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

Trang 2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Thiết kế máy cắt
thép tấm
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 CẢU 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 :

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)
b)
c)
d)
a)
τ
τ
τ
τ
τ
τ
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
Nguyễn Hữu Ngoạn_ Lớp 03C1C
Trang 5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Thiết kế máy cắt
thép tấm
tinh. Các nguyên tử kim loại trên mỗi mặt di chuyển một khoảng tỷ lệ với

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
Nguyễn Hữu Ngoạn_ Lớp 03C1C
Trang 6
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Thiết kế máy cắt
thép tấm
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:
h
c)
b)
a)
Z

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

tu
Z
= ( 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).
Nguyễn Hữu Ngoạn_ Lớp 03C1C
Trang 9
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Thiết kế máy cắt
thép tấm
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 .
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
Nguyễn Hữu Ngoạn_ Lớp 03C1C
Trang 11
N TT NGHIP Thit k mỏy ct
thộp tm
Doỡng họựn
hồỹp khờ chaùy
Doỡng oxy cừt
C
2
H
2
+O

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
Nguyn Hu Ngon_ Lp 03C1C
Trang 12
N TT NGHIP Thit k mỏy 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

L
d
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
Nguyễn Hữu Ngoạn_ Lớp 03C1C

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,

γ
tgLP
A =
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:
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)

cắt, nó có thể cắt được tấm có chiều dày đến 25mm khi
b
σ
≤ 500 MPa.
b)Phương pháp xác định lực cắt:
Nguyễn Hữu Ngoạn_ Lớp 03C1C
Trang 17
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Thiết kế máy cắt
thép tấm
d
β
α
N
α
a
b
c
P
S/2
N
a)
b)
d
T
T
T
L
R
l
α

tb
.
Hay :
]2/)[(
1
εαµ
+> tg
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

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
c
σ
cc
FP
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
D
M =
( có thể coi
2
D
L ≈
)
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
Nguyễn Hữu Ngoạn_ Lớp 03C1C
Trang 19
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Thiết kế máy cắt
thép tấm
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

- Có thể sử dụng các phương pháp công nghệ phù hợp để đơn giản hoá
quá trình chế tạo từ khâu chuẩn bị phôi đến gia công chế tạo, kiểm tra, lắp ráp
và nghiệm thu sản phẩm .
- Máy phải có khối lượng và kích thước nhỏ gọn .
- Giá thành và chi phí cho sử dụng là thấp nhất, phù hợp với điều kiện
hiện có.
Nguyễn Hữu Ngoạn_ Lớp 03C1C
Trang 20
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Thiết kế máy cắt
thép tấm
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:
1- Van phán phäúi

thuỷ lực và tính nén được của dầu
+ Tự động hoá đơn giản
* 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
+ 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 .
Nguyễn Hữu Ngoạn_ Lớp 03C1C
Trang 22
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Thiết kế máy cắt
thép tấm
12
11
10
9
8
7
6
5
4

L
0
=
)(525
4
2100
mm=
2)Xác định hành trình của dao nghiêng .
∆
α
y
L
B
H
S
max
Hình 4.1- Sơ đồ xác định hành trình dao
Gọi y là chiều cao mở cực đại từ phía dưới của lưỡi dao trên tới mặt
trên của tấm thép đem cắt . Chọn y = 10mm .
B : Chiều rộng lớn nhất của tấm thép đem cắt . B
max
= 2000(mm) .

∆
: Độ trùng dao để đảm bảo cắt hết chiều rộng tấm thép

∆
= (10
÷
20 ) mm , chọn

100 ) mm/s, với a
max
như vậy ta
chọn
v = 50(mm/s )
4)Xác định thời gian đi xuống của đầu dao trên :
Thời gian cắt của dao trên đóng vai trò là một phần trong chu kỳ làm việc của
máy . Sau khi tính được độ vận hành của dao nghiêng là H = 187 mm
Thời gian của dao đi là :
t =
)(74,3
50
187
s
v
H
≈=
Vậy thời gian cắt chính của dao là : t = 3,74 ( s)
II- BỘ PHẬN KẸP CHẶT:
Momen sinh ra khi cắt có xu hướng làm cho vật liệu quay đi một góc
nhỏ trước khi bị cắt đứt. Hiện tượng quay này làm cho chất lượng bề mặt bị
xấu đi, mặt cắt không vuông góc với bề mặt tấm thép. Bởi vậy ta cần phải
chống lại sự quay đó, đồng thời ngăn cản bất kỳ một chuyển động nào có thể
của phôi trong quá trình cắt bằng cách thêm vào lực ép Q trên tấm vật liệu
Có nhiều cách để tạo nên lực Q, sau đây ta xét một vài phương án kẹp
chặt phôi có thể sau đây
1)Kẹp phôi bằng chính trọng lực của một khối kim loại
a)Sơ đồ nguyên lý:
5
4