thiết kế máy cán thép vằn ø16

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 1.1 Lịch sử phát triển của máy cán thép trên thế giới Máy cán thép thô sơ được dùng ngựa để kéo và dùng để cán ra các sản phẩm đơn giản để chế tạo ra gươm, dao, giáo

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

quan trọng Hơn 70% kim loại sản xuất phải trải qua khâu cán Ở các quốc gia phát triển thì khâu này chiếm đến 85%

Thực tế sản lượng sắt thép ở nước ta còn rất thấp so với các nước trong khu vực và trên thế giới Điều đó cho thấy trong những năm tới đây ngành công nghiệp luyện kim và cán thép ở nước ta sẽ phát triển nhanh hơn nữa

Bằng những kiến thức của mình và dựa trên tình huống thực tế, em quyết định

chọn đề tài “THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP VẰN Ø16” làm luận văn tốt nghiệp của

mình

Trên thị trường có rất nhiều loại máy cán như máy cán thép hình, máy cán tấm, máy cán thép xây dựng, máy cán hai trục, máy cán ba trục, máy cán bốn trục,… tạo ra nhiều sản phẩm đa dạng phụ thuộc vào từng loại máy Em chọn máy cán 3 trục có đường kính trục là Ø260 để cán ra thành phẩm thép vằn Ø16 từ phôi liệu ban đầu 32 × 32 ×

PGS.TS Trần Thiên Phúc Sau một thời gian tìm hiểu đề tài, với sự chỉ bảo nhiệt tình của

thầy thì đến nay em đã hoàn thành luận văn theo đúng tiến độ đề ra Do kiến thức và thời gian có hạn nên luận văn tốt nghiệp không thể tránh được những sai sót nên em rất mong

sự góp ý và chỉ bảo của quý Thầy/Cô trong bộ môn để luận văn được hoàn thiện hơn

TP Hồ Chí Minh, Ngày … Tháng … Năm 2019

Sinh viên thực hiện

Trần Đức Tâm

LỜI NÓI ĐẦU iv

DANH SÁCH HÌNH VẼ viii

Chương 1 viii

Chương 2 viii

Chương 3 viii

Chương 4 ix

Chương 5 ix

DANH SÁCH BẢNG BIỂU xi

Chương 1 xi

Chương 2 xi

Chương 3 xi

Chương 4 xi

Chương 5 xi

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 1

1.1 Lịch sử phát triển của máy cán thép trên thế giới: 1

1.2 Lịch sử phát triển của ngành cán thép ở Việt Nam: 1

1.3 Các máy cán thường gặp: 2

1.4 Các phương pháp tạo ra thép vằn: 3

1.4.1 Cán và ép: 3

1.4.2 Cán 2 trục và cán 3 trục: 4

1.4.3 Trục cán: 6

CHƯƠNG 2 : SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ ĐIỀU KHIỂN 7

2.1 Yêu cầu kĩ thuật: 7

2.2 Nguyên lý hoạt động: 7

2.3 Cấu trúc hệ thống: 8

2.4 Phương án bố trí mặt bằng: 10

2.6 Phương án điều khiển: 12

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ LỖ HÌNH TRỤC CÁN 14

3.1 Giới thiệu về hệ thống lỗ hình: 14

3.1.1 Hệ thống lỗ hình chữ nhật-vuông: 14

3.1.2 Hệ thống lỗ hình vuông- ovan: 14

3.3 Tính toán thiết kế hệ thống lỗ hình: 16

3.3.1 Cách bố trí lỗ hình trên trục cán: 16

3.3.2 Thiết kế lỗ hình trục cán: 17

3.3.3 Chọn phương pháp cán: 25

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC VÀ LỰC HỌC 27

4.1 Tính lực cán: 27

4.1.1 Lực cán P 1 cho lỗ hình lần thức nhất: 29

4.1.2 Lực cán P 2 cho lỗ hình lần thức hai: 30

4.1.3 Lực cán P 3 cho lỗ hình lần thức ba: 31

4.1.4 Lực cán P 4 cho lỗ hình lần thức tư: 32

4.1.5 Lực cán P 5 cho lỗ hình lần thức thứ năm: 33

4.2 Tính lượng nước giải nhiệt trong quá trình cán: 34

4.2.1 Trong lần cán đầu tiên: 34

4.2.2 Trong lần cán thứ hai: 34

4.2.3 Trong lần cán thứ ba: 34

4.2.4 Trong lần cán thứ tư: 35

4.2.5 Trong lần cán thứ năm: 35

4.3 Tính mômen cán và các mômen khác sinh ra khi cán: 35

4.3.1 Mômen cán: 35

4.3.2 Mômen ma sát: 37

4.3.3 Mômen không tải: 39

4.3.4 Mômen động M đ 40

4.4 Tính công suất động cơ: 41

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CỤM KẾT CẤU CHÍNH CỦA MÁY 44

5.1 Thiết kế hộp giảm tốc: 44

5.1.1 Phân phối tỉ số truyền: 44

5.1.2 Thiết kế bánh răng: 46

5.1.3 Thiết kế trục: 58

5.1.4 Tính chọn ổ đỡ: 71

5.1.5 Cấu tạo của vỏ hộp: 76

5.1.6 Bôi trơn hộp giảm tốc: 78

5.2.1 Xác định các thông số của hộp phân lực: 82

5.2.2 Tính toán thiết thiết trục cho hộp phân lực 85

5.2.3 Tính chọn ổ đỡ: 89

5.3 Tính toán thiết kế giá cán: 90

5.3.1 Trục cán: 90

5.3.2 Tính toán khung giá cán: 94

5.3.3 Tính chọn gối đỡ và ổ đỡ cho trục cán: 101

5.3.4 Cơ cấu điều chỉnh lượng ép : 104

5.3.5 Lò xo : 105

5.4 Các chi tiết phụ: 106

5.4.1 Khớp nối: 106

5.4.2 Băng tải dẫn hướng : 110

5.4.3 Bàn cắt: 111

CHƯƠNG 6: NĂNG SUẤT VÀ AN TOÀN VẬN HÀNH MÁY 112

6.1 Năng suất: 112

6.2 An toàn vận hành máy : 112

6.2.1 Yêu cầu về lắp ráp: 113

6.2.2 Chế độ và dầu bôi trơn máy cán: 113

6.2.3 An toàn vận hành máy: 114

6.2.4 Bảo dưỡng máy: 114

6.3 Kết luận: 115

6.4 Hướng phát triển đề tài: 116

TÀI LIỆU THAM KHẢO 117

Hình 1 1 Hình phối cảnh của máy cán hai trục không đảo chiều 3

Hình 1 2 Cơ cấu mô phỏng ép để tạo thép tròn 3

Hình 1 3 Dây chuyền cán 2 trục 1 chiều được mô phỏng 4

Hình 1 4 Sơ đồ động máy cán hai trục 4

Hình 1 5 Sơ đồ động máy cán 3 trục 5

Hình 1 6 Gia công lăn răng cho trục cán thép vằn ngoài thực tế 6

Chương 2 Hình 2 1 Sản phẩm thép vằn Ø16 7

Hình 2 2 Nguyên liệu thép thanh vuông 32 × 32 mm 7

Hình 2 3 Sơ đồ quy trình cán 8

Hình 2 4 Sơ đồ động máy cán ba trục 8

Hình 2 5 a,b,c Các phương án bố trí mặt bằng 11

Hình 2 6 Nút nhấn bằng tay và con tắc hành trình thực tế 12

Hình 2 7 Sơ đồ đấu dây 13

Chương 3 Hình 3 1 Minh họa hệ thống lỗ hình 14

Hình 3 2 a, b Cách bố trí giá lỗ hình trên giá cán ba trục 17

Hình 3 3 Các kích thước cơ bản của thép vằn Ø16 18

Hình 3 4 Biểu đồ thể hiện quan hệ giữa hệ số 𝜇 và số lần cán 20

Hình 3 5 Hệ thống các lỗ hình để tao nên thép vằn Ø16 20

Hình 3 6 Kích thước lỗ hình ô van trước tinh 21

Hình 3 8 Kích thước lỗ hình ô van trong lần cán đâu 25

Hình 3 9 Kích thước lỗ hình vuông trong lần cán đâu 25

Hình 3 10 Phương án di chuyển phôi cán được chọn 26

Chương 4 Hình 4 1 Áp lực từ phôi tác dụng lên trục cán 27

Hình 4 2 Quan hệ giữa 𝑡𝑐ℎ°, 𝜎𝐵 và % cacbon 28

Hình 4 3 Mô phỏng các lực tác dụng lên trục cán 29

Chương 5 Hình 5 1 Biểu đồ mômen trục I 60

Hình 5 2 Truc I được vẽ phác thảo 61

Hình 5 3 Biểu đồ mômen trục II 62

Hình 5 4 Truc II được vẽ phác thảo 64

Hình 5 5 Biểu đồ mômen trục III 65

Hình 5 6 Truc III được vẽ phác thảo 66

Hình 5 7 Các lực tác dựng lên ổ đỡ trục I 71

Hình 5 8 Các lực tác dựng lên ổ đỡ trục II 73

Hình 5 9 Các lực tác dựng lên ổ đỡ trục III 75

Hình 5 10 Nắp cửa thăm mô phỏng 78

Hình 5 11 Kích thước bulông vòng 80

Hình 5 12 Hình dạng và kích thước nút tháo dầu ren trụ 81

Hình 5 13 Hình dạng và kích thước nút thông hơi 81

Hình 5 14 Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên bánh răng và gối đỡ trục 86

Hình 5 17 a,b Các thông số của trục cán 92

Hình 5 18 Hình mô phỏng thân giá cán kiểu hở 95

Hình 5 19 Các kích thước cơ bản của khung giá cán 96

Hình 5 20 Gối đỡ trục 102

Hình 5 21 Các thông số bạc lót 103

Hình 5 22 Cấu tạo vít me dưới 104

Hình 5 23 Vị trí Lò xo được đặt trong giá cán 105

Hình 5 24 Thông số của lò xo 106

Hình 5 25 Cấu tạo nối trục xích 107

Hình 5 26 Cấu tạo trục khớp nối vuông 109

Hình 5 27 Hình mô phỏng băng tải dẫn hướng 110

Hình 5 28 Bàn cắt mô phỏng 111

Chương 1

Bảng 1 1 So sánh máy cán hai trục và ba trục 5

Chương 2 Bảng 2 1 So sánh các phương án bố trí mặt bằng 11

Chương 3 Bảng 3 1 Các thông số kỹ thuật và thành phần hoá học của mác thép 18

Chương 4 Bảng 4 1 Tổng hợp các thông số lỗ và lực cán 34

Bảng 4 2 Tổng hợp các thông số momen 40

Bảng 4 3 Các thông số động cơ 43

Chương 5 Bảng 5 1 Tổng hợp số liệu hộp giảm tốc 46

Bảng 5 2 Chọn vật liệu làm bánh răng và cách nhiệt luyện bộ truyền cấp chậm 57

Bảng 5 3 Thông số hình học: (tính được) 57

Bảng 5 4 Thông số động học, động lực học: (tính được) 58

Bảng 5 5 Ứng suất của trục hộp giảm tốc 58

Bảng 5 6 Then cho tiết diện trục tính được 66

Bảng 5 7 Mômen cản uốn và mômen cản xoắn của các tiết diện 68

Bảng 5 8 Biên độ và giá trị trung bình của các ứng suất 68

Bảng 5 9 Kết quả tính toán với tiết diện ba trục 69

Bảng 5 10 Giá trị ứng suất dập và cắt của then tại trên các trục 70

Bảng 5 11 Thông số ổ bi đỡ trục I 71

Bảng 5 14 Thông số nắp cửa thăm 78

Bảng 5 15 Kích thước của bulông vòng 80

Bảng 5 16 Thông số nút tháo dầu 80

Bảng 5 17 Thông số nút thông hơi 81

Bảng 5 18 Thông số của then bằng 87

Bảng 5 19 Thông số ổ bi đỡ hộp phân lực 89

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 1.1 Lịch sử phát triển của máy cán thép trên thế giới

Máy cán thép thô sơ được dùng ngựa để kéo và dùng để cán ra các sản phẩm đơn giản để chế tạo ra gươm, dao, giáo mác, và các cổ xe ngựa, Máy cán lúc đầu chỉ có 2 trục quay ngược chiều nhau Đến năm 1864 máy cán 3 trục đầu tiền ra đời chạy bằng máy hơi nước cán ra các loại thép tấm, thép hình, đồng tấm và dây đồng Do nhu cầu ngày còn phát triển, đặc biệt là ngày công nghiệp đóng tàu, chế tạo xe lửa, ngành công nghiệp nhẹ… mà chiếc máy 4 trục ra đời năm 1870 Sau đó là các loại máy cán với giá cán 6 trục, 12 trục, 20 trục và các loại máy cán đặc biệt khác ra đời để cán các sản phẩm cán đặc biệt các sản phẩm siêu mỏng và dị hình như máy cán bi, cán chu kì, cán đúc liên tục

Hiện nay để cán một sản phẩm theo một quy trình công nghệ người ta kết hợp nhiều giá cán lại như máy cán thô, máy cán phá, nhóm giá cán thô, nhóm giá cán trung gian, nhóm giá cán tinh, máy cán tinh, máy cán bán liên tục, máy cán liên tục,…ngoài ra người ta còn dùng rất nhiều thiết bị khác để tiến hành tự động hóa, cơ khí hóa, tin học hóa trong sản xuất theo QTCN mới Các thiết bị này là máy cắt, lò nung, lò nhiệt luyện,

hệ thống con lăn, bàn nâng hạ, máy tinh chỉnh, sàn làm nguội,…tất cả các thiết bị chính

và phụ đó được bố trí sắp đặt trong xưởng cán hay trong khu liên hợp luyện cán thép theo trình tự công nghệ

Thế giới có những xưởng cán với chiều dài từ 500m đến 4000m với năng suất rất cao như khu luyện cán thép ở Bảo Sơn Trung Quốc 6 triệu tấn/năm; khu luyện cán thép của công ty POSCO Hàn Quốc có năng suất 20 triệu tấn/ năm

1.2 Lịch sử phát triển của ngành cán thép ở Việt Nam

Trước năm 1954, các loại thép ở Việt Nam hầu như đều nhập từ Pháp về, sau năm

1954 chúng ta nhập thép từ Liên Xô, Trung Quốc và các nước Đông Âu Kế hoạch 5 năm lần thứ nhất (1960-1965) , nhà nước ta đầu tư xây dựng khu gang thép Thái Nguyên với

sự giúp đỡ của Trung Quốc Năm 1975 , nhà máy luyện cán thép Gia Sàng, Thái Nguyên

đi vào hoạt động với năng suất 5 vạn tấn/ năm ( nay là 10 vạn tấn/ năm) Đến năm 1978 Nhà máy cán thép Lưu Xá, Thái Nguyên có năng suất 12 vạn tấn/ năm đi vào hoạt động Cho đến năm 1986 cả nước chỉ đạt khoảng 20 vạn tấn thép cán/ năm

Sau đổi mới, các xí nghiệp liên doanh cán thép giữa Việt Nam với nước ngoài đã hình thành như Công ty Thép Việt- Uc VINA USTEEL ở Hải phòng có năng suất 18 vạn tấn/ năm, Công ty Thép NASTEEL VINA giữa Việt Nam và Singapo ở Thái Nguyên có năng suất 12 vạn tấn/ năm, Công ty Thép Việt- Nhật ở Vũng Tàu, Công ty thép ống VINAPIPE liên doanh giữa Việt Nam và Hàn Quốc, Công ty thép Đà Nẵng ,… Tính đến năm 2005 cả nước ta đã sản xuất khoảng 3.000.000 tấn thép cán Thép của chúng ta phục

vụ được một phần nhu cầu xây dựng cho đất nước và đã tham gia xuất khẩu

Trong định hướng phát triển của ngành luyện kim ở nước ta đã dự kiến tổng nhu cầu thép vào năm 2010 là 6.400.000 tấn, trong đó có 3.500.000 tấn thép tấm, lá và 2.900.000 tấn thép hình và dây

Để đảm bảo nhu cầu trên, dự kiến xây dựng , phân bổ và phát triển năng lực thiết

bị nhằm cân đối nhu cầu sản phẩm cũng được đề xuất cho từng giai đoạn đến 2015 và năm 2020, bao gồm các nhà máy cán nóng, cán nguội thép băng liên tục với tổng sản lượng dự kiến đến năm 2010 tới hơn 4 triệu tấn / năm

1.3 Các máy cán thường gặp:

Thường sử dụng máy cán có một giá cán Máy cán được bố trí theo hàng có các giá cán bố trí thành một hay nhiều hàng ngang, các máy cán được dẫn động chung bằng một động cơ hoặc dẫn động riêng biệt tùy theo ý đồ công nghệ Để tiết kiệm diện tích mặt bằng của xưởng cán, máy cán có thể bố trí theo hình chữ Z Các máy cán dùng ở nhà máy cán thép Gia Sàng, khu liên hợp gang thép Thái Nguyên, là loại máy cán được bố trí theo một hàng

1-Thân giá cán; 2- Trục cán; 3- Cơ cấu điều chỉnh lượng ép; 4 –hộp bánh răng truyền lực; 5- Hộp giảm tốc; 6- Bánh đà; 7- Động cơ; 8- Trục ổ nối; 9- Đế máy

1.4 Các phương pháp tạo ra thép vằn:

1.4.1 Cán và ép

- Ép: Là dùng lực đẩy từ phía sau, lực có thể do xy lanh tạo ra, để ép kim loại đang nòng chảy qua lỗ hình để tạo ra sản phẩm yêu cầu

Hình 1 1 Hình phối cảnh của máy cán hai trục không đảo chiều

Hình 1 2 Cơ cấu mô phỏng ép để tạo thép tròn

- Cán: là sản phẩm sẽ đi qua 2 trục cán, hình dạng lỗ cán sau cùng chính là hình dạng sản phẩm,thành được dẫn động nhờ vào rolo bằng chuyền, băng tải chuyên dụng

1.4.2 Cán 2 trục và cán 3 trục: đều có thể tạo ra được thép vằn

Hình 1 3 Dây chuyền cán 2 trục 1 chiều được mô phỏng

Hình 1 4 Sơ đồ động máy cán hai trục

1- Động cơ; 2- Khớp nối trục; 3- Bánh đà, 4- Hộp giảm tốc; 5- Hộp phân lực; 6- Trục

khớp nối; 7- Trục cán; 8- Thân giá cán

Máy cán này có một giá cán với ba trục cán Chia làm hai loại: loại có hai trục to

và trục giữa nhỏ dùng để cán tấm, còn loại có 3 trục bằng nhau thì dùng để cán phôi, cán hình và thường được dùng làm nhiệm vụ cán phá trong dây chuyền công nghệ

Phôi liệu được cán theo hai hướng Giữa hai trục trên và dưới có các cơ cấu điều chỉnh lượng ép cho nên năng suất của máy khá cao Máy có cấu tạo khá đơn giản, dễ chế tạo và sửa chữa

Bảng 1 1 So sánh máy cán hai trục và ba trục

Hình 1 5 Sơ đồ động máy cán 3 trục

Năng suất Cao Năng suất thấp

Vì áp dụng cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ với khoản đầu tư ít nên ta lựa chọn phương án cán 3 trục nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu về chất lượng cũng như năng suất trung bình

1.4.3 Trục cán:

Là cần thiết để tạo ra thép vằn, trục cán thường được gia công tiện tròn, sau đó lăn răng

Hình 1 6 Gia công lăn răng cho trục cán thép vằn ngoài thực tế

CHƯƠNG 2 : SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ ĐIỀU KHIỂN 2.1 Yêu cầu kĩ thuật:

Sản phẩm là thép vằn Ø16 có chiều dài

10 mét phục vụ các công trình xây dựng Tính

cơ lý của thép vằn thành phẩm phải đảm bảo

về yêu cầu giới hạn chảy, độ bền tức thời, độ

giãn dài, xác định bằng phương pháp kéo thử,

uốn ở trạng thái nguội Tính chất cơ lý của

từng loại thép và phương pháp thử được quy

định cụ thể theo tiêu chuẩn Chiều dài ước

tính phôi ra trước khi cắt là: (bảo toàn thể tích)

𝑙 =32×32×6

8×8𝜋 ≈ 30.55 (𝑚é𝑡)

Nguyên liệu vào là thép thanh vuông kích thước

32 × 32 có chiều dài 6 mét, khối lượng sấp sỉ 48.23

kg/thanh (7850 𝑘𝑔/𝑚3) bề mặt nhám, thô được cung cấp

ở dạng thanh, bó lại từng bó, có chiều dài thanh dao động

thừ 6 ÷ 12 mm

2.2 Nguyên lý hoạt động:

Sơ đồ qui trình công nghệ chung của một phân xưởng cán:

Đây là sơ đồ qui trình công nghệ đầy đủ cho một dây chuyền công nghệ lớn có khả

năng sản xuất ra nhiều chủng loại sản phẩm với sản lượng từ một đến vài triệu tấn/năm

Tuỳ theo năng lực sản xuất của từng nhà máy mà sẽ có một qui trình công nghệ cụ

thể riêng

Hình 2 1 Sản phẩm thép vằn Ø16

Hình 2 2 Nguyên liệu thép thanh vuông 𝟑𝟐 × 𝟑𝟐 mm

2.3 Cấu trúc hệ thống

Máy cán thường gồm có các bộ phận chính sau:

Hình 2 3 Sơ đồ quy trình cán

Hình 2 4 Sơ đồ động máy cán ba trục

Giữa trục ra của hộp phân lực và trục cán: chọn khớp nối vuông vì có cấu tạo đơn giản, không cần độ chính xác cao, dễ chế tạo do giá thành thấp Vật liệu chế tạo trục khớp nối vuông là thép đúc có [𝜎]𝑘 = (5÷8) KG/mm2

- Cơ cấu điều chỉnh lượng ép

- Cơ cấu dẫn hướng

Ở đây, thân giá cán ta dùng kiểu hở Được cấu tạo từ hai phần: thân và nắp Nắp được gắn với thân bằng bulông hay chốt và định vị với nhau bằng các thân giằng

Vật liệu chế tạo thân giá cán thường là thép 𝐶35 ÷ 𝐶55 có 𝜎𝑏 = 60 𝑁/𝑚𝑚2 và thường được chế tạo bằng phương pháp đúc hoặc hàn ghép từng tấm kim loại

2.4 Phương án bố trí mặt bằng

Phương án 1: mặt bằng chữ I

Phương án 2 : mặt bằng chữ U

Phương án 3 : mặt bằng chữ Z

1 Động cơ 2 Hộp giảm tốc 3 Hộp chia momen 4 Trục cán 5 Cụm lò nung và thiết

bị phụ trợ 6 Cụm máy cắt và thiết bị phụ trợ khác 7 Hướng di chuyển của dây chuyền

Hình 2 7 Sơ đồ đấu dây

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ LỖ HÌNH TRỤC CÁN 3.1 Giới thiệu về hệ thống lỗ hình

Nhằm giảm diện tích thanh thép bằng phương pháp cán, người ta dùng cán lỗ hình

có hình dạng khác nhau Tùy thuộc vào tiết diện, hệ số ép, đường kính trục mà ta sử dụng các lỗ hình khác nhau liên tiếp theo một trật tự nhất định gọi là hệ thống lỗ hình

- Ít tốn năng lượng và giới hạn được sự giãn rộng tự do

- Tiện lợi cho việc cơ giới hóa khi cán.Phôi ôvan vào lỗ hình tròn khó, hay vặn vật cán trong lỗ hình, phải dùng dẫn hướng nghiêm ngặt, hệ số dãn dài không lớn µ = 1.2 ÷1.4

3.1.2 Hệ thống lỗ hình vuông- ovan:

Ưu điểm:

- Khả năng sử dụng hệ số lực ép lớn 𝜆 = 1.25 ÷ 1.8

- Đảm bảo độ điền đầy lỗ hình, dễ cơ khí hóa

- Vấn đề đưa thanh vuông vào lỗ hình ôvan dễ giải quyết

- Ở lỗ hình ôvan lượng kim loại phải khoét ít đi

Hình 3 1 Minh họa hệ thống lỗ hình

- Khi cán ở các hệ thống lỗ này,các góc của thanh được luân phiên chuyển thành cạnh, do đó lượng ép đều, nhiệt độ giảm đồng đều nên không bị khuyết tật

Nhược điểm:

- Không có sự ổn định khi cho thanh ôvan vào lỗ hình vuông do đó phải sử dụng các thiết bị dẫn hướng chặt ( siết chặt)

- Biến dạng khồn đều ở lỗ hình ôvan và hình vuông dễ gây nếp gấp kim loại

- Ở lỗ hình vuông do có dạng nét cắt ở đường chéo nên khi đường kính trục nhỏ dễ đưa đến hiện tượng gãy trục

- Chất lượng bề mặt kim loại kém

- Không sử dụng cho kim loại có thành phần cacbon cao và thép hợp kim

3.1.3 Hệ thống lỗ hình thoi- hình vuông:

- Lượng ép thường vào khoảng 𝜆 = 1.15 ÷ 1.4

- Có khả năng nhận được tiết diện vuông chính xác

- Nhận được bề mặt sản phẩm tốt do sự phá hủy lớp oxit kim loại bao ngoài

3.1.4 Hệ thống lỗ hình ovan- hình tròn: Hệ thống này dùng để cán thép tròn ở các nhà máy hình cỡ nhỏ, cỡ trung, cán dây, …

Ưu điểm:

Không có góc nhọn, phôi nguội đồng đều đảm bảo chất lượng bề mặt sản phẩm cán, lượng ép đồng đều nên hạn chế được ứng suất dư trong sản phẩm Ít mòn lỗ hình so với hệ thống hình ôvan – vuông

- Quá trình thiết kế lỗ hình trục cán phải phụ thuộc vào sảm phẩm cán, kiểu máy, đặc điểm kỹ thuật của máy, công suất động cơ, chất lượng kim loại và một số yếu tố khác

- Xác định số lần cán phụ thuộc vào khả năng trục cán ăn được vào kim loại Trong trường hợp độ bền trục, công suất động cơ không đảm bảo thì phải tăng số lần cán Đôi khi số lần cán còn phụ thuộc vào cách bố trí giá cán…

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

- Xác định lượng ép ở lỗ hành 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:

- Xác định kích thước phôi ban đầu trên cơ sở dung sai ∆ âm cho phép

- Thiết kế lỗ hình phải xuất phát đi từ sản phẩm Kích thước lỗ hình sẽ là kích thước sản phẩm theo tiêu chuẩn có xét đến độ nở nóng của thành phẩm

Tính toán lượng giãn rộng (∆𝑏) phải chính xác Khoảng trống của lỗ hình giãn rộng bao giờ cũng phải lớn hơn lượng giãn rộng tính toán

lỗ hình đơn giản hơn, đảm bảo điều kiện bền cho trục cán rất tốt Do đó ta sẽ chọn cách

bố trí xen kẽ

b)Bố trí lên xuống:

Trong cách bố trí này thì trục giữa được dùng cho trục trên và trục dưới Do đó bố trí được nhiều lỗ hình Tuy nhiên sử dụng cách bố trí lên xuống thì khi thiết kế lỗ hình sẽ phức tạp hơn.(Hình 3.2 b)

3.3.2 Thiết kế lỗ hình trục cán: Việc thiết kế lỗ hình trục cán cho sản phẩm phải thật chính xác và phải đảm bảo được các yêu cầu sau:

- Lỗ hình phải hợp lí, chính xác để đảm bảo mòn hợp lý

- Làm cho kích thước và hình dáng sản phẩm phải chính xác bề mặt nhẵn bóng, đạt các tiêu chuẩn kỹ thuật

- 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 theo từng 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

𝜎 (%)

𝛹 (%)

C(%) Mn(%) Si(%) S(%) P(%)

51-64 26-28 16 20 0.28÷0.37 0.5-0.8 0.15÷0.35 <0.045 <0.04

Giới hạn nóng chảy: 290 N/mm2

Theo giản đồ trạng thái Fe-C

- Nhiệt độ nung của phôi: 1190° ÷1280°C

- Nhiệt độ cán được bắt đầu từ: 1170°C° ÷1220°C

- Nhiệt độ kết thúc cán nằm trong khoảng từ: 900°C° ÷950°C

Trong đó:

+ 𝜇𝑡ổ𝑛𝑔là 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 thành phẩm sau n lần cán

𝑛 = 𝑙𝑜𝑔𝐹0 −𝑙𝑜𝑔𝐹 𝑛

𝑙𝑜𝑔𝜇𝑡𝑏 (CT 2.15[1]-T81) Với 𝐹𝑂= 32×32= 1024 (mm2) và 𝐹𝑛 =82×3.14 = 201 (mm2)

⇒ n = 𝑙𝑜𝑔1024−𝑙𝑜𝑔201

𝑙𝑜𝑔1.378 = 5.07 Chọn 𝑛 = 5 lần

Ta có hệ thống lỗ hình sản xuất thép rằn Ø16 như sau:

3.3.2.1.2 Phân bố lượng giãn dài 𝝁:

Để xác định kích thước lỗ hình trước tiên ta tính 𝜇𝑡ổ𝑛𝑔 sau đó ta phân bố 𝜇𝑡ổ𝑛𝑔 cho phù hợp với từng lỗ hình Để cán sản phẩm là phép vằn (thép gai) Ø16 ta cần cán 5 lần Vấn đề phân bố 𝜇𝑡ổ𝑛𝑔 phụ thuộc vào yếu tố sau:

- Lần đầu tiên cán thì lượng biến dạng là nhỏ nhất vì phôi mới ra, nhiệt độ cao, chứa nhiều oxit trên bề mặt

- Các lần tiếp theo phôi đã ổn định và đủ điều kiện để tăng lượng biến dạng

- Đến lỗ hình tinh thì ta phải giảm độ biến dạng để đạt được kích thước thông số

và độ bóng sản phẩm

Ta có: CT[1]-T33

𝜇𝑡í𝑐ℎ = 𝜇1 𝜇2 𝜇3 𝜇4 𝜇5

𝜇𝑡í𝑐ℎ = 1.15 × 1.4 × 1.5 × 1.5 × 1.5 = 5.43

Trong đó: Bảng 2.1[1]-T81

+ 𝜇1 = (1.1 ÷ 1.15) hệ số giãn dài cho lỗ hình tròn ( tinh) chọn 𝜇1 = 1.15

Hình 3 4 Biểu đồ thể hiện quan hệ giữa hệ số 𝝁 và số lần cán

Hình 3 5 Hệ thống các lỗ hình để tao nên thép vằn Ø16

+ 𝜇2 = (1.25 ÷ 1.6) hệ số giãn dài cho lỗ hình ô van trước tinh chọn 𝜇2 = 1.4

+ 𝜇3 = (1.2 ÷ 1.8) hệ số giãn dài cho lỗ hình vuông thứ 2 (trước ô van thứ 2) chọn

⇒ 𝑅𝑜𝑣 =22.382+(14.44−2.17)2

4(14.44−2.17) = 13.27 (𝑚𝑚)

- Kích thước lỗ hình vuông trước lỗ hình ovan

Hình 3 6 Kích thước lỗ hình ô van trước tinh

Ta có lượng ép trung bình trong lỗ hình ôvan theo công thức:

𝐹𝑜𝑣 = 0.74 × 𝑏𝑜𝑣× ℎ𝑜𝑣 Hình 3.7b

= 0.74 𝑎(1 + 𝑘∆𝑏

𝑜𝑣)2𝐶12(𝑎 + 0.74 × 𝑘∆𝑏𝑜𝑣)2Theo trên ta tính được: 𝐹𝑜𝑣 = 0.74 × 22.38 × 14.44 = 239.14 (𝑚𝑚2)

Hình 3 7 a,b,c Kích thước lỗ hình vuông trước ô van

Diện tích phôi vuông cán trong lỗ ovan:

𝐹𝑣 = 0.98 × 𝐶12

Mà: µ𝑜𝑣1 = 𝐹𝑣

𝐹 𝑜𝑣 = 0.98×𝐶1

0.74 𝑎(1+ 𝑘∆𝑏 𝑜𝑣)2𝐶12 (𝑎+0.74×𝑘∆𝑏𝑜𝑣)2

= (𝑎+0.74×𝑘∆𝑏

𝑜𝑣 )2𝑎(1+ 𝑘∆𝑏𝑜𝑣)2

Tra Bảng 2.4[2]-T43 : ứng với µ𝑜𝑣1 = (1.55 ÷ 1.65) 𝑣à 𝑎 = 22.38

14.44= 1.55 Suy ra: 𝑘∆𝑏𝑜𝑣 = 0.6

- Kích thước của lỗ hình ovan của lần cán đầu tiên:

Đối với lỗ hình vuông của hệ ôvan-vuông thì trên thực tế hệ số giãn dài µ𝑜𝑣2 cũng phụ thuộc vào diện tích tiết diện ôvan cán trong lỗ hình vuông Có nghĩa là phụ thuộc vào

ℎ𝑡𝑏𝑣 = 𝐹𝑉

𝑏𝑣 = 0.98𝐶2

1.29𝐶2 = 0.76𝐶1 (có bán kính góc lượn ở đáy) Diện tích tiết diện phôi ôvan cán trong lỗ hình vuông

Fov= 0.74 × bov× hov

=0.74a × (1.29 + 0.76k∆b

v )2× C12(1 + 0.74 × a × kv∆b)2

4 × (ℎ𝑜𝑣− 𝑠) =

41.222+ (16.50 − 2.50)2

4 × (16.50 − 2.50) = 33.84 (𝑚𝑚)

- Kích thước của lỗ hình vuông của lần cán đầu tiên:

ℎ𝑜𝑣 =41.2216.50= 2.5 Suy ra: 𝑘∆𝑏𝑜𝑣 = 1

Hình 3 8 Kích thước lỗ hình ô van trong lần cán đâu

Hình 3 9 Kích thước lỗ hình vuông trong lần cán đâu

Hình 3 10 Phương án di chuyển phôi cán được chọn

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC VÀ LỰC HỌC

Thiết kế động lực học cho máy cán nhằm biết được lực cán, mô men cán như thế

nào để tính chọn công suất động cơ, nghiệm độ bền của các cơ cấu khác của máy

− 𝑃𝑡𝑏 (N/mm2 hoặc Kg/mm2) là áp lực trên một đơn vị mm2

− 𝐹𝑡𝑥 (mm2) là diện tích tiếp xúc giữa hai kim loại và trục cán Được tính theo

công thức sau CT2.22[1]-T86:

𝐹𝑡𝑥 = 𝐵𝑡𝑏 𝑙 = 𝐵1 +𝐵2

2 √𝑅 ∆ℎ Với : + 𝐵𝑡𝑏: chiều rộng trung bình của phôi cán, 𝐵𝑡𝑏 = 𝐵1+𝐵2

2 (mm) + 𝐵1, 𝐵2 là chiều rộng của vật cán trước và sau khi cán

+ 𝑙 (mm) : chiều dài của cung tiếp xúc được tính theo công thức:

𝑙 = √𝑅 ∆ℎ

Với: + R (mm) là bán kính làm việc tại lỗ hình trục cán

Trong khi cán thép người ta thường áp dụng công thức tính 𝑃𝑡𝑏 của Bagunop như sau:

Hình 4 1 Áp lực từ phôi tác dụng lên

trục cán