Thiết kế máy uốn, cắt thép xây dựng.pdf

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠIHỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ MÁY UỐN, CẮT THÉP
XÂY DỰNG
Người hướngdẫn:TS. TÀO QUANG BẢNG
Sinh viên thực hiện: PHAN CAO THÁI
Số thẻ sinh viên: 101130129
Lớp: 13C1B
Đà Nẵng, 2018
DUT.LRCC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
1. Chuyên cần:
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
2. Nội dung:
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
3. Hình thức:
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
4. Tính khả thi của đề tài:
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
5. Nhận xét:
Ưu điểm: ..........................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
Khuyết điểm: ..................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
DUT.LRCC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN DUYỆT
1. Nội dung:
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
2. Hình thức:
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
3. Tính khả thi của đề tài:
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
4. Khả năng xử lý vấn đề:
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
5. Nhận xét:
Ưu điểm: ..........................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
Khuyết điểm: ..................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
DUT.LRCC

TÓM TẮT
Tên đề tài: Thiết kế máy uốn, cắt thép xây dựng
Sinh viên thực hiện: Phan Cao Thái
Số thẻ sinh viên: 101130129 Lớp: 13C1B
Nền công nghiệp hiện đại ngày càng phát triển các máy móc liên tục được phát
minh giúp cho con người làm việc hiêu quả hơn, đáp ứng được nhu cầu của cuộc sống
hiện đại. Trong ngành xây dựng, máy cắt, uốn sắt là một thiết bị được tạo ra nhằm phục
vụ được cho nhiều ngành nghề lĩnh vực khác nhau, sự có mặt của máy cắt, uốn sắt đã
giúp cho con người thực hiện công việc dễ dàng, mang lại hiệu quả cao trong công việc.
Chính vì nhu cầu sử dụng của con người ngày càng nhiều nên trên thị trường cũng xuất
hiện nhiều loại máy cắt uốn sắt giá rẻ với nhiều chủng loại với mẫu mã khác nhau, ngày
càng có nhiều những đơn vị, công ty, đại lý cung cấp sản phẩm này ra thị trường nhằm
đáp ứng đủ nhu cầu của người tiêu dùng
Máy uốn, cắt thép xây dựng là sản phẩm có nhiều tính năng được tích
hợp, máy có thể cắt và uốn các loại sắt thép có đường kính tối đa lên tới 40mm, phù hợp
hầu hết các loại sắt thép phổ biến trên thị trường hiện có, với công suất động cơ 4 kW sử
dụng dòng điện 380V mạnh mẽ mang lại cho máy cắt uốn sắt khả năng hoạt động cao và
ổn định. Được thiết kế cho độ cứng vững cao nên cho phép máy làm việc chắc chắn,
đáng tin cậy. Kích thước máy nhỏ gọn, được lắp với bằng 4 bánh xe nên cho phép di
chuyển máy dễ dàng tại các khu vực làm việc.
Nhờ sử dụng các thiết bị máy móc và công việc, nên máy cắt uốn liên hợp có
thể rút ngắn đáng kể thời gian thi công của tổng dự án, cũng như tăng năng suất làm
việc đối với doanh nghiệp sản xuất.
DUT.LRCC

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌCBÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦNGHĨA VIỆTNAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Phan Cao Thái Số thẻ sinh viên: 101130129
Lớp: 13C1B Khoa: Cơ Khí Ngành: Công nghệ chế tạo máy
1. Tên đề tài đồ án:
Thiết kế máy uốn, cắt thép xây dựng.
2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
Khả năng uốn cắt sắt thép có đường kính Φ ≤ 40 mm
Công suất động cơ: 4 KW
Tốc độ cắt liên tục: 25 lần/phút
Tốc độ uốn: 10r/phút
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
Chương 1: Lý thuyết công nghệ gia công biến dạng và công nghệ uốn cắt thép.
Chương 2: Giới thiệu về thép và máy cán uốn thép.
Chương 3: Phân tích yêu cầu động học và lựa chọn phương án thiết kế máy.
Chương 4: Thiết kế các bộ phận chính của máy.
Chương 5: Lắp đặt, vận hành và bảo dưỡng máy.
5. Các bản vẽ, đồ thị (ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
Tên bản vẽ Kích thước Tên bản vẽ Kích thước
1. Phương án thiết kế máy A0 5. Bản vẽ chi tiết của máy A1
2. Bản vẽ lắp toàn máy A0 6. Bản vẽ chế tạo trục A0
3. Bản vẽ khung máy A0 7. Bản vẽ nguyên công A0
4. Bản vẽ hộp giảm tốc A0
6. Họ tên người hướng dẫn: Phần/ Nội dung:
TS. Tào Quang Bảng Tính toán, thiết kế
TS. Tào Quang Bảng Hoàn thành thuyết minh
TS. Tào Quang Bảng Hoàn thành bản vẽ
7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ……../……./201…..
8. Ngày hoàn thành đồ án: ……../……./201…..
Đà Nẵng, ngày tháng năm 201
Trưởng Bộ môn………………………. Người hướng dẫn
DUT.LRCC

i
LỜI NÓI ĐẦU
Nền công nghiệp trên thế giới hiện nay đang trên đà phát triển không ngừng.
Trong khi đó, nước ta mới chỉ ở trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Để tồn
tại và theo kịp sự phát triển của thế giới, chúng ta cần phải đổi mới và tạo ra những
bước tiến cho nền công nghiệp trong nước. Trong đó, ngành Chế tạo máy là một ngành
then chốt đi đầu trong công cuộc cơ khí hóa hiện đại hóa của đất nước.
Qua thời gian dài học tập, nghiên cứu lý thuyết và thực tế cùng với sự hướng
dẫn, giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo Tào Quang Bảng cũng như các thầy cô giáo
trong ngành chế tạo máy thuộc khoa cơ khí, em đã được nhận và thực hiện thiết kế “
Máy uốn, cắt thép xây dựng” làm đề tài tốt nghiệp của mình.
Sau 14 tuần thực hiện được sự hướng dẫn của thầy Tào Quang Bảng đến nay đồ
án tốt nghiệp của em đã hoàn thành. Tuy nhiên, trong quá trình thiết kế và chế tạo máy
không thể tránh được nhiều mặt thiếu sót và hạn chế. Kính mong nhận được sự giúp
đỡ và đóng góp ý kiến từ quý thầy để chúng em có thể thực hiện tốt hơn ý tưởng của
mình.
Cuối cùng nhóm xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy giáo Tào Quang Bảng
cùng các thầy trong khoa cơ khí đã hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian hoàn
thành đồ án. Em xin chân thành cảm ơn!
Đà Nẵng, ngày tháng năm 2018
Sinh viên
Phan Cao Thái
DUT.LRCC

ii
LỜI CAM ĐOAN
Sau qua trình nghiêng cứu thực hiện và hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình với
đề tài “Thiết kế máy uốn cắt thép xây dựng”. Em xin cam đoan đây là thành quả của
quá trình tự nghiêng cứu, tham khảo tài liệu, được tính toán thực hiện bởi chính cá
nhân em. Các số liệu và kết quả tính toán được vận dụng, và tính toán dựa vào các
công thức thực nghiệm, kinh nghiệm được tổng hợp từ các tài liệu tham khảo. Nếu có
vấn đề gì không hợp lý hoặc không đúng như trên, em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm
với đề tài của mình. Em xin chân thành cảm ơn.
Sinh viên thực hiện
(Chữ ký và ghi rõ họ tên)
DUT.LRCC

iii
MỤC LỤC
TÓM TẮT
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN
LỜI NÓI ĐẦU...................................................................................................................... i
LỜI CAM ĐOAN................................................................................................................. ii
MỤC LỤC............................................................................................................................. iii
DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ............................................................... vi
CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ GIA CÔNG BIẾN DẠNG VÀ CÔNG
NGHỆ UỐN CẮT THÉP......................................................................................................2
1.1. Lý thuyết quá trình gia công biến dạng.....................................................................2
1.1.1. Phân loại biến dạng..............................................................................................2
1.1.2. Biến dạng dẻo.......................................................................................................2
1.1.3. Trạng thái ứng suất và phương trình dẻo..........................................................5
1.1.4. Những định luật cơ bản khi gia công kim loại bằng áp lực............................5
1.2. Công nghệ uốn cắt kim loại........................................................................................6
1.2.1. Công nghệ uốn kim loại......................................................................................6
1.2.2. Công nghệ cắt kim loại..................................................................................... 11
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ THÉP VÀ MÁY UỐN CẮT THÉP...................... 15
2.1. Giới thiệu về thép xây dựng.................................................................................... 15
2.1.1. Thép cacbon....................................................................................................... 15
2.1.2. Các loại cốt thép cho kết cấu bê tông cốt thép.............................................. 17
2.2. Giới thiệu về máy uốn cắt thép trên thị trường..................................................... 19
2.2.1. Phạm vi và mục đích sử dụng.......................................................................... 19
2.2.2. Thực trạng về máy cắt uốn thép...................................................................... 20
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH YÊU CẦU ĐỘNG HỌC VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG
ÁN THIẾT KẾ MÁY.......................................................................................................... 21
3.1. Phân tích yêu cầu động học của máy...................................................................... 21
3.2. Tính toán lực cắt, lực uốn........................................................................................ 21
3.2.1. Tính toán lực cắt và công suất cắt................................................................... 21
3.3. Tính chọn động cơ và lựa chọn phương án truyền động...................................... 28
DUT.LRCC

iv
3.3.1. Tính chọn động cơ.............................................................................................28
3.3.2. Lựa chọn phương án thiết kế...........................................................................30
3.3.3. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy...............................................................34
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA MÁY ..............................36
4.1. Sơ đồ động học toàn máy.........................................................................................36
4.2. Thiết kế bộ phận uốn cắt..........................................................................................36
4.2.1. Thiết kế bộ phận cắt..........................................................................................36
4.2.2. Thiết kế bộ phận uốn........................................................................................39
4.3. Tính toán phân phối tỉ số truyền..............................................................................40
4.3.1. Tỉ số truyền động chung của hệ thống............................................................40
4.3.2. Nguyên tắc phân phối tỉ số truyền...................................................................40
4.3.3. Phân phối tỉ số truyền chung cho toàn hệ......................................................40
4.3.4. Phân phối tỉ số truyền các hộp giảm tốc.........................................................41
4.3.5. Tính số vòng quay cho các trục.......................................................................42
4.3.6. Tính công suất cho các trục.............................................................................42
4.3.7. Tính momen xoắn từng trục.............................................................................43
4.3.8. Bảng thông số kỹ thuật toàn máy....................................................................43
4.4. Thiết kế bộ truyền đai...............................................................................................43
4.4.1. Chọn loại đai......................................................................................................43
4.4.2. Định đường kính bánh đai................................................................................44
4.4.3. Sơ bộ chọn khoảng cách trục A và chiều dài đai L.......................................45
4.4.4. Định chính xác chiều dài đai L và khoảng cách trục A................................45
4.4.5. Kiểm nghiệm góc ôm........................................................................................46
4.4.6. Xác định số đai cần thiết..................................................................................46
4.4.7. Định các kích thước chủ yếu của bánh đai.....................................................47
4.5. Thiết kế hộp giảm tốc 2 cấp có cấp nhanh phân đôi.............................................48
4.5.1. Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp nhanh ........................................................48
4.5.3. Tính toán thiết kế trục và then.........................................................................66
4.5.4. Thiết kế gối đỡ trục...........................................................................................90
4.5.5. Cấu tạo vỏ hộp và các chi tiết máy khác........................................................94
4.5.6. Bôi trơn hộp giảm tốc.......................................................................................95
4.6. Thiết kế bộ truyền ngoài hộp giảm tốc...................................................................95
4.6.1. Thiết kế bộ truyền bánh răng nón răng thẳng................................................95
4.6.2. Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng................................................104
4.6.3. Tính toán thiết kế trục và then.......................................................................113
DUT.LRCC

v
4.6.4. Thiết kế gối đỡ trục.........................................................................................136
4.6.5. Thiết kế hộp bộ truyền ngoài.........................................................................140
4.7. Tính toán một số cơ cấu khác................................................................................141
4.7.1. Tính toán nối trục vòng đàn hồi....................................................................141
CHƯƠNG 5: LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG MÁY ..........................143
5.1. Lắp đặt và điều chỉnh máy.....................................................................................143
5.1.1. Lắp ráp máy .....................................................................................................143
5.1.2. Chạy thử máy...................................................................................................144
5.1.3. Hướng dẫn sử dụng máy ................................................................................144
5.2. Bảo dưỡng máy trong quá trình sử dụng..............................................................144
5.2.1. Bão dưỡng và sữa chữa hằng ngày ...............................................................144
5.2.2. Kiểm tra định kỳ..............................................................................................145
5.2.3. Sữa chữa định kỳ theo kế hoạch....................................................................145
5.3. An toàn lao động.....................................................................................................145
KẾT LUẬN.........................................................................................................................147
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................147
DUT.LRCC

vi
DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Biểu đồ quan hệ giữa lực và biến dạng. ............................................................... 2
Hình 1.2 Sơ đồ biến dạng dẻo của trượt và song tinh......................................................... 3
Hình 1.3 Các trạng thái ứng suất........................................................................................... 5
Hình 1.4 Biến dạng của phôi thép sau khi uốn.................................................................... 7
Hình 1.5 Lớp trung hòa và sơ đồ phân bố lực tại tiết diện bị uốn..................................... 7
Hình 1.6 Quá trình biến dạng khi uốn................................................................................... 8
Hình 1.7 Sơ đồ uốn thép theo phương pháp cối chày......................................................... 9
Hình 1.8 Cơ cấu uốn bằng cối chày trong máy. .................................................................. 9
Hình 1.9 Sơ đồ uốn thép bằng phương pháp mâm xoay. .................................................10
Hình 1.10 Máy uốn thép bằng cơ cấu mâm xoay..............................................................10
Hình 1.11 Máy uốn thép bằng cơ cấu mâm xoay..............................................................10
Hình 1.12 Cắt bằng lưỡi dao đĩa..........................................................................................12
Hình 1.13 Cắt bằng 2 dao thẳng song song........................................................................12
Hình 1.14 Cắt bằng oxi – thuốc...........................................................................................13
Hình 1.15 Cắt bằng hồ quang. .............................................................................................13
Hình 1.16 Cắt bằng hồ quang Plasma.................................................................................14
Hình 2.1 Máy uốn cắt thép liên hợp....................................................................................20
Hình 2.2 Máy uốn và cắt thép độc lập................................................................................20
Hình 3.1 Sơ đồ quá trình cắt giai đoạn cắt phá..................................................................21
Hình 3.2 Sơ đồ quá trình cắt – Thời kỳ cắt........................................................................22
Hình 3.3 Sơ đồ tính lực khi bắt đầu chạm uốn..................................................................27
Hình 3.4 Hình vẽ qui đổi tiết diện thanh thép....................................................................27
Hình 3.5 Động cơ điện không đồng bộ ba pha kiểu lồng sóc..........................................29
Hình 3.6 Mạch đảo chiều động cơ KĐB 3 pha..................................................................30
Hình 3.7 Sơ đồ hộp giảm tốc hai cấp khai triển................................................................32
Hình 3.8 Sơ đồ hộp giảm tốc hai cấp phân đôi cấp nhanh...............................................32
Hình 3.9. Sơ đồ hộp giảm tốc hai cấp đồng trục...............................................................33
Hình 3.10 Sơ đồ truyền động cắt bằng bánh lệch tâm......................................................34
Hình 3.11 Sơ đồ truyền động cắt bằng cơ cấu trục khuỷu thanh truyền........................34
Hình 3.12 Sơ đồ truyền động uốn bằng cơ cấu mâm uốn................................................34
Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của toàn máy........................................................35
Hình 4.1. Sơ đồ động toàn máy...........................................................................................36
Hình 4.2. Sơ đồ nguyên lý cơ cấu cắt.................................................................................37
Hình 4.3 Kết cấu bánh lệch tâm...........................................................................................38
Hình 4.4 Kết cấu bánh lệch tâm...........................................................................................38
DUT.LRCC

vii
Hình 4.5 Kết cấu mâm uốn. ................................................................................................. 39
Hình 4.6 Kết cấu chốt uốn và bạc lắp chốt uốn................................................................. 39
Hình 4.7 Sơ đồ chung toàn máy.......................................................................................... 41
Hình 4.8 Sơ đồ tiết diện đai thang....................................................................................... 44
Hình 4.9 Hình vẽ phát thảo sơ đồ hộp giảm tốc................................................................ 68
Hình 4.10 Biểu diễn các kích thước trục lên sơ đồ hộp giảm tốc. .................................. 69
Hình 4.11 Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên bánh răng..................................................... 69
Hình 4.12 Sơ đồ lực tác dụng lên trục và biểu đồ momen trục I..................................... 70
Hình 4.13 Cấu tạo sơ bộ trục I............................................................................................. 72
Hình 4.14 Sơ đồ lực tác dụng lên trục và biểu đồ momen trục II. .................................. 72
Hình 4.15 Sơ bộ cấu tạo trục II. .......................................................................................... 74
Hình 4.16 Sơ đồ lực tác dụng và biểu đồ momen trục III................................................ 75
Hình 4.16 Sơ bộ cấu tạo trục III. ......................................................................................... 77
Hình 4.17. Biểu diễn kích thước mối ghép then trên trục................................................ 85
Hình 4.18 Sơ đồ lực tác dụng lên gối đỡ trên trục I.......................................................... 90
Hình 4.19 Hình vẽ biểu diễn các thông số hình học của ổ bi đỡ một dãy...................... 91
Hình 4.20 Sơ đồ lực tác dụng lên gối đỡ trên trục III....................................................... 93
Hình 4.21 Phát thảo sơ bộ bộ truyền ngoài hộp..............................................................114
Hình 4.22 Phát thảo sơ bộ bộ truyền ngoài hộp..............................................................115
Hình 4.23 Sơ đồ đặt lực lên trục và biểu đồ momen trục IV.........................................115
Hình 4.24 Sơ đồ đặt lực lên trục và biểu đồ momen trục V. .........................................118
Hình 4.25 Sơ đồ đặt lực lên trục và biểu đồ momen trục VI.........................................120
Hình 4.26 Biểu diễn kích thước mối ghép then trên trục...............................................132
Hình 4.27 Biểu diễn kích thước ổ đũa nón đỡ chặn........................................................136
Hình 4.27 Sơ đồ tác dụng lực lên gối đỡ trục IV. ...........................................................137
Hình 4.28 Sơ đồ tác dụng lực lên gối đỡ trục V..............................................................138
Hình 4.29 Sơ đồ lực tác dụng lên gối đỡ trục VI. ...........................................................139
Hình 4.30 Sơ bộ kết cấu gối đỡ.........................................................................................141
Hình 4.31 Biểu diễn kích thước nối trục đàn hồi............................................................142
DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Các loại mác thép theo tiêu chuẩn Nga và Việt Nam. ..................................... 15
Bảng 1.2 Hàm lượng các nguyên tố của một số mác thép trên thị trường..................... 16
Bảng 1.3 Các thông số của thép cacbon thấp kéo nguội.................................................. 18
Bảng 1.4 Cơ tính của thép cacbon thấp kéo nguội............................................................ 18
Bảng 1.5. Các đại lượng tra cứu của thép cốt.................................................................... 18
Bảng 1.6 Tính chất cơ học của thép cốt............................................................................. 19
DUT.LRCC

viii
Bảng 4.1 Bảng thông số kỹ thuật toàn máy. ......................................................................43
Bảng 4.2 Kích thước tiết diện đai thang loại A. ................................................................44
Bảng 4.3 Bảng thông số kỹ thuật hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi cấp nhanh....................48
Bảng 4.4 Thông số then trên các trục trong hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi cấp nhanh..90
Bảng 4.5 Bảng thông số kỹ thuật của các bộ truyền ngoài hộp giảm tốc.......................95
Bảng 4.6 Bảng kích thước của nối trục đàn hồi...............................................................142
DUT.LRCC

Thiết kế máy uốn cắt thép xây dựng
SVTH: Phan Cao Thái GVHD: TS. Tào Quang Bảng 1
MỞ ĐẦU
Trong giai đoạn hiện nay, đất nước đang bước vào thời kỳ công nghiệp hóa,
hiện đại hóa nền kinh tế. Vai trò của ngành cơ khí ngày càng trở nên quan trọng hơn
đối với sự phát triển của nền kính tế đất nước, có thể nói đây là ngành then chốt của
một nền công nghiệp hiện đại.
Trong suốt những năm học tập tại trường, em đã được truyền đạt những kiến
thức cơ bản, làm cơ sở, hành trang cho công việc và nghề nghiệp của bản thân sau này.
Để tổng kết những gì đã được học trong suốt những năm vừa qua cùng với sự phân
công của nhà trường, em đã được nhận đề tài “Thiết kế máy uốn cắt thép xây dựng”
làm đồ án tốt nghiệp cùng với sự hướng dẫn của thầy giáo Tào Quang Bảng.
Nói về đề tài thiết kế máy uốn cắt thép liên hợp, trong ngành xây dựng hiện
nay, máy uốn cắt thép là loại thiết bị rất quan trọng, nó đóng góp vai trò lớn phục vụ
cho việc xây dựng và thi công kết cấu thép. Nhờ đó tiết kiệm được rất nhiều sức lao
động. Máy uốn cán thép có khả năng ứng dụng rộng rãi và độ chính xác cao, nhờ đó
nâng cao được năng suất làm việc, được sử dụng chủ yếu trong lĩnh vực xây dựng.
DUT.LRCC

P
Pp
Pa
Pb
a
b
p
Δl
CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾTCÔNG NGHỆ GIA CÔNG BIẾN DẠNG VÀ
CÔNG NGHỆ UỐN CẮT THÉP
1.1. Lý thuyết quá trình gia công biến dạng:
1.1.1. Phân loại biến dạng:
Dưới tác dụng của ngoại lực, kim loại bị biến dạng theo các giai đoạn: Biến dạng
đàn hồi, biến dạng dẻo và biến dạng phá hủy.
Dưới tác dụng của ngoại lực vật thể bị biến dạng theo các giai đoạn: Biến dạng
đàn hồi, biến dạng dẻo và biến dạng phá hủy.
➢ Biến dạngđàn hồi:
Là biến dạng bị mất đi trở về trạng thái ban đầu ngay sau khi thôi tác dụng của
tải trọng. Dựa vào đồ thị, giá trị của tải trọng tác dụng cần để xảy ra biến dạng đàn hồi
là P ≤ Pa.
➢ Biến dạng dẻo:
Là biến dạng mà sau khi thôi tác dụng của tải trọng vật vẫn giữ nguyên trạng thái
biến dạng mà không trở về trạng thái ban đầu. Theo biểu đồ, lực tác dụng cần để xảy
ra biến dạng dẻo là Pa < P ≤ Pb.
➢ Biến dạngphá huỷ:
Kim loại bị phá hủy sau khi chịu tác dụng của lực P > Pc
Hình 1.1 Biểu đồ quan hệ giữa lực và biến dạng.
1.1.2. Biến dạng dẻo:
1.1.2.1. Biến dạng dẻo trong đơn tinh thể:
DUT.LRCC

Được thể hiện bằng sự xê dịch của một phần tinh thể so cới phần còn lại của của
tinh thể đó. Sự xê dịch do ứng suất gây ra khi giá trị ứng suất vượt quá một giá trị tới
hạn k.
Có 2 dạng xê dịch: trượt và song tinh.
➢ Theo hình thức trượt:
Một phần tinh thể xê dịch songsongvới phần còn lại dọctheomột mặt phẳng gọi
là mặt trượt hay là mặt xê dịch (H 1.2a).
Trượt là một dạng xê dịch cơ bản của kim loại và trong hợp kim. Trên mặt trượt
các nguyên tử kim loại dịch chuyển tương đối với nhau một khoảng đúng bằng số
nguyên lần thông số mạng, sau dịch chuyển các nguyên tử kim loại ở vị trí cân bằng
mới, bởi vậy sau khi thôi tác dụng lực kim loại không trở về trạng thái ban đầu.
Để tạo ra những thanh thép chất lượng mà chúng ta thường thấy khi xây dựng
các công trình, tòa nhà hay các vật dụng được làm từ thép như dao, kéo, bàn ghế...đòi
hỏi phải tuân thủ nghiêm ngặt quy trình sản xuất thép. Việc tuân thủ quy trình này
nhằm kiểm soát chặt chẽ chất lượng sản phẩm đầu ra và hạn chế tối đa các khuyết
điểm và phế phẩm sản phẩm trong quá thực hiện. Quá trình sản xuất thép trải qua các
công đoạn chính theo sơ đồ sau:
(a) (b)
Hình 1.2 Sơ đồ biến dạng dẻo của trượt và song tinh.
➢ Theo hình thức song tinh
Là sự sắp xếp một phần tinh thể vào vị trí đối xứng với phần không bị biến dạng.
Mặt phẳng đối xứng gọi được gọi là mặt phẳng song tinh. Khi tạo song tinh, các mặt
phẳng nguyên tử của tinh thể xê dịch song song với mặt phẳng song tinh đi những
khoảngcách khác nhau.
1.1.2.2. Biến dạng dẻo trong đa tinh thể:
Biến dạng dẻo xảy ra trong nội bộ hạt và biến dạng ở vùng tinh giới hạt, sự biến
dạng trong nội bộ hạt do trượt và song tinh. Đầu tiên sự trượt xảy ra ở các hạt có mặt
DUT.LRCC

trượt tạo với hướng của ứng suất chính một góc bằng hoặc xấp xỉ 45o sau đó mới đến
các mặt khác.
Như vậy, biến dạng dẻo trong kim loại đa tinh thể xảy ra không đồng thời và
không đều. Dưới tác dụng của ngoại lực biên giới hạt của các tinh thể cũng bị biến
dạng, khi đó các hạt trượt và quay tương đối với nhau, do sự trượt và quay của các hạt
trong các hạt lại xuất hiện các mặt thuận lợi mới giúp cho biến dạng trong kim loại tiếp
tục phát triển.
1.1.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo và biến dạng của kim loại:
➢ Ảnh hưởng của thành phần và tổ chức kim loại:
Các kim loại khác nhau có các kiểm mạng tinh thể, lực liên kết giữa các nguyên
tử khác nhau, do đó tính dẻo của chúng cũng khác nhau. Đối với các hợp kim kiểu
mạng thường phức, xô lệch mạng lớn, một số các nguyên tố tạo các hạt cứng trong tổ
chức cản trở sự biến dạng do đó tính dẻo giảm. Thông thường kim loại sạch và hợp
kim có cấu trúc một pha dẻo hơn kim loại có cấu trúc nhiều pha, các tạp chất thường
tập trung ở biên giới hạt làm tăng xô lệch mạng cũng làm giảm tính dẻo của kim loại.
➢ Ảnh hưởng của nhiệt độ:
Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ hầu hết của các kim loại khi
tăng nhiệt độ tính dẻo tăng.
Khi tăng nhiệt độ, dao động nhiệt của các nguyên tử tăng đồng thời xô lệch mạng
giảm, khả năng khuếch tán của các nguyên tử làm cho tổ chức đồng đều hơn. Một số
kim loại và hợp kim ở nhiệt độ thường, tồn tại ở các pha kém dẻo, khi ở nhiệt độ cao
chuyển biến thù hình thành pha có độ dẻo cao.
➢ Ảnh hưởng của ứng suất dư:
Khi kim loại bị biến dạng nhiều, các hạt tinh thể bị vỡ vụn, xô lệch mạng tăng,
ứng suất dư lớn làm cho tính dẻo của kim loại bị giảm mạnh (hiện tượng biến cứng).
Khi nhiệt độ kim loại đạt từ 0.25 ÷ 0.3 Tnc ứng suất dư và xô lệch mạng giảm làm
cho tính dẻo của kim loại phục hồi trở lại (hiện tượng phục hồi).
Nếu nhiệt độ nung đạt tới 0,4Tnc trong kim loại bắt đầu xuất hiện kết tinh lại, tổ
chức kim loại sau khi kết tinh lại có hạt đồng đều và lớn hơn, mạnh tinh thể hoàn thiện
hơn nên độ dẻo tăng.
➢ Ảnh hưởng của trạngthái ứng suất chính:
Trạng thái ứng suất chính cũng ảnh hưởng đến tính dẻo của kim loại. Qua thực
nghiệm người ta thấy rằng kim loại chịu ứng suất nén khối có tính dẻo cao hơn khi
chịu ứng suất nén mặt, nén đường hoặc chịu ứng suất kéo. Ứng suất dư, ma sát ngoài
DUT.LRCC

làm thay đổi trạng thái ứng suất chính trong kim loại nên tính dẻo của kim loại cũng
giảm.
➢ Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng:
Sau khi rèn, dập các hạt kim loại bị biến dạng do chịu tác dụng của mọi phía nên
chai cứng hơn, đồng thời khi kim loại nguội dần sẽ kết tinh lại như cũ.
Nếu tốc độ biến dạng nhanh hơn tốc độ kết tinh lại thì các hạt kim loại bị chai
chưa kịp trở lại trạng thái ban đầu mà lại tiếp tục biến dạng, do đó ứng suất trong khối
kim loại sẽ lớn, hạt kim loại giòn và có thể bị nứt.
Nếu lấy hai khối kim loại như nhau cùng nung đến nhiệt độ nhất định rồi rèn trên
máy búa và máy ép ta thấy mức độ biến dạng trên máy búa lớn hơn, nhưng độ biến
dạng tổng cộng trên máy ép lớn hơn.
1.1.3. Trạng thái ứng suất và phương trình dẻo:
Giả sử trong vật thể hoàn toàn không có ứng suất tiếp thì vật thể có 3 dạng ứng
suất chính sau:
➢ Ứng suất đường:  max =
𝜎1
2
➢ Ứng suất mặt:  max =
𝜎1−𝜎2
2
➢ Ứng suất mặt:  max =
𝜎𝑚𝑎𝑥−𝜎𝑚𝑖𝑛
2
Nếu σ1 = σ2 = σ3 thì τ = 0 và khôngcó biến dạng. Ứng suất chính để kim loại biến
dạng dẻo là giới hạn chảy σch.
Điều kiện biến dạng dẻo:
➢ Khi kim loại chịu ứng suất đường:
|σ1| = σch <=>  max =
2
ch

➢ Khi kim loại chịu ứng suất mặt: σ1 - σ2 = σch
➢ Khi kim loại chịu ứng suất khối: σmax - σmin = σch
Các phương trình trên gọi là phương trình dẻo.
  
 

Hình 1.3 Các trạng thái ứng suất.
1.1.4. Những định luật cơ bản khi gia công kim loại bằng áp lực:
1.1.4.1. Định luật biến dạng đàn hồi tồn tại khi biến dạng dẻo:
DUT.LRCC

Biến dạng dẻo kim loại, đồng thời với biến dạng dẻo có xảy ra biến dạng đàn hồi.
Quan hệ giữa lực và biến dạng khi biến dạng đàn hồi tuân theo định luật Hooke.
1.1.4.2. Định luật ứng suất dư:
Trong bất cứ một kim loại biến dạng nào cũng được sinh ra một ứng suất dư cân
bằng nhau. Ứng suất dư này tồn tại bên trong vật thể đến khi biến dạng làm giảm tính
dẻo, độ bền và độ giai va đập làm cho vật thể biến dạng hoặc phá hủy. Khi phân tích
ứng suất chính cần tính đến ứng suất dư và khắc phục hậu quả do nó sinh ra.
1.1.4.3. Định luật thể tích không đổi:
Thể tích của vật thể trước và sau khi gia công áp lực không đổi. Định luật này có
ý nghĩa thực tiễn nó cho biết chiều dài sau khi biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực.
1.1.4.4. Định luật trở lực bé nhất:
Trong quá trình biến dạng các chất điểm của vật thể sẽ di chuyển theo phương
nào có trở lực bé nhất.
1.1.4.5. Định luật đồng dạng:
Trong điều kiện biến dạng đồng dạng, hai vật thể có hình dạng hình học đồng
dạng nhau. Nhưng kích thước giống nhau sẽ có áp lực đơn vị biến dạng như nhau.
Nếu gọi d1, F1, v1, là kích thước, diện tích và thể tích của vật thể 1; a2, b2, c2,
F2, v2, là kích thước, diện tích và thể tích của vật thể 2.
Gọi P1, P2, A1, A2, là lực và công biến dạng tác dụng lên vật thể 1 và 2.
1 1 1
1 2 2
a b c
n
b b c
= = =
2
1
2
F
n
F
= ; 3
1
2
v
n
v
=
Theo định luật đồng dạng thì:
2
1
2
P
n
P
= ; 3
1
2
A
n
A
=
Định luật này rất quan t rọng cho phép ta thử mẫu có kích thước nhỏ để xác
định các ảnh hưởng của biến dạng đến tổ chức cơ tính của kim loại.
1.2. Công nghệ uốn cắt kim loại:
1.2.1. Công nghệ uốn kim loại
1.2.1.1. Khái niệm uốn:
Uốn là phương pháp gia công kim loại bằng áp lực nhằm tạo cho phôi hoặc một
phần của phôi có dạng cong hay gấp khúc, phôi có thể là tấm, dải, thanh định hình và
DUT.LRCC

được uốn ở trạng thái nguội hoặc nóng. Trong quá trình uốn phôi bị biến dạng dẻo
từng phần để tạo thành hình dáng cần thiết. Uốn có thể tiến hành trến máy ép trục
khuỷu lệch tâm, ma sát hay thủy lực. Đôi khi có thể tiến hành trên các dụng cụ uốn
bằng tay hoặc trên máy uốn chuyên dùng.
Đặc điểm của quá trình uốn là dưới tác dụng ép của chày và cối, phôi bị biến
dạng dẻo từng vùng để tạo thành hình dáng cần thiết. Quá trình biến dạng bao gồm quá
trình biến dạng đàn hồi và quá trình biến dạng dẻo.
L

α
Hình 1.4 Biến dạng của phôi thép sau khi uốn.
1.2.1.2. Quá trình uốn:
Quá trình uốn bao gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng dạng dẻo. Uốn làm thay
đổi hướng thớ kim loại, làm cong phôi và thu nhỏ dần kích thước.
Trong quá trình uốn, kim loại phía trong góc uốn bị nén lại và co ngắn ở hướng
dọc, đồng thời bị kéo ở hướng ngang. Còn phần kim loại phía ngoài góc uốn bị giãn ra
bởi lực kéo. Giữa các lớp co ngắn và dãn dài là lớp kim loại không bị ảnh hưởng bởi
lực kéo và nén khi uốn và tại đây vẫn giữ được trạng thái ban đầu của kim loại, đây
gọi là lớp trung hòa. Sử dụng lớp trung hòa này để tính toán sức bền của vật liệu khi
uốn, sơ đồ bố trí lực tại tiết diện bị uốn được thể hiện như hình:
Hình 1.5 Lớp trung hòa và sơ đồ phân bố lực tại tiết diện bị uốn.
DUT.LRCC

Khi uốn những dải hẹp xảy ra hiện tượng giảm chiều dày chỗ uốn sai lệch hình
dạng về tiết diện ngang, lớp trung hòa bị lệch vể phía bán kính nhỏ.
Khi uốn những dải rộng cũng xảy ra hiện tượng biến dạng mỏng vật liệu nhưng
không có sai lệch tiết diện ngang, vì trở kháng của vật liệu có cùng chiều rộng lớn sẽ
chống lại sự biến dạng theo hướng ngang.
Khi uốn phôi với bán kính có khối lượng nhỏ thì mức độ biến dạng dẻo lớn và
ngược lại.
1.2.1.3. Hiện tượng đàn hồi sau khi uốn:
Uốn là một quá trình biến dạng dẻo có kèm theo biến dạng đàn hồi do tính chất
đàn hồi của vật liệu, sau khi uốn biến dạng đàn hồi làm thay đổi đi kích thước và hình
dạng sản phẩm so với kích thước và hình dạng của khuôn, hiện tượng đó gọi là hiện
tượng đàn hồi sau khi uốn.
Hiện tượng đàn hồi gây ra sự sai lệch về góc uốn và bán kính uốn vì vậy muốn
cho chi tiết có góc và bán kính uốn đã cho thì bán kính uốn và góc uốn phải thay đổi
một lượng đúng bằng trị số đàn hồi.
Hình 1.6 Quá trình biến dạng khi uốn.
(a) Biến dạng đàn hồi.
(b)Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo.
(c) Biến dạng dẻo.
Bằng thực nghiệm người ta xác định được rằng trị số đàn hồi phụ thuộc chủ yếu
vào loại vật liệu và chiều dày vật liệu, hình dáng chi tiết uốn, bán kính uốn tương đối
r/S, lực uốn và phương pháp uốn.
Khi giới hạn chảy của vật liệu càng cao tỉ số r/S càng lớn và chiều dày vật liệu
càng nhỏ thì hiện tượng đàn hồi càng lớn , trị số đàn hồi có thể xác định bằng phương
pháp thực nghiệm hoặc giải tích.
1.2.1.4. Các phương pháp uốn:
a. Uốn bằng phương pháp cối chày:
Q1
P
Q1
P
Q1
P
Hình a Hình b Hình c
DUT.LRCC

2 Trụ đỡ cố
định
2 Trụ đỡ cố
định
Chày ép di
động
➢ Ưu, nhược điểm:
Ưu điểm:
+ Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo.
+ Giá thành rẽ, dễ cơ khí hóa và tự động hóa.
+ Có thể uốn nhiều kích thước phôi trên cùng một cơ cấu cối
+ Năng suất cao
Nhược điểm:
+ Khả năng làm việc bị giới hạn: góc uốn, mức độ phức tạp của sản phẩm.
➢ Một số hình ảnh minh họa:
Hình 1.7 Sơ đồ uốn thép theo phương pháp cối chày.
Hình 1.8 Cơ cấu uốn bằng cối chày trong máy.
b. Uốn bằng phương pháp mâm xoay:
Ưu điểm:
+ Năng suất cao, dễ cơ khí hóa và tự động hóa.
+ Phạm vi ứng dụng cao, thích hợp cho sản phẩm phức tạp và có góc uốn đa
dạng
Nhược điểm:
+ Cơ cấu máy phức tạp, giá thành cao
Q
DUT.LRCC

Hình 1.9 Sơ đồ uốn thép bằng phương pháp mâm xoay.
Hình 1.10 Máy uốn thép bằng cơ cấu mâm xoay.
c. Uốn bằng hệ thống xy lanh thủy lực, khí nén:
Ưu điểm:
+ Kết cấu đơn giản, nhỏ gọn, dễ chế tạo
+ Năng suất cao, dễ cơ khí hóa và tự động hóa.
+ Khả năng linh hoạt cao
Nhược điểm:
+ Cần sự hỗ trợ hệ thống nén khí, dầu để tạo áp lực
Hình 1.11 Máy uốn thép bằng cơ cấu mâm xoay.
Q1
P
n
DUT.LRCC

1.2.2. Công nghệ cắt kim loại:
Sản phẩm cắt 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, 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.
1.2.2.1. Sự thay đổi tính chất của thép trong quá trình cắt:
Khi cắt tính chất của thép 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 trượt 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 khôngđồng 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
DUT.LRCC

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.
Quá trình cắt kim loại được chia thành 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.
1.2.2.2. Các phương pháp cắt kim loại:
a. Cắt bằng lưỡi dao đĩa
Quá trình cắt kim loại tấm dày trên máy cắt dao đĩa được thực hiện bằng những
đĩa dao quay tròn, đĩa dao trên và đĩa dao dưới được quay ngược chiều nhau cùng một
tốc độ góc (ω), vật liệu cắt được chuyển dịch nhờ lực ma sát giữa kim loại và dao đĩa.
Vị trí và kích thước đĩa dao được xác định phụ thuộc vào chiều dày vật liệu cắt. Công
việc cắt được thực hiện lấy dấu bằng tay hay đồ gá chuyên dùng. Người ta thường đặt
lệch trục đĩa dao trên so với dao dưới một đoạn e khônglớn lắm.
Hình 1.12 Cắt bằng lưỡi dao đĩa.
b. Cắt bằng dao thẳng song song:
Dùng để cắt các loại phôi và sản phẩm có tiết diện vuông, chữ nhật, tròn... máy
thường đặt sau máy cán phôi, cán phá, cán hình cỡ lớn có tiết diện sản phẩm là đơn giản.
Máy có nhiệm vụ cắt bỏ phần đầu, phần đuôi vật cán và dùngđể cắt phân đoạn vật cắt
theo kích thước qui định. Khi làm việc mặt phẳngchuyển độngcủa dao khôngđổi.
Hình 1.13 Cắt bằng 2 dao thẳngsong song.
P
DUT.LRCC

c. Cắt kim loại bằng oxi - thuốc:
Quá trình cắt bắt đầu bằng sự đốt nóng kim loại đến nhiệt độ cháy (oxy hóa mãnh
liệt) nhờ ngọn lửa hàn sau đó cho dòng oxy thổi qua, để đốt nóng kim loại đến nhiệt đô
cháy, khi đã đạt đến nhiệt độ cháy, cho dòng oxy kỹ thuật nguyên chất (98 ÷ 99.7 %
O2) vào rãnh giữa của mõ cắt và nó trực tiếp oxy hóa kim loại tạo thành oxit sắt và thổi
xỉ lỏng khỏi rãnh cắt. Sự tạo thành nhiệt do quá trình kim loại cháy trong oxy đã làm
cho quá trình cắt được liên tục cho đến khi kết thúc đường cắt.
Hình 1.14 Cắt bằng oxi – thuốc.
d. Cắt kim loại bằng hồ quang hàn:
Cắt kim loại bằng hồ quang que hàn là phương pháp sử dụng điện cực que hàn
thông dụng hoặc đặc biệt có đường kính 4.5 đến 6.3mm, với cường độ dòng điện lớn
hơn từ 30…50% so với dòng điện hàn hồ quang tương ứng. Mặc dù có thể sử dụng
dòng xoay chiều, nhưng dòng một chiều cực thuận được ưu tiên sử dụng. Đôi khi có
thể làm ẩm điện cực, nước trong lớp bọc điện cực làm giảm sự quá nhiệt điện cực và
phân hủy trong hồ quang để xuyên thấu sâu hơn.
Để kim loại và xỉ dễ dàng thoát ra khỏi đường cắt, cần có hồ quang ngắn và điện
cực phải đẩy sát trong rãnh cắt, đầu điện cực được đẩy vào vũng chảy và được thao tác
bằng chuyển động lên xuống.Chuyển động lên phải rất nhanh và chuyển động xuống
phải có tác dụng đẩy để kim loại nóng chảy và xỉ thoát ra ngoài.
Hình 1.15 Cắt bằng hồ quang.
DUT.LRCC

e. Cắt bằng hồ quang Plasma:
Cắt bằng hồ quang Plasma được thiết kế tương tự mỏ hàn hồ quang Plasma.
Nguồn DC được sử dụng với điện cực Volfram nối vào cực âm. Hồ quang được duy trì
giữa điện cực trong mỏ cắt và chi tiết gia công được tạo ra bằng máy phát tần số cao.
Khí dẫn được cấp nhiệt trước lỗ bằng Plasma hồ quangsẽ giảm nổ và phun qua tiết lưu
với tốc độ cao. Kim loại nóng chảy bằng hồ quang bị thổi lệch ra xa bằng động năng
của dòng khí.
Hình 1.16 Cắt bằng hồ quang Plasma.
f. Cắt bằng thủ công:
Cắt thép bằng các phương pháp thủ công có nhiều cách, chẳng hạn như cưa bằng
tay, kìm cắt cộng lực, 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.
Kéo cắt thép thủ công: gồm hai lưỡi cắt và một cơ cấu cánh tay đòn và đòn bẩy
để tạo lực cho lưỡi cắt. Kéo 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.
DUT.LRCC

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ THÉPVÀ MÁY UỐN THÉP
2.1. Giới thiệu về thép xây dựng:
Trong xây dựng chủ yếu dùng thép cacbon và thép hợp kim thấp
2.1.1. Thép cacbon:
2.1.1.1. Thành phần hóa học của thép cacbon:
Thành phần hóa học chủ yếu của thép Cacbon là Fe và C, ngoài ra còn chứa một
số nguyên tố khác tùy theo điều kiện luyện thép.
C < 2%; Mn ~ 0,8%; Si ~ 0,5%; P, S ~ 0,05%.
Cr, Ni, Cu, W, Mo, Ti rất ít (0,1 - 0,2%).
Mn và Si là 2 nguyên tố có tác dụng nâng cao cơ tính của thép cacbon. P và S là
những nguyên tố làm giảm chất lượng thép, nâng cao tính giòn nguội cho thép.
2.1.1.2. Phân loại loại thép cacbon:
Theo mục đích sử dụng thép cacbon có 2 loại: thép cacbon thường và thép
cacbon chất lượng tốt (thép hợp kim tốt).
a. Thép cacbonthường:
Thép cacbon thường có dạng đã qua cán mỏng (thép tấm, thép cây, thép hình…)
chủ yếu để dùng trong xây dựng.
Theo TCVN 1765:1975 thép cacbon thườnglại được chia thành 3 loại: A, B, C.
❖ Thép cacbon thường loại A:
+ Thép cacbon thường loại A là loại thép chỉ qui định về cơ tính.
+ Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 1765:1975) quy định mác thép loại này ký
hiệu là CT, con số đi kèm theo chỉ độ bền giới hạn.
Ví dụ : CT31 là thép có giới hạn bền tối thiểu là 310 N/mm.
+ Thép cacbon thường loại A có các loại mác thép theo bảng 1.
Bảng 1.1 Các loại mác thép theo tiêu chuẩn Nga và Việt Nam.
Mác thép (số liệu)
Giới hạn bền b
 , N/ 2
mm Độ giãn dài tương đối  ,%
Nga Việt Nam
CT0
CT1
CT2
CT3
CT31
CT33
CT34
CT38
≥ 310
320 – 420
340 – 440
380 – 490
20
31
29
23
DUT.LRCC

❖ T
h
é
p
cacbon thường loại B:
+ Là thép chỉ qui định về thành phần hóa học.
+ Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 1765:1975) qui định mác thép loại này ký
hiệu là BCT, con số đi kèm theo vẫn chỉ độ bền giới hạn như thép cacbon
thường loại A. Còn thành phần hóa học được qui định như bảng:
Bảng 1.2 Hàm lượng các nguyên tố của một số mác thép trên thị trường.
Mác thép ( số liệu) Hàm lượng các nguyên tố
Nga Việt Nam C, % Mn, %
S, không
lớn hơn, %
P, không lớn
hơn, %
CT0
CT1
CT2
CT3
CT4
CT5
CT6
BCT31
BCT33
BCT34
BCT38
BCT42
BCT51
BCT61
0.23
0.06 – 0.12
0.09 – 0.15
0.14 – 0.22
0.18 – 0.27
0.28 – 0.37
0.38 – 0.49
0.25 - 0.5
0.25 – 0.5
0.3 – 0.65
0.4 – 0.7
0.05 – 0.8
0.05 – 0.8
0.06
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.07
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
❖ Thép cacbon thường loại C:
+ Thép cacbon thường loại C là thép qui định cả về cơ tính và thành phần
hóa học. Loại thép này có cơ tính như thép cacbon thường loại A và có
thành phần hóa học như thép cacbon thường loại B. Tiêu chuẩn Việt
Nam(TCVN 1765:1975) qui định mác thép này ký hiệu là CCT. Con số đi
kèm chỉ độ bền giới hạn qui định như bảng 1.1 và có thành phần hóa học
qui định như bảng 1.2.
b. Thép hợp kim thấp:
❖ Thành phần hóa học:
Thép hợp kim thấp là loại thép ngoài thành phần hóa học là Fe, C và tạp chất do
chế tạo còn có các nguyên tố khác được cho vào với một hàm lượng nhất định để thay
đổi cấu trúc và tính chất của thép, đó là các nguyên tố: Cr, Ni, Mg, Si, W, V, Mo, Ti,
Cu.
Trong thép hợp kim thấp, tổng hàm lượng các nguyên tố này %
5
,
2
 .
CT4
CT5
CT6
CT42
CT51
CT61
420 – 540
500 – 640
600
21
17
12
DUT.LRCC

Theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 1659:1975), thép hợp kim được ký hiệu bằng
hệ thống ký hiệu hóa học, số tỷ lệ phần vạn cacbon và phần trăm các nguyên tố trong
hợp kim.
Ví dụ: Loại thép ký hiệu là: 9Mn2 có 0.09% C và 2% Mn.
❖ Tính chất cơ lý:
Thép hợp kim thấp có cơ tính cao hơn thép cacbon, chịu được nhiệt độ cao hơn
và có những tính chất vật lý hóa học đặc biệt như chống tác dụng ăn mòn của môi
trường.
Thép hợp kim thấp thường được dùng để chế tạo các các kết cấu thép dầm cầu,
tháp khoan dầu mỏ, đường ống dẫn khí,…) và cốt thép cho các kết cấu bê tông cốt
thép.
2.1.2. Các loại cốt thép cho kết cấu bê tông cốt thép:
2.1.2.1. Yêu cầu đối với các đặc tính của cốt thép khi sử dụng cho kết cấu bê tông:
❖ Tính bám dính tốt:
Với lớp bao phủ là một trong những đặc tính quan trọng nhất của cốt thép trong
bê tông, để đảm bảo nhiệm vụ này chúng phải có hình dạng đặc biệt (có gai để tăng
cường neo móc). Đối với cốt thép ứng suất trước sự dính bám được đảm bảo bằng
những vết, sự gồ ghề (bằng phương pháp cán, vuốt).
Một yêu cầu khác là khi tiếp xúc với xi măng, cốt thép không được phản ứng tạo
ra hợp chất có hại cho sự dính bám.
❖ Tính biến dạng:
Từ khi đặt cốt thép vào bê tông và trong quá trình làm việc bê tông, cốt thép luôn
luôn bị biến dạng, thắt lại. Vì vậy cốt thép phải có tính biến dạng tốt, như có sự giãn
dài dưới tác dụng của tải trọng cực đại khi thử nghiệm kéo, bền sau một số lần thử
uốn.
❖ Độ bền:
Độ bền lâu (tuổi thọ) của các công trình bằng bê tông cốt thép hoặc bê tông cốt
thép dự ứng lực phụ thuộc trực tiếp vào độ bền của cốt thép. Độ bền lâu này có thể chỉ
phụ thuộc vào tác động cơ học, nhưng cũng có thể cả môi trường xung quanh.
2.1.2.2. Các dạng cốt thép cho bê tông cốt thép thường:
a. Dây thép cacbon thấp kéo nguội:
Dây thép cacbon thấp kéo nguội dùng làm cốt thép cho bê tông có đường kính từ
3,0 đến 10,0 mm. Được sản xuất từ thép cacbon thấp CT31, CT33, CT34, CT38,
DUT.LRCC

BCT31, BCT38. Chúng phải có đường kính và sai lệch cho phép phù hợp với bảng
1.3.
Ví dụ: Ký hiệu qui ước dây có đường kính 5mm được sản xuất từ thép mác
CT31 là dây thép 5.CT31 – TCVN 3101:1979. Cơ tính của dây phải phù hợp bảng 1.4.
Bảng 1.1 Các thông số của thép cacbon thấp kéo nguội.
Đường kính
danh nghĩa,
mm
Sai lệch cho
phép, mm
Diện tích mặt
cắt ngang,
2
mm
Khối lượng lý
thuyết của 1m
chiều dài, Kg
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6,0
7,0
8,0
9,0
 0,06
 0,08
 0,08
 0,08
 0,08
 0,08
 0,08
 0,10
 0,10
 0,10
 0,10
7,07
9,68
12,57
15,90
19,63
23,76
28,27
38,48
50,27
63,62
78,54
0,056
0,076
0,099
0,125
0,154
0,187
0,222
0,302
0,395
0,499
0,617
Bảng 1.2 Cơ tính của thép cacbon thấp kéo nguội.
Đường kính dây, mm Giới hạn bền, 2
/ mm
N
Từ 3 đến 5,5
Từ 6 đến 10
550 - 850
450 - 700
Ví dụ: Ký hiệu qui ước thép cốt nhóm CII có đường kính 20mm là CII20 TCVN
1651 : 1985.
b. Các đại lượng và tính chất cơ học của thép cốt:
Đường kính danh nghĩa và các đại lượng tra cứu của thép cốt phải phù hợp với
bảng 1.5. Tính chất cơ học của thép cốt phải phù hợp với qui định ở bảng 1.6.
Bảng 1.3. Các đại lượng tra cứu của thép cốt.
Đường kính danh nghĩa
D, mm
Diện tích mặt cắt ngang,
cm 2
Khối lượng lý thuyết
của 1 mét chiều dài, Kg
6
7
8
0,283
0,385
0,503
0,222
0,302
0,395
DUT.LRCC

9
10
12
14
16
18
20
22
25
28
32
36
40
0,636
0,785
1.313
1,51
2,01
2,54
3,14
3,80
4,91
6,16
8,01
10,18
12,57
0,499
0,617
0,888
1,21
1,58
2,00
2,17
2,98
3,85
4,83
6,31
7,99
9,87
Bảng 1.4 Tính chất cơ học của thép cốt.
Nhóm
thép cốt
Đường
kính, mm
Giới
hạn
chảy,
N/mm 2
Giới hạn
bền,
N/mm 2
Độ giãn
dài
tương
đối, %
Thử uốn nguội
C – Độ dày trục uốn
d – Đường kính thép
cốt
Không nhỏ hơn
CI
CII
CIII
CIV
6-40
10-40
6-40
10-32
240
300
400
600
380
500
600
900
25
19
14
6
C = 0,5d(180
)
C = 3d(180
)
C = 3d(90
)
C = 3d(45
)
2.2. Giới thiệu về máy uốn cắt thép trên thị trường:
2.2.1. Phạm vi và mục đích sử dụng:
Như chúng ta biết,hiện nay ngành xây dựng nước ta đang trên đà phát triển rất
mạnh. Nhiều công trình qui mô mọc lên khắp nơi. Vì vậy việc đưa máy móc vào xây
dựng là cần thiết cho sự phát triển. Và một trong những máy móc đã và đang được đưa
vào sử dụng khá phổ biến trong các công trình đó là máy uốn cắt thép liên hợp. Uốn
cắt thép là công đoạn rất quan trọng và sẽ mất rất nhiều thời gian, công sức nếu không
có sự hổ trợ của máy móc.
Hiện nay hầu như tất cả các công trình xây dựng cỡ vừa và lớn đều được trang bị
máy uốn cắt thép liên hợp, với bộ điều khiển tự động và bán tự động, có thể uốn và cắt
ra những thanh thép hay đai thép có kích thước khác nhau theo yêu cầu. Còn một số
công trình nhỏ như nhà dân… thì vẫn còn sử dụng phương pháp thủ công. Trên thị
DUT.LRCC

trường hiện nay có thể nói đến một số máy cắt uốn sắt liên hợp như GQW32, GQW40,
GQW50…
2.2.2. Thực trạng về máy cắt uốn thép:
Hiện nay trên thế giới, thép được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp
và trong xây dựng. Nhận thấy được tầm quan trọng của sắt thép chính vì vậy việc chế
tạo máy cắt, uốn phù hợp, tăng nâng suất với nhu cầu rất cần thiết. Trên thế giới hiện
nay máy cắt, uốn rất đa dạng nhỏ ngọn từ bằng tay, đến các máy lớn sử dụng động cơ,
thủy lực, rồi đến NC hay CNC có thể duỗi, cắt, uốn với nhiều bán kính khác nhau với
độ chính xác và năng suất rất cao.
Hình 2.1 Máy uốn cắt thép liên hợp.
Trên thị trường nước ta cũng đã có nhiều máy uốn, cắt sắt hiện đại và cho năng
suất cao. Tuy nhiên tình hình sản xuất thực tại vẫn phố biến nhiều hình sản xuất thủ
công máy bán tự động hay chỉ giải quyết được một khâu uốn hay cắt. Các khâu này
hoạt động độc lập với nhau nên tiêu tốn nhiều thời gian và nhân công. Việc tiêu tốn
nhiều thời gian sẻ ảnh hưởng tới tiến độ thi công các công trình.
Hình 2.2 Máy uốn và cắt thép độc lập.
DUT.LRCC

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH YÊU CẦU ĐỘNG HỌC VÀ LỰA CHỌN
PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY
3.1. Phân tích yêu cầu động học của máy:
Từ những phân tích trên và theo yêu cầu của đề tài là máy vừa uốn và vừa cắt
nên ta chọn phương án thiết kế với nguyên công uốn bằng cơ cấu quay cụ thể là uốn
bằng mâm uốn, cắt bằng cặp lưỡi dao song song chuyển động tịnh tiến, hơn cả vì nó
dùng được cho nhiều trường hợp, có thể điều chỉnh được đường kính của sản phẩm
cũng như góc uốn cần uốn với chiều dài phôi tùy ý. Vì vậy máy cần thiết kế phải đáp
ứng được các yêu cầu động học như sau:
• Chuyển động tịnh tiến của lưỡi dao thực hiện quá trình cắt.
• Bố trí cơ cấu tựa để thực hiện chức năng cố định phôi khi uốn.
• Chuyển động quay của mâm xoay để thực hiện quá trình uốn.
3.2. Tính toán lực cắt, lực uốn:
3.2.1. Tính toán lực cắt và công suất cắt:
3.2.1.1. Diễn biến quá trình cắt:
Quá trình cắt kim loại bằng cặp lưỡi dao thẳng song song được chia làm 3 thời kỳ
là thời kỳ cắt phá, thời kỳ cắt duy trì và thời kỳ cắt đứt.
a. Thời kỳ cắt phá:
Hình 3.1 Sơ đồ quá trình cắt giai đoạn cắt phá.
Đây là thời kỳ mà lưỡi dao ăn vào kim loại và bắt đầu quá trình cắt, lúc này lực
cắt của dao từ từ tăng lên ( p
P tăng từ 0 max
P P
→ ). Để đặc trưng cho độ nhanh chậm của
quá trình này người ta đưa ra thông số tỷ số chiều sâu cắt tương đối 1
 như sau:
Z1/2
h
Z1/2
a
P
P
T
T
c
Q
DUT.LRCC

1
1
Z
h
 = (3-1)
Trong đó:
1
Z - Chiều sâu kim loại được cắt.
h - Chiều dày vật cắt.
b. Thời kỳ cắt duy trì:
Hình 3.2 Sơ đồ quá trình cắt – Thời kỳ cắt.
Đây là thời kỳ mà lực cắt giảm dần xuống theo tiết diện của vật cắt. P giảm dần
từ ax
m
P xuống min
P .
c. Thời kỳ cắt đứt:
Đây là thời kỳ kim loại tự đứt. Để đặc trưng cho sự nhanh chậm của thời kỳ đứt,
người ta đưa ra khái niệm độ sâu đứt trong tương đối 2
 và được đặc trưng bằng tỷ số
sau:
2
2
Z
h
 = (3-2)
Trong đó:
2
Z - chiều sâu kim loại ở cuối hành trình cắt để sang thời kỳ tự đứt.
h - là chiều dày ban đầu của vật cần cắt.
3.2.1.2. Tính toán lực cắt:
Qua thực tế và thí nghiệm, người ta thấy rằng lực cắt lớn nhất ax
m
P là ở cuối thời
kỳ cặp và đầu thời kỳ cắt và ax
m
P được tính theo công thức sau:
ax . .
m c c
P k F 
= (3-3)
Trong đó:
• k là hệ số an toàn với 1 2 3
. .
k k k k
=
Q
L
Z2/2
Z2/2
P
P
a
h
DUT.LRCC

+ 1
k - là hệ số xét đến sự ảnh hưởng của cơ tính vật liệu làm dao.
1 0,6 0,7
k =  (0,6 đối với thép cứng, 0,7 đối với thép mềm).
+ 2
k - là hệ số xét đến sự ảnh hưởng khi bị mòn dao.
)
2
,
1
1
,
1
(
2 
=
k cho cắt nóng và )
25
,
1
15
,
1
(
2 
=
k cho cắt nguội.
+ 3
k - là hệ số xét sự ảnh hưởng của khe hở lưỡi dao.
)
25
,
1
15
,
1
(
3 
=
k cho cắt nóng và )
3
,
1
2
,
1
(
3 
=
k cho cắt nguội.
Thông thường người ta lấy : k=1,1 ÷ 1,3.
• c
F - là diện tích tiết diện cắt.
2 2 2
. .20 1256,64( ).
c
F r mm
 
= = =
• c
 là giới hạn bền cắt, với thép CT51 có 2
ax 640( / )
bm N mm
 = .
Thường lấy b
c 
 )
8
,
0
6
,
0
( 
= .
Chọn 2
0,7. 0,7.640 448( / ).
c b N mm
 
= = =
Như vậy lực cắt lớn nhất là
max 1,2.1256,64.448 675569,7( ) 675,57( )
P N kN
= = =
❖ Ghi chú:
Các trị số 1 2
,
  được tra trong bảng quan hệ giữa vật liệu cắt với 1 2
,
  .
- Khi dao ăn vào kim loại thì phôi có xu hướng bị xê dịch, khi ấy từ các
cạnh của dao sinh ra một lực trượt T, lực trượt T do dao xê dịch sinh ra
một momen có trị số .
t
M P a
= .
- Lực T và P có xu hướng ngược chiều nhau và có tương quan độ lớn:
.
)
25
,
0
15
,
0
( P
T 
=
- Để giảm lực trượt T và cắt sản phẩm cho chính xác , người ta dùng lực
kẹp Q để giữ vật cắt. Khi ấy (0,1 0,15)
T P
=  và (0,03 0,05) .
Q P
= 
3.2.1.3. Tính toán công suất cắt cần thiết:
Công suất động cơ để dẫn động các cơ cấu cắt thực hiện quá trình cắt (xác định
theo công thức trung bình) tính theo công thức trang63 [2]:
.
.( )
1000.
p lh
kt
tr d lh
dc
ctr
A A
K A
N
t
 
+ +
= (3-4)
Trong đó:
• Ap - công tiêu hao trong một hành trình công tác.
p g f dh dhf
A A A A A
= + + + (3-5)
DUT.LRCC

• Akt - công tiêu hao khôngtải.
0,3. 0,3.5674,8 1702,44( )
kt g
A A J
= = = (3-6)
• Alh - công tiêu hao đóng mở ly hợp. Alh = 0.
• K - hệ số an toàn.
K phụ thuộc vào hệ số trượt danh nghĩa của động cơ (s), chọn
K =1,2.
• .
tr d
 - Là hiệu suất truyền độngtừ động cơ đến trục máy.
• Tc.tr - Thời gian một chu trình cắt.
Tính toán Ap, d
tr.
 và Tc.tr
• Tính Ap:
Ta có: p g f dh dhf
A A A A A
= + + +
Trong đó:
+ Ag - là công biến dạng kim loại.
max
h
g g max
0
A P .dh P. h

= = 
 (3-7)
Với:
P - là lực cắt trung bình, gần đúng có thể lấy:
max
0,7. 0,7.675,57 472,9( )
P P KN
= = =
max . c
h k t
 = , trong đó tc = 40mm là chiều dày cắt.
k - là hệ số điều chỉnh.
Khi cắt thép thanh nguội 0,25 0,35
k =  .Chọn k = 0,3.
g c
A P.k.t 472,9.0,3.40 = 5674,8(J)
= =
+ Af - Công tiêu hao do ma sát.
0,9. 0,9.5674,8 5107,32( )
f g
A A J
= = = (3-8)
+ Adh - Công tiêu hao do đàn hồi của máy:
max max
1
. .
2
dh
A P l
=  (3-9)
Với
l
 : là độ biến dạng của máy cắt, phụ thuộc vào lực cắt thường nằm
trong khoảng 0,25 1 /1000
mm KN
 . Ta chọn max 1( /1000 )
l mm KN
 = .
 0,5.675,57.1 337,8( )
dh
A J
= =
+ Adhf - Công tiêu hao của lực ma sát do biến dạng đàn hồi của máy
0,2 0,2.5674,8 1135( )
dhf g
A A J
= = = (3-10)
DUT.LRCC

Như vậy tổng công tiêu hao là:
5674,8 5107,32 337,8 1135 12255( )
p g f dh dhf
A A A A A J
= + + + = + + + =
• Tính .
tr d
 :
Ta có: 7 4
. . .
. . . .
tr d d ol br t br n lh
     
=
Tra bảng 2-1 trang 27 [Thiết kế chi tiết máy] ta có:
96
,
0
=
d
 : Hiệu suất bộ truyền đai.
995
,
0
=
ol
 : Hiệu suất một cặp ổ lăn.
rt 0,98
b
 = : Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ.
rn 0,97
b
 = : Hiệu suất bộ truyền bánh răng nón
985
,
0
=
ot
 : Hiệu suất một ổ trượt.
Thay vào công thức ta được:
7 4 7 4
. . .
. . . 0,96.0,995 .0,98 .0,97.0,985 0,817
tr d d ol br t br n
    
= = =
• Tính tc.tr:
Thời gian một chu trình cắt.
60
.
ct
t
n p
= (3-11)
Trong đó:
n = 15(vòng/phút) - Tốc độ quay bánh lệch tâm.
P=1 - Hệ số sử dụng hành trình.
Vậy:
60 60
4( )
. 15
ct
t s
n p
= = =
Như vậy công suất cần thiết cho động cơ là:
.
12255
.( ) 0,35.( 1702,44)
0,817
1,46( )
1000. 1000.4
p lh
kt
tr d lh
dc
ctr
A A
K A
N KW
t
 
+ + +
= = =
.
3.2.2. Tính toán lực uốn và công suất uốn:
3.2.2.1. Bán kính uốn nhỏ nhất:
Bán kính phía trong của vật uốn không được nhỏ hơn một giá trị nhất định gọi là
bán kính uốn nhỏ nhất rmin, nếu min
r r
 sẽ gây ra nứt ở tiết diện uốn. Bán kính uốn phụ
thuộc vào nhiều yếu tố:
• Cơ tính của vật liệu và trạng thái nhiệt luyện. Nếu vật liệu có tính dẻo tốt
hoặc đã qua ủ mềm thì rmin nhỏ hơn so với khi vật liệu đã qua biến dạng do
bị biến cứng.
DUT.LRCC

• Ảnh hưởng của góc uốn. Cùng với một bán kính uốn r như nhau, nếu góc
uốn càng nhỏ thì khu vực biến dạng càng lớn.
• Góc làm bởi đường uốn và hướng cán (thớ kim loại). Vì kim loại chịu kéo
và nén theo phương của thớ kim loại thì tốt hơn nhiều so với khi bị kéo và
nén theo phương vuông góc với thớ kim loại. Cho nên khi đường uốn
vuông góc với hướng cán thì rmin cho phép nhỏ hơn so với khi đường uốn
dọc theo hướng cán từ 1,5 ÷ 2 lần.
• Ảnh hưởngcủa tình trạngmặt cắt vậtliệu. Khi cắt phôi uốn, trên mặt cắt có
nhiều bavia hoặcnhiều vết đứt thì khiuốndễ sinhra tập trungvà tại nhữngnơi
đó dễ sinh ra vết nứt. Bởi vậy cần phải tăngtrị số rmin lên1,5 ÷ 2 lần.
Trên thực tế bán kính uốn nhỏ nhất cho phép được xác định theo công thức kinh
nghiệm:
min .
r K S
= (3-12)
Trong đó:
+ K: Hệ số cho trong bảng 52[2].
+ S: Chiều dày vật uốn, ở đây lấy chiều dày lớn nhất S = 40mm
Đối với thép CT38 ở trạng thái vật liệu cứng khi uốn vuông góc với hướng cán
và góc uốn α = 90° thì rmin = 0,5.S = 0,5.40 = 20mm.
+ Khi uốn α = 60° thì rmin = 1,2.0,5.S = 0,6S = 0,6.40 = 24mm.
+ Khi uốn α = 120° thì rmin = 0,8.0,5.S = 0,4S = 0,4.40 = 16mm.
Đối với thép CT51 ở trạng thái vật liệu cứng khi uốn vuông góc với hướng cán
và góc uốn α=90° thì rmin = 0,8.S = 0,8.40 = 32mm.
+ Khi uốn α = 60° thì rmin = 1,2.0,8.S = S = 0,96.40 = 38,4mm.
+ Khi uốn α = 120° thì rmin = 0,8.0,8.S = S = 0,64.40 = 25,6mm.
3.2.2.2. Tính toán lực uốn.
Ta tính cho trường hợp uốn thép CT51 góc 90° , chọn lô uốn đóng vai trò chày
uốn với bán kính r = 32mm, lô uốn quay với bán kính l = 45mm.
Ta có công thức tính lực uốn theo trang 116 [4].
F
q
B
L
S
k
P b
u .
.
.
.
2
1 +
=  (3-13)
Trong đó:
+ k = 1,33 khi 8
L
S
 và k = 1,26 khi 12
L
S
 .
+ L - chiều rộng miệng cối (mm).
+ B - Chiều rộng vật uốn (mm).
DUT.LRCC

+ q - Áp suất để là phẳng (KG/mm2
).
+ F - Diện tích là phẳng dưới chày (𝑚𝑚2
).
+ 𝜎𝑏 - Giới hạn bền của vật liệu (kG/𝑚𝑚2
).
+ S – Chiều dày vật uốn (mm).
Xét trường hợp với thép CT51 có 𝜎𝑏= 640(N/𝑚𝑚2
) = 64(kG/𝑚𝑚2
).
Trường hợp của ta là uốn tự do không có là phẳng nên lực uốn sẽ được tính theo
công thức:
2
1 . . .
u b
S
P k B
L

= (3-14)
Hình 3.3 Sơ đồ tính lực khi bắt đầu chạm uốn.
Cho trước L1=260mm là khoảngcách từ tâm mâm uốn đến điểm tì uốn.
Ta tính L2:
2 2
2 130 (25 40 25) 94( )
L mm
= − + + =

1 2 260 94 354( )
L L L mm
= + = + =
Ta qui đổi tiết diện tròn thành tiết diện hình chữ nhật B × S như sau:
Ta có momen chốnguốn của thép tròn đặc Φ40 là:
3 3
1
. .20
W 6283
4 4
u
R
 
= = = (3-15)
Momen chống uốn tiết diện hình chữ nhật:
2
2
.
6
u
B S
W = (3-16)
Qui đổi Wu1 = Wu2
Hình 3.4 Hình vẽ qui đổi tiết diện thanh thép.
R130
260
Pu
Pt
DUT.LRCC

=>
2
.
6283
6
B S
= => 2 3
. 37699( )
B S mm
=
Chọn k =1,33 =>
37699
1,33. .64 9064.8( )
354
u
P N
= =
3.2.2.3. Tính công suất uốn cần thiết:
Công suất uốn được tính theo công thức kinh nghiệm dựa theo [5]:



.
1000
.
).
.( 1 W
d
r
d
k
k
N
u
u
+
+
+
= (3-17)
Trong đó :
+ σu - là ứng suất uốn (N/mm2)
Với thép CT51 ta lấy:
).
/
(
10
.
448
)
/
(
448
640
.
7
,
0
7
,
0 2
6
2
m
N
mm
N
b
u =
=
=
= 

+ k - Hệ số hình dạng phôi uốn. Phôi tiết diện tròn k = 0,7.
+ k1 - Hệ số phụ thuộc vật liệu. k1 = 0,62 ÷ 0,7. Ta lấy k1 = 0,7.
+ r - Bán kính uốn. r = 35mm = 0,035m.
+ d - Đường kính chày uốn. d = 50mm = 0,05m.
+ W - Momen chống uốn của thanh thép.
W = 6283 mm3 = 6283.10-9 (m3).
+  - Tốc độ góc của mâm uốn
.5
0,53( / )
30 30
n
rad s
 
 = = =
Vậy công suất uốn cần thiết là:
1
.( ). .
1000.
u
u
d
k k W
r d
N
 

+ +
+
=
6 9
0,05
448.10 (0,7 0,7 ).6283.10 .0,53
0,035 0,05
3,63( )
1000.0,817
KW
−
+ +
+
= =
3.3. Tính chọn động cơ và lựa chọn phương án truyền động:
3.3.1. Tính chọn động cơ:
Chọn động cơ điện bao gồm chọn loại, kiểu động cơ, chọn công suất và số vòng
quay của động cơ phù hợp với số liệu tính toán.
3.3.1.1. Chọn loại, kiểu động cơ:
Ta chọn loại động cơ không đồng bộ kiểu lồng sóc.
DUT.LRCC

Hình 3.5 Động cơ điện không đồng bộ ba pha kiểu lồng sóc.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:
Gồm 2 thành phần chính là Stato và Roto
Stator được quấn các cuộn dây lệch nhau về không gian (thường là 3 cuộn dây
lệch nhau góc 120°). Khi cấp điện áp 3 pha vào dây quấn, trong lòng Stator xuất hiện
từ trường Fs quay tròn với tốc độ n=60*f/p, với p là số cặp cực của dây quấn Stator, f
là tần số.
Từ trường này móc vòng qua Rotor và gây điện áp cảm ứng trên các thanh dẫn
lồng sóc của rotor. Điện áp này gây dòng điện ngắn mạch chạy trong các thanh dẫn.
Trong miền từ trường do Stator tạo ra, thanh dẫn mang dòng I sẽ chịu tác động của lực
Bio-Savart-Laplace lôi đi. Có thể nói cách khác: dòng điện I gây ra một từ trường Fr
(từ trường cảm ứng của Rotor), tương tác giữa Fr và Fs gây ra momen kéo Rotor
chuyển độngtheo từ trường quay Fs của Stator.
3.3.1.2. Chọn công suất và số vòng quay của động cơ.
Công suất của động cơ Ndc lấy theo dãy số tiêu chuẩn cho từng loại động cơ theo
nguyên tắc:
Động cơ điện được chọn sao cho có thể lợi dụng được toàn bộ công suất động cơ.
Khi làm việc nó phải thỏa mãn các điều kiện:
• Động cơ không phát nóng quá nhiệt độ cho phép.
• Có khả năng quá tải trong thời gian ngắn.
• Có momen mở máy đủ lớn để thắng momen cản ban đầu của phụ tải khi
khởi động.
Thường chọn động cơ điện theo điều kiện nhiệt độ, rồi kiểm tra điều kiện quá tải
và momen mở máy. Có nhiều loại động cơ thỏa mãn được công suất, vận tốc yêu cầu.
Nhưng vấn đề đặt ra là cần chọn động cơ có tốc độ bao nhiêu. Nếu chọn động cơ có số
DUT.LRCC

vòng quay lớn thì tỷ số truyền động chung tăng dẫn đến việc tăng khuôn khổ, kích
thước của máy và giá thành thiết bị cũng tăng theo nhưng cũng có ưu điểm là động cơ
loại này có giá thành thấp hơn và ngược lại động cơ có số vòng quay nhỏ thì giá thành
cao nhưng tỷ số truyền động chung nhỏ.
Gọi Nđc là công suất định mức hay công suất danh nghĩa của động cơ điện.
Tra bảng trang 320 – 336 [Thiết kế chi tiết máy], chọn động cơ điện có công suất
định mức Nđc lớn hơn hoặc bằng công suất cần thiết Nct, và hợp lí về số vòng quay nên
ta lực chọn động cơ điện mang ký hiệu A02-41-4. Một số thông số của động cơ điện
như sau:
• Công suất: N = 4 KW.
• Vận tốc: n = 1450 vòng/ phút.
• Khối lượng: M = 55,5 Kg.
3.3.1.3. Đảo chiều động cơ:
Với yêu cầu làm việc của máy uốn cắt thép, mỗi chu trình làm việc của máy chỉ
hoạt động một số vòng quay nhất định rồi trở về vị trí ban đầu nên việc tính chọn động
cơ phải đáp ứng được điều kiện đảo chiều.
Mạch đảo chiều của động cơ không đồng bộ ba pha được thể hiện theo hình
dưới:
Hình 3.6 Mạch đảo chiều động cơ KĐB 3 pha.
3.3.2. Lựa chọn phương án thiết kế:
Máy thực hiện 2 công tác đó là uốn và cắt.
Đối với công tác uốn ta chọn uốn kiểu có mâm uốn. Vì theo phương pháp này
thao tác dễ dàng, cho năng suất cao hơn so với các phương pháp khác. Chỉ có phương
DUT.LRCC

pháp uốn bằng xilanh cho năng suất cao hơn nhưng phương pháp này thích hợp với
uốn cắt tự động.
Đối với công tác cắt ta chọn cắt với 2 lưỡi dao song song. Vì phương pháp này
thao tác nhanh, dễ dàng. Ít nguy hiểm đối với người sử dụng. Cho năng suất cao so với
các phương pháp khác như cắt bằng máy cắt hay dao đĩa.
Để thực hiện quá trình cắt và uốn thép, ta có thể bố trí các dạng bộ truyền như:
bộ truyền đai, các bộ truyền bánh răng để truyền động từ động cơ đến mâm uốn và cơ
cấu cắt. Tuy nhiên để chọn phương án truyền động hợp lý phải thỏa mãn một số yêu
cầu sau:
• Máy thiết kế có hình dạng và kết cấu hợp lý theo quan điểm công nghệ chế
tạo và lắp ráp .
• Vật liệu chế tạo chi tiết máy được chọn hợp lý, đảm bảo các yêu cầu liên
quan đến công dụng và điều kiện sử dụng máy .
• 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.
Ta có các lựa chọn sau về hộp giảm tốc, và cơ cấu truyền động cắt, từ đó chọn ra
phương án thích hợp.
3.3.2.1. Lựa chọn phương án thiết kế hộp giảm tốc:
Vì yêu cầu công suất, momen truyền động nên ta chọn hộp giảm tốc 2 cấp.
➢ Phương án 1- Hộp giảm tốc 2 cấp khai triển:
DUT.LRCC

Hình 3.7 Sơ đồ hộp giảm tốc hai cấp khai triển.
• Phạm vi tỉ số truyền 30
8 
=
i .
• Nhược điểm chủ yếu của hộp giảm tốc khai triển là bánh răng phân bố
không đối xứng đối với gối tựa. Vì thế tải trọng phân bố không đồng đều
trên các ổ trục.
➢ Phương án 2 – Hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi cấp nhanh:
Hình 3.8 Sơ đồ hộp giảm tốc hai cấp phân đôi cấp nhanh.
❖ Ưu điểm:
• Tải trọng phân bố đều trên các ổ trục.
• Sử dụng hết khả năng của vật liệu chế tạo các bánh răng cấp chậm và cấp
nhanh.
• Bánh răng phân bố đối xứng với ổ, sự tập trung tải trọng theo chiều dài răng
ít hơn so với sơ đồ khai triển thông thường.
N
C
N
C
DUT.LRCC

•
❖ Nhược điểm:
• Kích thước hộp giảm tốc lớn.
• Cấu tạo bộ phận ổ phức tạp hơn.
• Số lượng chi tiết và khối lượng gia công tăng.
➢ Phương án 3 – Hộp giảm tốc 2 cấp đồng trục.
Hình 3.9. Sơ đồ hộp giảm tốc hai cấp đồng trục.
❖ Ưu điểm:
• Cho phép giảm kích thước và trọng lượng hộp giảm tốc.
❖ Nhược điểm:
• Khả năng chịu tải trọng của cấp nhanh chưa dùng hết vì lực sinh ra trong
quá trình ăn khớp của các bánh răng cấp chậm lớn hơn nhiều so với cấp
nhanh, trong khi đó khoảng cách trục của 2 cấp lại bằng nhau.
• Hạn chế khả năng chọn phương án bố trí kết cấu chung của thiết bị dẫn
động vì chỉ có một đầu trục vào và một đầu trục ra.
• Khó bôi trơn bộ phận ổ trục ở giữa hộp.
• Khoảng cách giữa các gối đỡ của trục trung gian lớn, do đó muốn bảo đảm
trục đủ bền và cứng cần phải tăng đường kính trục.
Kết luận:
Từ các phân tích trên ta chọn hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi cấp nhanh làm hộp
giảm tốc của máy.
3.3.2.2. Lựa chọn phương án thiết kế cơ cấu truyền động cắt:
Ta phân tích chọn giữa 2 phương án bánh lệch tâm và trục khuỷu thanh truyền.
➢ Phương án 1 – Truyền động bằng bánh lệch tâm:
N
C
DUT.LRCC

Hình 3.10 Sơ đồ truyền độngcắt bằng bánh lệch tâm.
Truyền động bằng bánh lệch tâm có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, truyền được lực
cắt lớn. Nhược điểm của cơ cấu là phải tính toán để cơ cấu khôngbị tự hãm.
➢ Phương án 2 – Truyền động bằng cơ cấu trục khuỷu thanh truyền:
Hình 3.11 Sơ đồ truyền độngcắt bằng cơ cấu trục khuỷu thanh truyền.
Ưu điểm của cơ cấu là truyền động hiệu quả cho năng suất cao, tuy nhiên nhược
điểm chính của cơ cấu là cấu tạo phức tạp hơn và khó chế tạo.
Kết luận:
Từ phân tích về 2 phương án trên ta chọn cơ cấu bánh lệch tâm để truyền động
cho cơ cấu cắt.
3.3.2.3. Lựa chọn phương án thiết kế truyền động uốn:
Qua phân tích ở chương 1, để đáp ứng được tính đa dụng của máy ta chọn
phương án thiết kế cơ cấu truyền độnguốn theo phương pháp mâm uốn
Hình 3.12 Sơ đồ truyền độnguốn bằng cơ cấu mâm uốn.
3.3.3. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy:
S
S
DUT.LRCC

Ta đã chọn được hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi cấp nhanh và cơ cấu bánh lệch
tâm. Từ đó ta có sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy.
Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của toàn máy.
S
Ð?ng co
DUT.LRCC

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA MÁY
4.1. Sơ đồ động học toàn máy:
Hình 4.1. Sơ đồ động toàn máy.
Chú thích
1 – Động cơ không đồng bộ ba pha.
2 – Bộ truyền đai.
3 – Hộp giảm tốc hai cấp có cấp nhanh tách đôi .
4 – Nối trục vòng đàn hồi.
5 – Bộ truyền bánh răngnón răng thẳng.
6 – Phiến tỳ.
7 – Mâm uốn.
8 – Cơ cấu bánh lệch tâm.
9 – Lò xo.
10 – Dao cắt di động.
11 – Dao cắt cố định.
4.2. Thiết kế bộ phận uốn cắt:
4.2.1. Thiết kế bộ phận cắt:
4.2.1.1. Chọn vật liệu dao cắt:
Nguyên lý cắt thép bằng áp lực lưỡi cắt là dùng dao có độ cứng, độ bền tốt để cắt
các vật liệu có cơ tính kém hơn. Khi cắt, ứng suất tập trung tại mép dao là lớn nhất.
1
2
3
4
5
6
7
11
10
9
8
S
Ð?ng co
DUT.LRCC

Thiết kế máy uốn, cắt thép xây dựng.pdf

Thiết kế máy uốn, cắt thép xây dựng.pdf

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Thiết kế máy uốn, cắt thép xây dựng.pdf

Similar to Thiết kế máy uốn, cắt thép xây dựng.pdf (20)

More from Man_Ebook

More from Man_Ebook (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Thiết kế máy uốn, cắt thép xây dựng.pdf