Đồ Án lựa chọn vật liệu Để chế tạo sản phẩm trục cán d320 cho giá cán Đứng k15 trong dây chuyền cán nóng thép cốt bê tông liên tục Đứng nằm xen kẽ

Với sinh viên Khoa học và Kỹ thuật vật liệu, được giao cho đồ án: “Lựa chọn vật liệu để chế tạo sản phẩm trục cán D320 cho giá cán đứng K15 trong dây chuyền cán nóng thép cốt bê tông liê

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 4

1 Tổng quan phương pháp chế tạo trục cán hình 5

1.1 Quá trình cán kim loại 5

1.2 Máy cán 6

1.3 Khái niệm trục cán: 8

1.4 Trục cán hình 8

1.5 Chế tạo trục cán hình 9

2 Lựa chọn các thông số hình học của trục cán D320 14

3 Phân tích chế độ/điều kiện làm việc, xác định chỉ tiêu cơ tính 15

3.1 Phân tích chế độ/điều kiện làm việc 15

3.2 Xác định chỉ tiêu cơ tính 16

4 Lựa chọn vật liệu cùng với các biện pháp gia công tăng bền đảm bảo yêu cầu làm việc 17

5 Nghiệm bền trục cán D320 18

5.1 Nghiệm bền thân trục 19

5.2 Nghiệm bền cổ trục cán 20

5.3 Nghiệm bền tại đầu nối cổ trục cán hình 21

6 Nội dung bản vẽ 21

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, khoa học kỹ thuậtđang phát triển rất mạnh mẽ và không ngừng giữ một vị trí quan trọng trong nền sảnxuất Trong đó cơ khí chế tạo máy là một trong những ngành mũi nhọn của nước ta.Tạo ra nhiều máy móc, sản phẩm đáp ứng cho nhu cầu xã hội ngày càng cao Vì vậyđòi hỏi kỹ sư cơ khí và cán bộ cơ khí phải có kiến thức sâu rộng, đồng thời phải biếtvận dụng những kiến thức đã học để giải quyết vấn đề cụ thể trong sản xuất, sửachữa khi thực hành

Mục tiêu của đồ án là tạo điều kiện cho sinh viên áp dụng những kiến thức đãđược truyền đạt trên giảng đường vào công việc cụ thể Để từ đó nắm được cácphương pháp thiết kế, hình thành cách thức quản lý và tổ chức một quy trình sảnxuất cụ thể phù hợp với quy mô công ty

Với sinh viên Khoa học và Kỹ thuật vật liệu, được giao cho đồ án: “Lựa chọn vật liệu để chế tạo sản phẩm trục cán D320 cho giá cán đứng K15 trong dây chuyền cán nóng thép cốt bê tông liên tục đứng nằm xen kẽ”, chúng em đã học

hỏi thêm được rất nhiều và đã hoàn thành đồ án Trong quá trình thực hiện, vừa làmvừa tìm hiểu bằng kinh nghiệm với các tài liệu tham khảo nên có thể sẽ có các saisót Chúng em mong sẽ nhận được sự góp ý của thầy cô để có thể hiểu sâu hơn vàcho ra một sản phẩm hoàn chỉnh

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

1 Tổng quan phương pháp chế tạo trục cán hình.

1.1 Quá trình cán kim loại:

a) Khái niệm và mô tả quá trình cán

Cán có thể được định nghĩa là một quá trình tạo hình kim loại trong đó kim loạiđược đưa qua khe hở giữa hai trục cán quay ngược chiều nhau, các cuộn có thểphẳng hoặc có rãnh, và được cuộn quay theo hướng ngược lại bằng hệ thống truyềnđộng điện (động cơ, hộp số, trục chính và khớp nối)

Tùy theo hướng quay của cuộn, kim loại đầu vào được đưa qua khe hở giữacác trục từ đầu này và đi ra từ đầu kia với tiết diện giảm, diện tích khe hở trục đượcgiữ nhỏ hơn diện tích mặt cắt ngang của kim loại đưa vào để có được hình dạng cuốicùng mong muốn của vật liệu cán và điều đó cần phải thực hiện nhiều lần Trongmỗi lần thực hiện, khoảng cách cuộn được điều chỉnh bằng cách đưa hai trục cángần nhau hơn hoặc bằng cách cho vật liệu đi qua các khoảng hở trục cán khác nhauvới diện tích mặt cắt giảm dần

Vật liệu bị kéo vào bởi ma sát giữa bề mặt của trục cán và bề măt kim loại, khivật liệu được đưa vào, chúng chịu lực nén cao, vì bị ép (và kéo theo) bởi trục Khiquá trình hoàn tất mặt cắt ngang của vật liệu bị giảm và chiều dài của nó tăng lên.Hình dạng cuối cùng được xác định bởi những rãnh tạo hình đặc biệt theo thiết kế

mà kim loại đi qua và bị nén vào

Hình 1.1.1 Quá trình cán kim loại Quá trình cán có thể được sử dụng cả nóng và nguội, tùy thuộc vào hình dạngcủa sản phẩm cán, các con lăn có thể có rãnh hoặc trơn Khi máy cán có trục cán là

hình trụ trơn ta sẽ được những tấm kim loại mỏng, dẹt, các tấm băng kim loại, vàkhi tùy chỉnh các trục cán có các rãnh định hình ta sẽ thu được các vật cán có tiếtdiện khác nhau như tiết diện đường ray xe lửa, tiết diện chữ I, chữ U,…Các phươngpháp cán chủ yếu là cán dọc, cán ngang, cán nghiêng Hầu hết các trường hợp cánkim loại thường gặp là cán dọc.

b) Sản phẩm của quá trình cán

Sản phẩm cán kim loại có rất nhiều, nhưng nói đến cán kim loại người tathường nói đến sản phẩm luyện kim đen là sắt thép, mà nói đến sắt thép tức là nóiđến thép cán và công nghệ cán thép Thép cán chiếm một khối lượng rất lớn trongcông nghiệp luyện kim và công nghệ chế tạo vật liệu Sản phẩm thép cán gồm cóthép hình, thép tấm, thép ống và các loại thép cán đặc biệt Trong thép hình lại chia

ra các loại thép tròn, vuông, dẹt, thép dầm chịu lực chữ U, chữ L, chữ T v.v Théptấm thi chia ra các loại dày, dày vừa, mỏng, cực mỏng Thép ống có loại ống hàn,ống không hàn v.v… Các loại sản phẩm cán đặc biệt có thép chu kỳ, thép đóng cọc,các loại bi tròn, bánh xe lửa, vành bánh xe lửa

Hình 1.1.2: Các hình dạng sản phẩm của quá trình cán

1.2 Máy cáns

Máy cán kim loại: là một thiết bị công nghiệp được sử dụng trong quá trìnhcán kim loại Nó được thiết kế để thực hiện quá trình cán, tức là làm phẳng và làmmỏng và tạo hình kim loại bằng cách áp dụng áp lực và lực kéo qua các con lăn.Máy cán chuyên dùng để cán thép ở trạng thái nóng hoặc trạng thái nguội được gọi

là máy cán thép Máy cán thép được chia ra nhiều loại, máy cán thép hình được gọi

là máy cán hình, máy cán thép tấm được gọi là máy cán tấm, còn máy cán ốngchuyên dùng để cán các loại ông v.v… Máy cán gồm 3 bộ phận chính dùng để thựchiện quá trình công nghệ cán

- Giá cán: là nơi tiến hành quá trình cán bao gồm: trục cán, gối, ổ đỡ trục cán,

hệ thống nâng hạ trục, hệ thống cân bằng trục, thân máy, hệ thống dẫn phôi,

cơ cấu lật trở phôi v.v…

- Hệ thống truyền động: là nơi truyền mômen cho trục cán, bao gồm hộp giảmtốc, khớp nối, trục nối, bánh đà, hộp phân lực

- Nguồn năng lượng: là nơi cung cấp năng lượng cho máy, thường dùng cácloại động cơ điện 1 chiều và xoay chiều hoặc các máy phát điện

Hình 1.2 Sơ đồ máy cánI- nguồn động lực; II- Hệ thống truyền động; III- giá cán1: Trục cán; 2: Nền giá cán; 3: Trục truyền; 4: Khớp nối trục truyền; 5: Thân giácán; 6: Bánh rang chữ V; 7: Khớp nối trục; 8: Giá cán; 9: Hộp phân lực; 10: Hộp

giảm tốc; 11: Khớp nối; 12: Động cơ điện

1.3 Khái niệm trục cán:

Trục cán là nơi trục tiếp làm vật cán kim loại biến dạng để cho ta các sảnphẩm cán có hình dạng và kích thước theo tiêu chuẩn và yêu cầu của con người.Trục cán phôi, trục cán thép hình, trục cán nóng thép tấm thường được làm bằngthép hợp kim chất lượng cao như 40XH, 50XH, 60XH, 40X… hoặc làm bằng gangcầu (gang biến tính, gang trắng) Trục cán nguội thép tấm thường làm bằng các loạithép 9XC, 9XΦ, 9X2, 65XHM, 75XM, 9X2B, 45XMH để làm trục cán

Bề mặt trục cán có độ cứng từ (30÷44) HRC, bên trong lại phải dẻo dai chịuuốn tốt, chịu va đập mạnh Trục cán khi cán nóng không bị giãn nở vì nhiệt, có độ

ma sát lớn Khi cán nguội phải có tính đàn hồi dẻo tốt, bề mặt trục bóng đẹp…

Các loại trục cán thông dụng ta thường gặp là: trục cán thép hình, trục cánthép tấm, trục cán thép ống, ngoài ra còn một số loại trục cán chuyên dùng như trụccán ren, trục cán bi, trục cán phôi rèn, trục cán bánh xe lửa…

1.4 Khái niệm trục cán hình

Trục cán hình là một bộ phận cơ khí dạng trụ được lắp đặt trên các máy cántrong quá trình sản xuất sản phẩm cán có tính đa dạng, được làm bằng vật liệu có độbền cao, có chức năng chính là truyền động quay từ động cơ tới các thiết bị đầu máy

Trục cán hình chuyên dùng để cán ra các loại thép hình ở trạng thái nóng Trên máy cán hình, trục cán được tiện khoét bỏ đi một phần kim loại để có những rãnhtạo hình đặc biệt theo thiết kế Khi cán các rãnh này hợp lại thì thành các lỗ hình.Trong khi cán thép được biến dạng và tạo hình trong các lỗ hình này để cán ra cácloại thép hình Trục cán thường dùng để cán thép hình có đường kính phổ biến trênthế giới từ 250 mm đến 1,300 mm, vẫn có đường kính nhỏ từ 80 – 200mm

Hình 1.4: Trục cán thép hình

1.5 Chế tạo trục cán hình

Việc chế tạo trục cán hình đòi hỏi phải tuân thủ một quy trình khoa họcnghiêm ngặt để đảm bảo độ chính xác của đường kính và độ mịn của bề mặt Trướchết, cần xác định chính xác thông số kỹ thuật của trục cần chế tạo như kích thước,hình dạng, độ chính xác tiếp đó, cân nhắc các phương pháp chế tạo phù hợp để lựachọn, ví dụ như đúc, rèn, kéo hoặc cán tùy thuộc vào yêu cầu số lượng, độ chính xác

và chi phí

Sơ đồ minh hoạ quy trình chế tạo trục:

Hình 1.5 Quy trình chế tạo trục cán hình

Trục cánĐúc

Cán /rèn(Cải thiện đặc tính cơ học)

Hoàn thiện bềmặt trục

Tiện gia công chi tiết trục

Tiện định hình Trục

(tiện thô)Phôi (hình trụ)

Hoàn thiện bề mặt trục

Từ sơ đồ trên, để làm ra trục cán ta thực hiện các bước:

* Đúc phôi trục cán:

Đối với phôi đúc thì phương pháp chính để tạo ra phôi là đúc phôi, để chọnđược phương pháp hợp lý ta tìm hiểu một số phương pháp đúc (Đúc trong khuônkim loại, Đúc áp lực, Đúc ly tâm, Đúc trong khuôn cát)

- Đúc trong khuôn kim loại:

Ưu điểm: Chế tạo được kim loại có độ nhẵn bề mặt cao chất lượng tốt, khuôn

+ Làm khuôn bằng tay:

Đặc điểm: Đòi hỏi người công nhân phải có tay nghề cao, độ chính sác củavật đúc phụ thuộc hoàn toàn vào tay nghề của công nhân Quá trình làmkhuôn nặng nhọc, công nhân lao động vất vả, chỉ phù hợp với dạng sản xuấtđơn chiếc, phục hồi sửa chữa

Theo phương pháp này phù hợp với chi tiết trục cán

* Cán/dèn:

- Sau khi đúc ta mang phôi đi cán hoặc rèn:

+ Cán là một dạng gia công kim loại bằng áp lực, phương pháp biến dạng kim

loại bằng những trục quay tròn để nhận những sản phẩm có tiết diện ngang nhỏhơn tiết diện phôi ban đầu

+ Rèn là phương pháp gia công kim loại bằng áp lực tại chỗ và nhiệt độ khác

nhau "nóng", "ấm" và "lạnh" Nguyên lý cơ bản của rèn là lợi dụng tính dẻocủa kim loại, làm biến dạng kim loại ở thể rắn dưới tác dụng của ngoại lực đểtạo ra thành phẩm, bán thành phẩm có kích thước nhất định tuỳ theo thiết kế.Đây cũng là bước chuẩn bị phôi cho gia công cơ khí

- Công đoạn cán hoặc rèn sau khi đúc phôi có tác dụng cải thiện phôi:

+ Cải thiện độ chính xác kích thước: Quá trình cán giúp làm phẳng và cân

chỉnh kích thước của vật liệu kim loại sau khi đúc, đảm bảo độ chính xác vàđồng nhất về kích thước Điều này là quan trọng trong việc sản xuất các linhkiện và bộ phận có yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt, nơi độ chính xác của kíchthước là yếu tố quan trọng

+ Cải thiện tính dẻo và dễ uốn cong: Quá trình cán có thể làm thay đổi cấu trúc

tinh thể và cấu trúc mạng của kim loại, làm tăng tính dẻo và dễ dàng uốn congcủa nó Điều này quan trọng trong việc sản xuất các sản phẩm có yêu cầu độuốn cong cao như ống kim loại hoặc các bộ phận có hình dạng phức tạp

+ Cải thiện tính đồng nhất và cơ học: Quá trình cán giúp loại bỏ các lỗ hổng và

kết cấu không đồng nhất trong vật liệu kim loại, cải thiện tính đồng nhất vàtính chất cơ học của nó Kim loại sau khi được cán thường có cấu trúc tinh thểđồng nhất hơn, cung cấp độ bền và độ cứng tốt hơn

+ Cải thiện bề mặt và hoàn thiện: Quá trình cán có thể loại bỏ các vết nứt, lỗ

hổng và bề mặt không đều trên kim loại, cung cấp một bề mặt mịn và hoànthiện hơn

Hình 1.5 Sự thay đổi cơ tính trong quá trình cán

* Gia công trục cán:

Sau khi có phôi trục cán ta tiến hành:

- Gia công tiện định hình trục cán sẽ giúp định hình các bề mặt gia công, đảm bảocác kích thước chuẩn dựa trên bản vẽ Phương pháp này giúp định hình các bềmặt của trục cán, loại bỏ lượng dư của phôi thép

Hình 1.5.1 Gia công tiện định hình trục cán

* Nhiệt luyện trục cán:

- Một số trục cán sau khi gia công đòi hỏi yêu cầu phải nhiệt luyện để tăng độ cứngcủa Trục Các phương pháp nhiệt luyện phổ biến như: Nhiệt Luyện Cao tần,Nhiệt Luyện Trung Tần, Tôi, Thấm, Thấm Nito, Thấm Cacbon, Nhiệt Luyệnchân không Mỗi phương pháp nhiệt luyện đều yêu cầu nghiêm ngặt về chế độ,

và đều có các thông số đánh giá

Hình 1.5.2 Nhiệt luyện trục

* Mài mòn trục cán:

Mài là phương pháp gia công cơ khí làm giảm chiều dày của phôi với độ chínhxác cao.

+ Mài là nguyên công gia công tinh các bề mặt: trụ ngoài, trụ trong, mặt

phẳng, mặt định hình

+ Bản chất của mài mòn là quá trình cắt gọt được thực hiện đồng thời bởi nhiều

hạt mài có các lưỡi cắt khác nhau được phân bố ngẫu nhiên trên bề mặt đá mài

Hình 1.5.3 Công đoạn mài trục cán

+ Mài Tròn trục thường được sử dụng trên máy “mài chống tâm” chuyên dụng + Nguyên công mài đưa các kích thước trục về đúng chuẩn, và độ chính xác

cao

+ Các sai lệch về đường kính nhỏ hơn 0.02mm

+ Các bề mặt được gia công đạt đến độ bóng Tam Giác 3.

* Hoàn thiện bề mặt trục:

Sau nguyên công mài Trục lăn đã đạt được các kích thước chính xác Để tăngcường cơ tính cho trục lăn người ta thương sử dụng các phương án hoàn thiện bềmặt cho trục cán

- Các phương pháp hoàn thiện bề mặt trục phổ biến như:

+ Xi Mạ Crom Bóng Sáng

+ Xi Mạ Crom Cứng

+ Xi Mạ Trục Lăn Bóng Gương

- Mỗi phương pháp hoàn thiện bề mặt đều đáp ứng tối đa các tiêu chí kỹ thuật:

+ Chống Ăn Mòn cho Trục Lăn, trục cán

+ Chống Mài Mòn bề mặt trục cán

+ Chông Dính, dễ Vệ Sinh trục cán

+ Kéo dài tuổi thọ trục cán.

Hình 1.5.4 Xi mạ crom cứng vào trục cán kim loại

2 Lựa chọn các thông số hình học của trục cán D320.

Khoảng cách từ mặt thân trục đến điểm đặt lực c=d/2=96 mm

Khoảng cách giữa hai cổ trục a=L+l= 640+230,4=870,4 mm

Hình 2.1 Trục cán D320

3 Phân tích chế độ/điều kiện làm việc, xác định chỉ tiêu cơ tính.

3.1 Phân tích chế độ/điều kiện làm việc.

Trục cán luôn tiếp xúc với phôi cán ở nhiệt độ cao của phôi vừa trong lò nung, khi

đó lượng nhiệt sẽ truyền sang trục là rất lớn Trục cán làm việc trong điều kiện chịu

ăn mòn liên tục dưới tác dụng của tải trọng tĩnh và động rất lớn, đôi khi áp lực thayđổi đột ngột

Mặt khác khi dùng một ngoại lực để đưa vật cán vào hai trục cán đang quay ngượcchiều nhau nhờ ma sát tiếp xúc vật cán được ăn liên tục vào trục cán và biến dạnglàm tăng chiều dài, rộng và giảm chiều cao.

Tại thời điểm vật cán tiếp xúc trục cán thành phần lực ma sát nằm ngang phải lớnhơn thành phần áp lực pháp tuyến nằm ngang mới đảm bảo phôi cán ăn vào trục cán(hay gọi là điều kiện ăn vào)

Ngoài điều kiện làm việc trên khi cán trục cán chủ động phải truyền mô men xoắn

từ động cơ truyền tới rất lớn, chịu va đập với phôi khi bắt đầu tiếp xúc với lỗ hìnhcủa trục cán đặc biệt bản thân trục cán còn phải chịu lực ma sát rất lớn khi cán tại haingõng trục lắp trên ổ trượt Trong điều kiện làm việc như vậy trục cán hay có hiệntượng cong vênh, mòn, sứt mẻ, bề mặt bị tróc rỗ hoặc bị gãy khi trục quá tải Đểphân tích chế độ làm việc và xác định chỉ tiêu cơ tính của trục cán D320 trong dâychuyền cán nóng thép cốt bê tông liên tục đứng nằm xen kẽ, ta cần xem xét các điềukiện sau:

 Chế độ làm việc: Liên tục, tải trọng lực nén lớn, tốc độ quay (khoảng 40-60vòng/phút)

 Điều kiện môi trường: Nhiệt độ cao do tiếp xúc với kim loại ở trạng thái nóng(750 ¿ 950 ℃ ), không khí có bụi sắt, có tác động cơ học do va đập, rungđộng

3.2 Xác định chỉ tiêu cơ tính

 Cứng vững, không bị biến dạng do tải trọng lớn

 Khả năng chịu nhiệt tốt, không bị mềm hoá ở nhiệt độ cao Vật liệu có điểmnóng chảy cao

 Khả năng chịu mài mòn tốt do tiếp xúc với các hạt rắn Vật liệu có độ cứngcao, khả năng chịu mài cao

 Độ bền mỏi cao, không bị phá hủy do tải trọng lặp lại Vật liệu có giới hạnbền mỏi cao

 Có khả năng chịu va đập tốt Vật liệu dẻo, có độ dẻo cao

≫ Kết luận:

+ Trục cán D320 cần được làm bằng vật liệu có các chỉ tiêu cơ tính như: Cứng

vững, chịu nhiệt tốt, chịu mài mòn tốt, chịu mỏi cao, dẻo tốt như hợp kim H13,P20 để đáp ứng được yêu cầu làm việc trong điều kiện khắc nghiệt nêu trên Chế

độ làm việc liên tục và tải trọng lớn đòi hỏi trục cán phải có độ bền mỏi cao, khả