CÔNG NGHỆ cán uốn HÌNH THÉP CHỮ c240

Gang thép và các kim loại màu như: đồng, nhôm, kẽm, chì, vàng, bạc, … là vật liệu quan trọng cho tất cả các ngành như: cơ khí, hóa dầu, đóng tàu, giao thông vận tải, hàng không vũ trụ, kiến trúc xây dựng, quốc phòng, các ngành công nghiệp nhẹ, y tế, 5 chế biến thực phẩm, v.v… Đặc biệt, thép được dùng nhiều với số lượng lớn và rất quan trọng trong tất cả các ngành công nghiệp, giao thông vận tải và trong nền kinh tế quốc dân. Từ quặng sắt người ta luyện ra gang, hơn 85% gang được luyện ra thép, hoặc từ quặng sắt người ta luyện hoàn nguyên trực tiếp ra thép. Thép có hàng trăm, hàng nghìn loại, mác thép khác nhau. Ngoài công nghiệp đúc ra, sản phẩm thép đều ở dạng hình, tấm, ống dị hình, v.v… và đều phải qua nguyên công gia công kim loại bằng áp lực: Cán thép hoặc rèn dập. Ngành cán kim loại là một ngành vô cùng quan trọng và không thể thiếu được trong việc gia công vật liệu kim loại và hợp kim. Nhiệm vụ chính của Đồ Án Môn Học này là nghiên cứu về công nghệ và thiết bị cán uốn hình thép chữ C. Trong đó, chương 1 giới thiệu chung về ngành cán thép của thế giới và Việt Nam, chương 2 giới thiệu cụ thể về thép cán uốn hình và quy trình công nghệ cán uốn hình thép chữ C, chương 3 đề cập đến cơ sở lý thuyết về uốn kim loại, chương 4 trình bày những tính toán thiết kế thiết bị và công suất của thiết bị và cuối cùng là phần kết luận.

1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

BỘ MÔN KIM LOẠI VÀ HỢP KIM

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ CÁN UỐN HÌNH THÉP

CHỮ C 240

GVHD: Th.S Nguyễn Đăng khoa

SVTH: Trương Duy Phương MSSV: V0601859

06/2011

2

DANH SÁCH HÌNH VẼ

3

Bảng 1.1b: Một vài nhà máy cán thép và các công ty thép ở Việt Nam [3] 6

Bảng 1.2: Sản lượng thép một số nước trên thế giới (tấn/năm) [3] 7

Bảng 1.3: Sản lượng thép thô tháng 1-10 của một số nước trên thế giới

(trăm triệu tấn) [11] 8

Bảng 1.4: Nhu cầu tiêu thụ thép tại một số khu vực trên thế giới

(trăm triệu tấn) [11] 8

Bảng 2.2: Cơ tính quy định một số mác thép cacbon chất lượng thường

Bảng 3.2: Giá trị gần đúng của áp lực tinh chỉnh q đối với vật liệu

thép C25 – C35 ứng với một số giá trị chiều dày của phôi.[1] 19

Bảng 3.3: Hệ số uốn tự do k 1 đối với vật liệu thép C30 – C40

ứng với một số giá trị của tỉ số l/S của phôi [1] 19

Xin cám ơn Kỹ Sư Lý Quang Thông và các Bạn Đồng Môn đã trực tiếp, gián tiếp giúp đỡ Tôi hoàn thành Đồ Án Môn Học

LỜI MỞ ĐẦU

Gang thép và các kim loại màu như: đồng, nhôm, kẽm, chì, vàng, bạc, … là vật liệu quan trọng cho tất cả các ngành như: cơ khí, hóa dầu, đóng tàu, giao thông vận tải, hàng không vũ trụ, kiến trúc xây dựng, quốc phòng, các ngành công nghiệp nhẹ, y tế,

5

chế biến thực phẩm, v.v… Đặc biệt, thép được dùng nhiều với số lượng lớn và rất quan trọng trong tất cả các ngành công nghiệp, giao thông vận tải và trong nền kinh tế quốc dân

Từ quặng sắt người ta luyện ra gang, hơn 85% gang được luyện ra thép, hoặc từ quặng sắt người ta luyện hoàn nguyên trực tiếp ra thép Thép có hàng trăm, hàng nghìn loại, mác thép khác nhau Ngoài công nghiệp đúc ra, sản phẩm thép đều ở dạng hình, tấm, ống dị hình, v.v… và đều phải qua nguyên công gia công kim loại bằng áp lực: Cán thép hoặc rèn dập Ngành cán kim loại là một ngành vô cùng quan trọng và không thể thiếu được trong việc gia công vật liệu kim loại và hợp kim

Nhiệm vụ chính của Đồ Án Môn Học này là nghiên cứu về công nghệ và thiết

bị cán uốn hình thép chữ C Trong đó, chương 1 giới thiệu chung về ngành cán thép của thế giới và Việt Nam, chương 2 giới thiệu cụ thể về thép cán uốn hình và quy trình công nghệ cán uốn hình thép chữ C, chương 3 đề cập đến cơ sở lý thuyết về uốn kim loại, chương 4 trình bày những tính toán thiết kế thiết bị và công suất của thiết bị và cuối cùng là phần kết luận

6

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ NGÀNH CÁN

1.1 Lịch sử ngành cán – máy cán – sản phẩm cán

1.1.1 Lịch sử phát triển ngành cán của Việt Nam và Thế Giới

1.1.1.1 Lịch sử phát triển ngành cán của Việt Nam

Trước năm 1960, ngành cán thép được xem như chưa có ở Việt Nam Trước năm 1954, các loại thép hầu như được nhập về từ Pháp Sau năm 1954, thép được nhập về nước ta từ các nước Liên Xô (cũ), Trung Quốc và các nước Đông Âu Kế hoạch

5 năm lần I (1960 - 1965), nước ta đầu tư xây dựng khu gang thép Thái Nguyên dưới

sự giúp đỡ từ Trung Quốc, nhưng vì chiến tranh nên công trình phải dang dở Sau năm 1975, một số nhà máy luyện cán thép và cán thép hình cỡ nhỏ mới bắt đầu đi vào hoạt động Cho đến năm 1986, cả nước ta chỉ đạt khoảng 200.000 tấn thép cán /năm Từ khi bắt đầu công cuộc đổi mới đất nước thì ngành cán thép nước ta mới phát triển mạnh mẽ Các xí nghiệp cán thép liên doanh giữa Việt Nam và nước ngoài

đã mọc lên từ Bắc chí Nam như : Công ty thép Vinausteel (Việt - Úc) ở Hải Phòng (180.000 tấn/năm), Công ty thép Nasteelvina (Việt Nam – Singapo) ở Thái Nguyên (120.000 tấn/năm), Công ty thép Vinakyoei (Việt – Nhật ) ở Vũng Tàu, Công ty thép ống Vinapipe (Việt – Hàn) v.v…Tính đến năm 2003, cả nước ta đã sản xuất hơn

2.000.000 tấn thép cán để phục vụ cho một phần nhu cầu xây dựng trong nước và một phần tham gia xuất khẩu

1.1.1.2 Lịch sử phát triển ngành cán của Thế Giới

(chưa hoàn tất)

1.1.1.3 Thực tế về sự cạnh tranh mới trong ngành thép [11]

Ngành công nghiệp thép đang phải đối mặt với giá nguyên liệu, năng lượng và chi phí vận chuyển tăng cao chưa từng có trong vài năm gần đây Do đó, chi phí luyện thép tăng trên toàn thế giới, tuy nhiên ảnh hưởng không giống nhau với từng công ty sản xuất thép Sự khác biệt trong việc cạnh tranh chi phí giữa các vùng ngày càng trở nên rõ rệt Không chỉ chi phí sản xuất bình quân tăng mà sự chênh lệch giứa các công

7

ty sản xuất thép chi phí thấp và cao cũng tăng lên, chi phí nguyên liệu, nhân công và năng lượng luôn dao động theo từng vùng phụ thuộc vào sự có sẵn nguồn nguyên liệu

1.1.2 Lịch sử phát triển máy cán thép trên thế giới

Máy cán thép ban đầu được vận hành bằng cách dùng ngựa để kéo Sản phẩm của nó là thép hình đơn giản dùng để chế tạo ra gươm, dao, giáo mác, các cỗ xe ngựa, làm hàng rào v.v… Máy cán lúc đầu chỉ có hai trục quay ngược chiều nhau Đến năm 1864 chiếc máy cán ba trục đầu tiên được ra đời chạy bằng máy hơi nước và cho

ra sản phẩm cán phong phú hơn có cả thép tấm và thép hình, đồng tấm và dây đồng

Do kỹ thuật ngày càng phát triển, do nhu cầu về vật liệu thép tấm phục vụ cho các ngành công nghiệp đóng tàu, chế tạo xe lửa, ngành công nghiệp nhẹ… mà chiếc máy cán với giá cán 4 trục đã ra đời vào năm 1870 sau đó là chiếc máy cán với giá cán 6 trục, 12 trục, 20 trục và các loại máy cán đặc biệt khác được ra đời để cán các vật liệu cực mỏng, siêu mỏng và dị hình như máy cán bi, cán thép chu kz, máy đúc cán liên tục

Thế giới có những xưởng cán với chiều dài từ 500m đến 4.000m, năng suất rất cao như khu liên hợp luyện cán thép của công ty POSCO Hàn Quốc có năng suất 20 triệu tấn/ năm, trong lúc đó Trung Quốc có khu liên hợp luyện cán thép lớn nhất do Đức bán thiết bị đặt tại khu luyện cán thép Bảo Sơn (cách Thượng Hải khoảng 16km) chỉ đạt chỉ tiêu 6 triệu tấn/ năm Nhưng Trung Quốc là nước có sản lượng thép cán cao nhất trên thế giới, đạt 120 triệu tấn vào năm 2003

1.1.3 Sản phẩm cán

Vật liệu kim loại thành phẩm thường qua hai loại gia công: đúc hoặc gia công kim loại bằng áp lực: rèn – cán Kim loại đã qua đúc hoặc cán được dùng nhiều trong các ngành công nghiệp, nông lâm nghiệp, trong đời sống như: cơ khí – chế tạo máy, điện lực, xây dựng, quốc phòng, v.v… hoặc gia công tiếp tục để chế tạo ra các vật phẩm và đồ dùng cho xã hội Trong sản xuất và đời sống, chúng ta thường tiếp xúc với các sản phẩm ở dạng tấm, dạng hình, dạng ống và một số dạng đặc biệt khác như:

8

nhôm tấm, đồng tấm, kẽm tấm, niken tấm, thép tấm, ống đồng, ống nhôm, ống thép, dây nhôm, dây đồng, dây thép, dây vàng bạc Các sản phẩm cán và gia công trên đều phải tuân thủ theo tiêu chuẩn của việt Nam hoặc của thế giới Trong thời kz toàn cầu hóa như hiện nay, sản phẩm đạt theo tiêu chuẩn quốc tế thường và tương đương với quốc tế là vô cùng quan trọng

1.2 Tình hình sản xuất thép ở Việt Nam và Thế giới

Sản lượng thép và thép cán của mỗi quốc gia là một trong những thước đo về chỉ tiêu kinh tế và sức mạnh kinh tế của quốc gia đó

1.2.1 Tình hình sản xuất thép cán ở Việt Nam

Kế hoạch 5 năm lần thứ nhất 1960 – 1965, được sự giúp đỡ của Trung Quốc, miền Bắc khởi công xây dựng khu gang thép Thái Nguyên với năm suất khoảng 20 vạn tấn/ năm Ở miền Nam, các công ty của tư nhân đã đầu tư vào xây dựng các khu cán thép ở Nhà Bè, Vicasa, Vi-kim-cô, v.v… năng suất từ 3 đến 5 vạn tấn/ năm Năm 1975, thống nhất đất nước, Đảng và Nhà nước ta đã khôi phục lại các cơ sở cán thép trên cả

2 miền và xây dựng thêm nhà máy luyện cán thép ở Gia Sàng Thái Nguyên do Đức giúp với năng suất 5 vạn tấn/năm Năm 1986, với chính sách đổi mới, nhà nước ta đã xây dựng và liên doanh với các công ty nước ngoài xây dựng các nhà máy cán thép hình POSCO-CPS, VINAKYOEL, NASTEELVINA, VINAUSTEEL, VINAPIPE VINAKANSAI, v.v… Tổng Công Ty thép Việt Nam đã xây dựng thêm các nhà máy cán thép hình liên tục 300.000 tấn/ năm tại Thái Nguyên, 120 tấn/ năm tại Đà Nẵng, 500.000 tấn thép hình/ năm và 300.000 tấn thép tấm nguội/năm tại Phú Mỹ Vũng Tàu, v.v…đặc biệt các công ty tư nhân được tự xây dựng các nhà máy cán thép như Nam Đô, Pomi Hoa, Cửu Long, v.v… Đến năm 2006, sản lượng thép cán cả nước đã đạt khoảng 4,7 triệu tấn Tuy nhiên, cả nước chỉ sản xuất thép hình dùng trong xây dựng, các loại ống thép hàn

là chủ yếu, ta chưa có các nhà máy cán nóng thép tấm, chưa có nhà máy cán ống không hàn, chưa có nhà máy chế tạo và cán loại thép hợp kim Công ty VINASHIN đang xây dựng nhà máy cán thép tấm nóng Cái Lân, tại Quảng Ninh Đây là nhà máy cán thép tấm nóng đầu tiên của Việt Nam

9

10

Bảng 1.1a: Một vài nhà máy cán thép và các công ty thép ở Việt Nam.[3]

A Các nhà máy cán là thành viên của Tổng công ty thép Việt Nam (SCV)

2 giá cán liên tục

120.000

Phôi thỏi (120x120) Phôi đúc (90x90) – (140x140)

Lò liên tục 30tấn/h V= 10m/s

Đức Trung Quốc Việt Nam

Cán hình cỡ nhỏ: Thép tròn và thép gai ɸ10 đến ɸ32 Thép góc nhỏ, dây ɸ6 và ɸ8

Nhà Bè

Năm 1994 khánh thành Bán liên tục

120.000

Phôi (100x100) V=12m/s

Đài Loan

Cán hình cỡ nhỏ: Tròn, gai ɸ12-ɸ28 Dây thép ɸ6-ɸ8

Cán hình cỡ nhỏ: Gai, tròn ɸ10-ɸ36 Dây thép ɸ6-ɸ8 Thép hình khác

Bảng 1.1b: Một vài nhà máy cán thép và các công ty thép ở Việt Nam [3]

B Các nhà máy cán thép liên doanh với nước ngoài

Nhật Italy

Cán hình cỡ nhỏ: Tròn, gai ɸ10-ɸ40 Dây thép ɸ6-ɸ8

Italy Hàn Quốc

Cán hình cỡ nhỏ: Gai, tròn ɸ10-ɸ36 Dây thép ɸ6-ɸ8

160.000

Phôi (120x120)

Lò liên tục 40T/h V=16m/s

Đài Loan

Cán hình cỡ nhỏ: Gai, tròn ɸ10-ɸ36

120.000

Phôi (120x120)

Lò liên tục 40T/h V=16m/s

Đài Loan Nhật Việt Nam

Cán hình cỡ nhỏ: Tròn ɸ10-ɸ32 Dây thép ɸ6-ɸ8

13

1.2.2 Tình hình sản xuất thép trên thế giới

Vào những năm 70, 80 của thế kỉ XX thì Mỹ, Nhật, Anh, Nga, Đức, Pháp là những nước sản xuất thép có chất lượng và sản lượng cao trên thế giới Cuối thế kỉ XX đến nay, các nước Trung Quốc, Hàn Quốc đã có những tiến bộ vượt bậc trong ngành sản xuất thép, đặc biệt là Trung Quốc Từ năm 1996, sản lượng thép của Trung Quốc đã đạt được 101,2 triệu tấn, tuy chất lượng chưa bằng các nước phát triển nhưng Trung Quốc đã vượt lên dẫn đầu về sản lượng trên toàn thế giới Sản lượng thép của Trung Quốc sau 10 năm đã đạt tới 349,4 triệu tấn, vượt cả tổng sản lượng thép của Châu Âu Và đến năm

2010, sản lượng thép của Trung Quốc đã đạt đến 627 triệu tấn, chiếm 45% tổng sản lượng thép của thế giới.

Theo thống kê của Hiệp hội thép thế giới, sản lượng thép thô 10 tháng đầu năm 2010 của 66 thành viên Hiệp hội vào khoảng 1.165.100.000 tấn, tăng 17,5% so với cùng kz năm trước, cao hơn cùng kz năm 2008 2,4% Trong đó, khối Âu-Mỹ cho thấy sự tăng trưởng khá rõ rệt, châu Âu tăng 29,1%, Bắc Mỹ tăng 42% Nếu các nhà máy vẫn duy trì tiến độ sản xuất như hiện tại thì đến cuối năm sản lượng ước tính sẽ đạt 1,4 tỷ tấn - mốc cao mới trong lịch sử ngành thép thế giới

Bảng 1.2: Sản lượng thép một số nước trên thế giới (tấn/năm) [3]

Toàn cầu ( trừ BRICs ) 5,706 3,955 5,009 26,6% -12,2%

Bảng 1.4: Nhu cầu tiêu thụ thép tại một số khu vực trên thế giới (trăm triệu tấn) [11]

2.1 Giới thiệu về thép uốn hình

Sản phẩm thép uốn hình là kết quả của công đoạn uốn thép tấm đã được cắt thành phôi theo yêu cầu thích hợp để tạo ra hình dạng như mong muốn Nhu cầu sử dụng thép uốn hình trong xây dựng dân dụng hiện nay là rất cao vì những ưu điểm nổi bật như giá thành rẻ, dễ chế tạo…Ví dụ như các loại xà gồ chữ C, các loại ống làm khung chịu lực cho mái nhà v.v…

Hình 2.1: Mặt cắt một số sản phẩm thép uốn hình [1]

Bên cạnh đó, thép uốn hình cũng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực dân dụng khác như làm bàn ghế, làm khung cửa, cửa kéo, tôn lợp nhà, container…Do đó, việc đầu tư phát triển các công ty, nhà xưởng sản xuất thép uốn hình là điều hoàn toàn có thể thực hiện được ở nước ta hiện nay và sẽ đem về những nguồn lợi kinh tế không nhỏ trong tương lai Thế nên có nhiều công ty liên doanh cũng như tư nhân đã mạnh dạn khai thác nguồn lợi này

Bảng 2.1: Một số nhà máy cán uốn hình ở nước ta [11]

Tôn Đông Á

Tôn mạ kẽm Tôn mạ màu Tôn mạ hợp kim nhôm kẽm

65.000 tấn/năm 40.000 tấn/năm 100.000 tấn/năm

Bình Dương

Tôn Hoa Sen

Tôn dày mạ kẽm Tôn mạ màu

Xà gồ chữ C, chữ Z

450.000 tấn/năm 180.000 tấn/năm 150.000 tấn/năm

Phú Mỹ

Bình Dương

Tôn Phương Nam Tôn các loại 150.000 tấn/năm Đồng Nai

Hưng Đạo Container

Container 5ft, 6ft, 10ft, 20ft, 40ft Half High Container dùng cho dàn khoan Bulk Container dùng cho các hàng nông

sản

Trên 24.000 Teu/năm (1 Teu tương đương 1 container 20ft)

A Ưu điểm

 Trọng lượng nhẹ mà vẫn đảm bảo chịu lực tốt và bền: tính bền, nhẹ cao hơn gỗ và bêtông cốt thép gấp nhiều lần Do được uốn nguội nên độ cứng tăng lên 10% ÷ 15%

 Hình dạng, kích thước của sản phẩm đa dạng, phù hợp nhiều yêu cầu sử dụng

 Kết cấu chịu lực tốt, an toàn và kiên cố do vậy chi phí bảo trì thấp (có giá trị sử dụng lâu dài, bền hơn so với gỗ hay bêtông cốt thép)

 Khả năng thích ứng cao với nhiều điều kiện môi trường, khí hậu, thân thiện với môi trường

B Khuyết điểm

 Không sử dụng được cho những công trình cần độ chịu lực cao

 Có thể bị xâm thực bởi môi trường nên cần phải có một lớp phủ bảo vệ (sơn hoặc

mạ )

C Kết luận

 Trong nhiều trường hợp nếu không cần chịu lực quá lớn thì thép uốn hình thay thế rất tốt vật liệu cũ như gỗ, bêtông cốt thép, thép đặc để làm các kết cấu xây dựng

 Do có thể tạo hình dễ dàng từ thép tấm mà người ta tạo ra những hình dạng có khả năng chịu lực tối ưu tùy theo nhu cầu sử dụng mà lại rất nhẹ, từ đó dẫn đến giá thành rẻ hơn những vật liệu cũ: vừa nặng, vừa đắt tiền, vừa khó chế tạo và lắp đặt

2.2 Quy trình công nghệ cán uốn thép hình chữ C

2.2.1 Thiết bị uốn hình

Các giá cán dùng để uốn hình chính là các cặp trục xếp thành hàng liên tiếp, quay cùng tốc độ với nhau và theo cùng một hướng Do bản chất của quá trình cán uốn là biến dạng uốn bằng trục cán nên không có lượng ép trên phôi, vì vậy không có hiện tượng vượt trước và hiện tượng trễ nên tốc độ phôi vào và sản phẩm ra tương đương nhau Hệ thống lỗ hình trên các cặp trục được tính toán để giảm bán kính cong của phôi uốn từ từ đến khi đạt được hình dạng như mong muốn mà không làm mỏng thêm phôi ban đầu và không làm rách, xước phôi Mỗi cặp trục có thể có riêng một hệ thống truyền động và một môtơ hoặc tất cả các cặp trục có cùng một hệ thống truyền động và cùng một môtơ

Máy uốn hình loại hiện đại ngày nay có thể làm việc với tốc độ 120m/phút điều khiển hoàn toàn tự động, có nhiều chủng loại máy khác nhau như: máy chuyên dùng, máy đa năng, máy thông thường…Tùy công suất và quy mô sản xuất để quyết định chọn loại máy cho phù hợp và hiệu quả

2.2.2 Công nghệ sản xuất thép uốn hình

Tùy theo hình dạng của từng loại sản phẩm và yêu cầu sử dụng mà ta có nhiều quy trình sản xuất khác nhau Các loại sản phẩm có yêu cầu chất lượng, độ bền cao thì nguyên liệu đòi hỏi phải tốt hơn và quy trình sản xuất phức tạp hơn Một số sản phẩm phổ biến thường gặp hiện nay trên thị trường như: tôn lợp nhà, xà gồ các loại, các loại thép uốn hình không rỉ như ống, thanh inox, các loại cửa nhôm

Tương ứng với chất lượng và sản lượng sản phẩm, ta có các quy trình công nghệ (QTCN) khác nhau để tạo ra các sản phẩm uốn hình Dưới đây là 4 QTCN thường gặp:

2.2.3 Chọn mác thép và quy trình công nghệ

Trong Đồ Án Môn Học này, ta thiết kế công nghệ với năng suất 10.000 tấn/năm

Do chỉ là quy mô sản xuất nhỏ nên quy trình công nghệ không cần quá hiện đại Ta chọn quy trình công nghệ 1, đáp ứng được năng suất mà lại tiết kiệm được chi phí cho nguyên vật liệu và thiết bị

Do thép chữ C được dùng làm những kết cấu chịu lực trong xây đựng nên ta quan tâm nhiều đến cơ tính của mác thép được chọn lựa Yêu cầu về chất lượng sản phẩm không cao nên ta có thể chọn mác thép cacbon chất lượng thường phân nhóm A Trong

Hệ Thống Tiêu Chuẩn của Việt Nam, TCVN 5709-93 đã quy định các mác thép chuyên làm các kết cấu trong xây dựng gồm có XCT34, XCT38, XCT42, XCT51 với những thành phần quy định như sau:

C < 0,22% Mn < 0,85% Si=0,15-0,3% Al < 0,02% P < 0,05% S < 0,05%

Đột lỗ

Đóng bó sản phẩm

Bảng 2.2: Cơ tính quy định một số mác thép cacbon chất lượng thường nhóm A [1]

2.2.4 Thông số kỹ thuật thép uốn hình chữ C

Các thông số kỹ thuật cơ bản của thép hình chữ C gồm có: chiều cao D, chiều rộng

B, chiều dày t, bán kính uốn R, độ cao 2 mép uốn L…

2.5 7.85 888.646 47.855 71.092 9.631 31.252

3 9.42 1062.200 57.380 84.976 11.617 36.770

CHƯƠNG 3: LÝ THUYẾT UỐN

3.1 Công nghệ uốn

Uốn là một nguyên công nhằm biến đổi các phôi có trục thẳng thành các chi tiết

có trục cong, ví dụ như các chi tiết trong hình sau:

Hình 3.1: Một số chi tiết là sản phẩm uốn [4]

Nguyên công uốn được thực hiện trên các máy ép trục khuỷu, máy ép thủy lực, máy uốn tấm nhiều trục, máy uốn profile chuyên dùng để uốn có kéo và các máy uốn tự động vạn năng

Khi phôi bị uốn, các lớp phía trong góc uốn bị nén và co ngắn ở hướng dọc và bị kéo ở hướng ngang, các lớp phía ngoài góc uốn thì bị kéo và dãn dài ở hướng dọc và bị nén ở hướng ngang Giữa 2 lớp này là lớp trung hòa Do đó, sau khi uốn hình dạng và kích thước tiết diện ngang của phôi tại vùng bị uốn thay đổi, sự thay đổi tiết diện ngang của phôi sẽ càng lớn khi bán kính uốn càng nhỏ

Khi uốn phôi dải hẹp thường xảy ra sự sai lệch rất lớn của tiết diện ngang (từ tiết diện hình chữ nhật trở thành hình thang), trong đó đáng lưu { nhất là sự giảm chiều dày

ở chỗ uốn: khi mức độ biến dạng lớn với bán kính uốn nhỏ thì tiết diện ngang của phôi tại vùng uốn sẽ có độ cong ngang Do sự biến mỏng vật liệu và sự sai lệch hình dạng tiết diện ngang, lớp trung hòa ở chỗ uốn sẽ không đi qua giữa tiết diện nữa mà dịch chuyển

về phía bán kính nhỏ Khi uốn dải rộng hoặc tấm cũng xảy ra hiện tượng biến mỏng nhưng hầu như không có sự sai lệch tiết diện ngang, bởi vì trở kháng của vật liệu có chiều rộng lớn sẽ chống lại sự biến dạng theo hướng ngang

Khi uốn phôi dải rộng, biến dạng theo phương ngang hầu như không đáng kể do trở lực biến dạng theo phương ngang rất lớn Vì vậy khi uốn phôi dải rộng thì trạng thái ứng suất là khối còn trạng thái biến dạng là phẳng

3.2 Lực uốn và moment uốn [4]

Moment cần thiết để uốn phôi được xác định bằng tổng moment sinh ra tại vùng kéo và vùng nén do các ứng suất tiếp ςθ đối với tâm uốn

Nếu giả thiết rằng ở giai đoạn uốn dẻo hoàn toàn với phôi dải rộng, ứng suất tại vùng kéo và vùng nén không đổi trên toàn bộ chiều dày của nó và tương ứng bằng:

Còn mặt trung hòa ứng suất trùng với bề mặt trung bình của phôi và do đó:

ρ ưs = r + 0,5S = 0,5(R + r)

Khi đó, moment uốn sẽ là:

Trong đó:

W – moment chống uốn của tiết diện ngang của phôi

β = 1 ÷ 1,15 – hệ số thay đổi tính đến sự ảnh hưởng của ứng suất trung bình đến

bước chuyển quy ước của kim loại ở trạng thái dẻo, hệ số này đạt được trị số lớn nhất ở trang thái biến dạng phẳng (hệ số loga)

3.2.1 Moment cán và các moment liên quan [5]

 Moment cán (M c )

Moment cán Mc do lực cán sinh ra và được tính theo công thức:

Mc = 2Pa (MN.m), (tấn.m) Trong đó:

P – lực cán (áp lực toàn phần),(MN, tấn)

a = (0,35 ÷ 0,45) RΔh – cánh tay đòn, (m)

 Moment ma sát (M ms )

Moment ma sát Mms gồm moment ma sát do lực cán sinh ra tại cổ trục cán Mms1

và moment ma sát sinh ra tại các chi tiết quay Mms2

Mms = Mms1 + Mms2 (MN.m), (tấn.m) Trong đó: Mms1 = Pdƒ'

P là lực cán

d là đường kính cổ trục cán

ƒ' là hệ số ma sát của ổ đỡ trục cán

0,04÷0,1 0,005÷0,01

 Moment không tải (M o )

Moment không tải sinh ra để thắng toàn bộ trọng lượng các chi tiết quay của máy cán khi máy chạy không tải

Pu = 2.b.S.ςb.k1+ Pch ≈ 2,5 b.S.ςb.k1 (N) Lực uốn góc có tinh chỉnh tính theo công thức:

Pn = q.F (N)