thiết kế máy cán cánh vít

Máy cán là một loại máy gia công kim loại bằng áp lực không tạo phoi để cán ra sản phẩm có hình dáng, kích thước nhất định.. Trong quá trình cán lực cán tác dụng lên trục cán truyền và

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

THIẾT KẾ MÁY CÁN CÁNH VÍT

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN

Ngành: Cơ khí chế tạo máy – Khóa 37

Tháng 5/2015

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Cần Thơ, ngày tháng năm 2015

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN 1

Cần Thơ, ngày tháng năm 2015

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN 2

Cần Thơ, ngày tháng năm 2015

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨAVIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BỘ MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ ===== O0O =====

Cần Thơ, ngày 29 tháng 12 năm 2014

PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

HK: II NĂM HỌC: 2014-2015

1 Họ và tên sinh viên: Nguyễn Văn Tình MSSV: 1110433

Ngành: Cơ khí chế tạo máy Khóa: 37

2 Tên đề tài: Máy cán cánh vít

3 Thời gian thực hiện: Từ 30/12/2014 đến 7/05/2015

4 Cán bộ hướng dẫn: Võ Thành Bắc

5 Địa điểm thực hiện: Khoa Công Nghệ - Đại học Cần Thơ

6 Mục tiêu của đề tài: Tính toán, thiết kế và mô phỏng máy cán cánh vít

7 Giới hạn của đề tài: Đề tài chỉ tiến hành tính toán, thiết kế và mô phỏng máy bằng phần mềm Inventor Nếu có kinh phí sẽ tiến hành thí nghiệm uốn cánh vít lấy số liệu làm cơ sở tính toán thiết kế

8 Các yêu cầu hỗ trợ cho việc thực hiện đề tài: Tài liệu tham khảo, thư viện, phòng thí nghiệm

9 Kinh phí dự trù cho việc thực hiện đề tài: 500.000đ Bằng chữ: năm trăm nghìn đồng

Bộ môn Cán bộ hướng dẫn Sinh viên

Võ Thành Bắc Nguyễn Văn Tình

LỜI CẢM ƠN

Sau 15 tuần thực hiện, đề tài luận văn tốt nghiệp “thiết kế máy cán cánh vít”, em gặp không ít khó khăn về tài liệu, kinh nghiệm cũng như kiến thức thực tế còn hạn chế Đến nay đề tài đã được hoàn thành đúng hạn, không biết nói gì hơn ngoài lòng biết ơn sâu sắc của em đối với quý Thầy Cô, bạn bè và người thân

Trước hết, em xin chân thành cảm ơn thầy Võ Thành Bắc đã tận tình giúp đỡ hướng dẫn cho em trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Em xin chân thành cảm ơn các quý thầy của bộ môn Cơ Khí Chế Tạo Máy, các thầy trong khoa Công Nghệ cùng với các cán bộ, giảng viên của Trường Đại Học Cần Thơ đã truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong suốt khóa học

Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình cùng các bạn sinh viên đã tận tình giúp đỡ và động viên em trong suốt khóa học cũng như quá trình thực hiện đề tài

Cần Thơ, ngày……tháng… năm 2015

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Tình

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Trước khi thực hiện đề tài “ thiết kế máy cán cánh vít”, em đã đặt ra mục tiêu cho đề tài là tính toán, thiết kế và mô phỏng máy cán cánh vít bằng phần mềm Inventor Bằng việc vận dụng các kiến thức đã học cùng với việc tham khảo các tài liệu liên quan đến đề tài của thư viện khoa, tài liệu trên internet và sự chỉ dẫn của giáo viên hướng dẫn, đề tài đã được hoàn thành đúng thời hạn Tuy còn nhiều thiếu sót nhưng đề tài đạt được mục tiêu đề ra là tính toán, thiết kế và mô phỏng thành công máy cán cánh vít Ngoài ra, đề tài còn giới thiệu một phần mềm rất thuận tiện cho công việc thiết kế

đó là Autodesk Inventor, đồng thời đem lại cái nhìn khái quát về công nghệ cán

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN i

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN 1 ii

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN 2 iii

PHIẾU ĐĂNG KÍ ĐỀ TÀI iv

LỜI CẢM ƠN v

TÓM TẮT ĐỀ TÀI vi

PHẦN I: TÌM HIỂU CHUNG 1

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CHUNG VỀ VÍT TẢI 1

1.1 Khái niệm 1

1.2 Đặc điểm, cấu tạo và nguyên lí hoạt động 1

1.2.1 Đặc điểm cấu tạo 1

1.2.2 Nguyên lí hoạt động 2

1.3 Phân loại 2

1.3.1 Vít tải dùng cho vật liệu rời 2

1.3.2 Ống vận chuyển 3

1.3.3 Vít tải đứng 3

1.3.4 Vít tải dùng cho vật dạng kiện 3

1.4 Ưu nhược điểm 3

1.5 Các phương pháp chế tạo vít tải 4

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU CHUNG VỀ MÁY CÁN 5

2.1 Khái niệm về máy cán 5

2.2 Cấu tạo máy cán 5

2.2.1 Nguồn động lực 6

2.2.2 Bộ phận truyền động 6

2.2.3 Giá cán 6

2.2.4 Trục cán 7

2.2.5 Gối đỡ và ổ đỡ của trục cán 7

2.3 Phân loại 8

2.3.1 Phân loại máy cán theo cách bố trí 8

2.3.2 Phân loại máy cán theo công dụng 8

2.3.2.1 Máy cán hình 8

2.3.2.2 Máy cán tấm 9

2.3.2.3 Máy cán ống 10

2.3.2.4 Máy cán hình đặc biệt 11

2.3.2.5 Máy đúc cán liên tục 11

2.4 Khái niệm máy cán cánh vít 12

PHẦN II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁN 13

CHƯƠNG 1:ĐIỀU KIỆN ĐỂ TRỤC ĂN ĐƯỢC KIM LOẠI KHI CÁN 13

1.1 Khái niệm về góc ma sát, hệ số ma sát và lực ma sát 13

1.2 Điều kiện để trục ăn vật cán 14

1.3 Điều kiện để trục ăn vật cán khi hai đường kính trục cán khác nhau 15

1.4 Điều kiện để trục ăn vật cán khi chỉ có một trục dẫn động 17

1.5 Các phương pháp làm cho vật cán dễ ăn vào trục cán 18

CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CỦA KIM LOẠI TRONG GIA CÔNG 19

2.1 Một số khái niệm cơ bản 19

2.1.1 Biến dạng dẻo của kim loại 19

2.1.2 Biến dạng đàn hồi 20

2.1.3 Phá hủy 20

2.1.4 Biến dạng nóng 20

2.2 Tính chất của kim loại trong gia công áp lực 20

2.2.1 Tính chất lý học 20

2.2.2 Tính chất cơ học 21

2.2.3 Tính công nghệ 21

2.3 Các định luật gia công biến dạng 21

2.3.1 Định luật trở về nhỏ nhất 21

2.3.2 Định luật thể tích không đổi 21

2.3.3 Định luật về ứng suất trượt 22

2.3.4 Định luật đồng dạng 22

2.3.5 Định luật tồn tại ứng suất dư sau biến dạng 22

2.3.6 Định luật song song tồn tại biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo 23

CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ CÁN 24

3.1 Cán nóng kim loại 24

3.1.1 Nhiệt độ nung kim loại trước khi cán 24

3.1.2 Nhiệt độ cán 24

3.1.3 Nhiệt độ khi kết thúc cán 25

3.2 Cán nguội kim loại 25

3.2.1 Những đặc điểm khi cán nguội kim loại 25

3.2.2 Những sản phẩm cán, kéo nguội 25

CHƯƠNG 4: CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA CÔNG NGHỆ CÁN 27

4.1 Vùng biến dạng và các thông số đặc trưng 27

4.1.1 Khái niệm 27

4.1.2 Các thông số đặc trưng cho vùng biến dạng 27

4.2 Hiện tượng vượt trước và hiện tượng trễ 29

4.3 Lực cán, mômen cán 30

4.3.1 Lực cán 30

4.3.2 Mômen cán và các mômen khác sinh ra khi cán 32

4.4 Tính toán công suất động cơ 33

PHẦN III: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM INVENTOR 34

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ PHẦN MỀM 34

1.1 Giới thiệu Autodesk Inventor 34

1.2 Các thao tác với Autodesk Inventor 34

1.2.1 Mô hình hoá chi tiết 35

1.2.2 Tạo khối 3D solid 36

1.2.3 Tính toán, thiết kế chi tiết 37

1.2.4 Lắp ráp các chi tiết 38

1.2.5 Mô phỏng trình tự lắp ráp 38

1.2.6 Tạo bản vẽ 2D 40

CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH LỰC CÁN LỚN NHẤT,VẬN TỐC CÁN VÀ CÔNG SUẤT CÁN 42

2.1 Tính lực cán lớn nhất 42

2.2 Tính vận tốc trục cán và công suất động cơ 44

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG MÁY CÁN CÁNH VÍT 46

3.1 Sơ đồ động học của máy 46

3.2 Mô phỏng các bộ phận của máy 48

3.2.1 Thiết kế lô cán 48

3.2.2 Thiết kế ổ đỡ trục của lô cán 1 và 2 50

3.2.3 Thiết kế bánh răng 51

3.2.3.1 Thiết kế cặp bánh răng cấp nhanh 51

3.2.3.2 Thiết kế cặp bánh răng cấp chậm 57

3.2.4 Thiết kế tính toán trục lắp lô cán 3 64

3.2.4.1 Định kết cấu và kiểm tra trục 64

3.2.4.2 Tính toán và chọn ổ bi lắp vào trục cán 73

3.2.4.3 Thiết kế then của trục cán 76

3.2.5 Thiết kế tính toán trục lắp cặp bánh răng giảm tốc 79

3.2.5.1 Định kết cấu và kiểm tra trục 79

3.2.5.2 Tính toán và chọn ổ bi lắp vào trục lắp cặp bánh răng giảm tốc 87

3.2.5.3 Thiết kế then của trục lắp cặp bánh răng giảm tốc 91

3.2.6 Mô phỏng các bộ phận khác 94

3.2.7 Mô phỏng liên kết các bộ phận máy 96

3.2.8 Mô hình 3D hoàn chỉnh của máy 98

3.2.9 Mô phỏng chuyển động của máy 98

PHẦN IV: ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN 99

TÀI LIỆU THAM KHẢO 100

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1.1 Cấu tạo vít tải [10] 2

Hình 1.2.1 Cấu tạo máy cán [1] 5

Hình 2.1.1 Sơ đồ giải thích góc ma sát và lực ma sát [9] 13

Hình 2.1.2 Sơ đồ điều kiện trục ăn vật cán [9] 14

Hình 2.1.3 Sơ đồ trục cán ăn kim loại khi hai đường kính khác nhau [9] 16

Hình 2.1.4 Sơ đồ điều kiện trục ăn vật cán khi có một trục dẫn động [9] 18

Hình 2.2.1 Đồ thị biến dạng kim loại [12] 19

Hình 2.4.1 Sơ đồ vùng biến dạng của kim loại khi cán [1] 28

Hình 2.4.2 Hiện tượng vượt và trễ [1] 30

Hình 2.4.3 Áp lực của kim loại tác dụng lên trục cán [1] 31

Hình 3.1.1 Chọn môi trường vẽ chi tiết [3] 35

Hình 3.1.2 Giao diện của môi trường Sketch [3] 36

Hình 3.1.3 Giao diện của môi trường Part Modeling [3] 36

Hình 3.1.4 Chọn môi trường thiết kế, lắp ráp chi tiết [3] 37

Hình 3.1.5 Giao diện của môi trường thiết kế [3] 37

Hình 3.1.6 Giao diện của môi trường lắp ráp chi tiết [3] 38

Hình 3.1.7 Chọn môi trường mô phỏng trình tự lắp ráp [3] 39

Hình 3.1.8 Giao diện của môi trường mô phỏng lắp ráp [3] 39

Hình 3.1.9 Chọn môi trường tạo bản vẽ 2D [3] 40

Hình 3.1.10 Giao diện môi trường tạo bản vẽ 2D [3] 41

Hình 3.2.1 Hình dạng phôi 42

Hình 3.2.2 Sơ đồ cán 43

Hình 3.2.3 Biểu đồ thể hiển đường kính lí tưởng của trục cán 44

Hình 3.3.1 Sơ đồ động học của máy 46

Hình 3.3.2 Hình dạng, kích thước của lô cán trong 2D 48

Hình 3.3.3 Hình ảnh 3D của lô cán 49

Hình 3.3.4 Hình ảnh của lô cán khi tạo lỗ 49

Hình 3.3.5 Hình ảnh của lô cán khi tạo rãnh then 50

Hình 3.3.6 Ổ đỡ của trục cán 50

Hình 3.3.7 Nhập các thông số cơ bản của bộ truyền 51

Hình 3.3.8 Nhập công suất và số vòng quay 52

Hình 3.3.9 Nhập các thông số của bộ truyền 58

Hình 3.3.10 Nhập công suất và số vòng quay của bộ truyền 59

Hình 3.3.11 Nhập các thông số của trục cán 65

Hình 3.3.12 Tính toán trục cán 65

Hình 3.3.13 Chon kiểu ổ lăn và các thông số của nó 73

Hình 3.3.14 Nhập lực tác dụng và kiểm nghiệm ổ 74

Hình 3.3.15 Chọn và nhập các thông số của then 76

Hình 3.3.16 Nhập công suất và số vòng quay 77

Hình 3.3.17 Nhập các thông số của trục giảm tốc 79

Hình 3.3.18 Tính toán trục giảm tốc 80

Hình 3.3.19 Chọn kiểu và kích thước ổ lăn trục giảm tốc 88

Hình 3.3.20 Nhập lực tác dụng và kiểm nghiệm ổ 88

Hình 3.3.21 Chọn kiểu và nhập các kích thước của then 91

Hình 3.3.22 Nhập công suất và số vòng quay để kiểm nghiệm then 92

Hình 3.3.23 Xilanh thủy lực 94

Hình 3.3.24 Hai chi tiết tạo bước vít 95

Hình 3.3.25 Bộ phận điều khiển 95

Hình 3.3.26 Khung máy 96

Hình 3.3.27 Liên kết đồng tâm 96

Hình 3.3.28 Liên kết mặt 97

Hình 3.3.29 Liên kết góc 97

Hình 3.3.30 Mô hình máy hoàn chỉnh 98

Hình 3.3.31 Mô phỏng chuyển động của máy 98

1.2 Đặc điểm, cấu tạo và nguyên lí hoạt động

1.2.1 Đặc điểm cấu tạo

Vít tải gồm có một trục vít và cánh xoắn ốc quay được trong lòng một máng hình nửa trụ.Trường hợp góc nghiêng lớn, vít tải quay trong ống trụ thay cho máng Máng của vít tải gồm nhiều đoạn dài từ 2m đến 4m,đuờng kính trong lớn hơn đường kính cánh vít khoảng vài mm, được ghép với nhau bằng bích và bulông Trục vít làm bằng thép ống trên có cánh vít Cánh vít làm từ thép tấm được hàn lên trục theo đường

xoắn ốc tạo thành một đường xoắn vô tận

Trục vít và cánh quay được nhờ các ổ đỡ ở hai đầu máng Nếu vít quá dài thì phải lắp những ổ trục trung gian, thường là ổ treo, cách nhau khoảng 3-4m Khi trục vít quay sẽ đẩy vật liệu chuyển động tịnh tiến trong máng nhờ cánh vít, tương tự như chuyển động của bulông và đai ốc Vật liệu trượt dọc theo đáy máng và trượt theo cánh

vít đang quay

Vít tải chỉ có thể đẩy vật liệu di chuyển khi vật liệu rời, khô Nếu vật liệu ẩm, bám dính vào trục sẽ quay theo trục, nên không có chuyển động tương đối giữa trục và vật liệu, quá trình vận chuyển không xảy ra Để có thể chuyển được các nguyên liệu dạng viên hoặc có tính dính bám, cần chọn loại cánh vít có dạng băng xoắn hoặc dạng

bơi chèo, tuy nhiên năng suất vận chuyển bị giảm đáng kể

Hình 1.1.1 Cấu tạo vít tải [10]

1.2.2 Nguyên lí hoạt động

Vít tải được truyền động nhờ động cơ qua hộp giảm tốc, khi trục vít quay sẽ đẩy vật liệu chuyển động tịnh tiến trong máng, vật liệu trượt dọc theo đáy máng và theo cánh vít đang quay

Chiều di chuyển của vật liệu phụ thuộc vào chiều xoắn của cánh vít và chiều quay của trục vít Nếu đảo chiều quay của trục vít sẽ làm đổi chiều chuyển động của vật liệu Hai trục vít có chiều xoắn của cánh vít ngược nhau sẽ đẩy vật liệu theo hai hướng ngược nhau nếu quay cùng chiều

Vít tải thường được truyền động nhờ động cơ điện thông qua hộp giảm tốc Số vòng quay của trục vít trong khoảng từ 50-250 vòng/phút Chiều dài vận chuyển của vít tải thường không dài quá từ 15-20m

1.3 Phân loại

Dựa vào loại vật liệu vận chuyển người ta chia vít tải thành :

- Vít tải dùng cho vật liệu rời

- Ống vận chuyển

- Vít tải đứng

- Vít tải dùng cho vật dạng kiện

1.3.1 Vít tải dùng cho vật liệu rời

-Vít tải loại này có thể đẩy vật liệu di chuyển khi vật liệu rời, khô

- Vít tải vận chuyển vật liệu rời chủ yếu theo phương ngang

- Ngoài ra có thể vận chuyển theo phương nghiêng với góc nghiêng không quá 15-20 độ, hiệu suất không cao

1.3.4 Vít tải dùng cho vật dạng kiện

- Vít tải dùng để vận chuyển vật dạng kiện, gồm hai ống bố trí song song nhau, với một sợi thép có đường kính được hàn thành đường xoắn vít trên bề mặt của chúng

- Trên một ống là đường xoắn ốc phải, còn trên ống khác là đường xoắn ốc trái

- Các ống quay theo các chiều khác nhau và vật dạng kiện được đặt trên chúng nhờ có lực ma sát được định tâm và di chuyển theo phương dọc

- Vít tải hai vít được sử dụng để vận chuyển các sản phẩm đóng kiện như: túi, bao, kiện, thùng, hòm…

- Vít tải cho phép vận chuyển các vật theo tuyến thẳng hoặc tuyến gãy khúc, gồm có những đoạn riêng biệt dài

1.4 Ưu nhược điểm

- Ưu điểm:

+Vận chuyển được tất cả các vật liệu dính ướt

+Giúp các vật liệu không bị bẩn cũng như hao hụt

+ Không thích thì có thể cấp hoặc tháo mọi vị trí trên băng

- Nhược điểm:

+ Tốc độ mài mòn máng và bề mặt rất nhanh + Rất tiêu tốn năng lượng

+ Phải cấp đều, vật liệu dễ vỡ

1.5 Các phương pháp chế tạo vít tải

Vít tải được tạo ra bằng cách hàn cánh vít xoắn vào trục Trục vít thường là trụ đặc hoặc rỗng còn cánh vít thường là thép mỏng được chế tạo theo hai cách:

- Cán liên tục đối với cánh vít có đường kính ngoài không quá lớn

- Chấn từng cánh vít sau đó hàn nối lại khi hàn vào trục

CHƯƠNG 2

TÌM HIỂU CHUNG VỀ MÁY CÁN

2.1 Khái niệm về máy cán

Máy cán là một loại máy gia công kim loại bằng áp lực ( không tạo phoi ) để cán ra sản phẩm có hình dáng, kích thước nhất định Máy gồm ba bộ phận chính: nguồn động lực ( động cơ, mô-tơ), bộ phận truyền động ( hộp số, hộp chia moomen )

và các giá cán

2.2 Cấu tạo máy cán

Giá cán gồm: thân giá cán, trục cán, ổ đỡ trục, bộ phận điều chỉnh lượng ép, hệ thống dẫn phôi cán, lật phôi cán và các thiết bị phụ khác trên thân giá cán

Hình 1.2.1 Cấu tạo máy cán [1]

1- Động cơ; 2- Bộ phận truyền động ; 3- Giá cán

Bộ phận truyền động gồm hộp giảm tốc, trục khớp nối và hợp bánh răng truyền lực

Nguồn động lực hay còn gọi là nguồn năng lượng được truyền đến trục cán từ các động cơ điện để làm biến dạng kim loại

2.2.2 Bộ phận truyền động

Gồm 3 phần :

- Hộp giảm tốc

- Hộp chia momen (hộp bánh răng truyền lực)

- Các chi tiết nối và trục khớp nối

Hộp giảm tốc là bộ phận cần thiết trong máy cán Tất cả các máy cán sử dụng

động cơ xoay chiều điều phải sử dụng hợp giảm tốc ( trừ trường hợp máy cán được dẫn động bằng động cơ điện một chiều) Một số cơ sở trong nước sử dụng hộp giảm tốc hai cấp do chúng ta tự chế tạo Trong trường hợp tỉ số truyền của hộp giảm tốc không đạt yêu cầu công nghệ cán có thể ghép hai hộp giảm tốc hoặc làm thêm bộ truyền đai lắp vào đầu ra của động cơ và đầu trục vào của hộp giảm tốc để giảm một lần nữa theo yêu cầu

Việc chọn hộp giảm tốc không những phù hợp với tỉ số truyền thiết kế mà còn phải phù hợp với công suất của máy cán

Bánh răng chữ V và hộp bánh răng truyền lực Trong bộ truyền lực của máy

cán người ta dùng bánh răng chữ V để truyền chuyển động quay cho 2 trục cán So với bánh răng thẳng và răng nghiêng thì bánh răng chữ V có các ưu điểm sau: truyền lực khỏe, chịu tải rất lớn, chuyển động rất êm, khử được lực dọc trục,…

Thân giá cán là chi tiết lớn đóng vai trò quan trọng trong toàn bộ giá cán Mọi chi tiết khác của giá cán như: trục cán, gối đỡ cán, cơ cấu điều chỉnh lượng ép và cơ cấu dẫn hướng,…đều được lắp đặt trên nó Trong quá trình cán lực cán tác dụng lên trục cán truyền vào thân giá cán rồi được truyền vào bệ móng máy, cho nên thân giá cán đòi hỏi phải có độ bền cao, độ biến dạng ít độ cứng vững cao Có những thân giá cán nặng 10 tấn, 100 tấn và có thể nặng hơn thế nữa

Thân giá cán được chế tạo bằng hai phương pháp là đúc hoặc hàn ghép từng tấm kim loại

Vật liệu chế tạo thường là thép 35Л ÷ 50Л, có [σB] = 60N/mm2

Thân giá cán có hai kiểu kín và hở

Việc sử dụng thân giá cán kiểu nào phụ thuộc vào đặc điểm của máy, yêu cầu về công nghệ cán và lắp ráp máy,…

2.2.4 Trục cán

Trục cán là chi tiết làm biến dạng kim loại để tạo ra hình dáng và kích thước theo yêu cầu có hai loại trục cán thông dụng là trục cán hình và trục cán tấm Ngoài ra còn có các loại trục cán mang tính chất chuyên dùng như trục cán ren, trục cán bi, trục cán ống,…

Trục cán hình dùng cán các loại thép hình có tiết diện phức tạp như dầm thép chữ U, chữ I, chữ T, ray cầu trục, ray xe lửa, ray xe điện,…

Trục cán tấm dùng để cán các loại thép tấm dày, dày vừa, mỏng và cực mỏng, cán các kim loại màu và hợp kim như đồng, nhôm, kẽm,…

2.2.5 Gối đỡ và ổ đỡ của trục cán

Trục cán được đặt trên thân giá cán và quay được là nhờ có gối đỡ và ổ đỡ trục

Bề mặt cổ trục nơi lắp vào gối đỡ chịu ma sát rất lớn vì chịu lực lớn

Gối đỡ thường làm bằng hai nữa ghép lại: nữa gối đỡ trên và nữa gối dỡ dưới

cũng có khi được đúc liền thành một khối Trong quá trình làm việc, trục cán dưới thường được cố định cho nên nữa dưới của gối đỡ dưới được đặt trực tiếp vào thân giá cán Giữa nữa gối đỡ trên của trục dưới và gối đỡ dưới của trục trên có lò xo nâng trục (việc nâng trục còn dùng đối trọng hoặc cơ cấu thủy lực) còn nữa trên gối đỡ trên thì tỳ vào vít nén

Ổ đỡ trục là bộ phận trực tiếp đỡ trục cán, là nơi chịu tác động của các lực đặt

trên trục Nhờ có ổ trục mà trục cán có một vị trí xác định trong máy và quay một trục tâm đã định Các máy thường dùng hai loại ổ đỡ: ổ lăn và ổ trượt Ổ trượt hay dùng bạc lót còn ổ lăn hay dùng vòng bi Ổ trượt được dùng nhiều vì chịu được va đập tốt, ổ trượt còn làm việc được trong môi trường nước và môi trường ăn mòn khác

Bề mặt ổ luôn tiếp xúc với ổ trục cán cho nên ổ phải làm bằng vật liệu có hệ số

ma sát thấp đồng thanh, babit 83, bakelit, Ổ trượt thường được làm hai nữa trên và dưới để dễ tháo lắp và được ghép chặt vào hai nữa gối đỡ trên và dưới

2.3 Phân loại

2.3.1 Phân loại máy cán theo cách bố trí

Dựa vào cách bố trí máy hoặc số trục cán có trên máy mà đặt tên cho nó như máy có một giá cán, máy cán 2 trục đảo chiều ( máy này dùng động cơ điện một chiều

và cứ sau một lần cán là phải đổi chiều ), máy cán 3 trục, máy cán 4 trục, máy cán hành tinh, máy cán vạn năng, máy cán bán liên tục, máy cán liên tục,…

Máy cán liên tục phải đảm bảo hai điều kiện:

- Vật cán đồng thời ăn vào trục cán của tất cả các giá cán

- Thể tích vật cán qua các lỗ hình luôn luôn bằng nhau

Cách phân loại này thường dựa vào đặc điểm thiết bị để gọi tên các giá cán khi

bố trí các thiết bị trong xưởng cán và trong dây truyền công nghệ, khi thiết kế máy, khi

so sánh các giá cán và máy cán với nhau và nhất là khi cần mua hoặc lắp đặt các thiêt

bị phụ để cho máy cán hoạt động

2.3.2 Phân loại máy cán theo công dụng

Phương pháp này phổ biến trên toàn thế giới phân loại máy theo công dụng nghĩa là dựa vào mục đích sử dụng máy, vào sản phẩm của máy, vào công việc và quy trình công nghệ mà máy cán đảm nhiệm để gọi tên và phân loại

2.3.2.1 Máy cán hình

a Khái niệm

Máy cán chuyên dùng để cán các loại thép hình ở trạng thái nóng gọi là máy cán

hình Trên máy cán hình, các trục cán được tiện khoét bỏ đi một phần kim loại để có được những rãnh tạo hình đặc biệt theo thiết kế Khi cán, các rãnh này hợp thành các lỗ hình, thép được biến dạng và tạo hình trong các lỗ hình này để ra sản phẩm Trục cán thường dùng để cán thép hình có đường kính phổ biến từ 250 ÷ 650mm

b Đặc điểm

Máy cán hình có thể bố trí một giá cán hoặc nhiều giá cán, các giá cán có thể cán được nhiều lần qua lại nhưng có khi mỗi giá cán chỉ cán được một lần tùy theo công dụng của máy và phụ thuộc vào quy trình sản suất của sản phẩm

Giá cán có thể là giá 2 trục hoặc giá 3 trục Động cơ là loại một chiều hay xoay chiều, nó phụ thuộc nhiều vào việc điều chỉnh tốc độ cán và trong quá trình cán có tăng tốc hoặc giảm tốc Trong xưởng cán hình, các giá cán đầu và giữa có thể cán nhiều lần, nhưng ở giá cán tinh cuối cùng chỉ nên cán một lần, có như vậy sản phẩm mới đẹp và chính xác Máy cán dùng động cơ điện một chiều có đắc hơn do trang bị điện nhưng thao tác rất thuận lợi và không dùng hộp giảm tốc như máy cán dùng điện xoay chiều Động cơ điện một chiều có thể dùng hộp truyền lực nhưng cũng có khi hai động cơ một chiều được đấu thẳng vào trục cán

c Phân loại máy cán hình

Máy cán hình được chia làm 3 loại:

- Máy cán hình cỡ lớn ( đường kính trục ≥ 500mm )

- Máy cán hình cỡ trung bình ( đường kính trục từ 350 ÷ 500mm)

- Máy cán hình cỡ nhỏ ( đường kính trục từ 250 ÷350mm) Nếu đường kính trục nhỏ hơn 250mm thì gọi là máy cán mini

2.3.2.2 Máy cán tấm

a Khái niệm

Máy cán tấm có nhiệm vụ cán thép và các kim loại khác ở các trạng thái nóng

và nguội Máy cán tấm nóng cán ra những sản phẩm tấm có chiều dày từ 1,5mm đến 60mm Máy cán tấm nguội cán ra các tấm và băng kim loại mỏng, cực mỏng có độ dày

từ 0,007mm đến 1,25mm Người ta thường dùng máy cán 2 trục, 4 trục, 6 trục, 12 trục,… để cán tấm, máy cán càng nhiều trục thì độ dày sản phẩm càng chính xác

Trục cán tấm luôn luôn có hình trụ tròn xoay và đòi hỏi có độ chính xác, độ đồng đều bề mặt, độ bóng,…cao Khác với cán hình, khi cán tấm cần năng lượng nhiều hơn vì lực cán rất lớn đặc biệt là khi cán nguội Sản phẩm cán luôn có tiết diện hình chữ nhật và có chiều dài gần như vô tận cho nên sản phẩm của chúng thường ở dạng cuộn để dễ vận chuyển

b Đặc điểm

Máy cán tấm có đặc điểm là dùng giá cán nhiều trục để cán tấm

Máy cán tấm thường dùng động cơ điện một chiều vì sau mỗi lần cán máy lại được đảo chiều để cán qua cán lại cho tới khi ra sản phẩm Nếu máy bố trí liên tục thì

động cơ vẫn là một chiều Máy cán tấm có loại chỉ bố trí một giá cán giống như máy cán thép hình, ngoài ra máy cũng bố trí theo hàng hoặc bố trí liên tục,…

Mong muốn của con người là cán ra những sản phẩm càng rộng thì càng tốt nhưng trên thực tế chỉ có thể cán được thép tấm có chiều rộng đạt tới gần 4000mm

c Phân loại

Máy cán tấm thường được phân loại theo công dụng, có khi máy còn được gọi tên theo cách bố trí hợp với công dụng Ví dụ như máy cán tấm nóng, máy cán tấm nguội,máy cán tấm nóng liên tục, máy cán tấm nguội liên tục

2.3.2.3 Máy cán ống

a Khái niệm

Trong đời sống và công nghiệp chúng ta dùng rất nhiều ống thép và ống kim loại khác nhau, từ kim tiêm nhỏ bé có đường kính 0.5mm đến ống dẫn dầu, dẫn khí có đường kính vài mét Các loại ống này có loại hàn và có loại ống không hàn, để cán ra chúng cần có máy cán ống không hàn và máy cán ống hàn

Cán ống không hàn thì luôn ở trạng thái nóng, nếu sản phẩm ống không hàn có đường kính quá nhỏ ( 0.5 ÷ 20mm ) thì dùng máy kéo ống ở trạng thái nguội không có lõi tựa, còn đối với ống to hơn khi kéo phải dùng lõi tựa

Đối với ống hàn, có thể cán và tạo hình ở trạng thái nóng nếu ống to và có thành dày, các loại ống nhỏ và mỏng nên cán và tạo hình ở trạng thái nguội

120 Phôi cán vừa chuyển động quay vừa chuyển động tịnh tiến, phương pháp cán này trong lý thuyết gọi là cán nghiêng Lõi tựa có gắng đầu tựa cũng chuyển động quay và tịnh tiến để tạo lỗ cho phôi cán, dưới áp lực vô cùng lớn lỗ được tạo hình mà không có

tý phoi nào văng ra như khi tiện lỗ Sau khi cán tạo ống xong phôi cán tiếp tục được cán tăng giảm đường kính để đạt tới sản phẩm Khi cán ống không hàn tiếp theo máy cán luôn có lõi tựa để định đường kính tăng đường kính hoặc giảm đường kính Nếu cần các loại ống có đường kính nhỏ hơn 20mm thì sẽ kéo nguội ống Các máy kéo ống

sẽ kéo nhỏ đường kính trong và ngoài của ống để đạt tới sản phẩm có đường kính mong muốn

Máy cán ống hàn

Phôi ban đầu là các loại thép tấm thép bảng và thép băng Thép tấm và băng thép được tạo hình liên tục trên máy cán uốn tạo hình bởi các khuôn cán ép có các kích thước khác nhau Khi ống tạo xong hình tròn, hình vuông hay hình chữ nhật thì cũng là lúc các máy hàn điểm hàn tiếp xúc hàn ống kính để ra sản phẩm

Tùy theo hình dạng và kích cỡ ống mà tạo hình ở trạng thái nóng hay nguội Công nghệ cán được thực hiện nhờ máy cán ống bằng phương pháp hàn lò, hàn điểm, hàn tiếp xúc, hàn hồ quang.,…

c Phân loại

Máy cán ống cũng phân chia theo công dụng của máy và theo bố trí công nghệ Như đã nói ở trên, trong công nghệ cán ống có máy cán ống không hàn và cán ống hàn Trong máy cán ống không hàn có máy cán ống liên tục, máy cán ống khứ hồi ( cứ sao một hành trình thì quá trình cán lại được lặp lại như ban đầu ), máy cán tự động , máy cán tăng kính, giảm kính,…Máy cán ống hàn có máy cán ống hàn trong lò, máy cán ống hàn bằng hồ quang, máy cán ống hàn bằng phương pháp tiếp xúc và máy cán ống hàn bằng phương pháp hàn điểm

có đường kính từ 0,1-2mm Để tăng năng suất cán, giảm tiêu hao nhiên liệu công suất,

chi phí đầu tư giá thành,…các nhà cán thép đã chế tạo ra một loại máy mới để sản suất phôi bằng sự kết hợp của công nghệ đúc cán liên tục

2.4 Khái niệm máy cán cánh vít

Là một loại máy cán nhiều trục, máy cán này chỉ làm thay đổi hình dạng của phôi chứ không làm thay đổi tiết diện ( hoặc thay đổi rất ít ) Phôi vào là một băng thép qua máy cán sẽ được cán xoắn tạo thành cánh vít

F với lực là T và lập tức suất hiện một lực cản T’, có trị số tuyệt đối bằng với T nhưng chiều thì ngược lại với lực T:

T = T’ ( 1.1 )

Hình 2.1.1 Sơ đồ giải thích góc ma sát và lực ma sát [9]

Lực T’ ta gọi là lực ma sát của Q trên mặt phẳng F Vật thể Q trượt trên mặt phẳng F hoàn toàn do bản thân trọng lượng G của nó Tại thời điểm G bắt đầu trượt thì trọng lượng G được chia làm hai thành phần như hình: lực P vuông góc với mặt phẳng

F ( để áp sát Q vào F ) và lực T tạo cho Q sự chuyển động trượt, chính lực này tạo ra lực ma sát T’

Từ hình vẽ ta có: tg β = 𝑇

𝑃 (1.2) Đặt tg β = f ta có: T = f.P (1.3)

Trong đó:

1.2 Điều kiện để trục ăn vật cán

Trước hết chúng ta cần phân biệt cán đối xứng và không đối xứng Nếu như các

thông số công nghệ ví dụ như đường kính trục cán, ma sát trên bề mặt, bề mặt của trục

cán, nhiệt độ trục cán,…của trục cán trên và trục cán dưới đều như nhau, hoặc có thể

coi là như nhau thì quá trình cán ấy gọi là cán đối xứng Ngược lại thì gọi là cán không

đối xứng

Để đơn giản cho việc nghiên cứu điều kiện trục ăn vật cán, chúng ta giả thiết

rằng quá trình cán là đối xứng giả thiết trên một giá cán có 2 trục với tâm là O1 và O2

đối xứng qua mặt phẳng x-x, tại một thời điểm t nào đó phôi cán tịnh tiến đến tiếp giáp

với hai bề mặt trục tại A và B

Hình 2.1.2 Sơ đồ điều kiện trục ăn vật cán [9]

Trong khi hai trục đang quay với vận tốc là V1 và V2 (giả thiết V1 = V2), bán

kích của hai trục R1 và R2 (R1 = R2) Tại hai điểm A và B qua hai đường thẳng hướng

tâm O1 và O2 (ta có AO1 = BO2) hai đường này làm với đường thẳng O1O2 hai góc α1

và α2 (α1= α2) ta gọi là góc ăn Tại thời điểm mà vật cán tiếp xúc với hai trục cán, trục

cán sẽ tác dụng lên vật cán các lực P1 và P2 (P1 = P2), đồng thời chuyển động tiếp xúc

trên bề mặt vật cán xuất hiện hai lực ma sát tiếp xúc T1 và T2 có chiều theo chiều

chuyển động đi vào của vật cán (T1 = T2)

Ta giả thiết quá trình cán là đối xứng cho nên các ngoại lực tác dụng lên vật cán

ví dụ như lực đẩy, lực kéo căng,… là không có, đồng thời lực quán tính do bản thân trọng lượng của vật cán tạo ra ta bỏ qua

Với các lực P1, P2, T1 và T2 khi chiếu lên phương x-x là phương chuyển động của vật cán chúng ta dễ dàng nhận thấy rằng T1+T2 ≥ Px1+Px2 hoặc Tx1+Tx2 ≥ Px1+Px2

thì vật cán đi tự nhiên vào khe hở của hai trục cán, nghĩa là chúng có điều kiện trục cán

ăn kim loại tự nhiên

Trong quá trình cán ổn định, nếu như ta vẫn khảo sát như tại thời điểm bắt đầu

ăn thì từ biểu thức (1.5) ta thay góc α1 bằng góc α1/2:

Trong thực tế, nếu các điều kiện về công suất động cơ, độ bền của trục cán và các điều kiện công nghệ khác cho phép thì người ta tăng ma sát bằng cách hàn vết hoặc đục rãnh trên bề mặt trục cán để tăng lượng ép cho một lần cán

1.3 Điều kiện để trục ăn vật cán khi hai đường kính trục cán khác nhau

Trong thực tế, hầu hết các máy cán thường có đường kính trục cán không bằng nhau với lí do phương chuyển động của phôi cán lúc ra khỏi khe hở của trục cán phụ

thuộc vào nhiều yếu tố công nghệ do đó không ổn định Nhằm một đích khống chế và

ổn định phương chuyển động của vật cán lúc ra khỏi khe hở của trục cán, người ta cố ý làm hai trục cán có đường kính khác nhau, sự chênh lệch về đường kính trục cán trong trường hợp này gọi là cán áp lực

Nếu như đường kính trục trên lớn hơn trục dưới ta có áp lực trên, ngược lại ta có

áp lực dưới Ở các máy cán hình bé thì trị số áp lực là 2÷3mm, ở các máy cán hình lớn

là 10mm, ở các máy cán phá, người ta dùng áp lực dưới có trị số đạt đến 20mm

Vì đường kính hai trục khác nhau nên lượng ép của hai trục cũng khác nhau và

có giá trị như sau:

- Lượng ép ở trên trục có đường kính bé:

1+𝑟

𝑅

Trong đó: ∆ℎ: tổng lượng ép của cả hai trục (∆ℎ = 𝐻 − ℎ )

∆ℎ𝑟: lượng ép được thực hiện trên trục có đường kính bé (bán kính r)

∆ℎ𝑅: lượng ép được thực hiện trên trục có đường kính lớn (bán kính R) Điều kiện trục ăn vật cán khi hai trục cán có đường kính khác nhau được xem xét khi chiếu tất cả các lực lên phương nằm ngang là phương chuyển động của phôi cán

Ʃ.X = f.Pr.cosαr + f.PR.cosαR - Pr.sinαr – PR.sinαR = 0

Hình 2.1.3 Sơ đồ trục cán ăn kim loại khi hai đường kính khác nhau [9] Trong trường hợp này ta giả thiết rằng:

Pr ≈ PR; r.sinαr = R.sinαR; cosαr = cosαR

tự như trên, ta có thể tìm được điều kiện ăn ở trên cả hai trục như sau:

𝛼𝑟 + 𝛼𝑅 ≤ 4β (1.16)

1.4 Điều kiện để trục ăn vật cán khi chỉ có một trục dẫn động

Ở một số trường hợp, quá trình cán được thực hiện trên máy chỉ có một trục được dẫn động Ưu điểm của loại máy này là không cần có hợp truyền lực, loại máy cán này thường dùng cán tấm mỏng xếp chồng, cán dây thép, điều kiện ăn ở đây không

có sự tham gia của mômen trên trục không dẫn động mà thay vào đó bằng một mômen kháng quay trong các ổ tựa của nó

Mômen kháng quay chính bằng mômen của lực ma sát trên cổ trục cán và có thể biểu thị như sau:

Mms = T1.rc = P.fc.rc (1.17) Trong đó: P là áp lực của kim loại lên trục cán

fc là hệ số ma sát ở ổ trục cán

rc là bán kính cổ trục cán không dẫn động

Hình 2.1.4 Sơ đồ điều kiện trục ăn vật cán khi có một trục dẫn động [9] Tại thời điểm kim loại tiếp xúc với trục cán thì xuất hiện các lực P1, P2 và các lực ma sát T1, T2 Lực T1 ở trục không có dẫn động có chiều ngược hướng cán Ta lập phương trình cân bằng lực tác dụng lên cả hai trục khi ăn kim loại như sau:

Ʃ.X = P1.sinα + P2.sinα + P1.𝑓𝑐.𝑟𝑐

𝑅 cosα – P2.f.cosα = 0 Khi P1 = P2, ta có:

1.5 Các phương pháp làm cho vật cán dễ ăn vào trục cán

Tạo các gờ hoặc khoét rãnh trên bề mặt trục cán Phương pháp này hay dùng cho máy cán lớn để sản suất phôi và chỉ cán với các lần cán thô ban đầu Mục đích để tăng lượng ép dẫn đến tăng năng suất Ở các giá cán tinh người ta không dùng phương pháp này

Đập dẹp đầu phôi cán Phương pháp này dùng nhiều trong cán tấm để tạo lượng

ép ban đầu bé để tăng năng suất và an toàn thiết bị, phương pháp này cũng chỉ dùng cho những lần cán thô

CHƯƠNG 2

TÍNH CHẤT KIM LOẠI TRONG GIA CÔNG

2.1 Một số khái niệm cơ bản

Tiến hành thí nghiệm kéo mẫu kim loại người ta thu được biểu đồ kéo kim loại biểu diễn như hình 2.2.1 Dưới tác dụng của tải trọng lần lượt xảy ra ba qua trình sau:

Hình 2.2.1 Đồ thị biến dạng kim loại [12]

Lúc đầu khi tăng tải trọng độ biến dạng tăng theo tỉ lệ bậc nhất với nó ứng với đoạn Oa trên biểu đồ Đó là giai đoạn biến dạng đàn hồi

Khi tăng tải trọng vượt quá giá trị nhất định độ biến thiên tăng theo tải trọng với tốc độ nhanh hơn Đây là giai đoạn dẻo đi kèm với biến dạng đàn hồi

Khi tải trọng đạt đến giá trị lớn nhất, trong kim loại xuất hiện vết nứt tại đó ứng suất thực tế tăng nhanh gây biến dạng tập trung, kích thước vết nứt tăng lên và cuối cùng làm cho mẫu bị phá hủy

2.1.1 Biến dạng dẻo của kim loại

Biến dạng dẻo là biến dạng mà vật vẫn còn giữ nguyên trạng thái khi ta bỏ tải trọng tác dụng, nó xảy ra khi tải trọng tác dụng vừa đủ lớn

Sự tập trung của ứng suất: nếu mẫu kim loại có nhiều yếu tố tập trung (tách khía

bề mặt, vết nứt bên trong, sự biến đổi đột ngột) thì ứng suất thực tế trong vùng có chứa yếu tố đó cao hơn nhiều so với giá trị trung bình Vì vậy ứng suất tác dụng bên ngoài

bé hơn giới hạn chảy vẫn có thể tạo ra ứng suất lớn hơn giới hạn tách đứt và làm cho kim loại bị phá hủy dòn

2.1.4 Biến dạng nóng

Trong gia công áp lực, kim loại có thể chịu biến dạng nóng hoặc biến dạng nguội Biến dạng nóng là biến dạng dẻo kim loại ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ kết tinh lại của nó, còn ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ kết tinh của nó là biến dạng nguội

Biến dạng nóng trải qua hai quá trình:

- Biến dạng dẻo gây ra biến cứng làm tăng độ bền

- Kết tinh lại gây thải bền làm giảm độ cứng, độ bền theo chiều hướng của quá trình áp đảo

Nếu hiệu ứng thải bền do kết tinh lại đủ lớn khử bỏ được hiệu ứng biến cứng, thì sau biến dạng nóng kim loại không bị biến cứng Nếu hiệu suất thải bền do kết tinh lại thấp không kịp khử bỏ hoàn toàn hiệu ứng biến cứng thì sau biến dạng nóng kim loại vẫn biến cứng

2.2 Tính chất của kim loại trong gia công áp lực

2.2.1 Tính chất lý học

Trọng lượng riêng là trọng lượng tính bằng gam của 1 cm3 kim loại

Độ dẫn nhiệt là khả năng kim loại truyền nhiệt từ chổ nóng sang chổ ít nóng hơn Kim loại càng sạch nghĩa là càng ít tạp chất thì độ dẫn nhiệt càng cao Kim loại

dẫn nhiệt tốt nhất là vàng và bạc, độ dẫn nhiệt càng cao thì độ đun nóng và làm nguội đồng đều càng nhanh

Nhiệt độ nóng chảy: là nhiệt độ để kim loại chuyển từ thể rắn sang lỏng, kim loại càng sạch thì nhiệt độ nóng chảy càng cao

2.2.2 Tính chất cơ học

Độ đàn hồi: là khả năng kim loại trở lại trạng thái ban đầu khi bỏ ngoại lực tác dụng

Độ bền: là khả năng kim loại chống lại sự phá hủy khi có ngoại lực tác dụng

Độ cứng: là khả năng của kim loại chống lại sự lún của bề mặt tại vị trí có vật cứng hơn tác dụng

Độ dẻo: là khả năng của kim loại thay đổi hình dạng mà không bị phá hủy dưới tác dụng của ngoại lực và giữ gần giống hình dạng đó khi ngoại lực thôi tác dụng Khi nung nóng kim loại thì độ bền của nó giảm xuống còn độ dẻo và độ mềm thì tăng lên

2.2.3 Tính công nghệ

Độ rèn: là khả năng của kim loại thay đổi hình dạng do tác dụng của lực dập, hàm lượng cacbon có trong thép càng lớn thì khả năng rèn càng giảm Ngoài ra độ rèn còn phụ thuộc vào các thành phần của các nguyên tố chứa trong thép

Khả năng tôi: là khả năng của thép tăng độ cứng khi nung thép đến nhiệt độ thích hợp và làm nguội với tốc độ thích hợp

2.3 Các định luật gia công biến dạng

2.3.2 Định luật thể tích không đổi

Thể tích của vật thể trước và sau biến dạng là không đổi

V0 = V1

V0: thể tích trước khi biến dạng

V1: thể tích của vật sau khi biến dạng

Xin lưu ý, các thể tích kim loại sau khi biến dạng bằng áp lực, thể tích của chúng sẽ bị giảm đi chút ít do các vết nứt tế vi được hàn gắn lại một phần nhưng đồng thời cũng sinh ra một số vết nứt tế vi mới, nhất là khi cán nguội

Hai quá trình đó có phần nào đó bù trừ cho nhau Nhưng phần giảm các vết nứt, cũng như các vết nứt được co lại có phần trội hơn Sự giảm thể tích đó vô cùng bé nên trong kỹ thuật người ta bỏ qua và coi như thể tích không đổi

2.3.3 Định luật về ứng suất trượt

Sự biến dạng dẻo chỉ có thể xảy ra trong vật thể bị biến dạng, khi ứng suất trượt đạt tới đại lượng lớn hơn giới hạn chảy của kim loại vật thể đó Các kết quả nghiên cứu

và thực nghiệm cho thấy thực chất của biến dạng dẻo là do sự trượt và song tinh

Nguyên nhân sâu xa của trượt là kim loại khi đông đặc chúng kết tinh không sắp xếp đúng theo quy luật mạng tinh thể lý tưởng của mình mà có nhiều chỗ bị lệch Ở những chỗ bị lệch sự liên kết giữa các phân tử không được bền vững, dễ bị phá vỡ trở

về vị trí cân bằng ổn định Thực chất của quá trình biến dạng do ngoại lực lớn sự lệch

dễ tạo nên sự lệch mới Song song với sự dịch chuyển của các điểm lệch, hiện tượng trượt còn do sự khuếch tán của các nguyên tử

Nguyên nhân của song tinh là dưới tác dụng của ngoại lực, trong tinh thể của kim loại có sự dịch chuyển đối xứng giữa hai phần qua một mặt phẳng cố định nào đó gọi là song tinh Hiện tượng song tinh này xảy ra rất nhanh và mạnh khi biến dạng đột ngột hay tốc độ biến dạng lớn như rèn, dập, cán hay cắt bằng dao dịch chỉnh ( không có phoi )

2.3.4 Định luật đồng dạng

Lực biến dạng vật kim loại có hình dáng đồng dạng, có cùng chất liệu như nhau

sẽ đồng dạng với nhau theo quan hệ sau:

𝑃1

𝑃2 = (𝑎1

𝑎2)2Trong đó: P1 là lực biến dạng phôi kích thước a1; P2 là lực biến dạng phôi kích thước a2

Nói cách khác là tỉ số giữa các đại lượng biến dạng những vật đồng dạng ( có kết cấu bên trong như nhau ) sẽ bằng bình phương tỉ số kích thước của chúng

Từ công thức trên, khi xác định được lực cần thiết để biến dạng một vật nào đó, thì ta cũng dễ dàng tính được lực cần thiết để biến dạng một vật khác đồng dạng với nó ( có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn )

2.3.5 Định luật tồn tại ứng suất dư sau biến dạng

Vật thể sau khi biến dạng luôn luôn tồn tại một phần ứng suất dư Quá trình cán rèn dập hay quá trình ép chảy để tạo sản phẩm , do ngoại lực tác dụng lên phôi thông qua dụng cụ gia công Khi có tác dụng ngoại lực, thì trong vật thể kim loại xuất hiện nội lực để chống lại và cân bằng ngoại lực, nội lực đó gọi là ứng suất

Có hai loại ứng suất, ứng suất pháp σ khi nó tác dụng vuông góc với mặt phẳng trong trục tọa độ, và ứng suất tiếp τ khi nó tác dụng song song với mặt phẳng tọa độ

Vật thể kim loại sau khi bị biến dạng thì trong nó luôn tồn tại ứng suất dư Ứng suất dư này làm cho sản phẩm bị cong vênh, ta phải khử ứng suất dư đó bằng cách nắn thẳng

2.3.6 Định luật song song tồn tại biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo

Vật thể kim loại sau khi biến dạng dẻo được thành phẩm, trong nó luôn tồn tại một phần biến dạng đàn hồi; và ngược lại khi biến dạng đàn hồi , trong vật thể cũng tồn tại một biến dạng dẻo

CHƯƠNG 3

CÔNG NGHỆ CÁN

3.1 Cán nóng kim loại

3.1.1 Nhiệt độ nung kim loại trước khi cán

Muốn cán nóng bất cứ kim loại nào điều phải nung, việc nung kim loại đến nhiệt độ cán rất quan trọng, nó quyết định năng suất và chất lượng của sản phẩm cán

Mục đích nung kim loại trước khi cán là: tăng tính dẻo, giảm trở kháng biến dạng, vì vậy mà gia công sẽ dễ dàng Nung phôi trước khi cán còn giảm được lực cán,

hạ thấp lượng tiêu hao điện, tăng tuổi thọ làm việc cho trục cán và các thiết bị của máy, làm cho thành phần hóa học của phôi được đồng đều, tăng được lượng ép,…dẫn tới năng suất cao, chất lượng sản phẩm tốt Vì vậy phải xác định được nhiệt độ nung thích hợp cho từng loại thép, từng loại kim loại

Nếu nhiệt độ nung phôi quá cao thì phôi bị cháy hoặc quá nhiệt,…dẫn tới phế phẩm nhiều

Nếu nhiệt độ nung quá thấp thì tính dẻo kim loại kém, trở kháng biến dạng lớn,…dẫn tới chất lượng sản phẩm xấu đó là chưa kể tới việc không đảm bảo an toàn cho thiết bị

Từ thực tế sản suất kết hợp với lý thuyết ta có công thức kinh nghiệm để xác định nhiệt độ tối ưu của kim loại:

Tnung = Tchảy – (200 + 250)0C (3.1)

Trong đó Tchảy là nhiệt độ nóng chảy của từng kim loại và hợp kim (0C)

Đối với thép người ta nung ở nhiệt độ nhỏ hơn nhiêt độ Tnung ở công thức trên một ít để tránh hiện tượng thoát cacbon và cháy nhằm đảm bảo chất lượng của thép và tăng chất lượng sản phẩm

3.1.2 Nhiệt độ cán

Nói tới nhiệt độ cán kim loại là phải nói tới nhiệt độ bắt đầu cán và khoảng nhiệt

độ cán mà tại đó biến dạng dẻo của kim loại là tốt nhất và lớn nhất, kim loại biến dạng theo hình thù và kích thước như yêu cầu nhanh nhất, tốt nhất và có chất lượng cao nhất

Mỗi kim loại và hợp kim của nó có nhiệt độ cán nóng khác nhau Ví dụ như kẽm có nhiệt độ cán nóng tốt nhất từ 150 ÷ 2000C, nhôm từ 350 ÷ 4000C,…

Nhiệt độ bắt đầu cán được xác định bằng công thức kinh nghiệm sau:

Tcán = Tnung - ∆𝑇, (0C) (3.2)

Trong đó:

Tnung -được xác định theo công thức (3.1)

∆𝑇 – khoảng giảm nhiệt độ từ lò nung tới giá cán đầu tiên của phôi cán

3.1.3 Nhiệt độ khi kết thúc cán

Mỗi kim loại phải kết thúc cán ở nhiệt độ quy định trong vùng nhiệt độ cho phép, không được kết thúc cán ở nhiệt độ tùy tiện Vì nhiệt độ kết thúc cán cũng quyết định tới tổ chức tế vi của kim loại, tới cơ, lý tính của sản phẩm từ đó quyết định tới chất lượng của sản phẩm

Nhiệt độ kết thúc cán của kẽm tốt nhất là 1100C, nhôm khoảng 3000C, thép CT45 khoảng 870 ÷ 9000C

3.2 Cán nguội kim loại

3.2.1 Những đặc điểm khi cán nguội kim loại

Quá trình cán kim loại ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ kết tinh lại của chúng gọi là cán nguội Trong cán nguội nhiệt độ 200C là nhiệt độ chuẩn cho tất cả các kim loại Sở

dĩ như vậy vì trong cán nguội không có khoảng nhiệt độ cán tối ưu để kim loại đạt các tính năng kỹ thuật như cán nóng Nhiệt độ cán không ảnh hưởng tới trở kháng biến dạng, tính dẻo của kim loại hoặc ảnh hưởng thì cũng không đáng kể

Khi cán nguội phải tiến hành ủ sơ bộ hoặc ủ trung gian kim loại và hợp kim nhiều lần nhằm giảm tính biến cứng trên bề mặt, giảm ứng suất dư bên trong, tăng tính dẻo,…của chúng để cán ra sản phẩm có chất lượng tốt với năng suất cao

Việc bôi trơn giữa bề mặt tiếp xúc kim loại và trục cán là một việc không thể thiếu được Bôi trơn làm tăng năng suất, chất lượng sản phẩm nhờ giảm nhiệt độ của trục cán và vật cán sinh ra do ma sát Chất bôi trơn thường là dầu thực vật, dầu công nghiệp và các loại mỡ

Lượng ép khi cán nguội nhỏ hơn rất nhiều so với cán nóng, nhưng lực cán có khi lại lớn, năng lượng tiêu hao cao, độ biến cứng trên bề mặt kim loại tăng nhanh và rất lớn

Muốn sản phẩm có chất lượng tốt, bề mặt bóng đẹp không bị xây sát thì phải làm sạch bề mặt kim loại trược khi cán Có nhiều phương pháp làm sạch bề mặt kim loại như: bào, phay, mài, tẩy, rửa bằng axit, đánh bóng bề mặt,…

3.2.2 Những sản phẩm cán, kéo nguội

Các sản phẩm cán nguội hầu hết là loại thép tấm mỏng có chiều dày hơn 2mm, các loại thép tấm cực mỏng, các băng kim loại màu và hợp kim Sở dĩ phải cán nguội là

vì phôi ban đầu của sản phẩm này có khối lượng và kích thước quá bé nếu đem nung nóng dễ bị cháy, đặc biệt là thép Khi nung chẳng những dễ cháy mà vảy sắt tạo ra rất nhiều cũng ảnh hướng tới chất lượng bề mặt của sản phẩm Mặt khác phải tiến hành cán nguội để tạo cho bề mặt sản phẩm bóng đẹp và sạch sẽ

Đối với các loại dây thép có đường kính nhỏ hơn 6mm và các dây kim loại khác như đồng, nhôm…người ta không cán mà kéo nguội qua các khuôn kéo

CHƯƠNG 4

CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA CÔNG NGHỆ CÁN

4.1 Vùng biến dạng và các thông số đặc trưng

4.1.1 Khái niệm

Khi cán hai trục quay liên tục ngược chiều nhau Nhờ ma sát tiếp xúc vật cán được ăn liên tục vào trục cán và biến dạng Sau biến dạng chiều dày vật cán giảm dần, chiều dài tăng lên, chiều rộng cũng tăng lên chút ít và hình dáng của vật cán cũng thay đổi

Vùng biến dạng là vùng kim loại biến dạng dẻo nằm trong phạm vi tác dụng của trục cán Vùng ABCD ( hình 2.4.1 ) là vùng biến dạng

4.1.2 Các thông số đặc trưng cho vùng biến dạng

Người ta gọi α là góc ăn kim loại là góc tạo bởi cung tiếp xúc AB giữa bề mặt trục cán và kim loại Máy cán khác nhau, sản phẩm cán khác nhau thi α sẽ khác nhau

Cung AB = CD = l là chiều dài cung tiếp xúc hay chiều dài của vùng biến dạng Góc γ là góc trung hòa, tại đó vận tốc cán kim loại bằng vận tốc của trục cán

h1, h2 lần lượt là chiều cao của vật cán trước và sau khi biến dạng

b1, b2 lần lượt là chiều rộng của vật cán trước và sau khi biến dạng

l1, l2 lần lượt là chiều dài của vật cán trước và sau khi biến dạng