Đồ án nghiên cứu thiết kế máy cán tôn định hình

Lời nói đầu 1 Chương 1. TỔNG QUAN 3 1.1 Tình hình nghiên cứu thiết kế chế tạo máy cán trên thế giới và trong nước 3 1.2 Đặc điểm của sản phẩm nguội 9 1.3 Lựa chọn sản phẩm và thiết bị 9 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ BIẾN DẠNG KIM LOẠI 11 2.1 Các khái niệm cơ bản 11 2.1.1 Vật liệu kim loại 11 2.1.2 Mạng tinh thể – Lệch mạng 11 2.2 Biến dạng dẻo và phá hủy 15 2.2.1 Khái niệm 15 2.2.2 Lý thuyết trượt 17 2.3 Áp dụng biến dạng dẻo trong cán kim loại 32 2.3.1 Lý thuyết cán 32 2.3.2 Điều kiện vật cán ăn vào trục cán: 34 Chương 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY CÁN 35 3.1 Sơ đồ động máy thiết kế 35 3.2 Tính toán phôi cán 37

LỜI NÓI ĐẦU

Cán kim loại khác là phương pháp gia công bằng áp lực, còn gọi là

gia công không phoi Khác với gia công có phoi như cắt gọt kim loại trên

các máy tiện — phay — bào — khoan — khoét — doa — mài Khi g1a công áp lực dùng một lực rất mạnh tác dụng vào phôi kim loại buộc nó biến dạng theo hình dạng và kích thước mong muốn Để làm được điều đó phải có các thiết bị cán kim loại (máy cán)

Cùng với sự phát triển của nhiều ngành công nghiệp trong cả nước, ngành công nghiệp luyện kim hiện đang được chú trọng Trong ngành công này kim thì cán kéo kim loại là một trong những khâu quan trọng để tạo ra

thành phẩm và bán thành phẩm phục vụ cho các ngành công nghiệp khác

Từ lâu trên thế giới đã xuất hiện các sản phẩm sử dụng phương pháp tạo hình bằng cán nguội, phương pháp này đã du nhập vào nước ta để cán ra các sản phẩm từ tôn tấm như thép định hình chữ U, chữ Z„ tấm lợp kim loại Thiết bị cán nguội thường gồm nhiều cặp trục cán đặt liên tiếp nhau, phôi được dẫn động nhờ lực ma sát (tạo ra khi các trục quay), sản phẩm tạo hình

theo yêu cầu với chiều dày không đổi

Hiện nay cùng với sự phát triển cơ sở hạ tầng đô thị và khu công nghiệp tập trung, các con đường hiện đại xuất hiện ngày một nhiều nên cần một khối lượng lớn tấm chắn xô để làm dải phân cách Do đó, đòi hỏi các thiết bị cán tôn định hình đảm bảo được sản lượng và chất lượng tấm chắn

xô ngày một nâng cao

Đồ án này trình bày tính toán thiết kế máy cán nguội tôn định hình

với sản phẩm là tấm chắn xô có profin định hình, chiều dài theo yêu cầu

Đồ án được chia thành 3 chương và 7 bản vẽ:

Chương ï Tổng quan

Nội dung chính của chương:

— Tình hình nghiên cứu thiết kế máy cán trên thế giới và trong nước

— Nhu cầu thị trường, so sánh và lựa chọn sản phẩm

Chương 2 Cơ sở lý thuyết về cán kéo kim loại

Chương 3 Tính toán thiết kế máy cán

—_ Tính toán thiết kế các bộ truyền xích

— Tính toán thiết kế các quả cán

— Tính trục

— Chọn ổ và then cho các trục

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Bùi Lê Gôn đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành đồ án này Do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế nên không thể tránh khi thiếu sót, rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy và các bạn

Hà Nội, ngày 28 tháng 5 năm 2004

Sinh viên thực hiện

Lê Nhật Tâm

Chương I TỔNG QUAN

1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CÁN TRÊN

THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC

Máy cán trên thế giới lúc đầu chỉ có hai trục quay ngược chiều nhau với những sản phẩm đơn giản như gươm, dao Năm 1864, chiếc máy cán

ba trục đầu tiên ra đời chạy bằng máy hơi nước và cho ra sản phẩm thép tấm

và thép hình, đồng tấm và dây đồng Do kỹ thuật ngày càng phát triển, do

nhu cầu về vật liệu thép tấm phục vụ cho các ngành công nghiệp nhẹ, chế tạo xe lửa mà công nghệ chế tạo máy cán tăng nhanh chóng Chiếc máy cán với giá cán bốn trục ra đời vào năm 1870, rồi đến các máy cán với giá

cán 6 trục, 12 trục, 20 trục và các loại máy cán đặc biệt khác được ra đời để

cán các vật liệu cực mỏng, siêu mỏng và dị hình như máy cán bi, cán thép chu kỳ, máy đúc cán liên tục

Hình 1.1 Hình phối cảnh giá cán tấm 4 trục của hãng SMS (Đức) Trước năm 1954, các loại thép tại Việt Nam hầu như nhập từ Pháp

về, sau 1954 thì nhập thép từ Liên Xô (cũ), Trung Quốc và các nước Đông

Âu Đến năm 1975, nhà máy cán thép Gia Sàng (Thái Nguyên) được đưa

vào hoạt động Từ đó đến nay, ngành cán thép đã được tạo đà phát triển mạnh Các xí nghiệp liên doanh cán thép giữa Việt Nam và nước ngoài đã

hình thành từ Bắc đến Nam như: Công ty thép Việt-Úc VINAUSTEEL ở

Hải, Công ty thép Việt - Nhật ở Vũng Tàu, Công ty thép ống VINAPIE ở Hải Phòng liên doanh giữa Việt Nam và Hàn Quốc v.v

Nước ta hiện nay đang bước vào thời kỳ công nghiệp hóa — hiện đại hóa nên nhu cầu về thép trong xây dựng và cơ khí là rất lớn Nhiều nhà máy cán thép đã được thành lập trong những năm gần đây Năm 2003, nhà máy cán thép Việt - Ý tại khu công nghiệp Phố Nối A (Hưng Yên) với tổng vốn đầu tư 125 tỷ đồng, công suất 126.000 tấn thép/năm đã chính thức đi vào hoạt động Ngày 11/4/2003, tai Dong Ha (Quang Tri) đã khởi công xây dựng nhà máy cán thép chất lượng cao COSEVCO với công suất giai đoạn Í

là 250.000 tấn sản phẩm/năm, với tổng mức vốn đầu tư hơn 254 tỷ đồng

Tháng 12/2003, công ty thép Bluescope Việt Nam đã khởi công nhà máy

thép hiện đại đạt tiêu chuẩn quốc tế tại khu công nghiệp Phú Mỹ 1, tỉnh Ba Rịa - Vũng Tàu, với tổng diện tích 12.000ha, tổng số vốn đầu tu 105 triệu

USD Nước ta có rất nhiều nhà máy cán thép làm ăn không hiệu quả

nhưng vẫn có rất nhiều dự án mới, do các nhà máy cũ hiện nay công nghệ

đã quá lạc hậu

Các thiết bị gia công va tạo hình thép nói chung và thép dạng sóng nói riêng được nghiên cứu chế tạo từ lâu Trong dây chuyền cán tạo thép hình thì máy cán là thiết bị chính

— Theo số giá cán trong máy cán

— Theo số trục cán có trong giá cán

— Theo cỡ kích thước của sản phẩm

Phân xưởng cán được phân loại:

— Theo tên sản phẩm cuối cùng

— Theo cách bố trí của các máy cán trong xưởng theo công nghệ cán như máy cán phôi, máy cán hình, máy cán tấm, máy cán ống, máy cán chuyên dùng

— Theo bố trí các thiết bị chính (giá cán)

cặp trục hoặc 3 cặp trục cán ra sản phẩm tấm Hiện nay các xưởng cơ khí

Máy cán bố trí theo hàng có các giá cán bố trí thành một hay nhiều

hàng ngang, các máy cán được dẫn động chung bằng một động cơ hoặc dẫn

động riêng biệt tùy theo ý đồ công nghệ (hình 1.4) Để tiết kiệm diện tích

mặt bằng của xưởng cán, máy cán có thể bố trí theo hình Z (hình 1.5) - bố tri nay duoc dùng ở nhà máy cán thép Gia Sàng — Khu gang thép Thái

Nguyên và ở các nhà máy luyện cán thép Miền Nam là loại máy cán bố trí

theo hàng Những máy này được trang bị từ trước năm 1970 và nguồn gốc máy của Đức, Pháp

Máy cán bán liên tục và liên tục — loại máy cán này thường có 2

nhóm giá cán: nhóm giá cán để cán ra sản phẩm thô và nhóm giá cán để cán

ra sản phẩm tỉnh Nhóm giá cán ra sản phẩm thô thường bố trí liên tục,

nhóm thứ 2 làm nhiệm vụ cán tỉnh thường bố trí theo hàng và vật cán thường được cán theo vòng (hình 1.6 và hình 1.7)

3 - Hộp bánh răng truyền lực, 4 - Giá cán

(a) Nhóm giá cán thô liên tục

(b) Nhóm giá cán bố trí theo hàng

Trong máy cán liên tục thường có trục cán được bố trí nằm ngang và

thang đứng (hình 1.7)

ống Hãng BHP, Zamilsteel Co trang bị máy cán ra thép U, Z làm xà gồ,

nhà khung thép nhưng vẫn chưa đáp ứng đủ cho nhu cầu thị trường ngày một tăng Ngoài ra còn nhiều cơ sở sản xuất tự chế máy cán để sản xuất thép U cỡ nhỏ, ống làm giàn giáo và cột chống phục vụ ngành xây dựng

1.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA SẢN PHẨM CÁN NGUỘI

— Hệ số sử dụng kim loại cán nguội đạt tới 99,5% nên ít phế phẩm (so

với cán nóng phế phẩm ít hơn từ 3 đến 5 lần)

— Hình dạng của tiết diện rất đa dạng, phong phú Tiết diện có thể kín hay ho

— Phôi được cắt từ tôn tấm (CT3, dải băng thép, cuộn tôn mạ màu)

— Chiều dày phôi liệu và sản phẩm giống nhau, chiều dài sản phẩm từ

4m đến vô tận (theo chiều dài của phôi)

— Khi tạo hình bằng cán nguội, phôi không phải nung nóng nên kim loại bị biến cứng làm giới hạn chảy tăng từ 10 + 15, chất lượng sản phẩm cao hơn cán nóng, tạo hình xong không phải xử lý nhiệt

—_ Môi trường sản xuất tích cực (không gây tiếng ồn, nóng, bụi )

1.3 LỰA CHỌN SẢN PHẨM VÀ THIẾT BỊ

Có nhiều loại tấm chắn phân luồng đường, tấm chắn xô phổ biến là

dạng sóng gồm hai loại: tấm chắn xô dạng hình sin và tấm chắn xô profin

định hình (Hình 1.8) Có thể kể tên các đường sử dụng loại thép hình này để

phân luồng như đường Thăng Long - Nội Bài, quốc lộ 5, đường Giải

Phóng

Hình 1.8 Hai dạng thép hình chắn xô

a Profin dạng hình sin

b Profin định hình

So với tấm chắn xô dạng hình sin, tấm chắn xô profin định hình có độ

bền cao hơn, chịu lực cơ học tốt hơn, nên tuổi thọ lớn và hiện được ưu tiên

sử dụng

Để có được các sản phẩm định hình từ tôn tấm có nhiều phương pháp,

trong đó điển hình là hai phương pháp cán nguội và dập nguội Phương pháp dập nguội cho năng suất không cao, chiều dài hạn chế, thiết bị cổng kénh

Phương pháp cán cho năng suất cao, sản phẩm đẹp Máy cán tấm chắn xô

dạng sóng hình sin đã được nhiều cơ sở trong nước gióng dựng Tuy nhiên, máy cán loại này có profin trục cán chép theo dạng của sản phẩm, nên việc chế tạo, sửa chữa và bảo dưỡng khó khăn, giá thành cao Đa số các máy cán

tấm chắn xô cũ ở Việt Nam hiện nay đều sử dụng bộ truyền bánh răng nên

việc điều chỉnh khe hở cán rất khó khăn Trong đồ án này chúng tôi chọn phương án thiết kế máy cán tôn sử dụng bộ truyền xích để dẫn động các cặp

trục cán

Việc thiết kế, chế tạo máy sẽ góp phần giảm đầu tư cơ bản, giảm chỉ

phí nhập khẩu, chủ động với sản phẩm mới - đó là một trong những yêu cầu tất yếu khi nhu cầu ngày một lớn và có sự cạnh tranh cao

Chương II

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ BIẾN DẠNG KIM LOẠI

2.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

2.1.1 Vật liệu kim loại

Theo các nhà kỹ thuật Kim loại được quan niêm là các vật thể có

những dấu hiệu chung đặc trưng như:

— Dẫn điện, dẫn nhiệt tốt

— Có ánh kim, phản xạ ánh sáng, không cho ánh sáng thường ổi qua

— Dẻo, dễ biến dạng dẻo (cán, kéo, rèn, ép)

— Có độ bền cơ học nhưng kém bền hóa học

—_ Trừ thủy ngân ra, các kim loại ở nhiệt độ bình thường đều có cấu trúc

tinh thể

— Nhiệt độ nóng chảy biến đổi trong phạm vi từ thấp đến cao nên đáp ứng được yêu cầu đa dạng của kỹ thuật

2.1.2 Mang tinh thé — Léch mang

Đặc tính cấu trúc của kim loại là nguyên tử (ion) luôn có xu hướng xếp xít chặt với kiểu mạng đơn giản (như lập phương tâm mặt, lập phương tâm khối, lục giác xếp chặt) và các liên kết ngắn, mạnh

Trong tinh thé các nguyên tử (phân tử) sắp xếp tại các nút mạng của

kiểu mạng thì mạng tỉnh thể đó được gọi 14 mang tinh thể lý tưởng Tuy

nhiên trên thực tế hầu như không gap mang tinh thể lý tưởng vì luôn có những nguyên tử không nằm đúng ví trí của nó hoặc các lớp nguyên tử

không sắp xếp đúng trật tự lý thuyết, gây nên những sai lệch mạng tinh thể

hay khuyết tật mạng

Tuy số nguyên tử nằm lệch vị trí qui định chiếm tỷ lệ rất thấp (chỉ l + 2%) song cũng gây ra ảnh hưởng đối với tinh thé khi chịu tác dụng của ngoại lực Theo kích thước ba chiều trong không gian, sai lệch mạng chia thành:

— Sai lệch điểm: là loại sai lệch có kích thước rất nhỏ (cỡ nguyên tử) theo ba chiều không gian

— Sai lệch đường: là loại có kích thước nhỏ theo hai chiều và lớn theo

chiều thứ ba, tức là có dạng của một đường (có thể là đường thẳng,

cong, xoáy trôn 6c)

— Sai léch mặt: là loại sai lệch có kích thước lớn theo hai chiều đo và

nhỏ theo chiều thứ ba, tức là có dạng của một mặt (có thể là mặt phẳng, cong hay uốn lượn)

Các sai lệch điểm như nút trống, nguyên tử xen kẽ nếu chúng nằm liền nhau trên một đường sẽ tạo ra sai lệch đường Tuy nhiên dạng sai lệch

này không có tính ổn định cao Ví dụ các nút trống có thể tập trung thành

cụm hoặc phân tán đều dưới những tác dụng khác nhau Dạng điển hình nhất của sai lệch đường mà ta sẽ khảo sát là lệch (dislocation) Chúng có

những dạng hình học nhất định và tính ổn định cao Sai lệch đường bao

gồm:

a Lệch biên

Có thể hình dung lệch biên như mô hình ở hình 2.1 (điều này không

đồng nghĩa nó được hình thành đúng như vậy), chèn thêm bán mặt ABCD vào nửa phần trên của mạng tinh thể lý tưởng (hình 2.1a), sự xuất hiện thêm của bán mặt làm cho các mặt phẳng nguyên tử khác nằm về hai phía trở nên

không hoàn toàn song song với nhau nữa Như thấy rõ ở hình 2.1b biểu thị

sắp xếp nguyên tử trên mặt cắt vuông góc với trục AD (trong đó vùng bị xô lệch khá nhỏ, chỉ 4 + 5 thông số mạng trong phạm vi vòng tròn), rõ ràng là

sự xô lệch này kéo dài theo đường AD được gọi là trục lệch, nó chính là

biên của bán mặt nên có tên là lệch biên Với sự phân bố như vậy nửa tỉnh

thể có chứa bán mặt sẽ chịu ứng suất nén, nửa còn lại chịu ứng suất kéo

Như vậy, về bản chất, lệch biên là giao tuyến của mặt phẳng nguyên

tử thừa (ABCD) với mặt phẳng EE (gọi là mặt trượt) và nó là một chuỗi các

Có thể hình dung lệch xoắn như mô hình trượt dịch ở hình 2.2a (điều này không đồng nghĩa nó được hình thành đúng như vậy): cắt tỉnh thể lý tưởng theo bán mặt ABCD rồi trượt dịch hai mép ngoài của mặt phẳng ngược chiều nhau đi một hằng số mạng trên đường BC Điều này sẽ làm cho các nguyên tử trong vùng hẹp giữa hai đường AD và BC sắp xếp lại có dạng

đường xoắn ốc giống như mặt vít nên lệch có tên là lệch xoắn biểu thị sắp

xếp nguyên tử ở trên và dưới bán mặt Sự xô lệch nguyên tử được thấy rõ ở hình 2.2b Cũng giống như trên đường AD là tâm của sự xô lệch nên được gọi là trục lệch

Vùng ABC là một phần của mặt trượt mà ở đây đã xảy ra xê dịch các nguyên tử Đường cong AC là ranh giới giữa hai vùng bị trượt và chưa trượt

đó là trục lệch Hình 2.3a trình bày cách bố trí nguyên tử xung quanh trục

lệch Lệch hỗn hợp là tổng hợp của lệch biên và lệch xoắn

2.2 BIEN DANG DEO VA PHA HUY

2.2.1 Khai niém

Để nghiên cứu quá trình biến dạng ta nghiên cứu mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng sinh ra Trên thực tế khi gia công sản phẩm cũng như khi cho máy hoạt động, kim loại chịu tác dụng của nhiều tải trọng với trạng thái ứng suất ba chiều Tuy nhiên để đơn giản hoá, quá trình biến dạng thường được nghiên cứu dưới tác dụng của tải trọng kéo và lấy nó làm

trường hợp điển hình, vì nó thể hiện rõ ràng các giai đoạn biến dạng Các

giai đoạn biến dạng bao gồm: biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá hủy Phương pháp thử kéo cũng là phương pháp chủ yếu để đánh giá cơ tính của vật liệu và so sánh các vật liệu với nhau

Theo Sức bền vật liệu, khi tăng dần lực kéo Fạ đặt dọc trục một mẫu kim loại tròn, có chiều dài lạ, đường kính dạ sau đó lập quan hệ giữa lực kéo

F và độ dãn dài (biên độ tuyệt đối) AI = L— lạ, ta được biểu đồ kéo với dang

điển hình như trên hình 2.4 Biểu đồ này cho ta một khái niệm chung về các

loại biến dạng và phá hủy

Fl

Fb -7

Fa Po a

Féh Fir

Hình 2.4 Sơ đồ biến dạng điển hình của kim loại

Biến dạng đàn hồi: khi tải trọng đặt vào nhỏ, F tăng dần từ 0 đến F„,

độ biến dạng (ở đây biểu thị bằng độ dãn dài AI) tăng dần theo qui luật tuyến tính với tải trọng, khi bỏ tải trọng biến dạng mất di Giai doan Oe trén hình được gọi là giai đoạn đàn hồi, được đặc trưng bởi F„ và ứng suất đàn hồi Gạ,

Biến dạng đeo: khi tải trọng đặt vào lớn, F > Fạ, độ biến dạng tăng nhanh theo tải trọng, khi bỏ tải trọng biến dạng không bị mất đi mà vẫn còn lại một phần Ví dụ khi đặt tải trọng F, mẫu bị kéo dài theo đường Oea tức dài thêm đoạn Oa”, nhưng khi bỏ tải trọng mẫu bị co lại theo đường song song với đoạn Oe nên cuối cùng vẫn còn bị dài thêm một đoạn Oa” Như vậy biến dạng dẻo là biến dạng có kèm theo sự thay đổi kích thước của hình dáng khi bỏ tải trọng Hiện tượng biến dạng tăng khi ứng suất (lực) tăng không đáng kể gọi là sự chảy của vật liệu, ứng suất tương ứng gọi là giới hạn chảy o,,

Nhờ biến dạng dẻo ta có thể thay đổi hình dạng, kích thước kim loại

tạo nên nhiều chủng loại phong phú đáp ứng tốt yêu cầu sử dụng

Phá háy: nếu tiếp tục tăng tải trọng đến giá trị cao nhất F,, lúc đó trong kim loại xảy ra biến dạng cục bộ (hình thành cổ thắt), tai trong tac dụng giảm mà biến dạng vẫn tăng (cổ thất hẹp lại) dẫn đến đứt và phá hủy

Hình 2.5 Sơ đồ biến đổi mang tinh thé

a) Ban đầu b) Biến dạng đàn hồi c) Biến dạng kéo d) Phá hủy

Sự biến đổi về mạng tính thể ở ba trạng thái trên được trình bày như

hình 2.5

Khi biến dạng đàn hồi các nguyên tử chỉ dịch chuyển đi khoảng cách nhỏ (không quá một thông số mạng), thông số mạng tăng từ a lên a+Aa, tức

là chưa sang vị trí cân bằng mới nên khi bỏ tải trọng lại trở về vị trí cân

bằng cũ Biến dạng đàn hồi xảy ra do cả ứng suất tiếp lẫn ứng suất pháp Khi biến dạng dẻo nguyên tử dịch chuyển đi khoảng cách lớn hơn (quá một thông số mạng) nên khi bỏ tải trọng nó trở về vị trí cân bằng mới Biến dạng dẻo chỉ xảy ra do ứng suất tiếp Khi biến dạng đàn hồi và dẻo lực liên kết giữa các nguyên tử vẫn được bảo tồn, còn khi phá hủy các liên kết bị hủy hoại dẫn đến đứt rời

2.2.2 Lý thuyết trượt

Trượt là sự xê dịch của từng mặt nguyên tử song song với nhau mà

không làm thay đổi cấu trúc tinh thể

Bất kỳ dạng tải trọng nào có thành phần tương ứng với ứng suất tiếp làm xê dịch nguyên tử đều có thể tạo ra trượt Tải trọng kéo (hoặc nén)

thuần túy sinh ra ứng suất pháp chỉ làm thay đổi khoảng cách nguyên tử gây

ra biến dạng đàn hồi hoặc phá hủy khi ứng suất đủ lớn Ứng suất tiếp nhỏ chỉ làm xê dịch đàn hồi các nguyên tử (hình 2.5), làm thay đổi hình dáng và kích thước tinh thể khi bỏ tải hoặc gây song tỉnh tạo biến dạng dư

a Các mặt và phương trượt

Quá trình trượt xảy ra theo các mặt và các phương tinh thể xác định

gọi là các mặt và phương trượt Phương trượt nằm trên mặt trượt Mặt trượt

và phương trượt lập thành một hệ trượt Như vậy trong các kim loại phương

trượt luôn là phương xếp chặt còn các mặt trượt có thể là mặt xếp chặt hoặc không xếp chặt

Khả năng biến dạng dẻo của kim loại có thể đánh giá theo hệ số trượt (tức là tích của số mặt trượt với số phương trượt) và độ xếp thể tích My (mật

độ nguyên tử) Ví dụ kim loại có mạng tỉnh thể lập phương tâm mặt và

mạng lục giác xếp chặt tuy có My gần bằng nhau nhưng hệ số trượt khác

nhau nên khả năng biến dạng dẻo của chúng khác nhau Kim loại mạng lập phương tâm mặt do có hệ số trượt lớn hơn nên chúng dễ biến dạng dẻo hơn Kim loại mạng lập phương tâm khối tuy có hệ số trượt lớn nhưng My nhỏ nên biến dạng dẻo kém hơn kim loại mạng lập phương tâm mặt Ví dụ thao

tác dập cán kéo thép thường thực hiện ở nhiệt độ cao (9002 + 1000°C) vì ở

nhiệt độ đó thép dễ biến dạng vì có mạng lập phương tâm mặt, trong khi ở nhiệt độ thấp nó có mạng lập phương tâm khối khó biến dạng dẻo

Khảo sát vai trò của định hướng mặt trượt đến khả năng trượt, tức khả năng biến dạng dẻo Muốn trượt xảy ra để có biến dạng dẻo thì trong hệ số trượt ứng suất tiếp phải đạt được một trị số tới hạn, xác định đối với mỗi kim loại hay hợp kim gọi là ứng suất trượt (xê dịch tới han t,,)

b Ứng suất gây ra trượt

Ta hãy phân tích thành phần ứng suất trong hệ trượt của một mẫu thử hình trụ đơn tỉnh thể chịu lực kéo P có tiết diện ngang là S; (hình 2.6)

mặt phẳng qua O, và P) góc ự Diện tích mặt trượt là:

Su S9 ” cos@

Ứng suất pháp tác dụng lên mặt trượt có trị số:

Điều kiện để trượt xảy ra là t,, > Ty,

Như vậy khả năng biến dạng dẻo ngoài độ lớn của tải trọng bên ngoài còn phụ thuộc vào định hướng của mặt trượt nữa Rõ ràng là nếu ọ = 0° hoặc 90” thì dù ngoại lực khá lớn, +,„ luôn bằng 0 và trượt không xảy ra Vi

trí thuận lợi nhất của mặt trượt là ọ = 45”, khi đó +„ đạt giá trị là

1G cosw 29:

Tóm lại với một tải trọng xác định, trị số của ứng suất trượt thay đổi

theo định hướng của hệ trượt với phương tải trọng Trong tính thể gồm nhiều mặt trượt khác nhau thì quá trình biến dạng dẻo bằng trượt xảy ra sau

trượt tiến trong mặt có định hướng thuận lợi, sự phát triển dần sang các mặt

kém thuận lợi hơn Điều này giải thích tại sao kim loại có dạng lập phương tâm mặt lại luôn bị biến dạng dẻo khi chịu tải thích hợp trước khi bị phá hủy

c Cơ chế trượt

Trượt là một trong các yếu tố gây ra hiện tượng dẻo được thực hiện bằng xê dịch nguyên tử Dưới đây sẽ xem xét kỹ hơn cơ chế xê dịch nguyên

tử trên các mặt trượt để tạo ra bậc cấp trên mặt ngoài tỉnh thể trong hai

trường hợp: tinh thể lý tưởng và tỉnh thể thực

Sơ đồ trượt trong tinh thể lý tưởng được trình bày trên hình 2.7 Dãy

nguyên tử ABC biểu diễn lớp nguyên tử phía trên mặt trượt có dãy 1, 2, 3, biểu diễn lớp nguyên tử phía dưới mặt trượt Khoảng cách giữa hai lớp nguyên tử là a còn giữa các nguyên tử của một lớp là b Để có biến dạng dư thì cả lớp nguyên tử ABC phải xê dịch tương ứng với lớp 1, 2, 3, một

đoạn bằng b sao cho có nguyên tử ở vào vị trí cân bằng mới, trùng với nút

mang tỉnh thể Lực cần thiết cho xê dịch đó liên quan đến sự thay đổi lực

liên kết nguyên tử khi trượt Lực tác dụng lên nguyên tử A khi nó dịch

chuyển một đoạn x “sẽ là lực hút từ phía nguyên tử 1 và khi x > 5 là lực

hút từ phía nguyên tử 2 Tại vị trí x -2 (cân bằng không bền) và x = 0, b

Rút ra

Hình 2.8 Lực trượt trong tỉnh thể lý tưởng

Khia x~b thì kz = Đó là lực lớn nhất cần tác dụng lên mặt trượt

Độ bền lý thuyết tính theo hai công thức trên lớn hơn các kết quả thực nghiệm tới hàng nghìn lần Sự sai khác quá lớn giữa độ bền lý thuyết

và thực tế cho thấy sự trượt xảy ra trong kim loại dễ dàng hơn nhiều so với tinh thé lý tưởng Lý thuyết lệch đã giải thích cơ chế trước đây là xê dịch của một nhóm nguyên tử nhờ lệch mạng có sẵn trong tinh thể chuyển động

s s © s$ $ S$ 9$ 9® CO

Hình 2.9 Sự di chuyển của lệch ra mặt ngoài để tạo nên cấp bậc

Hình 2.9 cho thấy cách sắp xấp nguyền tử xung quanh một lệch biên

thay đổi như thế nào khi nó chuyển vị trí đến lúc gặp mặt ngoài tinh thể tạo

một bậc cấp có độ lớn bằng véctơ Bungers Bằng cách đó mỗi lần di chuyển lệch thực hiện được một xê dịch bằng khoảng cách nguyên tử Xê dịch đó được minh hoạ trên hình 2.10 như sau: Dưới tác dụng của ứng suất tiếp các nguyên tử phía trên mặt trượt dịch sang phải a —> a”, b —> b”, c — c°,h —>h còn các nguyên tử phía dưới dịch chuyển sang trái i —> 1, k —> k*,m — m’ bằng cách xê dịch nhỏ so với khoảng cách nguyên tử Kết quả là mặt phẳng đứng m - e bị chia đôi một mức he biến thành bán mặt eh’, nwa kia hợp với

bản mặt cũ thành mặt phẳng đứng ma'° Như vậy lệch đã chuyển vi trí xuất

phát d sang vị trí mới h'

Hình 2.10 Sự di chuyển nguyên tử khi một lệch biên trượt

một khoảng cách nguyên tử

Để lệch chuyển động được thì ứng suất tiếp phải đạt được trị số cần

thiết nhằm vượt cản trở thế năng giữa hai vị trí lân cận Dựa vào giả thiết về cách sắp xếp gần đúng nguyên tử ở gần lệch và về quy luật biến đổi lực lượng tương tấc nguyên tử, Peierls — Nabarro đã tính được ứng suất tiếp giới

hạn —- ứng suất tối thiểu để lệch bắt đầu chuyển động là:

trong đó:

7pxw: là ứng suất tới hạn Peierls — Nabarro

a: là khoảng cách giữa các mặt nguyên tử song song với mặt trượt

b: là khoảng cách nguyên tử trong phương trượt

Công thức tính ứng suất Peierls — Nabarro thé hién quy luật lựa chon của biến dạng dẻo Khi a và b có trị số nhỏ thì rp„ sẽ nhỏ, tức lệch trượt dễ dàng Điều đó giải thích tại sao trượt thường xảy ra theo mặt xếp chặt và phương xếp chặt Để so sánh 1p với tạ, hay a = b và v~ 1/3 khi đó:

tpn = —- 8.10 Thực ra việc tính ứng suất tới hạn khá phức tạp do chưa biết chính xác về cấu tạo và liên kết nguyên tử trong vùng lõi lệch Ngoài ra, toàn bộ

đường lệch không nhất thiết phải chuyển đổi song song đồng thời như giả thiết Nó có thể bị uốn khúc để tương ứng với trạng thái năng lượng tháp

nhất Khi đó ứng suất tới hạn rp y chắc sẽ có trị số nhỏ hơn

Tóm lại trong tỉnh thể lý tưởng trượt xảy ra bằng cách các nguyên tử

trên mặt trượt xê dịch cùng một lúc như một khối cứng trên một khoảng

cách nguyên tử, do đó cần phải có ngoại lực rất lớn Trong tỉnh thể thực, trượt thực hiện bằng chuyển động của lệch nhờ các xê dịch rất nhỏ (so với

khoảng cách nguyên tử) của các nguyên tử gần như lệch nên chỉ cần ngoại lực tương đối nhỏ (giống như sự xê dịch của bộ quân bài tạo ra các bậc

thang)

se _ Biến dạng dẻo trong đơn tỉnh thể

Biến dạng dẻo trong đơn tinh thé được biểu diễn trên hình 2-11, 1a

đường cong biến dạng nói lên quan hệ giữa ứng suất tác dụng 1 và độ xê dịch của y do nó tạo ra Để đơn giản hoá ta xem đường cong gồm các đoạn

0a, ab, be và đoạn cong cd Ta không xem xét đoạn 0a vì đoạn này biểu thị

giai đoạn biến dang dan hồi Trong biến dạng dẻo chủ yếu xảy ra theo hai

cơ chế chính, đó là sự trượt và song tính

Hình 2.11 Đường cong biến dạng tiêu biểu của don tinh thé

Khi ứng suất đủ lớn thì sẽ xảy ra quá trình biến dạng dẻo Giả sử biến dạng dẻo xảy ra chủ yếu bằng cách trượt mà trượt là do chuyển động của

lệch phát sinh từ nguồn Frank — Read Muốn cho nguồn Frank — Read bắt

đầu hoạt động thì ứng suất tác dụng trên mặt trượt có định hướng thuận lợi

nhất phải lớn hơn trị số ứng suất xác định theo công thức:

ŸE_R— Sb — ob 2R 1

Œ: Mô đun trượt

b: Véc to Burgers

R: Bán kính cong của đường lệch

L: Khoảng cách giữa 2 điểm chết

Ứng suất tới hạn đó có thể xem như giới hạn đàn hồi của tỉnh thể vì

nó kết thúc giai đoạn biến dạng không có trượt, tức là giai đoạn biến dạng đàn hồi thuần tuý Nếu nguồn phát sinh lệch Frank — Read hoạt động không

bị cản trở nào và các lệch chuyển động hoàn toàn tự do ra mặt ngoài thì

đoạn ab phải nằm song song với trục biểu thị sự xê dịch y vì dưới tác dụng

của ứng suất cố định trượt xảy ra liên tục, độ biến dạng y tăng liên tục Tuy nhiên giữa các lệch trong cùng một mặt trượt và giữa các mặt trượt luôn

luôn tương tác với nhau cản trở lẫn nhau nên muốn nguồn phát sinh lệch

Frank — Read tiếp tục hoạt động và lệch tiếp tục chuyển động thì vẫn phải

tác dụng ứng suất cao hơn Hiện tượng này gọi là sự hoá bền Trong giai

đoạn biến dạng từ điểm a đến điểm b khả năng hoá bền được đặc trưng bởi

hệ số hoá bền tgÐ, (9, là góc nghiêng của đoạn ab) Sau khi những đơn tinh

thể có mật độ lệch nhỏ, các lệch nằm xa nhau và ít tương tác với nhau nên

hệ số hoá bền giai đoạn này tương đối nhỏ khoảng 10G Vì biến dạng dẻo

xảy ra với mức độ hoá bền nhỏ như vậy nên giai đoạn biến dạng ab gọi là giai đoạn dễ trượt Đặc trưng của giai đoạn này là lệch trượt chủ yếu nằm trên một mặt trượt với khoảng trượt tự do lớn Kết quả là sau khi thôi tac dụng ngoại lực, vật không thể tự trở về hình dạng và vị trí ban đầu

Với lệch mạng vuông góc hướng chuyển động của lệch mạng cùng với phương của ứng suất tiếp, với lệch mạng xoắn Lệch mạng chuyển động

vuông góc với phương của ứng suất tiếp

Khi ứng suất tác dụng đã đạt trị số xác định nào đó thì ứng suất trượt thực tế trên những mặt trượt có định hướng bất lợi hơn đã đạt được trị số để lệch chuyển động và nguồn Frank - Read bắt đầu hoạt động Do trượt xảy

ra trên những hệ mặt phẳng cắt nhau sẽ tạo nên những vật chướng ngại và những tập hợp lệch hoặc cụm lệch có tác dụng cản trở mạnh chuyển động

của những lệch khác hoặc có thể đình chỉ hoạt động của nguồn phát sinh

lệch Vì vậy muốn trượt tiếp tục thì phải tăng mạnh ứng suất tác dụng để thắng được những yếu tố hãm lệch có thể có Đó là nguyên nhân giải thích

vì sao đoạn thẳng bc có độ nghiêng lớn, tức là hệ số hoá bền tg0; lớn gấp hàng chục lần so với giai đoạn dễ trượt Do đó hoạt động của các hệ trượt thứ cấp cũng như tương tác giữa chúng với hệ sơ cấp ngày một mạnh mà mật độ chướng ngại tăng không ngừng Hậu quả của quá trình này là sự tạo thành cấu trúc ô lệch, bao gồm các miền tinh thể có chứa ít lệch nằm xen kẽ

các miền giàu lệch, điển hình là giai đoạn bc Khoảng trượt tự do của lệch

rất nhỏ và do kích thước miền nghèo lệch quy định

Giai đoạn biến dạng tương ứng với đoạn cong cd được đặc trưng bàng

quá trình trượt ngang, khi ứng suất đã lớn thì các lệch xoắn có thẻ vượt qua

chướng ngại bằng cách chuyển từ mặt trượt này sang mặt trượt khác Trên

các mặt trượt mới chúng chuyển động ít bị cản trở hơn, tức là để đạt được

độ biến dạng như trước cần đòi hỏi sự tăng ứng suất bé hơn Do đó hệ số

hoá bền thấp hơn so với giai đoạn cd giảm dần Quan hệ giữa ứng suất và

biến dạng là quan hệ đường cong và giai đoạn này thường được gọi là giai

đoạn phục hồi động học Cơ chế trượt ngang ở đây làm cho cấu trúc ô lệch

ba chiều hình thành ở giai đoạn trước được hoàn chỉnh thêm Ngoài ra trượt ngang ứng suất cao hơn nếu lệch trượt trong hệ sơ cấp dễ bị tác động, tức là

tinh thé năng lượng khuyết tật xếp nhỏ

a Trước khi xảy ra hiện tượng song tinh

b Sau khi xảy ra hiện tượng song tinh

Một cơ chế khác gây biến dạng dẻo là song tính Song tỉnh là sự dịch chuyển tương đối của một loạt mặt phẳng các nguyên tử này so với một loạt các nguyên tử khác, các nguyên tử đối xứng nhau qua mặt phẳng song tỉnh (AA) Khoảng dịch chuyển các nguyên tử không phải là số nguyên lần khoảng cách giữa các nguyên tử (hằng số mạng)

Hiện tượng song tinh xảy ra rất nhanh và càng mạnh khi biến dạng đột ngột và tốc độ biến dạng lớn Song tính có ảnh hưởng đến trượt: Tạo điều kiện cho mặt trượt ở vào vị trí thuận lợi nhất giúp biến dạng dễ dàng (vì song tỉnh gây biến dạng ít và sự trượt chỉ xảy ra theo phương và trong các

mặt trượt nhất định) Trong quá trình trượt nếu có xuất hiện song tính thì

đặc điểm nổi bật nhất là ứng suất tiếp tới hạn giảm xuống

se _ Biến dạng dẻo trong đa tỉnh thể

Đa tỉnh thể là tập hợp của nhiều hạt có phương mạng định hướng một

cách ngẫu nhiên Vùng ranh giới giữa các hạt có cấu tạo, tính chất khác với vùng trung tâm và được gọi là biên giới hạt (tỉnh giới hạt) Đây là yếu tố cần phải xét đến khi nghiên cứu biến dạng dẻo của đa tỉnh thể Dưới đây là một

số đặc điểm của biến dạng dẻo đa tỉnh thể:

Các hạt trong đa tính thể định hướng khác nhau Khi tấc dụng lên

mẫu đa tinh thể một tải trọng, những hạt nào có định hướng thuận lợi chúng biến dạng dẻo với ứng suất ơ tương đối nhỏ, còn những hạt có định hướng bất lợi hơn chúng biến dạng dẻo với ứng suất lớn hơn Đối với mạng sáu phương xếp chặt thậm chí có thể có những hạt có định hướng hoàn toàn bất lợi, biến dạng dẻo không xảy ra Quan hệ giữa ứng suất kéo chung cho toàn mẫu và ứng suất tiếp thực tế trong mỗi hạt có dạng:

G=

—" —mt sin 20 COS O

m: gọi là chỉ số định hướng m = —_ 1

sin 20.COS 0

Chúng ta nghiên cứu ứng suất tới hạn để trượt trong đơn tính thể, các

quan hệ giữa ứng suất và độ biến dạng Vấn đề đặt ra là trên cơ sở của

những quy luật đó tìm ra quy luật biến dạng của da tỉnh thể

Giả sử các hạt trong đa tỉnh thể có đường cong biến dạng như nhau và

sự biến dạng của các hạt này không ảnh hưởng đến sự biến dạng cảu các hạt khác Trên cơ sở đó có thể tính được chỉ số định hướng trung bình m của

các hạt và tìm quan hệ giữa ứng suất và độ biến dạng don tinh thé

Ký hiệu N,,,) 14 ham phân bố nói lên số lượng hạt trong đa tinh thể có

chỉ số định hướng m bất kỳ nào đó Lúc đó số lượng hạt có chỉ số định

hướng nằm trong khoảng m; và m, + Am sé 1a N,,,)-Am và chỉ số định hướng trung bình của tất cả các hạt có thể tính theo biểu thức:

> mi.N(mi).Am _ J m.N(m).dm

> N(mi).Am ÏN(m).dm

m=

Đối với mạng lập phương tâm diện, tính toán của Sachs theo nguyên

lý đó cho thấy kết quả m = 2,238 — trong lúc thì m = l tức ứng suất tac

dung o để gây ra biến dạng dẻo trong đa tỉnh thể hơn hai lần so với don tinh

thể với định hướng thuận lợi nhất định Tuy nhiên, đấy mới chỉ là sự gần đúng ban đầu vì nó dựa trên giả thiết cho rằng khả năng biến dạng của các hạt là độc lập nhau và chỉ phụ thuộc vào sự định hướng các hạt đó Giả thiết

đó hoàn toàn không phù hợp với thực tế và các hạt gắn với nhau trong đa tinh thể thành một khối liên tục, sự thay đổi hình dáng và kích thước của

các hạt này cong phụ thuộc vào sự biến dạng của các hạt chung quanh, nếu

không liên kết giữa các hạt trên miền ranh giới sẽ bị phã vỡ Những nghiên

cứu của Miss cho thấy rằng để đảm bảo tính liên tục của toàn đa tỉnh thể,

trượt xảy ra ít nhất là theo 5 hệ trượt, tức là theo 5 mặt và hướng trượt khác nhau Trong số đó có những hệ trượt có định hướng bất lợi với chỉ số m lớn

vì thế chỉ số định hướng trung bình m tính cho đa tỉnh thể cao hơn so với trị

số m = 2,238 Nếu chú ý đến quan hệ giữa ứng suất và độ biến dạng của đa

tinh thé:

o=m.t vae=_ thi do _ tt

Sự so sánh khả năng biến dạng của đơn tinh thé va da tinh thé ở đay

chỉ là tương đối vì đối với đơn tỉnh thể nó phụ thuộc rất mạnh vào góc định hướng trượt của mặt trượt Góc định hướng là bất lợi thì đơn tỉnh thể còn

khó biến dạng hơn đa tỉnh thể

Ngoài yêu cầu và tính liên tục của vật liệu khi biến dạng còn phải yêu cầu tính liên tục của ứng suất: ứng suất sinh ra trong hạt này không thể

không phụ thuộc vào ứng suất ở những hạt xung quanh, từ đó cho thấy rằng

trường ứng suất trong mỗi hạt là không đồng nhất, ứng suất phải phân bố

thế nào để các lực tác dụng lên tỉnh giới từ các phía phải được cân băng với

nhau Yêu cầu này Taylo không đề cập đến trong tính toán của mình, tuy

nhiên theo sự phân tích của một số nhà nghiên cứu thì nó không ảnh hưởng mấy đến kết quả đã đạt được, tức là hầu như không ảnh hưởng đến khả năng

hóa bền

Ranh giới giữa các hạt là vùng có sắp xếp nguyên tử không theo trật

tự nhất định như các vùng phía trong Nhìn chung có thể xem như các nguyên tử sắp xếp không có trật tự Thêm vào đó vùng tinh giới lại là nơi chứa nhiều nguyên tử tạp chất nên tác dụng cản trở trượt cang mạnh thêm

Tinh giới là vật chướng ngại chống lại chuyển động của lệch Quá trình

trượt có thể chuyển từ hạt này sang hạt kia chỉ khi nào ứng suất tác dụng đủ

lớn, để đường ứng suất của tập hợp lệch có khả năng làm cho nguồn phát sinh lệch phía bên kia tỉnh giới bắt đầu hoạt động Vai trò hóa bền của ranh giới hạt có thể thấy rõ trong thí nghiệm kéo sợi kim loại ở những vùng tỉnh giới thay đổi ít so với các vùng khác Sợi kim loại có hình dạng thân cây

te

(Td

Hình 2.13 Sợi kim loại hạt lớn sau khi kéo

Quan hệ giữa độ bền và kích thước hạt thường được biểu diễn bằng

công thức Hall-Petch:

vd

Trong đó: 6,,,— giGi han chảy dưới của đa tỉnh thể

d - kích thước trung bình của hạt

Øạ - hằng số nói lên khả năng chống trượt của trạng thái tổ

k - hằng số phục thuộc vào khả năng hãm lệch của tỉnh giới Công thức Hall-Petch đầu tiên được đưa ra trên cơ sở thực nghiệm: kích thước hạt càng giảm thì giới hạn chảy càng tăng và nếu vẽ đường biểu

diễn quan hệ giữa Ø,¡¿ và tL thì đó là quan hệ đường thẳng Quan hệ đó

vd đến nay vẫn chưa có cơ sở lý thuyết hoàn chỉnh Đối với kim loại có tổ chức siêu hạt rõ nét thì đại lượng d trong công thức Hall-Petch có thể xem như kích thước trung bình của siêu hạt

tị

Hình 2.14 Sự phụ thuộc ứng suất trượt vào góc biến dạng

của kim loại có cấu trúc lập phương tâm mặt

a — Don tinh thé b — Da tinh thé

I — Vùng trượt dé dang II — Vùng hóa bền

Tác dụng hãm lệch của tỉnh giới hạt không những chỉ thể hiện ở giai

đoạn đầu của quá trình biến dạng Vì thế tại thời điểm bất kỳ quá trình biến

dạng dẻo cũng có thể viết:

G=ơ,+k°.d*2

ơ và d là ứng suất biến dạng và kích thước hạt tại thời điểm đã cho

Tóm lại, biến dạng dẻo trong đa tỉnh thể bao gồm hai quá trình chủ

yếu: biến dạng trong nội bộ từng đơn tỉnh thể bao gồm quá trình trượt và

song tinh xay ra tương tự như đơn tỉnh thể, ngoài ra còn có sự biến dạng giữa các hạt tự chuyển động tương đối giữa các hạt, sự xoay của các hạt,

làm vỡ hạt Các hạt không cùng biến dạng một lúc mà bắt đầu ở những hạt

có mặt trượt tạo với lực tác dụng một góc gần 45” nhất là sau đó đến các hạt

lân cận khác và cứ thế các hạt được biến dạng dần Sự biến dạng của da tinh

thể kém hơn biến dạng của đơn tinh thể rất nhiều, nghĩa là để đạt được cùng

mức độ biến dạng, ở đa tinh thể cần ứng suất lớn hơn rất nhiều (hình 2.14)

2.3 BIẾN DẠNG DẺO TRONG CÁN KIM LOẠI

2.3.1 Lý thuyết cán

e Khái niệm:

Cán là quá trình làm biến dạng kim loại bằng cách cho kim loại

chuyển động giữa hai trục cán ngược chiều nhau, dưới ấp lực của hai trục,

kim loại tự biến dạng làm giảm chiều cao, tăng chiều dài, chiều ngang tăng không đáng kể Sau khi cán kim loại có chiều cao bằng khe hở giữa hai trục cán, cơ tính của kim loại được cải thiện rõ rệt

e© Vùng biến dạng và các thông số đặc trưng của vùng biến dạng:

Khi cán, hai trục cán quay liên tục ngược chiều nhau Nhờ ma sát tiếp

xúc vật cán được ăn liên tục vào trục cán và cùng biến dạng Sau biến dạng chiều dày vật cán giảm dần, chiều dài tăng lên, chiều rộng cũng tăng lên chút ít và hình dáng của vật cán thay đổi Vùng biến dạng là vùng kim loại biến dạng dẻo nằm trong phạm vi tác dụng của trục cán

Người ta gọi œ là góc ăn kim loại hay góc tạo bởi cung tiếp xúc AB hoặc CD, giữa bề mặt trục cán và kim loại (hình 2.15a) Mỗi loại máy cán

khác nhau cho ra một loại sản phẩm khác nhau thì sẽ có góc ăn kim loại œ

khác nhau, gốc œ còn phụ thuộc chủ yếu vào loại vật liệu cán (góc ma sát) Cung AB = CS = 1 là chiều dài cung tiếp xúc hay chiều dài vùng biến dạng Góc y = IÔB là góc trung hòa, tại đó vận tốc cán kim loại bằng vận tốc trục cán, h, và h, chiều cao của vật cán trước và sau khi cán b, và b, chiều rộng vật cán trước và sau khi biến dạng

Lượng ép của kim loại: lượng ép tương đối Ah là hiệu số chiều cao của vật cán trước và sau khi biến dạng Lượng ép tương đối được biểu thị

Hình 2.15 Sơ đồ vùng biến dạng khi cán kim loại

Lượng ép tuyệt đối e là tỷ số giữa lượng ép tuyệt đối và chiều dày ban đầu của vật cán tính theo % Lượng ép tuyệt đối được biểu thị bằng:

Ma BE = OD —- OE=R - Rcosa = R(1 — cosa) = 2Rsin*(a/2)

Vì œ quá nhỏ nên sin(o/2) z œ/2 » BE =2R.07/4

Ah _ 2Roơ?

2 4

| ,/2h, —h

Ta laicé: AB = R.a =1=a.D/2 Thay œ vào công thức trên ta có:

l= 2 Ah =~/R.Ah (mm)

Lượng giãn rộng là hiệu số chiều rộng vật cán sau khi cán và trước

khi cán được tính bằng công thức (hình 2.15b):

A =b, —- b, (mm)

2.3.2 Điều kiện vật cán ăn vào trục cán:

Khi dùng một ngoại lực đưa vật cán vào trục cán đang quay ngược

chiều nhau tại thời điểm vật cán tiếp xúc với hai trục cán, thành phần lực ma sát nằm ngang tiếp xúc phải lớn hơn thành phần áp lực lực pháp tuyến nằm ngang Ñ, mới đảm bảo cho vật cán ăn vào được Nếu lực tiếp xúc T,<N,

thì vật cán không ăn vào trục được và quá trình cán không xảy ra

Nếu 2T > 2N,, nghĩa là lực T, >N, thì vật cán ăn vào trục cán, ta có

N,=N.sinơ T, = T.cosœ

T =N.f Œ là hệ số ma sát giữa trục cán và phôi) Như vậy: N.f.cosa > N.sina

=>f>tga

Vì œ quá nhỏ nên ta có thể coi: tga Ơ

>f>a trong đó a=) Kết hợp lại ta có:

f> Io > Ah<R#?

Vậy để vật cán ăn được vào trục phải đảm bảo điều kiện lượng ép

tuyệt đối nhỏ hơn bán kính cán nhân với bình phương hệ số ma sát:

Chương IIT

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY

3.1 SƠ ĐỒ ĐỘNG MÁY THIẾT KẾ

Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết của chương II và dạng sản phẩm đã

nêu trong phần Tổng quan, ta hình thành được sơ đồ động cho máy thiết kế

như hình vẽ 3.1

Hình 3.1 Sơ đồ động của máy I1 Động cơ 2 Bộ truyền đai 3 Hộp giảm tốc 4.Khớp nối 5 Bộ truyền xích truyền động chính

6 Bộ truyền xích truyền động giữa các trục cán

Tính sơ bộ năng suất máy:

Năng suất máy trong một năm theo sản phẩm được tính theo công thức:

60.t.m.h.v.K „

] trong đó: t- thời gian làm việc trong một năm, t = 300 ngày

[sản phẩm/năm]

Q,=

m - số ca làm việc trong ngày, m = 2 ca

h - số giờ làm việc trong một ca, h = 8 gid

v — vận tốc ra sản phẩm trong một phút của máy

Theo tham khảo các máy thực tế thường có vận tốc vào khoảng 8 + 14 m/ph Chọn sơ bộ v = 12 m/ph

12 3 ^

Q, = =3 (sin phẩm/ph)

3.2 TÍNH TOÁN PHÔI CÁN

3.2.1 Phôi liệu

Phôi liệu dùng để cán tấm chấn xô được cắt từ tôn tấm (CT3) thành băng Thép CT3 có tính dẻo tốt, dễ cán, chịu được số lần lăn qua trục tạo hình nhiều nhưng ít bị rạn nứt, sẵn có thị trường trong nước

3.2.2 Sản phẩm tấm chắn xô và yêu cầu kỹ thuật

e_ Cấu tạo profin sản phẩm tấm chấn xô trên hình 3.2

Hình 3.2 Sản phẩm thiết kế

e Yêu cầu kỹ thuật:

Sản phẩm có sai lệch hình dáng và kích thước đạt tiêu chuẩn cho

phép:

- Không có vết lõm, vết khuyết trên bề mặt sản phẩm

- Mép sản phẩm không bị gợn sóng

- Không bị nứt cũng như dãn mỏng tại vùng uốn

— Không tạo vết xước tại vùng bán kính lượn của cối

— Chiều dài và chiều dày sản phẩm không thay đổi so với chiều dài, chiều dày của phôi