Lịch sử hình thành và phát triển của máy cán thép trên thế giới
Máy cán thép lúc đầu được vận hành bằng ngựa để kéo Sản phẩm của nó là thép hình đơn giản dùng để chế tạo ra gươm, dao, giáo mác, các cổ xe ngựa, làm hàng rào Máy cán lúc đầu chỉ có hai trục quay ngược chiều nhau Đến năm 1864 chiếc máy cán ba trục đầu tiên được ra đời chạy bằng máy hơi nước và cho ra sản phẩm phong phú hơn, có cả thép tấm và thép hình, đồng tấm và dây đồng Do kỉ luật ngày càng phát triển, do nhu cầu về thép tấm phục vụ cho các ngành đóng tàu, chế tạo xe lửa, ngành công nghiệp nhẹ mà chiếc máy cán với giá cán bốn trục đã ra đời vào năm 1870 Sau đó là các máy cán với giá cán sáu trục và chiếc máy cán đặt biệt khác được ra đời để cán những vật liệu cực mỏng, siêu mỏng và dị hình như máy cán bi, cán thép chu kỳ, máy đúc cán liên tục.
Nhiều máy cán kết hợp lại để cán mật sản phẩm theo qui trình công nghệ như máy cán thô, máy cán phá, nhóm giá cán thô, nhóm giá cán trung gian, nhóm giá cán trung gian, nhóm giá cán tinh, máy cán tinh, máy cán bán liên tục, máy cán bố trí 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, đồng thời dùng để hoàn thiện sản phẩm theo qui trình công nghệ mới Các thiết bị này là máy cắt, lò nung, lò nhiệt luyện, các con lăn, bàn nâng hạ, máy nén thép, máy bó, 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.
Lịch sử hình thành và phát triển của máy cán thép Việt Nam
Trước năm 1960 ngành thép Việt Nam coi như không có Trước năm 1954, các loại thép hầu như nhập từ Pháp về Sau 1954 các loại thép nhập về nước ta từ các nước ta từ các nước Liên Xô cũ, Trung Quốc và các nước Đông Âu Kế hoạch năm năm lần thứ nhất 1960-1965, nhà nước ta xây dựng khu gang thépThái Nguyên dưới sự giúp đỡ của Trung Quốc, vì chiến tranh nên công cuộc xây dựng phải dở dang Năm 1975 nhà máy luyện các thép Gia Sàn, Thái Nguyên vào hoạt động với năng suất 5 vạn tấn/năm(nay là 10 vạn tấn/năm), đây là nhà máy cán thép đầu tiên có trên miền bắc nhờ sự viện trợ của Đức ( cộng hòa đan chủ Đức cũ ) Miền Nam giải phóng ta tiếp nhận một vài máy cán thép hình cở nhỏ như: Vicasa, Vikimco, ( năng suất bấy giờ khỏang 5 vạn tấn/năm ) Đến năm 1978, nhà máy cán thép Lưu Xá, Thái nguyên có năng suất 12 vạn tấn/năm đã đi vào hoạt động Cho đến năm 1986 cả nước chỉ đạt khoảng 20 vạn tấn thép cán/năm Từ khi công cuộc đổi mới do Đảng ta đề xướng và lãnh đạo, ngành thép phát triển khá mạnh mẽ Các xí nghiệp liên doanh cán thép giữa Việt Nam và nước ngoài đã hình thành từ Bắc đến Nam như: công ty thép Việt-Úc, VNAUSTEEL ở Hải Phòng có năng suất 12 vạn tấn/năm Công ty thép NASTEEL VINA giữa Việt Nam và Singapor ở Thái Nguyên cps năng suất 12 vạn tấn/năm, công ty thép Việt Nhật ở Vũng Tàu, công ty thếp ống VINAPIPE liên doanh giữa Việt Nam và Hàn Quốc Năm 2019 sản xuất thép các loại đạt hơn 20,976 triệu tấn, tăng 4,6% so với cùng kỳ năm 2018
Hình 1.1 Máy cán thép hộp
Vai trò, vị trí của ngành cán kéo kim loại trong nền kinh tế quốc gia
Sản phẩm cán kéo xuất hiện hàng ngày bên chúng ta Đi trên đượng ta thấy những sợi dây điện chằng chịt, những đường cáp nhôm, đồng dẫn điện 35KW, 110KW, 220KW, 500KW, những đường dây cáp quang, những đường dây điện thoại nối từ miền quê này đến miền quê khác, dây cáp dùng trong các cần cẩu xây nhà, cần cẩu ôtô, xe lửa, càn cẩu trên các con tàu chở hàng vượt đại dương Tất cả chúng điều được chế tạo từ những sợi dây thép đã qua cán kéo Sản phẩm cán kim loại màu như bạc, đồng, kẽm, chì, niken và thép cán là những nguyên vật liệu chủ yếu dùng trong nhà náy chế tạo ôtô, xe lửa, máy cày, xe tăng, trong cả công nghiệp chế tạo máy bay, tên lửa, trong công nghiệp quốc phòng, trong công nghiệp đóng tàu Thép cán để xây dựng nên những giàn khoan dầu trên biển, thép làm cốt thép và cốp pha cho những ngôi nhà chọc trời, thép cán tạo nên những tháp truyền hình cao chót vót, thép làm nên những nhịp cầu thế kỷ.Thép làm nên những đường rây xe lữa dài vạn dặm chạy khắp toàn cầu Thép lá tráng thiết dùng làm hộp đựng thực phẩm trong công nghiệp chế biến thực phẩm Thép không gỉ dùng chế tạo các loại dao kéo, kẹp, banh (dụng cụ phẩu thuật) dùng trong nghành y tế Rõ ràng các sản phẩm của ngành cán kéo kim loại có ở khắp nơi Trực tiếp hoặc gián tiếp phục vụ đời sống con người Hầu hết các nghành nghề trọng điểm trong nền kinh tế quốc doanh điều sử dụng các sản phẩm của ngành cán kéo kim loại và phụ thuộc ít nhiều vào nó Chính vì lẽ đó mà nghành cán kéo rất được chú ý và phát triển mạnh trên thế giới Các khu liên hợp sản xuất và các máy cán ngày càng được cơ khí hóa, tự đọng hóa, tin học hóa để không ngừng năng cao năng xuất và giảm nhẹ cường độ lao động Sản lượng thép và thép cán của mỗi quốc gia là một trong những thước đo về chỉ tiêu kinh tế và sức mạnh kinh tế của mỗi quốc gia.
Nhu cầu về sản phẩm thép trong vài năm tới
Theo báo cáo của Hiệp hội Thép Thế giới, Trung Quốc là nước sản xuất và tiêu thụ thép lớn nhất thế giới, chiếm gần một nửa tổng sản lượng thép toàn cầu trong năm ngoái Ngành thép Trung Quốc có truyền thống tập trung vào các sản phẩm thép dài Tuy nhiên, nhu cầu các sản phẩm thép tấm sẽ vượt qua thép dài trong vài năm tới Các nghiên cứu gần đây đều cho thấy, tiêu thụ sản phẩm thép tấm toàn cầu sẽ tăng trưởng ở tốc độ CACR trên 10% trong giai đoạn từ 2011 đến 2014 Nguyên nhân chính đẩy tăng nhu cầu sản phẩm thép như dải thép và thép tấm là ngành công nghiệp ôtô, đóng tàu và chế tạo máy đang phát triển. Cùng với xu hướng này, sự phát triển mạnh mẽ ở các ngành công nghiệp khác nhau sẽ thúc đẩy ngành thép duy trì xu hướng tăng trưởng đi lên trong vài năm tới Cho dù khủng hoảng kinh tế toàn cầu đã ảnh hưởng tiêu cực lên ngành thép ở các mức độ khác nhau trong hai năm vừa qua, nhưng gói kích cầu của chính phủ các nước sau đó đã giúp thúc đẩy tăng trưởng kinh tế bằng cách bơm tiền vào các ngành công nghiệp như xây dựng, cơ sở hạ tầng, ô tô và điện.
Khái niệm chung về cán kéo kim loại
Khái niệm của quá trình cán
Cán kéo là phương pháp gia công áp lực làm cho kim loại biến dạng giữa 2 trục cán quay ngược chiều nhau có khe hở nhỏ, nhỏ hơn chiều cao của phôi Kết quả làm cho chiều cao của sản phẩm giảm, chiều dài và chiều rộng tăng lên. Hình dạng giữa 2 khe hở của 2 trục cán quyết định hình dạng của sản phẩm. Đặc điểm của quá trình cán:
Cán kim loại có thể tiến hành ở trạng thái nóng hoặc nguội.
Cán nóng có ưu điểm: tính dẻo của kim loại cao nên biến dạng xảy ra dễ dàng nhưng chất lượng bề mặt kém vì tồn tại vảy sắt trên bề mặt phôi nung Vì vậy cán nóng dùng để cán phôi, cán thô tấm dày, cán thép hợp kim
Cán nguội thì chất lượng bề mặt tốt hơn song khó biến dạng nên dùng để cán tinh, cán tấm mỏng, dài hoặc kim loại mềm
Sản phẩm cán
Sản phẩm thép rất đa dạng, được phân làm 4 dạng chính: dạng hình, dạng tấm, dạng ống và dạng đặc biệt Thép hình: các sản phẩm loại thép hình chia ra
-Dạng đơn giản gồm: thanh, thỏi có tiết diện tròn, vuông, lục giác, chữ nhật, bán nguyệt
-Dạng phức tạp có tiết diện: V, U, I, Z, thép tải điện, thép đường ray, thép 3 cạnh
Kết cấu chính của máy cán
Máy cán là một tổ hợp gồm các bộ phận : Nguồn Năng Lượng, các bộ phậm dẫn động và giá cán
Hình 2.3 Sơ đồ máy cán 1.Trục cán
+ Giá cán : Là bộ phận chủ yếu của máy cán bao gồm : Các trục cán gối lên ổ đỡ, các gối tựa được đặt trong cửa sổ của thân máy, có hệ thống xén trục và cân bằng trục
+Trục cán : Gốm 3 phần : Thân trục cán, cổ trục cán và đầu chữ thập
- Thân trục cán có dạng trục tròn hay có các lổ tạo hình, cổ trục cán dùng để lắp ổ đỡ, đầu chữ thập nối với các bộ phận truyền dẫn
Hình 2.4 Kết cấu trục cán
+ Trục truyền : truyền momen xoắn từ hộp phân lực đến các trục cán
+ Hộp truyền lực : phân phối momen xoắn ra cho các trục cán Hộp truyện lực là hộp bánh răng chữ V ăn khớp nhau, răng nghiêng về hai phía có khả năng chịu tải lớn và chống lực dọc trục
+ Hộp giảm tốc : Gồm các bánh răng nghiêng, có từ 1 đến 3 cấp.
Thiết bị phụ trong xưởng cán
-Những thiết bị không trực tiếp tham gia làm biến dạng kim loại nhưng đóng vai trò vcùng quan trọng Nếu không có chúng thì sản phẩn không hoàn hảo Thiết bị phụ gồm : lò nung liên tục, máy đẩy phôi vào lò, máy đẩy phôi ra lò,bàn quay đầu, bàn nâng hạ, sàn thao tác, các con lăn dẫn phôi, máy cắt, máy nắn thẳng mặc dù các thiết bị này không tham gia cán thép nhưng chúng luôn cần thiết cho nhà máy cán thép từ thủ công cho đến hiện đại.
-Phôi thép :được nhập khẩu từ nước ngoài hay được nấu luyện rồi cán thành phôi ở trong nước theo một quy trình riêng
Lò nung phôi :Nung nóng kim loại đến nhiệt độ cán cần thiết.(1250-1500°C) Có nhiều loại lò nung (lò buồng, lò điện trở,lò cảm ứng ) nhưng trong cán thép định hình hay dùng loại lò nung liên tục Đây là loại lò mà nhiệt độ trong không gian làm việc của nó tăng dần từ cửa chất phôi đến cửa lấy phôi ra.Phôi được chuyển vào buồng nung sơ bộ(300-500°C) rồi sau đó chuyển qua buồng nung chính (1250 -1500°C) rồi sau đó qua buồng giữ nhiệt và lấy ra theo cửa lò
Máy cán thô :Đây là những máy cán cỡ lớn , có năng suất cao Thường những máy cán thô có giá cán 3 trục Nhiêm vụ của máy cán thô là cán phá phôi ban đầu để giảm nhanh tiết diện phôi.Giá cán thô thường được bố trí hệ thống lỗ hình giãn dài như hệ thống lỗ hình hộp chữ nhật - vuông , thoi - vuông vì các hệ thống lỗ hỡnh này cú hệ số gión dài à lớn sẽ làm giảm rất nhanh tiết diện phụi Máy cán trung gian :Đây là những máy cán có công suất trung bình Các giá cán 3 trục của máy thường được bố trí thành hàng ngang và được đẫn động bằng một động cơ chung Nhiệm vụ của máy cán trung gian là cán phôi thép từ máy cán thô, giảm dần tiết diện phôi và đưa hình dạng phôi về gần với hình dạng sản phẩm
-Máy cán tinh : Thường gồm các giá cán 2 trục bố trí theo hàng dọc Mỗi giá cán được dẫn động bằng một động cơ riêng Ở gía cán tinh cuối cùng chỉ được cán một lần để sản phẩm được đẹp và chính xác Lỗ hình trục cán của các mỏy cỏn tinh được thiết kế với lượng gión dài à bộ, cú tỏc dụng khống chế kớch thước sản phẩm để cho ra sản phẩm cuối cùng ở trạng thái nóng đảm bảo hình dạng và kích thước theo yêu cầu ( đảm bảo cả dung sai sản phẩm)
-Khâu xử lý :Giữa các nhóm cán thô và cán trung gian, cán trung gian và cán tinh là khâu xử lý.Tại đây phôi cán được cắt bỏ phần đầu và đuôi để loại tạp chất, cắt phân đoạn phôi khi quá dài, tạo hình đầu vật cán để đễ ăn vào các lỗ hình Đây là một khâu quantrọng có ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm sau này
-Khâu định hình thành phẩm :Khâu này có nhiêm vụ phân loại hình thành phẩm.Nếu thành phẩm ở dạng cuộn thì tại đây bố trí các máy quấn dây để cuốn sản phẩm thành cuộn, nếu thành phẩm ở dạng cây thì ở khâu này sẽ được phân đoạn đúng theo chiều dài yêu cầu Sau khâu định hình thành phẩm, sản phẩm cán sẽ được chuyển sang KCS có nhiệm vụ kiểm tra chất lượng sản phẩm Các sản phẩm đạt yêu cầu sẽ được đóng gói và chuyển vào kho chứa thành phẩm.
Gia công áp lực
Biến dạng dẻo của kim loại
Thông thường kim loại có cấu trúc đa tinh thể (bao gồm nhiều hạt).Trong mỗi hạt các tinh thể xắp xếp theo một phương nhất định và có thể coi đơn tinh thể là một hạt Các hạt định hướng khác nhau và tạo với nhau một góc nhất định tại biên giới hạt Bản chất của biến dạng dẻo trong kim loại là biến dạng dẻo trong đơn tinh thể và trong đa tinh thể
Biến dạng dẻo trong đơn tinh thể : Theo 2 cơ chế chính là trượt và song tinh
+ Sự trượt :Trong tinh thể luôn tồn tại các khuyết tật, khuyết tật đường quan trọng nhất là lệch mạng, bao gồm lệch mạng xoắn và lệch mạng vuông góc Ở lệch mạng vuông góc, phía bên trên một mặt phẳng nào đó (gọi là mặt trượt) có một lớp nguyên tử thừa so với phần dưới mặt này Khi có ngoại lực tác dụng, lệch mạng chuyển động theo phương tác dụng dần dần sang các vị rí của các nguyên tử kế cận theo từng bước giống như sự dịch chuyển của con sâu đo cho tới khi gặp biên giới hạt hoặc bề mặt kim loại Quá trình này gọi là sự trượt. Như vậy sự trượt là sự chuyển dịch tương đối của một bộ phận so với một bộ phận khác của mạng tinh thể trên mặt trượt theo một phương gọi là phương trượt đi một khoảng cách bằng bội số của thông số mạng a (khoảng cách giữa các nguyên tử) Kết quả là sau khi ngoại lực thôi tác dụng, vật không thể trở về vị trí và hình dạng ban đầu Với lệch vuông góc, hướng chuyển động của lệch mạng cùng phương với phươngứng suất tiếp còn với lệch xoắn, lệch mạng chuyển động vuông góc với phươngứng suất tiếp
Hình 2.6 Quá trình dịch chuyển của lệch mạng
+Song tinh : Song tinh là sự dịch chuyển tương đối của một loạt các mặt phẳng nguyên tử này so với một loạt các mặt phẳng nguyên tử khác, kết quả là các nguyên tử đối xứng nhau qua một mặt phẳng được gọi là mặt song tinh. Khoảng cách dịch chuyển của các nguyên tử không phải là số nguyên lần thông số mạng.
Hình 2.7 Sơ đồ song tinh a,b: mạng tinh thể trước và sau song tinh
Các nghiên cứu lý thuyết và thực ngiệm cho thấy trượt là hình thức chủ yếu gây ra biến dạng dẻo trong kim loại, các mặt trượt là các mặt phẳng có mật độ nguyên tử cao nhất Biến dạng dẻo do song tinh gây ra rất bé, nhưng khi có song tinh, trượt sẽ xảy ra thuận lợi nhất, giúp cho biến dạng dễ dàng
Biến dạng dẻo trong đa tinh thể:
Biến dạng dẻo trong đa tinh thể bao gồm 2 quá trình chủ yếu : Biến dạng trong nội bộ từng đơn tinh thể và biến dạng ở vùng tinh giới các hạt Biến dạng trong nội bộ từng đơn tinh thể bao gồm các quá trình trượt và song tinh xảy ra tương tự như trong đơn tinh thể : các hạt không biến dạng cùng một lúc mà bắt đầu với những mặt trượt với lực tác dụng một góc gần 45° nhất, sau đó đến các hạt lân cận khác và cứ thế các hạt biến dạng dần
Biến dạng ở vùng tinh giới các hạt : dưới tác dụng của ngoại lực, biên giới hạt của các tinh thể cũng bị biến dạng Khi dó, các hạt trượt và quay tương đối với nhau Do sự trượt và quay tương đối của các hạt, trong các hạt lại xuất hiện các mặt trượt thuận lợi mới , giúp cho biến dạng trong kim loại tiếp tục phát triển
Tổ chức và tính chất của kim loại sau biến dạng dẻo:
Biến dạng dẻo làm thay đổi tổ chức, tính chất, đặt biệt là cơ tính của vật liệu
- Trong và sau khi trược mạng tinh thể ở xung quanh mặt trược bị xô lệch,các hạt bị biến dạng không đồng điều, song điều có khuynh hướng bị kéo dài ra,bẹt lai theo phương biến dạng
- Sau khi bị biến dạng, trong kim loại tồn tại ứng suất dư do xô lệch mạng và biến dạng không điều giữa các hạt Nói chung ứng suất dư có hại cho cơ tính vật liệu
- Sau khi biến dạng dẻo, do mạng tinh thể bị xô lệch cơ tính kim loại thay đổi mạnh theo chiều hướng: tăng cứng, tăng bền, nhưng lại giảm độ dẻo, độ dai, có xu hướng biến cứng hoá bền Hiện tượng này gọi là hoá bền biến dạng
- Ngoài làm thay đổi cơ tính, biến dạng dẻo cũng luôn thay đổi lý, hoá tính:Làm tăng điện trở, làm giảm mạnh tính chống ăn mòn
Các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo và biến dạng của kim loại
Ảnh hưởng của thành phần và tổ chức kim loại:
Các kim loại khác nhau có kiểu mạng tinh thể, lực kiên kết giữa các nguyên tử khác nhau do đó tính dẻo của chúng cũng khác nhau Đối cới các hợp kim, kiểu mạng thường phức tạp, xô lệch mạng lớn, một số nguyên tố tạo các hạt cứng trong tổ chức cản trở sự biến dạng do đó tính dẻo giảm Thông thường, kim loại sạch và hợp kim có cấu trúc một pha dẻo hơn hợp kim một pha Các tạp chất thường tập trung ở biên giới hạt, làm tăng xô lệch mạng cũng làm giảm tính dẻo của kim loại Ảnh hưởng của nhiệt độ : Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ Hầu hết các kim loại khi tăng nhiệt độ thì tính dẻo tăng Khi tăng nhiệt độ, dao động nhiệt của kim loại tăng, đồng thời xô lệch mạng giảm, khả năng khuếch tán của các nguyên tử tăng làm cho tổ chức đồng đều hơn Một số kim loại và hợp kim ở nhiệt độ thường tồn tại ở pha kém dẻo, khi ở nhiệt độ cao chuyển biến thù hình thành pha có độ dẻo cao Ảnh hưởng của ứng suất dư : Khi kim loại bị biến dạng nhiều, các hạt tinh thể bị vỡ vụn, xô lệch mạng tăng, ứng suất dư tăng, ứng suất dư lớn làm cho tính dẻo giảm mạnh (biến cứng) Khi nhiệt độ kim loại đạt từ (0,25 - 0,3 )Tnc, ứng suất dư và xô lệch mạng giảm làm cho tính kim loại phục hồi lại Nếu nhiệt độ nung đạt tới 0,4 Tnc trong kim lạo bắt đầu xuất hiện quá trình kết tinh lại, tổ chức kim loại sai kết tinh lại có hạt đồng điều và lớn hơn, mạng tinh thể hoàn thiện hơn nên độ dẻo tăng Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính : Trạng thái ứng suất chính ảnh hưởng đáng kể tới tính dẻo của kim loại Qua thực nghiệm người ta thấy rằng, kim loạ chiệu ứng suất nén khối có tính dẻo cao hơn khi chiệu ứng suất nén mặt, ứng suất nén đường hay ứng suất kéo Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng : Sau khi rèn, dập, các hạt kim loại bị biến dạng do chịu tác dụng mọi phía nên chai cứng hơn, sức chống lại sự biến dạng của kim loại sẽ lớn hơn đồng thời khi nguội dần sẽ kết tinh lại như cũ Nếu tốc độ biến dạng nhanh hơn tốc độ kết tinh lại thì các hạt kim loại bị chai chưa kịp trở lại trạng thái ban đầu mà tiếp tục biến dạng, do đó ứng suất trong kim loại sẽ lớn, hạt kim loại bị dồn và có thể nứt.
Các định lực áp dụng trong gia công áp lực
a Định luật biến dạng đàn hồi tồn tại khi biến dạng dẻo:
Khi biến dạng dẻo của kim loại xảy ra đồng thời đã có biến dạng đàn hồi tồn tại Quan hệ của chúng qua định luật Hooke Khi biến dạng kích thước của kim loại so với kích thước sau khi thôi tác dụng lực khác nhau nên kích thước của chi tiết sau khi gia công xong khác với kích thước lổ hình của khuôn (vì có đàn hồi) b Định luật ứng suất dư :
Trong quá trình biến dạng dẻo kim loại vì ảnh hưởng của các yếu tố như: nhiệt độ không điều, tổ chức kim loại không điều, lực biến dạng phân bố không điều, ma sát ngoài điều làm cho kim loại sinh ra ứng suất dư Bên trong bất sứ kim loại nào cũng điều sinh ra ứng suất dư cân bằng nhau Sau khi thôi tác dụng lực, ứng suất dư vẫn còn tồn tại c Định luật thể tích không đổi : H.B.L = h b.l (2.1) d Định luật trở lực bé nhất :
Trong quá trình biến dạng, các chất điểm của vật thể di chuyển theo hướng nào có trở lực bé nhất
2.2.1 Các đại lượng và các thông số đặt trưng của quá trình cán kim loại
Các đại lượng đặt trưng cho quá trình cán kim loại: a Vùng biến dạng:
Khi cán hai trục cán quay liên tục và ngược chiều nhau, nhờ ma sát tiếp xúc giữa vật cán và bề mặt trục cán mà vật được ăn vào trục và bị biến dạng Vùng kim loại ăn để bị biến dạng và ra khỏi trục cán gọi là vùng biến dạng Vùng biến dạng là vùng kim loại bị biến dạng dẻo dưới tác dụng của lực cán được truyền lên trục
Hình 2.8 Sơ đồ biến dạng khi cán kim loại b Các thông số đặt trưng cho vùng biến dạng
- Góc ăn kim loại α (rad, độ) : góc chắn bởi cung AB và CD
- Chiều dài vùng biến dạng l (mm) : cung AB và CD gọi là chiều dài vùng biến dạng
- Góc trung hoà ɤ: IOB = ɤ là góc trung hoà Tại tiết diện IJ của góc trung hoà, vận tốc của trục cán bằng vận tốc kim loại :
- Lượng ép tuyệt đối h (mm)
- Lượng ép tương đối ɛ % : tỷ số giữa lượng ép tuyệt đối với chiều cao ban đầu của kim loại ɛ = ( ∆ h/h1)x100% (2.3)
- Lượng ép tổng Ʃ ∆ h (mm) : ∆ h = ∆ h1 + ∆ h2 + ∆ h3 + + ∆ hn (2.4)
∆ h1, ∆ h2, ∆ h3 ∆ hn lượng ép từ lần cán thứ nhất dến, , đến lần cán thứ n
- Lượng giãn rộng tuyệt đối ∆ b (mm) : Hiệu số giữa chiều rộng vật sau và trước khi cán
- Hệ số giãn dài khi cán : Tỷ số chiều dài sau và trước khi cán ∆ = l2/l1 c Quan hệ giữa các thông số trong vùng biến dạng :
- Chiều dài cung tiếp xúc : l = √ R ∆ h (2.7)
- Lượng giãn rộng tuyệt đối: ∆ b=1,15√ 2 ∆ h h 1 √ R ∆ h - ∆ h 2 f (mm) (2.8) f : Hệ số ma sát (f = 1,05 ;0,00057t) (2.9) t : Nhiệt độ cán ( 0 C)
2.2.1 Điều kiện cán vào: Để vật cán ăn vào trục cán thì : 2Tx > 2Nx ; Tx > Nx (1) (2.10) NX= Nsinα , TX = Tcosα, T = N.f (f : Hệ số ma sát) (2.11) Như vậy : N.f cosα > Nsinα => f > tgα Vìα quá nhỏ nên tgα ~ α
Vậy điều kiện cán vào : ∆ h < R f 2 (2.12)
Hiện tượng trễ cán và hiện tượng vượt trước
Hình 2.9 Sơ đồ biến dạng khi cán kim loại
II Vùng vượt trước Tại vùng biến dạng có các hiện tượng sau :
- Tốc độ cán tại điểm kim loại tiếp xúc với trục cán VH cho tới tiết diện trung hoà luôn nhỏ hơn tốc độ trục cán V (VH < V) Hiện tượng này gọi là hiện tượng trễ khi cán Vùng biến dạng có hiện tượng trễ gọi là vùng trễ
- Từ tiết diện trung hoà theo hướng cán ra khỏi trục cán, tốc độ cán luôn có hiện tượng V < Vh Hiện tượng này gọi là hiện tượng vượt trước Vùng biến dạng có hiện tượng vượt trước gọi là vùng vượt trước
- Tại tiết diện trung hoà V = VH = Vh (2.13)
PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY 21 3.1 Một số phương án thiết kế máy cán thép định hình
Lựa chọn phương án máy thiết kế
Việc lựa chọn phương án máy thiết kế phụ thuộc vào loại phôi cán, năng suất cán, sản phẩm và quy mô xưởng sản xuất Với yêu cầu thiết kế máy cán có công suất nhỏ, cán các loại phôi có kích thước vừa phải đã qua cán thô, năng xuất cán thấp, bố trí ở các xưởng sản xuất tư nhân thì với kết cấu máy ở phương án 3 là thích hợp
Hình 3.4 Sơ đồ động cơ
Hình 3.5 Quá trình cán phôi
CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ LỖ HÌNH TRỤC CÁN
- Phôi đã qua cán thô, kích thước 80 x 80 mm
- Kích thước sản phẩm 20 x 20 mm Với dung sai C −0,4 +0,2
- Vận tốc trung bình trục cán VTB = 4 -5 m/s
- Đường kính trục cán D = 300 mm
Việc tính toán và thiết kế lỗ hình phụ thuộc vào kiểu máy và kích thước sản phẩm Quá trình tính toán là ngược hướng cán Tính kích thước 3 lỗ hình cuối trước tiên sau đó tính kích thước cho các lỗ hình cán thô
Số lần cỏn hợp lý được tớnh theo cụng thức n = log Fo log −logFn à tb
Diện tích tiết diện phôi F0 = 40.40 = 1600 mm 2
Hệ số gión dài trung bỡnh àtb = 1,22 (4.2) n = log 1600− log1,22 log 400
Chọn số lần cán là n = 7 lần
4.1 Chọn hệ thồng lỗ hình và cách bố trí lỗ hình trên giá cán : a Chọn hệ lỗ hình trục cán :
Với yêu cầu sản phẩm vuông sắc cạnh nên ta chọn hệ thống lỗ hình trục cán là thoi - vuông Vì hệ thống lỗ hình này có góc ăn ở đỉnh lớn ( α= 110° - 115°) ,lực ép từ mọi phía lỗ hình nên làm cho sản phẩm chính xác kích thước, sắc cạnh, khử vảy rèn tốt b Sắp xếp và bố trí lỗ hình trên trục cán : Để việc thiết kế lỗ hình đơn giản, ta chọn phương án bố trí xen kẽ :
Hình 4.1 Lỗ hình trên trục cán c Tính toán, xác định kích thước lỗ hình trục cán:
Xác định kích thước lỗ hình tinh :
Sản phẩm thép vuông có cạnh Cn = 20 với dung sai ∆ = -0,4 +0,2
Xét một phần dung sai âm, tính kích thước lỗ hình vuông tinh ở trạng thái nóng
2 ) ,1 (mm) Diện tích lỗ hình vuông tinh (thành phẩm) (4.4)
Kích thước lỗ hình vuông tinh : h 7 = b 7= 1,41 C 7 = 1,41 x 20,1 = 28,3 mm
Lỗ hình tinh không có bán kính lượn
Chọn khe hở giữa hai trục cán là t = 4mm
Chiều rộng miệng lỗ hình : b 7 ’=b 7−t (,3− 4$,3 mm
Hình 4.2 Kích thước lỗ hình vuông 7
Theo đồ thị hình 7-2/214[ CPPTKLHTC ] ta có hệ số giãn dài lỗ hình vuụng tinh à 7 = 1,11
Vậy diện tích lỗ hình thoi trước tinh là :
Từ đồ thị hình 7-23b/249 [ CPPTKLHTC ] ta có lượng giãn rộng trong lỗ hình vuông tinh
Vậy chiều cao của lỗ hình thoi số 6 là: h 6=1,41C 7− ∆ b 7=1,41 20,1−3%,3 (mm) (4.5) Chiều rộng của lỗ hình thoi b 6 là: b 6 = 2 h F 6 6 = 2.499 25.3 = 35,5 (mm) (4.6) Góc ở đỉnh hình thoi số 6 : α 6=2 arctg b 6 h 6 =2 arctg 35,5
Chiều rộng miệng lỗ hình thoi số 6 : b 6 ’=b 6−1,41 t 5,5−1,43 4),78 mm (4.8)
Hình 4.3 Kích thước lỗ hình thoi 6
Từ đồ thị 7-23b/214 [ CPPTKLHTC] ta có hệ số giãn dài ở lỗ hình thoi trước tinh(số 6) à 6 =1,2
Vậy diện tớch hỡnh vuụng trước tinh : F 5 = à 6 F 6 = 1,2 449 = 560 (mm 2 ) Cạnh hỡnh vuụng trước tinh là: C 5 = à6 F 6= 1,2.449V0 (mm 2 ) (4.9) Kích thước hình vuông số 5 : h 5= b 5 = 1,41 C5 = 1,41 23,2 = 32,7 mm Chiều rộng miệng lỗ hình : b 5’= b 5 - t = 32,7 - 4 = 28,7mm (4.10)
Hình 4.4 Kích thước lỗ hình 5
Xác định kích thước các lỗ hình vuông thô
Khi cán thép CT38 với tốc độ cán V= 5m/s và nhiệt độ cán ở lỗ hình số 4 khoảng t= 1100 °C thì dựa vào đồ thị (3-1)/80 [ CPPTKLHTC ] ta xác định được góc ăn vào cực đại α °
Dựa vào đồ thị (7-22)/248 [ CPPTKLHTC] ta có hệ số giãn dài lỗ hình vuụng 5 là : à 5 = 1,25( ứng với cạnh vuụng C 5 = 23,2mm, α ° )
Với lỗ hình thoi 4 ta lấy hệ số giãn dài xấp xĩ ở lỗ hình vuông 5 à 4 = à5 = 1,35 (4.11)
Vậy diện tớch lỗ hỡnh vuụng 3 là: F3 = à4 à5.F5 =1,35.1,35.539 = 982(mm 2 ) Cạnh hình vuông 3 là : C3 = √ F 3= √ 982 = 31,34 (mm) (4.12) Kích thước hình vuông số 3 : h 3 = b 3 = 1,41 ; C 3 = 1,41 31,34 = 44mm Chiều rộng miệng lỗ hình số 3 : b 3’= b 3 - t = 44,2 -4 = 40,2mm (4.13)
Hình 4.5 Kích thước lỗ hình vuông 3
- Khi góc ăn α = 20° , cạnh vuông C 3 = 31,34 ta có hệ số giãn dài lỗ hình vuụng 3 là à 3 =1,25 (hỡnh 7-22)b/248 [ CPPTKLHTC ]
Chọn hệ số gión dài ở lỗ hỡnh thoi số 2 α 2 = à 3= 1,25
Vậy diện tớch lỗ hỡnh vuụng số 1 là: F1 = à 3à 2 F 3 (4.14)
Cạnh hình vuông 1 là :C1 = √ F 1=√ 15349 (mm) (4.15)
Kích thước hình vuông số 1 : h 1 = b 1 = 1,41 C1 = 1,41 39 = 55 mm
Chiều rộng miệng lỗ hình số 1 :b 1’= b 1 - t = 55 -4 = 51mm (4.16)
Hệ số gión dài trong lỗ hỡnh vuụng số 1 à1 = 1,25 ( 7.22b/248[ CPPTKLHTC ])
Hình 4.6 Kích thước lỗ hình vuông 4
Xác định kích thước của lỗ hình thoi trung gian
● Lỗ hình thoi 4 ( giữa lỗ hình 5 và 3) :
Hệ số giãn dài của lỗ hình thoi 4 và lỗ hình vuông 5 là : à 4=à 5= F 3
Hệ số giãn dài của lỗ hình thoi 4 xấp xỉ lỗ hình vuông 5: à 4=à 5=√ 1,82=1,35
Vậy diện tớch lỗ hỡnh thoi 4 là: F 4 =à 4 F 5=1,35 539r7 (mm 2 )
Từ đồ thị hình 7-23 [ CPPTKLHTC ] cạnh vuông C5 = 23,2mm, hệ số giãn dài à5 =1,25 ta cú : ∆ b5 = 5mm
Vậy chiều cao của lỗ hình thoi h 4 là: H 4 = 1,41C 5 - ∆ b5 = 32,7 -5 = 27,7 (mm)
Chiều rộng của lỗ hình thoi số 4 là: b4 = 2 h F 4 4 = 2.272 27,7 R,5 (mm)
Góc ở đỉnh hình thoi số 4 : α 4 = 2arctg b h 4 4 = 2arctg 52,5 27,7 = 125
Chiều rộng miệng lỗ hình thoi số 4 : B 4’= b 4 -1,9 t = 52,5 -1,9 4 = 44,
Hình 4.7 Kích thước lỗ hình thoi 4 Khoảng trống dành cho giãn rộng ở lỗ hình thoi 4 :
Theo đồ thị hình 7-23b [ CPPTKLHTC ] thì lượng giãn rộng để đưa phôi vuụng vào lỗ hỡnh thoi với à4 = 1,35 với cạnh hỡnh thoi qui ước C 4 = √ F 4= √ 727
= 27 (mm) sẽ là ∆ b4 = 5mm Trong khi đó khoảng trống tính toán cho giãn rộng là 8,3mm Vậy không cần thay đổi lỗ kích thước hình thoi 4
Diện tích lỗ hình thoi 2 là:
Chiều cao của lỗ hình thoi h2 là: h 2= h3−∆ b3D,2 −59,2 (mm)
Chiều rộng của lỗ hình thoi số 2 là: b2 = 2 h F 2 2 = 2.1227 39,2 = 62,6 (mm)
Góc ở đỉnh hình thoi số 2 : α 2=2 arctg b 2 h 2 =2 arctg 62,6
39,2 = 116° Chiều rộng miệng lỗ hình thoi số 2 : b 2 ’=b 2−1,57t b,6−1,57.4V,32 mm
Khoảng trống dành cho giãn rộng ở lỗ hình thoi 2 :
Theo đồ thị 7-23/249 [ CPPTKLHTC] ta có lượng giãn rộng để đưa phôi vào lỗ hỡnh thoi số 2 với cạnh hỡnh thoi qui ước C 2 = √ F 2= √ 1277 = 35mm và à2
= 1,25 là ∆ b2 =5mm So với lượng giãn rộng tính toán là 7,6mm thì không cần hiệu chỉnh kích thước lỗ hình thoi số 2
Hình 4.8 Kích thước lỗ hình thoi 2 ( trước tinh)
Đường kính làm việc tại mỗi lỗ hình
a) Đường kính làm việc tại lỗ hình vuông :
Dựa vào bảng 1.1 [ CPPTKLHTC ] ta có :
Dk ͠ D - 0,76a ( D : đường kính trục cán ; a : cạnh lỗ hình vuông )
Hình 4.9 Đường kính làm việc của lỗ hình vuông Dk
D 7 ᴝ300−0,76( 20,1)(5 (mm) b) Đường kính làm việc tại các lỗ hình thoi:
Dựa vào bảng 1.1 [ CPPTKLHTC ] ta có :
Dk ᴝ D -0,55h i ( h i : chiều cao tại lỗ hình thoi )
Hình 4.10Đường kính làm việc của lỗ hình vuông Dk
- Đường kính làm việc tại lỗ hình thoi 2:
- Tại lỗ hình 4 : D = 300 (mm) ; h4 = 27,7 (mm)
- Tại lỗ hình thoi 6 :D = 300 (mm) ; h6 = 25,3 (mm)
D 6 ᴝ300−0,55(24,3 )(6 (mm) Bảng I Kết quả tính toán lỗ hình
Hình 4.11 góc ăn kim loại được xác định lại bằng công thức α = arccos( 1− ∆ h Dk ¿
Hình 4.12 Sơ đồ bố trí các lỗ hình trên giá cán 3 trục
CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC MÁY
5.1 Sơ đồ động máy cán :
Theo cách phân tích và lựa chọn phương án ở chương 2, ta thiết kế máy cán cỡ nhỏ, giá cán có 3 trục cán ɸ 300, cán thủ công
Hình 5.1 Sơ đồ máy cán
6 Hộp giảm tốc a.Động cơ điện:
Ta chọn loại động cơ có số vòng quay n80 vòng/phút Để tốc độ trung bình của trục cán đạt từ 4 - 5m/s, ta chọn tỉ số truyền là i=5 b Hộp giảm tốc:
Ta chọn hộp giảm tốc cần thiết kế là hộp giảm tốc loại bánh răng trụ răng nghiêng một cấp vì tỉ số truyền ta chọn i=5 c.Hộp phân lực:
Gồm 3 bánh răng chữ V có kích thước bằng nhau để đảm bảo tốc độ quay của 3 trục cán là như nhau d Trục, khớp nối hoa mai:
Vì máy cán cần thiết kế là máy cáncó 3 trục có đường kính bằng nhau, có khe hở giữa 2 trục cán nhỏ, do vậy góc nâng α của hệ trục truyền lực từ hộp phân lực đến trục cán sẽ nhỏ nên ta chọn loại trục, khớp nối hoa mai để truyền chuyển động quay từ hộp phân lực đến ba trục cán hình trên giá cán Loại trục này có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo lắp ráp
Nguyên lý hoạt động : Khi động cơ 1 quay thì trục bánh răng trong hộp giảm tốc cũng quay nhờ khớp nối 2.Hộp giảm tốc 3 truyền chuyển động quay đến hộp phân lực 4 nhờ khớp nối nối giữa trục ra của hộp giảm tốc và trục giữa hộp phân lực Hộp phân lực được thiết kế với ba trục mang ba bánh răng chữ V có kích thước bằng nhau Lúc này chuyển động quay từ hộp phân lực sẽ được truyền tới trục cán nhờ ba trục truyền khớp nối hoa mai.
Lực cán, môment cán và công suất động cơ
Các thông số ban đầu :
Phôi ban đầu thép CT38 có kích thước ( 40x 40)mm 2
Trên giá cán 3 trục ɸ300 Chọn f = 0,4
Chọn nhiệt độ cho lần cán thứ nhất là 1200°C và giảm xuống 30°C cho mỗi lần cán tiếp theo
Tra giản đô trạng thái sắt - cacbon (Fe - C ) đối với thép CT38 ta có :
T ch = 1470°C Do đó ta chọn nhiệt độ cán lần thứ nhất là T c1 = 1200 và hạ xuống 30° sau mỗi lần cán tiếp theo
Theo kết quả đã tính toán ở phần trước Ta có được bảng số liệu ban đầu như sau:
7 Vuông 28,3 28,3 7,2 7,2 285 1020 42 h: chiều cao của lỗ hình b: chiều rộng của lỗ hình
D: đường kính làm việc tại mỗi lỗ hình tc : nhiệt độ tại mỗi lần cán δ B: là giới hạn bền của thép theo nhiệt độ, dựa vào đồ thị hình
Lực cán được xác định theo công thức :P = P tb F tx (Mn/T) (5.1)
Trong đó : P tb: là áp lực đơn vị hay còn gọi là áp lực trung bình
F tx : diện tích tiếp xúc giữa kim loại với bề mặt trục cán
B tb : chiều rộng trung bình của vật cán
B 1 , B 2 : chiều rộng của vật cán trước và sau khi cán
L : chiều dài cung tiếp xúc, l = √ R ∆ h (5.3) Áp lực trung bình được tính theo công thức kinh nghiệm của Buganôp :
- Khi tc > (tch -575)°C : P tb = δ B ( t ch - ( tch+75 150 ) 2 [ 1 + f ( √ R ∆ h h 1+ h2 - 1) ]
- Khi tc < (t ch -575)°C: P tb = δ B ( tch−tc 1000 ) 2 [ 1 + f ( 2 √ R ∆ h h 1+ h2 - 1) ] (5.20)
[TTTKCTMCT] (5.5) f: hệ số ma sát giữa trục cán và phôi Chọn f = 0,4
Lực cán tại lỗ hình vuông 1: t c1 = 1200° > (tch - 575)°C chọn công thức (5.19)
F tx1 = 40+55 2 √ 135.15 = 2137,5(mm 2 ) Áp lực toàn phần : P1 = 7,6 2137,5 = 16245 (kg) = 16,245(tấn)
Lực cán tại lỗ hình thoi 2 : tc2= 1170 0 > (tch - 575)°C chọn công thức (5.19)
F tx2 = 55+62,6 2 √ 139.18,8 = 2755,6(mm 2 ) Áp lực toàn phần P2 = 8,528 2755,6 = 23499,7(kg) = 23,4997(tấn)
Lực cán tại lỗ hình vuông 3: t c3 = 1140° > (tch - 575)°C chọn công thức (5.19)
F tx3 = 39,2+ 2 44,2 √ 138.18,4 = 2101,3(mm 2 ) Áp lực toàn phần P3 = 8,97 2101,3 = 18848,6 (kg) = 18,8486(tấn)
Lực cán tại lỗ hình thoi 4: tc4 10° > (tch - 575)°C chọn công thức (5.19)
F tx4 = 44,2+ 2 52,4 √142,5.16,5 = 2344,5(mm 2 ) Áp lực toàn phần P 4,04.2344,5%883 (kg) = 25,883(tấn)
Lực cán tại lỗ hình vuông 5: tc5 > (tch -575)°C chọn công thức (5.19)
F tx5 = 27,7+ 2 32,7 √ 141.19,8 95,7(mm 2 ) Áp lực toàn phần P 5 = 10,05 1595,7= 17632,4 (kg) = 17,63247(tấn) Lực cán tại lỗ hình thoi 6: tc6 > (tch -575)°C chọn công thức (5.19)
F tx6 = 32,7+ 2 35,5 √ 143.6,4 = 1031,6(mm 2 ) Áp lực toàn phần P6 = 10,56 1031,6 = 10790,6 (kg) = 10,7906(tấn)
Lực cán tại lỗ hình vuông 7 (thành phẩm) : tc1 > (tch - 575)°C chọn công thức (5.19)
F tx7 = 26,3+ 2 28,3 √ 142,5.7,2 t,5(mm 2 ) Áp lực toàn phần P 7 = 10,52 874,5 = 9199,7(kg) = 9,1997(tấn)
Bảng II Tổng hợp lực cán tại mỗi lỗ hình
F tx(mm) 2137,5 2755,6 2101,3 2344,5 1595,7 1031,6 874,5 P(KG) 16245 23499 18848,6 25883 17632,4 10790,6 9199,7 Mms = Mms1 + Mms2 (5.31) [ TTTKCTMCT]
Môment cán và các môment liên quan
P: lực cán (MN,T) a: cánh tay đòn a=(0,45−0,5 ) l=( 0,45−0,5 )√ R ∆ h (đối với cán nóng)
- Môment ma sát (Mms) do lực cán sinh ra tại cổ trục cán
P: lực cán d: đường kính cổ trục cán f’: hệ số ma sát của ổ đỡ trục cán, chọn theo bảng (5.4) [ TTTKCTMCT ]
Mms2 : môment ma sát sinh ra tại các chi tiết quay
GD 2 : là môment của tất cả các chi tiết dẫn động do máy cán sinh ra được chuyển về bánh đà gắn trên trục cán dn dt : gia tốc góc của trục cán
Kết quả tính toán: Trục cán ɸ300, làm bằng thép
Chọn đường kính cổ trục cán d ᴝ0,65D = 194 (mm)= 0,194m
Hệ số ma sát giữa cổ trục cán với ổ trượt f’ = 0,05
Vì cán không đảo chiều nên không có sự tăng tốc và giảm tốc
Vì cán khôngđảo chiều nên không có sự tăng tốc và giảm tốc
Vì cán không đảo chiều nên không có sự tăng tốc và giảm tốc.
Mc=2 P 4 a 4=2 P 4.0,5√ Rx ∆ h=2 25,883.0,5 √ (0,285 :2).0,0165=1,255 Tm Mms 1= P 4 df ’%,883.0,194 0,05=0,251 Tm
Vì cán không đảo chiều nên không có sự tăng tốc và giảm tốc
Vì cán không đảo chiều nên không có sự tăng tốc và giảm tốc
Mc 1=2 P 6 a6=2 P 6.0,5√ Rx ∆ h ¿ 2 10,7906.0,5√ 0,286 :2 ¿ 0,0064 ¿=0,326 Tm Mms1 = P6df’ = 10,7906.0,194 0,05 = 0,105Tm
Vì cán không đảo chiều nên không có sự tăng tốc và giảm tốc
Vì cán không đảo chiều nên không có sự tăng tốc và giảm tốc
Bảng III Tổng hợp môment cán và các môment liên quan tại mỗi lỗ hình
Tính công suất cho động cơ máy cán
Mỗi một giá cán hoặc một nhóm giá cán đều được dẫn động bởi một động cơ điện, động cơ này có thể là loại xoay chiều hoặc một chiều Tính công suất động cơ cho giá cán là phải tính theo lần cán có lực cán lớn nhất (Pmax) Từ lực cán lớn nhất tính ra các moment rồi chuyển về trục động cơ, công suất được tính theo công thức sau:
Nđc= Mtđc (kW) (5.36) [TTTKCTMCT] (5.6) Trong đó:
Mtđc: là momen tĩnh được quy về trục động cơ (T.m)
Mtđc Mc+ Mms1+ ƞ i mms 2+ Mo ± Mđ (5.38) [TTTKCTMCT] (5.7) ƞ : là hệ số truyền động hữu ích của máy, ƞ=ƞ1.ƞ2.ƞ3=0,83-0,93 ƞ1: là hệ số truyền động hữu ích của hộp giảm tốc, ƞ1=0,95-0,98 ƞ2: là hệ số truyền động hữu ích của hộp truyền lực, ƞ2=0,92-0,95 ƞ3: là hệ số truyền động hữu ích của trục khớp nối, ƞ3=0,95-0,99 i: là hệ số truyền động của động cơ đến trục cán i = nc n = ωc ω (5.8) n, ω : là vận tốc quay (vòng/phút) và vận tốc góc (1/s) của động cơ nv, ωc là vận tốc quay (vòng/phút) và vận tốc góc (1/s) của trục cán. Sau khi tính chính xác công suất động cơ, tra bảng chọn loại động cơ cần chọn, khi chọn phải tính tới hệ số an toàn và quá tải (K), có như vậy động cơ mới không bị cháy và hư hỏng Hệ số K thường lấy K = (1,5-1,2) b Tính toán:
Ta tính công suất cho động cơ cần chọn dựa vào các dữ liệu đã tính toán ở lỗ hình thoi 4 vì ở đây có lực cán lớn nhất
Vì cán khôngđảo chiều nên Mđ = 0
Tỉ số truyền động trục cán i = 5
Hệ số truyền hữu ích của máy ƞ= 0.93
Ta có Momen tĩnh quy về công suất động cơ :
Mtđc= Mc+ Mms1+ ƞi Mms 2+ Mo ± Mđ (Mđ= 0) (5.10)
Công suất cần thiết : Nct = Mtđc ω
Chọn hệ số an toàn K = 1,3 thì công suất động cơ cần chọn
Ta chọn động cơ điện không đồng bộ có mômen mở máy hơi cao, được che kín có quạt gió kiểu AO π 24-91-4
Khối lượng động cơ m = 610 kg
Ta chọn công suất cần thiết cho máy cán: Nct = 58 kW
CHƯƠNG 6 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY 6.1 Thiết kế trục cán hình :
6.1.1 Cấu tạo hình học và các kích thước cơ bản của trục cán
Lấy kích thước trục cán D làm chuẩn, ta có D = 300mm
- L: chiều dài bề mặt làm việc của trục cán
- d: đường kính cổ trục cán d = (0,565-0,65) cho trục cán hình (6.2)
- R: bán kính góc lượn ở trục (6.4)
- r: bán kính góc lượn ở ổ trục (6.5) r =0,1 d=¿ r= 0,1.200 mm
- c: là khoảng cách từ tâm cổ trục tới mép ngoài mặt trục làm việc c= L
- a: là khoảng cách từ tâm của hai điểm đặt hai phản lực P1, P2 khi trục cán bị lực cán P tác dụng a= L+2 cU0+200u0 (mm) (6.7)
- l1 : chiều dài phần nối của trục cán với khớp nối, chọn sao cho đủ chiều dài và có độ thừa hợp lý để lắp ráp
-d1 : đường kính tham gia phần lắp ráp với các khớp nối trục d 1=0,65d 0 (mm) (6.8)
Hình 6.1 Trục cán và các thông số hình học sơ bộ x10(mm) x2$4(mm) x316(mm) x488(mm) x5= 458(mm) x6R8(mm) x7Y6(mm)
6.1.2 Tính toán môment uốn do các lực gây ra tại mỗi lỗ hình:
Theo công thức : Mu= Px(1− x /a )=Px( a− x )/ a (6.9) Tại lỗ hình vuông 1:
Ta có : P 1,245 T x 10(mm)=0,17 m au0 (mm)=0,75 m
0,75 = 3,447Tm Tại lỗ hình thoi 4:
Vì cán không đảo chiều nên không có sự tăng tốc và giảm tốc Vì vậy
Vì cán dao không đảo chiều nên không có sự tăng tốc và giảm tốc Vì vậy
Tổng hợp môment uốn tại mỗi lỗ hình
Vậy qua bảng tổng hợp mômen uốn ta thấy sự chênh lệch mômen tại các lỗ hình sau mỗi lần cán là không quá lớn Do đó máy cần thiết kế sẽ không cần lắp bánh đa để dự trữ năng lượng
6.1.3 Nghiệm bền trục cán khi làm việc:
Khi làm việc, trục cán bị lực cán lớn nhất Pmax = P4 dụng lên trục Khi ấy thân trục cán bị uốn, cổ trục cán vừa chịu uốn vừa chịu xoắn, tại đầu nối trục thì chịu uốn thuần túy Vì vậy ta phải tính toán các bộ phận của trục theo điều kiện bền uốn, xoắn, tương đương để biết trục có làm việc được hay không
Vậy theo các kết quả đã tính toán ở phần trước ta nghiệm bền trục cán sẽ dựa vào lỗ hình thoi 4 nơi có lực cán và momen uốn lớn nhất
Trục làm bằng thép có :
- Tại thân trục cán : Kiểm tra theo điều kiện bền uốn ta có: δu = Mu Wu = 0,1 Mu D 2 =[ δuu] (6.7) [ TTTKCTMCT ] (6.11)
- Tại cổ trục cán : Kiểm tra theo điều kiện bền uốn và bền xoắn δd = √ 3 τ 2+ δuu 2 ≤ ¿ tdd] (6.14)
Với δu = Mu Wu = 0,4 Pl d (KG/mm 2 )
2.0,2.194 3 =2,525 KG/mm 2 δtd = δd = √ 3 τx + δu 2= √ 1,77.1,77 +3 x 2,525.2,525 = 4,718 KG/mm 2 < [δtđ] Tại đầu nối trục : Kiểm tra theo diều kiện bền xoắn thuần tuý τ x= Wx Mx = 0,2 1,4 d Mc 31 (6.12) [TTTKCTMCT ] (6.15)
Mc=1,25 T m d 10 mm=0,13 m τ 1 = 0,2.0,133 1,4.1,255 = 3,9986 KG/mm 2 τ x