thiết kế máy cán thép vằn

Hình 1-3 Hình vẽ này trình bày dường cong về mối quan hệgiữa các tính chất cơ học của thép và mức độ biến dạngrất rõ ràng nếu biến dạng vượt quá 80% thì kim loại hầunhư mất hết tính dẻo.

MỤC LỤC

Trang

LỜI NÓI ĐẦU: 4

CHƯƠNG I: ĐẠI CƯƠNG VỀ LÝ THUYẾT CÁN VÀ MÁY CÁN GIỚI THIỆU SẢN PHẨM VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CÁN

1.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ LÝ THUYẾT CÁN VÀ MÁY CÁN 5 1.1.1 Biến dạng dẻo của kim loại khi cán 5

1.1.2 Lý thuyết về cán 9

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP CÁN 21

1.2.1 Cán dọc 21

1.2.2 Cán ngang 22

1.2.3 Chọn phương án cán cho máy cần thiết kế 22 1.3 QUÁ TRÌNH UỐN XẢY RA KHI TẠO SÓNG 23

1.3.1 Xác định chiều dài phôi uốn 24

1.3.2 Bán kính uốn nhỏ nhất và lớn nhất 24

1.3.3 Công thức tính lực uốn 25

1.4 MÁY CÁN 26

1.4.1 Giới thiệu chung về máy cán 26

1.4.2 Phân loại máy cán thép 26

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG. 2.1 YÊU CẦU CÔNG NGHỆ CỦA SẢN PHẨM LÀM RA 30 2.1.1 Tính áp lực cán 31

2.1.2 Phương án bố trí con lăn cho máy cán 32

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN ĐỘNG CHO MÁY32 2.2.1 Truyền động bằng thủy lực 32

2.2.2 Truyền động bằng cơ khí 33

2.3 CÁC PHƯƠNG ÁN CHO HỘP PHÂN LỰC 33

2.3.2 Truyền động bằng xích 34

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN SỨC BỀN CHI TIẾT MÁY. 3.1 TÍNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ 36

3.2 TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT 39

3.2.1 Giới thiệu về cơ cấu truyền động 39

3.2.2 Tính toán và thiết kế bộ truyền 40

3.3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC CÁN 45

3.3.1 Giới thiệu sơ lược về trục cán 45

3.3.2 Trình tự thiết kế 47

3.4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC VÍT 55

3.4.1 Tính toán sức bền trục 55

3.4.2 Tính toán bộ phận gối đỡ trục 60

CHƯƠNG IV: CÁC TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHÁC. 4.1 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CON LĂN 62

4.1.1 Xác định kích thước con lăn đầu tiên 63

4.1.2 Kích thước con lăn lần cán thứ hai 63

4.1.3 Kích thước con lăn lần cán thứ ba và tất cả các con lăn của hệ trục trên và con lăn đỡ 64

4.1.4 Xác định bạc cách giữa các con lăn 64

4.2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DAO CẮT TÔN 64

4.2.1 Các phương án truyền động cho dao cắt65 4.2.2 Tính toán lực kéo đứt tôn 58

4.3 TÍNH TOÁN HỆ THỐNG THỦY LỰC CHO MÁY72 4.3.1 Tính toán cho động cơ thủy lực 73

4.3.2 Tính toán cho xi lanh truyền lực cho dao cắt 73 4.3.3 Tính toán xác định các thông số làm việc của bơm cung cấp cho toàn hệ thống thủy lực của máy 75

4.4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH KHE HỞ GIỮA HAI TRỤC CÁN 76

4.4.1 Xác định đường kính bulong 76

4.4.2 Xác định đường kính dây lò xo 77

CHƯƠNG V: LẮP ĐẶT VẬN HÀNH BẢO DƯỠNG

MÁY CÁN

5.1 LẮP ĐẶT 79

5.2 VẬN HÀNH 79

5.3 BẢO DƯỠNG 80

5.4 THAY THẾ 81

KẾT LUẬN CHUNG 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

LỜI NÓI ĐẦU.



Với sự phát triển kinh tế đất nước hiện nay chúng

ta rất cần các loại máy móc để phục vụ cho nền kinh tế, đặc biệt là các máy tạo ra các loại vật liệu xây dựng phục vụ cho việc xây dựng nhà cửa và các nhà máy Tấm lợp là một loại không thể thiếu trong việc xây dựng nói chung Trong đồ án này em thiết kế máy tạo ra ”tôn sóng tròn” để phục vụ cho công nghiệp xây dựng và một số ngành công nghiệp khác Với việc thiết kế chế tạo máy tạo sóng tôn tròn ngay trong nước rất có ích và giảm giá thành hơn so với máy nhập khẩu và tạo việc làm cho công nhân.

Với loại máy cán này phôi ban đầu là thép tấm dạng cuộn có chiều rộng 1000 mm, chiều dày 0,1  1 mm Sau khi cán tạo ra sản phẩm là tôn sóng tròn có 13 sóng lên và 12 sóng xuống đều nhau, có bề rộng là 871 mm và chiều dài không hạn chế.

Vì đây là lần đầu tiên em thiết kế tổng thể về một máy hoàn chỉnh nên em còn gặp nhiều bỡ ngỡ, trình độ kiến thức và tài liệu của em còn hạn chế với thời gian tiếp xúc thực tế không nhiều và thời gian thiết kế hạn chế nên trong quá trình tính toán và thiết kế không tránh khỏi sai sót Em mong sự chỉ bảo và giúp đỡ của các thầy cô và bỏ qua những thiếu sót.

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn

nhiệt tình của thầy Nguyễn Tế và sự giúp đỡ của các

thầy cô trong khoa Cơ Khí đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.

Đà Nẵng, Ngày 30 tháng 4 năm 2002

Sinh viên thực hiện.

Nguyễn Đình Sáng.

CHƯƠNG I

ĐẠI CƯƠNG VỀ LÝ THUYẾT CÁN VÀ MÁY

CÁN GIỚI THIỆU SẢN PHẨM VÀ LỰA CHỌN

PHƯƠNG ÁN CÁN.

1.1.ĐẠI CƯƠNG VỀ LÝ THUYẾT CÁN VÀ MÁY CÁN.

1.1.1 Biến dạng dẻo của kim loại khi cán.

a Tổng quát về biến dạng.

-Khi chịu tác dụng của ngoại lực kim loại biến dạng theo

3 giai đoạn nối tiếp nhau: biến dạng đàn hồi, biến dạngdẻo và biến dạng phá hủy

Từ thí nghiệm kéo kim loại người ta có biểu đồ sau:

+ Biến dạng dẻo là sự biến đổi kích thước sau khikhử bỏ tải trọng

Khi tải trọng vượt quá giá trị nhất định (P) độ biến dạng

L tăng lên theo tải trọng với tốc độ nhanh hơn Ở giai đoạnnày biến dạng dẻo đi cùng với biến dạng đàn hồi

+ Biến dạng phá hủy là sự đức rời các phần tinh thểkim loại khi biến dạng (khi tải trọng vượt quá tải trọng chophép) Khi tải trọng đạt đến giá trị lớn nhất (PC) trong khi kimloại xuất hiện vết nứt Tại đó ứng suất tăng nhanh gâybiến dạng tập trung Kích thước vết nứt tăng lên và cuối

V

D

C

BA

PC

PB

PA

0

cùng phá hủy kim loại (điểm D) Đó chính là giai đoạn pháhủy.

 Biến dạng dẻo là hình thức phổ biến của gia côngáp lực quá trình lợi dụng giai đoạn biến dạng dẻo để giacông Biến dạng của kim loại được thực hiện bằng sựtrượt và sang tinh Biến dạng dẻo bắt đầu được thựchiện khi mà trong kim loại tải trọng ứng suất được xácđịnh Trong đó ứng suất tiếp tục tác dụng lên mẩu trượcđạt đến giá trị giới hạn (phụ thuộc vào vật liệu) và cókhả năng vượt qua nội lực trên các mặt trượt và trên tinhgiới hạn của kim loại

b Trạng thái ứng suất và các phương trình dẻo.

Giả sử trong vật thể hoàn toàn không có ứng suấttiếp thì vật thể có 3 dạng ứng suất chính sau:

a b Ứng suất đường max =

(3)Loại biến dạng dẻo là biến dạng chảy  ch

 Điều kiện biến dạng dẻo:

- Khi kim loại chịu ứng suất đường

- Khi kim loại chịu ứng suất mặt.

Biến dạng dẻo chỉ bắt đầu sau biến dạng đànhồi Thế năng của biến dạng đàn hồi:

A = A0 + Ah (7)Trong đó: A0 thế năng để thay đổi thể tích vật thể(trong biến dạng đàn hồi thể tích vật thể tăng lên, tỷ trọnggiảm xuống)

Ah thế năng để thay đổi hìng dáng vật thể.Trạng thái ứng suất khối: thế năng biến dạngđàn hồi theo định luật Huc được xác định:

A =

2

3 3 2 2 1

(8)Như vậy biến dạng tương đối theo định luật Huc

)]

( [

1

3 2 1

1

3 1 2

1

2 1 3 3

2 3

2 2

2 1

2 1

F

(11)Trong đó:  - hệ số Papacon tính đến vật liệu biếndạng

E- môđun đàn hồi của vật liệu

Thế năng để làm thay đổi thể tích bằng:

A0 = 1 2 3  1 2 32

6

2 1 3

2

F

(12)Thế năng dùng để thay đổi hìng dáng vật thể

Ah = A - A0 =       2

1 3

2 3 2

2 2 1

 1 3

   (16)Khi biến dạng dẻo (không tính đến biến dạng đànhồi) thể tích của vật không đổi Vậy V = 0

Từ (12) ta có: 1 21 2 3 0

E

Từ đó: 1 - 2  = 0Vậy  = 0,5 (17)Từ (16) và (17) ta có:

2

3 1 2





   (18)Vậy phương trình dẻo có thể viết:

0 0

Ứng suất tiếp khi   45 0

2

3 1 max



  k (21)Vậy ứng suất tiếp lớn nhất là:

0

58 ,



k gọi là hằng số dẻo

Ở trạng thái ứng suất khối phương trình dẻo cóthể viết:

2

2k 0  (22)Phương trình dẻo (22) rất quan trọng để giải bàitoán trong gia công kim loại bằng áp lực

Tính theo hướng của các áp suất, phương trình dẻo(22) chính xác nhất là được viết:

Thực nghiệm cho thấy với sự gia tăng mức độ biếndạng nguội thì tính dẻo của kim loại sẽ giảm và trở nên dòn,khó biến dạng.

Hình 1-3

Hình vẽ này trình bày dường cong về mối quan hệgiữa các tính chất cơ học của thép và mức độ biến dạngrất rõ ràng nếu biến dạng vượt quá 80% thì kim loại hầunhư mất hết tính dẻo

1.1.2 Lý thuyết về cán.

Trong thực tế có nhiều phương pháp gia công bằng áplực, trong đó cán là phương pháp chủ yếu trong kỹ nghệ giacông áp lực đó Phần lớn các sản phẩm thép (nhôm, inox ),được sản xuất ra từ các nhà máy là sản phẩm của quátrình cán dưới dạng tấm, hình ống, sóng, hình đặc biệt

So với các phương pháp áp lực khác (kéo, ép, dập, rèn)cán là một phương pháp gia công có năng suất cao Các máycán hiện đại có khả năng cơ khí hóa và tự động rất cao,vận tốc cán có thể đạt 2040 (m/phút)

Ở các nước công nghiệp phát triển, kỹ nghệ gia côngphát triển cao, trong đó có kỹ nghệ cán Dây chuyền cán đãđược tự động hóa toàn bộ với sự trợ giúp của kỹ thuậtđiện tử và tin học

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

Công nghệ cán ngày càng phát triển ở Việt Nam, hiệnnay cũng đã hình thành các trung tâm luyện cán ở TháiNguyên, Biên Hòa, Đà Nẵng, Hải Phòng, Thành phố HCM , cáctrung tâm này dần đưa vào sản xuất và hướng đến cải tiếnkỹ thuật đáp ứng nhu cầu sản phẩm cán hiện nay

a Phân loại sản phẩm cán được.

Sản phẩm cán là những sản phẩm kim loại nhậnđược bằng phương pháp nóng và nguội Việc phân loại sảnphẩm cán phải dựa vào thành phần vật liệu, công dụngsản phẩm, hình dáng sản phẩm, tổ chức công nghệ Nhữngđặc trưng nhất của việc phân loại sản phẩm cán là dựavào hình dáng, tiết diện sản phẩm Hầu hết các nước đềuphân loại theo kiểu này

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

* Loại tấm: chia làm 3 loại

- Thép tấm dày: có chiều dày h  25mm

Thép vuông cạnh (a x a) = [(5 x 250)x(5x250)] mm2

Thép bán có chiều dày h = 4  6 mm chiều rộng b = 12  200 mmThép tam giác đều cạnh và không đều cạnh

* Loại đặc biệt

- Bánh xe lửa

- Vành bánh xe lửa

b Aïp lực khi cán và lưc tác dụng khi cán

SVTH: Nguyễn Đình Sáng - Lớp 97 C1A

x

BA

Hình 1-4

- Quá trình cán kim loại

+ Quá trình cán lý thuyết

Quá trình cán là quá trình biến dạng dẻo giữa 2trục cán quay ngược chiều nhau, nhờ lực ma sát giữa 2trục cán với phôi kim loại

Vùng biến dạng là phí tích của kim loại được tạobởi cung AB =  và các mặt phẳng đứng của phôi kim loạivào trục cán và sản phẩm cán khi ra khỏi trục cán ứng với 2điểm A, B

Khi phân tích ứng suất trong vùng bị biến dạng cóthể sử dụng phương trình dẻo (22), (23) trên cơ sở lý thuyếtcộng biến dạng dẻo của Guber

- Mytex - Gienke

+ Trong trường hợp chung: y x 4 xy2  4k2

+ Trong trường hợp có ứng suất chính: 1 3 2k

Mômen cần thiết để quay 2 trục cán:

l

h h

l

h k

4

1 2

1

2

2 1 2

Ở đây   

2

1 ln 2

l k

P

4

1 1 2

1

2    



l l

1 2

Trong cán nóng khi  0,4  0,5 và t  0 0,28



 0,4  0,5 ta nhận được  0,5  0,42

Hình 1-5

Quá trình biến dạng kim loại khi cán thực tế.

 Aïp lực lên trục cán khi cán hình

Trong cán nóng xuất hiện các lực ma sát phụ trên lòhình làm tăng áp lực lên trục cán trong thời gian cán Song đểxác định chúng chính xác rất khó khăn Cho nên để tính toánchúng người ta sử dụng các hệ thống thực nghiệm phụthuộc vào hình dáng lô hình gọi là hệ số hình dáng

l a

NC

l1l

a,b: hệ số phụ thuộc hình dáng lổ hình.

htb: chiều cao qui đổi tung bình của kim loại tại vùngbiến dạng

l: chiều dày tiếp xúc của kim loại với trục cán đốivới trường hợp  2

tb

h l

nk = 0,75 + 0,25

tb

h l

Các thông số về kích thước:

1

1 0

0 1

1 1 0

0 0

b

F b

F N b

F h b

Chiều dày tiếp xúc L Rh

Aïp suất toàn phần của kim loại với trục cán

Mômen cán được xác định M c  2Pa 2P 

 = 0,65  0,75 khi cán hình các loại khác

 Mômen và công suất động cơ định trong khi cán kimloại

Công suất động cơ điện để truyền dẫn cho trục dẫnvà mômen quay

Nđ, Mđ: Công suất và mômen động để vượt qua độ

ì của các cơ cấu

Hai đại lượng đầu Nc + Nms hoặc Mc + Mms không đổitrong quá trình cán gọi là tải trọng tĩnh của động cơ

Tải trọng của động cơ Nđ hoặc Mđ sinh ra trong thờiđiểm phôi bị ôm bởi các trục cán

 Mômen cán của động cơ:

đc n

n W

W

i 

Wđc, Wtr: Vận tốc góc của động cơ và trục cán (1/s)

nđc, ntr: Tốc độ quay của động cơ và trục cán(vòng / phút)

Công suất cán (biến dạng dẻo) trên tâm trục cán:

975

tr tr

Mn M

M ms1 ms2



P - Aïp suất toàn phần trên trục cán

0

 - hệ số ma sát ở trong các ổ trục cán

r0 - bán kính ổ trục

d0 - đường kính trục tại chổ lắp ổ

Khi cán trên máy cán 4 trục thì áp lực hầu như từ 2trục cán truyền nên sự mất mát do ma sát được tính trêncác ổ trục truyền:

tr

ct

D d P

M 1 0 0

Dct - đường kính trục công tác

Dtr - đường kính trục truyền

Giá trị hệ số ma sát trong các ổ đỡ trục cán  0

Ổ ma sát ước 0,003

Ổ teex tôlit 0,01Sự mất công do ma sát trong các cơ cấu truyền độngđược tính theo hệ số hữu ích của bộ truyền bao gồm: bộphận lực ( 1  0 , 42  0,9), hộp giảm tốc

( = 0,95  0,97) và trục spin đến với khớp nối trục 30,99

Như vậy  0= 0,85  0,93)

 Mômen tĩnh

i

M M M

M M

ms

ms ms

T



1 1

Hệ số hữu ích của máy cán gọi là tỷ số mômencán và mômen tĩnh.

0 1

M

ms t

dt

d j

375

2 1

đ

t M M kM

M   max

Mđm -mômen định mức của động cơ

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

c Các đại lượng đặc trưng cho quá trình cán kim loại.

Vùng biến dạng:

Khi cán 2 trục cán quay liên tục và ngược chiều nhau nhờ

ma sát tiếp xúc giữa vật cán và bề mặt trục cán mà vậtcán được ăn vào trục và bị biến dạng

Sau biến dạng chiều dày vật cán giảm dần, chiều dàităng lên chiều rộng cũng tăng lên và hình dáng vật cán thayđổi Vùng kim loại ăn vào để bị biến dạng và ra khỏi trụcgọi là vùng biến dạng Vùng biến dạng là vùng kim loại bịbiến dạng dẻo dưới tác dụng của lực cán.Vậy ABCD làvùng biến dạng

Các thông số đặc trưng cho vùng biến dạng:

- Góc ăn kim loại  (rad, độ )

Góc chắn bởi cung AB & CD gọi là góc ăn kim loạivà ký hiệu  Trục cán khác nhau, vật cán khác nhau thì khác nhau.

Hình 1-6

- Chiều dài vùng biến dạng l (mm)

Cung AB & CD gọi là cung tiếp xúc hay đượcgọi là chiều dài vùng biến dạng

- Góc trung hòa  (rad , độ)

Góc IOB là góc trung hòa tại tiết diện I J củagóc trung hòa Vận tốc của trục cán bằng vận tốc của kimloại VtcV kl(m/s)

- Lượng ép tuyệt đối h (mm)

Đây là hệ số chiều cao của kim loại trước vàsau khi cán :

h h h

%

1

2 1

h

h h

h1: là chiều dày ban đầu của vật cán (mm)

- Lượng giản rộng tuyệt đối b (mm)

n

no

o’

BC

AD

I

J .

h

h L

F L

F0, L0: là diện tích và chiều dài ban đầu của vật cán

Fn, Ln: là diện tích và chiều dài cuối cùng của sảnphẩm

 Quan hệ giữa các thông số trong vùng biến dạng.

D

h h R

- Chiều dài cung tiếp xúc: L Rh (mm)

- Lượng giảm rộng tuyệt đối: 

h b

1

2 15 , 1

(mm)

Trong đó: f - hệ số ma sát: f= (1,05 - 0,0005t)

t - nhiệt độ cánTrong thực người ta dùng công thức thực nhgiệm:

h k

b 

 (mm)

k = (0,35  0,48) đối với cán thép hình

k = (0,1  0,15) đối với cán thép tấm

Người ta còn đưa ra thông số lượng giảm rộng tươngđối, thực tế rất ít dùng

n

F F

F F

F F

F F

1

2 3

2 2

1 1

  1. 2. 31 1.

Trong đó:F0, F1, F2, Fn-1, Fn: là tiết diện ban đầu, tiếtdiện tạo lỗ hình thứ nhất, thứ hai, thứ ba đến thứ n(cuối cùng)

* Điều kiện ăn vào của kim loại.

Hình 1-7Muốn vật cán ăn vào trục cán thì:

cán Loại trục cán Hệ số masát 

Cán nóng Trục có gờ, rãnhTrục cán hình 0,45  0,620,36  0,47

Trục cán tấm 0,27  0,36Cán nguội Trục có độ bóng bình

o’

R

NR

Hình 1-8Từ thực tế người ta thấy rằng khi cán vùng biếndạng có hiện tượng sau:

- Tốc độ cán tại đầu kim loại tiếp xúc với trục cán

VH cho tới tiết diện trung hòa luôn luôn nhỏ hơn tốc độ trụccán V

VH < V

- Từ tiết diện trung hòa theo hướng cán ra khỏi trụccán tốc độ cán luôn có hiện tượng :V < Vh VH = Vh

Tại tiết diện trung hòa:V = Vh = VH

Hiện tượng mà tại vùng biến dạng của kim loại lạicó VH < V gọi là hiện tượng trễ hoặc là sự trễ

Vùng biến dạng có hiện tượng trễ gọi là vùng trễ.Hiện tượng mà tại vùng biến dạng của kim loại lạicó V < Vh gọi là hiện tượng vượt trước hoặc là sự vượttrước

Vùng biến dạng có hiện tượng vượt trước hoặc làvùng vượt trước

Mặt cắt chia ra 2 vùng trễ và vượt trước gọi là mặtphân giới tiết diện kim loại ở mặt phân giới gọi là tiết diệntrung hòa

Khi cán cần chú ý tới hiện tượng vượt trước, đặcbiệt là khi cán thép chu kỳ Nếu không chú ý và không tính tớilượng vượt trước sẽ cán sai các kích thước của sản phẩmthép chu kỳ

Lượng vượt trước được tính theo công thức:

% 100

h

h n V

V V

VH

Tiết diện trung hòaV

H = V = Vh





Mặt phân giới

I II

VhV

VCS

VH

Sn - là lượng vượt trước thực tê:ú Sn = (3  6)%

V - là tốc độ cán:

60

n D

V (m/s)

N - tốc độ quay của trục

Hình 1-9

Sơ đồ cán thép chu kỳ

Nếu muốn cán thép chu kỳ có chiều dài L thì trên trụccán phải có 1 cung có chiều dài L’ sao cho L’ < L và L’ =

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP CÁN.

n

nLL’

Quá trình cán là quá trình biến dạng dẻo liên tục giữacác trục cán quay tròn để nhận được sản phẩm có hìnhdáng, kích thước và chất lượng nhất định.

Căn cứ vào hình dáng, chuyển động, cách bố trí trụccán và chuyển động của phôi kim loại mà quá trình cán cóthể phân ra 2 loại khác nhau

1.2.1 Cán dọc.

Phôi đi giữa 2 trục cán quay ngược chiều nhau, nhưvậy hình dáng và kích thước sản phẩm nhận được đãđược định sẵn ở các trục cán

.

Trục cán

trên

Trục cán dưới

Phôi cán

Trục 1

Trục 2

Phôi

chiều ngang nhỏ hơn phôi ban đầu và tạo thành bề mặt gợnsóng Thực chất là tạo sóng cho tôn tấm.

Chọn phương pháp cán là cán nguội

Hình 1-12

1.3 QUÁ TRÌNH UỐN XẢY RA KHI TẠO SÓNG.

Uốn là phương pháp gia công kim loại nhằm tạo phôihoặc một phần của phôi có dạng cong hay gấp khúc,phôi cóthể là tấm dài, thanh định hình và được uốn ở dạng nónghay nguội.Trong quá trình uốn phôi bị biến dạng từng vùngđẻ tạo thành hình dáng cần thiết

Uốn kim loại tấm được thực hiện do biến dạng dẻoxảy ra khác nhau ở hai mặt của phôi uốn

Uốn là một trong những nguyên công thường gặp trongdập nguội Quá trình uốn bao gồm biến dạng đàn hồi vàbiến dạng dẻo, uốn làm thay đổi hướng thớ kim loại làmcong phôi và thu nhỏ dần kích thước

Trong quá trình uốn, kim loại phía trong góc uốn bị nénvà co ngắn ở hướng dọc, bị kéo ở hướng ngang Các lớp kimloại ở phía ngoài chịu kéo và giãn dài ở hướng dọc, bị nén

ở hướng ngang Giữa các lớp co ngắn và giãn dài ở các lớptrung hoà

Khi uốn những dãi hẹp xảy ra hiện tượng giảm dày,chổ uốn sai lệch hình dáng tiết diện ngang, lớp trung hoà bịlệch về phía bán kính nhỏ

Khi uốn những dãi rộng xảy ra hiện tượngbiến mỏngvật liệu nhưng không có sự sai lệch tiết diện ngang Vì trởkháng của vật liệu có chiều rộng lớn sẽ chống lại sựbiến dạng theo hướng ngang

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

Tiết diện trước

khi cán Tiết diện sau khi cán

Khi uốn phôi với bán kính góc lượng nhỏ thì mức độbiến dạng dẻo lớn và ngược lại.

Hình 1-13

1.3.1 Xác định chiều dài phôi uốn.

- Xác định vị trí lớp trung hoà Chiều dài lớp trung hoà ởvùng biến dạng

- Chia kết cấu của chi tiết sản phẩm thành nhữngđoạn thẳng theo bản vẽ chi tiết còn phần cong được tínhtheo chiều dài lớp trung hoà

Chiều dài phôi được xác định theo công thức:

0



: Chiều dài các lớp trung hoà

r: Bán kính uốn cong phía trong

x: Hệ số phụ thuộc vào tỷ số r/s

s: Chiều dày vật uốn

Khi uốn 1 góc   90 0 thì L l 0 , 5s

Lớp trung hoà

Thớ kim loại sau khi uốn

2

1.3.2 Bán kính uốn nhỏ nhất và lớn nhất.

Nếu rtrong quá nhỏ sẽ làm đứt vật liệu ở tiết diệnuốn, nếu quá lớn vật sẽ không có khả năng giữ được hìnhdáng sau khi đưa ra khỏi khuôn:

rtrong  rmin.Bán kính uốn lớn nhất:

1 max

2 

s

rngoài = rtrong - s

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

s: chiều dày vật uốn

1

 : giới hạn chảy của vật liệu

Bán kính uốn nhỏ nhất:

2 1

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

Theo thực nhgiệm có: rmin = ks

k: hệ số phụ thuộc vào góc uốn 

1.3.3 Công thức tính lực uốn.

- Lực uốn bao gồm lực uốn tự do và lực uốnphẳng vật liệu Trị số lực và lực phẳng thường lớn hơnnhiều so với lực tự do

- Lực uốn tự do được xác định theo công thức:

1 1

2

l

n S B

B1: chiều dày của dải tấm

S: chiều dày vật uốn

n: hệ số đặt trưng của ảnh hưởng biến cứng n =1,6 1,8

b

 : giới hạn bền của vật liệu

l: khoảng cách của các điểm tựa

- Lực uốn góc tinh chỉnh tính theo công thức:

P = qFq: áp lực tinh chỉnh (là phẳng) chọn theobảng

F: Diện tích phôi được tinh chỉnh

- Tóm lại: Trong quá trình uốn không phải toàn bộphần kim loại ở phần uốn đều chịu biến dạng dẻo mà cómột phần ở dạng đàn hồi Vì vậy không còn lực tác dụngthì vật uốn không hoàn toàn như hình dáng cần uốn.

1.4 MÁY CÁN.

1.4.1 Giới thiệu chung về máy cán.

Từ xa xưa con người đã biết dùng các vật thể trònbằng đá hoặc bằng gỗ có dạng hình trụ tròn xoay, đểnghiền bột làm bánh, ép mía làm đường, ép các loại dầu,ôliu, hướng dương, vừng Những vật thể tròn xoay này dầndần được thay thế bằng đồng nhôm, thép và được chếtạo thành những trục cán dễ dàng tháo lắp trên những bộmáy có khung giá cán, thế là máy cán đã được hình thành.Những chiếc trục cán lúc đầu bằng cổ tay, cổ chân người,trục quay trên nhờ sức người Khi sản xuất đòi hỏi năng suấtcao, trục cán ngày càng, máy cán ngày càng to con ngườikhông kéo được nữa mà phải nhờ sức trâu, bò hoặc ngựađể kéo Vì vậy cho đến nay thế giới vẫn dùng đơn vị đo côngsuất động cơ là KW hoặc mã lực (sức ngựa) Năm 1771máy hơi nước ra đời, lúc này các máy truyền động bằng máyhơi nước Khi điện ra đời máy cán dùng động cơ điện Đếnnay có những máy cán thép được dẫn động bỡi nhữngđộng cợ có công suất từ 5000 đến 7800KW Trục cán cóđường kính bằng 1300 đến 2000mm máy nặng hàng trămtấn Ngày nay do sự hoàn thiện và tiến bộ không ngừng vềkhoa học kỹ thuật và độ chính xác của sản phẩm máy cándùng động cơ dầu và hoàn toàn điều khiển tự động và làmviệc theo chương trình máy tính

1.4.2 Phân loại máy cán thép.

Máy cán thép cán thép ở trạng thái nóng hoặc ởtrạng thái nguội Máy cán thép gồm 3 bộ phận: Nguồn nănglượng, các bộ phận truyền dẫn động và giá cán Máy cánthép được chia ra làm nhiều loại máy, có thể phân loại theocông dụng, theo số giá Cán trong máy cán theo số trục cántrong giá cán và theo kích thước sản phẩm

a Máy cán phôi.

Là loại máy cán chuyên sản xuất phôi ban đầu chocác nhà máy cán khác Máy sản xuất ra hai loại phôi

chính:Phôi thỏi có tiết diện vuông và phôi tấm có tiết diệnhình chữ nhật.

b Máy cán hình.

- Là loại máy cán dùng để cán thép hình, sảnphẩm của máy có rất nhiều loại và rất đa dạng

- Máy cán hình còn chia ra làm 3 loại:

+ Máy cán hình cở lớn, đường kính trục cán  500mm

+ Máy cán hình trung bình đường kính trục cán

8 và 10 ở dạng cuộn gọi là máy cán dây thép

c Máy cán tấm.

Tuỳ thuộc vào chiều dày sản phẩm mà phân ramáy cán tấm dày, máy cán tấm trung bình, máy cán támmỏng, máy cán tấm cực mỏng Tuỳ thuộc vào trạng tháinhiệt độ của kim loại khi cán mà chia ra máy cán tấm nóng,máy cán tấm nguội

d Máy cán ống.

Máy cán ống được phân theo loại hình sản phẩm:Máy cán top ống, hệ thống máy hàn ống, máy cán uốn hìnhvà theo công nghệ cao máy cán ống tự động, máy cán ốngliên tục, máy cán ống khứ hồi Hệ thống máy hàn ốngbằng phương pháp hồ quang, điện trở

e Máy cán chuyên dùng.

Máy cán chuyên dùng thường được gọi theo tênsản phẩm cán Máy cán bi là cán ngang có nghĩa là vật cánvừa chuyển động quay vừa chuyển động tịnh tiến Các loạimáy cán tấm và hình là cán theo nguyên lý cán dọc, máy cánbánh răng, máy cán bánh xe lửa

* Phân loại máy cán theo cách bố trí các thiết bichính (gá cán)

- Máy cán có một gá cán là máy cán chỉ có mộtgá cán và trong xưởng cơ khí của chúng ta thường sử dụng

- Máy cán bố trí theo hàng có các gá cán bố tríthành một hay nhiều hàng ngang Các máy cán được dẫnđộng chung bằng một động cơ hoặc dẫn động riêng biệttuỳ theo ý đồ công nghệ để tiết kiệm diện tích xưởng cán,có thể bố trí theo hình chư îZ

- Máy cán bán liên tục:Loại máy cán này thường cóhai nhóm giá cán Nhóm thứ nhất là nhiệm vụ cán thô,thường bố trí theo hàng Ở nhóm giá cán tinh thường đượccán theo vòng Loại máy cán này thường dùng cho cán hìnhcở nhỏ

- Máy cán liên tục:Là máy cán bảo đảm hai yêu cầu cơbản:

+Vật cán đồng thời có thể cán ( ăn vào) trêntất cả các giá cán

+ Tích số giữa vận tốc và tiết diện vật cántại các giïa cán phải bằng nhau và bằng một hằng số

Máy cán liên tục thường được cán hình cở nhỏ, cántấm, cán ống Tương ứng với các nhiệm vụ đó máy có têngọi máy cán hình liên tục, máy cán tấm liên tục,máy cánống liên tục

-Ngoài ra còn có thể gặp máy cán vạn năng, máy cánhình tinh, máy cán nghiên, máy đúc cán liên tục, máy cán bánhrăng, máy cán bánh xe lửa

- Độ dày phôi S = 0,1  1 mm.

- Sau khi cán đạt biên dạng:

Hình 2-1+ Có 13 sóng lồi lên trên và 12 sóng lõm xuống

+ Có bán kính R = 23 mm

+ Chiều dài cung AB = 1000/25 = 40 mm

+ Bán kính rãnh lõm và lồi bằng nhau và dây cungbằng nhau

180 74 , 1

B1 = 25

2

l

= 871 mm

2.1.2 Tính áp lực cán.

- Quá trình cán sóng tôn thật ra là quá tình uốn kimloại giữa các con lăn, hai con lăn tạo thành cối và một con lăntạo thành chày để làm biến dạng kim loại, lúc này lực cántác dụng lên trục cán là lực uốn và được xác định theocông thức tổng quát sau:

l

n B

7 , 69

8 , 1 400 1

40 2



P = 413,2 N > [b]

- Để giảm áp lực cho 1 trục cán ta tăng số lần cán lên

3 lần cán: a1 = 2mm, a2 = 3mm, a3 = 3mm Khi tạo sóng nóthực hiện kéo uốn cả 2 phía tránh hiện tượng tôn ở vị trí

bị uốn bị ép mỏng ta chia làm 3 lần uốn

Hình 2-3Phương án này có 21 cặp trục cán, nhưng khi cán lớp kimloại ở giữa bị kéo mỏng ra nên không được.

Phương án 2

Hình 2-4Phương án này ta cán 1 sóng giữa trước sau đó làm tiếpcác sóng 2 bên và tấm kim loại bị kéo nhỏ lại về giữa vàkim loại không bị kéo mỏng

Vì có 13 sóng lồi lên nên sóng đầu tiên tạo là sóng lồi lênsau đó tạo thêm 2 sóng 2 bên Sau 7 lần cán ta được 13 sónglồi lên, 2 sóng lồi lên liên tiếp tạo 1 sóng lõm theo yêu cầu.Phương án này có 21 cặp trục cán và bố trí con lăn đốixứng nhau

2.2 Các phương án truyền động cho máy.

Có 2 phương án truyền động chính cho máy:

- Phương án truyền động bằng thủy lực

- Phương án truyền động bằng cơ khí

2.2.1 Truyền động bằng thủy lực.

- Cơ cấu tạo lực truyền động chính cho máy làđộng cơ dầu điều chỉnh với tốc độ băng van

Hình 2-51- Thùng dầu, 2- Động cơ điện, 3- Bơm dầu

4- Van điều chỉnh, 5- Động cơ dầu, 6- Hệ thống phânlực

7- Gối đỡ trục, 8- Hệ thống con lăn cán

 Những ưu nhược điểm của phương án truyền độngbằng thủy lực:

a- Ưuđiểm:

- Có khả năng thưüc hiện chuyển động vô cấp chochuyển động chính, cũng như các chuyển động phụ đểđảm bảo cho số vòng quay cho cơ cấu chấp hành

- Kích thước gọn nhẹ, trọng lượng và mômenquán tính nhỏ

- Dễ đảo chiều chống quá tải

- Mức độ an toàn cao

- Tiện lợi cho việc bố trí các cơ cấu phụ

- Tránh ồn ào

b- Nhược điểm.

- Cấu tạo của bộ phận thủy lực phức tạp, đòihỏi chính xác nên khó chế tạo

- Giá thành cao

- Phụ thuộc chất lượng dầu

2.2.2 Truyền động bằng cơ khí.

- Truyền động chính cho máy là động cơ điện, thayđổi tốc độ của máy bằng hộp giảm tốc.5 6

Hình 2-61-Động cơ điện, 2- Khớp nối, 3- Hộp giảm tốc, 4- Hệthống phân lực

5- Gối đỡ trục, 6- Hệ thống con lăn cán

- Những ưu nhược điểm của phương án này.

- Điều kiện bôi trơn cho bộ truyền

- Bộ truyền gây ồn ào khi làm việc

- Kích thước khối lượng lớn và cồng kềnh

2.3 Các phương án cho hộp phân lực.

Có nhiều cách truyền lực cho các trục cán, nhưng cơbản có 2 phương án chính

2.3.1 Truyền động trục vít - bánh vít.

Đặc điểm của bộ truyền

- Có thể thay đổi hướng chuyển động

- Có khả năng tự hảm

- Khuôn khổ, kích thước nhỏ

- Truyền động êm, không tiếng ồn

- Tỷ số truyền lớn

- Hiệu suất thấp, sử dụng vật liệu đắt tiền

- Truyền động chính xác

SVTH: Nguyễn Đình Sáng - Lớp 97 C1A

Hình 2-7

2.3.2 Truyền động bằng xích.

Đặc điểm của bộ truyền

- Kích thước nhỏ gọn

- Chế tạo và lắp ráp phức tạp, thường xuyênphải bôi trơn cho bộ truyền

- Không có khả năng tự hảm

- Truyền động ít chính xác

- Khi truyền động có tiếng ồn

Hình 2-8Yêu cầu truyền động giữa các trục với nhau trong máycán với tỷ số truyền không đổi: i = 1

Vậy với các phương án trên, từ các ưu nhược điểmcủa từng phương án, dựa vào nhiệm vụ thiết kế và mứcđộ tự động hóa hiện nay để đạt được hiệu quả cao vàđiều khiển dễ dàng ta chọn phương án truyền động chomáy bằng thủy lực Yêu cầu khi thiết kế tạo sóng và kíchthước sản phẩm nên cần độ chính xác cao, không thiếu hụtkích thước, không bị cong, vênh vòm Do đó cần độ chính xáctrong truyền động và tính tự hảm của bộ truyền Nên chọnphương án truyền động giữa các trục trong máy cán bằngtrục vít - bánh vít

Đ/

c

Xích truyền

5

3M

9

Hình 2-9

Sơ đồ truyền động của máy cán.

1-Thùng dầu, 2- Động cơ, 3- Bơm dầu, 4- Van điều khiển,5- Động cơ dầu

6- Trục vít - bánh vít, 7- Khớp nối, 8- Gối đỡ trục

9- Hệ thống trục và con lăn cán,10- Van giảm áp

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN SỨC BỀN CHI TIẾT MÁY.

3.1 Tính công suất động cơ.

Nhằm tăng hiệu suất truyền động và gảim công suấttiêu hao qua các bộ truyền và tránh tập trung công suất lớntrên 1 trục, công suất động cơ chính là tổng công suất trêncác trục cán và bộ truyền

1

 - Hiệu suất bộ truyền trục vít bánh vít  =0,8

N = 1,5N

- Công suất trên 1 trục được tính theo công thức:

Nn = Mn

Mn - Mômen cần thiết để quay trục n

 - Vận tốc góc của 1 trục

V - Vận tốc cán của máy

60 1000

 vòng/phút

30

8 , 38 14 , 3

n



1/sMômen cần để quay trục được tính

M = Mms + Ml + Mc N/mmTrong đó:

+ Mms: Mômen ma sát sinh ra tại cổ trục

Mms = R.f1d2

R- Lực tác dụng lên cổ trục

Trục cán trên: R = Q - P Trục cán dưới: R = Q + P

Q = mg (N)

m - Trọng lượng trục cán và con lăn trêntrục

P - Aïp lực kim loại lên trục

1 - Hệ số ma sát của ổ đỡ trục 1 = 0,1

d - Đường kính ổ trục cán d = 45 mm + Ml: Mômen ma sát lăn giữa tôn và con lăn

Mt = P1.f2 D2

P1- Aïp lực kim loại tác dụng lên trục cán

2- Hệ số ma sát chọn 2 = 0,5

D - Đường kính con lăn

+ Mc: Mômen cán để làm biến dạng kim loại

Mc = P1 t.L

P1- Aïp lực kim loại tác dụng lên trục cán

t- Hệ số tay đoàn khi cán đơn giản

t = 0,45  0,5 chọn t = 0,5L- Chiều dài tiếp xúc kim loại với con lăn.

180



R AB

NCT = 2 , 7675

8 , 0

214 , 2

Ta chọn: động cơ thủy lực có công suất Nđc = 4 KW

Số vòng quay 764 vòng/phút

764

4 10 55 , 9

10 55 ,





n N

N.mm

Lưu lượng riêng của động cơ: đ = 50 cm3/vòng

Lưu lượng của động cơ: Q = n.đ = 764.50 = 38200

Ml

[N.mm]

Mc

[N.mm]

M[N.mm]

N[KW]

0 19,4 1617 7500 727,5 9844,5 0,041’ 447,2 20

0 19,4 1006,2 7500 37,5 8543,5 0,034

2 447,2 12

1 31,1 1278,5 4537,5 116,25 5932,25 0,0242’ 447,2 12

1 31,1 1006,2 4537,5 37,5 5581,2 0,022

5 3600 1500 6483,7 0,0263’ 447,3 96 40 1006,2 3600 37,5 4643,7 0,02

4 557,8 40

0 38,8 2155 15000 1455 18610 0,0744’ 518,5 40

0 38,8 266,6 15000 1455 16721,6 0,067

5 592,8 24 62,2 1878,3 9075 2332, 13285, 0,05

2 5 8 35’ 518,5 24

2 62,2 622 9075 2332,5 12029,5 0,048

6 518,5 19

2 80 1598,6 7200 3000 11798,6 0,0476’ 518,5 19

2 80 734,6 7200 3000 10934,6 0,044

7 666,5 40

0 38,8 2399,6 15000 1455 11854,6 0,0757’ 576,6

4 400 38,8 397,4 15000 1455 16852,4 0,067

8 613,5 24

2 62,2 1924,8 9075 2332,5 13332,3 0,0538’ 576,6

4 242 62,2 753 9075 2332,5 12160,5 0,049

9 666,5 19

2 80 1932 7200 3000 12132 0,0489’ 576,6

4 192 80 865,4 7200 3000 11065,4 0,044

10 705,2 40

0 38,8 2486,7 15000 1455 18941,7 0,07610’ 668,4 40

0 38,8 604 15000 1455 17059 0,068

11 740,2 24

2 62,2 2210 9075 2332,5 13617,5 0,05411’ 668,4 24

2 62,2 959,4 9075 2332,5 12366,9 0,049

12 705,2 19

2 80 2019 7200 3000 12219 0,04912’ 668,4 19

2 80 1072 7200 3000 11272 0,045

13 740,2 40

0 38,8 2565,5 15000 1455 19020,5 0,07613’ 742 40

0 38,8 769,5 15000 1455 17224,5 0,069

14 705,2 24

2 62,2 2131 9075 2332,5 13538,5 0,05414’ 742 24

2 62,2 1125 9075 2332,5 12532,5 0,05

15 740,2 19

2 80 2097,5 7200 3000 12297,5 0,049

15’ 742 19

2 80 1237,5 7200 3000 11437,5 0,046

0 38,8 2653 15000 1455 19108 0,07616’ 816 40

0 38,8 936 15000 1455 17391 0,069

2 62,2 2376 9075 2332,5 13783,5 0,05517’ 816 24

2 62,2 1291,5 9075 2332,5 12699 0,05

2 80 2185 7200 3000 12385 0,04918’ 816 19

2 80 1404 7200 3000 11604 0,046

19 887,8 40

0 38,8 2897 15000 1455 19352 0,07719’ 889,7 40

0 38,8 1102 15000 1455 17557 0,07

20 852,8 24

2 62,2 2463 9075 2332,5 13870,5 0,05520’ 889,7 24

2 62,2 1457 9075 2332,5 12864,5 0,05

21 887,8 19

2 80 2429 7200 3000 17629 0,0521’ 889,7 19

2 80 1570 7200 3000 11770 0,047

Ta đặt ký hiệu: 1,2,3 20,21 cho trục dẫn (trụcdưới)

1’,2’,3’ 20’,21’ cho trục trên

3.2 Tính toán bộ truyền trục vít.

3.2.1 Giới thiệu về cơ cấu truyền động.

Trong máy cán có nhiều bộ truyền truyền động chomáy Ở đây ta dùng bộ truyền trục vít bánh vít truyền độngcho máy với nhiều bộ truyền trục vít bánh vít Ta cần thiếtkế bộ truyền trục vít bánh vítcó công suất lớn hơn côngsuất của trục cán (công suất cần thiết kế của bánh vít)

Do sản phẩm yêu cầu tạo sóngnên ta cần độ chínhxác của sóng ngang để tôn được lợp lên không bị vênh

Ưu điểm của bộ truyền:

- Có thể thay thế hướng truyền động

- Tỷ số truyền lớn