ tương tác với thép carbon giảm nhiệt độ nóng chảy do tạo ra oxit tạo đường cắt mịn hơn do kích thước hạt nóng chảy nhỏ. Nhược điểm của cắt plasma sử dụng oxy đó là giá thành của khí sử dụng cao, cũng như tuổi thọ thiết bị tiêu hao thấp.