ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  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
Nguyễn Hữu Ngoạn_ Lớp 03C1C
Trang 1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Thiết kế máy cắt
thép tấm
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,

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
Nguyễn Hữu Ngoạn_ Lớp 03C1C
Trang 3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Thiết kế máy cắt
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:
1. 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

2.2- a)
b)
c)
d)
τ
τ
τ
τ
τ
τ
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).
Nguyễn Hữu Ngoạn_ Lớp 03C1C
Trang 5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Thiết kế máy cắt
thép tấm
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

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:
Nguyễn Hữu Ngoạn_ Lớp 03C1C
Trang 7
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Thiết kế máy cắt
thép tấm
h
c)
b)
a)

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
M
F
F
N
R
a
b
a
R
N
Q
M
S
δ
: goïc træåïc
: goïc sau
: goïc càõt
: goïc sàõc
β
β
δ
γ
γ

tu
Z
= ( S - h ).tg θ
Nguyễn Hữu Ngoạn_ Lớp 03C1C
Trang 10
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Thiết kế máy cắt
thép tấm
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:
tu
Z
= (0,03 ÷ 0,06) mm
Theo kinh nghiệm thực tế khi cắt thép tấm trên máy cắt dao nghiêng thì
tu
Z
= 1/30 chiều dày vật liệu
Các nhân tố ảnh hưởng
Sự thay đổi của
thông số
Sự thay đổi của lực

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 .
Nguyễn Hữu Ngoạn_ Lớp 03C1C
Trang 12
N TT NGHIP Thit k mỏy ct
thộp tm
Ct bng khớ l phng phỏp ct s dng nhit ca ngn la sinh ra khi t
chỏy khớ chỏy trong dũng oxy nung kim loi to thnh cỏc oxit v thi chỳng ra
khi mộp ct to thnh rónh ct . S quỏ trỡnh ct kim loi bng khớ c trỡnh
by hỡnh 3.1
Doỡng họựn
hồỹp khờ chaùy
Doỡng oxy cừt
C
2
H
2
+O

0
C. Thộp hp kim crụm hoc hp kim niken do khi chỏy to thnh
oxit crụm nhit chy ti 2000
0
C phi dựng thuc ct mi ct c , mt khỏc
m bo cht lng phụi, nõng cao nng sut v h giỏ thnh ct cn phi chn cỏc
ch ct hp lý khỏc nhau nh ỏp sut khớ ct, lng tiờu hao khớ ct , tc ct,
khong cỏch cn khng ch t m ct ti vt ct do ú vic dựng phng phỏp ny
ct thộp tm khụng mang li hiu qu kinh t cao cng nh nng sut thp, khú
chuyn sang t ng hoỏ.
3.Ct bng tia laser:
Trong nhng nm gn õy ngi ta ó bt u s dng laser ct tt c cỏc
vt liu vi bt k cng no.
Nguyờn lý chung v ct bng laser l mt phng phỏp to rónh ct hoc l
nh vo ngun nhit bc x rt ln ca laser lm vt liu vựng ct chỏy lng v bc
hi i ra ngoi.
1- Maùy phaùt laser
2- Chuỡm tia laser
3- Gổồng phúng nghióng
4- Thỏỳu kờnh họỹi tuỷ
5- Chi tióỳt cừt
h
d
4
3
2
1
5
Hỡnh 3.2- S nguyờn lý ct bng tia laser
Nguyn Hu Ngon_ Lp 03C1C

Trang 15
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Thiết kế máy cắt
thép tấm
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
b
> 500MPa thì chiều dày tấm lớn nhất có thể cắt đượcc sẽ
được xác định từ điều kiện lực cắt không đổi:
b
X
S
σ
500
=
trong đó:
X
S
là chiều dày của tấm thép
b
σ
là giới hạn bền của vật liệu
Lực cắt trên máy cắt dao nghiêng được xác định theo công thức :

5,0
2
=
Nếu tính đến độ cùn dao và các yếu tố ảnh hưởng thì lực cắt thực tế là:
γ
σ
tg
S
PkP
c
t
5,0
).3,11,1(.
2
÷==
trong đó: k - hệ số = 1,1÷1,3.
t
P
- lực cắt tính toán theo công thức trên;
c
σ
- 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
c
σ
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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Thiết kế máy cắt
thép tấm
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:
c
SLkP
σ
=
Trong đó : k - hệ số = 1,1÷ 1,3
L- chiều dài đường cắt
S- chiều dày vật liệu
c
σ
- trở lực cắt của vật liệu.
II
I
S (mm)
14
12
8
4
0
50
100
150
P
(KN)
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

L
R
l
d
T
T
T
α
1
S
α
D
T
R
β
α
N
α
a
b
c
P
S/2
N
a)
b)
Nguyễn Hữu Ngoạn_ Lớp 03C1C
Trang 19
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Thiết kế máy cắt
thép tấm

Do chiều dày S nhỏ so với đường kính đĩa dao, giá trị của góc α và
1
α
cũng
rất nhỏ nên chúng ta có thể coi :
2/sin2/sin2/2/]2/)[(
111
ααααεα
+≈+≈+ tgtgtg
Như vậy điều kiên ăn dao có dạng:
2/sin2/sin
1
ααµ
+≥
Sử dụng một số phép biến đổi lượng giác và quan hệ hình học ta có:
)(
222
dSd
R
d
R
d
R
Sd
++=+
+
≥
µ
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:

σ
.=
Trong đó
γ
tg
bc
l
l
bcF
2
;
2
.
==
và 2γ là góc ở đỉnh tam giác abc. Nếu coi :
2/)(
21
αααγ
+==
tb

thì điểm đặt lực P trùng với trọng tâm tam giác abc và ta có:
)(2

.
.4

.
22
ddS

Thay giá trị P vào công thức trên ta được:
ασ
cos 125,0
2
DSM
c
=
Thay giá trị của cosα vào ta được:
).(.125,0
2
SdDDSM
c
−−=
σ
Như 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
σ
và đường kính đĩa dao D. Khi độ trùng dao d tăng
thì mô men M giảm.
6.Kết luận:
Nguyễn Hữu Ngoạn_ Lớp 03C1C
Trang 21
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Thiết kế máy cắt
thép tấm
Ở trên ta đã đưa ra một số phương án cắt thép tấm. Thông qua ưu, nhược điểm đánh
giá các phương án ta có nhận xét như sau:
- Phương pháp dùng hồ quang quang điện hay ngọn lửa khí có thể cắt được
thép tấm có bề dày lớn nhưng chất lượng mép cắt không cao, năng suất thấp, khó cơ
khí hoá và tự động hoá. Do đó nó chỉ phù hợp khi cắt những tấm dày, có hình dáng

- Giá thành và chi phí cho sử dụng là thấp nhất, phù hợp với điều kiện hiện có.
Chuyển động tịnh tiến của dao trên có thể nhờ vào chuyển động của các cơ cấu sau
1.Chuyển động tịnh tiến nhờ cơ cấu tay quay con trượt:
a) Sơ đồ nguyên lý:
1- Tay quay
2- Thanh truyền
3- Con trượt
Hình 3.8- Sơ đồ cơ cấu tay quay con trượt
b)Nguyên tắc hoạt động:
Tay quay 1 được dẫn động bởi động cơ điện chuyển động quay tròn, truyền
chuyển động cho thanh truyền 2. Thanh truyền đẩy con trượt 3 chuyển động tịnh
tiến dọc theo rãnh trượt
Đặc điểm: Cơ cấu này có nguyên lý làm việc và kết cấu đơn giản, độ cứng
vững cao, dễ chế tạo. Tuy nhiên tạo lực không lớn, dẫn động phức tạp và khó điều
khiển
2.Chuyển động tịnh tiến nhờ xy lanh thuỷ lực:
Truyền dẫn thuỷ lực ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong chế tạo máy,
đặc biệt là trong các máy cắt, máy đột dập, máy gia công áp lực…
a)Sơ đồ nguyên lý:
Nguyễn Hữu Ngoạn_ Lớp 03C1C
Trang 23
ω
v
1
2
3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Thiết kế máy cắt
thép tấm
1- Van phán phäúi
2- Xy lanh

chất lỏng và tính đàn hồi của đường ống dẫn
+ Khó thực hiện sự đồng bộ hoá chính xác các chuyển động
+ Giá thành lắp đặt hệ thống thuỷ lực khá đắt tiền, phức tạp đòi hỏi phải chế
tạo chính xác .
3)Kết luận:
Qua hai phương án tạo chuyển động tịnh tiến để tạo lực cắt cho dao ta thấy
mỗi phương án đều có những ưu điểm riêng . Tuy nhiên xét về tính năng kỹ thuật,
công nghệ, khả năng tự động và làm giảm nhẹ công việc của công nhân thì dùng cơ
cấu tịnh tiến bằng xy lanh thuỷ lực dầu ép phù hợp nhất khi cắt các loại thép
cacbon, thép thường với chiều dày phôi đến 15mm và chiều rộng cắt lớn nhất của
tấm thép là 2000mm .
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
1- Bể dầu 7- Van tiết lưu
2- Bơm dầu 8- Van phân phối
3- Van tràn 9- Xy lanh sinh lực
4- Van cản 10- Dao cắt
5- Lọc tinh 11- Rãnh trượt
6- Ắc quy dầu 12- Bàn dao dưới
Nguyễn Hữu Ngoạn_ Lớp 03C1C