thiết kế máy cán thép vuông

1.3 Giới thiệu về công nghệ cán kéo kim loại : 1.3.1 Định Nghĩa Của Quá Trình Cán Cán là phương pháp gia công áp lực làm cho kim loại biến dạng giữa 2 trục cán quay ngược chiều nhau có k

Chương I

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGÀNH CÁN THÉP

1.1 Vai trò, vị trí của ngành cán kéo kim loại trong nền kinh tế quốc gia

Sán phẩm cán kéo xuất hiện hàng ngày bên chúng ta

Đi trên đượng ta thấy những sợi dây điện chằng chịt,những đường cáp nhôm, đồng dẫn điện 35KW, 110KW,220KW, 500KW, những đường dây cáp quang, những đườngdây điện thoại nối từ miền quê này đến miền quê khác,dây cáp dùng trong các cần cẩu xây nhà, cần cẩu ôtô, xelửa, càn cẩu trên các con tàu chở hàng vượt đại dương Tất cả chúng điều được chế tạo từ những sợi dây thépđã qua cán kéo

Sản phẩm cán kim loại màu như bạc, đồng, kẽm, chì,niken và thép cán là những nguyên vật liệu chủ yếu dùngtrong nhà náy chế tạo ôtô, xe lửa, máy cày, xe tăng, trong cảcông nghiệp chế tạo máy bay, tên lửa, trong công nghiệpquốc phòng, trong công nghiệp đóng tàu

Thép cán để xây dựng nên những giàn khoan dầu trênbiển, thép làm cốt thép và cốp pha cho những ngôi nhàchọc trời, thép cán tạo nên những tháp truyền hình caochót vót, thép làm nên những nhịp cầu thế kỷ Thép làmnên những đường rây xe lữa dài vạn dặm chạy khắp toàncầu

Thép lá tráng thiết dùng làm hộp đựng thực phẩm trongcông nghiệp chế biến thực phẩm Thép không gỉ dùng chếtạo các loại dao kéo, kẹp, banh (dụng cụ phẩu thuật)dùng trong nghành y tế

Rõ ràng các sản phẩm của ngành cán kéo kim loại có

ở khắp nơi Trực tiếp hoặc gián tiếp phục vụ đời sốngcon người Hầu hết các nghành nghề trọng điểm trong nềnkinh tế quốc doanh điều sử dụng các sản phẩm của ngànhcán kéo kim loại và phụ thuộc ít nhiều vào nó

Chính vì lẽ đó mà nghành cán kéo rất được chú ý vàphát triển mạnh trên thế giới Các khu liên hợp sản xuất vàcác máy cán ngày càng được cơ khí hóa, tự đọng hóa, tinhọc hóa để không ngừng năng cao năng xuất và giảm nhẹcường độ lao động

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

1.2 Lịch sử của ngành cán thép Việt Nam:

Trước năm 1960, ngành cán thép Việt Nam coi như khôngcó

Trước năm 1954, các loại thép hầu như nhập từ Pháp về.Sau năm 1954, thép nhập về nước ta từ các nước Liên Xô(cũ), Trung Quốc và các nước Đông Âu Kế hoạch 5 năm lầnthứ nhất (1960-1965), nhà nước ta đầu tư xây dựng khugang thép Thái Nguyên dưới sừ giúp đỡ của Trung Quốc vìchiến tranh cho nên công cuộc xây dựng phải dang dở Năm

1975, nhà máy luyện cán thép Gia Sàng, Thái Nguyên vàohoạt động với năng xuất 5 vạn tấn/năm, đây là nhà máycán thép đầu tiên có trên miền Bắc nhờ sự viện trợ củaĐức Miền Nam giải phóng, ta tiếp nhận một vài nhà máycán thép hình cỡ nhỏ như: Vicaso, Vikimcô (năng xuất bây giờ

5 vạn tấn/năm )

Đến năm 1978 nhà máy cán thép Lưu Xá, Thái Nguyên cónăng xuất 12 vạn tấn/năm đã đi vào hoạt động Cho đếnnăm 1986 cả nước chỉ đạt khoảng 20 vạn tấn/năm

Từ khi công cuộc đổi mới do đảng ta đề xướng và lãnhđạo, ngành cán thép đã phát triển mạnh mẽ Các xí nghiệpliên doanh cán thép giữa Việt Nam và nước ngoài đã hìnhthành từ Bắc đến Nam: Công ty thép Việt -Uïc VINAS TEEL ởHải Phòng có năng xuất 18 vạn tấn/năm, Công ty thépNASTEEL VINA (giữa Việt Nam & Singapore) ở Thái Nguyên vớinăng xuất 12 vạn tấn/năm, Công ty thép Việt - Nhật ở VũngTàu

Tính đến năm 2000, cá nước ta đã sản xuất khoảng 2triệu tấn thép cán Thép của chúng ta phục vụ được mộtphần nhu cầu xây dựng cho đất nước và đã tham gia xuấtkhẩu

Từ chỗ phải đưa ra nước ngoài mài lại trục cán và phảinhờ chuyên gia nước ngoài tiện các lổ hình trục cán ởnhững năm 60 và 70, đến nay các nhà máy cán thép ViệtNam đã thiết kế chế tạo thành công những máy cán hìnhcỡ vừa và cỡ nhỏ Ngoài ta còn có khả năng thiết kế nhữngkhu liên hợp gang thép quy mô vừa và nhỏ có năng xuất từ 1

- 3 tấn/năm Trong công cuộc công nghiệp hoá và hiện đạihoá đất nước, ngành luyện kim - công nghệ vật liệu vàngành cán thép đang được Đảng và Chính phủ quan tâm đầutư

1.3 Giới thiệu về công nghệ cán kéo kim loại :

1.3.1 Định Nghĩa Của Quá Trình Cán

Cán là phương pháp gia công áp lực làm cho kim loại biến dạng giữa 2 trục cán quay ngược chiều nhau có khe hở nhỏ nhỏ hơn chiều cao của phôi Kết quả làm cho chiều cao của sản phẩm giảm, chiều dài và chiều rộng tăng lên Hình dạng giữa hai khe hở của 2 trục cán quyết định hình dạng của sản phẩm

Cán kim loại có thể tiến hành ở trạng thái nóng hoặcnguội

Cán nóng có ưu điểm: Tính dẻo của kim loại cao nên biếndạng xảy ra dễ dàng nhưng chất lượng bề mặt kém vìtồn tại vảy sắt trên bề mặt phôi nung Vì vậy cán nóngdùng để cán phôi, cán thô tấm dày, cán thép hợp kim

Cán nguội thì chất lượng bề mặt tốt hơn song khóbiến dạng nên chỉ dùng để cán tinh, cán tấm mỏng, dảihoặc kim loại mềm

1.3.3 Sản Phẩm Cán :

Sản phẩm thép cán rất đa dạng, được phân làm 4 dạng chình: dạng hình, dạng tấm, dạng ống và dạng đặcbiệt

+ Thép hình : các sản phẩm loại thép hình chia ra hai dạng

Dạng đơn giản gồm : Thanh, thỏi có tiết diện tròn,

vuông, lục giác, chữ nhật, bán nguyệt

Dạng phức tạp có tiêt diện : V, U, I, Z, thép tải điện, thép đường ray, thép 3 cạnh

Hình 1: Dạng hình đơn giản

Hình 2: Dạng hình phức tạp+ Loại tấm : Sản phẩm được chia theo chiều dày của tấm

- Mỏng : Chiều dày  = 0,2 3,75 mm , rộng b = 600 2.000mm

- Dày : Chiều dày  = 4  60 mm , rộng b = 6000  5.000

mm , dài l = 4,000  12.000

- Cuộn :  = 0,2  2 mm , b = 200  1.500 mm , l = 4.000  60.000

+ Loại ống : Các sản phẩm cán được chia ra loại ống không có mối hàn và ống có mối hàn.

- Ống không hàn được được cán từ phôi thỏi  5 

426mm , chiều dày thành ống  = 0,5 40 mm

- Ống có mối hàn được chế tạo bằng cách cuốn tấm thành ống sau đó cán để hàn giáp mối nhau

Hình 3: Dạng hình ống

+ Loại hình đặc biệt : Các loại sản phẩm cán đặt biệt có thép chu kì, thép đóng cọc, bánh xe lữa, vành bánh xe lữa, các loại bi tròn

1.4.Giới thiệu về thiết bị cán kim loại :

1.4.1 Kết cấu chính của máy cán :

Máy cán là một tổ hợp gồm các bộ phận : Nguồn Năng Lượng, các bộ phậm dẫn động và giá cán

Hình 4 : Sơ đồ máy cán1.Trục cán

+Trục cán : Gốm 3 phần : Thân trục cán, cổ trục cán và đầu chữ thập

- Thân trục cán có dạng trục tròn hay có các lổ tạo hình, cổ trục cán dùng để lắp ổ đỡ, đầu chữ thập nốivới các bộ phận truyền dẫn

Hình 5 : Kết cấu trục cán+ Trục truyền : truyền momen xoắn từ hộp phân lực đến các trục cán

+ Hộp truyền lực : phân phối momen xoắn ra cho cáctrục cán Hộp truyện lực là hộp bánh răngchữ V ăn khớp nhau, răng nghiêng về hai phía có khả năng chịu tải lớn và chống lực dọc trục

+ Hộp giảm tốc : Gồm các bánh răng nghiêng, có từ

1  3 cấp

1.4.2 Thiết bị phụ trong xưởng cán :

Những thiết bị không trực tiếp tham gia làm biến dạngkim loại nhưng đóng vai trò vô cùng quan trọng Nếu khôngcó chúng thì sản phẩn không hoàn hảoThiết bị phụ gồm : lò nung liên tục, máy đẩy phôi vào lò,máy đẩy phôi ra lò,bàn quay đầu, bàn nâng hạ, sàn thao tác,các con lăn dẫn phôi, máy cắt, máy nắn thẳng mặc dùcác thiết bị này không tham gia cán thép nhưng chúng luôncần thiết cho nhà máy cán thép từ thủ công cho đến hiệnđại

1.4.Qui trình công nghệ cán thép :

î

Phôi thép : được nhập khẩu từ nước ngoài hay được nấu

luyện rồi cán thành phôi ở trong nước theo một quy trình riêng

Lò nung

Máy cán

thô

Máy cán trung gian

Đóng gói thành

phẩm Kho chứa

Xử lý Xử lý

Lò nung phôi : Nung nóng kim loại đến nhiệt độ cán cần thiết.

(12500-15000C) Có nhiều loại lò nung (lò buồng, lò điện trở,lò cảm ứng ) nhưng trong cán thép định hình hay dùng loại lò nung liên tục Đây là loại lò mà nhiệt độ trong không gian làm việc củanó tăng dần từ cửa chất phôi đến cửa lấy phôi ra Phôi được chuyển vào buồng nung sơ bộ(3000- 5000) rồi sau đó chuyển qua buồng nung chính (12500- 15000C) rồi sau đó qua buồng giữ nhiệt và lấy ra theo cửa lò

Máy cán thô : Đây là những máy cán cỡ lớn , có năng suất cao

Thường những máy cán thô có giá cán 3 trục Nhiêm vụ của máycán thô là cán phá phôi ban đầu để giảm nhanh tiết diện phôi.Giácán thô thường được bố trí hệ thống lỗ hình giãn dài như hệ thống lỗ hình hộp chữ nhật - vuông , thoi - vuông vì các hệ thống lỗ hình này có hệ số giãn dài  lớn sẽ làm giảm rất nhanh tiết diện phôi

Máy cán trung gian : Đây là những máy cán có công suất trung

bình Các giá cán 3 trục của máy thường được bố trí thành hàng ngang và được đẫn động bằng một động cơ chung Nhiệmvụ của máy cán trung gian là cán phôi thép từ máy cán thô, giảm dần tiết diện phôi và đưa hình dạng phôi về gần với hình dạngsản phẩm

Máy cán tinh : Thường gồm các giá cán 2 trục bố trí theo hàng

dọc Mỗi giá cán được dẫn động bằng một động cơ riêng Ở gía cán tinh cuối cùng chỉ được cán một lần để sản phẩm được đẹp và chính xác Lỗ hình trục cán của các máy cán tinh được thiết kế với lượng giãn dài  bé, có tác dụng khống chếkích thước sản phẩm để cho ra sản phẩm cuối cùng ở trạng thái nóng đảm bảo hình dạng và kích thước theo yêu cầu ( đảm bảo cả dung sai sản phẩm)

Khâu xử lý : Giữa các nhóm cán thô và cán trung gian, cán trung

gian và cán tinh là khâu xử lý.Tại đây phôi cán được cắt bỏ

phần đầu và đuôi để loại tạp chất, cắt phân đoạn phôi khi quá dài, tạo hình đầu vật cán để đễ ăn vào các lỗ hình Đây là một khâu quan trọng có ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm sau này

Khâu định hình thành phẩm : Khâu này có nhiêm vụ phân loại

hình thành phẩm.Nếu thành phẩm ở dạng cuộn thì tại đây bố trí các máy quấn dây để cuốn sản phẩm thành cuộn, nếu

thành phẩm ở dạng cây thì ở khâu này sẽ được phân đoạn đúng theo chiều dài yêu cầu

Sau khâu định hình thành phẩm, sản phẩm cán sẽ được chuyển sang KCS có nhiệm vụ kiểm tra chất lượng sản phẩm Các sản phẩm đạt yêu cầu sẽ được đóng gói và chuyển vào kho chứa thành phẩm

cơ sở lý thuyết của quá trình cán là nghiên cứu cơ sở lýthuyết về biến dạng kim loại

2.1 Sự biến dạng của kim loại

2.1.1 Khái niệm :

Các vật liệu kim loại dưới tác dụng ngoại lực thì quá trình biến dạng sảy ra theo các giai đoạn sau :

Hình 6 : Quan hệ giữa lực và biến dạng

- Biến dang đàn hồi (OA): Là biến dạng sau khi ngoại

lực thôi tác dụng, vật trở lại vị trí ban đầu

- Biến dạng dẻo: Là biến dạng không bị mất đi sau

khi ngoại lực thôi tác dụng Biến dạng này tương ứngvới gia đoạn chảy của vật liệu (AB) Đặc điểm của giaiđoạn này là lực không tăng nhưng biến dạng vẫn tăng

- Biến dạng phá huỷ : Sau khi qua giai đoạn biến

dạng dẻo, vật liệu bị biến cứng nên ở giai đoạn nàylực có tăng biến dạng mới tăng Tiếp tục tăng lựcđến giá trị lớn nhất (C) sau đó lực giảm nhưng biếndạng vẫn tăng cho tới lúc bị phá huỷ (CD)

2.1.2 Biến dạng dẻo của kim loại

A

P

B C

O

L D

Thông thường kim loại có cấu trúc đa tinh thể (bao gồmnhiều hạt) Trong mỗi hạt các tinh thể xắp xếp theo mộtphương nhất định và có thể coi đơn ttinh thể là một hạt.Các hạt định hướng khác nhau và tạo với nhau một gócnhất định tại biên giới hạt Bản chất của biến dạng dẻotrong kim loại là biến dạng dẻo trong đơn tinh thể và trong đatinh thể.

a)Biến dạng dẻo trong đơn tinh thể : Theo 2 cơ chế

chính là trượt và song tinh

+ Sự trượt :Trong tinh thể luôn tồn tại các khuyết

tật, khuyết tật đường quan trọng nhất là lệch mạng,bao gồm lệch mạng xoắn và lệch mạng vuông góc Ởlệch mạng vuông góc, phía bên trên một mặt phẳngnào đó (gọi là mặt trượt) có một lớp nguyên tử thừa

so với phần dưới mặt này Khi có ngoại lực tác dụng,lệch mạng chuyển động theo phương tác dụng dầndần sang các vị rí của các nguyên tử kế cận theotừng bước giống như sự dịch chuyển của con sâu đocho tới khi gặp biên giới hạt hoặc bề mặt kim loại.Quá trình này gọi là sự trượt Như vậy sự trượt làsự chuyển dịch tương đối của một bộ phận so vớimột bộ phận khác của mạng tinh thể trên mặt trượttheo một phương gọi là phương trượt đi một khoảngcách bằng bội số của thông số mạng a (khoảng cáchgiữa các nguyên tử) Kết quả là sau khi ngoại lực thôitác dụng, vật không thể trở về vị trí và hình dạngban đầu

Với lệch vuông góc, hướng chuyển động của lệch

mạng cùng phương với phương ứng suất tiếp còn với lệch xoắn, lệch mạng chuyển động vuông góc với phương ứng suất tiếp

Hình 10 : Quá trình dịch chuyển của lệch mạng

+Song tinh : Song tinh là sự dịch chuyển tương đối của một

loạt các mặt phẳng nguyên tử này so với một loạt các mặt phẳng nguyên tử khác, kết quả là các nguyên tử đối xứng nhau qua một mặt phẳng được gọi là mặt song tinh.Khoảng cách dịch chuyển của các nguyên tử không phải là số nguyên lần thông số mạng

Hinh 7 : Sơ đồ song tinh a,b - Mạng tinh thể

trước và sau song tinh

Các nghiên cứu lý thuyết và thực ngiệm cho thấytrượt là hình thức chủ yếu gây ra biến dạng dẻo trongkim loại, các mặt trượt là các mặt phẳng có mật độnguyên tử cao nhất Biến dạng dẻo do song tinh gây rarất bé, nhưng khi có song tinh, trượt sẽ xảy ra thuậnlợi nhất, giúp cho biến dạng dễ dàng

b) Biến dạng dẻo trong đa tinh thể :

Biến dạng dẻo trong đa tinh thể bao gồm 2 quá trìnhchủ yếu : Biến dạng trong nội bộ từng đơn tinh thểvà biến dạng ở vùng tinh giới các hạt

Biến dạng trong nội bộ từng đơn tinh thể bao gồmcác quá trình trượt và song tinh xảy ra tương tự nhưtrong đơn tinh thể : các hạt không biến dạng cùng mộtlúc mà bắt đầu với những mặt trượt với lực tác

cận khác và cứ thế các hạt biến dạng dần

Biến dạng ở vùng tinh giới các hạt : dưới tác dụngcủa ngoại lực, biên giới hạt của các tinh thể cũng bịbiến dạng Khi dó, các hạt trượt và quay tương đốivới nhau Do sự trượt và quay tương đối của các hạt,trong các hạt lại xuất hiện các mặt trượt thuận lợimới , giúp cho biến dạng trong kim loại tiếp tục pháttriển

2.1.3 Tổ chức và tính chất của kim loại sau biến dạng dẻo:

Biến dạng dẻo làm thay đổi tổ chức, tính chất, đặtbiệt là cơ tính của vật liệu

- Trong và sau khi trược mạng tinh thể ở xung quanhmặt trược bị xô lệch, các hạt bị biến dạng khôngđồng điều, song điều có khuynh hướng bị kéo dài ra,bẹt lai theo phương biến dạng

- Sau khi bị biến dạng, trong kim loại tồn tại ứng suất

dư do xô lệch mạng và biến dạng không điều giữacác hạt Nói chung ứng suất dư có hại cho cơ tính vậtliệu

C C’ 0

CO C’

- Sau khi biến dạng dẻo, do mạng tinh thể bị xô lệch cơtính kim loại thay đổi mạnh theo chiều hướng: tăngcứng, tăng bền, nhưng lại giảm độ dẻo, độ dai, có xuhướng biến cứng hoá bền Hiện tượng này gọi làhoá bền biến dạng

- Ngoài làm thay đổi cơ tính, biến dạng dẻo cũng luônthay đổi lý, hoá tính:Làm tăng điện trở, làm giảm mạnhtính chống ăn mòn

2.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo và biến dạng của kim loại :

a) Aính hưởng của thành phần và tổ chức kim

loại:

Các kim loại khác nhau có kiểu mạng tinh thể, lựckiên kết giữa các nguyên tử khác nhau do đó tính dẻocủa chúng cũng khác nhau Đối cới các hợp kim, kiểumạng thường phức tạp, xô lệch mạng lớn, một sốnguyên tố tạo các hạt cứng trong tổ chức cản trởsự biến dạng do đó tính dẻo giảm Thông thường, kimloại sạch và hợp kim có cấu trúc một pha dẻo hơnhợp kim một pha Các tạp chất thường tập trung ởbiên giới hạt, làm tăng xô lệch mạng cũng làm giảmtính dẻo của kim loại

b) Aính hưởng của nhiệt độü :

Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệtđộ Hầu hết các kim loại khi tăng nhiệt độ thì tínhdẻo tăng Khi tăng nhiệt độ, dao động nhiệt của kimloại tăng, đồng thời xô lệch mạng giảm, khả năngkhuếch tán của các nguyên tử tăng làm cho tổ chứcđồng đều hơn Một số kim loại và hợp kim ở nhiệtđộ thường tồn tại ở pha kém dẻo, khi ở nhiệt độ caochuyển biến thù hình thành pha có độ dẻo cao

c) Aính hưởng của ứng suất dư :

Khi kim loại bị biến dạng nhiều, các hạt tinh thể bịvỡ vụn, xô lệch mạng tăng, ứng suất dư tăng, ứngsuất dư lớn làm cho tính dẻo giảm mạnh (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 kim loại phụchồi lại Nếu nhiệt độ nung đạt tới 0,4 Tnc trong kimlạo bắt đầu xuất hiện quá trình kết tinh lại, tổ chứckim loại sai kết tinh lại có hạt đồng điều và lớn hơn,mạng tinh thể hoàn thiện hơn nên độ dẻo tăng

d) Aính hưởng của trạng thái ứng suất chính :

Trạng thái ứng suất chính ảnh hưởng đáng kể tới tínhdẻo của kim loại Qua thực nghiệm người ta thấyrằng, kim loạ chiệu ứng suất nén khối có tính dẻo

cao hơn khi chiệu ứng suất nén mặt, ứng suất nénđường hay ứng suất kéo.

d) Aính hưởng của tốc độ biến dạng :

Sau khi rèn, dập, các hạt kim loại bị biến dạng do chịutác dụng mọi phía nên chai cứng hơn, sức chống lạisự biến dạng của kim loại sẽ lớn hơn đồng thời khinguội dần sẽ kết tinh lại như cũ Nếu tốc độ biếndạng nhanh hơn tốc độ kết tinh lại thì các hạt kimloại bị chai chưa kịp trở lại trạng thái ban đầu màtiếp tục biến dạng, do đó ứng suất trong kim loại sẽlớn, hạt kim loại bị dồn và có thể nứt

2.2 Các định lực áp dụng trong gia công áp lực

2.2.1 Định luật biến dạng đàn hồi tồn tại khi

biến dạng dẻo:

Khi biến dạng dẻo của kim loại xảy ra đồng thời đã cóbiến dạng đàn hồi tồn tại Quan hệ của chúng quađịnh luật Hooke Khi biến dạng kích thước của kim loại

so với kích thước sau khi thôi tác dụng lực khác nhaunên kích thước của chi tiết sau khi gia công xong khác vớikích thước lổ hình của khuôn (vì có đàn hồi)

2.2.2 Định luật ứng suất dư :

Trong quá trình biến dạng dẻo kim loại vì ảnh hưởngcủa các yếu tố như: nhiệt độ không điều, tổ chứckim loại không điều, lực biến dạng phân bố khôngđiều, ma sát ngoài điều làm cho kim loại sinh ra ứngsuất dư Bên trong bất sứ kim loại nào cũng điều sinh

ra ứng suất dư cân bằng nhau Sau khi thôi tác dụnglực, ứng suất dư vẫn còn tồn tại

2.2.3 Định luật thể tích không đổi :

Thể tích vật thể trước biến dạng bằng thể tích sau biến dạng

H.B.L = h b.l

2.2.4 Định luật trở lực bé nhất :

Trong quá trình biến dạng, các chất điểm của vật thể

di chuyển theo hướng nào có trở lực bé nhất

2.3 Các đại lượng và các thông số đặt trưng của quá trình cán kim loại

2.3.1 Các đại lượng đặt trưng cho quá trình cán kim

loại:

a) Vùng biến dạng:

Khi cán hai trục cán quay liên tục và ngược chiều nhau,nhờ ma sát tiếp xúc giữa vật cán và bề mặt trụccán mà vật được ăn vào trục và bị biến dạng Vùngkim loại ăn để bị biến dạng và ra khỏi trục cán gọi là

vùng biến dạng Vùng biến dạng là vùng kim loại bịbiến dạng dẻo dưới tác dụng của lực cán đượctruyền lên trục

Hình 8 :Sơ đồ biến dạng khi cán kim loại

b) Các thông số đặt trưng cho vùng biến dạng

- Góc ăn kim loại  (rad, độ)rad, độ) : góc chắn bởi cung AB và

CD

- Chiều dài vùng biến dạng l (rad, độ)mm) : cung AB và CD gọi

là chiều dài vùng biến dạng

- Góc trung hoà  : IOB =  là góc trung hoà Tại tiết diện IJ của góc trung hoà, vận tốc của trục cán bằng vận tốc kim loại :

- Lượng ép tuyệt đối h (rad, độ)mm)

h = h1 - h2 (mm)

đối với chiều cao ban đầu của kim loại

- Lượng giãn rộng tuyệt đối b (rad, độ)mm) : Hiệu số giữa

chiều rộng vật sau và trước khi cán

dạng :

- Góc ăn vào  :  = = (rad)

- Chiều dài cung tiếp xúc : l = R . h

- Lượng giãn rộng tuyệt đối : b = 1,15(- ) (mm)

f : Hệ số ma sát (f = 1,05  0,00057t)

t : Nhiệt độ cán (0 C)

2.3.2 Điều kiện cán vào:

Để vật cán ăn vào trục cán thì : 2Tx > 2Nx

Tx > Nx (1)

NX= Nsin , TX = Tcos, T = N.f (f : Hệ số ma sát)

Như vậy : N.f cos > Nsin => f > tg Vì  quá nhỏ nên tg ~ 

Hình 10 : I Vùng trễ

II Vùng vượt trước

Tại vùng biến dạng có các hiện tượng sau :

trục cán V (VH < V) Hiện tượng này gọi là hiệntượng trễ khi cán Vùng biến dạng có hiện tượng

- Từ tiết diện trung hoà theo hướng cán ra khỏi trụccán, tốc độ cán luôn có hiện tượng V < Vh Hiệntượng này gọi là hiện tượng vượt trước Vùngbiến dạng có hiện tượng vượt trước gọi là vùng

3.1.1 Phương án 1

Máy cán gồm 2 trục cán trên một giá cán dẫn động trục cán bằng 2 động cơ điện một chiều

thao tác thuận lợi đảo chiều cán nhanh

giảm tốc

 Nhược điểm :

cơ xoay chiều 3 pha

điện ảnh hưởng tới khả năng cán vào của phôi, làmcong vênh phôi

Với những đặt điểm như trên, kết cấu máy cán theophương án 1 thích hợp với các loại máy cán phá,chuyên dùng để cán phôi thỏi hay cán tấm, lực cán lớnđể tận dụng côngsuất của 2 động cơ Đây là loại máycán kiểu cũ ít được sữ dụng trong cán hiện dại

Máy cán có giá cán gồm 3 trục cán, dùng động cơđiện xoay chiều 3 pha, không dùng hộp phân lực vàhệ thống trục truyền khớp nối vạn năng để dẫnđộng trục cán mà dùng hệ thống các bánh răng để

làm quay trục cán

như cơ cấu kéo đẩy thép, cơ cấu dẫn hương phôi dễ dàng hơn

giá thành rẻ

 Nhược điểm :

xoay chiều

hình của trục nhưng không thể điều chỉnh khoảngcách các trục khớp với nhau như ban đầu do khôngthể dich chuyển khoảng cách tâm các cặp bánh răngtruyền động Vì vậy khi lỗ hình bị mòn thì chỉ cóthể thay cặp trục cán mới Đây là nhược điểm cơbản mà kết cấu máy này không được sử dụnghoặc chỉ sử dụng ở các loại máy cán mini, có trụccán rất nhỏ, không thể tiện lại lỗ hình khi bị mòn

21

3

6

5 54

Hình 12 : Sơ đồ máy cán phương án 2

3.1.3 Phương án 3

Máy cán có giá cán gồm 3 trục cán, dùng động cơđiện xoay chiều 3 pha, dẫn động trục cán từ động cơqua hộp giảm tốc, qua hộp phân lực, thông qua hệ

thống trục truyền khớp nối vạn năng để làm quaytrục cán

số lần cán không cần đảo chiều.Do đó, việc thiếtkế và bố trí các thiết bị phụ như cơ cấu kéo đẩythép, cơ cấu dẫn hương phôi dễ dàng hơn

- Sử dụng động cơ điện xoay chiều 3 pha nên giáthành trang bị điện rẻ

án 2 Nhờ trục khớp nối vạn năng từ hộp truyềnlực đến trục cán nên khi trục cán bị mòn phải tiệnlại lỗ hình thì có thể điều chỉnh các trục cán nhưban đầu và các trục cán vẫn quay tốc và trục khớp

Đây chính là kết cấu máy cán thường dùng hiện nay

3.2 Lựa chọn phương án máy thiết kế :

Việc lựa chọn phương án máy thiết kế phụ thuộcvào loại phôi cán, năng suất cán, sản phẩm và quy môxưởng sản xuất

Với yêu cầu thiết kế máy cán có công suất nhỏ, cáncác loại phôi có kích thước vừa phải đã qua cán thô,năng xuất cán thấp, bố trí ở các xưởng sản xuất tưnhân thì với kết cấu máy ở phương án 3 là thích hợp

Chương 4

THIẾT KẾ LỖ HÌNH TRỤC CÁN

Số liệu kỹ thuật

2 0

4 0





Việc tính toán và thiết kế lỗ hình phụ thuộc vàokiểu máy và kích thước sản phẩm Quá trình tính toánlà ngược hướng cán Tính kích thước 3 lỗ hình cuốitrước tiên sau đó tính kích thước cho các lỗ hình cánthô

Diện tích tiết diện phôi F0 = 40.40 = 1600 mm2

Hệ số giãn dài trung bình tb = 1,22

n = log1600log1,22log400 = 7

Chọn số lần cán là n = 7 lần

4.2 Chọn hệ thồng lỗ hình và cách bố trí lỗ hình trên giá cán :

4.2.1Chọn hệ lỗ hình trục cán :

Với yêu cầu sản phẩm vuông sắc cạnh nên ta chọn hệ thống lỗ hình trục cán là thoi - vuông Vì hệ thống lỗ hình này có góc ăn ở đỉnh lớn ( = 1100-1150 ) ,lực ép từ mọi phía lỗ hình nên làm cho sản phẩm chính xác kích thước, sắc cạnh, khử vảy rèn tốt

4.2.2Sắp xếp và bố trí lỗ hình trên trục cán :

Để việc thiết kế lỗ hình đơn giản, ta chọn phương án bố trí xen kẽ :

4.3 Tính toán, xác định kích thước lỗ hình trục cán:

4.3.1Xác định kích thước lỗ hình tinh :

Sản phẩm thép vuông có cạnh Cn = 20 với dung sai  = 0,4+ 0,2

-Xét một phần dung sai âm, tính kích thước lỗ hìnhvuông tinh ở trạng thái nóng

Cnóng = 1,013 (C - ) (1.61) [ CPPTKLHTC ]

Cnóng = C7 = 1,013 (20 -02,4) = 20,1 (mm)Diện tích lỗ hình vuông tinh (thành phẩm)

F7 = C72 = 20,12 =404 (mm2)

Kích thước lỗ hình vuông tinh : h 7 = b 7 = 1,41 C7 = 1,41 x20,1 = 28,3 mm

Lỗ hình tinh không có bán kính lượn

Chọn khe hở giữa hai trục cán là t = 4mm

Chiều rộng miệng lỗ hình : b7’= b7 - t = 28,3 - 4 =24,3mm

Theo đồ thị hình 7-2/214[ CPPTKLHTC ] ta có hệ số giãndài lỗ hình vuông tinh 7 = 1,11

Vậy diện tích lỗ hình thoi trước tinh là:

F6 = 7 F7 = 404 1,11 = 449 (mm2)Từ đồ thị hình 7-23b/249 [ CPPTKLHTC ] ta cólượng giãn rộng trong lỗ hình vuông tinh

Vậy chiều cao của lỗ hình thoi số 6 là:

h6 = 1,41C7 - b7 = 1,41 20,1 - 3 = 25,3 (mm) Chiều rộng của lỗ hình thoi b6 là:

b6 = = 225.449,3 = 35,5 (mm) Góc ở đỉnh hình thoi số 6 :

29,8 35,5

4.3.2 Xác định kích thước các lỗ hình vuông thô :

Khi cán thép CT38 với tốc độ cán V= 5m/s và nhiệt độ

(3-1)/80 [ CPPTKLHTC ] ta xác định được góc ăn vào cực đại

 =200

Dựa vào đồ thị (7-22)/248 [ CPPTKLHTC] ta có hệ sốgiãn dài lỗ hình vuông 5 là : 5 = 1,25( ứng với cạnhvuông C5 = 23,2mm,  =200)

Với lỗ hình thoi 4 ta lấy hệ số giãn dài xấp xĩ ở lỗhình vuông 5 4 = 5 = 1,35

Vậy diện tích lỗ hình vuông 3 là:

F3 = 4 5.F5 = 1,35.1,35.539 = 982(mm2)Cạnh hình vuông 3 là :

C3 = = 982= 31,34 (mm)Kích thước hình vuông số 3 : h 3 = b 3 = 1,41 C3 = 1,41 31,34 = 44,2 mm

Chiều rộng miệng lỗ hình số 3 : b3’= b3 - t = 44,2 - 4 =40,2mm

SVTH : Bá Văn Sơn Hà - Lớp :99C1A Trang 23

-Hình 17: Kích thước lỗ

hình vuông 5

- Khi góc ăn  = 20 , cạnh vuông C3 = 31,34 ta cóhệ số giãn dài lỗ hình vuông 3 là : 3 = 1,25(hình 7-22)b/248 [ CPPTKLHTC ]

Chọn hệ số giãn dài ở lỗ hình thoi số 2 2 = 3=1,25

Vậy diện tích lỗ hình vuông số 1 là:

F1 = 3.2.F3 = 1,25.1,25.982 = 1534(mm2) Cạnh hình vuông 1 là :C1 = F1 = 1534 = 39 (mm)

Kích thước hình vuông số 1 : h 1 = b 1 = 1,41 C1 =1,41 39 = 55 mm

 Lỗ hình thoi 4 ( giữa lỗ hình 5 và 3) :

Hệ số giãn dài của lỗ hình thoi 4 và lỗ hình vuông

5 là :

Hình 18: kích thước lỗ

hình vuông 3

Hình 19: Kích thước lỗ hình vuông 4

50 90

51 55

C

2 , 23

34 , 31

Vậy chiều cao của lỗ hình thoi h4 là:

h4 = 1,41C5 - b5 = 32,7 - 5 = 27,7 (mm) Chiều rộng của lỗ hình thoi số 4 là:

b4 = = 227.272,7 = 52,5 (mm) Góc ở đỉnh hình thoi số 4 : 4 = 2arctg

b4’= b4 -1,9 t = 52,5 -1,9 4 = 44,9mm [ Bảng 8/62-CPPTKLHTC]

Khoảng trống dành cho giãn rộng ở lỗ hình thoi 4 :

b4 = b4 - h3 = 52,5 - 44,2 = 8,3 (mm)Theo đồ thị hình 7-23b [ CPPTKLHTC ] thì lượng giãn

với cạnh hình thoi qui ước C4 = = = 27 (mm) sẽ là b4 =5mm Trong khi đó khoảng trống tính toán cho giãn rộnglà 8,3mm Vậy không cần thay đổi lỗ kích thước hìnhthoi 4

 Lỗ hình thoi 2 :

Hình 20: Kích thước lỗ

hình thoi 4

44,9 52,5

Diện tích lỗ hình thoi 2 là:

F2 = 3F3 = 1,25 982 = 1227 (mm2)Lượng giãn rộng b5 = 5mm (C3 = 31,34, 3 =1,25tra bảng 7-23[CPPTKLHTC] )

Chiều cao của lỗ hình thoi h2 là:

h2 = h3 - b3 = 44,2 - 5 = 39,2 (mm) Chiều rộng của lỗ hình thoi số 2 là: b2 = =

So với lượng giãn rộng tính toán là 7,6mm thì khôngcần hiệu chỉnh kích thước lỗ hình thoi số 2

Hình 22: Kích thước lỗ hình thoi

2(trước tinh)

56,3 62,6

2.1.5 Đường kính làm việc tại mỗi lỗ hình

a) Đường kính làm việc tại lỗ hình vuông :

Dựa vào bảng 1.1 [ CPPTKLHTC ] ta có :

b) Đường kính làm việc tại các lỗ hình thoi:

Dựa vào bảng 1.1 [ CPPTKLHTC ] ta có :

Dk  D - 0,55hi ( hi : chiều cao tại lỗ hình thoi )

- Đường kính làm việc tại lỗ hình thoi 2 :

c

h(mm)

b(mm)

Dk

(mm)

(âäü)

( Góc ăn kim loại được xác định lại bằng công thức

5.1 Sơ đồ động máy cán :

Theo cách phân tích và lựa chọn phương án ở chương 2, tathiết kế máy cán cỡ nhỏ, giá cán có 3 trục cán  300, cánthủ công

Ta chọn loại động cơ có số vòng quay n=1480

5m/s, ta chọn tỉ số truyền là i=5

b Hộp giảm tốc:

Ta chọn hộp giảm tốc cần thiết kế là hộp giảm tốcloại bánh răng trụ răng nghiêng một cấp vì tỉ số truyền tachọn i=5

c Hộp phân lực:

Gồm 3 bánh răng chữ V có kích thước bằng nhau đểđảm bảo tốc độ quay của 3 trục cán là như nhau

d Trục, khớp nối hoa mai:

Vì máy cán cần thiết kế là máy cáncó 3 trục cóđường kính bằng nhau, có khe hở giữa 2 trục cán nhỏ, do

đến trục cán sẽ nhỏ nên ta chọn loại trục, khớp nối hoamai để truyền chuyển động quay từ hộp phân lực đến batrục cán hình trên giá cán Loại trục này có cấu tạo đơngiản, dễ chế tạo lắp ráp

Nguyên lý hoạt động : Khi động cơ 1 quay thì trục

bánh răng trong hộp giảm tốc cũng quay nhờ khớp nối2.Hộp giảm tốc 3 truyền chuyển động quay đến hộp phânlực 4 nhờ khớp nối nối giữa trục ra của hộp giảm tốc vàtrục giữa hộp phân lực Hộp phân lực được thiết kế với

ba trục mang ba bánh răng chữ V có kích thước bằng nhau

Lúc này chuyển động quay từ hộp phân lực sẽ đượctruyền tới trục cán nhờ ba trục truyền khớp nối hoa mai

5.2 Lực cán, môment cán và công suất động cơ

5.2.1.Lực cán

Các thông số ban đầu :

Trên giá cán 3 trục 300 Chọn f = 0,4

Chọn nhiệt độ cho lần cán thứ nhất là 1200C và giảmxuống 30C cho mỗi lần cán tiếp theo

Tra giản đô trạng thái sắt - cacbon (Fe - C ) đối với thépCT38 ta có :

Tch = 1470C Do đó ta chọn nhiệt độ cán lần thứ nhất là

Tc1 = 1200 và hạ xuống 300 sau mỗi lần cán tiếp theo

Theo kết quả đã tính toán ở phần trước.Ta có đượcbảng số liệu ban đầu như sau:

Kíchthước

h(mm)

b(mm)

Dk

(mm)

T0(C)

σb

(kG/

mm2)h

(mm)

b(mm)

Vuông

tc : nhiệt độ tại mỗi lần cán

B : là giới hạn bền của thép theo nhiệt độ, dựavào đồ thị hình 5.6 [ TTTKCTMCT ]

Lực cán được xác định theo công thức

P = PtbFtx (Mn/T) (5.13) [ TTTKCTMCT ]

Ptb: là áp lực đơn vị hay còn gọi là áp lực trungbình (N/mm2,KG/ mm2)

Ftx : diện tích tiếp xúc giữa kim loại với bề mặttrục cán

Ftx = Btbl = (mm2) (5.14) [ TTTKCTMCT ]

Btb : chiều rộng trung bình của vật cán

B1 , B2 : chiều rộng của vật cán trước và sau khicán

L : chiều dài cung tiếp xúc, l = Aïp lực trung bình được tính theo công thức kinhnghiệm của Buganôp :

 Lực cán tại lỗ hình thoi 2 : tc2= 11700 > (tch - 575)Cchọn công thức (5.19)

Ptb2 = 57 [] [ 1 + 0,4 (25513939.15,2,8

= 8,528KG/mm2

2

6 , 62

4 , 18 138 2

5 , 16 2 , 145 2

8 , 19 141 2

27 

Aïp lực toàn phần P5 = 10,05 1595,7= 17632,4 (kg) =17,63247(tấn)

 Lực cán tại lỗ hình thoi 6: tc6 > (tch - 575)C chọn côngthức (5.19)

3 , 26 7 , 32

4 , 6 143 2

2 , 7 5 , 142 2

9199,7

5.2.2.Môment cán và các môment liên quan

Mc = 2Pa (M.N.m) (tấn m) (5.30) [ TTTKCTMCT ]

P: lực cán (MN,T)

a: cánh tay đòn

a = (0,45  0,5)l = (0,45  0,5) (đối với cán nóng)

d: đường kính cổ trục cán

f’: hệ số ma sát của ổ đỡ trục cán, chọn theo bảng(5.4) [ TTTKCTMCT ]

Mms2 : môment ma sát sinh ra tại các chi tiết quay

Mms2 = (0,08  0,12) (Mc + Mms1) (5.33) [TTTKCTMCT]

- Môment không tải (M0)

M0 = (3  6)%Mc (5.34)[TTTKCTMCT ]

Mđ =  (5.34)[TTTKCTMCT ]

GD2 : là môment của tất cả các chi tiết dẫn động do máycán sinh ra được chuyển về bánh đà gắn trên trục cán : gia tốc góc của trục cán

Kết quả tính toán: Trục cán 300, làm bằng thép

Chọn đường kính cổ trục cán d  0,65D = 194(mm)= 0,194m

Hệ số ma sát giữa cổ trục cán với ổ trượt f’ =0,05

P1 = 16,245T , D1 = 270mm= 0,27m , h1 = 15mm ,

Mc = 2P1a1 = 2 P1.0,5 = 2 16,245 0,5 0 , 27 : 2 0 , 015=0,731Tm

Mc = 2P2a2 = 2 P2.0,5 = 2 23,4997 0,5 0 , 278 : 2 0 , 0158=1,101Tm

Mc = 2P3a3 = 2 P3.0,5 = 2 18,8486 0,5 0 , 276 : 2 0 , 0184=0,950Tm

Mc = 2P4a4 = 2 P4.0,5 = 2 25,883 0,5 0 , 285 : 2 0 , 0165=1,255Tm

P6 = 10,7906T , D6 = 286mm= 0,286m , h6 = 6,4mm =0,0064m

Mc1 = 2P6a6 = 2 P6.0,5 = 2 10,7906 0,5 0 , 286 : 2 0 , 0064=0,326Tm

Mc = 2P7a7 = 2 P7.0,5 = 2.9,1997 0,5 0 , 285 : 2 0 , 0072 =0,295Tm

0,950

1,255

0,932

0,326

0,295

8

0,228

0,183

0,251

0,171

0,105

0,089

9 3 3 1 0 3

7

0,055

0,047

0,063

0,047

0,016

0,0015

5.2.3 Tính công suất cho động cơ máy cán :

a.Cơ sở lý thuyết:

Mỗi một giá cán hoặc một nhóm giá cán đều đượcdẫn động bởi một động cơ điện, động cơ này có thể làloại xoay chiều hoặc một chiều Tính công suất động cơcho giá cán là phải tính theo lần cán có lực cán lớn nhất(Pmax) Từ lực cán lớn nhất tính ra các moment rồi chuyểnvề trục động cơ, công suất được tính theo công thức sau: