THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP XÂY DỰNG

- Kết luận: Để phôi được cán thành, góc ma sát khi cán thành chỉ cần lớn hơn một nửaHình 1.3Điều kiện cán vào A và cán thành B Trong công nghệ cán, để tránh hiện tượng thừa ma sát khi cá

LờI NóI ĐầU

Công nghệ chế tạo máy là một ngành then chốt, nó đóng vai trò quyết định trong sự

nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đât nớc Nhiệm vụ của công nghệ chế tạo máy làchế tạo ra các sản phẩm cơ khí cho mọi lĩnh vực của kinh tế quốc dân, việc phát triểnngành công nghệ chế tạo máy là mối quan tâm của Đảng và nhà nớc ta

Phát triển nghành công nghệ chế tạo máy phải đợc tiến hành đồng thời với việc pháttriển nguồn nhân lực và đầu t các trang thiết bị hiện đại Việc phát triển nguồn nhân lực lànhiệm vụ trọng tâm của các trờng đại học

Hiện nay, trong các nghành kinh tế nói chung và nghành cơ khí nói riêng đòi hỏi kỹ

s cơ khí và cán bộ kỹ thuật cơ khí phải có kiến thức tơng đối rộng, đồng thời phải biết vậndụng những kiến thức đó để giải quyết những vấn đề cụ thể thờng gặp trong sản xuất Đồ án công nghệ chế tạo máy có vị trí quan trọng trong chơng trình đào tạo kỹ s vàcán bộ kỹ thuật về thiết kế, chế tạo các loại máy và các thiết bị cơ khí phục vụ các ngànhkinh tế nh công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, điện lực v.v

Sau một thời gian tìm hiểu và sự hớng dẫn nhiệt tình của thầy TRẦN XUÂN TÙY

đến nay chúng em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp công nghệ chế tạo máy Trong quátrình thiết kế và tính toán tất nhiên sẽ có những sai sót do thiếu thực tế và kinh nghiệmthiết kế, chúng em rất mong đợc sự chỉ bảo của thầy cô giáo trong bộ môn công nghệ chếtạo máy và sự đóng góp ý kiến của các bạn để trong thực tế sau này đợc hoàn thiện hơn Chúng em xin chân thành cảm ơn

Bất cứ kim loại nào bề mặt chưa bị ô xy hóa đều có vẽ lấp lánh sáng ta thường gọi làánh kim Hầu hết các kim loại đều dẻo, có thể kết sợi, dát mỏng dễ dàng, dẫn điện và dẫnnhiệt tốt Tuy vậy không phải kim loại nào của thỏa mãn tất cả các tính chất trên.

Tiêu chuẩn để phân biết kim loại với phi kim, là hệ số nhiệt độ của điện trở Kim loại có

hệ số nhiệt độ của điện trở dương còn phi kim loại thì có hệ số âm( khi điện trở tăng thìnhiệt độ giảm)

b) Phân loại kim loại

Trong thực tế tồn tại nhiều phương pháp phân loại, đây là một trong những phươngpháp thường dùng nhất:

- Phân loại theo khối lượng riêng: Kim loại được chia làm 2 nhóm: Kim loại nhẹ và

- Phân loại theo nhiệt độ chảy: Kim loại được chia là hai nhóm:

Kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao: Sắt (1539 độ C), vonfram (3410 độ C)…

Kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp: Chì (327 độ C), nhôm (657 độ C), stibi (631 độ C)

…

- Theo tính chất hoạt động:

Kim loại kiềm: natri, kali, liti…

Kim loại chuyển tiếp: sắt, crom, mangan, vanadi…

c) Các tính chất của kim loại

Trong phần này ta chỉ nghiên cứu các tính chất được sử dụng trong cơ khí là chủ yếu.Ngoài ra còn xem xét thêm một vài tính chất khác

- Cơ tính

Nhiều kim loại có cơ tính tổng hợp tốt, thỏa mản các yêu cầu chế tạo trong cơ khí.Nhưng trong thực tế, hầu như không sử dụng kim loại nguyên chất mà chủ yếu là dùnghợp kim Cơ tính của kim loại và hợp kim được đánh giá bằng những chi tiêu sau đây:

Độ bền tĩnh: Xác định bằng giới hạn bền σb , giới hạn chảy σc , và giới hạn đàn

hồi σdh Đơn vị theo hệ SI là N/m2, nhưng đơn vị này quá nhỏ nên thường dùng MN/m2hay Mpa ( trong thực tế hay dùng KG/mm2)

Độ cứng: Được xác định bằng các loại độ cứng Brinen (HB), Rockwell ( HRA, HRB,HRC) và Vicker (HV)

Độ dẻo: Xác định bằng độ dãn dài tương đối δ % và độ thắt tỉ đối ψ %

1.2 CÁ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍNH DẺO CỦA KIM LOẠI

1.2.1 Ảnh hưởng của ứng suất chính.

Ứng suất chính tạo ra ứng suất pháp và ứng suất tiếp trên vật thể Ứng suất pháp cótác dụng làm nén hoặc kéo dãn các khoảng cách giữa các ô mạng tinh thể, còn ứng suấttiếp có tác dụng làm xô lệch mạng mạng tạo ra biến dạng dẻo trong kim loại

Trạng thái ứng suất nén hoặc kéo củng ảnh hưởng đến tính dẻo Người ta nhận thấyrằng vật gia công chịu trạng thái nén có tính dỏe cao hơn ở trạng thái kéo do đó ở trạngthái nén khối kim loại có tính dẻo cao nhất khi chịu trạng thái kéo khối

Hình 1.1: Theo chiều tính dẻo tăng dần.

1.2.2 Ảnh hưởng của thành phần hóa học và tổ chức kim loại

Các nguyên tố hợp kim gây cản trở quá trình trượt và song tinh vì vậy làm cho tínhdẻo của kim loại kém đi

Thành phần cacbon trong thép càng tăng tính dẻo của kim loại càng giảm

Các nguyên tố tạp chất như P,S củng ảnh hưởng đến tính dẻo khi nung nóng và làmlạnh S là nguyên tố gây bở nóng trong thép, còn phốt pho làm thép bở nguội

Tổ chức kim loại hạt mịn và đều củng làm kim loại dẻo hơn

1.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ và tốc độ biến dạng.

Khi nhiệt độ tăng, tính trật tự của các nguyên tử giảm, năng lượng để làm trượt cácnguyên tử củng giảm đi hay nói cách khác khi nhiệt độ tăng tính dẻo tăng

Một số kim loại, khi nung nóng còn có sự chuyển biến thù hình từ mạng lập phươngtâm khối sang mạng lập phương tâm mặt, làm quá trình biến dạng dẻo xảy ra dễ dànghơn

Tốc độ biến dạng củng ảnh hưởng đến tính dẻo của kim loại Khi tốc độ biến mềmhơn tốc độ biến cứng kim loại trở nên dẻo hơn.

1.3 CÁC ĐỊNH LUẬT ÁP DỤNG TRONG GIA CÔNG ÁP LỰC

1.3.1 Định luật về sự tồn tại biến dạng đàn hồi trong quá trình biến dạng dẻo.

Biến dạng dẻo kim loại, đồng thời với biến dạng dẻo có xảy ra biến dạng đàn hồi.Quan hệ giữa lực và biến dạng khi biến dạng đàn hồi tuân theo qui luật Huc

Do đó kích thước chi tiết sau khi gia công khác với kỹ thuật của chi tiết đang giacông

1.3.2 Định luật về sự tồn tại ứng suất dư

Trong bất cứ một kim loại biến dạng nào cũng được sinh ra một ứng suất dư cân bằngnhau

Ứng suất dư này tồn tại bên trong vật thể sau khi biến dạng làm giảm tính dẻo, độ bền

và độ dai va chạm làm cho vật thể biến dạng hoặc phá hủy Khi phân tích ứng suất chínhcần tính đến ứng suất dư và khắc phục hậu qủa do nó sinh ra

1.3.3 Định luật thể tích không đổi

Thể tích của vật thể trước và sau khi cán không biến dạng

Định luật này có ý nghĩa thực tiễn nó cho biết chiều dài sau khi biến dạng dưới tácdụng của ngoại lực

Xét một vật thể có kích thước trước biến dạng và sau biến dạng là:

(3) Là phương trình điều kiện thể tích không đổi

Khi tồn tại bằng ứng biến chính thì đầu của ứng biến phải trái dấu với hai ứng biến kia

và có trị số bằng tổng hai ứng biến kia

Trong điều kiện biến dạng đồng dạng,hai vật thể có hình dạng hình học đồng dạngnhau Nhưng kích thước khác nhau sẽ có áp lực đơn vị biến dạng như nhau:

Nếu gọi a.1,b1,c1,F1,v1 là kích thước diện tích và thể tích của vật thể 1,a2,b,c2,F2,v2 làcủa vật thể 2

Gọi p1, p2, A1, A2 là lực và công biến dạng tác dụng lên vật thể 1 và 2

p1

p2 =n2 ;

A1

A2 =n3Định luật này rất quan trọng cho phép ta thử mẫu có kích thước nhỏ đễ xác định cácảnh hưởng của biến dạng đến tổ chức cơ tính và lý tính kim loại





 P



R

Phôi cán

D

Sãn ph?m

Hình 1.2 Sơ đồ cán vào Sơ đồ cán thành b) Đặc điểm.

Quá trình cán mang nhưng đặc điểm chung của quá trình gia công áp lực như: Nângcao cơ tính của kim loại, lấp kín các rỗ tế vi trong thỏi đúc, đáp ứng đa số các yêu cầu vềnguyên liệu trong các ngành công nghiệp, xây dựng củng như trong đời sống hằngngày…

Trong đó: + l0 và l1 là chiều dài của phôi và sản phẩm cán.

+ F0 và F1 là tiết diện của phôi và sản phẩm

- Lượng dãn dài tuyệt đối: Δll=l1− l0

- Lượng dãn rộng tuyệt đối: Δlb=b1− b0

- Lượng ép tuyệt đối: Δlh=h0− h1

- Mối quan hệ giữa Δlh và góc α : Δlh=D(1−cosα )

b) Điều kiện cán vào và cán thành.

- Điều kiện cán vào

Cán vào là phôi bắt đầu tiếp xúc với trục cán và được trục cán ngoạm vào để biếndạng giữa 2 trục cán

Khi phôi cán tác dụng lên trục cán một lực P sẽ phân thành lực tiếp tuyến T và phảnlực N Lực ma sát f sinh ra giữa trục cán và phôi được xác định theo biểu thức:

- Kết luận: Để phôi được cán thành, góc ma sát khi cán thành chỉ cần lớn hơn một nửa

Hình 1.3Điều kiện cán vào A) và cán thành B)

Trong công nghệ cán, để tránh hiện tượng thừa ma sát khi cán thành, người ta có thểtạo ra góc vát ban đầu cho phôi hoặc cán hai lần bằng cách điều chỉnh khe hở giữa haitrục cán, ngoài ra còn có thể dùng các chất tăng ma sát ban đầu hoặc gia công trục cán có

1.5.3 Chế độ nung

Gồm 2 yếu tố là nhiệt độ nung và thời gian nung

a) Nhiệt độ nung: là nhiệt độ được xác định trên bề mặt vật nung Tuỳ theo mác kim loại,

điều kiện biến dạng và nhiệt độ kết thúc cán yêu cầu mà xác định nhiệt độ nung hợp lý.Đối với thép cacbon, dựa trên giản đồ Fe-C để chọn khoảng nhiệt độ gia công và kết

Trong sản xuất, để xác định khoảng nhiệt độ của các kim loại và các hợp kim thườngtra bảng.

Cũng có thể xác định nhiệt độ nung theo công thức kinh nghiệm như sau:

Tnung= Tnc- (200250)0C

Với Tnc là nhiệt độ nóng chảy của kim loại hoặc hợp kim

b) Thời gian nung:

Gồm 2 yếu tố là thời gian tăng nhiệt và thời gian giữ nhiệt (đồng nhiệt)

- Thời gian tăng nhiệt: là thời gian cấp nhiệt để đạt nhiệt độ nung trên bề mặt vật nung

- Thời gian giữ nhiệt: là thời gian để giữ cho nhiệt độ bề mặt không tăng, đồng thời nhiệt

độ bên trong vật nung tăng lên đảm bảo độ chênh lệch nhiệt độ cho phép

Công thức tổng quát về thời gian nung:

τ =C ε H

Trong đó:

C: là hệ số phụ thuộc bản chất kim loại nung, độ dẫn nhiệt của kim loại

: là hệ số tính đến điều kiện trao đổi nhiệt

H: là bề dày thấm nhiệt của vật nung

1.5.4 Thiết bị nung kim loại:

Gồm các lò nung sau đây:

a) Lò rèn thủ công:

Loại này đơn giản, rẻ tiền nhưng khống chế được nhiệt độ, năng suất nung thấp, haotốn kim loại nhiều, nhiệt độ vật nung không đều, … loại này chỉ phù hợp với dạng sảnxuất nhỏ, thủ công

b) Lò buồng (lò phản xạ):

Lò này có nhiệt độ khoảng không gian công tác của lò đồng nhất Là một buồng kín,khống chế được nhiệt độ nung Có thể xếp nhiều phôi vào lò, sự hao phí kim loại ít, phôikhông trực tiếp tiếp xúc với nhiên liệu nên nhiệt độ nung khá đồng đều

Nhược điểm của loại lò này là làm việc theo chu kỳ, tổn thất nhiệt do tính nhiệt cao.Thích hợp với các phân xưởng sản xuất tương đối lớn

c) Lò nung liên tục:

Quá trình nung kim loại diễn ra 1 cách liên tục nhờ sự dịch chuyển dần của vật nung

từ cửa vào đến cửa ra của lò

Loại này thường dùng khi nung thép hợp kim và nung thép cán Nhiên liệu thườngdùng là khí đốt

d) Lò nung dùng năng lượng điện:

Thường dùng để nung vật nhỏ, vật quan trọng bằng kim loại màu

1.5.5 Làm nguội kim loại sau khi cán

Tuỳ theo thành phần hoá học và cấu trúc tế vi của kim loại, chế độ cán, dạng sảnphẩm, yêu cầu về cơ lý tính của sản phẩm, yêu cầu sử dụng sản phẩm mà chọn chế độlàm nguội thích hợp sau khi cán Có 4 dạng làm nguội sau:

- Làm nguội bằng không khí: dùng cho kim loại màu và thép cacbon thấp và trung bình

- Làm nguội chậm trong các lò ủ, dùng cho thép hợp kim

- Làm nguội tăng dần: làm nguội trong nước sau khi thu sản phẩm

- Làm nguội nhanh: làm nguội ở nhiệt độ tôi trong môi trường tôi

1.6 TÌM HIỂU VÀ GIỚI THIỆU VỀ SẢN PHẨM THÉP VẰN

Ngày nay khi nhu cầu về đời sống của con người càng được nâng cao thì nền kinh tếcần phải kịp thời đáp ứng đầy đủ những nhu cầu như nhu cầu về sử dụng thép trong côngnghiệp Trong đó ngành công nghiệp, mà đặc biệt là công nghiệp cơ khí nắm vai trò chủyếu trong việc tạo ra sản phẩm Ở một khía cạnh khác, thì ngành công nghiệp cán thép lạiđóng một vai trò chủ chốt, là khâu không thể thiếu được để góp phần tạo ra các sản phẩm,vật dụng cho các ngành công nhgiệp khác Mà sản phẩm thép vằn lại đóng vai trò quantrọng trong lĩnh vực xây dựng

Thép vằn được sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp xây dựng.Thép vằn được tạothành từ quá trình cán kim loại, kim loại được biến dạng giữa hai trục cán quay ngượcchiều nhau, giữa hai trục có hệ thống các lỗ hình và có khe hở giữa hai trục cán nhỏ hơnchiều dày của phôi ban đầu Kết quả làm cho tiết diện ngang của phôi thay đổi chiều dàităng lên, tạo thành lỏi thép

Cán thép vằn có thể được tiến hành ở trạng thái nóng hoặc nguội, với mỗi phươngpháp đều có những ưu nhược điểm khác nhau Thép vằn được phân loại theo đường kínhdanh nghĩa của thép: bao gồm thép vằn No12, No14, No16 …

Hình dạng sản phẩm như sau: (hình 1.1)

Các thông số của sản phẩm:

d1: đường kính ngoài của thép vằn (mm)

d: đường kính trong của thép vằn (mm)

S: khe hở giữa hai trục cán

 Đường kính danh nghĩa của thép vằn:

Trước đây do nhu cầu chất lượng cuộc sống còn thấp, công nghệ chưa phát triển, vấn

đề sử dụng thép rằn chưa được quan tâm nhiều Mặt khác do công nghệ cán thép còn lạc

Hình 1.4 Sản phẩm thép

vằn

hậu, mang tính chất thủ công chưa được công nghiệp hóa hiện đại hóa như ngày nay, nêntạo ra sản phẩm thép rằn rất khó khăn.

Ngày nay do nhu cầu cuộc sống cao nên sản phẩm thép rằn không thể thiếu đượctrong công cuộc đổi mới đất nước, mà đặc biệt là nó được sử dụng nhiều trong ngànhcông nghiệp xây dựng Nó được dùng để làm các kết cấu bê tông cốt thép khi xây dựngnhà cửa, cầu hầm, mái che ở các sân vận động …

Do nhu cầu sử dụng thép rằn như đã nêu trên, nên cần thiết phải có những máy cánthép với năng suất cao Đủ khả năng để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của nền côngnghiệp nói riêng cũng như nền kinh tế nói chung, để góp phần vào sự nghiệp công nghiệphóa hiện đại hóa của nước nhà, đưa đất nước ngày càng phát triển.Do đó ngành cơ khí làmột nhân tố không thể thiếu được trang bị hoàn thiện máy móc để đáp ứng nhu cầu nóitrên

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT KẾ LỖ HÌNH TRỤC CÁN

2.1 SẢN PHẨM CÁN

2.1.1 Thép hình

Là loại thép đa hình được sử dụng rất nhiều trong ngành Chế tạo máy, xây

dựng, cầu đường và được phân thành 2 nhóm:

a) Thép hình có tiết diện đơn giản

Bao gồm thép có tiết diện tròn, vuông, chữ nhật, dẹt, lục lăng, tam giác, góc

Hình 2.1 Các loại thép hình đơn giản.

Thép tròn có đường kính φ = 8 ¿ 200 mm, có khi đến 350 mm

Thép dây có đường kính φ = 5 ¿ 9 mm và được gọi là dây thép, sản phẩm

được cuộn thành từng cuộn

Thép vuông có cạnh a = 5 ¿ 250 mm

Thép dẹt có cạnh của tiết diện: h x b = (4 ¿ 60) x (12 ¿ 200) mm2

Thép tam giác có 2 loại: cạnh đều và không đều:

+Loại cạnh đều: (20 x20 x 20) ữ (200 x 200 x 200)

+ Loại cạnh không đều: (30 x 20 x 20) x (200 x 150 x 150)

b) Thép hình có tiết diện phức tạp: Đó là các loại thép có hình chữ I, U, T,

thép đường ray, thép hình đặc biệt

Hình 2.2 Các loại thép hình phức tạp

2.1.2 Thép tấm

Được ứng dụng nhiều trong các ngành chế tạo tàu thuỷ, ô tô, máy kéo, chế

tạo máy bay, trong ngày dân dụng Chúng được chia thành 3 nhóm:

a) Thép tấm dày: S = 4 ¿ 60 mm; B = 600 ¿ 5.000 mm; L = 4000 ¿ 12.000 mm

b) Thép tấm mỏng: S = 0,2 ¿ 4 mm; B = 600 ¿ 2.200 mm

b) ống cán có hàn: được chế tạo bằng cách cuốn tấm thành ống sau đó cán

để hàn giáp mối với nhau Loại này đường kính đạt đến 4.000 ¿ 8.000 mm; chiều dày đạt đến 14 mm

1.1.4 Thép có hình dáng đặc biệt

Thép có hình dáng đặc biệt được cán theo phương pháp đặc biệt: cán bi, cán

bánh xe lửa, cán vỏ ô tô và các loại có tiết diện thay đổi theo chu kỳ

Hình 2.3 Thép có hình dạng đặc biệt

2.2 MÁY CÁN

2.2.1 Các bộ phận chính của máy cán

I- nguồin động lực; II- Hệ thống truyền động; III- Giá cán 1: Trục cán; 2: Nền giá cán; 3: Trục truyền; 4: Khớp nối trục truyền;

5: Thân giá cán; 6: Bánh răng chữ V; 7: Khớp nối trục; 8:Giá cán; 9:

Hộp phân lực; 10: Hộp giảm tốc; 11: Khớp nối; 12: Động cơ điện

Máy cán gồm 3 bộ phận chính dùng để thực hiện quá trình công nghệ cán

a) Giá cán: là nơi tiến hành quá trình cán bao gồm: các trục cán, gối, ổđỡ trục cán, hệ

thống nâng hạ trục, hệ thống cân bằng trục,thân máy, hệ thốngdẫn phôi, cơ cấu lật trởphôi

b) Hệ thống truyền động: là nơi truyền mômen cho trục cán, bao gồm hộpgiảm tốc, khớp

nối, trục nối, bánh đà, hộp phân lực

c) Nguồn năng lượng: là nơi cung cấp năng lượng cho máy, thường dùngcác loại động

cơ điện một chiều và xoay chiều hoặc các máy phát điện

2.2.2 Phân loại máy cán

Các loại máy cán được phân loại theo công dụng, theo số lượng và phươngpháp bố trítrục cán, theo vị trí trục cán

a) Phân loại theo công dụng:

- Máy cán phá: dùng để cán phá từ thỏi thép đúc gồm có máy cán phôi thỏiBlumin vàmáy cán phôi tấm Slabin

- Máy cán phôi: đặt sau máy cán phá và cung cấp phôi cho máy cán hình và

- Máy cán hình cỡ lớn: gồm có máy cán rayưdầm và máy cán hình cỡ lớn

c) Phân loại theo cách bố trí giá cán

Hình 2.5 Phân loại máy cán theo cách bố trí giá cán

a.máy cán đơn, b.máy cán một hàng, c.máy cán hai cấp, d.máy cán nhiều cấp,

e.máy cán bán liên tục, f.máy cán liên tục

- Máy có một giá cán (máy cán đơn a): loại này chủ yếu là máy cán phôi thỏi Bluminhoặc máy cán phôi 2 hoặc 3 trục

- Máy cán bố trí một hàng (b) được bố trí nhiều lỗ hình hơn

- Máy cán bố trí 2 hay nhiều hàng (c, d) có ưu điểm là có thể tăng dần tốc độ cán ở cácgiá sau cùng với sự tăng chiều dài của vật cán

- Máy cán bán liên tục (e): nhóm giá cán thô được bố trí liên tục, nhóm giá cán tinhđược bố trí theo hàng Loại này thông dụng khi cán thép hình cỡ nhỏ

- Máy cán liên tục (f): các giá cán được bố trí liên tục , mỗi giá chỉ thực hiện một lầncán Đây là loại máy có hiệu suất rất cao và ngày càng được sử dụng rộng rãi Bộ truyềnđộng của máy có thể tập trung, từng nhóm hay riêng lẻ

Trong máy cán liên tục phải luôn luôn đảm bảo mối quan hệ:

F1 v1 = F2 v2 = F3 v3 = F4 v4 = F v ; trong đó F và v là tiết diện của vật cán và vậntốc cán của các giá cán tương ứng

c) Phân loại theo số lượng và sự bố trí trục cán

- Máy cán 2 trục đảo chiều: sau một lần cán thì chiều quay của trục lại được quayngược lại Loại này thường dùng khi cán phá, cán phôi, cán tấm dày

- Máy cán 2 trục không đảo chiều: dùng trong cán liên tục, cán tấm mỏng

- Máy cán 3 trục: có loại 3 trục cán có đ-ờng kính bằng nhau và loại 3 trục thì 2 trụcbằng nhau còn trục giữa nhỏ hơn gọi là máy cán Layma

- Máy cán 4 trục: gồm 2 trục nhỏ làm việc và 2 trục lớn dẫn động được dùng nhiều khicán tấm nóng và nguội

Hình 2.6 Các loại giá cán

a: Giá cán 2 trục; b: giá cán 3 trục; c: Giá cán 3 trục lauta; d: Giá cán 4 trục

- Máy cán nhiều trục: Dùng để cán ra các loại thép tấm mỏng và cực mỏng

- Máy có 6 trục, 12 trục, 20 trục v.v có những máy đ-ờng kính công tác nhỏ đến 3,5

mm để cán ra thép mỏng đến 0,001 mm

- Máy cán hành tinh: Loại này có nhiều trục nhỏ tựa vào 2 trục to để làm biến dạng kim

một cặp trục nhỏ sau mỗi lần quay làm chiều dày vật cán mỏng hơn một tý Vật cán điqua nhiều cặp trục nhỏ thì chiều dày mỏng đi rất nhiều Phôi ban đầu có kích th-ớc dày S

= 50 ¿ 125 mm, sau khi qua máy cán hành tinh thì chiều dày sản phẩm có thể đạt tới 1

¿ 2 mm

Hình 2.7 Sơ đồ máy cán hành tinh

1: Lò nung liên tục; 2: Trục cán phá (chủ động); 3: Máy dẫn phôi

(dẫn hướng); 4: Trục cán hành tinh; 5: Trục tựa; 6: Trục là sản phẩm

- Máy cán vạn năng: loại này trục cán vừa bố trí thẳng đứng vừa nằm

ngang Máy dùng khi cán dầm chữ I, máy cán phôi tấm

- Máy cán trục nghiêng: dùng khi cán ống không hàn và máy ép đều ống

2.4 LỖ HÌNH TRỤC CÁN

2.4.1 Khái niệm về lỗ hình trục cán

Tất cả các loại thép hình có tiết diện đơn giản như thép tròn, vuông, chữ nhật v.v và

có biên dạng phức tạp như thép chữ I, U, thép đường ray v.v đều được cán trên các trục

đã được tạo các rãnh có biên dạng tương ứng Biên dạng rãnh của 2 hay 3, 4 trục tạothành một biên dạng “calip” gọi là lỗ hình trục cán

Hình 2.9 a) 2 trục; b) 3 trục; c) 4 trục

Trong công nghệ cán thép tấm thì quá trình cán được tiến hành trên trục không tạorãnh (trục phẳng) song việc xác định chế độ ép, phân bố lượng ép và tính toán xác địnhbiên dạng trục cán để đạt được sản phẩm có chiều dày đồng đều cũng được gọi là thiết kế

lỗ hình trục cán

Nói chung trên mỗi lỗ hình chỉ cán một lần, song cũng có thể cán nhiều lần bằng cách

thay đổi khe hở giữa 2 trục cán

2.4.2 Các thông số cơ bản của lỗ hình

Thông số cơ bản của lỗ hình chính là các đại lượng cần tính toán để tạo nên

lỗ hình, nó tuỳ thuộc vào hình dạng các lỗ hình:

Độ nghiêng thành bên lỗ hình ψ không những tạo cho phôi ra vào lỗ hình dể dàng

mà còn tạo điều kiện để phục hồi lại đúng kích thước ban đầu khi phục hồi lại trục Độnghiêng thành bên lỗ hình ψ có thể chọn từ 1 ¿ 10% hoặc lớn hơn

Bán kính góc lượn r và r1 nhằm loại trừ sự tập trung ứng suất trong trục cán đồngthời tránh góc nhọn cho vật cán do đó tránh được bavia, nứt rạn do rách góc

khi nhiệt độ thấp và giảm tính dẻo

Có thể chọn: r = (0,1 ¿ 0,15)h; r1 = t

b) Lỗ hình thoi

Đối với lỗ hình thoi và lỗ hình vuông thì bán kính lượn r1 ở miệng lỗ hình có thể lấylớn hơn một ít để tạo điều kiện cho giãn rộng thuận lợi tránh tạo bavia Bằng cách chọnbán kính lượn có thể điều chỉnh được chiều cao và chiều rộng của lỗ hình

h - chiều cao lỗ hình không có bán kính lượn

h - chiều cao lỗ hình có bán kính lượn

b - chiều rộng hình thoi

b1 - chiều rộng miệng lỗ hình

Tuỳ theo yêu cầu công nghệ mà khi thiết kế lỗ hình ta chọn cho phù hợp:

Hình 2.12 Các thông số cơ bản của lỗ hình ôvan

a Ôvan một bán kính; b Ôvan hai bán kính; c Ôvan bằng

d) Lỗ hình tròn

Thông thường lỗ hình tròn có một đường kính d, song cũng có một số trường hợp khicán các loại sản phẩm lớn thì lỗ hình tròn được thiết kế theo 2 đường kính: đường kínhthẳng đứng d và đường kính nằm ngang d1:

Hình 2.13 Lỗ hình tròn

2.4.3 Cách phân loại lỗ hình

a) Phân loại theo trục cán

Lỗ hình đơn giản: chữ nhật, tròn, vuông, ôvan v.v

Lỗ hình phức tạp: lỗ hình góc, chữ I, chữ U, v.v

b)Phân loại theo công dụng

Lỗ hình giãn dài (cán phá): nhằm giảm nhanh tiết diện của phôi

Lỗ hình cán thô: đồng thời với giảm tiết diện của phôi phải tạo được dần hình dáng vềgần với hình dáng của sản phẩm

Lỗ hình trước thành phẩm: tác dụng khống chế được kích thước của thành phẩm

Lỗ hình tinh: cho ra kích thước và hình dáng của sản phẩm ở trạng thái nóng và phảiđảm bảo cả dung sai của sản phẩm

c)Phân loại theo cách gia công lỗ hình trên trục cán.

Lỗ hình hở: phần lớn gặp ở lỗ hình đơn giản, chúng có đường phân chia khe hở giữa

2 trục cán x-x nằm trong phạm vi rãnh của trục cán dù cho rãnh được gia công trên mộthay 2 trục

Hình 2.14 Lỗ hình hở

Lỗ hình kín : có đường phân chia khe hở giữa 2 trục cán xưx nằm ngoài phạm vi rãnh

lỗ hình được cấu tạo bởi một phần lồi và một phần rãnh của 2 trục cán

Hình 2.15 Lỗ hình kín

Lỗ hình nửa kín ở loại lỗ hình này trên trục cán vừa có phần lồi vừa có phần lõm Khe

hở giữa hai trục cán được cấu tạo ở thành bên của lỗ hình

Hình 2.16 Lỗ hình nữa kín

2.4.4 Sắp xếp và bố trí lỗ hình trên trục cán

Giá cán 3 trục thường gặp nhiều ở máy cán hình bố trí hàng, nó làm nhiệm vụ cánphá, cán thô Hệ lỗ hình thường dùng ở các giá này là hệ lỗ hình hộp chữ nhật - vuônghoặc thoi ư vuông tùy theo kích thước phôi

Bố trí lỗ hình trên giá 3 trục có hai cách: xen kẽ và lên xuống

a) Bố trí xen kẽ

Nhưng nếu dùng một bộ trục cán 4 trục: một trục trên, một trục dưới và hai trục giữa đểphối lỗ hình thì vẫn có thể tiết kiệm được trục cán Bố trí xen kẽ thì thiết kế lỗ hình sẽđơn giản.

Hình 2.17 Bố trí lỗ hình xen kẽ b) Bố trí lên xuống:

Trong cách bố trí này thì trục giữa được dùng chung cho trục trên và trục dưới, do đó

bố trí được nhiều lỗ hình, quá trình lật thép được thực hiện ở lỗ hình dưới Sử dụng cách

bố trí lên xuống thì khi thiết kế lỗ hình sẽ phức tạp hơn

Nếu hệ số giãn dài sau một lần cán là:

F

f1=

l

L=μ

Nếu quá trình cán phải qua nhiều lần (n) cán, để có được sản phẩm cuối cùng thì hệ số

giãn dài μ gọi là tổng lượng biến dạng μ∑=

F

f n qua mỗi lần biến dạng, diện tích

tiết diện lần lượt giảm dần và ta lần lượt có các hệ số giãn dài tương ứng:

μ1=F

f1 ; μ2=F

f2 ; …….; μ N=F n−1

f n

có mối liên hệ với các thông số công nghệ khác v.v Các hệ số giãn dài từng phần ( μ1 ,

μ2 , μ3 ) phụ thuộc vào nhiều yếu tố chủ yếu là lực ép, lượng giãn rộng, nhiệt độ,

tính chất thành phần hóa học của vật cán, trạng thái bề mặt trục cán, ma sát

Quá trình thiết kế lỗ hình thông thư ờng xuất phát từ điều kiện công nghệ như: vật liệu

và kích thước cho trước (phôi và sản phẩm cần có) Vì vậy, chúng ta có thể tìm được sốlần biến dạng từng phần n:

b)Sự liên hệ giữa các đại lượng biến dạng

Từ sơ đồ như hình … có thể xác định được mối liên

hệ giữa các đại lượng biến dạng:

Lg = R α ; lg= √ R Δlh

Với : α : góc ăn kim loại

Lg : Độ dài cung tiếp xúc trên trục cánR: Bán kính làm việc của trục cánKhi góc ăn kim loại α nhỏ, ta có:

R.α≈ √ R Δlh

α=√ Δlh R

Từ hình ta có:

D

Hoặc: Δlhmax=D(1−cosα )

Với: Δlh: lượng biến dạng

Vì góc ăn kim loại cực đại αmax xuất phát từ điều kiện ma sát trên bề mặt tiếp xúc:

√1+tg 2 αmaxcosαmax= 1

2.4.6 Những nguyên tắc cơ bản khi thiết kế lỗ hình trục cán

- Quá trình thiết kế lỗ hình trục cán phụ thuộc vào sản phẩm cán, kiểu máy, đặc điểm

kỹ thuật của máy, công suất động cơ, chất lượng kim loại và các yếu tố khác

- Xác định số lần cán (chế độ ép) phải xuất phát từ khả năng trục cán ăn được vào kimloại (góc ăn α ) Trong trường hợp độ bền trục, công suất động cơ không đảm bảo phảităng số lần cán Đôi khi số lần cán còn phụ thuộc vào cách bố trí giá cán

- Xác định lượng ép μ ở những lần cán đầu tiên theo góc ăn a cho phép, các lần cánsau phải xem xét theo độ bền trục, công suất động cơ, chất lượng sản phẩm

- Xác định lượng ép ở lỗ hình tinh và trước tinh theo điều kiện biến dạng trong lỗ hình

để đạt được độ chính xác của sản phẩm và điều kiện mài mòn lỗ hình

Cụ thể như sau:

+ Với lỗ hình tinh: μ = 1,1 ¿ 1,2

+ Với lỗ hình trước tinh: μ = 1,25 ¿ 1,35

- Xác định kích thước phôi ban đầu trên cơ sở dung sai âm Δl cho phép và xác địnhnhư sau:

+ Kích thước phôi ở trạng thái nguội ang:

ang = a - Δl /2

+ Kích thước phôi ở trạng thái nóng an:

An = (a - Δl /2).(1,012 ¿ 1,015) (mm)

- Thiết kế lỗ hình trục cán phải xuất phát từ kích thước sản phẩm Kích thước lỗ hình sẽ

là kích thước sản phẩm theo tiêu chuẩn có xét đến hệ số nở nóng của thép Ví dụ với thép

tròn có đường kính d , phụ thuộc vào dung sai kích thước để tính kích thước sản

phẩm dn ở trạng thái nóng

- Tính toán lượng giãn rộng b trong lỗ hình phải chính xác Khoảng trống của lỗ hìnhdàng cho giãn rộng bao giờ cũng phải lớn hơn lượng giãn rộng tính toán:

BKL = (0,95 ¿ 1)bLH

trong đó, bKL : chiều rộng kim loại sau cán; bLH : chiều rộng của lỗ hình

- Đối với các sản phẩm có biên dạng phức tạp (thép chữ , thép chữ I, thép đường ray)phải chia lỗ hình thành các phân tố riêng biệt và tính hệ số biến dạng cho từng phân tố đó

Do đó cần giảm bớt số lỗ hình phức tạp Quá trình thiết kế lỗ hình bắt buộc theo hướngngược với hướng cán

- Với máy cán bố trí giá cán theo hàng phải chú ý phân bố số lần cán ở các giá cán hợp

lý để đảm bảo năng suất cao và phụ tải đều trên các giá Với máy cán liên tục phải bảođảm tốc độ cán lớn

- Tính đến tải trọng động cơ Yếu tố này giúp tiết kiệm năng lượng, giảm giá thành sảnphẩm

- Tính đến tuổi bền của trục Yếu tố này dẫn đến tránh phải thay trục nhiều lần, giảmnăng suất của xưởng

- Đảm bảo tính năng kỹ thuật và tính chất cơ lý của sản phẩm, nội lực bé nhất

- Năng suất cao, tiêu hao năng lượng ít, phân bố tải trọng cho động cơ đồng đều theotừng lần cán

- Điều kiện ăn kim loại ổn định

- Đảm bảo tuổi bền của trục cán lớn nhất

- Thao tác kỹ thuật dễ dàng, thuận tiện thời gian thay trục cán là lớn nhất

a) Cơ sở dữ liệu của phôi:

- Vật liệu phôi cán: thép CT51

- Kích thước phôi ban đầu: 32x32mm2

Các thông số kỹ thuật và thành phần hoá học của mác thép CT51 theo bảng sau: Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật

B

(KG/mm2

)

C(KG/mm2

)

(%) (%) C(%) Mn(%) Si(%) S(%) P(%)

50-64 26-28 16 20 0,28 ÷

0,37 0,5-0,8 <0,26 <0,05 <0,04

Vì vậy thép CT51 thuộc loại thép Cacbon kết cấu có hàm lượng Cacbon trung bình.Theo lý thuyết giản đồ trạng thái Fe-C và theo Sách “ Công nghệ cán và thiết kế lỗhình trục cán”

Ta có:

- Nhiệt độ nung của phôi: 119012800C

- Nhiệt độ cán được bắt đầu từ: 117012200C

- Nhiệt độ kết thúc cán nằm trong khoảng từ: 9009500C

Nhiệt độ cán rất quan trọng, nó quyết định năng suất chất lượng của sản phẩm cán.Nếu nhiệt độ nung phôi cao quá thì phôi bị cháy hoặc quá nhiệt dẫn tới phế phẩmnhiều

Nếu nhiệt độ nung của kim loại quá thấp thì tính dẻo kém, năng suất thấp, chất lượngsản phẩm chưa đạt yêu cầu

Phôi liệu sử dụng để cán được đúc sẵn và đảm bảo các điều kiện kỹ thuật tốt

b) Sản phẩm cán

Sản phẩm cán ra là thép rằn No12

Sơ đồ cán và hình dạng sản phẩm như hình sau:

Theo hình 7-50 [13] ta có kích thước của lỗ

hình cuối cùng khi cán thép rằn có d1=1025 mm

như hình vẽ sau:

Các thông số của quá trình cán:

d1=13 mm: đường kính ngoài của thép rằn

d=11 mm: đường kính trong của thép rằn

S=2 mm: khe hở giữa hai trục cán

 Đường kính danh nghĩa của thép rằn:

Xuất phát từ thành phẩm ta đi tính toán thiết kế ngược lại từ lỗ hình tinh đến lỗ hìnhthô.

Theo thực nghiệm sản xuất cũng như nghiên cứu cho thấy để cán thép rằn thì tốt nhấtdùng hệ lỗ hình trước tinh có dạng ôvan và lỗ hình vuông trước lỗ hình ôvan

+ tổng là hệ số giãn dài tổng cộng của vật cán sau n lần cán

+ Fo và Fn là diện tích tiết diện của phôi cán ban đầu và của thành phẩm sau n lần cán

11 13

Hình 2.21 Hệ thống lỗ hình trục cán

- Phân bố lượng giãn dài

Việc xác định kích thước các lỗ hình cần thiết đối với thép rằn No12 theo phương ántối ưu cho trong tài liệu [13], trước hết ta phải tính tổng và phân bố tổng cho phù hợp vớitừng lỗ hình

- Các lần tiềp theo, khi đó phôi đã ổn định và có đầy đủ điều kiện tốt nên ta cán vớilượng biến dạng tăng dần

- Đến gần với lỗ hình tinh thì ta cần phải giảm lượng biến dạng xuống để đạt được kíchthước thông số và độ bóng của sản phẩm

 Xác định hệ số giãn dài trong lỗ hình tròn.

bov= do- bov = do-kbov (

F o

d o -0,74hov) = do- kb(0,8do-0,74hov) = (1-0,8kb)do+0,74kbhovkbov Trong đó:

hov=

(1+ 0,8 k

Δlb1)2d o 1+0 , 74 ak

1 )2ad o

Δlb1)2

a=2 , =1,2, k=0,5 Khi đó: bov=

Hình 2.22 Lỗ hình ovan thứ 1

 Xác định hệ số giãn dài trong lỗ hình ôvan 1

Ta có: bov= C1+Δbbov

= C1+kΔbbov.(C1-0,74.hov )

Tỷ số giữa chiều rộng và chiều cao của lỗ hình ôvan:

 Xác định hệ số giãn dài cho lỗ hình vuông 1

Đối với lỗ hình vuông của hệ ôvan-vuông trên thực tế hệ số giãn dài μov cũng phụthuộc vào diện tích tiết diện ôvan cán trong lỗ hình vuông có nghĩa là phụ thuộc vào tỷ số

a và hệ số hạn chế giãn rộng trong lỗ hình vuông:

kΔbbv=

Δlb Δlh TB

h ov=b ov

a =

(1, 29+0 , 76 k v Δlb).C21+ 0 ,74 a k v Δlb

Chiều cao trung bình của lỗ hình vuông:

h v TB=F v

b v=

0 ,98 C2

1 , 29 C2=0 , 76 C2Diện tích tiết diện phôi ôvan cán đến lỗ hình vuông:

Tra bảng 2.5 Sách [13] ta có:

Chọn: a=2,5; kΔbbv=0,6 ; μv=1,29

Suy ra: : b ov=

(1 ,29+ 0 ,76 k v Δlb) a C21+ 0 ,74 a k v Δlb

=

(1 , 29+0 , 76 0,6) 2,5 14 1+0,74.2,5.0,6 =29(mm)

h ov=b ov

a =

(1, 29+0 , 76 k v Δlb).C21+ 0 ,74 a k v Δlb

=

(1 , 29+0 , 76 0,6) 14 1+0,74.2,5 0,6 =11(mm)

2

Hình 2.24 Lỗ hình ovan thứ 2

- Xác định hệ số giãn dài cho lỗ hình ôvan 2

htb=C1-0,74hov

Ta có:bov1 = C1 + bov1 = C1 + kbov1(C1-0,74hov1)

bov1 = (1+kbov1).C1-kbov1.hov1.0,74

Δlb ov 1

bov1 = a

(1+k

Δlb ov1)C1a+0 , 74 k

Δlb ov 1

Ta có Fov1=bov1.hov1 = 0,74.25.12 = 222(mm2)

Fv=0,98C12

Hình 2.25 :Lỗ hình vuông thứ 2

- Xác định hệ số giãn dài cho lỗ hình vuông 2

Từ vuông sang ô van trên thực tế hệ số giản dài ov cũng phụ thuộc vào diện tích tiết

diện ô van cán trong lổ hình vuông có nghĩa là phụ thuộc vào tỷ số

b ov

h ov =a và hệ số hạn

chế giãn rộng trong lỗ hình vuông kp=

Δlb Δlb tb

hov2 = bv2 - kbv2 ( btb + htbv2 )

= 1,29.C2 - kbv2 (0,74bov2 - 0,76.C2)

= (1,29 + 0,76kbv2).C2 - 0,74.kbv2.bov2

bov2=

a( 1+k ov 2 Δlb)C1a+ 0 ,74 k ov2 Δlb

Tra bảng 2.4 Tài liệu [13] ta có

ov2 =1,38;a=2;kbov2 =0,8

3

Hình 2.26 :Lỗ hình vuông thứ 3

Hình 2.26 :Lỗ hình vuông thứ 4

b(mm)

Dk(mm) (độ)

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ, THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC

HỌC MÁY VÀ MỘT SỐ BỘ PHẬN CHÍNH 3.1 PHÂN TÍCH LỰC CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ.

Kết cấu của máy đơn giãn, không dùng hộp giảm tốc, hộp truyền lực

Động cơ điện một chiều có momen khởi động lớn, thao tác thuận lợi đảo chiều cánnhanh

Có thể thay đổi tốc độ cán, đều chỉnh tăng tốc hay giảm tốc

Công suất cán lớn

Nhược điểm:

Độ cứng vững của hệ truyền động không cao

Động cơ điện một chiều đắt hơn nhiều so với động cơ xoay chiều 3 pha

Sự không đồng đều về tốc độ quay của 2 động cơ điện ảnh hưởng tới khả năng cán vàocủa phôi, làm cong vênh phôi

Với những đặc điểm như trên, kết cấu máy cán theo phương án 1 thích hợp với cácloại máy cán phá, chuyên dùng để cán phôi thỏi hay cán tấm, lực cán lớn để tận dụngcông suất của 2 động cơ Đây là loại máy cán kiểu cũ ít được sử dụng trong cán hiện đại

3.1.2 Phương án thứ hai:

Máy cán có giá cán gồm ba trục cán, dùng động cơ điện xoay chiều ba pha, khôngdùng hộp phân lực và hệ thống trục truyền khớp nối vạn năng để dẫn động trục cán, màdùng hệ thống các bánh răng để làm quay trục cán

Không thay đổi tốc độ cán vì dùng động cơ điện xoay chiều.

Khi các lỗ hình trục cán bị mòn, có thể tiện lại lỗ hình của trục nhưng không thể điềuchỉnh khoảng cách các trục khớp với nhau như ban đầu do không thể dich chuyển khoảngcách tâm các cặp bánh răng truyền động Vì vậy khi lỗ hình bị mòn thì chỉ có thể thay cặptrục cán mới Đây là nhược điểm cơ bản mà kết cấu máy này không được sử dụng hoặcchỉ sử dụng ở các loại máy cán mini, có trục cán rất nhỏ, không thể tiện lại lỗ hình khi bịmòn

3.1.3 Phương án thứ ba:

Máy cán có giá cán gồm 3 trục cán, dùng động cơ điện xoay chiều 3 pha, dẫn độngtrục cán từ động cơ qua hộp giảm tốc, qua hộp phân lực, thông qua hệ thống trục truyềnkhớp nối vạn năng để làm quay trục cán

Hình 3.3 phương án 1 1.Giá cán; 2.Trục cán; 3.Trục truyền; 4.Hộp phân lực; 5.Khớp nối; 6.Động cơ điện

Ưu điểm:

Giá cán có 3 trục cán nên có thể thực hiện một số lần cán không cần đảo chiều Do đó,việc thiết kế và bố trí các thiết bị phụ như cơ cấu kéo đẩy thép, cơ cấu dẫn hướng phôi dễdàng hơn

Kết cấu cứng vững cao

Sử dụng động cơ điện xoay chiều 3 pha nên giá thành trang bị điện rẻ

Khắc phục được nhược điểm cơ bản của phương án 2 Nhờ trục khớp nối vạn năng từhộp truyền lực đến trục cán nên khi trục cán bị mòn phải tiện lại lỗ hình thì có thể điềuchỉnh các trục cán như ban đầu và các trục cán vẫn quay tốt và trục khớp nối vạn năng cóthể hạ xuống một góc  = 8012’

Đây chính là kết cấu máy cán thường dùng hiện nay

Nhược điểm:

Kết cấu phức tạp

Khó điều chỉnh

3.1.4 Lựa chọn phương án thiết kế

Việc lựa chọn phương án máy thiết kế phụ thuộc vào loại phôi cán, năng suất cán, sảnphẩm và quy mô xưởng sản xuất

Với yêu cầu thiết kế máy cán có công suất vừa, cán các loại phôi có kích thước vừaphải đã qua cán thô, năng xuất cán thấp, bố trí ở các xưởng sản xuất tư nhân thì với kếtcấu máy ở phương án 3 là thích hợp

3.2 THIẾT KẾ TRỤC CÁN

3.2.1 Khái niệm về trục cán

Trục cán là nơi trực tiếp làm biến dạng kim loại để cho ra các sản phẩm cán có hìnhdạng và kích thước như tiêu chuẩn và yêu cầu của con người Trục cán phôi, cán théphình, cán nóng thép tấm thường được làm bằng thép hợp kim chất lượng cao nhu 40XH,50XH, 75XM, 9X2B… và gang biến trắng…, nước ta chưa có nhà máy cán thép tấm,