Chúng ta đang từng bƣớc phát triển đất nƣớc một cách mạnh mẽ, điều đó đồng nghĩa với việc rất nhiều công trình nhà dân dụng và công nghiệp đƣợc xây dựng lên. Vì thế nhu cầu về vật liệu xây dựng nói chung cũng nhƣ thép dùng làm cốt bêtông nói riêng là rất lớn. Để có thể đáp ứng đƣợc nhu cầu đó, ngày càng nhiều nhà máy và công ty sản xuất thép cán ra đời nhằm góp phần cung cấp nguyên vật liệu không chỉ cho xây dựng hạ tầng cơ sở, mà còn cho các ngành công nghiệp cơ khí chế tạo, giao thông vận tải, nông nghiệp v.v... Việc nắm bắt những kỹ năng liên quan tới việc thiết kế quy trình công nghệ và thiết bị trong nhà máy cán nói riêng và nhà máy sản xuất thép nói chung đối với sinh viên ngành CNVL Kim loại là vô cùng quan trọng. Quá trình thực hiện ĐAMH Cán kéo là một bƣớc quan trong cho sinh viên tổng hợp và xâu chuỗi lại các kiến thức đã đƣợc cung cấp và là sự chuẩn bị cần thiết cho TTTN và LVTN trong thời gian tới. Với sự hƣớng dẫn, giúp đỡ hết sức tận tình của thầy ThS. Nguyễn Đăng Khoa, em đã hoàn thành tốt đề tài đƣợc giao. Tuy nhiên, do vốn kiến thức vẫn còn hạn chế và chƣa có nhiều kinh nghiệm trên thực tế, nên luận văn này mắc nhiều sai sót không tránh khỏi. Rất mong các thầy, cô và bạn đọc góp ý để có thể hoàn thiện hơn.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU -o0o - ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ CÁN KÉO ÉP KIM LOẠI THIẾT KẾ HỆ LỖ HÌNH CÁN THÉP TRÊN MÁY CÁN BA TRỤC SVTH : TRẦN VĂN TÍN GVHD : TH.S NGUYỄN ĐĂNG KHOA TP HỒ CHÍ MINH, 5/2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự – Hạnh phúc o0o o0o KHOA : CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU BỘ MÔN : KIM LOẠI VÀ HỢP KIM NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỌ VÀ TÊN : TRẦN VĂN TÍN MSSV : V1003426 NGÀNH : CƠNG NGHỆ KIM LOẠI VÀ HỢP KIM LỚP : VL10KL 1-Đề tài đồ án : Thiết kế hệ lỗ hình cán thép máy cán ba trục 2-Nhiệm vụ (yêu cầu nội dung số liệu ban đầu ) : + Thiết kế hệ lỗ hình cán thép máy cán ba trục + Xác định thông số máy, số liệu phơi, kích thƣớc sản phẩm + Xác định hệ lỗ hình cho đề tài + Tính tốn số lần cán dựa theo thông số đề + Vẽ trình bày hệ lỗ hình theo yêu cầu + Hoàn thành đề tài thời gian 3-Ngày giao nhiệm vụ đồ án : 13/02/2014 4-Ngày hoàn thành nhiệm vụ :16/05/2014 5-Họ tên thầy hƣớng dẫn : Th.s NGUYỄN ĐĂNG KHOA Nội dung yêu cầu ĐAMH đƣợc thông qua môn Ngày 16 Tháng 05 năm 2014 CHỦ NHIỆM BỘ MƠN THẦY GIÁO HƢỚNG DẪN LỜI NĨI ĐẦU Chúng ta bƣớc phát triển đất nƣớc cách mạnh mẽ, điều đồng nghĩa với việc nhiều cơng trình nhà dân dụng cơng nghiệp đƣợc xây dựng lên Vì nhu cầu vật liệu xây dựng nói chung nhƣ thép dùng làm cốt bêtơng nói riêng lớn Để đáp ứng đƣợc nhu cầu đó, ngày nhiều nhà máy công ty sản xuất thép cán đời nhằm góp phần cung cấp ngun vật liệu khơng cho xây dựng hạ tầng sở, mà cho ngành cơng nghiệp khí chế tạo, giao thơng vận tải, nông nghiệp v.v Việc nắm bắt kỹ liên quan tới việc thiết kế quy trình cơng nghệ thiết bị nhà máy cán nói riêng nhà máy sản xuất thép nói chung sinh viên ngành CNVL Kim loại vô quan trọng Quá trình thực ĐAMH Cán kéo bƣớc quan cho sinh viên tổng hợp xâu chuỗi lại kiến thức đƣợc cung cấp chuẩn bị cần thiết cho TTTN LVTN thời gian tới Với hƣớng dẫn, giúp đỡ tận tình thầy ThS Nguyễn Đăng Khoa, em hoàn thành tốt đề tài đƣợc giao Tuy nhiên, vốn kiến thức hạn chế chƣa có nhiều kinh nghiệm thực tế, nên luận văn mắc nhiều sai sót khơng tránh khỏi Rất mong thầy, bạn đọc góp ý để hồn thiện MỤC LỤC Trang Lời nói đầu Chƣơng TỔNG QUAN VỀ NGHÀNH THÉP 1.1 Sản lƣợng thép giới nƣớc ta 1 1.1.1 sản lƣợng thép giới năm 2013 1.1.2 Sản lƣợng thép nƣớc ta năm 2013 1.1.3 Xu hƣớng phát triển 1.2 Tình hình sản xuất thép năm 2013 1.2.1 Trên giới 1.2.2 Trong nƣớc 1.3 Triển vọng nghành thép thị trƣờng Việt Nam Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Cơ sở lý thuyết thiết kế lỗ hình trục cán 7 2.1.1 Khái niệm lỗ hình trục cán 2.1.2 Các dạng máy cán hình 2.2 Hệ thống lỗ hình 2.2.1 Giới thiệu số hệ lỗ hình thƣờng dùng 10 2.2.2 Những nguyên tắc thiết kế lỗ hình 10 2.3 Nguyên lý cán 15 2.4 Vùng biến dạng 15 2.5 Hệ số ma sát 18 2.6 Phân tích dạng lỗ hình 19 2.7 Vận tốc cán nguyên tắc tính vận tốc cán hệ thống cán lỗ hình 23 2.8 Nhiệt độ cán 24 2.9 Đặc điểm lỗ hình cấu tạo từ ba trục 25 Chƣơng TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 28 3.1 Các thông số 28 3.2 Phân tích lựa chọn 28 3.3 Tính tốn thiết kế 30 3.4 Tính tốn nghiệm bền 32 Chƣơng 4: KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO 34 42 DANH SÁCH KÍ HIỆU DANH SÁCH BẢNG BIỂU 2.1 Bảng hệ số ảnh hƣởng dạng lỗ hình 2.2 Bảng hệ số ma sát f 2.3 Bảng độ nghiêng chiều rộng lỗ hình trịn tinh 3.1 Bảng kết tính kích thƣớc lỗ hình hộp chữ nhật cho máy cán phá ba trục D=650 mm 3.2 Bảng kết tính tốn tổng hợp DANH SÁCH HÌNH VẼ 2.1 Hình hệ thống lỗ hình hộp chữ nhật-vng 2.2 Hình hệ thống lỗ hình vng-ovan 2.3 Sự thay đổi hƣớng cán mặt hệ thống lỗ hình ovan-vng 2.4 Biến dạng khơng lỗ hình vng-ovan 2.5 Hình hệ thống lỗ hình ovan- trịn 2.6 Sơ đồ tính tốn thơng số cán 2.7 Hình kích thƣớc lỗ hình hộp 2.8 Hình kích thƣớc lỗ hình thoi 2.9 Hình kích thƣớc lỗ hình vng 2.10 Hình kích thƣớc lỗ hình ơ-van 2.11 Hình kích thƣớc lỗ hình trịn tinh Chƣơng I : TỔNG QUAN VỀ NGHÀNH THÉP 1.1.Sản lƣợng thép giới nƣớc ta 1.1.1.Sản lƣợng thép giới năm 2013 Hình 1.1: Sản lượng thép thô năm (Đơn vị: Triệu tấn)[6] Thị trƣờng thép giới trải qua năm đầy biến động bầu khơng khí khủng hoảng kinh tế bao trùm, khiến nhu cầu tiêu thụ thép suy yếu, nguồn cung dƣ thừa, tồn kho lớn, giao dịch chậm lại, giá nguyên liệu thô tăng cao, giá thép giảm Song với nỗ lực vƣợt qua khó khăn, từ nửa cuối năm, kinh tế giới có nhiều dấu hiệu phục hồi rõ nét đặc biệt khởi sắc kinh tế hàng đầu nhƣ Mỹ, Nhật Bản Châu Âu, tăng trƣởng chậm nhƣng bền vững Đây tín hiệu tích cực thúc đẩy nhu cầu tiêu thụ thép, hỗ trợ thị trƣờng thép Giá thép giới biến động mạnh theo xu hƣớng giảm năm 2013 Giá thép tăng mạnh vào tháng nhờ hoạt động tái thiết dự trữ Trung Quốc giảm mạnh vào tháng 7, chạm mức thấp 40 tháng, bối cảnh nguồn cung dƣ thừa nhu cầu suy giảm khắp châu lục Tháng cuối năm, giá thép tăng cao Bắc Mỹ Liên minh châu Âu đẩy số giá thép tham khảo giới tăng lên mức cao kể từ tháng 3/2013 Nguyên nhân giá nguyên liệu đầu vào cao, khiến doanh nghiệp phải nâng giá thép để bù vào chi phí, nhu cầu mạnh lên nguồn cung thắt chặt, dự trữ giảm MEPS ƣớc tính sản lƣợng thép giới đạt 1,6 tỷ năm 2013 Việc cắt giảm sản xuất hầu hết vùng giới nhiều bù lại sản lƣợng tăng Trung Quốc Hiệp hội Thép giới đánh giá tiêu thụ thép toàn cầu tăng 3,1% năm 2013 đạt 1,475 tỷ tấn, tiêu thụ thép Trung Quốc ƣớc tăng 6% đạt 700 triệu Tiêu thụ thép Liên minh châu Âu (27 nƣớc) giảm 3,8% 135 triệu Hình 1.2: Sản lượng thép thơ hàng năm [6] 1.1.2 Sản lƣợng thép nƣớc ta năm 2013 Năm 2013 đƣợc xem năm khó khăn ngành thép nƣớc kinh tế suy thối, bất động sản đóng băng khiến tiêu thụ thép giảm mạnh; gói hỗ trợ 30.000 tỉ đồng nhằm hỗ trợ thị trƣờng bất động sản nhiều vƣớng mắc chƣa phát huy tác dụng; công suất sản xuất lớn khiến cung vƣợt cầu đồng thời phải cạnh tranh gay gắt với hàng nhập thép có chứa nguyên tố Bo trốn thuế Theo số liệu Tổng cục Hải quan, tính tới 15/12, Việt Nam nhập triệu sắt thép loại, trị giá 6,5 tỷ USD, tăng 25% lƣợng tăng 14% trị giá so với kỳ năm trƣớc Trong xuất năm ƣớc tỷ USD Nhƣ năm thị trƣờng thép nhập siêu khoảng 4,5 đến tỷ USD, tƣơng đƣơng với mức năm ngối Giá thép năm có chiều hƣớng giảm Tháng cuối năm, giá bán đầu nguồn mặt hàng thép xây dựng giảm Miền Bắc Miền Nam sức tiêu thụ hạn chế nhƣ nhiều doanh nghiệp giảm giá (lãi suất ngân hàng giảm dẫn đến chi phí tài giảm, chi phí nguyên vật liệu giảm ) 1.1.3 Xu hƣớng phát triển Hiệp hội thép Việt Nam (VSA) dự kiến doanh thu ngành thép năm 2014 tăng 2-3% so với năm lên 4,6 triệu Khả tiêu thụ thép khơng nhiều đột biến, mức tăng khoảng từ 2-3% so với năm 2013 Thị trƣờng thép tháng đầu năm dự kiến trầm lắng, nhu cầu giảm mạnh mùa xây dựng, giá thép giảm nhẹ Tại Việt Nam, nhu cầu tiêu thụ thép thƣờng tăng mạnh mùa xây dựng cuối năm thời tiết khô song nguồn cung vƣợt xa cầu giá vững tăng mạnh Từ đến cuối năm, nhà máy CTCP Thép Miền Trung; nhà máy Thép Hịa Phát (với cơng suất 450.000 tấn/năm); nhà máy CSVC Sumikin (công suất 1,2 triệu tấn)… vào hoạt động Nhiều dự án thép với cơng suất hàng trăm nghìn thép tiếp tục đƣợc đầu tƣ Ngoài ra, nguồn hàng nhập giá rẻ nƣớc láng giềng Trung Quốc góp phần làm cho nguồn cung tăng cao Dự kiến nhu cầu tiêu thụ nƣớc phƣơng tây thƣờng xuyên giảm quý 4, giá dự kiến giảm trƣớc kết thúc năm 2013 Các nhà máy thép dự kiến cắt giảm sản xuất mùa đông Điều dẫn tới cân cung cầu năm tới Giá dự kiến tiếp tục tăng quý 1/2014 giá nguyên liệu thô tăng Giá thép dự kiến tăng gần 4% năm 2014, so với mức năm 2013 Các nhà máy thép châu Á không đƣợc hƣởng lợi giá quặng sắt than luyện cốc– hai nguyên liệu sử dụng chế tạo thép thấp giá thép giảm ngành chế tạo yếu Tuy nhiên, nhà máy thép Nhật Bản hoạt động tốt cả, trì tăng lợi nhuận đồng yên yếu kinh tế nƣớc hồi phục Lợi nhuận nhà máy thép Hàn Quốc giảm cân cung-cầu sau nhà máy lớn nƣớc tăng suất đồng won tăng giá so với Yên Nhân Dân Tệ, nhu cầu yếu từ ngành đóng tầu- ngành tiêu thụ thép Các nhà máy thép Trung Quốc tiếp tục bán sản phẩm mức gần thấp chi phí sản phẩm, kiến họ thu đƣợc lợi nhuận so với nƣớc châu Á Lợi nhuận ngành chế tạo thép Ấn Độ đƣợc hỗ trợ nhờ quản lí tốt mỏ quặng sắt Hiệp hội Thép giới (WSA) dự kiến tiêu thụ thép tăng 3,3% lên 1,52 tỷ năm tới Trong khi, MEPs, công ty chuyên nghiên cứu thị trƣờng thép Anh,dự kiến sản lƣợng thép thô giới đạt 1,65 tỷ năm 2014 Việc cắt giảm sản xuất hầu hết vùng giới nhiều bù lại sản lƣợng tăng cao Trung Quốc MEPS dự kiến giá thép tăng gần 6% tháng đầu năm 2014 Mức tăng chắn không đồng khắp khu vực giới Giá dự báo tăng mạnh Liên Minh Châu Âu sau thời kỳ khó khăn nhà máy năm 2013 Tại Bắc Mỹ, mức tăng giá, nửa cuối năm nay, dự kiến tăng lên vào tháng đầu năm 2014 1.2.Tình hình sản xuất thép năm 2013 1.2.1.Trên giới Thị trƣờng thép giới tháng hồi phục khỏi xu hƣớng yếu tháng nhờ có nhiều dấu hiệu hồi phục kinh tế số nƣớc châu Âu châu Á Các nhà máy thép thành công việc tăng giá tháng song khơng có giữ đƣợc mức giá cao nguyên nhân tăng nhu cầu mạnh tháng 10 mà giá nguyên liêu thô cao Trong tháng đầu năm nay, giá thép biến động mạnh Sau tăng cao vào tháng 2, giá chạm xuống mức thấp cuối tháng 6, đầu tháng sau lại hồi phục mạnh tháng So với mức đỉnh cao tháng 2, giá giảm khoảng 60 USD/tấn chạm xuống mức thấp 40 tháng qua tháng Ngành thép châu Âu có cải thiện rõ rệt tháng nhờ có nhiều dấu hiệu hồi phục kinh tế Sau chạm xuống mức thấp 40 tháng vào tháng 7, giá hồi phục trở lại hai tháng Tuy nhiên lợi nhuận nhà máy tiếp tục bị thu hẹp Nhiều nhà máy thép thông báo tăng giá thép nhằm cải thiện tình hình tài họ Nhiều nhà máy thép cán phẳng gặp phải vấn đề sản xuất, điều có nghĩa có ngun liệu quý cuối năm Quý thời điểm truyền thống nhu cầu yếu khu vực Brazin Ấn Độ bắt đầu bán ạt để tận dụng đồng nội tệ giảm giá giá dự kiến giảm thời gian Trên thị trƣờng Đức, giá đãchạm đáy tháng 7, song kể từ nhà máy thép tăng giá bán sản phẩm Khách hàng chấp nhận yêu cầu tăng giá họ khơng có nhiều lựa chọn Tại Pháp, hoạt động mua trở lại từ cuối tháng tháng trƣớc giá tăng Nhiều trung tâm dịch vụ mua tích trữ Khách hàng phải chịu thời gian giao hàng dài sau cắt giảm sản xuất đóng cửa nhiều nhà máy Tuy nhiên, cịn q sớm để nói lƣợng đơn đặt hàng nhà máy tăng lên nhu cầu mua ngƣời sử dụng cuối bền vững.Trong tháng 9, có vài đơn hàng đƣợc ký kết với mức giá cao Trong Italia, kinh tế có dấu hiệu hồi phụ nhỏ song ổn định Các nhà máy thép thành công việc tăng giá song giá tăng giá nguyên liệu thô tăng nhu cầu mạnh lên tháng 10 Thị trƣờng Anh chạm đáy tháng tình hình giá Nhiều nhà phân phối cho biết hoạt động thƣơng mại cải thiện mạnh tháng tháng h - chiều cao lỗ hình có bán kính lƣợn, mm B - chiều rộng lỗ hình, mm b - chiều rộng miệng lỗ hình thoi, mm r R - bán kính lƣợn t - khe hở trục cán, mm bvhv=bv=1,41C hv=1,41C-0,82r bv=hv =1,41C-t r=(0,1÷0,15)C Hình 2.10 Kích thước lỗ hình vng 2.6.4 Hình ovan Hình 2.11 Kích thước lỗ hình ơ-van Với: h – chiều cao lỗ hình, mm b - chiều rộng lỗ hình, mm R – bán kính ovan, mm s – khe hở trục, mm t = (0,008÷0,012)D D – đƣờng kính trục cán, mm Theo [18], trang 54 [8], trang 220 thì: Khi t 2.6.5 Hình trịn tinh Hình 2.12 Kích thước lỗ hình trịn tinh Với : d – đƣờng kính thẳng đứng, mm d1 – đƣờng kính nằm ngang, mm t – khe hở trục, mm r – bán kính lƣợn vành trục, mm Kích thƣớc lỗ hình trạng thái nóng: ) Trong đó: Δ1 , Δ - lần lƣợt dung sai dƣơng âm sản phẩm Theo ( [18], trang 218) Chiều rộng lỗ hình trịn BK: B K = (d + Δ 1)(1,012 ÷1,015) Khe hở hai vành trục: ( ) với D: đƣờng kính trục cán, mm Bán kính vành trục: 0,1d với d: đƣờng kính thép trịn, mm r Đối với thép trịn có đƣờng kính nhỏ khe hở vành trục lỗ hình có độ nghiêng k (để làm rộng miệng lỗ hình) nhằm tránh bavia sản phẩm Với độ nghiêng k khác (tùy vào kích thƣớc sản phẩm) ta có giá trị Bk tƣơng ứng Bảng 2.3 Độ nghiêng chiều rộng lỗ hình trịn tinh ( [4], trang 226) D K Α Bk 105÷56 0,2 11020’ 1,021dnong - 0,2S 55÷50 0,3 16040’ 1,050dnong- 0,3S 45÷30 0,4 21050’ 1,081dnong- 0,4S 30÷10 0,5 26035’ 1,120dnong- 0,5S D – đƣờng kính sản phẩm, mm k – độ nghiêng α - góc nghiêng với tiếp tuyến, Bk – chiều rộng lỗ hình, mm 2.7 Vận tốc cán nguyên tắc tính vận tốc cán hệ thống cán liên tục - Dựa vào định luật thể tích khơng đổi, thể tích kim loại biến dạng qua cặp trục cán không đổi giây, đƣợc ký hiệu “C” Vậy ta có: v1.F1 = v2.F2 = ……… = vn.Fn = C Trong đó: vi – tốc độ khỏi cặp trục cán thứ i Fi – tiết diện cắt ngang phôi qua cặp trục cán thứ i - Do có tƣợng vƣợt trƣớc trể nên vận tốc vào vi’ vận tốc vi so với vận tốc trục cán v0i có quan hệ: vi = v0i(1 + Si) Trong đó: Si lƣợng vƣợt trƣớc giá cán thứ i µi hệ số ép giá cán thứ i - Số vịng trục đƣợc tính theo cơng thức: Trong đó: n – số vòng quay phút trục cán - Từ ta suy mối quan hệ: F1.v1(1 + S1) = F2.v2(1 + S2) = ………… = Fn.vn(1 +S) F1.Dk1.v1(1 + S1) = F2.Dk2.v2(1 + S2) = ………… = Fn.Dkn.vn(1 +Sn) = C => Trong cán liên tục vận tốc tiết diện có mối quan hệ chặt chẻ động học, đƣợc thể qua số cán liên tục C Khi tuân thủ số cán khơng có kéo căng hay chùng Do thay đổi không đáng kể điều kiện biến dạng, nhiệt độ kim loại cán, hệ số ma sát, khe hở trục mài mòn lỗ hình qua trình cán nên thực tế ln xảy kéo căng hay chùng Để khắc phục tƣợng này, ngƣời ta tạo kéo căng ( khơng lớn) giá cán Tăng thể tích kim lại sau giá cán nhận đƣợc nhiều giá trƣớc (1 ÷ 2%) 2.8 Nhiệt độ cán Trong trình cán từ lúc bắt đầu đến thành phẩm, nhiệt độ phôi cán dần đến lúc kết thúc cán Sự nhiệt trình cán nhiều yếu tố, yếu tố là: - Sự nhiệt mơi trƣờng khơng khí xung quanh Sự nhiệt chuyển phơi từ lị nung đến máy cán từ giá cán náy đến giá cán khác Sự nhiệt xạ, đối lƣu môi trƣờng Sự nhiệt phôi truyền qua trục cán cấu dẫn hƣớng Sự nhiệt dung dịch làm nguội: nƣớc lạnh hay dầu bơi trơn Tóm lại, q trình cán bị nhiệt không theo quy luật định để ta tính tốn cách xác tốn học Tuy nhiên, ta chọn số yếu tố để tính nhiệt nói Ta xem số lần phơi cán qua giá cán i, nhiệt lƣợng lại Qi, nhiệt xạ đối lƣu : Qbx Qdl Qua i lần cán phôi bị biến dạng sinh lƣợng nhiệt Qbd lƣợng nhiệt truyền cho trục Qtr Sau cán qua i lần, nhiệt lƣợng phơi cịn lại: (Q0 nhiệt lƣợng ban đầu phôi) Qi= Q0 – Qdl – Qbx + Qbd – Qtr Giá trị nhiệt lƣợng có ý nghĩa việc tính tốn nhiệt lƣợng phơi q trình vận hành hệ thống 2.9 Đặc điểm lỗ hình cấu tạo từ ba trục Quá trình biến dạng tự nhiên cán dọc biến dạng theo ba chiều : giảm chiều cao H, làm tăng chiều dài L chiều rộng B Hiệu cán dọc tối ƣu toàn lƣợng biến dạng chiều cao H ( Δh = H – h ) chuyển thành đại lƣợng giãn dài ΔL lƣợng biến dạng B khơng ( Δb = ) Điều thực đƣợc cán lỗ hình đƣợc cấu tạo từ ba trục Với ý tƣởng nhiều nhà khoa học thử nghiệm thiết kế lỗ hình với nhiều trục cán song không đạt đƣợc kết tối ƣu khe hở trục cán có hình thành baria Qua phân tích nghiên cứu cho thay đổi tiết diện vật cán biến dạng mà tránh đƣợc hình thành baria, biến đổi diện tích tiết diện theo hình ngoại tiếp nội tiếp Trên sở thiết kế lỗ hình trục cán máy có nhiều trục ( ÷ trục ) Từ điểm tiếp xúc hình ngoại tiếp nội tiếp tìm khe hở trục cán, nhằm tránh hình thành baria(tránh biến dạng ngang) Điều có nghĩa biến dạng khơng đồng trục cán theo chu vi bai lỗ hình Chƣơng : TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 3.1 Các thông số ban đầu Thông số máy: + Đƣờng kính ban đầu D =650 mm + Số vòng quay trục cán n = 75 vòng/phút + Chiều dài trục cán L/D =(3÷5)=(1950÷3250) mm + Vật liệu làm trục: thép hợp kim Thông số vật liệu: + Kích thƣớc phơi ban đầu: 240 x 240 mm + Kích thƣớc sản phẩm: 110 x 110 mm Số lần cán: n= chọn = = 5,9 = 1,30 [4] Nhiệt độ cán: + Theo hình 4.1 [8], ứng với góc ăn α=26-270 nhiệt độ 12500C 3.2 Phân tích chọn lựa Từ đề ta chọn thông số bổ sung: + Cán thép lõi bê tông + Do giới hạn đề tài thiết kế lỗ hình ba trục nên chọn loại cán thô + Cụ thể thiết kế hệ lỗ hình thơng số: Đƣờng kính trục cán:650 mm Phơi có kích thƣớc 240x240 mm, mác thép CT3 Sản phẩm có kích thƣớc 110x110 mm Chế độ cán: cán nóng Từ ta tính số lần cán: + Chọn sơ µtb = 1,3 Số lần cán n= 5,9 Vậy ta chọn số lần cán + Bố trí lỗ hình 1, 3, 5, dƣới 2, 4, + Chọn hệ lỗ hình hộp + Chọn tốc độ 2,5 m/s hay 150÷200 tấn/năm 3.3 Tính tốn, thiết kế Kích thƣớc lỗ hình xác định sở góc ăn α cực đại Cịn tính góc ăn α sở đƣờng kính trục cán nhỏ Lƣợng giãn rộng Δb tính theo đƣờng kính ban đầu D Chiều cao trung bình lỗ hình hKTB: hKTB = 150 mm Đƣờng kính nhỏ sau phục hồi Dmin: Dmin = 600 mm Đƣờng kính làm việc trung bình DTB: DKTB = Dmin - hKTB = 600 – 150 = 450 mm Tốc dộ quay trung bình trục cán VTB: VTB = = = 1,77 m/s Theo hình 4.1[8] góc ăn α cho phép ứng với nhiệt độ 12500 α = 26 ÷ 270 Lần cán thứ Dạng lỗ hình: hộp chữ nhật Đƣờng kính trục cán: D =650 mm Ta có kích thƣớc phơi : b0 = h0 = 240 mm; Với α = 260 – cos α = cos260 = 0,899 h0 = h1 = (Dmin - h1).(1 – cos260) h1 = [ h0 - Dmin (1 – cos260) ]/cos260 = Lƣợng ép Δh1 có trị số: Δh1 = 240 -200 = 40 mm = 200 mm Đƣờng kính làm việc : DK = D – h DK1 = 650 – 200 =450 mm Trên sở lƣợng ép Δh1 tính đƣợc xác định lại góc ăn α1(góc ăn tính tốn): ) = arcos(1 – α1 = arcos(1- ) = 24015’=0,392 rad Tính lƣợng giãn rộng theo công thức Δb1 = = ≈3,82 = b1 = b0 + Δb1 = 240 + = 244 mm Tính hệ số giãn dài µ lỗ hình thứ µ1 = = = =1,18 Lần cán thứ hai Dạng lỗ hình: hộp chữ nhật Đƣờng kính trục cán: D =650 mm Ta có kích thƣớc phơi b1 = 244 mm ; α = 260 h2 = = 156 mm Δh2 = 200 – 156 = 44 mm Đƣờng kính làm việc DK2 = 650 – 156 = 494 mm Xác định lại góc ăn α2 α2 = ar cos (1 - ) = 24015’=0,392 rad Tính lƣợng giãn rộng lỗ hình thứ hai Δb1 = ≈ 6,1 = Chiều rộng phôi sau cán = b2 = b1 + Δb2 = 244 + = 250 mm Tính hệ số giãn dài µ2 lỗ hình thứ hai µ2 = = = = 1,25 Lần cán thứ ba Dạng lỗ hình: hộp chữ nhật Đƣờng kính trục cán: D =650 mm Kích thƣớc phơi: b2 = 250 mm Ở lần cán lật phôi 900 Lỗ hình thứ ba đƣợc phố hợp phối lỗ hình thứ tƣ (lỗ hình thứ ba: trục trục dƣới, lỗ hình thứ tƣ: trục trục trên) Phƣơng pháp tính tƣơng tự nhƣ (với kích thƣớc phơi h = b2 ; b = h2) Kết tính tốn cho bảng sau Theo thiết kế hai lỗ hình thoi- vng cuối phải đạt kích thƣớc sản phẩm 110x110mm, đồng thời số lần cán phải số lẻ mà số lấn cán cán lỗ hình hộp vng phải lần cán lẻ Song ổ lần cán lần thứ năm chƣa nhận đƣợc thành phẩm nhƣ ý thành phẩm nhận đƣợc lần cán thứ bảy Do lỗ hình thứ bảy phải lỗ hình hộp vng lỗ hình thứ năn thứ sáu phải giảm lƣợng ép Trên sở góc ăn α cho phép với Δh = 40mm chia thành hai lần với Δh = 20mm Sau lần cán thứ sáu, lật thép nhận đƣợc lỗ hình thứ bảy sản phẩm phơi vng 135x135mm Từ kích thƣớc lỗ hình thứ bảy cho phép cán liên tục lỗ hình thứ tám (thoi) lỗ hình thứ chín (vuông) để nhận đƣợc sản phẩm cuối theo điều kiện thiết kế α - Góc ăn cho phép Δh - lƣợng ép sau lần cán αi - góc ăn tính tốn cho lần cán µi - hệ số giãn dài tính tốn cho lần cán h, b – kích thƣớc phơi sau lần cán DKTB – đƣờng kính làm việc trung bình lần cán Δb – lƣợng giãn rộng tính tốn cho lần cán Sau lần lật thép, sản phẩm có b’ chiều cao, h’ chiều rộng h= Bảng 3.1: kết tính kích thƣớc lỗ hình hộp chữ nhật cho máy cán phá ba trục D = 650 mm Α H B Δh DKTB (độ) (mm) (mm) (mm) (mm) 26 240 240 - 200 244 26 156 III 26 IV Lần cán αi µ Δb (độ) Rad - - - - - 40 450 24÷15 0,392 1.18 250 44 494 24÷15 0,392 1,25 210 261 40 440 24÷30 0,428 1,15 26 167 168 43 483 24÷15 0,392 1,2 V - 148 170 20 502 16÷15 0,284 1,12 VI - 128 173 20 522 16÷00 0,270 1,14 - 135 135 38 315 22÷00 0,380 1,22 I II Lật thép Lật thép Lật thép VII Kết tổng hợp Bảng 3.2 : kết tính tốn tổng hợp Số lần cán Dạng lỗ hình Kích thƣớc Δh Δb D8 (mm) (mm) (mm) (mm) h b α (độ) µ Phơi 240 249 - - - - - Hộp chữ nhật 200 244 40 450 24÷15 1,18 156 250 44 414 24÷15 1,25 210 261 40 440 24÷30 1,15 167 168 43 483 24÷15 1,20 148 169 20 502 16÷15 1,12 129 171 19 521 15÷30 1,13 135 135 46 515 21÷33 1,21 144 206 36 16 506 24÷37 1,23 155 155 51 11 495 26÷38 1,23 Hộp chữ nhật Hộp chữ nhật Thoi vuông 3.4 Nghiệm bền trục cán Khi làm việc trục cán bị tác dụng lực P Khi thân trục cán bị uốn, cổ trục cán vừa chịu uốn vừa chịu xoắn, đầu nối trục chịu xoắn nên ta nghiệm bền theo độ bền uốn Trục cán làm thép hợp kim có: Độ bền uốn cho phép: [σu] = 120 N/mm2= 12 Kg/mm2 Tại cổ trục cán: [σtd] = 450 ÷ 500 N/mm2 = 45 ÷ 50 Kg/ mm2 Hình 3.3 Các kích thước sơ nghiệm bền trục cán Trục cán thơ có D = 650 mm chọn nghiệm bền giá cán K1 có lực cán lớn P = 8,9 (T) moment Mc =65,8 (T.m) moment sinh lớn vị trí x = a/2 Đƣờng kính làm việc Dk = 650 Thân trục chịu uốn nên nghiệm bền theo điều kiện uốn Với thơng số tra theo hình 6.7 (trang 103, [4]) = T/m2 = 16,65 N/mm2 < [σu] = 100 ÷ 120 N/ mm2 Tại cổ trục cán vừa chịu uốn vừa chịu xoắn nên nghiệm bền theo độ bền trung bình = τx = √ Vậy trục cán K1 đủ bền = 16650 T/m2 = 166500 KN/ m2 = 1677 T/m2 = 16770 KN/ m2 = =√ =169 N/ m2 < [σtd] = 450 ÷ 500 N/ m2 Chƣơng : KẾT LUẬN Dƣới hƣớng dẫn thầy Th.s Nguyễn Đăng Khoa, em hoàn thành xong đồ án tiến độ, nhƣng số thiếu sót định kiến thức có hạn thời gian, mong thầy thông cảm bỏ qua cho em Những vấn đề hồn thành: Tìm hiểu sơ tình hình sản xuất thép giới nƣớc nhƣ định hƣớng phát triển Hồn thành tính tốn thơng số cơng nghệ nhƣ: thơng số lỗ hình, thơng số biến dạng, vận tốc cán, lực cán, moment công suất động cơ… Hồn thành mơ hình hóa hệ thống lỗ hình vẽ kĩ thuật Một số vấn đề chƣa làm đƣợc Chƣa thật tìm hiểu sâu tình hình sản suất thép giới nhƣ nƣớc Chƣa đƣa đƣợc nhiều phƣơng án thiết kế, phƣơng án thiết kế dựa nhiều vào luận văn cũ Chƣa tính tốn đƣợc lƣợng nhiệt trình cán Chƣa tham khảo số liệu thực tế, chủ yếu dựa vào tính tốn lí thuyết TÀI LIỆU THAM KHẢO Đào Minh Ngừng (2011), Giáo trình cơng nghệ thiết bị cán thép hình, Nhà xuất Bách Khoa – Hà Nội TS Hà Tiến Hoàng (2006), Thiết bị khí xưởng cán, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội Đỗ Hữu Nhơn, Phan Văn Hạ (2005), Công nghệ cán kim loại hợp kim thông dụng, NXB khoa học kỹ thuật Đỗ Hữu Nhơn (2001), Tính tốn thiết kế chế tạo máy cán thép thiết bị nhà máy cán thép, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội PGS-TS Phan Văn Hạ (2001), Các phương pháp thiết kế lỗ hình trục cán, NXB khoa học kỹ thuật Nguyễn Văn Dán – Nguyễn Ngọc Hà – Đặng Vũ Ngoạn – Trƣơng Văn Trƣờng (2006), Vật liệu học kỹ thuật, NXB Đại học quốc gia TP.HCM Nghiêm Hùng (1997), Sách tra cứu thép gang thông dụng, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội PGS-TS Nguyễn Trƣờng Thanh (2006), Cơ sở kỹ thuật cán, NXB Đại học quốc gia TP.HCM Website hiệp hội thép giới WSA www.worldsteel.org ... cán thép trịn lựa chọn hệ thống lỗ hình sau a) Hệ thống lỗ hình hộp chữ nhật – vng Hệ thống tập hợp loạt lỗ hình chữ nhật lỗ hình vng Trong q trình cán lật phôi không lật phôi Hệ thống dùng máy. .. Bảng kết tính kích thƣớc lỗ hình hộp chữ nhật cho máy cán phá ba trục D=650 mm 3.2 Bảng kết tính tốn tổng hợp DANH SÁCH HÌNH VẼ 2.1 Hình hệ thống lỗ hình hộp chữ nhật-vng 2.2 Hình hệ thống lỗ hình. .. án : Thiết kế hệ lỗ hình cán thép máy cán ba trục 2-Nhiệm vụ (yêu cầu nội dung số liệu ban đầu ) : + Thiết kế hệ lỗ hình cán thép máy cán ba trục + Xác định thông số máy, số liệu phôi, kích thƣớc