Giáo trình tin học chuyên ngành cơ học biến dạng và cán kim loại - Phần 1 Cơ sở lý thuyết tin học công nghệ cán hình và tấm - Chương 1 pptx

Trang 2

TRUONG BAI HOC BACH KHOA HA NOI

ThS PHAM VAN COI

GIAO TRINH

TIN HOC CHUYEN NGANH

CO HOC BIEN DANG VA CAN KIM LOAI

“b

Trang 3

LOI NOL PAU

Sự phát triển hết sức nhanh chúng của công nghệ thông tin và điện tử viễn thông dã máng lại những liệu quả vô cùng to lớn, Trong tất cả các lĩnh vực KHẨN, KHXH, công nghiệp, nông nghiệp, tài chính, giao thơng, chính phục vũ nụ và không ngành nào là không sử dụng tin học Ngày nay, bất cứ ai trên lành tỉnh chúng tạ đều có thể truy nhập vào mạng thơng tín toàn câu Internet dể nắm bắt những gì có

thể,

Số với các nước khác, Việt Nam đến với Công nghệ thơng tín khá muộn Mái tới nấm 1989-1990 mới yưính XE, AT với ở cứng nhỏ, tốc độ trao dổi thông tin rất hạn chế: Đến nay, như tất cả các nướổi khác, chúng ta đã sử dụng những máy TÍnh (PC) với cơng nghệ ví xứ lệ vào loại mạnh nhất thế giới huel Pemium TẺ cả về ổ cũng, bộ nhớ tan tóc độ tính toán, thoả mãn yêu cẩu của người đây, Nhật Bán dã lau cả HÃY THỊ có thể thực hiện tới 300 tí phép

ịm tới 1024 bộ ví xử lý ghép lại Và gần dây

vuất hiện những

tiêu dùng Mở

tinkigidy May tink nay cd cẩu tạo

nhất, hãng IBM vũa công bố KẾ hoạch Tạo ra wos $5 năm dâu của thiên niên ký thứ ba loại máy tính nhanh nhất mang tén Blue Gene voi khá nẵng tính tốn Ì triệu ty

phép tink! gid

Thy nhiên máy tính mới chỉ là công cụ Những phần mồm tíng dụng trong các lĩnh vực của Tạ com rat thiểu, tất cả gân nhự của nước ngoài, Trong lĩnh vực luyện

kảm nói chung và cần kéo kim loại noi rténg, có thể nói tạ chua tự có dược một phần mềm có gui trị nào mặc đà cÍHÚNg te có khá nhiều công ty liên doanh sản xuất thép

2Ì HHỚC Hgöài,

Để cá được mót phẩn mềm khả dĩ về công nghệ cán kin loại, tác giả đã bắt hấu nghiên cứu từ những năm 1994 và đã dạt được những kết quả nhất định Công

việc nghiên cửa và kết quả dạt được, trên mặt bằng thực tế công nghệ phần mễm cịn

q nón trẻ của Việt Nam cảng được khẳng dịnh là một trong những bước dị tất yến phát triển công nghệ thong tin trong ngành theo tink than Nghi quyét 07INQ-CP ngày 5-6-2000 của Chính phủ về phát triển công nghệ phần mềm góp phần CNIH- HĐI nên kính tế nước nhà, Trong phốm vi mot giáo trình “Tin học chuyến ngành Cán kim loại "chỉ vấn được giới thiệu HỘI phần của những kết quả 4ó Nội đụng của cuốn sách gồm hai phần chính:

- Phân mễm cơng nghệ cán lình trên máy cán hình cỡ nhỏ liên tục (Đầu vào

sả

điển kiện thực tế của mỘt số €7 sở - Công ty liên doanh sản xuất thép cần với

nude ngoat);

- Chương trình ứng dụng cong nghệ cán tấm

Trang 4

- Thuật toán, chương trình và mỘI š † quả tính tốn

Ngồi ra giáo trình cịn giới thiệu tổng quát một vấn để mà nhiều cán Độ và sinh viên trong ngduh quan tam, dé la: 161 un cong nghé cdn tấm nguội liên Tục:

Những phẩn niềm cơng nghệ cán hình và tấm được chạy cả trong ITHỜNG TURBO PASCAL cũng như trong trường C++ trên nên Windows, Giáo trình giới thiệu một xố nét khái quát và kết quả của phần mềm cơng nghệ cần hình (thép tròn và

thép go) chay trong MICROSOFT VISUAL C++ 6.0

Sách được viết cho cáu Độ, sinh viên, NÓS ngành CHBD va Cán kim loại có kiến thức cơ bản về Tìi học €Ø số

Day la mot mon Khoa hoc mới nên nội dụng, bố cực của sách có thể sẽ cịn Có diểm chưa hợp lý Tác giả cám ơn những cu sinh viên: Đồ Quang Vượng, Phạm sỹ Hùng, Nguyễn Hồng Phong dã hoàn thành xuất sắc nhiệm vụ học tập yà NCKH theo hướng đề tài dã dược giao; cắm ơi những ý kiến đóng góp và phê bình từ bạn đọc

Trang 5

MỤC LỤC

Trang

Lời nái đầu 3

Phần thứ nhất: ` CƠ SỐ LÝ THUYẾT TIN HỌC CÔNG

NGHỆ CÁN HÌNH VÀ TẤM 7

Chương I: CG SO LY THUYET TIN HOC CÔNG NGHỆ

CAN HINH 9

1.1 - Đại cương 9

1.2 - Phương pháp tính H

1.2.1- Thiết kế lễ hình thành phẩm 12

1.⁄2.2- Thiết kế 16 hình vng trước tỉnh 13

1.2.3- Thiết kế lỗ hình ôvan tước tỉnh 14

1.2.4- Thiết kế các lỗ hình kéo đài 15 1.2.5- Tính vận tốc - (lượng) vượt trước 24 1.2.6- Tính lực, mơmen, cơng suất động cơ 30

ˆ Chương II: TÍNH KÉO CĂNG VA ẢNH HƯỚNG CỦA KÉO CĂNG 33

TI.1- Khái niệm chung 33

IL2- Áp lực kim loại lên trục 33

1L3- Áp lực riêng 34

IL4- Mặt tiếp xúc 36

1I.5- Áp lực riêng và kéo cũng 37

I.6- Xác định mômen cán 37

H.7- Độ co thất của kim loại khi có kéo căng, 38

TI.8- Vượt trước 40

119- Kéo căng giữa các giá cán 40

Chương HỊ : CƠ SỞ THUẬT TỐN CƠNG NGHỆ CÁN TẤM 45

Những công thức giải tích 4ó

HỊ.1- Áp lực riêng trung bình theo Slicov A.L, 46

IH.2- Chiều dài cung biến dạng 47

1H.3- Phương pháp Stoun 49

IH.4- Trở kháng của kim loại biến đạng 5

Trang 6

Cơ bản về phương pháp số

II.6- Tính lực và các TSCN cán tấm bằng phương pháp số kết hợp

với phương pháp giải tích

Lời giải phương trình vỉ phân

Thuật giải

TIE.7- Vai nét vé tối ưu quá trình cán tấm nguội

IIL7.1- Daa vain dé

III.7.2- Phương pháp điều khiển tối ưu Phương pháp điều kiện tới hạn

Phương pháp quy hoạch động

TIL7.3- Một số công thức cơ bản trong thuật toán

Phần thứ hai : ` THUẬT TOÁN - CHƯƠNG TRÌNH VÀ KẾT QUÁ TÍNH TỐN

Chương ! : THUẬT TỐN VÀ CHƯƠNG TRÌNH CƠNG NGHỆ CAN

HÌNH

L.1- Những yêu cầu cơ bản

1.2- Thuật toán kéo căng

1.3- Thuật toán cán hình trên máy cán liên tực

I.4- Chương trình tính cơng nghệ cán hình thép tròn trên máy cán IL.5- Chương trình tính kéo căng và ảnh hưởng của kéo căng 1.6- Chương trình tính cơng nghệ cán thép góc

Chương DI : THUẬT TỐN TÍNH CƠNG NGHỆ CÁN TẤM

1Í.1- Thuật tốn tính ấp lực kim loại lên trục H.2- Thuật tốn tính các TSCN cơ bản khi cán tấm

1.3- Thuật toán cán tối ưu công nghệ cán tấm

Chương THỊ: VÀI NÉT VỆ PHẦN MÊM CƠNG NGHỆ CÁN HÌNH

CHẠY TRONG MICROSOFT VISUAL C++ 6.0 TRÊN NÊN WINDOWS

IH.1- Vài nét về ngôn ngữ Microsoft Visual C++ 6.0 trong Tin hoc chuyên ngành

TH.2- Phần mềm Công nghệ cán hình TH.3- Thuật tốn PMCNCH M.Visual C++

PHỤ LỤC (Để tham khảo)

1- Chương trình tính CN cán thép góc chạy trong Windows

2- Một số kết quả tính tốn

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Trang 7

PHẦN THỨ NHẤT

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TIN HỌC CÔNG NGHỆ

Trang 8

CHUONG I

CO SG LY THUYET TIN HOC CONG NGHE CAN HINH

1.1- Đại cương

Như ta đã biết, hơn 80% sản lượng thép trong các nhà máy luyện kim được

đưa tới xưởng cán để sản xuất thép hình và thép tấm Chủng loại thép hình hiện có tối

hàng ngàn profn khác nhau Sản phẩm thép hình đơn giản chiếm khoảng 50-60%

trong toàn bộ sản lượng thép hình cỡ nhỏ, cỡ trung bình và cỡ lớn

Sản xuất cán kim loại ở Việt Nam hiện nay đã đạt được những thành tựu đáng kể Ngoài các cơ sở sản xuất thép trước đây, từ những nãm 1990, chúng ta đã có hàng

loạt cơng ty liên doanh với nước ngoài với tổng sản lượng đạt khoảng hơn một triệu

tấn

Theo kế hoạch phát triển do Tổng Công ty Thép Việt Nam để xuất và được

Nhà nước thông qua thì đến năm 2000, Việt Nam cần khoảng 3,5 triệu tấn thép trong đó riêng thép hình, thanh, đây là 2 triệu tấn và tới năm 2010 chúng ta cần có khoảng 7 triệu tấn với trên 50% là thép hình Hiện nay sản lượng thép cán của ta đạt hơn một

triệu tấn, chủ yếu phục vụ xây dựng

Xuất phát từ tỷ lệ thép hình trong toàn bộ sản lượng thép cán trên thế giới nói chung và của Việt Nam nói riêng, việc tính tốn công nghệ sản xuất thép hình, 16

ràng giữ một vai trò vo cùng quan trọng Thép tròn, thép xây dựng lại chiếm một tý lệ lớn trong thép hình Vì vậy bài toán ứng dung tin hoc co bản nhất và quan trong nhất, đó là điểm qua những nét chính về lý thuyết, trên cơ sở đó sử đụng kiến thức tin học - để lập ra thuật tốn, chương trình ứng dụng - hay hoàn thiện hơn - một phần mềm hồn chỉnh tính tốn các thông số công nghệ- năng lượng cán hình - sản phẩm thép

tròn các loại với đường kính khác nhau từ phơi kích thước bất kỳ Như vậy đầu vào

chương trình ứng dung 1a kích thước phôi và sản phẩm Chương trình ứng dụng sẽ

tính tốn kích thước lỗ hình, tất cả các thơng số công nghệ, năng lượng cần thiết để cán loại sản phẩm theo yêu cầu từ phôi đã cho

Để tạo ra thuật toán và chương trình chính xác và nhanh chóng nhất, ta điểm

qua một số hệ thống lỗ hình hiện đang được sử dụng rộng rãi nhất để cán thép tròn

Phụ thuộc vào kích thước profin, chất lượng thép cán, loại máy cán và những

yếu tố khác mà những cơ sở sản xuất sử dụng những phương pháp khác nhau để cán

Trang 9

Phôi | Ø2C-C><> Hình 1 Một số xơ đồ cán thép tròn xử dụng các hé thong 16 hình khác nhàng

đa Ơvaneng; bị thoiYHơng; có Ơvansovan cạnh; d - hệ thống lỗ hình tổng hop, e: - hé 16 hình sử dụng các lỗ hình mười canh

Hình 1a là sơ đồ cán thép tron theo hệ thống lỗ hình ơvan-vng trong những

lỗ hình thơ sau đó dải cán vào lỗ hình vng và tiếp theo đó vào lễ hình ơvan trước

tính và tròn tỉnh

Đây là hệ thống lỗ hình phổ biến nhất được nhiều nước sử dụng Tại Việt

Nam, hệ thống lỏ hình này cũng được đa số các công ty đang dùng trên thực tế Phương pháp cán theo hệ thống ôvan-vuông đang được sử dụng rộng rãi để cán thép thanh, dây trên các máy cán theo hang va day liên tục cũng như để cán thép tròn đường kính 10 + 30 mm trên những máy cán hình cỡ nhỏ liên tục

Hệ thống lỗ hình 6van - vng được đặc trưng bởi hệ số đãn dài lớn Điều này rất có ý nghĩa khi cán những sản phẩm thép hình cỡ nhỏ Trong trường hợp điều kiện cần chỉ cho phép sử dụng đãn dài nhỏ, những lỗ hình kéo dài có thể là thoi-vng Vì vậy người ta sử dụng hệ thống thoi-vuông để cán thép trịn có đường kính từ 30 mm trở lên trên các máy cán hình cỡ trung bình (hình Ib)

Để cán thép tròn người ta cũng sử dụng hệ hồn hợp những lỗ hình thơ-là tập ác hệ: thoi-Vng và ôvan-vuông

hợp

Hệ thống lỗ hình ơvan-ơvan cạnh (hình 1 c) cũng được sử dụng nhiều trêncác máy cán hình cỡ nhỏ liên tục mặc đù cán theo hệ thống lỗ hình này thì hệ s6 din dài không lớn- khoảng 1,3-1,4 Tuy nhiên lượng đãn dài này trên máy cán liên tục, đặc

Trang 10

biệt là ở nhóm cán tình, hồn tồn đảm bảo nhận được sản phẩm thép trịn kích thước Khác nhau

Hình 1.d là hệ thống lỗ hình tổng hợp dùng để cán những profin tròn từ thép chất lượng

Cịn hình I.đ là hệ thông lễ hình mười cạnh sử dụng cho việc cán sản phẩm tròn đường kính 100-300 mm

“Từ ưu việt của những hệ thống ló hình trên, chương trình ứng dung tinh cong nghệ cán thép tròn được thiết kế theo hệ thông 16 hình :

Ơvan-Vng - ~ yuong-ovan-ton

Hình 2 Hệ thống lỗ hình thiết kế trong chương trình ứng dụng

Như trên đã nói đây là hệ thống lễ hình sử đụng rộng rãi nhất Phôi cấp cho hệ thống lỗ hình này là vuông cạnh A,xAu Thông thường hiện nay phôi bạn đầu của các cơ sở sản xuất có kích thước vuông từ 100 x100 mm trở lên và để cán thép tròn

với hệ thống lỗ hình ơvan-vng, người ta thường sử dụng máy cán thô ba trục tạo phôi vuông cạnh A,XAn-

Trén co sé phoi canh A,xA, đã cho, sản phẩm dường kính d xác định, hệ thống lễ hình ơvan-vng- - vng-ơvan-trịn cần xác định thuật toán và lập trình Thuật tốn và chương trình ứng dụng được xác lập theo các Dước sau:

- Phương pháp tính: ~ Cơ sở tính tốn

Sau khi chương trình thực hiện việc tính tốn những thơng số công nghệ như:

hệ số đãn đài , lượng ép, các kích thước lở hình điện tích tiếp xúc, đường kính cán

áp lực riêng lực cần toàn phan, momen, công sual vv + kết quả của chương trình tính cơng nghệ sẽ được sử dụng để tính kéo cảng và ảnh hưởng của kéo căng

1.2- Phương pháp tính

Trang 11

thông dụng được chọn là hệ thống lỗ hình hộp chữ nhật-vuông , các giá thuộc nhóm

cán trung và cán tỉnh dùng hệ lỗ hình ơvan-vng, ba lỗ hình cuối cùng là vng- ơvan-trịn: Hệ thống lỗ hình phổ biến nhất Hệ thống lỗ hình này cịn phù hợp với

thực tế thiết bị của nhiều cơ sở sản xuất ở nước ta Việc tính tốn cơng nghệ phải bảo

đảm kích thước lỗ hình hợp lý, không ba via, kim loai để ăn vào trục, tốc độ

giá cán thích hợp (bằng cách tính tốn chính xác lượng vượt trước) và cuối cùng là

` phải đảm bảo điều kiện bên của thiết bị và công suất động cơ

lữa các

Như trên đã nói hệ thống 16 hình ơvan-vng cho phép sử dụng hệ số đãn dai

_ lớn, nhiệt độ vật cán đồng đều và giảm ít Đối với cán thơ thì hệ chữ nhật-vng

còn phù hợp với hệ ưvan-vng sau đó

Khi thiết kế, ta có thể tính tốn theo hướng cán hay đi ngược từ lỗ hình tình

thành phẩm tới lỗ hình thô (phoi), hay tinh xuôi từ phôi xuống, hoặc đi từ hai đầu vào

giữa Với chúng ta, sản phẩm đã cho (biết trước), phôi cũng biết trước và tính cho

nhiều loại sản phẩm có cách tính tương tự ( cùng là thép tròn ) nên ta tiến hành tính từ

sản phẩm lên tới phôi Trong phần này chỉ nình bày các bước tính, cách tính và những cơng thức tính Việc tính tốn cụ thể sẽ được chương trình thực hiện bằng máy

tính Một số kết quả tính cho những sản phẩm cụ thể được trình bày trong Phần thứ

hai

Phương pháp tính gồm các bước sau: - Tinh tốn lỗ hình trịn tinh

~ Tính tốn lễ hình ơvan trước tinh

- Tinh toán lễ hình vng trước trước tỉnh ~ Tính tốn hệ lỗ hình kéo dài ơvan-vng ~ Tính tốn vượt trước, vận tốc cán

- Tinh toán lực, mômen, công suất cán

1.2.1- Thiết kế lễ hình thành phẩm

“Theo kinh nghiệm, đường kính theo chiều ngang của lỗ hình thành phẩm phải

nên lớn hơn theo chiều thắng đứng 1 + 2% do nhiệt độ theo hướng ngang lớn hơn theo hướng đứng Vì vậy khi nguội, kim loại ở phần ngang sẽ co rút nhiều hơn Hơn

nữa do điều kiện ma sát luôn thay đổi để làm lỗ hình bị quá day, gay ba via Thường lấy:

d,= (1,012 + 1,015) d,-4+0,01 d,,

trong đó: A - là dung sai âm

Trang 12

d, = (0,012 + 0,015 )d,,

trong đó: d, - đường kính sản phẩm ở trạng thái nguội

it

\y ta,

aie

Hình 3 Lễ hình trịn tỉnh,

12.2- Thiết kế lỗ hình vng trước tink

Thông thường cạnh ¿ của lỗ hình vng trước tinh lấy là:

a=(10+ 1,1 ᣠ- với thép tròn nhỏ, đường kính Z = 5 + 20 mm, a= (1,12+1,19) đ - với thép trịn có đường kính lớn hơn 20 mm

Có thể xác định diện tích hay cạnh œ của lỗ hình vng theo đường biểu diễn

quan hệ giữa hệ số kéo đài 4 từ hình vng này tới thành phẩm với đường kính đ của lỗ hình thành phẩm ( hình 146, tài liệu [ 2 ] ) hoặc theo công thức kinh nghiệm:

Trang 13

Bang f

Đường kính Chiều dài cạnh a, Bán kính lượn r„„ |

xản phảm khe hở: | — TừŒ6z@®10 V1 s(18:105)/ ~ - ị ị | Tb[22032 | TT” - Tơ J (Đơn vị tính bằng: mm )

Việc chọn kích thước canh ứ của lẻ hình vuông cản phải xuất phát từ khả năng dăn rộng ở lỏ hình ovan trước tỉnh Thường nếu theo hệ số dân dài trung bình thì H của lỗ hình tính bằng I,10 + 1.15: của những lần cán trước tính H =1,15 + 1,35 “Trong tài liệu [ 3 ] tác gid đưa ra biếu dò quan hệ giữa tụ, với đường kính sản phẩm và là Hụ, của cập lỗ hình này

¬ 0Ơ Suy ra tì CĨ:

¬ Moet (L1)

Khe hở trục cán ¢ = (0,10+0,15 Ja 12.3- Thiết kế lỗ hình ơyan trước tinh

Vẻ mát lý thuyết, để cán ra được thép vẫn chính xác phái đùn: lý thơng hình bầu dục nhiều bán kính là thích hợp Nhưng khi đó do hình đạng ló lình mà q trình cán sẽ khơng ổn định và không thể điều chỉnh dược kích thước một cách rộng rãi nên hệ lỗ hình nà

ít được dùng Khi cán thép trịn nhỏ thì hình dạng lỗ hình bầu dục thường là loại một bán kính và với loại nhiều bái kính có sự chênh lệch khơng lớn Loại nhiều bín kính chí dùng cho cắn thí trịn có đường kính lớn hơn 60 mịn (loại lỗ hình bầu úục 2 hoặc 3 bán kính )

Lượng ép trong hệ lễ hình bảu dục này cũng không nên quá lớn bởi vì chất lượng bẻ mật của lỗ hình bầu dục ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm

Trang 14

bí xoắn đù có đẫn hướng khí đi vào lỗ hình trịn tỉnh Tính tốn lỗ hình ơvan trước it

tỉnh đi từ vie € định chiều đày # của nó Chiểu dày này phụ thuộc vào lượng dain rộng của dải cần trong lỗ hình tròn Để xác định chiều đầy # tà có thể dựa vào bảng 31 trong [6] Vinhôgradov A.P lập trên cơ sở Kính nghiệm Một phương pháp khác là dựa vào biếu đồ trong tài liệu [2| trang L3-Ð, cụ thể là để xác định kích thước của lỗ hình ơvan một bán kính từ biểu đỏ tra được tỷ số //đ và ủm được chiếu cao h, Cũng theo biểu đồ nay ta Em được giá tí 2, từ đó tí tính được p, đồng thời tà cũng tìm được bán kính # của lo hình ôvan:

bi 4 (hoy

pe PO qihằi (12)

Diện tích của lỗ hình ưx ao trước nh là:

2 3 1

Fo = b(h~t)+bt=- bh+—bt (1.3)

3 3 3

1.2.4- Thiết kế lễ hình kéo dài

Sau khi tính tốn được kích thước các lỗ hình trước tỉnh, với hệ ta đang xem là: vưông - ơvan - trịn, tính được cạnh lơ hình vng ¿„„ theo công thức (Ï.L) Công

việc tiếp theo là phân phối hệ số đãn dài của các cặp lỗ hình kéo dai và của từng lỗ

hình, Như đã đặt vấn để ở trên, hệ thống lỗ hình chọn là hệ ơvan-vng và hệ lỗ hình cán thỏ là hộp-vuông Giả sử xau hệ thống hộp-vuông có phơi vng để vào dãy cán liên tục Thực tế tụi các cơ sử, để san xuất thép tròn đều dùng phối vuông Phối này

được cán theo hệ ôvan-vuông cho lới sản phẩm trịn, Trong chương trình ứng dụng tính cơng t sau này, phối vng có cạnh là 4 Trong thực tế sản xuất, một số Cơ

sở dùng phôi cạnh 4, kích thước khác nhau để cán ra thép tròn đường kính khác nhau Để đa dạng hố việc dùng phơi cạnh A, khác nhau, trong chương trình ứng dụng có sử dụng hai loại phối cạnh Áol và Áo2 giá trị theo yeu cấu mà cơ sở có Bài tốn đi vào cụ thể hơn: Tính cơng nghè cán thép tròn đường kính ¿ từ phơi 4o] hoặc

162

“Trước hết, để tính được những kích thước khác của lỗ hình, cản tính số lần ố |

n phẩm Theo các tài liệu, $

LựE -LeE

" et Esk, (13)

lal,

Trang 15

Tuy nhiên trong Turbo Pascal, công thức (1.4) cần viết là: y kì 8

Lak, (Ff,

n= inh, ch) CLs)

Lnitt,,

trong đó: kụ, là hệ số dân dài trung bình Với hệ lỗ hình ưvan-vng ở đây lay uy =

1,35 là hợp lý Biết kích thước phơi và kích thước của 1ư hình ở - 2 dễ đăng tính dược

số lần cán a

"Từ đây có nhiều cách khác nhau để tính tốn các thơng số cơng nghệ Trước tiên tính hệ số đấn dài cho từng cặp lỗ hình

a- Tính toán và phán bố hệ số dân dài cho các lỗ hình

“Trong các tài liệu |2], |3], {ð], đều đưa ra những phương pháp khác nhau đề tính Trong tài liệu [5] tác giả đưa ra một đồ thị để tra các hệ số kéo đài cho từng cập Øvan-vuông từ đó tính được kích thước của lỗ hình vng trong các cặp vng-ƠVan đó Phụ thuộc vào cạnh lỗ hình vuông trước và sau lỗ hình ơvan mà có thể tính được kích thước của lỗ hình ơvan Biểu đồ trang 134 của [5] cho phép tra được kích thước lỗ hình ơvan, sau đó tính tốn các thơng số cịn lại

Tương tự như vậy, trong tài liệu [3] tác giả cũng đưa ra mội số biểu đồ để tra các thông số khi biết một vài thơng số có trước Đa số những tài liệu này được xây dựng trên cơ sở kinh nghiệm Trong tài liệu (3], tác gid Minkin A.B dua ra cách tính hệ số kéo dài như sau:

Hệ số đãn dài tổng jt, cho các cặp lỗ hình ơvan-vng tinh theo :

ä =1*#32|`-———— (16)

trong đó: Á- là một hệ số, Á= 4+6,

a- canh 16 hình vng, cịn 2, - đường kính trục cán

Cách tính như sau: Bất đầu từ lỗ hình vng thứ n-2 trở về đầu, tính Hạ, VỚI s.; đã biết Diện tích lỗ hình vng thứ ¡-4 tính theo cơng thức:

(17)

Ter cong thức ( L7 ) ta sẽ tính được cạnh lỗ hình vng thứ #-‡ là du

Sau khí tính được cạnh lỗ hình vudng «,.,, thay vào công thức ( E6 ) tính được bu, thee hat theo đ„„ ¡ LIẾP tục thay vào ( 1.7 ) tính đến kích thước phơi gần nhất thì

Trang 16

đừng lại Theo cách tính trên ta đã tính được kích thước các lỗ hình vng và tính

được điện tích mặt cắt lỗ hình vng theo công thức:

Fi, = 3, ~ 0,867} (18)

trong đó: z, là bán kính lượn đỉnh của lỗ hình vng Theo bảng I, bán kính lượn r, có giá trị:

r,=0,15a,,

b

Hình 5 Là hình ơvan

Tiếp theo cần tính chính xác hệ số dãn dai w„ của từng cặp lỗ hình theo diện

tích thực xác định bởi công thức ( Ì.8 ) có tính tới bán kính góc lượn z, Hug = Pad Poo.2

Sau khi tinh duoc hé sé dan dai 1, ca timg cặp lỗ hình, hệ số dãn dài lớn nhất ở các lỗ hình ưvan được tinh theo công thức:

-lis | Pot fa (19)

“im 8 a vb Het VA i :

i+]

Hệ số dan dai ở lỗ hình ơvan xác định theo công thức:

f

HH | Hước Vga

trong đó: t,„„„T— hệ số dan dài lớn nhất trong lỗ hình ơvan thứ ¡, được tính theo cơng

thức (L9)

het

Để thống nhất ký hiệu, từ đây trở đi lấy ¡ là chỉ số của lỗ hình ơvan, còn ¡+1 là chỉ số của lỗ hình vng

Trang 17

Hệ số đản đài ở lễ hình vng:

Bet = Mga (1.10)

biểu thức trên ta xác định được diện tích tiết điện 16 hình

Từ những

b- Tính các kịch thước của lị hình ơvan

Kích thước của các lỗ hinh ovan ddi hỏi phải tính tốn thật chính xác mới đảm bảo điền đẩy lỗ hình và không bị ba viá cũng như điều kiện ăn phôi Trong tài

liệu [3], tác gid coi quá tảnh cán như một quá trình chén (hình 5) khi cán từ lỗ hình

Hình 6 Tính lỗ hình dãn dai

này sang lỗ hình khác, vật cán giảm điện tích, chiều cao va dan rong sang hai bên

Gọi cy là bệ số dan rộng theo Minkin A.B., có thể tính theo cơng thức sau:

6, = AR JAF +

Voi: AF, =F, + Fy, còn AF = Fy- Fy va Fy =hobs Fystyb Fo = Pavce = Ibo “Thay vào tả có:

_ hề (LIL)

y=

F, - hb,

Với hệ thống lỗ hình đang xem là ovan-vuong, tác giả đưa ra cơng thức tính

hệ số dân rộng cho hai lỗ hình này như sau:

- Đối với lễ hình ơvan:

1

c= ——— —=: (1.12)

Ah, ch (h+Ah) Ah ;

Ie I+125AC }

Trang 18

- Đối với lơ hình vng: 1

c= : (1.13)

* 14154h, (4h, +D)

_ trong do: Ahi = hạ - hị ; D - đường kính trục cán;

hy - chiêu cao của lỗ hình phía trước; h, = 1/4144; a- cạnh lỗ hình vng

Khi cán phải đảm bảo điều kiện này Nếu không sẽ bị ba via, khơng điền đầy 16 hình Trên cơ sở những dẫn giải ở trên những công thức để tính tốn kích thước của

lỗ hình ơvan sẽ như sau:

Diện tích của các 16 hình ơvan có thể tính theo (hinh 7):

Zz ⁄ bbe Zz $% (+) Soi" Va hit | Hình 7 Tính lỗ hình ơvan > 4

F, = 2Rgaresin ~~ by (Ro = fi) + brs (114) 0

hạ = Chị ~t, J2

trong đó:

R, - ban kính lỗ hình ơvan; b,- chiêu rộng của lỗ hình ơvan;

h, - chiều cao lỗ hình ơvan kể cả khe hở trục cán;

hạ, - chiều cao 16 hình ơvan khơng kể khe hở trục cán; 1, - khe hở giữa hai trục

Chiều rộng miệng lỗ hình có thể tính:

Trang 19

b, =Œ—L, hờ ie

Dat: = R/0,5h, và thay vào hai công thức trên tả có: 4 26-1 —

E=0.5h)| B,aresin -,=)\2Ø,=1 Ệ

b, =h2p-1

Tinh AF, Theo hinh 7 có:

AF) = Fy- 4Fonce = Fi A Fane + Pace )

“Từ quan hệ hình học tính được: Fosce Fo¿c = 0,5h,,OA, còn OA = 0,5h,— AB OA = 0,5h, — Ry(l- Thay vao (1.18) ta có: Lop iM W, be _ BY, Hy AF =h_,| 1 arcsin ba Vu, \2H„ m7 “2p v, với: yy = bigs -

‘Theo hinh vé, dé dim bao dién day 16 hình thì:

E;~AF, = Figs — AF

: trong đó: F,, Fú¡ - điện tích lỗ hình trước và sau khi cán;

AF„, ÁIF,- phân diện tích lỗ

Từ cơng thức (1.11) ta có: 20 (L15) (1.16 ) (L17) (1.18) = 0,5R,Zaresin(h,2Ra)- 0, 25h ,f Ry - (0,58; - OA I Pg DW, (B,-) | "m tat (119) (E194) (120)

Trang 20

AF, = Cj OF yAP) 6 ey> là hệ số dãn dài của tô hình thứ ¡

Mặt khác tà lại có: ÁF, = F,< (F„¡ - A2, 2 Hay:

AE, 205 (Fi > Pint > AF,„„)); thay vào công thức (1.20) biểu thức sẽ

là: na E-AF,=— = (121) 1-

"Ta lại có: F,= pil, Cơng thức (1.21) sẽ có dạng sau: z f= He F (122) l-e Đối với lỗ hình ? +1 thì: tcl AF, =~ (1.23) _" Suy ra: oy (om ñ Hay Thụ _ x2

Bravesin © Ate h- : › `: (B,-Y)=

V2BY, bn, 1¬ Vy

Tương tự tính cho lỗ hình vng:

( 1)

AF hay ‘yt Mg TY (125)

tl

20=€,)

Cũng trên quan hệ hình học tính được:

AE, 4F xác =A(E an — Ứawn)

Thay các giá trị vào công thức trên, sau khi biến đối, nhận được:

_ Ha mm (1.26)

vy 126,02)"

AF, = F, -0,5h;

Trang 21

AF, vl

y,

=0.5h, ch? wv (127)

Qua các công thức (1.24), (1.25) và (1.26), (1.27) rút ra hai phương trình sau: — ime, we) int Bay 128 -0.2)w) V2 4 (I-e,,) -1=0: (1.28 ) Cua Q2, 7D (~ự,)*+0,5đ,—w,)?—0,5/, =0 (129) l-e yl

Kết hợp với công thức (I.12), hệ số đãn rộng ở lỗ hình ơvan sẽ có dạng:

1

tu AQ-w, 2! H,, mm" /21,—)`!8 | i Ĩ i Ỷ 3 a]

I+ fo i i

(A+D 21H, Th ry, V211 Ma?

(1.30)

trong đó: Đ,= D, - h„ ñh, - chiều cao lỗ hình thứ 7

Các hệ số không thứ nguyên ,, t, là những hàm số phụ thuộc lẫn nhau j, =

/(B, ,) và tạ =/#qw, l,) Kết hợp với điều kiện (1.13), sau khi biến đổi, giá trị hệ số B, được tính theo công thức dưới đây:

— Iu 12 1e =02 - a 3 8, It fry 4 120, ( ) (131) và: a Xz„-Ð-L (132) va

Trang 22

Đầu tiên tính /; theo công thức (1.33) Đây là cơng thức khá chính xác, CÓ

kết quả gần đúng với /, Sau đó tính hiệu /,- /.1

8= Ø , còn nếu lớn hơn 0.001 thì lấy giá trị 6” mới bằng (Ÿ - 8 ® thay vào (1.32),

(1.30), (1.33) tính tới khi thố mãn điều kiện hiệu này nhỏ hơn 0.001 thì dừng lại

(xem sơ đồ thuật toán dưới đây)

Begin

1

c=0001 /

ýếu nhỏ hơn 0.001 thì lấy giá trị

mì | B= Be | —_ \ |" (132) Ỷ & (1.30)

Trang 23

Giá trị thử ở đây lấy bằng 0,001 - tuỳ chọn Tất nhiên càng nhỏ càng tốt Thực

' tế, giá trị này bằng 0,001 là đã bảo đảm độ chính xác cao

Việc tính chính xác các thông số không thứ nguyên /Ø,, #/,c, là rất quan trọng vì từ các thơng số này ta tính được các thông số công nghệ của 1ỗ hình

Qua các phần phân tích và xây dựng các công thức trên, có thể tóm tắt các

bước tính tốn như sau:

~ Tính tốn các hệ số khơng thứ ngun 8, ¥ (theo so dé thuật toán ); - Khi đã có các hệ số trên, tính các kích thước của lơ hình ôvan theo công thức (1.17), (19a);

- Tinh cdc thông số khác như: hệ số dãn dài, bán kính lỗ hình ôvan 1.2.5- Tính vận tốc - Lượng vượt trước

Đối với máy cán liên tục, về mặt lý thuyết, để quá trình cán tiến hành đảm - bảo thì u cầu cơng nghệ quan trọng nhất là phải thoả mãn điều kiện thể tích giây

khơng đổi ( Const ) Nghĩa là:

FV =FY2= FyVya = PM a (1.34 )

hay: FY, = Const,

trong đó:

F, - điện tích vật cán đi qua giá thứ ¿ của máy cần liên tục;

V, - vận tốc của giá cán thứ ¡ của máy cán liên tục; n ~ 86 giá cán trong dãy cán liên tục

Ta lại có hệ số dẫn dai: M=//⁄ SuyTả: Hị= MU

Như vậy nếu biết được vận tốc của giá cán cuối cùng của máy cán liên tục có

thể tính được vận tốc các giá còn lại Nhưng trong thực tế khơng thể tính như vậy được, bởi vì trong quá trình cán liên tục có tham gia thành phần vượt trước và trễ của

kim loại so với vận tốc trục cán Gọi s là lượng vượt trước tính theo % thì công thức (134) được viết lại là:

FV + 3) = FV (1 + 83) = ee =F Vy + iy) = FeV Cd + 8,)5 (1.35 )

hay: F,V,( + 8,) = Const

Như vậy, khi kim loại ra khỏi trục cần vận tốc của nó lớn hơn vận tốc trục

Thơng thường thì giá trị vượt trước š đạt khoảng 3+6%, có khi lên tới 10% Qua đó ta

thấy đối với ới những đây chuyển cán liên tục hiện đại, có vận tốc cán lớn và qua nhiều

giá cán, nếu lượng dư (lượng vượt trước) này tính khơng đúng sẽ dẫn tới kim loại bị

nén (chùng) hoặc kéo căng Nếu ứng suất kéo căng quá lớn sẽ làm đứt đải cán, còn

Trang 24

nếu đủ lớn thì kim loại sẽ khơng điển đầy lỗ hình Vấn để kéo cảng sẽ được xem chỉ tiết hơn ở phần I, chương H

Có nhiều phương pháp khác nhau tính lượng vượt trước Trong chương trình ở

đây giới thiệu phương pháp tính vượt trước bằng cách quy về tính đường kính gọi là

“Đường kính cán” Bản chất của phương pháp này là: giả sử vận tốc kim loại ra khỏi trục cán là w,, vận tốc góc của trục là œ thì vận tốc yy, = OR,

„ với Khay (Ð,) là bán kính (đường kính) cần phải tính đ) Cơ sở tính tốn lượng vượt trước

Trên hình 9 nhận thấy nếu bỏ qua lượng dãn rộng và khơng có sự kéo cảng trong khi cán thì phương trình cân bằng các hình chiếu của các ngoại lực tác dụng lên trục cán theo hướng chuyển động của kim loại trên hệ toạ độ +, y, z không phụ thuộc

vào số trục cán hay sự tạo hình như thế nào %

+ — og i fe l Yaak, (* i W X

Hình 9 Tính vượt trước War pe

%*% 22

~ 13] Ps} Là

| ei to LPL 4|

Phương trình cân bằng này có dạng: , *

lJŒ,~p,Mgodsdy~2 Í[r dxdy=0 (135b )

Ny Sve

trong dé: 1, p, tan lượt là ứng suất tiếp và ứng suất pháp trên bể r

trục cán và kim loại trong lỗ hình Theo [3] thì quan hệ giữa ứng suất tiếp và ứng suất tiếp xúc giữa pháp t, = kịp, , ở đây H là hệ số ma sát giữa bể mặt kim loại và trục cán Trị số của có thể được tính theo các công thức kinh nghiệm sau:

H=k(( 1,05 - 0,0005/ ); n=0,05 - 0,0005r - 0,0056r, trong đó:

&, - hệ số phụ thuộc vào vật liệu làm trục cán, &, = 1 nếu trục cán là gang hay thép;

+ _- nhiệt độ kim loại cán; v_- vận tốc cán

Trang 25

Phương trình cân bang thể tích:

Fy, =F,

trong dé:

vy, F, - 14 vận tốc và diện tích của kim loại tại vị trí có toa độ x; w¡„ #¡ - là vận tốc và diện tích của kim loại khi ra khỏi trục cán

q

Như đã phân tích ở trên, vận tóc vị = 8ð Khi x = /„(„ là độ dài đoạn vượt trước) thì :

y= R, ocosy; vdi R, = D,/2:

_trong dé: D, - dudng kinh trên trục toa độ +, y,z ( xem hình 9), + - là góc trung hồ

Mật khác lại có:

FL=F,; — F¿ - diện tích mặt cất tại vị trí góc trung hồ `

Tính giá trị thực của y rất khó nên khi x = /„ có thể lấy cosy = 1 Khi đó:

R=R FAP, (1.36)

Gid str ui sé ¢, = Const Ta sé cd:

Fy= Pg t 6) Fo- Foods (137)

trong đó: Fu„ - diện tích mật cắt tại x khi không có dãn rộng; F, - điện tích khi chưa cắn

Chiều dài đoạn cán:

t= VAh,D, 3 (1.38)

Dy = 0,5( D + Dy); Giá trị: Ah„= AF/2NBuyu

ở đây: AF - lượng giảm diện tích khi cán; N - số trục cán;

B„ - hệ số phụ thuộc vào mức độ biến dạng và hình dạng lỗ hình Hệ số này có thể xác định theo công thức:

Bo= > fr, Maddy: 0

với : /,- độ dai phần kim loại cán:

i, - độ dài đoạn cán tai toa do y va /, = Ỷ AbD, , (Ah, c6 thể tinh toán dựa vào các quan hệ hình học trên hình 9)

Trang 26

F0=DÐ,, I= : (1.39) \4y,Bo(-e,.) Z| Yoci+s) 12a)

Hình 10 Tính lơ hình vuông - 6van

Trị số y„ tính tốn được theo quan hệ hình học; cịn giá trị By - đối với lỗ hình ơvan bằng 0.85

Diện tích Ƒụ, tính theo cơng thức:

Fy, = Fo, + 2D Bul- V 1 PIR ey )-

Vi dai lugng x’/R’,, < 1 nên có thể bỏ qua Do đó cơng thức trên có thể viết lại

như sau:

Eạ = Fụ + CEụ- Fụy IPs (140)

trong đó:

F,, - là diện tích vật cán ra khỏi trục khi khơng có dãn rộng

Fy =F, - AF, = Fy - (Po- Fudty

ở đây:

Fại=CE¡ - Focg)/C1-€y)-

Thay các giá trị trên vào (1.36) ta có:

F.=Fi+(CFụ-F)Ĩ/Ê (141)

Từ biểu thức (1.40), khi x = l„ SẼ có:

Trang 27

E=efW=Fi+(FuxFUÊ MP (1.42 ) Từ các biểu thức (1.36) và (1.42) biểu thức i¿p sẽ là:

Ig=tV(Dy- DMu- DD, - (1.43)

Từ hình vẽ, dựa trên quan hệ hình học ta thấy: - Đối với lỗ hình vng:

D,=D+2yy, (144)

Ay +h, 2 hy 2

¥o = 9,5 Rit f2R, -(R, + ) (1.45 }

2 2

- Đối với lỗ hình ơvan:

D,=D+yjR}, (146)

vụ = O5h,, = al2, (1.47)

igg =1/D,,

Thay: py = Pays T= Top = H Pep VO (1.35) ta có: -Néu Dy < D,, thi: 1 „ Iy(1- —) -2] 1, dv=0 a (148 ) wD, -Nếu D,>Dy: 1 3o byq~——)~2 [ 1, dy=0 (1.49 ) 779) a “p

Thay các trị số đã biết và giải hai phương trình trên, đường kính Ð, cho các

loại lỗ hình sẽ có dạng:

- Đối với 16 hình ơvan:

————

yy | D,

D, = D+? = )JŒ—]) 5 (1.50)

aD wD, \ R,

Trang 28

———m

| 2

l9», \

D.=D 143) 3 HD I- Đụ, (151)

lap uD «p

Sau khi tính được đường kính Ð,, so sánh với Ð, ; nếu tại lỗ hình nào đó mà

có D,>D, thi can điều chính lại Ø, theo cơng thức tính sau:

dD,

D =D) 1+ * 6 (1.52)

D

trong đó 1a hệ số điều chỉnh, tính theo công thức:

ð= 0,032 + 0/7374 + 0,254) khi x<1,5, Š= 06x +0,31 khix>l,5 Với: DY — D x= —L——— D,,-D

ở đây D/” là trị số tính được theo công thức (1.50) va (1.51)

Tir dé ta tính được đường kính cán Ð, của các lễ hình theo hai công thức trên Trên cơ sở của Ð, sẽ tính được số vòng quay của trục cán cũng như vận tốc

trục và vận tốc kim loại ra khỏi trục cán

Đó là bản chất của việc tính lượng vượt trước theo phương pháp “Đường kính cán“ Giá trị vượt trước tính theo phương pháp đã nêu trên tỏ ra khá chính xác và được nhiều nhà chuyên môn áp dụng Trong chương trình ứng dụng tính cơng nghệ ở giáo trình này, cách tính trên đã có hiệu quả cao

b) Vận tốc trục cần

Sau khi tính tốn được đường kính cán, vận tốc vòng của trục cũng để dàng được xác định, trên cơ sở đó có thể tính được vận tốc của trục tại các giá bất kỳ Việc tính toán được bất đầu từ giá cuối cùng ngược lên trên Giả sử vận tốc của giá cuối

cùng theo yêu cầu là v, thì vận tốc vòng sẽ là:

60y, n

aD kn

Trang 29

Số vòng quay của trục giá trước đó sẽ là: 60w "n=——— (1.54) aD, trong dé: (a-b, 1 Vận tốc góc và vận tốc dài của trục sẽ là: a, = u30; (155) "= (1.56) trong đó: R, = Fld, (1.57)

F, - dién tich 16 hinh thit 7;

6, - chiều rong 16 hinh thứ ỉ

Vận tốc của kim loại ra khỏi trục được xác định theo công thức:

y=o,R (1.58)

Còn giá trị lượng vượt trước, bình thường được tính như sau:

v_t

S = 100% (1.59)

' yp ret

1.2.6 - Tính tốn lực cán, mơmen, công suất động cơ a) Lue can

Lực cán P còn gọi là áp lực toàn phần của kim loại tác dụng lên trục cán Áp lực này được tính theo công thức sau:

P=DP ys (1.60)

trong đó: P¿ - là áp lực trung bình hay áp lực riêng ( N/mn:” hoặc kG/mmẺ ); Ƒ,, - diện tích tiếp xúc giữa kim loại và truc can, tinh theo:

b+6, foo

F =b Ls - 2 2 RAR (1.6) )

ở đây:

L= VÑ4j: - là chiều dài cung tiếp xúc

Cho đến nay chưa có một công thức lý thuyết nào hoàn chỉnh dé tinh py,

Trang 30

Tất cả các tác giả đều đưa ra công thức bằng thực nghiệm Mặt khác đối với công nghệ cán nóng, cán các loại thép khác nhau thì áp lực

ng Øø„ sẽ khác nhau ' Dưới đây là một trong những công thức tính áp lực trung bình cho cầu thép Theo

Panzunov V.A thì:

Pwo Py Ky (1.62)

trong đó: P„ - áp lực riêng có lợi ( hữu ích ) khi cán;

K¿ - hệ số tính tới ảnh hưởng trở kháng hình thức bên ngoài Ấp lực riêng ? là nằm phụ thuộc vào nhiệt độ cán Cụ thể như sau:

Khi nhiệt độ cán lớn hơn nhiệt độ chảy - 575"C :

7 -U +75

Tạ = thon tin CƠN (163)

1500

Khi nhiệt độ cán nhỏ hơn nhiệt độ chảy - 575°C :

Paes ụ Ớ,: (164)

1000 trong đó:

7⁄„ - nhiệt độ nóng chảy của thép; f° - nhiệt độ cấn;

ø, - ứng suất bẻn của kim loại

Giá trị của K, xác định theo:

— 2V RAh K =l+ƒ( f — (L65 ) hth, trong đó:

f - hệ số ma sát giữa kim loại và trục cán; bị, h, - chiều đầy kim loại trước và sau khi cán;

VRAN = L - chiều đài cung tiếp xúc

Kết hợp những biểu thức (1.60), (1.61), (1.62), (1.63), (1.64) ta có:

- Khi 1°>(T7 - 575 ƑC th

2VRAN - |T -(7+T5”)

Py =| de fe -b |————ơ, (166 )

Trang 31

-— Khi 1< (T„ ch - 575 °C thi: av Rah reat’ -1) (yo, (167) Ath, 1000 Py =| 14 f( b) Mémen can

Momen cén M do luc cén sinh ra và được tính theo cơng, thức:

M,=2.P.a; (1.68 )

trong đó: 4 - cánh tay đòn;

4= (0445 + 0,50) = (0,45 + 0,50)VRAh khi cán nóng;

a= (0,35 + 0,45)L = (0,35 = 0,45)VRAN khi cần nguội

c) Công suất động cơ

Công suất dong co Ny, khi can được xác định:

Nụ.= M0, (1.69 )

trong dé: @,, - vin tốc góc, xác định theo:

, @y, = 70/30;

n - $6 vong quay;

M,,,- momen tĩnh trên trục động cơ

Mômen tĩnh đặt lên trục động cơ M,,, 1a thành phần chính của mơmen tải

trong q trình cán Nó bao gồm mêmen cán và mômen ma sắt ở cổ trục cán, xác

định theo công thức: M tM sce Myg= (170) ni trong đó: M_ - mômen cán; M„ - mômen ma sắt tại cổ trục cán: Mora = Pf

Ở đây: ƒ - hé s6 ma sat cé truc; d - đường kính cổ trục cán;

tụ - hệ số truyền động hữu ích của máy tị = 0,85+0,93;