Thiết kế dây chuyền cán tôn tạo sóng

Cùng vớïi sự phát triển và hội nhập của nền kinh tế đất nước với các nước trong khu vực và trên thế giới .

Lời Nói Đầu

Cùng vớïi sự phát triển và hội nhập của nền kinh tế đất nước với các nước trong khu vực và trên thế giới Kể từ những năm đầu của sự nghiệp đổi mới đến nay , nền kinh

tế nước ta đã có những bước chuyển biến rỏ rệt trong đó ngành công nghiệp nói chung cũng đã từng bước phát triển Bắt đàu từ việc chuyển giao công nghệ tiên tiến của nước ngoài Dưới nhiều hình thức , dần đến việc nghiên cứu, thay thế một số linh kiện và dây chuyền công nghệ mà trong nước có thể thiết kế chế tạo Đó là một chủ trương đúng đắn của Đảng và Nhà nước Chính điều đó, nó không những làm tăng tính hiệu quả về mặt kinh tế , giải quyết gánh nặng việc làm cho xã hội mà còn tăng tính tự lập , tự cường , phát huy sức mạnh nội lực và khả năng sáng tạo

Nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hóa , hiện đại hóa , vấn đề xây dựng cơ bản càng được quan tâm , nhu cầu sử dụng tấm lợp ngày càng gia tăng Đặc biệt là các loại tấm lợp bằng kim loại (Tôn ) Yêu cầu đặt ra đối với các loại sản phẩm tôn ngày càng cao

về hình dạng , màu sắc và kích thước Trong khi đó nước ta chưa sản xuất được tôn mà phải nhập từ nước ngoài Để có những sản phẩm tôn sóng đến với người tiêu dùng có giá

thành thấp , kích thước như mong muốn , mẩu mã đẹp thì việc thiết kế chế tạo một DÂY

CHUYỀN CÁN TÔN TẠO SÓNG là cần thiết Sử dụng được lao động trong nước và chỉ

cần nhập tôn cuộn từ nước ngoài

Sau một thời dài nguyên cứu suy nghĩ và phân tích , được sự giúp đỡ, gợi ý của

các Thầy cô trong khoa và sự tận tình hướng dẩn của thầy Trần Xuân Tùy Tôi đã thực hiện đề tài " THIẾT KẾ DÂY CHUYỀN CÁN TÔN TẠO SÓNG " Đây là một vấn đề

mới mẽ , có tính khả thi cao và cần thiết Dây chuyền cán tôn được thiết kế trong đồ án không đòi hỏi chế tạo với điều kiện kỹ thuật công nghệ cao Nên đối với ngành cơ khí của nước ta hiện nay thì việc chế tạo nó là việc hoàn toàn thực hiện được

Mặc dù được hướng dẫn tận tình của Thầy giáo , nhưng do vốn kiến thức còn hạn chế , tài liệu khan hiếm , thời gian có hạn và chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế lại phải giải quyết một nhiệm vụ lớn Nên quá trình thiết kế này sẽ không tránh khỏi những sai sót

và thiếu sót Rất mong được sự góp ý của các Thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Xuân Tùy , khoa Cơ Khí , các cán bộ công

nhân viên Công ty điện chiếu sáng thành phố Đà Nẳng cùng các xưỡng cán tôn trên địa bàn thành phố Đà Nẳng đã giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài này

Đà Nẳng, tháng 5 năm 2001 Sinh viên thiết kế : Hồ Hữu Bình

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ TÔN SÓNG VÀ NHU CẦU SỬ DỤNG

1.1 GIỚI THIỆU VỀ TÔN SÓNG

1.1.1 Khái niệm

Trong cuộc sống hiện nay, nhu cầu về tấm lợp ngày càng cao Người ta sản xuất và

sử dụng rộng rải , phổ biến nhất là tôn kim loại Đó là những tấm kim loại được dát mỏng , thường sử dụng với chiều dày từ 0,25mm đến 0,5mm , với chiều rộng từ 0,92m đến 1,22m Tôn sử dụng nhiều làm tấm lợp , che chắn

Hiện nay tôn phẵng được sản xuất thành từng cuộn là chủ yếu,với khối lượng mổi cuộn khoản 5 tấn , chiều dày và chiều rộng nhất định Các loại tôn cuộn thường được nhập khẩu từ nước ngoài như : BHP - ÚC, NKK- NHẬT , ANMAO- ĐÀI LOAN, HÀN QUỐC Và đã có sẳn lớp bảo vệ oxi hóa thường gọi là tôn mạ màu , tôn mạ kẻm , tôn lạnh Để tăng thêm độ cứng vững và thuận tiện khi sử dụng người ta tạo sóng cho nó và vấn đề tạo sóng là vấn đề cần thiết cho sử dụng Việc tạo sóng tôn cũng là bước công nghệ quan trọng và liên quan đến nhiều yếu tố

Tùy thuộc yêu cầu sử dụng mà người ta chọn biên dạng sóng mà tạo sóng thẳng hay sóng ngoái Tôn sóng thẳng có tôn sóng vuông và sóng tròn , loại sóng tròn do trước đây sản xuất theo cỡ nên gây khó khăn trong việc sử dụng

So với các loại tấm lợp ở nước ta thường sử dụng như ngói , nhựa ,mirô xi măng, giấy lợp Thì tôn kim loại có nhiều ưu điểm hơn , đặc biệt là loại tôn sóng ( sóng vuông , sóng ngói ) , sản xuất theo công nghệ mới , cán cắt theo yêu cầu sử dụng và được thể hiện

- Kích thước gọn nhẹ

- Ít hư hỏng , không thấm nước

- Kết cấu sàn lợp gọn , nhẹ, tiết kiệm được vật liệu ( thanh xà bằng gỗ hay thép )

- Tuổi thọ cao

- Bức xạ nhiệt

- Chiều dài tôn theo yêu cầu

Nhờ những ưu điểm trên , cùng với sự phát triển của nền kinh tế mà công nghệ chế tạo tôn được đầu tư phát triển đáp ứng nhu cầu và việc sử dụng tôn ngày càng rộng rải

- Theo công dụng : Loại mái vòng , mác thẳng , tôn lạnh

- Theo biên dạng : Tôn sóng vùng , óng tròn , sóng ngói

- Theo chiều dày : 0,3mm , 0,4mm, 0,45mm

1.1.3 Các loại biên dạng tôn thường gặp

a Loại sóng thẳng

+ Sóng tròn :

Tôn hợp kim thì bền nhưng giá thành cao.

Tôn nhôm nhẹ , dẻo , dể cán , uốn , bền trong không khí nhưng giá thành cao và hiệu lực kém

1.2 Nhu cầu sử dụng

Trước đây do nhu cầu chất lượng cuộc sống thấp , công nghệ chưa phát triển , vấn

đề tấm lợp chưa được quan tâm Cùng với thời gian loại tấm lợp bằng tôn được ra đời , được cải thiện lần , và đã sản xuất ra những loại tấm đã tạo lượn sóng sẳn và có các kích thước nhất định Nhưng loại này giá thành cao , không thuận lợi cho sử dụng,nên nhu cầu

sử dụng còn hạn chế

Ngày nay cùng với sự phát triển chung của khoa học kỷ thuật , sự hội nhập và hợp tác ,đầu tư sản xuất Nền kinh tế nước ta đã từng bước phát triển , đưa tiến độ khoa học vào thực tế sản xuất , đời sống dần dần được nâng cao Từ đó nảy sinh nhiều nhu cầu thiết yếu vấn đề xây dựng cơ bản , kết cấu hạ tầng ngày càng nhiều Do vậy vấn đề sử dụng tấm lợp mà nhất là tôn ngày càng nâng lên Nó đặt ra một số yêu cầu mới về giá tôn chịu nhiệt , tôn sóng vuông , tôn sóng tròn , tôn sóng ngói , tôn mái vòm Tôn sóng có nhiều cỡ sóng ,kích thước chiều ngang từ 0,92m đến 1,22m Nên việc lựa chọn loại tôn đểù sử dụng rất dể dàng

Nhìn chung việc lựa , sử dụng loại sóng tôn ( sóng vuông, sóng tròn hay sóng ngói )

nó còn tùy thuộc vào đặc điểm lối kiến trúc của công trình xây dựng Đa số hiện nay người

ta sử dụng tôn sóng thẳng (Sóng vuông , sóng tròn ) và nó phù hợp thẩm mỹ với nhà thông dụng và công nghiệp Cùng chủng loại tôn nhưng tôn sóng ngói có giá thành cao hơn một

ít Tôn sóng ngói dùng phù hợp với những nhà có kiến trúc hiện đại ( 4 mái, 6 mái ), biệt thự , hoạc các kiểu kiến trúc cổ mà về yêu cầu thẩm mỹ không thể thay bằng tôn sóng

thẳng được , nên nhu cầu sử dụng tôn sóng ngói ít hơn Trong tương lai theo đà phát triển, nhu cầu về thẩm mỹ thì tôn sóng ngói cũng có triển vọng cao Một đặc điểm nữa của tôn sóng ngói là nó chỉ lợp một chiều nên khi sử dụng lợp các phần chéo thì phải bỏ một phần diện tích tôn

CHƯƠNG II CÔNG NGHỆ CÁN TẠO SÓNG

2.1 LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CÁN KIM LOẠI

2.1.1 Biến dạng dẻo của kim loại khi cán

-Biến dạng dẻo là sự biến đổi kích thước sau khi khử bỏ tải trọng

Khi tải trọng vượt quá gía trị nhất định ( P) độ biến dạng Ltăng lên theo tải trọng với tốc độ nhanh hơn Ở giai đoạn này biến dạng dẻo đi cùng với biến dạng đàn hồi

Biến dạng phá hủy là sự đứt rời các phần tinh thể kim loại khi biến dạng (khi tải trọng vượt quá tải trọng cho phép ) Khi tải trọng đạt đến giá trị lớn nhất (đc ) trong khi kim loại xuất hiện vết nứt , tại đó ứng xuất tăng nhanh gây biến dạng tập trung , kích thước vết nứt tăng lên và cuối cùng phá hủy kim loại ( điểm D ) Đó chính là giai đoạn phá hủy

* Biến dạng dẻo là hình thức phổ biến , gia công áp lực là quá trình lợi dụng giai đoạn biến dạng dẻo để gia công Biến dạng của kim loại được thực hiện bằng sự trượt và song tinh Biến dạng dẻo bắt đầu được thực hiện khi mà trong kim loại trạng thái ứng xuất được xác định Trong đó ứng xuất tiếp tác dụng lên mâựt trượt đạt đến giá trị giới hạn τth ( phụ thuộc vào vật liệu ) và có khả năng vượt qua nội lực trên các mặt trượt và trên tinh giới hạn của kim loại

PPc

PbbPa

∆L

b Trạng thái ứng suất và các phương trình dẻo

Giả sử trong vật thể hoàn toàn không có ứng suất tiếp thì vật thể có 3 dạng ứng suất chính sau :

Ứng suất đường : τmax = σ1/ 2 (1)

Ứng suất mặt : τmax = (σ1- σ2 ) / 2 (2)

Ứng suất khối : τmax = (σmax - τmax ) / 2 (3)

Nếu σ1 = σ2 = σ3 thì τ =0 và không có biến dạng , ứng suất chính để kim loại biến dạng déo là biến dạng chảy σch

* Điều kiện biến dạng dẻo :

Khi kim loại chịu ứng suất đường :

Các phương trình trên gọi là phương trình dẻo

Biến dạng dẻo chỉ bắt đầu sau biến dạng đàn hồi , thế năng của biến dạng đàn hồi :

2 1

2 1

δδδµε

2 2

=

E A

Trong đó : µ - hệ số Papacon tính đến vật liệu biến dạng

E - mô dun đàn hồi của vật liệu

Thế năng để làm thay đổi thể tích bằng :

2 3 2 1 3

2

6

213

2

1∆ δ +δ +δ = − µ δ +δ +δ

=

E F

2 3 2

2 2 1 6

Vậy thế năng đơn vị để biến hình khi biến dạng đường sẽ là :

0 2 6

2 3 2

2 2

Đây gọi là phương trình năng lượng biến dạng dẻo

Khi các kim loại , biến dạng ngang không đáng kể , nên theo (9)

3 2

δδ

Vậy phương trình dẻo có thể viết

0 0

k=0.58δ0 Gọi là hằng số dẻo

Ở trạng thái ứng suất khối phương trình dẻo có thể viết :

156 1 3

2 2

2 0

3 1

δ δ

k

const k

c Biến dạng dẻo kim loại trong trạng thái nguội

Thực nghiệm cho thấy với sự gia tăng mức độ biến dạng nguội thì tính dẻo của kim loại sẽ giảm và trở nên giòn khó biến dạng

Hình vẽ dưới đây , trình bày đường cong về mối quan hệ giữa các tính chất cơ học của thép và mức độ biến dạng rất rỏ ràng nếu biến dạng vượt quá 80% thì kim loại hầu như mất hết tính dẻo

100

80

Độ bền40

Khác với các phương pháp gia công áp lực khác ( Kéo , ép , lập , rèn ) quá trình biến dạng kim loại khi cán vì vậy cán là một phương pháp gia công có năng suất cao Các máy cán hiện đại có khả năng cơ khí hóa và tự động hóa rất cao Vận tốc cán có thể 20 -

40 m/ ph

Ở các nước công nghiệp phát triển kỹ nghệ gia công áp lực phát triển cao Trong

đó có kỹ nghệ cán Dây chuyền cán đã được tự động hóa toàn bộ với sự trợ giúp của kỹ thuật điện tử và tin học

Công nghệ cán liên tục đã được sử dụng triệt để , chất lượng bề mặt cũng như hình dáng sản phẩm cũng đã được dần dần hoàn thiện

Công nghệ cán ngày càng được phát triển ở Việt Nam Hiện nay cũng đã hình thành các trung tâm luyện cán tại Thái Nguyên , Biên Hòa , Đà Nẵng , Hải Phòng TPHCM Các trung tâm này dần đưa vào sản xuất và hướng đến cải tiến kỷ thuật , đáp ứng nhu cầu sản phẩm cán hiện nay

a phân loại sản phẩm cán

Sản phẩm cán là những sản phẩm kim loại nhận được bằng phương pháp cán nóng

và nguội Việc phân loại sản phẩm cán phải dựa vào thành phần vật liệu Công dụng sản phẩm , hình dáng sản phẩm , tổ chức công nghệ Nhưng đặc trưng nhất của việc phân loại sản phẩm cán là dựa vào hình dáng , tiết diện sản phẩm Hầu hết các nước đều phân loại theo kiểu này

Ta có thể chia sản phẩm cán thành 4 nhóm sau :

* Loại tấm : được chia làm 3 loại

- Thép tấm dày : Có chiều dày h >= 25mm

Thép tròn có φ = (8 -200)mm Đặc biệt có loại lớn hơn φ =300mm và có loại nhỏ

φ = (5 - 9 )mm gọi là thép dày sản xuất thành cuộn

a: Vận tốc kim loại theo mặt cắt ngang vùng biến dạng

b: sự thay đổi vận tốc của kim loại Vmx và vận tốc dài của trục cán Vtx trong vùng biến dạng

Quá trình cán là quá trình biến dạng dẻo giửa hai trục cán quay ngược chiều nhau nhờ lực ma sát giữa trục cán với phôi kim loại

Vùng biến dạng là thể tích của kim loại được tạo bởi cung ơm AB = α và các mặt phẳng đứng của phơi kim loại vào trục cán và sản phẩm cán khi ra khỏi trục cán ứng với 2 điểm A , B

Khi phân tích ứng suất trong vùng biến dạng , cĩ thể sử dụng phương trình dẻo (22),(23) trên cơ sở ly thuyết cọng biến dạng dẻo của Guber

- Mytex - Genke :

o Trong trường hợp chung : (σy - σx ) + 4τxy2 = 4K2

o Trong trường hợp cĩ ứng suất chính : σ1 - σ3 = 2K

Mo men cần thiết để quay trục cán :

Aïp lực đơn vị dN và dT tác dụng trong vùng biến dạng trể và sớm trong qua trình cán thành

Momen cán một trục :

M1 = α∫ −∫γ

γ

ϕτ

ϕτ

0

r Rd r

− + +

−

tb

tb tb

l

h h

l

h K

P

ϕµ

ϕµ

µ

µ

2

1 1

4

1 2

1

2

2 1

Ở đây : ϕ µ 2 µ

1 ln 2

tb

h

l h

l K

P

.4

112

l l

2

Khi ∆h=α.l thì : ϕ= (1 −αϕl)

2 1

Trong cán nĩng khi µ = 0 4 ÷ 0 5 , ϕt = 0 ÷ 0 28và α = 0 4 ÷ 0 5 ta nhận được ϕ = 0 5 ÷ 0 42

* Aïp lực lên trục cán khi cán hình

Trong cán nĩng xuất hiện các lực ma sát phụ trên lổ hình làm tăng áp lực lên trục cán trong thời gian cán Song để xác định chúng chính xác chúng rất khĩ khăn Cho nên

để tính tốn chúng người ta sử dụng các hệ thống thực nghiệm phụ thuộc vào hình dáng lổ hình gọi là hệ số hình dáng :

k

tb n K

l tb

tb

a,b : - hệ số phụ thuộc hình dáng lổ hình

htb : - chiều dày quy đổi trung bình của kim loại tại vùng biến dạng

l : - chiều dày tiếp xúc của kim loại với trục cán đối với trường hợp l/htb>2

nK = 0,75 + 0,25 l/htb

Các thơng số về kích thước

2

;2

;,

1

1 0

0 1

1 1 0

0 0

b b b h h h b

F b

F N b

F h b

F

Chiều dài tiếp xúc : l = R ∆h

Aïp xuất tồn phần của kim loại với trục cán theo hình chiếu ngang

Momen cán được xác định Mc = 2 P.a = 2p.ϕt.l

.ϕt = a/ l - hệ số tay đòn

.ϕt = 0,45 - 0,5 - khi cán hình đơn giản

.ϕt = 0,6- 0,65 // vùng thôi

.ϕt = 0,650- 0,750 // các loại khác

* Momen và công suất động cơ định trong khi cán kim loại

Công suất động cơ điện để truyền dẩn cho trục dẩn và momen quay

d : công suất và momen động để vượt qua độ ì của các cơ cấu

Hai đại lượng đầu Nc + Nms hoặc M’

c + M’

mc không đổi trong quá trình cán gọi

là tải trọng tĩnh của động cơ

Tải trọng của động cơ Nd hoặc M’

d sinh ra trong thời điểm phôi bị ôm bởi các trục cán

** Momen cán của động cơ :

dc

n

n

i= =ω

M

tr c

c = ω =

** Momen ma sát

Khi cán trong máy cán 2 trục thì momen ma sát xuất hiện trong 4 ổ đở của 2 trục thì:

M i

M M

M M

d P r

P

ms ms

ms

' 2

' 1

' 0 0 0 0 1

Khi cán trên máy can 4 trục thì áp lực hầu như từ 2 trục cán truyền nên sự mất mát

do ma sát được tính trên các ổ trục truyền :

tr

ct ms

D

D d P

** Momen tỉnh

i

M M M

M

ms c

1 '

1 '

'

η

+

=+

'

1

1

ηη

c

ms t

c t

M

M M

30

d

' '

Mdm : - Momen định mức của động cơ

k : - Hệ số quá tải cho phép của động cơ ( k = 2 - 2,5 )

12

3

1

2

2.1.3 Lý thuyết quâ trình uốn

a Khâi niệm

Uốn lă phương phâp gia công kim loại bằng âp lực nhằm tạo cho phôi hặc một phần của phôi có dạng cong hay gấp khúc , phôi có thể lă tấm , dải , thanh định hình vă được uốn ở trạng thâi nóng hoặc nguội Trong quâ trình uốn phôi bị biến dạng dẻo từng vùng để tạo thănh hình dâng cần thiết

Uốn kim loại tấm được thực hiện do biến dạng dẻo

Đăn hồi xảy ra khâc nhau Ở hai mặt của phôi uốn

b Quâ trình uốn

Uốn lă một trong những nguyín công thường gặp nhất trong lập nguội Quâ trình uốn bao gồm biến dạng đăn hồi vă biến dạng dẻo Uốn lăm thay đổi hướng thớ kim loại , lăm cong phôi vă thu nhỏ dần kích thước

Trong quâ trình uốn , kim loại phía trong góc uốn bị nắn vă co ngắn ở hướng dọc ,

bị kĩo ở hướng ngang Câc lớp kim loại ở phía ngoăi chịu kĩo vă gỉan dăi ở hướng dọc ,bị neõn ở hướng ngang Giữa câc lớp co ngắn vă giản dăi lă lớp trung hòa

Khi uốn những dải hẹp xảy ra hiện tượng giảm chiều dăy , chổ uốn sai lệch hình dạng tiết diện ngang , lớp trung hòa bị lệch về phía bân kính nhỏ

Khi uốn tấm dải rộng cũng xảy ra hiện tượng biến mỏng vật liệu nhưng không có sai lệch tiết diện ngang Vì trở khâng của vật liệu có chiều rộng lớn sẽ chống lại sự biến dạng theo hướng ngang

Trong trường hợp uốn phôi rộng thì biến dạng của nó có thể được xem như biến dạng trượt

Khi uốn phôi với bân kích góc lượng nhỏ thì mức độ biến dạng dẻo lớn vă ngược lại

lA)Trước khi uốn

* Xâc định chiều dăi phôi uốn

- Xâc định vị trí lớp trung hòa , chiều dăi lớp trung hòa ở vùng biến dạng

- Chia kết cấu của chi tiết , sản phẩm thănh những đoạn thẳng vă đoạn cong đơn giản

-cộng chiều dăi câc đoạn lại : Chiều câ đoạn thẳng theo bản vẽ chi tiết , còn phần cong được tính theo chiều dăi lớp trung hòa

Chiều dăi phôi được xâc địnhk theo công thức :

ϕ

- r : Bân kính uốn cong phía trong

* Bân kính uốn nhỏ nhất vă lớn nhất

α

l2R

ϕ

l1Lớp trung hoà

Sau khi uốn

B)

rtrong nếu qúa nhỏ sẽ làm đứt vật liệu ở tiết diện uốn , nếu quá lớn vật uốn sẽ không

có khả năng giữ được hình dáng sau khi đưa ra khỏi khuôn ( r trong >= rmin )

rngoài >= r trong + s

E = 2,15.105 N/mm2 : modun đàn hồi của vật liệu

S: Chiều dày vật uốn

σT : giới hạn chảy của vật liệu

Bán kính uốn nhỏ nhất :

2 1

1 min

-δ : Độ giản dài tương đối của vật liệu ( %)

Theo thực nghiệm có : r min = k.s

k : Hệ số phụ thuộc vào góc uốn α

2

1. . . B s .k l

n s B

l

n s

k1 = . : hệ số uốn tự do có thể tính theo công thức trên hoặc chọn theo bảng phụ thuộc vào tỉ số l/s

B1 : Chiều rộng của dải tấm

S : Chiều dày vật uốn

N : Hệ số đặc trưng của ảnh hưởng của biến cứng : n = 1,6 - 1,8

σb : giới hạn bền của vật liệu

l : Khoảng cách giửa các điểm tựa

- Lực uốn góc tinh chỉnh tính theo công thức

P = q.F ( N )

- q : Áp lực tinh chỉnh ( là phẳng ) chọn theo bảng

- F : Diện tích phôi được tinh chỉnh

Tóm lại : trong quá trình uốn không phải toàn bộ phần kim loại ở phần uốn đều chịu biến dạng dẻo mà có một phần còn ở dạng đàn hồi Vì vậy không còn lực tác dụng thì vật uốn không hoàn toàn như hình dáng cần uốn

2.2 QÚA TRÌNH TẠO SÓNG TÔN

Quá trính cán tôn là quá trình cán hình đặc biệt Nó không làm thay đổi độ dày của tôn tại mọi vị trí Tôn phẳng sau khi qua dây chuyền cán nó có biên dạng nhuu yêu cầu Đặc biệt trong quá trình cán tôn lớp sơn mạ bảo vệ phải được giữ nguyên hoàn toàn không bị phá huỷ tại một vị trí nào Với đặc điểm của cán tôn như vậy ta có thể xem quá trình cán tôn như là quá trình uốn liên tục tạo ra hiện dạng yêu cầu Việc tạo thành một sóng tôn nó cũng phải qua nhiều lần cán Từ 4 đến 5 lần sao cho đảm bảo dược biên dạng và biên dạng trong cán tôn , sóng tôn được định hình giữa hai con lăn cán , trong đó Một con lăn đóng vai trò là cối và một con lăn đóng vai trò là chày Giữa chày và cối có chuyển động quay

và phôi có chuyển động tiến Độ sâu của sóng tôn sau một lần cán phụ thuộc vào độ sâu của chày

2.3 SƠ BỘ VỀ DÂY CHUYỀN CÁN TÔN TẠO SÓNG

2.3.1 Dây chuyền cán

a Tổng quan về dây chuyền cán

Dây chuyền cán là hệ thống các thiết bị thực hiện nguyên công chính là làm biến dạng dẻo kim loại bằng áp lực để nhận được sản phẩm cán có hình dạng , kích thước yêu cầu

Dây chuyền cán gồm các bộ phận chính sau :

* Nguồn động lực (động cơ , Mô tơ )

Nguồn động lực hay còn gọi là nguồn năng lượng để làm biến dạng dẻo kim loại được truyền đến trục cán từ các động cơ điện Thường dùng động cơ chuyên dùng có thổi gió làm mát ở dây chuyền cán có tốc độ cán không đổi ( Dây chuyền cán liên tục ) thường dùng động cơ đồng bộ ( đôi khi dùng độnh cơ không đồng bộ với bánh đà ) Ở day chuyền cán có điều chỉnh tốc độ dùng động cơ một chiều Nguồn một chiều được cấp từ bộ chỉnh lưu riêng

*Bộ phận truyền động

Bao gồm : Hộp giảm tốc , khớp nối , trục và hộp bánh răng trợ lực

- Hộp giảm tốc là bộ phận giảm tốc trục quay khi truyền động từ hộp cơ đến đến trục cán

- Trục Spindet : Dùng để truyền chuyển động quay từ bộ bánh rằn chử V đến trục cán , sử dụng phổ biến là trục Spindet vạn năng

- Hộp bánh răng truyền lưüc : là bộ phận chuyển động từ họp giảm tốc qua các bánh răng chử V để phân phối cho các trục cán

* Giá cán

Giá cán là bộ phận chủ yếu của dây chuyền cán Bao gồm thân giá cán , trục cán ,

ổ đỉa trục , bộ phận điều chỉnh lượng ép , hệthống dẩn phơi , lật phơi cán và các thiết bị phụ khác đặt trên thân giá cán

b Phân loại dây chuyền cán

Cĩ nhiều cách phân loại dây chuyền cán

* Phân loại theo tên gỏi

- Dây chuyền cán phá : Gồm máy cán phá phơi thỏi và phơi tấm

- Dây chuyền cán phơi trung gian : Thường đặt sau dây chuyền cán phá , dây chuyền này cĩ nhiệm vụ cung cấp phơi cho máy cán hình

- Dây chuyền cán ra thành phẩm : Gồm các loại máy sau

.Máy cán hình cở lớn Máy cán tấm lá

Máy cán hình cở trung bình Máy cán ống

Máy cán hình cở nhỏ Máy cán hình đặc biệt

Máy cán dày

* Phân loại theo cách bố trí giá cán : Cĩ các loại

Máy cán một giá cán : Loại này chủ yếu là máy cán phá

Máy cán bố trí theo hàng : Các giá cán đứng thành một hay nhiều hàng ngang Máy cán bố trí theo hình chử z

Máy cán liên tục : Phối hợp hai loại máy cán liên tục và theo hàng trong một dây chuyền cơng nghệ

* Phân loại theo số lượng giá cán

Máy cán cĩ một giá cán ( Máy cán phá )

Máy cán cĩ nhiều giá cán ( Máy cán lá tấm )

* Phân loại theo số lượng trục cán

Bao gồm : Máy cán hai trục , ba trục , máy cán nhiều trục , máy cán hành tinh , máy cán trục nghiêng ,

* Phân loại theo chế độ làm việc

Máy cán quay thuận nghịch cĩ điều chỉnh

Máy cán khơng quay thuận nghịch cĩ điều chỉnh

Máy cán khơng quay thuận nghịch khơng điều chỉnh

2.3.2 Dây chuyền cán tôn và nhu cầu sử dụng

a Dây chuyền cán tôn

Dây chuyền cán tôn là thiết bị gia cong áp lực dùng biến dạng dẻo để biến dải kim loại phẳng thành sản phẩm tấm có hình sóng , tiết diện ngang của các sản phẩm cán có hình dáng khác nhau , nhưng có đặc điểm chung phải là độ dày sản phẩm ở mọi điểm không khác nhau mấy

Trên một dây chuyền cán tôn có nhiều cặp trục cán nằm liên tiếp nhau Sản phẩm được hình thành từ tấm hoặc dải lần lượt đi qua nhiều cặp trục , mà ở mổi nhiều cặp trục vật cán được tạo hình dần dần tiến đến hình dáng , tiết diện của sản phẩm cuối cùng

Quá trình cán tôn được thực hiện liện tục trên nhiều giá cán đứng liên tiếp nhau trong cùng một hàng dọc Nhờ lực ma sát giữa các con lăn quay và tấm kim loại mà phôi cán chuyển động tịnh tiến ăn liền vào giá cán đứng sau Mà giữa các giá cán đó không sảy

ra hiện tượng chùn hoặt đứt kim loại cán Để đảm bảo quá trình cán diển ra liên tục thì thể tích kim loại đi qua các giá cán cùng một lúc trong một đơn vị thời gian phải bằng nhau

So với dập , uốn thì việc cán tôn trên máy cán liên tục có những ưu điểm sau hơn như :

Năng suất cán cao

Chất lượng sản phẩm tốt , ít bị khuyết tại

Dễ cơ khí hóa và tự động hóa trong quá trình sản xuất

Nhược điểm :

Vốn đầu tư ban đầu lớn

Nhiều thiết bị phụ

Chiếm nhiều diện tích nhà xưởng

b Nhu cầu sử dụng dây chuyền cán tôn sóng

Do nhu cầu sử dụng tôn ngày càng tăng và để giảm giá thành sản phẩm Chủ động trong việc đáp ứng nhu cầu của người sử dụng về màu sắc , vật liệu , độ dày và chiều dài của tôn Đòi hỏi các nhà sản xuất , kinh doanh hùn bán tôn phải tìm ra giải pháp tối ưu đáp ứng được yêu cầu đó và hiện nay các phân xưỡng cán tôn cũng được xây dựng một cách

Tại thành phố Đà Nẵng , công ty điện chiếu sáng thành phố cũng như nhà máy cơ khí ôtô Đà Nẵng đã nguyên cứu , chế tạo dây chuyền cán tôn cung cấp cho thị trường và sản xuất tôn

Nước ta chưa sản xuất được các loại vật liệu làm tôn , nên các phân xưởng cán tôn trên chủ yếu sử dụng dụng phôi liệu nhập từ các nước Nhật , Uïc , Đài Loan , Hàn Quốc phôi liệu là những tấm kim loại phẳng có chiều rộng từ 0,92m đến 1,22m Được sơn hay

mạ sẵn và được quấn thành cuộn khoản 5 tấn

Với nhu cầu thực tế hiện nay Cùng với sự hướng dẫn của thầy Trần Xuân Tùy, việc hướng đến đề tài thiết kế dây chuyền cán tôn sóng là vấn đè cần thiết vầ thực tế

CHƯƠNG III

SO SÁNH , CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY & NGUYÊN LÝ

Cán tôn là quá trình làm biến dạng kim loại (uốn hình ) một cách liên tục giữa các

cặp trục cán đứng yên liên tiếp nhau Từ đó sản phẩm được hình thành từ những tấm phẳng được trải ra từ cuộn tôn Được cán liên tiếp qua nhiều trục cán Mà ở một trục cán được tạo sẳn biên dạng nên tạo sóng dần dần , tiến đến hình dáng và tiết diện yêu cầu

Để thiết lập sơ đồ động của máy , ta dựa vào cánh bố trí những con lăn hình sóng tôn , số lượng các cặp trục cán , hệ thống truyền động

3.1 THIẾT LẬP BIÊN DẠNG SÓNG TRÒN

3.1.1 Xác định số sóng và kích thước sóng

Các dạng sóng tôn ngói thường gặp như sau :

Việc lựa chọn số sóng tôn phụ thuộc vào nhiều yếu tố chiều rộng phôi tấm , hình dáng kích thước sóng tôn , chiều rộng tôn sau khi cán và nhu cầu sử dụng của mọi người Hiện nay các loại tấm đang được sử dụng để cán tôn có chiều rộng : 1200mm , 1070mm , 1000mm 940mm Chiều dày thường từ 0,25 đến 0,5mm Với sóng ngói nhu cầu sử dụng không như sóng vuông Và phổ biến nhất sử dụng loại 5 sóng với chiều rộng tôn khi cán xong 830mm và chiều rộng khi chưa tạo sóng của nó là

Các dạng sóng tôn trên được sử dụng phổ biến như nhau Muốn tạo thành hình sóng ngói , thì trước tiên qua liên tục các lô cán tạo nên sóng dọc sau đó dùng đầu dập tạo bậc ngói , các bậc có đọ cao thường lớn hơn 10mm Các bước ngói có thể điều chỉnh được,theo yêu cầu thẩm mỹ Sau tạo biên dạng sóng dọc thì đầu dập thực hiện hành trình dập theo yêu cầu kích thước bước ngói

3.1.2 Cơ sở tính toán thiết kế biên dạng sóng tôn

Cần tìm ra qui luật và tuần tự tính toán thích hợp cho toàn bộ các biên dạng.Bắt đầu từ việc xác định các thông số của biến dạng sóng tôn.Tiến hành phân tích hai biên dạng sau +Biên dạng sóng nhô cao

Sau các lần cán ta được chiều cao a1 theo yêu cầu, bán kính cong R không đổi , và tương ứng với chiều dài l1 (dây cung l1)

Từ hình vẽ, xét quan hệ giữa các thông số ta thấy như sau:

3.2 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CON LĂN CÁN

Muốn xác định kích thước của con lăn cán ta phải lựa chọn đường kính danh nghĩa của các con lăn thông qua vận tốc của sản phẩm khi đi qua dây chuyền Chọn vận tốc sản phẩm là V = 0,3m/s

Các con lăn trên trục cán có đường kính không giống nhau và nó theo biên dạng cán nên có thể đường kính nhỏ và lớn Do vậy khi sản phẩm cán đi qua hai trục cán sẽ có phần vận tốc của tôn khác đi vận tốc dài của con lăn cán Do đó sẽ xuât hiện hiện tượng trượt tương đối giữa tôn và con lăn cán

Từ hình vẽ ta thấy biên dạng ta thấy biên dạng tôn được uốn theo hình có sẳn trên can lăn Nhờ ma sát giữa tôn và các con lăn , nên khi con lăn ở trục dẫn động quay , tôn được chuyển động tịnh tiến động thời cũng dẩn động làm quay trục trên

Khi thiết kế hệ thống con lăn của cặp trục cán Chú ý đảm bảo cho nó có vận tốc dài bằng nhau tại một số vị trí và không cho chúng làm giản (co ) tôn theo chiều dọc , tránh

bị vòm Vận tốc tại đó sẽ là vận tốc tôn để thiết kế máy Ta chọn ở vị trí này làm vận tốc trung bình của con lăn

Máy cán tôn là máy hình loại nhẹ , cán tấm dải chiều dày < 1mm nên tâ chọn đường kính dnh nghĩa của các con lăn D = 150mm , d= 150mm Tính toán cho chiều dày tôn cán là 0,5mm Để tôn ra khỏi hai trục cán phẳng thì số vòng quay của hai trục phải khác nhau

Chọn đường kính trục đở con lăn là φ=70mm

Đường kính cổ trục để lắp ổ đở là φcổ = 50mm

3.2.1 Xác định kích thước con lăn cán sóng tôn đầu tiên nhô cao

Chọn chiều rộng của con lăn trên B1 =120mm

Chọn chiều rộng của con lăn dưới B2=140mm

Đường kính danh nghĩa : D=150mm , d=150mm

Để có các bước sóng tiếp theo , ta tạo ra con lăn cán có hình dáng tương tự nhưng

về hai phía Để thuận lợi cho việc chế tạo cũng như lắp ráp Ta làm các con lăn thành từng phần riêng lẽ nhau mỗi phần đúng bằng khoản sóng tiếp theo Sau đó lắp ghép lại

với nhau thành thành một lô cán hoàn chỉnh thông qua trục chung φ= 70mm và lắp giữ bằng then từng cụm riêng

3.2.2 Xác định kích thước của con lăn thứ 2 biên dạng thấp xuống

Chọn chiều rộng của con lăn trên B3 = 150mm

Chọn chiều rộng của con lăn dưới B4 = 170mm

c Xác định kích thước con lăn cán của các sóng tiếp theo

Tương tự như hai loại sóng trên Các loại sóng sau này cùng kích thước tương tự theo mỗi loại và được bố trí về hai phía đối xứng nhau

3.3 CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY, PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN

Có nhiều phương án thiết kế máy khác nhau Nhưng tùy thuộc vào cách truyền động , sự phân bố biên dạng trên trục cán Khi cán sóng tôn gợn sóng này , hệ con lăn cán của các sóng gần nhau phải liên tục Để đơn giản ta chỉ biểu diển các con lăn của các sóng

cơ bản còn các sóng trung gian và con lăn trung gian thì ngầm hiểu

3.3.1 Các phương án bố trí con lăn tạo sóng trên trục

* Phương án 2

Phương án này có 21 cặp trục cán

* Phương án 3 :

Phân bố đí xứng qua sóng tôn ở giữa Phương án này có n20 cặp trục cán

Trong 3 phương án trên Trong quá trình thiết kế dây chuyền cán tôn sóng này ta chỉ được chọn 1 phương án Qua quá trình tìm hiểu và nguyên cứu nhiều nơi , thêm vào đó

là sự tiện lợi , thích hợp của phương án Nên chọn phương án 3 Với số lượng cặp trục cán ít nên hạn chế được chiều dài của máy Lực tác động lên hai ổ đều , sản phẩm không

bị co rút từ hai phía

Vậy chọn phương án 3 là phương án bố trí các con lăn cán sóng dọc

3.3.2 Chọn phương án truyền động chính cho dây chuyền cán

Có hai phương án truyền động ch dây chuyền

- Phương án truyền động bằng dầu ép

- phương án truyền động bằng cơ khí

1 1’

4 4’

5

1 1’

2 2’ 3 3’ 4

6

43

+ Ưu điểm :

- Có khả năng thực hiện chuyển động vô cấp cho chuyển động chính , cũng như các chuyển động phụ để đảm bảo cho số vòng quay cho cơ cấu chấp hành

- Kích thước gọn nhẹ , trọng lượng và momen quán tính nhỏ

- Dể đảo chiều Chống quá tải

- Mức độ an toàn cao

- Dể dàng trong việc điều khiển tự động

- Tiện lợi cho việc bố trí các cơ cấu phụ

1 Động cơ điện 4 Hộp phân lực

2 Khớp nối 5.Hệ trục con lăn

- Điều kiện bôi trơn

- Bộ truyền gây ồn ào khi làm việc

3.3.3 Chọn phương án truyền động cho hệ thống đầu dập tạo sóng ngang

Đầu dập tạo sóng ngang cần lực dập tương đối và sao cho tôn qua cán tạo sóng dọc biến dạng từ từ không tạo ứng suất làm mỏng tôn tại nơi dập Có các phương án truyền động tạo lực dập sau :

+ Phương án tạo lực dập bằng vít me - bánh răng còn :

- Sơ đồ nguyên lý :

Âcå

• Nguyên lý hoạt động :

-Động cơ (1) thông qua truyền đai (2) Cặp bánh răng nón (5),(6) làm trục vít quay dẩn động đầu dập (8) thực hiện hình thành dập hành trình lùi (đi lèn ) của đầu dập thực hiện khi động cơ đảo chiều

+ Những ưu nhược điểm :

- Thời gian thao tác lâu

+ Phương án tạo lực dập bằng Piston-xilanh (thủy lực)

* Sơ đồ nguyên lý :

+ Nguyên lý hoạt động : Hành trình dập được thực hiện kui dầu ép qua hệ van (6) vào buồng trên của xi lanh (2) Đẩy Pits ton (1) mang đầu dập (4) thực hiện quá trình dập

Khi thực hiện xong hành trình dập , van (6) thự hiện đổi chiều đường dầu vào , đưa dầu vào buồng dưới xi lanh (2) và đẩy pits ton (1) đi lên

Những ưu nhược điểm của phương án này

- Thời gian thao tác lớn

* Kết luận :Với khả năng ngày càng tự động hóa trong nghầnh cơ khí qua phân

tích các phương án trên đây Ta thấy phương tạo lực dập bằng hệ thống Pits ton xi lanh là

thích hợp hơn với khả năng điều khiển tự động cao Vậy chọn phương án tạo lực bằng pits

ton xi lanh thủy lực

d Chọn phương án truyền động cho dao cắt

Độ dày của tôn sóng luôn nhỏ hơn 1mm Chiều ngang tôn cần cắt lớn hơn 830mm

Do vậy hành trình của dao không lớn lắm , chọn dao cắt có lưởi nằm ngang , lưởi trên

nghiêng với lưởi dao dưới một góc 2 đến 6 độ lúc đó lực cắt giảm đi đáng kể so với hai

lưởi song song nhau Tôn mỏng nên không sợ bị cong vênh

Cũng giống như đầu dập , quá trình làm việc của dao cũng có hành trình như vậy

nhưng với chu kỳ cắt thấp hơn so với đầu dập Do vậy để thuận lợi cho việc điều khiển tự

động , bố trí kết cấu và tận dụng những ưu điểm của các phương án trên , ta cũng chọn hệ

thống pits ton xi lanh cho dao cắt

e Nguyên lý chung về dây chuyền thiết kế

CHƯƠNG IV THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC TRONG HỆ THỐNG 4.1 TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA DÂY CHUYỀN

Để có được biên dạng sóng tôn thì trục cán mang các con lăn cán của các dây chuyền cán phải có biên dạng như sóng tô Khi trục cán quay tạo sóng thì vận tốc dài của các vị trí trên con lăn cán sẽ khác nhau Vì đường kính tại các vị trí đó khác nhau Để tôn

ra khỏi dây chuyền cán có vận tốc như đã chọn ( V= 0,3 m/s ) Thì về cơ bản vận tốc điểm tại một vị trí quan trọng chịu áp lực lớn phải bằng vận tốc đó Còn các vị trí còn lại sẽ xuất hiện , hiện tượng trược tương đối giữa tôn và con lăn cán

Chỉ truyền công xuất cho một trục trong một cặp trục cán của dây chuyền Còn trục cán kia sẽ tự do nhờ áp lực của tôn tác dụng lên sinh ra ma sát nó tạo mô men quay

Dây chuyền cán là loại cán hình loại nhẹ , đẻ đơn giản ta trùyen công xuất cho 10 cặp ( Dây chuyền có 20 cặp trục ) Do vậy công suất chung của toàn bộ dây chuyền dược tính quy về công suất của 10 bộ truyền bánh vít , trục vít

Biên dạng sóng tôn được tạo nhờ vào 2 con lăn cán Việc thiết kế chế tạo các con lăn cán chia làm 8 loại cho 2 biên dạng và có độ sâu theo số lần cán tạo sóng

Để thuận lợi ta chọn các trục dưới là trục dẩn do vậy các trục dưới có cùng số vòng quay Do đó thuận lợi cho việc chọn tỷ số truyền và thiết kế các bộ truyền trục vít - bánh vít Các con lăn cán được lắp then trên các trục ( Chế tạo trục và con lăn riêng )

Để thuận lợi cho việc tính toán thiết kế , ta chọn đường kính danh nghĩa cho các con lăn là D=d=150 (mm)

Số vòng quay của các trục cán được tính :

n = . 10003,14.60.150.0,3

.

60 1000

=

V d

30

2 , 38 14 , 3 30

B 2σb

Trong đó : B - Chiều rộng vật uốn

S - Chiều dày của phôi tấm , trong dây chuyền cán tôn này Chiều dày nhất của tôn là 0,5mm , chọn S= 0,5mm

σb - Giới hạn bền của vật liệu làm phôi tấm

σb<= 400(N /mm2)

n - Hệ số đặc trưng ảnh hưởng của biến dạng cứng n=1,8

l - khoảng cách giửa các điểm tựa Chiều rộng vật uốn B được tính như sau :

B = 0

180

πϕ

2 arcsin 2 2 sin

ϕ + Đối trường hợp biên dạng sĩng nhơ cao ta cĩ R=30

P1 = ∑p ( N )Với p :lực uốn từng phần sĩng tơn Aïp lực tác dụng lên cổ trục cán : R ( N )

Trục cán trên R = Q ( N ) (khơng tính đến áp lực kim loại )

+Mms : momen ma sát sinh ra tại cổ trục

d : Đường kính ổ trục cán d = 50mm + Ml : momen ma sát lăn giữa tơn và con lăn

P1: Aïp lực kim loại tác dụng lên trục

ϕt: hệ số tay địn khi cán hình đơn giản

ϕt= ( 0,45 - 0,5 ) chọn ϕt = 0,5 L: chiều dài tiếp xúc của kim loại với con lăn

4.2.2 Tính công suất động cơ

Nhằm tăng hiệu suất truyền động , giảm công suất tiêu hao qua các bộ truyền và tránh tập trung công suất lớn trên một trục Ta tiến hành tính toán công suất trên các trục Tiến hành bố trí bộ truyền trục vít - bánh vít trên các trục

Công suất của các trục được tính theo công thức sau :

N = M.ω

M- momen cần thiết để quay trục ( Nm)

ω- Vận tốc góc của trục ( 1/s ) Công suất cần thiết : N = ∑ Nηtr

η : Hiệu suất bộ truyền trục vít - bánh vít

Tính toán công suất cho từng trục ta được :

Th số Trục

M(N.mm) ω(1/s ) N (kw )

I 11249,03 4 0,045I’ 10570,72 4 0,0423

II 11600 4 0,0464

Như đã chọn phương án tạo lực dập trên Ta chọn phương án tạo lực dập bằng hệ thống Piton- xilanh.

Yêu cầu đặt ra đối với đầu dập khi thực hiện dập là tôn tại vị trí dập không bị dát mỏng , lớp sơn mạ bảo vệ không bị phá hủy

Quá trình dập tạo sóng ngói có thể xem gồm hai giai đoạn liên tục sau đây :

a Giai đoạn biến dạng đàn hồi

Khi đầu dập bắt đầu tiếp xúc với tôn cho đến trước điểm tới hạn - điểm chuyền từ biến dạng đàn hồi sang biến dạng dẻo , ứng suất trong kim loại chưa vượt quá giới hạn đàn hồi

b Giai đoạn biến dạng dẻo

Đầu dập đi xuống làm cho ứng xuất dập tăng lên và nhỏ hơn giới hạn bền của vật liệu , sao cho không xuất hiện các vết nứt trên tôn

Ta có công thức tính gần đúng lực dập như sau :

Pd= 0,4.B.S.σb.Trong đó : B - Chiều rộng tôn dập , B=914mm

S- Đọ dày tôn dập S= 0,5mm

σb- Giới hạn bền của vật liệu làm tôn

σb=400 (N/mm2)Vậy : Pd = 0,4.914.0,5.400 = 73120 (N)

4.2.4 Tính lực cắt đứt tôn

Sau khi tạo sóng dọc và bậc ngói để có tôn theo kích thước yêu cầu thì tiến hành cắt đứt tôn Vậy cắt là nguyên công chia phân tấm ra thành mảnh nhỏ, dải hẹp cho đúng theo hình dáng kích thước yêu cầu Như đã chọn phương án cắt trên ta chọn hệ thống cắt bằng thuỷ lực với hai lưỡi dao nghiêng với nhau một góc 1 ÷20 vì độ dày phôi s <

2 mm

a Tính lực cắt đứt vật liệu

Quá trình cắt đứt trải qua 3 giai đoạn liên tục :