Thiết kế kỹ thuật thiết bị cán tôn phục vụ cho các cơ sở bán tôn ở nha trang

Để có những sản phẩm tôn sóng đến với người tiêu dùng có giá thành thấp, kích thước như mong muốn, mẩu mã đẹp thì việc thiết kế chế tạo một “THIẾT BỊ CÁN TÔN” là cần thiết.. Thiết bị cán

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Họ, tên SV : Nguyễn Văn Khánh Lớp : 47CT

Tên đề tài : Thiết kế kỹ thuật thiết bị cán tôn phục vụ cho các cơ sở bán tôn

ở Nha Trang

Số trang : Số chương: 7 Số tài liệu tham khảo: 10

Hiện vật : không

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Kết luận:

Nha Trang, tháng 12 năm 2009 Cán bộ hướng dẫn:

PGS.TS Nguyễn Văn Ba

ĐIỂM CHUNG

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG LVTN

Họ, tên SV : Nguyễn Văn Khánh Lớp : 47CT

Tên đề tài : Thiết kế kỹ thuật thiết bị cán tôn phục vụ cho các cơ sở bán tôn

ở Nha Trang

Số trang : Số chương: 7 Số tài liệu tham khảo: 10

Hiện vật : không

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

Điểm phản biện

Nha Trang, tháng 12 năm 2009 Cán bộ phản biện

Nha Trang, tháng 12 năm 2009 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ĐIỂM CHUNG Bằng số Bằng chữ

LỜI CẢM ƠN!

Đồ án tốt nghiệp là sự khởi đẩu cho sự nghiệp nghiên cứu khoa học của thế hệ

kỹ sư trẻ chúng em, và cũng là điểm nhấn kết thúc cuộc đời sinh viên ngồi trên ghế nhà trường Đó là một điều thiêng liêng mà em cảm nhận được sau hơn bốn năm học tập và nghiên cứu tại trường đại học Nha Trang Sau một thời gian nghiên cứu nghiêm túc, với tất cả khả năng của bản thân, với những gì đã học hỏi được ở các thầy cô, ở sách vở và đặc biệt là sự chỉ bảo tận tình của các thầy hướng dẫn Đến nay em đã hoàn thành xong nhiệm vụ quan trọng của mình Để đạt được kết quả này không thể không kể đến những gì mà các thầy đã dành cho em Em xin chân thành được bày tỏ lời biết ơn sâu sắc đến thầy PGS TS Nguyễn Văn Ba đã có những ý kiến chỉ bảo có ý nghĩa góp phần làm hoàn thiện đề tài của em Bên cạnh đó em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô đã dìu dắt em đi trên con đường mà em đã chọn, xin gửi tới các bạn đồng nghiệp trong tương lai lời cảm ơn chân thành, cảm

ơn các bạn đã có những góp ý chân thành trong quá trình thực hiện đề tài của tôi Xin chân thành cảm ơn!!!

Nha Trang, tháng 12 năm 2009 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Khánh

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG ITỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH CUNG CÁP TÔN LỢP VÀ NHU CẦU THIẾT BỊ Ở NHA TRANG 3

1.1 Khái niệm 3

1.2 Phân loại 4

1.3 Các loại biên dạng tôn thường gặp 4

a Loại sóng thẳng 4

b Loại sóng ngói: 5

1.4 Vật liệu chế tạo 6

1.5 Nhu cầu sử dụng 6

1.6 Thiết bị cán tôn và nhu cầu sử dụng 7

a Thiết bị cán tôn: 7

b Nhu cầu sử dụng thiết bị cán tôn sóng 8

CHƯƠNG II:CÔNG NGHỆ CÁN TÔN SÓNG 9

2.1 LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CÁN KIM LOẠI 9

2.1.1 Biến dạng dẻo của kim loại khi cán 9

2.1.2 Lý thuyết trượt 11

b Ứng suất gây ra trượt 12

2.1.3 Lý thuyết cán 18

a Phân loại sản phẩm cán 19

b Các phương pháp cán 22

2.1.4 Lý thuyết quá trình uốn 24

a Khái niệm : 24

b Quá trình uốn : 24

c Công thức tính lực uốn : 27

2.2 QÚA TRÌNH TẠO SÓNG TÔN 27

2.3 SƠ BỘ VỀ DÂY CHUYỀN CÁN TÔN TẠO SÓNG 28

2.3.1 Dây chuyền cán 28

a Tổng quan về dây chuyền cán : 28

b Phân loại dây chuyền cán 29

2.3.2 Dây chuyền cán tôn 30

a Dây chuyền cán tôn : 30

CHƯƠNG III: CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY VÀ PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN 32

3.1 Các phương án bố trí con lăn tạo sóng trên trục 32

3.2 Chọn phương án truyền động chính cho dây chuyền cán 33

3.3 Chọn phương án cho hộp phân lực : 35

3.4 Chọn phương án truyền động cho dao cắt 36

CHƯƠNG IV THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC TRONG HỆ THỐNG 37

4.1 THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC 37

4.1.1.Tính sơ bộ năng suất máy: 37

4.1.2 Tính lực uốn 37

4.1.3.Tính mômen 38

4.1.4 Chọn động cơ 39

4.1.5 Phân phối tỷ số truyền 40

CHƯƠNG VTHIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CỦA THIẾT BỊ 42

5.1 Tính toán thiết kế bộ truyền đai 42

5.1.1 Chọn loại đai: 42

5.1.2 Định đường kính bánh đai nhỏ: 42

5.1.3 Tính đường kính D2 bánh đai lớn: 42

5.1.4 Chọn sơ bộ khoảng cách trục A : 42

5.1.5 Tính chiều dài đai L theo khoảng cách trục A : 43

5.1.6 Xác định chính xác khoảng cách trục A : 43

5.1.7 Tính góc ôm 1 44

5.1.8 Xác định số đai z cần thiết : 44

5.1.9 Định các kích thước chủ yếu của bánh đai : 45

5.2 Tính chọn hộp giảm tốc : 45

5.3 Tính toán bộ truyền xích dẫn động từ hộp giảm tốc đến trục trung gian 45

5.3.1 Chọn loại xích: 45

5.3.2 Định số răng đĩa xích: 45

5.3.3 Định bước xích: 45

5.3.4 Định khoảng cách trục và số mắt xích : 47

5.3.5 Tính đường kính vòng chia của đĩa xích : 48

5.3.6 Tính lực tác dụng lên trục : 48

5.3.7 Tính toán bộ truyền xích dẫn động các trục cán đồng tốc 48

5.4 Tính toán thiết kế quả cán 51

5.5 Tính toán trục 54

5.5.1 Chọn vật liệu: 54

5.5.2 Tính sơ bộ trục : 54

5.5.3 Tính gần đúng trục : 55

5.5.4 Kiểm nghiệm trục theo hệ số an toàn 61

5.6 Tính toán then 66

5.6.1 Chọn then cho trục truyền lực chủ động: 66

5.6.2 Chọn then cho trục cán: 67

5.7 Tính chọn ổ đỡ 68

5.7.1 Tính chọn ổ đỡ cho trục truyền lực: 68

5.7.2 Tính chọn ổ đỡ cho trục cán 70

5.9 Tính toán hệ thống dao cắt 71

5.9.1 Tính toán xilanh truyền lực cho hệ thống dao cắt 71

CHƯƠNG VILẬP QUY TRÌNH CHẾ TẠO TRỤC 74

6.1 XÁC ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤT 74

6.2 PHÂN TÍCH CHI TIẾT 75

6.3 CHỌN VẬT LIỆU LÀM PHÔI 76

6.4 CHỌN PHƯƠNG ÁN CHẾ TẠO PHÔI 77

6.5.1 Đánh số các bề mặt gia công : 77

6.5.2 Chọn tiến trình gia công các bề mặt phôi 78

6.5.3 Thiết kế nguyên công công nghệ 80

CHƯƠNG VIILẮP ĐẶT VẬN HÀNH BẢO DƯỠNG DÂY CHUYỀN CÁN 101

6.1 LẮP ĐẶT 101

6.2 VẬN HÀNH 102

6.3 BẢO DƯỠNG DÂY CHUYỀN CÁN 103

6.4 THAY THẾ 103

KẾT LUẬN CHUNG 105

TÀI LIỆU THAM KHẢO 106

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển và hội nhập của nền kinh tế đất nước với các nước trong khu vực và trên thế giới Kể từ những năm đầu của sự nghiệp đổi mới đến nay, nền kinh tế nước ta đã có những bước chuyển biến rõ rệt trong đó ngành công nghiệp nói chung cũng đã từng bước phát triển Bắt đàu từ việc chuyển giao công nghệ tiên tiến của nước ngoài Dưới nhiều hình thức, dần đến việc nghiên cứu, thay thế một số linh kiện và thiết bị công nghệ mà trong nước có thể thiết kế chế tạo Đó

là một chủ trương đúng đắn của Đảng và Nhà nước Chính điều đó, nó không những làm tăng tính hiệu quả về mặt kinh tế, giải quyết gánh nặng việc làm cho xã hội mà còn tăng tính tự lập, tự cường, phát huy sức mạnh nội lực và khả năng sáng tạo

Nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa, vấn đề xây dựng

cơ bản càng được quan tâm, nhu cầu sử dụng tấm lợp ngày càng gia tăng Đặc biệt

là các loại tấm lợp bằng kim loại (Tôn ) Yêu cầu đặt ra đối với các loại sản phẩm tôn ngày càng cao về hình dạng, màu sắc và kích thước Trong khi đó nước ta chưa sản xuất được tôn mà phải nhập từ nước ngoài Để có những sản phẩm tôn sóng đến với người tiêu dùng có giá thành thấp, kích thước như mong muốn, mẩu mã đẹp thì

việc thiết kế chế tạo một “THIẾT BỊ CÁN TÔN” là cần thiết Sử dụng được lao

động trong nước và chỉ cần nhập tôn cuộn từ nước ngoài

Sau một thời dài nguyên cứu và phân tích, được sự giúp đỡ, gợi ý của các

Thầy cô trong khoa và sự tận tình hướng dẩn của thầy PGS.TS NGUYỄN VĂN

BA Tôi đã thực hiện đề tài " Thiết kế kỹ thuật thiết bị cán tôn phục vụ cho các

cơ sở bán tôn ở Nha Trang " Đây là một vấn đề có tính khả thi cao và cần thiết

Thiết bị cán tôn được thiết kế trong đồ án không đòi hỏi chế tạo với điều kiện kỹ thuật công nghệ cao Nên đối với ngành cơ khí của nước ta hiện nay thì việc chế tạo nó là việc hoàn toàn thực hiện được

Mặc dù được hướng dẫn tận tình của Thầy giáo, nhưng do vốn kiến thức của

em còn hạn chế, tài liệu khan hiếm, thời gian có hạn và chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế lại phải giải quyết một nhiệm vụ lớn Nên quá trình thiết kế này sẽ không

tránh khỏi những sai sót và thiếu sót Rất mong được sự góp ý của các Thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Ba, khoa Cơ Khí, các cán bộ công

nhân viên xưỡng cán tôn trên địa bàn thành phố Nha Trang đã giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài này

Nha Trang, Tháng 9 năm 2009

Nguyễn Văn Khánh

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH CUNG CÁP TÔN LỢP

VÀ NHU CẦU THIẾT BỊ Ở NHA TRANG

1.1 Khái niệm

Trong cuộc sống hiện nay, nhu cầu về tấm lợp ngày càng cao Người ta sản xuất và sử dụng rộng rải, phổ biến nhất là tôn kim loại Đó là những tấm kim loại được dát mỏng, thường sử dụng với chiều dày từ 0,25mm đến 0,5mm, với chiều rộng từ 0,92m đến 1,22m Tôn sử dụng nhiều làm tấm lợp, che chắn

Hiện nay tôn phẵng được sản xuất thành từng cuộn là chủ yếu,với khối lượng mổi cuộn khoản 5 tấn, chiều dày và chiều rộng nhất định Các loại tôn cuộn thường được nhập khẩu từ nước ngoài như: BHP - ÚC, NKK- NHẬT, ANMAO- ĐÀI LOAN, HÀN QUỐC Và đã có sẳn lớp bảo vệ oxi hóa thường gọi là tôn mạ màu, tôn mạ kẻm, tôn lạnh Để tăng thêm độ cứng vững và thuận tiện khi sử dụng người

ta tạo sóng cho nó và vấn đề tạo sóng là vấn đề cần thiết cho sử dụng Việc tạo sóng tôn cũng là bước công nghệ quan trọng và liên quan đến nhiều yếu tố

Tùy thuộc yêu cầu sử dụng mà người ta chọn biên dạng sóng mà tạo sóng thẳng hay sóng ngói Tôn sóng thẳng có tôn sóng vuông và sóng tròn, loại sóng tròn

do trước đây sản xuất theo cỡ nên gây khó khăn trong việc sử dụng

So với các loại tấm lợp ở nước ta thường sử dụng như ngói, nhựa,mirô xi măng, giấy lợp Thì tôn kim loại có nhiều ưu điểm hơn, đặc biệt là loại tôn sóng ( sóng vuông, sóng ngói ), sản xuất theo công nghệ mới, cán cắt theo yêu cầu sử dụng

và được thể hiện

- Kích thước gọn nhẹ

- Ít hư hỏng, không thấm nước

- Kết cấu sàn lợp gọn, nhẹ, tiết kiệm được vật liệu ( thanh xà bằng gỗ hay thép )

- Tuổi thọ cao

- Bức xạ nhiệt

- Chiều dài tôn theo yêu cầu

Nhờ những ưu điểm trên, cùng với sự phát triển của nền kinh tế mà công nghệ chế tạo tôn được đầu tư phát triển đáp ứng nhu cầu và việc sử dụng tôn ngày càng rộng rải

- Theo công dụng: Loại mái vòng, mái thẳng, tôn lạnh

- Theo biên dạng: Tôn sóng vuông,sóng tròn, sóng ngói

- Theo chiều dày: 0,3mm, 0,4mm, 0,45mm

1.3 Các loại biên dạng tôn thường gặp

a Loại sóng thẳng

+ Sóng tròn:

+ Sóng vông:

b Loại sóng ngói:

1.4 Vật liệu chế tạo

Vật liệu làm tôn là những tấm thép các bon chất lượng trung bình ( ) Được

sử dụng rộng rải, sản lượng cao,dể khai thác, dể chế tạo, giá thành hạ

Loại tôn thép các bon kém bền trong môi trường không khí nước mưa Để khắc phục hiện tượng trên người ta thường mạ kẻm, thiếc hoặc sơn màu sau khi đã cán thành tấm

Tôn hợp kim thì bền nhưng giá thành cao

Tôn nhôm nhẹ, dẻo, dể cán, uốn, bền trong không khí nhưng giá thành cao và hiệu lực kém

1.5 Nhu cầu sử dụng

Trước đây do nhu cầu chất lượng cuộc sống thấp, công nghệ chưa phát triển, vấn đề tấm lợp chưa được quan tâm Cùng với thời gian loại tấm lợp bằng tôn được

ra đời, được cải thiện lần, và đã sản xuất ra những loại tấm đã tạo lượn sóng sẳn và

có các kích thước nhất định Nhưng loại này giá thành cao, không thuận lợi cho sử dụng,nên nhu cầu sử dụng còn hạn chế

Ngày nay cùng với sự phát triển chung của khoa học kỷ thuật, sự hội nhập và hợp tác, đầu tư sản xuất Nền kinh tế nước ta đã từng bước phát triển, đưa tiến độ khoa học vào thực tế sản xuất, đời sống dần dần được nâng cao Từ đó nảy sinh nhiều nhu cầu thiết yếu vấn đề xây dựng cơ bản, kết cấu hạ tầng ngày càng nhiều

Do vậy vấn đề sử dụng tấm lợp mà nhất là tôn ngày càng nâng lên Nó đặt ra một số yêu cầu mới về giá tôn chịu nhiệt, tôn sóng vuông, tôn sóng tròn, tôn sóng ngói, tôn mái vòm Tôn sóng có nhiều cỡ sóng,kích thước chiều ngang từ 0,92m đến 1,22m Nên việc lựa chọn loại tôn để sử dụng rất dể dàng

Nhìn chung việc lựa, sử dụng loại sóng tôn ( sóng vuông, sóng tròn hay sóng ngói ) nó còn tùy thuộc vào đặc điểm lối kiến trúc của công trình xây dựng Đa số hiện nay người ta sử dụng tôn sóng thẳng (Sóng vuông, sóng tròn ) và nó phù hợp thẩm mỹ với nhà thông dụng và công nghiệp Cùng chủng loại tôn nhưng tôn sóng ngói có giá thành cao hơn một ít Tôn sóng ngói dùng phù hợp với những nhà có kiến trúc hiện đại ( 4 mái, 6 mái ), biệt thự, hoặc các kiểu kiến trúc cổ mà về yêu

cầu thẩm mỹ không thể thay bằng tôn sóng thẳng được, nên nhu cầu sử dụng tôn sóng ngói ít hơn Trong tương lai theo đà phát triển, nhu cầu về thẩm mỹ thì tôn sóng vuông cũng có triển vọng cao Một đặc điểm nữa của tôn sóng vuông là nó chỉ lợp một chiều nên khi sử dụng lợp các phần chéo thì phải bỏ một phần diện tích tôn

1.6 Thiết bị cán tôn và nhu cầu sử dụng

a Thiết bị cán tôn:

Thiết bị cán tôn là thiết bị gia công áp lực dùng biến dạng dẻo để biến dải kim loại phẳng thành sản phẩm tấm có hình sóng, tiết diện ngang của các sản phẩm cán có hình dáng khác nhau, nhưng có đặc điểm chung phải là độ dày sản phẩm ở mọi điểm không khác nhau mấy

Trên một thiết bị cán tôn có nhiều cặp trục cán nằm liên tiếp nhau Sản phẩm được hình thành từ tấm hoặc dải lần lượt đi qua nhiều cặp trục, mà ở mổi nhiều cặp trục vật cán được tạo hình dần dần tiến đến hình dáng, tiết diện của sản phẩm cuối cùng

Quá trình cán tôn được thực hiện liện tục trên nhiều giá cán đứng liên tiếp nhau trong cùng một hàng dọc Nhờ lực ma sát giữa các con lăn quay và tấm kim loại mà phôi cán chuyển động tịnh tiến ăn liền vào giá cán đứng sau Mà giữa các giá cán đó không sảy ra hiện tượng chùn hoặt đứt kim loại cán Để đảm bảo quá trình cán diển ra liên tục thì thể tích kim loại đi qua các giá cán cùng một lúc trong một đơn vị thời gian phải bằng nhau

So với dập, uốn thì việc cán tôn trên máy cán liên tục có những ưu điểm sau hơn như:

Năng suất cán cao

Chất lượng sản phẩm tốt, ít bị khuyết tại

Dễ cơ khí hóa và tự động hóa trong quá trình sản xuất

b Nhu cầu sử dụng thiết bị cán tôn sóng

Do nhu cầu sử dụng tôn ngày càng tăng và để giảm giá thành sản phẩm Chủ động trong việc đáp ứng nhu cầu của người sử dụng về màu sắc, vật liệu, độ dày và chiều dài của tôn Đòi hỏi các nhà sản xuất, kinh doanh hùn bán tôn phải tìm ra giải pháp tối ưu đáp ứng được yêu cầu đó và hiện nay các phân xưỡng cán tôn cũng được xây dựng một cách cơ bản

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế nói chung và nhu cầu tấm lợp tôn nói riêng Hiện nay trên địa bàn thành phố Nha Trang đã có một số phân xưỡng cán tôn của các công ty tư nhân hoạt động sản xuất Các phân xưỡng cán tôn tư nhân ở đường Đường 2-4, Nha Trang Như Công Ty TN-TM Hoàng Quang , Công Ty TNHH-TM Phát Huy, Nhà máy Tole Hoa My Các phân xưỡng này chủ yếu sử dụng các thiết bị cán tôn có một hoặc hai tầng cán Chuyên cán tôn sóng vuông, sóng tròn, sóng ngói do Đài Loan hay TPHCM sản xuất

Nước ta chưa sản xuất được các loại vật liệu làm tôn, nên các phân xưởng cán tôn trên chủ yếu sử dụng dụng phôi liệu nhập từ các nước Nhật, Úc, Đài Loan, Hàn Quốc phôi liệu là những tấm kim loại phẳng có chiều rộng từ 0,92m đến 1,3m Được sơn hay mạ sẵn và được quấn thành cuộn khoản 5 tấn

Với nhu cầu thực tế hiện nay Cùng với sự hướng dẫn của thầy PGS.TS Nguyễn Văn Ba, việc hướng đến đề tài thiết kế thiết bị cán tôn sóng là vấn đè cần

thiết vầ thực tế

CHƯƠNG II:

CÔNG NGHỆ CÁN TÔN SÓNG 2.1 LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CÁN KIM LOẠI

2.1.1 Biến dạng dẻo của kim loại khi cán

a Tổng quát:

Để nghiên cứu quá trình biến dạng ta nghiên cứu mối quan hệ giữa ứng suất

và biến dạng sinh ra Trên thực tế khi gia công sản phẩm cũng như khi cho máy hoạt động, kim loại chịu tác dụng của nhiều tải trọng với trạng thái ứng suất ba chiều Tuy nhiên để đơn giản hoá, quá trình biến dạng thường được nghiên cứu dưới tác dụng của tải trọng kéo và lấy nó làm trường hợp điển hình, vì nó thể hiện

rõ ràng các giai đoạn biến dạng Các giai đoạn biến dạng bao gồm: biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá hủy Phương pháp thử kéo cũng là phương pháp chủ yếu

để đánh giá cơ tính của vật liệu và so sánh các vật liệu với nhau

Theo Sức bền vật liệu, khi tăng dần lực kéo F0 đặt dọc trục một mẫu kim loại tròn, có chiều dài l0, đường kính d0 sau đó lập quan hệ giữa lực kéo F và độ dãn dài (biên độ tuyệt đối) l = l – l0, ta được biểu đồ kéo với dạng điển hình như trên hình 2.4 Biểu đồ này cho ta một khái niệm chung về các loại biến dạng và phá hủy

lHình 2.4 Sơ đồ biến dạng điển hình của kim loại

Biến dạng đàn hồi: khi tải trọng đặt vào nhỏ, F tăng dần từ 0 đến Fđh, độ biến dạng (ở đây biểu thị bằng độ dãn dài l) tăng dần theo qui luật tuyến tính với tải trọng, khi bỏ tải trọng biến dạng mất đi Giai đoạn Oe trên hình được gọi là giai đoạn đàn hồi, được đặc trưng bởi Fđh và ứng suất đàn hồi đh

theo tải trọng, khi bỏ tải trọng biến dạng không bị mất đi mà vẫn còn lại một phần

Ví dụ khi đặt tải trọng Fa mẫu bị kéo dài theo đường Oea tức dài thêm đoạn Oa”, nhưng khi bỏ tải trọng mẫu bị co lại theo đường song song với đoạn Oe nên cuối cùng vẫn còn bị dài thêm một đoạn Oa’ Như vậy biến dạng dẻo là biến dạng có kèm theo sự thay đổi kích thước của hình dáng khi bỏ tải trọng Hiện tượng biến dạng tăng khi ứng suất (lực) tăng không đáng kể gọi là sự chảy của vật liệu, ứng suất tương ứng gọi là giới hạn chảy ch

Nhờ biến dạng dẻo ta có thể thay đổi hình dạng, kích thước kim loại tạo nên nhiều chủng loại phong phú đáp ứng tốt yêu cầu sử dụng

loại xảy ra biến dạng cục bộ (hình thành cổ thắt), tải trọng tác dụng giảm mà biến dạng vẫn tăng (cổ thắt hẹp lại) dẫn đến đứt và phá hủy ở điểm C

Sự biến đổi về mạng tinh thể ở ba trạng thái trên được trình bày như hình 2.5

Khi biến dạng đàn hồi các nguyên tử chỉ dịch chuyển đi khoảng cách nhỏ (không quá một thông số mạng), thông số mạng tăng từ a lên a+a, tức là chưa sang

vị trí cân bằng mới nên khi bỏ tải trọng lại trở về vị trí cân bằng cũ Biến dạng đàn hồi xảy ra do cả ứng suất tiếp lẫn ứng suất pháp Khi biến dạng dẻo nguyên tử dịch chuyển đi khoảng cách lớn hơn (quá một thông số mạng) nên khi bỏ tải trọng nó trở

về vị trí cân bằng mới Biến dạng dẻo chỉ xảy ra do ứng suất tiếp Khi biến dạng đàn hồi và dẻo lực liên kết giữa các nguyên tử vẫn được bảo tồn, còn khi phá hủy các liên kết bị hủy hoại dẫn đến đứt rời

a Các mặt và phương trượt

Quá trình trượt xảy ra theo các mặt và các phương tinh thể xác định gọi là các mặt và phương trượt Phương trượt nằm trên mặt trượt Mặt trượt và phương trượt lập thành một hệ trượt Như vậy trong các kim loại phương trượt luôn là phương xếp chặt còn các mặt trượt có thể là mặt xếp chặt hoặc không xếp chặt

Khả năng biến dạng dẻo của kim loại có thể đánh giá theo hệ số trượt (tức là tích của số mặt trượt với số phương trượt) và độ xếp thể tích MV (mật độ nguyên tử) Ví dụ kim loại có mạng tinh thể lập phương tâm mặt và mạng lục giác xếp chặt tuy có MV gần bằng nhau nhưng hệ số trượt khác nhau nên khả năng biến dạng dẻo của chúng khác nhau Kim loại mạng lập phương tâm mặt do có hệ số trượt lớn hơn nên chúng dễ biến dạng dẻo hơn Kim loại mạng lập phương tâm khối tuy có hệ số trượt lớn nhưng MV nhỏ nên biến dạng dẻo kém hơn kim loại mạng lập phương tâm

mặt Ví dụ thao tác dập cán kéo thép thường thực hiện ở nhiệt độ cao (9000 

10000C) vì ở nhiệt độ đó thép dễ biến dạng vì có mạng lập phương tâm mặt, trong khi ở nhiệt độ thấp nó có mạng lập phương tâm khối khó biến dạng dẻo

Khảo sát vai trò của định hướng mặt trượt đến khả năng trượt, tức khả năng biến dạng dẻo Muốn trượt xảy ra để có biến dạng dẻo thì trong hệ số trượt ứng suất tiếp phải đạt được một trị số tới hạn, xác định đối với mỗi kim loại hay hợp kim gọi

là ứng suất trượt (xê dịch tới hạn th)

b Ứng suất gây ra trượt

Ta hãy phân tích thành phần ứng suất trong hệ trượt của một mẫu thử hình trụ đơn tinh thể chịu lực kéo P có tiết diện ngang là S0 (hình 2.6)

P P

Hình 2.6 Định hướng của hệ trượt với ngoại lực Mặt trượt là hình elip gạch chéo có pháp tuyến On hợp với phương kéo qua góc  Phương trượt Om hợp với OP (giao tuyến giữa mặt trượt và mặt phẳng qua

p n

cosS

cos.PSP

Ứng suất n chỉ gây ra biến dạng đàn hồi hoặc phá hủy, ứng suất tiếp m gây

ra biến dạng dẻo được tính bằng:

S

cos.sin.Pcos

S

cos.PS

P

0 0

p m m

Điều kiện để trượt xảy ra là m  th

Như vậy khả năng biến dạng dẻo ngoài độ lớn của tải trọng bên ngoài còn phụ thuộc vào định hướng của mặt trượt nữa Rõ ràng là nếu  = 00 hoặc 900 thì dù ngoại lực khá lớn, m luôn bằng 0 và trượt không xảy ra Vị trí thuận lợi nhất của mặt trượt là  = 450, khi đó m đạt giá trị là  .cos 

b Cơ chế trượt

Trượt là một trong các yếu tố gây ra hiện tượng dẻo được thực hiện bằng xê dịch nguyên tử Dưới đây sẽ xem xét kỹ hơn cơ chế xê dịch nguyên tử trên các mặt trượt để tạo ra bậc cấp trên mặt ngoài tinh thể trong hai trường hợp: tinh thể lý tưởng và tinh thể thực

Hình 2.7 Sơ đồ trượt trong tinh thể lý tưởng

Sơ đồ trượt trong tinh thể lý tưởng được trình bày trên hình 2.7 Dãy nguyên

tử ABC biểu diễn lớp nguyên tử phía trên mặt trượt có dãy 1, 2, 3, biểu diễn lớp nguyên tử phía dưới mặt trượt Khoảng cách giữa hai lớp nguyên tử là a còn giữa các nguyên tử của một lớp là b Để có biến dạng dư thì cả lớp nguyên tử ABC phải xê dịch tương ứng với lớp 1, 2, 3, một đoạn bằng b sao cho có nguyên tử ở vào vị trí cân bằng mới, trùng với nút mạng tinh thể Lực cần thiết cho xê dịch đó liên quan đến sự thay đổi lực liên kết nguyên tử khi trượt Lực tác dụng lên nguyên

tử A khi nó dịch chuyển một đoạn

x 2 sin k ) x (

G

F

vµ a

x 2

b

x2.ka

x.G

akF

G

k Đó là lực lớn nhất cần tác dụng lên mặt trượt để thực hiện biến dạng dẻo Vậy nó cũng phản ánh độ bền xê dịch lý thuyết của tinh thể



2

A

Hình 2.9 Sự di chuyển của lệch ra mặt ngoài để tạo nên cấp bậc

Hình 2.9 cho thấy cách sắp xấp nguyển tử xung quanh một lệch biên thay đổi như thế nào khi nó chuyển vị trí đến lúc gặp mặt ngoài tinh thể tạo một bậc cấp có

độ lớn bằng véctơ Bungers Bằng cách đó mỗi lần di chuyển lệch thực hiện được một xê dịch bằng khoảng cách nguyên tử Xê dịch đó được minh hoạ trên hình 2.10 như sau: Dưới tác dụng của ứng suất tiếp các nguyên tử phía trên mặt trượt dịch

sang phải a  a’, b  b’, c  c’, h  h’ còn các nguyên tử phía dưới dịch chuyển sang trái i  i’, k  k’, m  m’ bằng cách xê dịch nhỏ so với khoảng cách nguyên

tử Kết quả là mặt phẳng đứng m – e bị chia đôi một mức he biến thành bán mặt eh’, nửa kia hợp với bản mặt cũ thành mặt phẳng đứng ma’ Như vậy lệch đã chuyển vị trí xuất phát d sang vị trí mới h’

i i' k k'

l' l

MHình 2.10 Sự di chuyển nguyên tử khi một lệch biên trượt

một khoảng cách nguyên tử

Để lệch chuyển động được thì ứng suất tiếp phải đạt được trị số cần thiết nhằm vượt cản trở thế năng giữa hai vị trí lân cận Dựa vào giả thiết về cách sắp xếp gần đúng nguyên tử ở gần lệch và về quy luật biến đổi lực lượng tương tác nguyên

tử, Peierls – Nabarro đã tính được ứng suất tiếp giới hạn – ứng suất tối thiểu để lệch bắt đầu chuyển động là:

G n

1

2exp1

P-N: là ứng suất tới hạn Peierls – Nabarro

a: là khoảng cách giữa các mặt nguyên tử song song với mặt trượt

b: là khoảng cách nguyên tử trong phương trượt

Công thức tính ứng suất Peierls – Nabarro thể hiện quy luật lựa chọn của biến dạng dẻo Khi a và b có trị số nhỏ thì P-N sẽ nhỏ, tức lệch trượt dễ dàng Điều

đó giải thích tại sao trượt thường xảy ra theo mặt xếp chặt và phương xếp chặt Để

so sánh P-N vớitl.h hay a  b và v  1/3 khi đó:

3 N

P

10.8

G3



 Thực ra việc tính ứng suất tới hạn khá phức tạp do chưa biết chính xác về cấu tạo và liên kết nguyên tử trong vùng lõi lệch Ngoài ra, toàn bộ đường lệch không nhất thiết phải chuyển đổi song song đồng thời như giả thiết Nó có thể bị uốn khúc để tương ứng với trạng thái năng lượng tháp nhất Khi đó ứng suất tới hạn

2.1.3 Lý thuyết cán

Trong thực tế có nhiều phương pháp gia công bằng áp lực trong đó cán là phương pháp chủ yếu trong kỷ nghệ gia công áp lực đó Phần lớn các sản phẩm thép ( Nhôm , Inoc ) được sản xuất ra từ các nhà máy là sản phẩm của quá trình cán dưới dạng : Tấm , hình ống , dạng đặc biệt

Khác với các phương pháp gia công áp lực khác ( Kéo , ép ,dập , rèn ) quá trình biến dạng kim loại khi cán vì vậy cán là một phương pháp gia công có năng suất cao Các máy cán hiện đại có khả năng cơ khí hóa và tự động hóa rất cao Vận tốc cán có thể 20 - 40 m/ ph

Ở các nước công nghiệp phát triển kỹ nghệ gia công áp lực phát triển cao Trong đó có kỹ nghệ cán Dây chuyền cán đã được tự động hóa toàn bộ với sự trợ giúp của kỹ thuật điện tử và tin học

Công nghệ cán liên tục đã được sử dụng triệt để , chất lượng bề mặt cũng như hình dáng sản phẩm cũng đã được dần dần hoàn thiện

Công nghệ cán ngày càng được phát triển ở Việt Nam Hiện nay cũng đã hình thành các trung tâm luyện cán tại Thái Nguyên , Biên Hòa , Đà Nẵng , Hải Phòng TPHCM Các trung tâm này dần đưa vào sản xuất và hướng đến cải tiến kỷ thuật , đáp ứng nhu cầu sản phẩm cán hiện nay

a Phân loại sản phẩm cán

Sản phẩm cán là những sản phẩm kim loại nhận được bằng phương pháp cán nóng và nguội Việc phân loại sản phẩm cán phải dựa vào thành phần vật liệu Công dụng sản phẩm , hình dáng sản phẩm , tổ chức công nghệ Nhưng đặc trưng nhất của việc phân loại sản phẩm cán là dựa vào hình dáng , tiết diện sản phẩm Hầu hết các nước đều phân loại theo kiểu này

Ta có thể chia sản phẩm cán thành 4 nhóm sau :

* Loại tấm : được chia làm 3 loại

- Thép tấm dày : Có chiều dày h >= 25mm

* Momen và công suất động cơ định trong khi cán kim loại

Công suất động cơ điện để truyền dẩn cho trục dẩn và momen quay

Ndc = Nc + Nms  Nd = Nt  Nd

Mdc = Mc + M’ms  Mdc = M’t  M’d

Ở đây Nc , M’c, : công suất cán và momen cán để biến dạng kim loại

Nms , M’ms:công suất và mô men lực ma sát xuất hiện trong ổ đỡ trục (Mms1)

và trong các cơ cấu truyền động khác (Mms2)

Nd,M’d : công suất và momen động để vượt qua độ ì của các cơ cấu

Hai đại lượng đầu Nc + Nms hoặc M’c + M’mc không đổi trong quá trình cán gọi là tải trọng tĩnh của động cơ

Tải trọng của động cơ Nd hoặc M’d sinh ra trong thời điểm phôi bị ôm bởi các trục cán

** Momen cán của động cơ :

M

N c  c  tr  tr

M M

M M

d P r

Khi cán trên máy can 4 trục thì áp lực hầu như từ 2 trục cán truyền nên sự mất mát

do ma sát được tính trên các ổ trục truyền :

tr

ct ms

D

D d P

** Momen tỉnh

i

M M M

M

ms c t

0

1 '

1 '

Ndc = M’t.dc (KW)

Hệ số hữu cơ ích của máy cán gọi là tỷ số momen cán và momen tỉnh:

0 1 '

c

t

M

M M

d J



 m.R i2

J :Tổng momen quán tính của các kết cấu được truyền từ động cơ

m,RI : Khối lượng,bán kính quán tính của mối liên kết

 : Gia tốc góc của các chi tiết quay (1/s2)

dt

dn GD

M d i

375

2 '

d

30





 Tổng momen tỉnh và động trong quá trình cán phải nhỏ thua momen cực đại của động cơ:

dm dc

d

Mdm : - Momen định mức của động cơ

k : - Hệ số quá tải cho phép của động cơ ( k = 2 - 2,5 )

b Các phương pháp cán

Quá trình cán là quá trình biến dạng dẻo liên tục kim loại giữa các trục can quay tròn để nhận được sản phẩm có hình dáng , kích thước và chất lượng nhất định

Căn cứ vào hình dáng , chuyển động , cách bố trí trục cán và chuyển động của phôi kim loại mà quá trình cán có thể phân ra 3 loại khác nhau

1

2

3

Trục cán 1 Vật cán 2 Trục cán 3

2.1.4 Lý thuyết quá trình uốn

a Khái niệm :

Uốn là phương pháp gia công kim loại bằng áp lực nhằm tạo cho phôi hặc một phần của phôi có dạng cong hay gấp khúc , phôi có thể là tấm , dải , thanh định hình và được uốn ở trạng thái nóng hoặc nguội Trong quá trình uốn phôi bị biến dạng dẻo từng vùng để tạo thành hình dáng cần thiết

Uốn kim loại tấm được thực hiện do biến dạng dẻo

Đàn hồi xảy ra khác nhau Ở hai mặt của phôi uốn

b Quá trình uốn :

Uốn là một trong những nguyên công thường gặp nhất trong lập nguội Quá trình uốn bao gồm biến dạng đàn hồi và biến 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 nắn và co ngắn ở hướng dọc ,

bị kéo ở hướng ngang Các lớp kim loại ở phía ngoài chịu kéo và gỉan dài ở hướng dọc ,bị nen ở hướng ngang Giữa các lớp co ngắn và giản dài là lớp trung hòa Khi uốn những dải hẹp xảy ra hiện tượng giảm chiều dày , chổ uốn sai lệch hình dạng tiết diện ngang , lớp trung hòa bị lệch về phía bán kính nhỏ

Khi uốn tấm dải rộng cũng xảy ra hiện tượng biến mỏng vật liệu nhưng không có sai lệch tiết diện ngang Vì trở kháng của vật liệu có chiều rộng lớn sẽ chống lại sự biến dạng theo hướng ngang

Trong trường hợp uốn phôi rộng thì biến dạng của nó có thể được xem như biến dạng trượt

Khi uốn phôi với bán kích góc lượng nhỏ thì mức độ biến dạng dẻo lớn và ngược lại

* Xác định chiều dài phôi uốn :

-Xác định vị trí lớp trung hòa , chiều dài lớp trung hòa ở vùng biến dạng

- Chia kết cấu của chi tiết , sản phẩm thành những đoạn thẳng và đoạn cong đơn giản

-cộng chiều dài các đoạn lại : Chiều cá đoạn thẳng theo bản vẽ chi tiết , còn phần cong được tính theo chiều dài lớp trung hòa

Chiều dài phôi được xác địnhk theo công thức :

l

A) Trước khi uốn

Sau khi uốn

B)



chiều dài các lớp trung hoà

- r : Bán kính uốn cong phía trong

rngoài >= r trong + s

E = 2,15.105 N/mm2 : modun đàn hồi của vật liệu

S: Chiều dày vật uốn

T : giới hạn chảy của vật liệu

Bán kính uốn nhỏ nhất :

2 1

- : Độ giản dài tương đối của vật liệu ( %)

Theo thực nghiệm có : r min = k.s

k : Hệ số phụ thuộc vào góc uốn 

2 1

k s B l

n s B

P   b   b (N)

l

n s

k1  . : hệ số uốn tự do có thể tính theo công thức trên hoặc chọn theo bảng phụ thuộc vào tỉ số l/s

B1 : Chiều rộng của dải tấm

S : Chiều dày vật uốn

N : Hệ số đặc trưng của ảnh hưởng của biến cứng : n = 1,6 - 1,8

b : giới hạn bền của vật liệu

l : Khoảng cách giửa các điểm tựa

- Lực uốn góc tinh chỉnh tính theo công thức

- q : Áp lực tinh chỉnh ( là phẳng ) chọn theo bảng

- F : Diện tích phôi được tinh chỉnh

Tóm lại : trong quá trình uốn không phải toàn bộ phần kim loại ở phần uốn đều chịu biến dạng dẻo mà có một phần còn ở dạng đàn hồi Vì vậy không còn lực tác dụng thì vật uốn không hoàn toàn như hình dáng cần uốn

2.2 QÚA TRÌNH TẠO SÓNG TÔN

Quá trính cán tôn là quá trình cán hình đặc biệt Nó không làm thay đổi độ dày của tôn tại mọi vị trí Tôn phẳng sau khi qua dây chuyền cán nó có biên dạng nhuu yêu cầu Đặc biệt trong quá trình cán tôn lớp sơn mạ bảo vệ phải được giữ nguyên hoàn toàn không bị phá huỷ tại một vị trí nào Với đặc điểm của cán tôn như vậy ta

có thể xem quá trình cán tôn như là quá trình uốn liên tục tạo ra hiện dạng yêu cầu Việc tạo thành một sóng tôn nó cũng phải qua nhiều lần cán Từ 4 đến 5 lần sao cho đảm bảo dược biên dạng và biên dạng trong cán tôn , sóng tôn được định hình giữa hai con lăn cán , trong đó Một con lăn đóng vai trò là cối và một con lăn đóng

vai trò là chày Giữa chày và cối có chuyển động quay và phôi có chuyển động tiến Độ sâu của sóng tôn sau một lần cán phụ thuộc vào độ sâu của chày

a, Sản phẩm yêu cầu:

2.3 SƠ BỘ VỀ DÂY CHUYỀN CÁN TÔN TẠO SÓNG

2.3.1 Dây chuyền cán

a Tổng quan về dây chuyền cán :

Dây chuyền cán là hệ thống các thiết bị thực hiện nguyên công chính là làm biến dạng dẻo kim loại bằng áp lực để nhận được sản phẩm cán có hình dạng , kích thước yêu cầu

Dây chuyền cán gồm các bộ phận chính sau :

* Nguồn động lực (động cơ , Mô tơ )

Nguồn động lực hay còn gọi là nguồn năng lượng để làm biến dạng dẻo kim loại được truyền đến trục cán từ các động cơ điện Thường dùng động cơ chuyên dùng có thổi gió làm mát ở dây chuyền cán có tốc độ cán không đổi ( Dây chuyền cán liên tục ) thường dùng động cơ đồng bộ ( đôi khi dùng độnh cơ không đồng bộ với bánh đà ) Ở day chuyền cán có điều chỉnh tốc độ dùng động cơ một chiều Nguồn một chiều được cấp từ bộ chỉnh lưu riêng

*Bộ phận truyền động

Bao gồm : Hộp giảm tốc , khớp nối , trục và hộp bánh răng trợ lực

- Hộp giảm tốc là bộ phận giảm tốc trục quay khi truyền động từ hộp cơ đến đến trục cán

- Trục Spindet : Dùng để truyền chuyển động quay từ bộ bánh rằn chử V đến trục cán , sử dụng phổ biến là trục Spindet vạn năng

- Hộp bánh răng truyền lưc : là bộ phận chuyển động từ họp giảm tốc qua các bánh răng chử V để phân phối cho các trục cán

Hình 2.12 Sơ đồ dây chuyền

b Phân loại dây chuyền cán

Có nhiều cách phân loại dây chuyền cán

* Phân loại theo tên gọi :

- Dây chuyền cán phá : Gồm máy cán phá phôi thỏi và phôi tấm

- Dây chuyền cán phôi trung gian : Thường đặt sau dây chuyền cán phá , dây chuyền này có nhiệm vụ cung cấp phôi cho máy cán hình

- Dây chuyền cán ra thành phẩm : Gồm các loại máy sau

.Máy cán hình cở lớn Máy cán tấm lá

Máy cán hình cở trung bình Máy cán ống

Máy cán hình cở nhỏ Máy cán hình đặc biệt

Máy cán dày

* Phân loại theo cách bố trí giá cán : Có các loại

Máy cán một giá cán : Loại này chủ yếu là máy cán phá

Máy cán bố trí theo hàng : Các giá cán đứng thành một hay nhiều hàng ngang

Máy cán bố trí theo hình chử z

Máy cán liên tục : Phối hợp hai loại máy cán liên tục và theo hàng trong một dây chuyền công nghệ

* Phân loại theo số lượng giá cán

Máy cán có một giá cán ( Máy cán phá )

Máy cán có nhiều giá cán ( Máy cán lá tấm )

* Phân loại theo số lượng trục cán

Bao gồm : Máy cán hai trục , ba trục , máy cán nhiều trục , máy cán hành tinh , máy cán trục nghiêng ,

* Phân loại theo chế độ làm việc

Máy cán quay thuận nghịch có điều chỉnh

Máy cán không quay thuận nghịch có điều chỉnh

Máy cán không quay thuận nghịch không điều chỉnh

2.3.2 Dây chuyền cán tôn

a Dây chuyền cán tôn :

Dây chuyền cán tôn là thiết bị gia công áp lực dùng biến dạng dẻo để biến dải kim loại phẳng thành sản phẩm tấm có hình sóng , tiết diện ngang của các sản phẩm cán có hình dáng khác nhau , nhưng có đặc điểm chung phải là độ dày sản phẩm ở mọi điểm không khác nhau mấy

Trên một dây chuyền cán tôn có nhiều cặp trục cán nằm liên tiếp nhau Sản phẩm được hình thành từ tấm hoặc dải lần lượt đi qua nhiều cặp trục , mà ở mổi nhiều cặp trục vật cán được tạo hình dần dần tiến đến hình dáng , tiết diện của sản phẩm cuối cùng

Quá trình cán tôn được thực hiện liện tục trên nhiều giá cán đứng liên tiếp nhau trong cùng một hàng dọc Nhờ lực ma sát giữa các con lăn quay và tấm kim loại mà phôi cán chuyển động tịnh tiến ăn liền vào giá cán đứng sau Mà giữa các giá cán đó không sảy ra hiện tượng chùn hoặt đứt kim loại cán Để đảm bảo quá trình cán diển ra liên tục thì thể tích kim loại đi qua các giá cán cùng một lúc trong một đơn vị thời gian phải bằng nhau

So với dập , uốn thì việc cán tôn trên máy cán liên tục có những ưu điểm sau hơn như :

Năng suất cán cao

Chất lượng sản phẩm tốt , ít bị khuyết tại

Dễ cơ khí hóa và tự động hóa trong quá trình sản xuất

CHƯƠNG III: CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY

VÀ PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN

Có nhiều phương án thiết kế máy khác nhau Nhưng tùy thuộc vào cách

truyền động , sự phân bố biên dạng trên trục cán Khi cán sóng tôn gợn sóng này ,

hệ con lăn cán của các sóng gần nhau phải liên tục Để đơn giản ta chỉ biểu diển các con lăn của các sóng cơ bản còn các sóng trung gian và con lăn trung gian thì

ngầm hiểu

3.1 Các phương án bố trí con lăn tạo sóng trên trục

 Phương án 1:

Hình 3.1 Phương án bố trí 1 Phương án này có 18 cặp trục và cách bố trí như hình vẽ và cho tôn biến dạng toàn

bộ tạo profin ban đầu cho tôn rồi tiếp tục hoàn thiên dần

Trong 2 phương án trên Trong quá trình thiết kế dây chuyền cán tôn sóng này ta chỉ được chọn 1 phương án Qua quá trình tìm hiểu và nguyên cứu nhiều nơi , thêm vào đó là sự tiện lợi , thích hợp của phương án Nên chọn phương án 2 Với

số lượng con lăn ít hơn và lực tác đông lên hai ổ đều , sản phẩm không bị co rút từ hai phía

Vậy chọn phương án 2 là phương án bố trí các con lăn cán sóng dọc

3.2 Chọn phương án truyền động chính cho dây chuyền cán

Có hai phương án truyền động ch dây chuyền

- Phương án truyền động bằng dầu ép

-Phương án truyền động bằng cơ khí