Thuyết minh đồ án tốt nghiệp máy cán thép rằn d16

Thật vậy, trong xu thế phát triển hiện nay, tất cả các ngành công nghiệp trong quá trình vận hành và sản xuất đều có sự liên quan gián tếp hay trục tiếp từ ngành Cơ khí.Vì vậy Cơ khí đượ

LỜI NÓI ĐẦU

Một đất nước phát triển phải có nền công nghiệp phát triển, trong đó ngành Cơ khí là ngành chủ đạo Thật vậy, trong xu thế phát triển hiện nay, tất cả các ngành công nghiệp trong quá trình vận hành và sản xuất đều có sự liên quan gián tếp hay trục tiếp

từ ngành Cơ khí.Vì vậy Cơ khí được xem là ngành mũi nhọn trong việc thực hiện đường lối chủ trương Công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước trong hiện nay

Ngành Cơ khí nói chung và Cơ khí chế tạo máy nói riêng muốn có phát triển và bền vững hay không phần lớn dựa vào sự phát triển của ngành luyện kim, trong đó có ngành luyện cán thép

Ngoài ra, đối với công cuộc hiện đại hoá đất nước hiện nay, thép là một sản phẩm không thể thiếu trong các ngành kỹ thuật công nghiệp và đặc biệt là trong ngành xây dựng Nhu cầu về sản lượng thép ngày một tăng cao, vì vậy tăng năng suất sản xuất thép là điều tất yếu

Qua quá trình học tập ở trường, sau khi kết thúc các học phần, được sự nhất trí của khoa, em được thầy giáo hướng dẫn giao cho đề tài tốt nghiệp: Thiết kế máy cán thép rằn, với kích thước sản phẩm là Φ16

Qua hơn ba tháng làm đồ án tốt nghiệp, với sự chỉ dẫn tận tình của thầy Nguyễn Thanh Việt, cùng với sự nổ lực tìm tòi học hỏi của bản thân, đến nay em đã cơ bản hoàn thành nhiệm vụ tốt nghiệp đã được giao Tuy nhiên, do kiến thức và kinh nghiệm của bản thân còn nhiều hạn chế, cộng với thời gian có hạn cho nên việc tính toán thiết

kế máy không tránh khỏi những thiếu sót nhất định Kính mong quý thầy cô góp ý và chỉ bảo thêm để em có thể rút ra được nhiều kinh nghiệm quí báu trong vấn đề thiết kế máy sau khi ra trường bước vào với thực tế sản xuất!

Lời cuối, em xin chân thành cảm ơn đến toàn thể quý thầy cô trong trường, quý thầy cô trong khoa Cơ khí, những người đã dạy dỗ, động viên em từ khi mới bước vào trường Và đặc biệt gởi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy Nguyễn Thanh Việt đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành đồ án này

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2016

Sinh viên thực hiện.

Trần Công Hiệp

Phần lý thuyết Chương 1:

TÌM HIỂU VÀ GIỚI THIỆU VỀ SẢN PHẨM THÉP RẰN

Ngày nay khi nhu cầu về đời sống của con người càng được nâng cao thì nền kinh tế cần phải kịp thời đáp ứng đầy đủ những nhu cầu như nhu cầu về sử dụng thép trong công nghiệp Trong đó ngành công nghiệp, mà đặc biệt là công nghiệp cơ khí nắm vai trò chủ yếu trong việc tạo ra sản phẩm Ở một khía cạnh khác, thì ngành công nghiệp cán thép lại đóng một vai trò chủ chốt, là khâu không thể thiếu được để góp phần tạo ra các sản phẩm, vật dụng cho các ngành công nghiệp khác Mà sản phẩm thép rằn lại đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực xây dựng

Thép rằn được sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp xây dựng.Thép rằn được tạo thành từ quá trình cán kim loại, kim loại được biến dạng giữa hai trục cán quay ngược chiều nhau, giữa hai trục có hệ thống các lỗ hình và có khe hở giữa hai trục cán nhỏ hơn chiều dày của phôi ban đầu Kết quả làm cho tiết diện ngang của phôi thay đổi chiều dài tăng lên, tạo thành lỏi thép

Cán thép rằn có thể được tiến hành ở trạng thái nóng hoặc nguội, với mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm khác nhau Thép rằn được phân loại theo đường kính danh nghĩa của thép: bao gồm thép rằn Φ12, Φ 14, Φ 16 …

Hình dạng sản phẩm như sau: (hình 1.1)

Các thông số của sản phẩm:

d1: đường kính ngoài của thép rằn (mm)

d: đường kính trong của thép rằn (mm)

S: khe hở giữa hai trục cán

⇒ Đường kính danh nghĩa của thép rằn:

Hình 1.1: Sản phẩm thép rằn

dd = 16( )

2

5,145,172

Thép rằn được cán theo dung sai âm:

dd = d d+−00,,35 (mm)Bảng 1.1.Thông số cho các cỡ thép như sau:

Ngày nay do nhu cầu cuộc sống cao nên sản phẩm thép rằn không thể thiếu được trong công cuộc đổi mới đất nước, mà đặc biệt là nó được sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp xây dựng Nó được dùng để làm các kết cấu bê tông cốt thép khi xây dựng nhà cửa, cầu hầm, mái che ở các sân vận động …

Do nhu cầu sử dụng thép rằn như đã nêu trên, nên cần thiết phải có những máy cán thép với năng suất cao Đủ khả năng để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của nền công nghiệp nói riêng cũng như nền kinh tế nói chung, để góp phần vào sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa của nước nhà, đưa đất nước ngày càng phát triển.Do đó ngành cơ khí là một nhân tố không thể thiếu được trang bị hoàn thiện máy móc để đáp ứng nhu cầu nói trên

 Lịch sử phát triển của máy cán thép trên thế giới:

Máy cán thép thô dùng ngựa để kéo và dùng để cán ra sản phẩm đơn giản, để chế tạo ra gương, dao, giáo mác, các cổ xe ngựa Máy cán lúc đầu chỉ có 2 trục quay ngược chiều nhau Đến năm 1864 máy cán 3 trục đầu tiên ra đời chạy bằng hơi nước cán ra các loại thép tấm, thép hình, đồng tấm và dây đồng Do nhu cầu ngày càng phát triển, đặc biệt là ngành đóng tàu, chế tạo bánh xe lửa, ngành công nghiệp nhẹ…mà chiếc máy cán 4 trục ra đời năm 1870 Sau đó là các loại máy cán với giá cán 6 trục,12 trục, 20 trục và các loại máy cán đặc biệt khác ra đời để cán các sản phẩm siêu mỏng

và dị hình như máy cán bi, cán chu kì,cán đúc liên tục

Thế giới có những xưởng cán với chiều dài 500-4000m với năng suất rất cao như khu luyện thép Bảo Sơn Trung Quốc 6 triệu tấn /năm, khu luyện cán thép của công ty POSCO Hàn Quốc năng suất 20 triệu tấn/năm.

 Lịch sử phát triển của máy cán thép tại Việt Nam:

Trước năm 1945 các loại thép Việt Nam hầu như được nhập từ Pháp về Sau

1954 chúng ta nhập thép từ Liên xô, Trung quốc và các nước Đông Âu, kế hoạch 5 năm lần I(1960-1965) nhà nước ta đầu tư xây dựng khu gang thép Thái Nguyên với sự giúp đỡ của Trung Quốc Năm 1975 nhà máy luyện cán thép Gia Sàn Thái Nguyên đi vào hoạt động với công suất 5 vạn tấn/năm với sự giúp đỡ của CHDC Đức Miền nam sau giải phóng có các nhà máy cán thép hình cỡ nhỏ như Vicasa, Vikimcô ( năng suất

5 vạn tấn/ năm) Đến năm 1978 nhà máy cán thép Lưu Xá, Thái Nguyên có năng suất

12 vạn tấn /năm đi vào hoạt động Cho đến năm 1986 cả nước chỉ đạt khoảng 20 vạn tấn thép cán /năm

Sau đổi mới công ty thép giữa Việt Nam và nước ngoài hình thành như Công ty thép Việt – Úc ở Hải Phòng năng suất 18 vạn tấn / năm Công ty thép NASTEEL VINA giữa Việt Nam và Singapore ở Thái Nguyên và có năng suất 12 vạn tấn / năm Công ty thép Việt – Nhật ở Vũng Tàu, công ty thép ống VINAPIPE liên doanh giữa Việt Nam và Hàn Quốc, công ty thép Đà Nẵng Tính đến năm 2005 cả nước ta đã sản xuất khoảng 3 triệu tấn thép cán Thép được phục vụ xây dựng cho đất nước và đã tham gia xuất khẩu

Chương 2:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ BIẾN DẠNG CỦA KIM LOẠI

2.1.Cơ sở lý thuyết về biến dạng kim loại :

2.1.1.Biến dạng của kim loại :

Dưới tác dụng của ngoại lực hoặc nhiệt độ, thế năng của nguyên tử trong kim loại thay đổi sự dịch chuyển của các nguyên tử tạo ra sự biến dạng theo các giai đoạn: biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá huỷ

a Biến dạng đàn hồi:

Vật thể dưới tác dụng ngoại lực bị biến dạng Nếu sau khi cất tải biến dạng bị mất đi, vật thể trở về hình dạng kích thước ban đầu như khi chưa bị tác dụng lực, gọi biến dạng đó là biến dạng đàn hồi

Biến dạng đàn hồi phụ thuộc vào hai yếu tố:lực và nhiệt độ

b Biến dạng dẻo:

Là biến dạng vẫn còn lại sau khi bỏ tải trọng

Nguyên nhân là do khi tăng tải, nguyên tử của kim loại chuyển dời sang một vị trí xa hơn và ổn định hơn, không trở về vị trí cân bằng cũ khi thôi lực tác dụng

c Phá huỷ:

Phá huỷ là ngoài sự thay đổi hình dáng và kích thước của vật thể dưới tác dụng của ngoại lực, sau khi cất tải chúng không còn giữ nguyên liên kết ban đầu giữa các nguyên tử hoặc các phần Phá huỷ là nứt, gãy, vỡ mối liên kết giữa các nguyên tử do ứng suất kéo gây nên

2.1.1 Biến dạng dẻo trong đơn tinh thể:

Trong đơn tinh thể các nguyên tử kim loại sắp xếp theo một trật tự xác định, mỗi nguyên tử luôn dao động xung quanh 1 vị trí cân bằng của nó (Hình 2.1a)

Biến dạng đàn hồi: dưới tác dụng của ngoại lực, mạng tinh thể bị biến dạng Khi ứng suất trong kim loại sinh ra chưa vượt quá giới hạn đàn hồi các nguyên tử kim loại dịch chuyển không quá 1 thông số mạng (Hình 2.1b), nếu thôi tác dụng lực mạng tinh thể lại trở về vị trí ban đầu

Biến dạng dẻo: khi ứng suất sinh ra trong kim loại vượt quá giới hạn đàn hồi kim loại bị biến dạng dẻo do trượt và song tinh

Theo hình thức trượt, 1 phần đơn tinh thể dịch chuyển song song với phần còn lại theo một mặt phẳng nhất định, mặt phẳng này gọi là mặt trượt (Hình 2.1c) Trên mặt trượt các nguyên tử kim loại dịch chuyển tương đối với nhau một khoảng đúng bằng số nguyên lần thông số mạng, sau dịch chuyển các nguyên tử kim loại ở vị trí cân bằng mới, bởi vậy sau khi tác dụng lực kim loại không trở về trạng thái ban đầu

Hình 2.1 : Sự biến dạng trong đơn tinh thểTheo hình thức song tinh, một phần tinh thể vừa trượt vừa quay đến một vị trí mới đối xứng với phần còn lại qua 1 mặt phẳng gọi là mặt song tinh (Hình 2.1d) Các nguyên tử kim loại trên mỗi mặt di chuyển một khoảng tỷ lệ với khoảng cách đến mặt song tinh.

2.1.3 Biến dạng dẻo trong đa tinh thể:

Trong đa tinh thể biến dạng dẻo có 2 dạng : biến dạng trong nội bộ hạt do trượt

và biến dạng ở vùng tinh giới hạt Sự biến dạng trong nội bộ hạt do trượt và song tinh Đầu tiên sự trượt xảy ra ở các hạt có mặt trượt tạo với hướng của ứng suất chính một góc bằng hoặc xấp xỉ 45o, sau đó mới đến các mặt khác Như vậy biến dạng dẻo trong

đa tinh thể xảy ra không đồng thời và không đồng đều Dưới tác dụng của ngoại lực, biên giới hạt của các tinh thể khác cũng bị biến dạng khi đó các hạt trượt và quay tương đối với nhau Do sự trượt và quay 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

2.1.4 Tính dẻo và những nhân tố ảnh hưởng đến tính dẻo và biến dạng :

a Tính dẻo:

Tính dẻo của kim loại là khả năng thay đổi hình dáng và kích thước của kim loại khi chịu lực tác dụng mà không bị phá huỷ

Các đặc trưng của tính dẻo:

• Độ giãn dài tương đối (a1): là độ giãn về chiều dài khi kim loại chịu kéo so với

độ dài ban đầu

l1-là độ dài sau biến dạng

• Độ thắt tương đối (af): là độ giảm về tiết diện ngang khi kim loại giãn dài so với tiết diện ban đầu của nó

• Độ dai va đập: là công cần thiết sinh ra để phá huỷ một đơn vị diện tích mẫu

b Các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo của kim loại:

• Ảnh hưởng của thành phần hoá học và tổ chức của kim loại:

Mức độ liên kết giữa các hạt càng lớn, mật độ kim loại càng cao, thành phần hoá học đều đặn, kích thước hạt đều, tạp chất phân bố đều, mặt trượt nhiều thì tính dẻo của kim loại càng cao, kim loại dễ dàng biến dạng

Các chất hợp kim và các tạp chất trong kim loại cũng có tác dụng lớn đến tính dẻo của kim loại

Kim loại đúc có tổ chức hạt không đều, tính dẻo sẽ thấp, nếu qua gia công áp lực thì tính dẻo sẽ tăng lên

Tổ chức kim loại càng nhiều pha càng kém dẻo

Hạt tinh thể càng nhỏ thì kim loại càng dẻo

• Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất:

Khi tác dụng của ứng suất kéo càng ít, ứng suất nén càng nhiều thì tính dẻo của kim loại càng cao

• Ảnh hưởng của ứng suất dư:

Ứng suất dư sinh ra là do sự biến dạng không đều đặn, chỗ biến dạng nhiều sinh

ra ứng suất dư nén, chỗ biến dạng ít sinh ra ứng suất dư kéo Bình thường, ứng suất dư này cân bằng nhau

Sự tồn tại của ứng suất dư làm tăng khả năng chống biến dạng của kim loại, làm giảm tính dẻo của kim loại, giảm độ dai va đập, giảm khả năng chịu đựng của vật thể Vì vậy cần phải khử ứng suất dư như ủ non, kết tinh lại; gõ đập bằng búa gỗ, phun

bi thép, phun cát, hoặc chọn phương pháp biến dạng phôi hợp lý

• 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, tính dẻo tăng, kim loại dễ biến dạng

Mặt khác, khi nung kim loại có sự thay đổi về thành phần hoá học (hiện tượng thoát cacbon, lưu huỳnh, phốt pho,…) nên làm thay đổi tính dẻo của nó.

Trong vùng nhiệt độ kết tinh lại và nhiệt độ chuyển biến pha, thì tính dẻo giảm

Lí do là ứng suất dư của kim loại xuất hiện, do cấu trúc không đồng nhất và có biến cứng

2.1.5 Trạng thái ứng suất và 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:

2

1 max

σσ

τ = −

 Ứng suất khối:

2

max max max

biến dạng dẻo là giới hạn chảy σch

Điều kiện biến dạng dẻo

 Khi kim loại chịu ứng suất đường:

2max

στ

σ

σ = ⇔ =

 Khi kim loại chịu ứng suất mặt: σ1 −σ2 =σch

 Khi kim loại chịu ứng suất khối: σmax −σmin =σch.

2.2 Các định luật cơ bản khi gia công kim loại:

2.2.1.Định luật biến dạng đàn hồi tồn tại khi biến dạng dẻo:

Khi biến dạng dẻo xảy ra đồng thời có cả biến dạng đàn hồi tồn tại Quan hệ giữa biến dạng đàn hồi và lực tác dụng biểu thị bằng định luật Húc

1

3σ

1

σ

2

σ

Định luật này giúp chúng ta khi thiết kế hệ thống lỗ hình phải tính đến biến dạng đàn hồi, có nghĩa là kích thước sau khi gia công sẽ khác với kích thước của hệ thống lỗ thiết kế.

2.2.2.Định luật thể tích không đổi khi biến dạng dẻo:

Thể tích kim loại trước và sau khi biến dạng là không đổi

- Khi tồn tại cả 3 ứng biến chính thì dấu của một ứng biến chính phải khác dấu của 2 biến chính kia,và trị số bằng tổng của 2 biến chính kia

- Khi có 1 ứng biến chính bằng 0,hai biến chính còn lại phải ngược dấu và trị tuyệt đối của chúng bằng nhau

Định luật này có ý nghĩa thực tiễn, nó cho biết chiều dài sau khi biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực

2.2.3 Định luật trở lực bé nhất:

Khi biến dạng dẻo kim loại, thì mỗi phần tử của

kim loại biến dạng dẻo sẽ dịch chuyển theo hướng có trở

lực bé nhất (hoặc hướng có pháp tuyến ngắn nhất)

Nhờ định luật này ta có thể xác định được quy luật

chảy, tức hướng chảy của kim loại khi gia công kim loại

bằng áp lực

2.2.4 Định luật ứng suất dư:

Trong bất cứ một kim loại biến dạng nào cũng được sinh ra một ứng suất dư

cân bằng nhau Ứng suất dư này tồn tại bên trong vật thể đến khi biến dạng làm giảm

tính dẻo, độ bền và độ dai va đập làm cho vật thể biến dạng hoặc phá huỷ Khi phân tích ứng suất chính cần tính đến ứng suất dư và khắc phục hậu quả của nó sinh ra

2.3 Giới thiệu chung về quá trình cán:

2.3.1.Quá trình cán và đặc điểm của quá trình cán kim loại :

a Định nghĩa quá trình cán:

Là quá trình gia công kim loại bằng bằng áp lực trong đó kim loại bị biến dạng dẻo liên tục giữa các vật thể quay tròn, được gọi là trục cán.(hình 2.4)

b Cơ sở của quá trình cán:

Cơ sở của quá trình cán là dựa vào sự biến dạng dẻo của kim loại để tạo ra những sản phẩm có hình dạng và kích thước theo yêu cầu thông qua các lổ hình trên trục cán

c Đặc điểm của quá trình cán:

Hình 2.3:Sơ đồ biến dạng theo định

luật trở lực bé nhất

Quá trình cán là một quá trình tạo phôi kim loại bằng phương pháp gia công áp lực do đó nó có đầy đủ các đặc điểm của phương pháp gia công áp lực:

- Quá trình cán là quá trình gia công

không phoi

- Trong quá trình làm việc, kim loại bị

thay đổi về tổ chức tế vi; hạt kim loại bị kéo

dài theo hướng cán thành sớ, tính chất cơ lý

cũng thay đổi: kim loại có tính dị hướng

- Phôi di chuyển và biến dạng nhờ sự

quay liên tục của trục cán và ma sát giữa

trục cán với phôi

- Hình dạng sản phẩm cán phụ thuộc vào

lỗ hình giữa hai trục cán

2.3.2 Phân loại quá trình cán:

Tuỳ theo cơ sở dựa vào để phân loại mà

người ta có các kiểu:

a. Phân loại theo chuyển dịch tương đối

của kim loại so với trục cán:Gồm 3 dạng:

- Cán dọc

- Cán ngang

- Cán nghiêng (cán ngang xoắn)

b. Phân loại theo trạng thái kim loại biến dạng:

Dựa vào nhiệt độ của kim loại khi biến dạng mà phân ra làm 2 loaị là cán nóng

và cán nguội

c. Phân loại theo thông số đặc trưng trong biến dạng:

Chia làm 2 loại

- Cán đối xứng: Khi mọi yếu tố của quá trình cán giống nhau trên cả hai trục

- Cán không đối xứng: Khi có một vài yếu tố của quá trình cán trên hai trục không giống nhau

d. Phân loại theo sản phẩm cán:

- Cán phôi: tạo ra các thỏi kim loại để tiếp tục gia công theo các phương pháp khác, hoặc cán thô

- Các hình: tạo ra các sản phẩm hình như cán thép chữ I, U, L…

- Cán tấm: sản phẩm tạo ra dạng tấm

- Cán ống: Cán ra các ống thép trụ tròn rỗng

e. Phân loại theo mức độ liên tục:

Hình 2.4: Sơ đồ cán kim loại

- Cán không liên tục: là sản phẩm cán bị gián đoạn trong các lần cán

- Cán liên tục: phôi được cán một cách liên tục cho đến thành phẩm

là vùng tiếp xúc, phần kim loại nằm trong vùng tiếp xúc gọi là vùng biên dạng

Như vậy vùng biến dạng là vùng kim loại xảy ra biến dạng dẻo, nằm trong phạm vi tác dụng của trục cán Theo hình 2.4, vùng ABCD là vùng biến dạng

b Các thông số đặc trưng của vùng biến dạng: (Hình 2.4)

+ Góc α: là góc ăn kim loại

+ ltx = AB= CD là chiều dài của vùng biến dạng

+ h1, h2: chiều cao của vật trước và sau khi cán

+ b1, b2:chiều rộng của vật trước và sau khi cán

+ l1, l2: chiều dài của vật trước và sau khi cán

2.3.4 Các đại lượng đặc trưng cho biến dạng kim loại khi cán:

Xét một vật thể kim loại có tiết diện hình chữ nhật có chiều dài l được cán giữa hai trục cán phẳng (hình 2.5)

a Biến dạng theo chiều cao:

- Lượng ép tuyệt đối ∆h:

- Mối quan hệ giữa ∆h, α và l:

Từ hình 2.6 ta có:

BE h

h h

2 1

Mà

2sin2)cos1(cos

R R OE OB

Vì α quá nhỏ nên

22

b Biến dạng theo chiều rộng:

-Lượng giãn rộng tuyệt đối: ∆b=b2 −b1(mm)

- Lượng giãn rộng tương đối: .100%

1

b

b

b= ∆δ

Công thức tính lượng giãn rộng của Baxtino:

+Đối với lượng giãn rộng tự do (khi cán phẳng)

)2.(2.15,1

h h R h

h n

µ luôn lớn hơn 1 vì l2 luôn lớn hơn l1

Hình 2.6: Sơ đồ vùng biến dạng của kim loại và trục cán1.Phôi ; 2.Trục cán

Quan hệ giữa hệ số giãn dài(µ) và lượng ép(ε) theo công thức sau:

%100)

11(

µ

ε = −

Từ 3 hệ số η, λ và µ ta thấy rằng:

1

1

2 1 1 1

2 2 2

l b h

µλ

η (theo định luật thể tíchkhông đổi)

n

F

F l

l

= (Ι)Trong đó:

µtổng : hệ số giãn dài tổng cộng của vật cán sau n lần cán

ln, lo : chiều dài của vật cán sau n lần cán và của lúc ban đầu

Fo, Fn : diện tích tiết diện của phôi cán ban đầu và của thành phẩm sau n lần cán

F F

2

1 1

0 −

µtổng=µ1.µ2 µn (II)

Vì µ có trị số khác nhau nên để tiện tính toán người ta đưa ra khái niệm về hệ

số giãn dài trung bình µtb

Với

n

n tb

µµ

tb

n n F

F lg lgµ

Vậy

tb n

F F

Như vậy nếu biết được tiết diện ngang ban đầu của phôi cán, tiết diện sản phẩm

và biết được hệ số giãn dài trung bình thì tính được ngay số lần cán n (lấy n là 1 số nguyên)

2.3.5 Điều kiện để kim loại ăn vào trục khi cán:

a Điều kiện:

Khi máy cán làm việc, trục cán quay và lôi vật cán vào trục để cán, ép làm cho

sin

f N T

T

N N

Kết hợp ta có:

R

h

f > ∆ ⇒∆h<R.f2Vậy để vật cán ăn được vào trục cán phải đảm bảo điều kiện:

b Các phương pháp làm cho vật cán dễ ăn vào trục cán khi cán dọc:

Từ điều kiện f>α để vật cán dễ ăn vào trục ta tìm các biện pháp để tăng f và giảm α

+ Giảm ∆h nhờ đập bẹp đầu phôi

+ Tăng đường kính D của trục cán

Trong thực tế, phương pháp làm tăng hệ số ma sát f người ta thường dùng hơn

Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số ma sát tai tiết diện cán:

a Ảnh hưởng của trạng thái bề mặt trục:

Độ bóng bề mặt và độ cứng bề mặt trục càng cao thì hệ số ma sát càng giảm.Khi cán vật liệu mềm thường xảy ra dính trục nên làm tăng hệ số ma sát

b Ảnh hưởng của tiết diện thành phần hoá học kim loại cán và trục cán:

Khi cán nóng thép, hàm lượng Cacbon trong thép tăng thì hệ số ma sát giảm và ngược lại khi Mn tăng thì hệ số ma sát tăng

c Ảnh hưởng của tốc độ cán:

Tốc độ càng cao thì hệ số ma sát càng thấp và ngược lại

d Ảnh hưởng của nhiệt độ kim loại cán:

- Nếu to=500oC÷800oC thì f tăng do tạo ra vẩy oxít cứng

- Nếu to>800oC thì tạo ra vẩy oxít mềm đóng vai trò như chất bôi trơn nên làm

g Ảnh hưởng của điều kiện cán:

- Hệ số ma sát khi ăn vào lớn hơn khi cán đã ổn định

- Khi cán có chất bôi trơn thì hệ số ma sát giảm

2.4 Máy cán:

2.4.1 Định nghĩa :

Tổ hợp các máy móc và thiết bị như nguồn năng lượng, các bộ phận truyền

động, giá cán có chứa các trục cán,… để cho ra được các sản phẩm cán bằng kim loại

gọi là máy cán kim loại.(hình 2.8)

Hình 2.8 :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 giá cán; 6- Bánh răng chữ V; 7- Khớp nối trục; 8- Giá cán; 9- Hộp phân lực; 10- Hộp giảm tốc;

11- Khớp nối; 12- Động cơ điện

- Máy cán ống: dùng để cán ra các ống tròn

- Máy cán chuyên dùng: thường được gọi theo tên sản phẩm như: máy cán bi, máy cán bánh răng, máy cán vành bánh xe lửa,…

b Phân loại theo cách bố trí thiết bị chính:

- Máy cán một giá (máy cán đơn)(hình 2.9a)

f

Hình 2.9: Phân loại máy cán theo cách bố trí giá cán

Hình 2.9b là máy cán bố trí một hàng; Hình 2.9c là máy cán bố trí hai hàng.Hình 2.9d là máy cán bố trí ba hàng; Hình 2.9e Máy cán bán liên tục

Hình 2.8f Máy cán liên tục

Phân loại theo số lượng và sự bố trí trục cán:

- Máy cán 2 trục

Hình 2.10:Máy cán 2 trục1- Động cơ; 2- Khớp nối; 3- Bánh răng nghiêng; 4- Hộp phân lực; 5- Trục nối các đăng; 6- Khớp nối trục các đăng; 7- Trục cán; 8- Thân giá cán; 9- Nền giá cán; 10- Giá

2.4.3 Cấu tạo máy cán:

Máy cán thường gồm có các bộ phận chính sau: (hình 2.11)

1- Động cơ: dùng rộng rãi là động cơ điện xoay chiều 3 pha không đồng bộ

Hình 2.11: Sơ đồ động máy cán

2- Bánh đà: đối với máy cán 1 chiều thì đặt thêm bánh đà để làm đều chuyển động cho máy giữa những lần cán phôi Nghĩa là bánh đà sẽ tích luỹ năng lượng khi chạy không tải và sẽ bù một phần năng lượng khi máy mang tải Giúp ổn định tốc độ cán Khi mômen cán thay đổi không nhiều người ta có thể không lắp bánh đà.

3- Khớp nối: thường sử dụng các loại:

5- Hộp phân lực: dùng để chia đều momen quay cho các trục cán

Đường kính vòng lăng của bánh răng hộp phân lực gọi là đường kính danh nghĩa của máy cán

6- Trục truyền: truyền momen xoắn từ hộp phân lực đến các trục cán

7- Trục cán: cấu tạo gồm 3 phần: thân, cổ và đầu trục Thân trục cán có dạng trơn hoặc có rãnh tạo lỗ hình

8- Gía cán: là bộ phận cơ bản của máy cán

Bao gồm thân giá cán và các chi tiết khác như trục cán, gối đỡ trục cán, cơ cấu điều chỉnh lượng ép, các cơ cấu dẫn hướng, …được lắp đặt trên thân giá cán

2.5 Phương pháp nung kim loại trước khi cán và làm nguội sau khi cán :

2.5.1 Mục đích nung nóng:

Nung nóng kim loại trước khi cán nhằm để kim loại đạt tính dẻo cao, trở kháng biến dạng thấp, để giảm tiêu hao năng lượng khi cán, tăng tuổi thọ và giảm kích thước thiết bị, để đạt được chất lượng sản phẩm cao, kích thước chính xác, hình dáng phức tạp

2.5.2 Chất lượng nung:

Một vật nung gọi là đạt chất lượng khi nó đạt nhiệt độ nung đồng đều tại mọi điểm và không bị khuyết tật do nung như: cong, vênh, rạn nứt, chảy, cháy, quá nhiệt, oxy hoá nhiều, thay đổi thành phần hoá học của kim loại như: thoát cacbon, …

2.6.3 Chế độ nung:

Gồm 2 yếu tố là nhiệt độ nung và thời gian nung

a Nhiệt độ nung: là nhiệt độ được xác định trên bề mặt vật nung Tuỳ theo mác

kim loại, điều kiện biến dạng và nhiệt độ kết thúc cán yêu cầu mà xác định nhiệt độ nung hợp lý

Đối với thép cacbon, dựa trên giản đồ Fe-C để chọn khoảng nhiệt độ gia công

và kết thúc cán cho thích hợp, nhiệt độ này phụ thuộc vào hàm lượng cacbon trong thép

Trong sản xuất, để xác định khoảng nhiệt độ của các kim loại và các hợp kim thường tra bảng

Cũng có thể xác định nhiệt độ nung theo công thức kinh nghiệm như sau:

Tnung= Tnc- (200÷250)0CVới Tnc là nhiệt độ nóng chảy của kim loại hoặc hợp kim

b Thời gian nung:

Gồm 2 yếu tố là thời gian tăng nhiệt và thời gian giữ nhiệt (đồng nhiệt)

- Thời gian tăng nhiệt: là thời gian cấp nhiệt để đạt nhiệt độ nung trên bề mặt vật nung

- Thời gian giữ nhiệt: là thời gian để giữ cho nhiệt độ bề mặt không tăng, đồng thời nhiệt độ bên trong vật nung tăng lên đảm bảo độ chênh lệch nhiệt độ cho phép

Công thức tổng quát về thời gian nung:

H

C .ε

τ =Trong đó:

C: là hệ số phụ thuộc bản chất kim loại nung, độ dẫn nhiệt của kim loại

ε: là hệ số tính đến điều kiện trao đổi nhiệtH: là bề dày thấm nhiệt của vật nung

2.5.4 Thiết bị nung kim loại:

Gồm các lò nung sau đây:

a Lò rèn thủ công:

Loại này đơn giản, rẻ tiền nhưng

khống chế được nhiệt độ, năng suất nung

thấp, hao tốn kim loại nhiều, nhiệt độ vật

nung không đều, … loại này chỉ phù hợp

với dạng sản xuất nhỏ, thủ công.(hình

2.12)

b Lò buồng (lò phản xạ):

Lò này có nhiệt độ khoảng không

gian công tác của lò đồng nhất Là một

buồng kín, khống chế được nhiệt độ nung

Có thể xếp nhiều phôi vào lò, sự hao phí kim

Hình 2.12:Lò rèn thủ công

loại ít, phôi không trực tiếp tiếp xúc với nhiên liệu nên nhiệt độ nung khá đồng đều.

Nhược điểm của loại lò này là làm việc theo chu kỳ, tổn thất nhiệt do tính nhiệt cao

Thích hợp với các phân xưởng sản xuất tương đối lớn

d Lò nung dùng năng lượng điện:

Thường dùng để nung vật nhỏ, vật quan trọng bằng kim loại màu

- Lò điện trở

- Lò cảm ứng

- Nung trục tiếp

2.5.5 Làm nguội kim loại sau khi cán:

a Làm nguội tự nhiên: Khi làm nguội ngoài không khí tĩnh chỗ đặt vật phải khô

ráo, không có gió thổi Tốc độ nguội tương đối nhanh nên thường dung đối với thép cacbon và hợp kim thấp có hình dáng đơn giản

b Làm nguội trong hòm chứa vôi, cát, xỉ, than vụn Tốc độ làm nguội không cao

nhiệt độ vật trước khi đưa vào hòm khoảng 500÷750oCdùng để nung các loại thép cacbon và hợp kim có hình dáng đơn giản

c Làm nguội trong lò: Nhiệt độ lò được khống chế theo từng giai đoạn Ví dụ từ

900÷800oC cho nguội nhanh (25oC/giờ) để tránh phát triển hạt sau đó cho nguội chậm hơn (15oC/giờ) đến nhiệt độ 100oC cho làm nguội ngoài không khí Chủ yếu dùng thép dụng cụ, thép hợp kim cao và thép đặc biệt có hình dáng phức tạp

Độ cứng bề mặt trục cán (52÷64)HRC, bên trong phải có độ bền uốn tốt và chịu được va đập mạnh Trục cán khi cán nóng không bị giản nở vì nhiệt, trục cán nguội phải có độ đàn hồi dẻo tốt, bề mặt trục bóng đẹp v.v… Trục cán bằng sứ cũng phải có những tính chất trên.

Các loại trục cán thường dùng: Là trục cán thép hình, trục cán thép tấm, trục cán thép ống Ngoài ra còn có các loại trục cán chuyên dùng như trục cán ren, trục cán

bi, trục cán phôi rèn, trục cán bánh xe lửa v.v …

Trục cán tấm dùng để cán nóng thép tấm dày, dày vừa, mỏng, cán nguội thép tấm cực mỏng và cán giấy kim loại

Trục cán hình với bề mặt bị khoét rãnh dùng để cán các loại thép hình tròn, hình vuông, thép góc, thép chữ U, chữ I, chữ H, thép rằn, thép ray xe lửa, thép định hình v.v …

Trục cán ống cũng có nhiệm vụ như trục cán hình Ngoài cán thép trục cán còn tham gia cán hình, cán tấm và cán kim loại màu như đồng, nhôm, kẽm, niken …

Có thể nói tất cả các loại thép có biên dạng (tiết diện) đơn giản như: tròn, vuông, ba cạnh, chữ nhật, ….và có biên dạng phức tạp như: thép góc, thép chữ I, thép chữ C, thép đường ray, … đều được cán trên các trục đã được tạo các rãnh có biêndạng tương ứng Biên dạng rãnh của 2 hay 3, 4 trục tạo thành một biên dạng “calip” gọi là lỗ hình trục cán.

Việc xác định hình dáng, kích thước và số lượng lỗ hình, cách bố trí lỗ hình trên trục cán để tạo ra được một sản phẩm nào đó trên cơ sở một điều kiện công nghệ nhất định được gọi là thiết kế lỗ hình trục cán

3.2.2 Phân loại lỗ hình:

a Phân loại theo hình dáng:

- Lỗ hình đơn giản: chữ nhật, vuông, ô van, tròn

- Lỗ hình phức tạp: lỗ hình góc, chữ I, chữ C,…

b Phân loại theo công dụng:

- Lỗ hình giãn dài (cán phá) nhằm giảm nhanh tiết diện của phôi

- Lỗ hình cán thô

- Lỗ hình trước thành phẩm, có tác dụng khống chế được kết tinh của sản phẩm

- Lỗ hình tinh

c Phân loại theo cách gia công lỗ hình trên trục cán:

- Lỗ hình kín: Ở lỗ hình này, đường phân chia khe hở giữa 2 trục cán x-x nằm ngoài phạm vi rãnh lỗ hình được cấu tạo bởi một phần lồi và một phần rãnh của hai trục cán

- Lỗ hình hở: Là loại lỗ hình mà có đường phân chia khe hở giữa 2 trục cán x-x nằm trong phạm vi rãnh của trục cán dù cho rãnh được gia công trên 1 hay 2 trục (hình 3.3)

Hình 3.4: Lỗ hình nửa kín

- Lỗ hình nửa kín: Ở loại lỗ hình này, trên trục

cán vừa có phần lồi vừa có phần lõm Khe hở giữa 2

trục cán được cấu tạo ở thành bên lỗ hình

b Bố trí lên xuống:

Trong cách bố trí này thì trục giữa được dùng cho trục trên và trục dưới Do đó

bố trí được nhiều lỗ hình Tuy nhiên sử dụng cách bố trí lên xuống thì khi thiết kế lỗ hình sẽ phức tạp hơn.(Hình 3.5b)

- Năng suất cao, tiêu hao năng lượng ít, phân bố tải trọng cho động cơ đồng đều theo từng lần cán.

- Điều kiện ăn kim loại ổn định

- Đảm bảo tuổi bền của trục cán lớn nhất

- Thao tác kỹ thuật dễ dàng, thuận tiện thời gian thay trục cán là lớn nhất

3.3.1 Cơ sở dữ liệu của phôi:

- Vật liệu phôi cán: thép CT38

- Kích thước phôi ban đầu: 32x32mm2

Các thông số kỹ thuật và thành phần hoá học của mác thép CT38 theo bảng sau: (theo tài liệu [8])

Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật

σB

(KG/mm2)

σC(KG/mm2) σ(%) ψ(%) C(%) Mn(%) Si(%) S(%) P(%)

- Nhiệt độ nung của phôi: 1190÷12800C

- Nhiệt độ cán được bắt đầu từ: 1170÷12200C

- Nhiệt độ kết thúc cán nằm trong khoảng từ: 900÷9500C

Nhiệt độ cán rất quan trọng, nó quyết định năng suất chất lượng của sản phẩm cán

Nếu nhiệt độ nung phôi cao quá thì phôi bị cháy hoặc quá nhiệt dẫn tới phế phẩm nhiều

Nếu nhiệt độ nung của kim loại quá thấp thì tính dẻo kém, năng suất thấp, chất lượng sản phẩm chưa đạt yêu cầu

Phôi liệu sử dụng để cán được đúc sẵn và đảm bảo các điều kiện kỹ thuật tốt

3.3.2 Sản phẩm cán:

Sản phẩm cán ra là thép rằn Φ16

Các thông số của quá trình cán:

d1=17,5 mm: đường kính ngoài của thép rằn

d=14,5 mm: đường kính trong của thép rằn

S=2 mm: khe hở giữa hai trục cán

⇒ Đường kính danh nghĩa của thép rằn:

2

5,145,172

Thép rằn được cán theo dung sai âm:

dd = d d+−00,,35 (mm)Xuất phát từ thành phẩm ta đi tính toán

thiết kế ngược lại từ lỗ hình tinh đến lỗ hình thô

Theo thực nghiệm sản xuất cũng như

nghiên cứu cho thấy để cán thép rằn thì tốt nhất

dùng hệ lỗ hình trước tinh có dạng ôvan và lỗ

hình vuông trước lỗ hình ôvan

F

F

=µ

Trong đó:

+ µtổng là hệ số giãn dài tổng cộng của vật cán sau n lần cán

+ Fo và Fn là diện tích tiết diện của phôi cán ban đầu và của thành phẩm sau n lần cán

⇒

n

n o

tong

F

F F

F F

F F

3

2 2

1 1

=µ

µtong=µ1.µ2.µ3…µn

⇒

n

n tb

µµ

µµ

µ = 1+ 2 + 3 + +

Suy ra:

n

o tong

F

F

=

µ = (µtb)nLogarit hai vế ta có số lần cán :

µtb=1,356

Hình 3.6: Kích thước và hình dáng của lỗ hình tinh

Ø17,5 Ø14,5

Ta có hệ thống lỗ hình sản xuất thép rằn Φ16 như sau:

b Phân bố lượng giãn dài μ:

Việc xác định kích thước các lỗ hình cần thiết đối với thép rằn Φ16 theo phương án tối ưu cho trong tài liệu [3] trước hết ta phải tính µtổng và phân bố µtổng cho phù hợp với từng lỗ hình

Ta có

n

o tong

F

F

=µ

bố hệ số giãn dài µtổng cho 5 lần cán

phụ thuộc vào cơ sở sau:

-Lần đầu tiên cán thì lượng biến

dạng nhỏ nhất vì phôi mới nung trong

lò ra còn chứa nhiều Oxit ở trên bề mặt

Hình 3.7: Hệ thống lỗ hình

Ø14,5 Ø17,5

ngoài, nhiệt độ nung trên toàn bộ tiết diện chưa đều lắm cho nên lần này có μ tương đối nhỏ.

-Các lần tiềp theo, khi đó phôi đã ổn định và có đầy đủ điều kiện tốt nên ta cán với lượng biến dạng tăng dần

-Đến gần với lỗ hình tinh thì ta cần phải giảm lượng biến dạng xuống để đạt được kích thước thông số và độ bóng của sản phẩm

Qui luật này được thể hiện trên hình 3.8

Ta có

µtong=µt.µov.µv.µov.µv= 5,1

µtong= 1,37.1,68.1,38.1,31.1,23

Trong đó:

+ µt = 1,37 là hệ số giãn dài cho lỗ hình tròn (tinh)

+ µov = 1,68 là hệ số giãn dài cho lỗ hình ôvan trước tinh

+µv = 1,38 là hệ số giãn dài cho lỗ hình vuông trước tinh

+µov = 1,31 là hệ số giãn dài cho lỗ hình ôvan (cán lần thứ 2)

+µv = 1,23 là hệ số giãn dài cho lỗ hình vuông (cán lần đầu tiên)

c Xác định kích thước của lỗ hình ôvan trước tinh:

Theo lý thuyết hệ thống lỗ hình giãn dài ôvan-tròn [3]ta có:

Sau khi biến đổi ta tìm được :

2 1

74 , 0 1

) 8 , 0 1 (

b

d b

k a

ad k

∆

∆ + +

hov= 1

2 1

74 , 0 1

) 8 , 0 1 (

b

d b

k a

d k

∆

∆ + +

Trong đó : bov, hov là kích thước chiều rộng và chiều cao của lỗ hình ôvan trước tinh

kΔb1 là mức độ hạn chế giãn rộng trong lỗ hình

Diện tích tiết diện của phôi ô van

Fov=0,74bovhov = 0,74( 1 2

2 1 2 1

)74,01(

)8,01(

b

b

ak

ad k

∆

∆

++

Diện tích tiết diện lỗ tròn:

).74,01(

)8,01(

b

b

k a

k a

∆

∆

++

Tra bảng 2.10 [3] ứng với µ=1,37 ta có:

a = 2 ;kΔb1=0,3Thay vào trên ta có:

(h s)

s h b

ov

ov ov

−

−+

4

2 2

(mm)Với S= 0,15hov = 0,15.14 = 2,1 mm là khe hở giữa hai trục cán

⇒ Rov= ( )

(14 2,1)

4

1,2145,

−

−+

= 20 (mm)

d Kích thước của lỗ hình vuông trước lỗ hình ôvan trước tinh:[3]

Ta có lượng ép trung bình trong lỗ hình ôvan theo công thức:

Hình 3.10:Lỗ hình Ôvan trước tinh

28,5

∆htb=C1-0,74hovTrên cơ sở mức độ giãn rộng trong lỗ hình ôvan ta có thể có một chiều rộng của lỗ hình bov

ov

ov b ov

ov

+ ∆ ) 0 , 74 ∆1

(

⇒ hov= b ov

ov b

k a

C k

)1

bov=a b ov

ov b

k a

C k

)1

.1

74,0

ov b

ov b

k a

C a k

∆

Λ

++

Theo trên ta tính được : Fov=0,74.28,5.14=295,26 (mm2)

Diện tích tiết diện phôi vuông cán trong lỗ hình ôvan:

=

2

2

)1

(

)74,0(

33,1

ov b ov

ov

ov b ov

ov

k h

b

k h

b

∆

∆

++

Tra bảng 2.4 [3] ứng với µov=1,68 ta có:

k∆ bov=0,7 a=2,5

)1

(

)74,0(

ov b

ov b ov

k a

k a

S= 0,15.C1 = 0,15 20,5 = 3 (mm) bv’=1,414.C1-3 =1,414.20,5 – 3 = 26 (mm)

e Kích thước của lỗ hình ôvan của lần cán thứ hai:

Đối với lỗ hình vuông của hệ ôvan-vuông thì trên thực tế hệ số giản dài µov cũng phụ thuộc vào diện tích tiết diện ôvan cán trong lổ hình vuông Có nghĩa là phụ

Ta có : hov=bv-k∆ b (btbov – htbv)

=1,29C1-k∆ b(0,74bov-0,76C1) =(1,29+0,76k∆ b)C1-0,74k∆ b bov

v b

v b

ov ov

ov

b k C

k

b a

h

b

.74,076

,029,

ak

aC k

)76,029,1

hov =

b v b v

ak

C k

)76,029,1

Diện tích tiết diện phôi ôvan cán trong lổ hình vuông

=

)74,01(

)76,029,1(74,

1 2

v b

b v

ak

aC k

∆

∆

++

b

k a

k a

)76,029,1.(

.755,

Tra bảng 2.5 [3] ứng với µv=1,38 ta có:

a =1,5

k∆ bv =0,4Thay số vào các biểu thức ta có

bov =

b v b v

ak

aC k

)76,029,1

(h s)

s h b

ov

ov ov

−

−+

4

2 2

−

−+

hov= b ov

ov b

k a

C k

)1

bov=a b ov

ov b

k a

C k

)1

(

)74,0(

ov b

ov b ov

k a

k a

b

∆

∆

++

=34(22(1+0,074,9.)0,9)

+

= 23,9 (mm)Vậy bv=hv= 1,41.C2 = 1,41.23,9 =33,7 (mm)

và đường đi của phôi cán qua các lỗ hình

chương 4:

ĐƯA CÁC PHƯƠNG ÁN, PHÂN TÍCH VÀ CHỌN

PHƯƠNG ÁN THÍCH HỢP CHO MÁY THIẾT KẾ.

4.1.Giới thiệu chung:

Máy cán chuyên dùng để cán thép ở trạng thái nóng hoặc ở 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 ống chuyên dùng để cán các loại ống … Máy cán nói chung và máy cán thép nói riêng đều do ba bộ phận hợp thành, đó là: nguồn năng lượng, bộ phận truyền dẫn động và giá cán

Hầu hết các loại máy cán thép ở Việt Nam đang sử dụng là máy cán thép hình

cỡ nhỏ như: máy cán hai trục, máy cán 3 trục, máy cán hình liên tục

4.2.Đưa các phương án, phân tích và lựa chọn phương án thiết kế thích hợp:

Sản phẩm thép rằn được cán trên rất nhiều máy cán khác nhau tuỳ theo năng suất và qui mô của nhà máy

4.2.1 Phân tích lựa chọn số trục cán và giá cán:

a Máy cán hai trục:

Gồm máy cán hai trục đảo chiều và máy cán hai trục không đảo chiều

Đối với máy cán 2 trục đảo chiều, 2 trục cán được dẫn động bởi hai động cơ điện một chiều Sau mỗi lần cán động cơ điện đảo chiều quay ngược lại Máy không dùng hộp giảm tốc và bánh răng truyền lực Ngày nay người ta không dùng loại máy cán này để sản xuất các loại phôi thỏi, phôi ống và phôi tấm, vì phương pháp này kinh

tế hơn, thiết bị gọn nhẹ hơn, năng suất cao và có trình độ tự động hoá cao

Đối với máy cán 2 trục không đảo chiều :

Hình 4.1: Sơ đồ động máy cán hai trục

1- Trục cán; 2- Móng máy; 3, 4- Trục khớp nối.; 5- Bệ trên giá cán; 6-Bánh răng chữ V7; 8- Khung giá cán; 9- Hộp truyền lực; 10- Hộp giảm tốc; 11- Khớp nối; 12- Động

cơ điện; 13- Bánh đà; 14- Bánh răng chữ V trong hộp giảm tốc

Máy cán 2 trục không đảo chiều dùng động cơ điện xoay chiều để dẫn động trục cán, động cơ không đổi chiều quay sau mỗi lần cán Hai trục cán gắn trên 1 giá quay ngược chiều nhau Đây là loại máy rất thông dụng và phổ biến, dễ chế tạo và sữa chữa Thường dùng để cán kim loại hình tấm và các vật liệu phi kim loại Ít được sử dụng trong việc cán thép rằn

b Máy cán ba trục:

2- Khớp nối trục 6- Trục khớp nối3- Bánh đà 7- Trục cán4- Hộp giảm tốc 8- Thân giá cánLoại máy cán này có một giá cán với ba trục cán Có hai loại: loại có 2 trục to

và trục giữa nhỏ dùng để cán tấm, còn loại có 3 trục bằng nhau thì dùng để cán phôi, cán hình và thường được dùng làm nhiệm vụ cán phá trong dây chuyền công nghệ

Phôi liệu được cán theo hai hướng Giữa hai trục trên và dưới có các cơ cấu điều chỉnh lượng ép cho nên năng suất của máy khá cao Máy có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo và sữa chữa, thao tác sử dụng và bảo dưỡng khá thuận lợi Khi tính toán thiết

kế và chế tạo lỗ hình trên 3 trục cán cũng tương đối đơn giản và rẻ tiền nên hiện nay, hầu hết các nhà máy cán thép ở nước ta đều sử dụng loại máy này dùng để sản xuất thép rằn

Năm 1870 máy cán 4 trục (hình 4.3) ra đời và sau đó là máy cán 6 trục, 12 trục,

20 trục…Loại máy này chuyên dùng để cán tấm đặc biệt là cán tấm mỏng và cực mỏng

Máy cán càng nhiều trục thì cán được sản phẩm càng mỏng và càng chính xác

vì nó có khả năng khử hết độ võng do biến dạng đàn hồi của trục cán gây nên

e Máy cán hình 2 giá cán:

Loại máy này có hai giá cán, giá đầu tiên dùng cán thô, giá thứ hai dùng để cán tinh Do hai giá cán nên bố trí không gian sản xuất lớn Việc tính toán, sản xuất và lắp đặt tốn kém nhiều, khó khăn và phức tạp Loại này ít được dùng để cán thép rằn

Loại máy cán này tuy năng suất cao nhưng bố trí, lắp đặt, chi phí mua máy lớn,

ít phù hợp với nền sản xuất nhỏ ở nước ta hiện nay

Việc điều chỉnh khe hở trục cán giữa các giá cán rất khó khăn, nếu không đồng

bộ giữa các giá cán thì sản phẩm cán ra sẽ không đạt yêu cầu

Ngày nay với ngành tự động hoá phát triển mạnh, việc điều khiển khe hở giữa hai trục cán được điều chỉnh một cách tự động, giúp cho quá trình cán chính xác hơn nhiều

Ngoài các máy giới thiệu trên, còn có rất nhiều loại máy cán khác, tuy nhiên ít thông dụng ở thị trường Việt Nam nên ít được sử dụng

4.2.2.Phân tích lựa chọn hệ thống truyền động cho máy cán :

Hình 4.3: Sơ đồ động máy cán hai

giá

Chọn hộp hai cấp khai triển bánh răng nghiêng

Ưu điểm: Hiệu suất cao, khả năng truyền những công suất khác nhau, tuổi thọ lớn, làm việc chắc chắn, đơn giản, dễ chế tạo Nhưng nhược điểm là bánh răng phân

bố không đối xứng với gối tựa vì vậy tải trọng phân bố không đều trên các ổ trục Các

ổ trục được chọn theo phản lực lớn nhất nên trọng

lượng hộp giảm tốc có tăng hơn so với các loại hộp

khác

 Hộp phân lực :

Trong bộ truyền lực của máy cán người ta

dùng bánh răng chữ V để truyền chuyển

động quay cho trục cán.(hình 4.4)

Ưu điểm : Truyền lực khỏe, chịu tải rất lớn,

chuyển động rất êm, khử được lực chiều trục,v.v…

 Trục khớp nối: Trong máy cán người ta

thường dùng 4 loại khớp nối

+ Trục khớp nối vạn năng: là trục khớp nối sử dụng nhiều trong máy cán, do cấu tạo của nó mà trục có khả năng nâng lên 1 góc α và hạ xuống 1 góc α’ để tăng khe hở giữa trục cán và cán những vật có chiều dày lớn

Trục khớp nối vạn năng ít dùng cho máy cán cỡ nhỏ và chiều cao nâng trục không cần lớn vả lại việc chế tạo nó rất khó khăn,, yêu cầu chính xác cao, giá thành đắt

Hình 4.4: Hộp phân lực

Hình 4.5 Trục khớp nối vạn năng1- Bánh răng chữ V ;2- Trục cán;3-Vật cán;4-Khớp nối vạn năng;

α-góc nâng trục cán; α’-góc hạ trục cán;d- đường kính trục khớp nối

h- chiều cao nâng hạ trục cán

+ Trục khớp nối hoa mai : Có cấu tạo đơn giản, không cần độ chính xác cao dễ chế tạo và góc nâng không cần lớn lắm, nó được dùng rộng rãi ở các máy cán hình, máy cán tấm và máy cán cỡ nhỏ phi tiêu chuẩn Dễ chế tạo hơn khớp nối vạn năng và giá thành hạ ( hình 4.7 )

Hình 4.6 Trục khớp nối hoa mai

1 -bánh răng chữ V; 2 -Ổ nối hoa mai; 3 -Trục nối hoa mai; 4 -Trục cán+ Trục khớp nối vuông (hình 4.8): là loại trục khớp nối thường được dùng nhiều nhất trong tất cả các máy cán cỡ nhỏ phi tiêu chuẩn, trong các máy cán thí nghiệm và các máy cán cỡ nhỏ hỗn hợp vừa cán hình vừa cán tấm

Hình 4.7 Trục khớp nối vuông1.Trục ra của hộp phân lực;2 Khớp nối vuông; 3 Vòng đệm

- Chuyển động tương đối êm.

Góc nâng trục tương đối nhỏ nên không dùng loại khớp này trong các máy cán phá và cán phôi

+ Trục khớp nối các đăng: Đây là trục có kết cấu đơn giản, gọn, truyền lực khỏe

êm, do đó được dùng cho các máy cán hình cỡ nhỏ, liên tục và bán liên tục

4.2.3.Chọn máy thiết kế :

Dựa vào những phân tích đặc điểm của từng loại máy và hệ thống truyền động như trên Để thiết kế máy cán thép rằn Φ16 ta chọn máy cán 3 trục 1 giá cán cỡ nhỏ

Phần tính toán:

Chương 5:

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY.

5.1 Thiết kế động học và động lực học cho máy cán:

5.1.1 Tính lực cán:

Lực cán (P) còn gọi là áp lực toàn phần của kim loại tác dụng lên trục cán

Khi cán, kim loại tác dụng lên trục cán lực phân bố như hình 5.1

Lực cán được tính theo công thức:

P = Ptb Ftx

Trong đó:

+ Ptb là áp lực đơn vị hay áp lực trung

bình (N/mm2; KG/mm2)

+ Ftx là diện tích tiếp xúc giữa kim loại

và trục cán (mm2) Ftx được tính theo công

thức sau :

h R B B l B

2 1 2

B1, B2 là chiều rộng của vật cán trước và sau khi cán

l : Chiều dài của cung tiếp xúc

Kf : Hệ số kể đến ảnh hưởng của trở kháng hình thức bên ngoài

* Khi nhiệt độ cán lớn hơn nhiệt độ (t0

ch t t

2 0 0 0

1000 



 −

= (N/mm2) [2]Trong đó :

σB : Được xác định theo đồ thị quan hệ giữa t0

h1, h2 : Chiều cao trước và sau khi cán (mm)

R h.∆ : Chiều dài vùng biến dạng

Từ các công thức trên ta rút ra được :

* Nếu nhiệt độ cán lớn hơn (to

∆+