THIẾT KẾ HỆ LỖ HÌNH CÁN THÉP TRÊN MÁY CÁN BA TRỤC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU BỘ MÔN KIM LOẠI VÀ HỢP KIM -o0o - ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ CÁN KÉO ÉP KIM LOẠI THIẾT KẾ HỆ LỖ HÌNH CÁN THÉP TRÊN MÁY CÁN BA TRỤC SVTH : TRẦN VĂN TÍN MSSV : V1003426 GVHD : TH.S NGUYỄN ĐĂNG KHOA TP HỒ CHÍ MINH, 4/2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự – Hạnh phúc o0o o0o KHOA : CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU BỘ MÔN : KIM LOẠI VÀ HỢP KIM NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỌ VÀ TÊN : TRẦN VĂN TÍN MSSV : V1003426 NGÀNH : CƠNG NGHỆ KIM LOẠI VÀ HỢP KIM LỚP : VL10KL 1-Đầu đề đồ án : Thiết kế hệ lỗ hình cán thép máy cán ba trục 2-Nhiệm vụ (yêu cầu nội dung số liệu ban đầu ) : + Thiết kế hệ lỗ hình cán thép máy cán ba trục + Xác định thông số máy, số liệu phơi, kích thước sản phẩm + Xác định hệ lỗ hình cho đề tài + Tính tốn số lần cán dựa theo thông số đề + Vẽ trình bày hệ lỗ hình theo yêu cầu + Hoàn thành đề tài thời gian 3-Ngày giao nhiệm vụ đồ án : 13/02/2014 4-Ngày hoàn thành nhiệm vụ :05/05/2014 5-Họ tên thầy hướng dẫn : Th.s NGUYỄN ĐĂNG KHOA Nội dung yêu cầu ĐAMH thông qua môn Ngày 05 Tháng 04 năm 2014 CHỦ NHIỆM BỘ MƠN THẦY GIÁO HƯỚNG DẪN LỜI NĨI ĐẦU Chúng ta bước phát triển đất nước cách mạnh mẽ, điều đồng nghĩa với việc nhiều cơng trình nhà dân dụng cơng nghiệp xây dựng lên Vì nhu cầu vật liệu xây dựng nói chung thép dùng làm cốt bêtơng nói riêng lớn Để đáp ứng nhu cầu đó, ngày nhiều nhà máy công ty sản xuất thép cán đời nhằm góp phần cung cấp ngun vật liệu khơng cho xây dựng hạ tầng sở, mà cho ngành cơng nghiệp khí chế tạo, giao thơng vận tải, nông nghiệp v.v Việc nắm bắt kỹ liên quan tới việc thiết kế quy trình cơng nghệ thiết bị nhà máy cán nói riêng nhà máy sản xuất thép nói chung sinh viên ngành CNVL Kim loại vô quan trọng Quá trình thực ĐAMH Cán kéo bước quan cho sinh viên tổng hợp xâu chuỗi lại kiến thức cung cấp chuẩn bị cần thiết cho TTTN LVTN thời gian tới Với hướng dẫn, giúp đỡ tận tình thầy ThS Nguyễn Đăng Khoa, em hoàn thành tốt đề tài giao Tuy nhiên, vốn kiến thức hạn chế chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế, nên luận văn mắc nhiều sai sót khơng tránh khỏi Rất mong thầy, bạn đọc góp ý để hồn thiện MỤC LỤC Trang Lời nói đầu Phần TỔNG QUAN VỀ NGHÀNH THÉP 1.1 Sản lượng thép giới nước ta 1 1.1.1 sản lượng thép giới năm 2013 1.1.2 Sản lượng thép nước ta năm 2013 1.1.3 Xu hướng phát triển 1.2 Tình hình sản xuất thép năm 2013 1.2.1 Trên giới 1.2.2 Trong nước 1.3 Triển vọng nghành thép thị trường Việt Nam Phần CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Cơ sở lý thuyết thiết kế lỗ hình trục cán 7 2.1.1 Khái niệm lỗ hình trục cán 2.1.2 Các dạng máy cán hình 2.2 Hệ thống lỗ hình 2.2.1 Giới thiệu số hệ lỗ hình thường dùng 10 2.2.2 Những nguyên tắc thiết kế lỗ hình 10 2.3 Nguyên lý cán 15 2.4 Vùng biến dạng 15 2.5 Hệ số ma sát 18 2.6 Phân tích dạng lỗ hình 19 2.7 Vận tốc cán nguyên tắc tính vận tốc cán hệ thống cán lỗ hình 23 2.8 Nhiệt độ cán 24 2.9 Đặc điểm lỗ hình cấu tạo từ ba trục 25 Phần TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 28 3.1 Các thơng số 28 3.2 Phân tích lựa chọn 28 3.3 Tính tốn thiết kế 30 3.4 Tính tốn nghiệm bền 32 Phần 4: KẾT LUẬN DANH SÁCH KÍ HIỆU 34 DANH SÁCH BẢNG BIỂU 2.1 Bảng hệ số ảnh hưởng dạng lỗ hình 2.2 Bảng hệ số ma sát f 2.3 Bảng độ nghiêng chiều rộng lỗ hình tròn tinh 3.1 Bảng kết tính kích thước lỗ hình hộp chữ nhật cho máy cán phá ba trục D=650 mm 3.2 Bảng kết tính tốn tổng hợp DANH SÁCH HÌNH VẼ 2.1 Hình hệ thống lỗ hình hộp chữ nhật-vng 2.2 Hình hệ thống lỗ hình vng-ovan 2.3 Sự thay đổi hướng cán mặt hệ thống lỗ hình ovan-vng 2.4 Biến dạng khơng lỗ hình vng-ovan 2.5 Hình hệ thống lỗ hình ovan- tròn 2.6 Sơ đồ tính tốn thơng số cán 2.7 Hình kích thước lỗ hình hộp 2.8 Hình kích thước lỗ hình thoi 2.9 Hình kích thước lỗ hình vng 2.10 Hình kích thước lỗ hình ơ-van 2.11 Hình kích thước lỗ hình tròn tinh Phần I : TỔNG QUAN VỀ NGHÀNH THÉP 1.1.Sản lượng thép giới nước ta 1.1.1.Sản lượng thép giới năm 2013 Hình 1.1: Sản lượng thép thơ năm (Đơn vị: Triệu tấn)[6] Thị trường thép giới trải qua năm đầy biến động bầu khơng khí khủng hoảng kinh tế bao trùm, khiến nhu cầu tiêu thụ thép suy yếu, nguồn cung dư thừa, tồn kho lớn, giao dịch chậm lại, giá nguyên liệu thô tăng cao, giá thép giảm Song với nỗ lực vượt qua khó khăn, từ nửa cuối năm, kinh tế giới có nhiều dấu hiệu phục hồi rõ nét đặc biệt khởi sắc kinh tế hàng đầu Mỹ, Nhật Bản Châu Âu, tăng trưởng chậm bền vững Đây tín hiệu tích cực thúc đẩy nhu cầu tiêu thụ thép, hỗ trợ thị trường thép Giá thép giới biến động mạnh theo xu hướng giảm năm 2013 Giá thép tăng mạnh vào tháng nhờ hoạt động tái thiết dự trữ Trung Quốc giảm mạnh vào tháng 7, chạm mức thấp 40 tháng, bối cảnh nguồn cung dư thừa nhu cầu suy giảm khắp châu lục Tháng cuối năm, giá thép tăng cao Bắc Mỹ Liên minh châu Âu đẩy số giá thép tham khảo giới tăng lên mức cao kể từ tháng 3/2013 Nguyên nhân giá nguyên liệu đầu vào cao, khiến doanh nghiệp phải nâng giá thép để bù vào chi phí, nhu cầu mạnh lên nguồn cung thắt chặt, dự trữ giảm MEPS ước tính sản lượng thép giới đạt 1,6 tỷ năm 2013 Việc cắt giảm sản xuất hầu hết vùng giới nhiều bù lại sản lượng tăng Trung Quốc Hiệp hội Thép giới đánh giá tiêu thụ thép toàn cầu tăng 3,1% năm 2013 đạt 1,475 tỷ tấn, tiêu thụ thép Trung Quốc ước tăng 6% đạt 700 triệu Tiêu thụ thép Liên minh châu Âu (27 nước) giảm 3,8% 135 triệu Hình 1.2: Sản lượng thép thô hàng năm [6] 1.1.2 Sản lượng thép nước ta năm 2013 Năm 2013 xem năm khó khăn ngành thép nước kinh tế suy thối, bất động sản đóng băng khiến tiêu thụ thép giảm mạnh; gói hỗ trợ 30.000 tỉ đồng nhằm hỗ trợ thị trường bất động sản nhiều vướng mắc chưa phát huy tác dụng; cơng suất sản xuất lớn khiến cung vượt cầu đồng thời phải cạnh tranh gay gắt với hàng nhập thép có chứa nguyên tố Bo trốn thuế Theo số liệu Tổng cục Hải quan, tính tới 15/12, Việt Nam nhập triệu sắt thép loại, trị giá 6,5 tỷ USD, tăng 25% lượng tăng 14% trị giá so với kỳ năm trước Trong xuất năm ước tỷ USD Như năm thị trường thép nhập siêu khoảng 4,5 đến tỷ USD, tương đương với mức năm ngối Giá thép năm có chiều hướng giảm Tháng cuối năm, giá bán đầu nguồn mặt hàng thép xây dựng giảm Miền Bắc Miền Nam sức tiêu thụ hạn chế nhiều doanh nghiệp giảm giá (lãi suất ngân hàng giảm dẫn đến chi phí tài giảm, chi phí nguyên vật liệu giảm ) 1.1.3 Xu hướng phát triển Hiệp hội thép Việt Nam (VSA) dự kiến doanh thu ngành thép năm 2014 tăng 2-3% so với năm lên 4,6 triệu Khả tiêu thụ thép khơng nhiều đột biến, mức tăng khoảng từ 2-3% so với năm 2013 Thị trường thép tháng đầu năm dự kiến trầm lắng, nhu cầu giảm mạnh mùa xây dựng, giá thép giảm nhẹ Tại Việt Nam, nhu cầu tiêu thụ thép thường tăng mạnh mùa xây dựng cuối năm thời tiết khô song nguồn cung vượt xa cầu giá vững khơng thể tăng mạnh Từ đến cuối năm, nhà máy CTCP Thép Miền Trung; nhà máy Thép Hòa Phát (với công suất 450.000 tấn/năm); nhà máy CSVC Sumikin (công suất 1,2 triệu tấn)… vào hoạt động Nhiều dự án thép với công suất hàng trăm nghìn thép tiếp tục đầu tư Ngồi ra, nguồn hàng nhập giá rẻ nước láng giềng Trung Quốc góp phần làm cho nguồn cung tăng cao Dự kiến nhu cầu tiêu thụ nước phương tây thường xuyên giảm quý 4, giá dự kiến giảm trước kết thúc năm 2013 Các nhà máy thép dự kiến cắt giảm sản xuất mùa đông Điều dẫn tới cân cung cầu năm tới Giá dự kiến tiếp tục tăng quý 1/2014 giá nguyên liệu thô tăng Giá thép dự kiến tăng gần 4% năm 2014, so với mức năm 2013 Các nhà máy thép châu Á không hưởng lợi giá quặng sắt than luyện cốc– hai nguyên liệu sử dụng chế tạo thép thấp giá thép giảm ngành chế tạo yếu Tuy nhiên, nhà máy thép Nhật Bản hoạt động tốt cả, trì tăng lợi nhuận đồng yên yếu kinh tế nước hồi phục Lợi nhuận nhà máy thép Hàn Quốc giảm cân cung-cầu sau nhà máy lớn nước tăng suất đồng won tăng giá so với Yên Nhân Dân Tệ, nhu cầu yếu từ ngành đóng tầu- ngành tiêu thụ thép Các nhà máy thép Trung Quốc tiếp tục bán sản phẩm mức gần thấp chi phí sản phẩm, kiến họ thu lợi nhuận so với nước châu Á Lợi nhuận ngành chế tạo thép Ấn Độ hỗ trợ nhờ quản lí tốt mỏ quặng sắt Hiệp hội Thép giới (WSA) dự kiến tiêu thụ thép tăng 3,3% lên 1,52 tỷ năm tới Trong khi, MEPs, công ty chuyên nghiên cứu thị trường thép Anh,dự kiến sản lượng thép thô giới đạt 1,65 tỷ năm 2014 Việc cắt giảm sản xuất hầu hết vùng giới nhiều bù lại sản lượng tăng cao Trung Quốc MEPS dự kiến giá thép tăng gần 6% tháng đầu năm 2014 Mức tăng chắn không đồng khắp khu vực giới Giá dự báo tăng mạnh Liên Minh Châu Âu sau thời kỳ khó khăn nhà máy năm 2013 Tại Bắc Mỹ, mức tăng giá, nửa cuối năm nay, dự kiến tăng lên vào tháng đầu năm 2014 1.2.Tình hình sản xuất thép năm 2013 1.2.1.Trên giới Thị trường thép giới tháng hồi phục khỏi xu hướng yếu tháng nhờ có nhiều dấu hiệu hồi phục kinh tế số nước châu Âu châu Á Các nhà máy thép thành công việc tăng giá tháng song khơng có giữ mức giá cao nguyên nhân tăng nhu cầu mạnh tháng 10 mà giá nguyên liêu thô cao Trong tháng đầu năm nay, giá thép biến động mạnh Sau tăng cao vào tháng 2, giá chạm xuống mức thấp cuối tháng 6, đầu tháng sau lại hồi phục mạnh tháng So với mức đỉnh cao tháng 2, giá giảm khoảng 60 USD/tấn chạm xuống mức thấp 40 tháng qua tháng Ngành thép châu Âu có cải thiện rõ rệt tháng nhờ có nhiều dấu hiệu hồi phục kinh tế Sau chạm xuống mức thấp 40 tháng vào tháng 7, giá hồi phục trở lại hai tháng Tuy nhiên lợi nhuận nhà máy tiếp tục bị thu hẹp Nhiều nhà máy thép thông báo tăng giá thép nhằm cải thiện tình hình tài họ Nhiều nhà máy thép cán phẳng gặp phải vấn đề sản xuất, điều có nghĩa có ngun liệu q cuối năm Quý thời điểm truyền thống nhu cầu yếu khu vực Brazin Ấn Độ bắt đầu bán ạt để tận dụng đồng nội tệ giảm giá giá dự kiến giảm thời gian Trên thị trường Đức, giá đãchạm đáy tháng 7, song kể từ nhà máy thép tăng giá bán sản phẩm Khách hàng chấp nhận yêu cầu tăng giá họ nhiều lựa chọn Tại Pháp, hoạt động mua trở lại từ cuối tháng tháng trước giá tăng Nhiều trung tâm dịch vụ mua tích trữ Khách hàng phải chịu thời gian giao hàng dài sau cắt giảm sản xuất đóng cửa nhiều nhà máy Tuy nhiên, q sớm để nói lượng đơn đặt hàng nhà máy tăng lên nhu cầu mua người sử dụng cuối bền vững.Trong tháng 9, có vài đơn hàng ký kết với mức giá cao Trong Italia, kinh tế có dấu hiệu hồi phụ nhỏ song ổn định Các nhà máy thép thành công việc tăng giá song giá tăng giá nguyên liệu thô tăng nhu cầu mạnh lên tháng 10 Thị trường Anh chạm đáy tháng tình hình giá Nhiều nhà phân phối cho biết hoạt động thương mại cải thiện mạnh tháng tháng bắt đầu tốt Một số thương gia lo ngại thị trường yếu quý Brazin Ấn Độ bắt đầu bán ạt sau đồng tiền họ phá giá Hoạt động thương mại trầm lắng Tây Ba Nha khách hàng đứng ngồi thị trường chờ đợi Đã có số hoạt động mùa hè song khách mua mua với khối lượng nhỏ Có vài hợp đồng nhập nhỏ ký kết Các thị trường thép cán phẳng châu Âu tái mở cửa sau thời gian nghỉ lâu dài Thị trường có phần khởi sắc kinh tế hồi phục số nước Phản ứng lại thông báo nhà máy vào cuối tháng 7, giá tăng lên mùa hè Các nhà sản xuất, bị thua lỗ nặng buộc phải nỗ lực tăng giá giá nguyên liệu thô cao Nhiều nhà máy thép gặp phải vấn đề sản xuất, điều có nghĩa có ngun liệu q cuối năm Giá lên kế hoạch tăng quý cuối năm Điều khiến người mua tích trữ hàng Tuy nhiên, khách hàng bị hấp dẫn nguyên liệu nhập giá rẻ hàng tăng giá nước điều khơng có ảnh hưởng tới thương lượng quý Tiêu thụ hàng chế tạo cải thiện Mỹ, doanh nghiệp dự đầu tư Lòng tin tiêu dùng hồi phục trở lại, đẩy mạnh hoạt động kinh tế Nhập từ nước thứ giảm mạnh Nguồn hàng Canada khan song đồng USD mạnh so với đồng nội tệ khuyến khích nhà máy thép nội địa tăng giá Tuy nhiên, nhu cầu yếu số ngành hồi phục nhẹ Các nhà phân phối người sử dụng cuối mua đủ dùng Tại Trung Quốc, giá thép hồi phục tháng 8/2013 thúc đẩy nhà máy tăng sản lượng Tuy nhiên, sức mua tháng lại không cải thiện dự báo khiến giá giảm trở lại Giá thép giao kỳ hạn giảm xuống mức thấp 3.618 NDT/tấn (590 USD/tấn) vào cuối tháng 9, mức thấp kể từ cuối tháng nguồn cung tăng, nhu cầu tiêu thụ chậm chạp giá quặng suy yếu Tại Hàn Quốc, nhà máy thép tăng giá sản phẩm thép cán phẳng nhu cầu yếu Hoạt động giao dịch xuất yếu với nhu cầu Trung Quốc tương đối yếu Ngoài ra, việc đồng yên Nhật giảm giá tác động tới nhà xuất Hàn Quốc Ngành thép Hàn Quốc dự kiến yếu quý năm Tại Nhật Bản, hoạt động bán cho ngành chế tạo tiếp tục tăng song hoạt động bán cho ngành xây dựng khơng nhiều Hoạt động xuất trầm lắng tình hình kinh tế nghèo nàn Châu Âu, thiếu nhu cầu từ khách tiêu dùng khu vực châu Á công suất dư thừa Trung Quốc Mặc dù nhập giảm, sách khuyến khích phủ dự kiến đẩy mạnh tiêu thụ quý quý Thị Độ nghiêng thành bên lỗ hình khơng tạo cho phơi vào lỗ hình dễ dàng mà tạo điều kiện để phục hồi lại kích thước ban đầu phục hồi lại trục Độ nghiêng thành bên lỗ hình chọn từ - 10% lớn Góc ăn xác định: Trong đó: Δhmax = c -hov + 2k Dk = D - hov + 2k với Dk đường kính làm việc trục cán Lượng giãn rộng Δb xác định theo biểu thức sau: (trang 15, [16]) Trong đó: H, h - chiều cao vật cán trước sau cán, mm btb - chiều rộng trung bình vùng biến dạng, mm α - góc ăn kim loại, rad R α - độ dài cung ăn n = bTB < R α ; n = bTB > R α Δh- lượng ép, Δh = H – h Tiết diện sau qua lỗ hình: ( [17], trang 220) 2.6.2 Hình thoi Với H - chiều cao lỗ hình khơng có bán kính lượn, mm h - chiều cao lỗ hình có bán kính lượn, mm B - chiều rộng lỗ hình, mm b - chiều rộng miệng lỗ hình thoi, mm r R - bán kính lượn Hình 2.9 Kích thước lỗ hình thoi Đối với lỗ hình thoi lỗ hình vng bán kính lượn R miệng lỗ hình lấy lớn để tạo điều kiện cho giãn rộng thuận lợi tránh tạo bavia Diện tích lỗ hình: Khi có bán kính lượn thì: 2.6.3 Hình vng Với: H - chiều cao lỗ hình khơng có bán kính lượn, mm h - chiều cao lỗ hình có bán kính lượn, mm B - chiều rộng lỗ hình, mm b - chiều rộng miệng lỗ hình thoi, mm r R - bán kính lượn t - khe hở trục cán, mm bvhv=bv=1,41C hv=1,41C-0,82r bv=hv =1,41C-t r=(0,1÷0,15)C Hình 2.10 Kích thước lỗ hình vng 2.6.4 Hình ovan Hình 2.11 Kích thước lỗ hình ơ-van Với: h – chiều cao lỗ hình, mm b - chiều rộng lỗ hình, mm R – bán kính ovan, mm s – khe hở trục, mm t = (0,008÷0,012)D D – đường kính trục cán, mm Theo [18], trang 54 [8], trang 220 thì: Khi tthì 2.6.5 Hình tròn tinh Hình 2.12 Kích thước lỗ hình tròn tinh Với : d – đường kính thẳng đứng, mm d1 – đường kính nằm ngang, mm t – khe hở trục, mm r – bán kính lượn vành trục, mm Kích thước lỗ hình trạng thái nóng: ) Trong đó: Δ1 , Δ - dung sai dương âm sản phẩm Theo ( [18], trang 218) Chiều rộng lỗ hình tròn BK: B K = (d + Δ 1)(1,012 ÷1,015) Khe hở hai vành trục: với D: đường kính trục cán, mm Bán kính vành trục: r 0,1d với d: đường kính thép tròn, mm Đối với thép tròn có đường kính nhỏ khe hở vành trục lỗ hình có độ nghiêng k (để làm rộng miệng lỗ hình) nhằm tránh bavia sản phẩm Với độ nghiêng k khác (tùy vào kích thước sản phẩm) ta có giá trị B k tương ứng Bảng 2.3 Độ nghiêng chiều rộng lỗ hình tròn tinh ( [4], trang 226) D K 105÷56 Α 11020’ 0,2 Bk 1,021dnong - 0,2S 55÷50 0,3 16 40’ 1,050dnong- 0,3S 45÷30 0,4 21050’ 1,081dnong- 0,4S 30÷10 0,5 26035’ 1,120dnong- 0,5S D – đường kính sản phẩm, mm k – độ nghiêng α - góc nghiêng với tiếp tuyến, Bk – chiều rộng lỗ hình, mm 2.7 Vận tốc cán nguyên tắc tính vận tốc cán hệ thống cán liên tục - Dựa vào định luật thể tích khơng đổi, thể tích kim loại biến dạng qua cặp trục cán không đổi giây, ký hiệu “C” Vậy ta có: v1.F1 = v2.F2 = ……… = vn.Fn = C Trong đó: vi – tốc độ thoát khỏi cặp trục cán thứ i Fi – tiết diện cắt ngang phôi qua cặp trục cán thứ i - Do có tượng vượt trước trể nên vận tốc vào vi’ vận tốc vi so với vận tốc trục cán v0i có quan hệ: vi = v0i(1 + Si) Trong đó: Si lượng vượt trước giá cán thứ i µi hệ số ép giá cán thứ i - Số vòng trục tính theo cơng thức: Trong đó: n – số vòng quay phút trục cán - Từ ta suy mối quan hệ: F1.v1(1 + S1) = F2.v2(1 + S2) = ………… = Fn.vn(1 +S) => F1.Dk1.v1(1 + S1) = F2.Dk2.v2(1 + S2) = ………… = Fn.Dkn.vn(1 +Sn) = C Trong cán liên tục vận tốc tiết diện có mối quan hệ chặt chẻ động học, thể qua số cán liên tục C Khi tn thủ số cán khơng có kéo căng hay chùng Do thay đổi không đáng kể điều kiện biến dạng, nhiệt độ kim loại cán, hệ số ma sát, khe hở trục mài mòn lỗ hình qua trình cán nên thực tế xảy kéo căng hay chùng Để khắc phục tượng này, người ta tạo kéo căng ( không lớn) giá cán Tăng thể tích kim lại sau giá cán nhận nhiều giá trước (1 ÷ 2%) 2.8 Nhiệt độ cán Trong trình cán từ lúc bắt đầu đến thành phẩm, nhiệt độ phôi cán dần đến lúc kết thúc cán Sự nhiệt trình cán nhiều yếu tố, yếu tố là: - Sự nhiệt mơi trường khơng khí xung quanh Sự nhiệt chuyển phơi từ lò nung đến máy cán từ giá - cán náy đến giá cán khác Sự nhiệt xạ, đối lưu môi trường Sự nhiệt phôi truyền qua trục cán cấu dẫn hướng Sự nhiệt dung dịch làm nguội: nước lạnh hay dầu bôi trơn Tóm lại, q trình cán bị nhiệt khơng theo quy luật định để ta tính tốn cách xác tốn học Tuy nhiên, ta chọn số yếu tố để tính nhiệt nói Ta xem số lần phôi cán qua giá cán i, nhiệt lượng lại Q i, nhiệt xạ đối lưu : Qbx Qdl Qua i lần cán phôi bị biến dạng sinh lượng nhiệt Qbd lượng nhiệt truyền cho trục Qtr Sau cán qua i lần, nhiệt lượng phơi lại: (Q0 nhiệt lượng ban đầu phơi) Qi= Q0 – Qdl – Qbx + Qbd – Qtr Giá trị nhiệt lượng có ý nghĩa việc tính tốn nhiệt lượng phơi q trình vận hành hệ thống 2.9 Đặc điểm lỗ hình cấu tạo từ ba trục Quá trình biến dạng tự nhiên cán dọc biến dạng theo ba chiều : giảm chiều cao H, làm tăng chiều dài L chiều rộng B Hiệu cán dọc tối ưu toàn lượng biến dạng chiều cao H ( Δh = H – h ) chuyển thành đại lượng giãn dài ΔL lượng biến dạng B không ( Δb = ) Điều thực cán lỗ hình cấu tạo từ ba trục Với ý tưởng nhiều nhà khoa học thử nghiệm thiết kế lỗ hình với nhiều trục cán song không đạt kết tối ưu khe hở trục cán có hình thành baria Qua phân tích nghiên cứu cho thay đổi tiết diện vật cán biến dạng mà tránh hình thành baria, biến đổi diện tích tiết diện theo hình ngoại tiếp nội tiếp Trên sở thiết kế lỗ hình trục cán máy có nhiều trục ( ÷ trục ) Từ điểm tiếp xúc hình ngoại tiếp nội tiếp tìm khe hở trục cán, nhằm tránh hình thành baria(tránh biến dạng ngang) Điều có nghĩa biến dạng không đồng trục cán theo chu vi bai lỗ hình Phần : TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 3.1 Các thơng số ban đầu Thơng số máy: + Đường kính ban đầu D =650 mm + Số vòng quay trục cán n = 75 vòng/phút + Chiều dài trục cán L/D =(3÷5)=(1950÷3250) mm + Vật liệu làm trục: thép hợp kim Thơng số vật liệu: + Kích thước phơi ban đầu: 240 x 240 mm + Kích thước sản phẩm: 110 x 110 mm Số lần cán: n = = = 5,9 chọn = 1,30 [4] Nhiệt độ cán: + Theo hình 4.1 [8], ứng với góc ăn α=26-270 nhiệt độ 12500C 3.2 Phân tích chọn lựa Từ đề ta chọn thông số bổ sung: + Cán thép lõi bê tông + Do giới hạn đề tài thiết kế lỗ hình ba trục nên chọn loại cán thô + Cụ thể thiết kế hệ lỗ hình thơng số: Đường kính trục cán:650 mm Phơi có kích thước 240x240 mm, mác thép CT3 Sản phẩm có kích thước 110x110 mm Chế độ cán: cán nóng Từ ta tính số lần cán: + Chọn sơ µtb = 1,3  Số lần cán n= 5,9 Vậy ta chọn số lần cán + Bố trí lỗ hình 1, 3, 5, 2, 4, + Chọn hệ lỗ hình hộp + Chọn tốc độ 2,5 m/s hay 150÷200 tấn/năm 3.3 Tính tốn, thiết kế Kích thước lỗ hình xác định sở góc ăn α cực đại Còn tính góc ăn α sở đường kính trục cán nhỏ Lượng giãn rộng Δb tính theo đường kính ban đầu D Chiều cao trung bình lỗ hình hKTB: hKTB = 150 mm Đường kính nhỏ sau phục hồi Dmin: Dmin = 600 mm Đường kính làm việc trung bình DTB: DKTB = Dmin - hKTB = 600 – 150 = 450 mm Tốc dộ quay trung bình trục cán VTB: VTB = = = 1,77 m/s Theo hình 4.1[8] góc ăn α cho phép ứng với nhiệt độ 12500 α = 26 ÷ 270 Lần cán thứ Dạng lỗ hình: hộp chữ nhật Đường kính trục cán: D =650 mm Ta có kích thước phơi : b0 = h0 = 240 mm; Với α = 260 – cos α = cos260 = 0,899 h0 = h1 = (Dmin - h1).(1 – cos260)  h1 = [ h0 - Dmin (1 – cos260) ]/cos260 = = 200 mm Lượng ép Δh1 có trị số: Δh1 = 240 -200 = 40 mm Đường kính làm việc : DK = D – h DK1 = 650 – 200 =450 mm Trên sở lượng ép Δh1 tính xác định lại góc ăn α1(góc ăn tính toán): α1 = arcos(1- ) = arcos(1 –) = 24015’=0,392 rad Tính lượng giãn rộng theo cơng thức Δb1 = = ≈3,82 = b1 = b0 + Δb1 = 240 + = 244 mm Tính hệ số giãn dài µ lỗ hình thứ µ1 = = = =1,18 Lần cán thứ hai Dạng lỗ hình: hộp chữ nhật Đường kính trục cán: D =650 mm Ta có kích thước phơi b1 = 244 mm ; α = 260 h2 = = 156 mm Δh2 = 200 – 156 = 44 mm Đường kính làm việc DK2 = 650 – 156 = 494 mm Xác định lại góc ăn α2 α2 = ar cos (1 - ) = 24015’=0,392 rad Tính lượng giãn rộng lỗ hình thứ hai Δb1 = = ≈ 6,1 = Chiều rộng phôi sau cán b2 = b1 + Δb2 = 244 + = 250 mm Tính hệ số giãn dài µ2 lỗ hình thứ hai µ2 = = = = 1,25 Lần cán thứ ba Dạng lỗ hình: hộp chữ nhật Đường kính trục cán: D =650 mm Kích thước phơi: b2 = 250 mm Ở lần cán lật phơi 900 Lỗ hình thứ ba phố hợp phối lỗ hình thứ tư (lỗ hình thứ ba: trục trục dưới, lỗ hình thứ tư: trục trục trên) Phương pháp tính tương tự (với kích thước phơi h = b ; b = h2) Kết tính tốn cho bảng sau Theo thiết kế hai lỗ hình thoi- vng cuối phải đạt kích thước sản phẩm 110x110mm, đồng thời số lần cán phải số lẻ mà số lấn cán cán lỗ hình hộp vng phải lần cán lẻ Song ổ lần cán lần thứ năm chưa nhận thành phẩm ý thành phẩm nhận lần cán thứ bảy Do lỗ hình thứ bảy phải lỗ hình hộp vng lỗ hình thứ năn thứ sáu phải giảm lượng ép Trên sở góc ăn α cho phép với Δh = 40mm chia thành hai lần với Δh = 20mm Sau lần cán thứ sáu, lật thép nhận lỗ hình thứ bảy sản phẩm phơi vng 135x135mm Từ kích thước lỗ hình thứ bảy cho phép cán liên tục lỗ hình thứ tám (thoi) lỗ hình thứ chín (vng) để nhận sản phẩm cuối theo điều kiện thiết kế α - Góc ăn cho phép Δh - lượng ép sau lần cán αi - góc ăn tính tốn cho lần cán µi - hệ số giãn dài tính tốn cho lần cán h, b – kích thước phơi sau lần cán DKTB – đường kính làm việc trung bình lần cán Δb – lượng giãn rộng tính tốn cho lần cán Sau lần lật thép, sản phẩm có b’ chiều cao, h’ chiều rộng h= Bảng: kết tính kích thước lỗ hình hộp chữ nhật cho máy cán phá ba trục D = 650 mm Lần cán Α (độ) H (mm) B (mm) Δh (mm) DKTB (mm) αi (độ) Δ Rad b µ I 26 II Lật thép III IV Lật thép V VI Lật thép VII 26 240 200 156 240 244 250 40 44 450 494 24÷15 24÷15 0,392 0,392 1.18 1,25 26 26 210 167 261 168 40 43 440 483 24÷30 24÷15 0,428 0,392 1,15 1,2 - 148 128 170 173 20 20 502 522 16÷15 16÷00 0,284 0,270 1,12 1,14 - 135 135 38 315 22÷00 0,380 1,22 Kết tổng hợp Bảng : kết tính tốn tổng hợp Số lần Dạng lỗ hình Kích thước Δh Δb D8 (mm) (mm) (mm) (mm) α µ (độ) cán h b Phôi 240 249 - - - - - Hộp chữ nhật 200 244 40 450 24÷15 1,18 156 250 44 414 24÷15 1,25 Hộp chữ nhật 210 161 40 440 24÷30 1,15 167 168 43 483 24÷15 1,20 Hộp chữ nhật 148 169 20 502 16÷15 1,12 129 171 19 521 15÷30 1,13 135 135 46 515 21÷33 1,21 144 206 36 16 506 24÷37 1,23 155 155 51 11 495 26÷38 1,23 Thoi vng 3.4 Nghiệm bền trục cán Khi làm việc trục cán bị tác dụng lực P Khi thân trục cán bị uốn, cổ trục cán vừa chịu uốn vừa chịu xoắn, đầu nối trục chịu xoắn nên ta nghiệm bền theo độ bền uốn Trục cán làm thép hợp kim có: Độ bền uốn cho phép: [σu] = 120 N/mm2= 12 Kg/mm2 Tại cổ trục cán: [σtd] = 450 ÷ 500 N/mm2 = 45 ÷ 50 Kg/ mm2 Hình 3.3 Các kích thước sơ nghiệm bền trục cán Trục cán thơ có D = 650 mm chọn nghiệm bền giá cán K1 có lực cán lớn P = 8,9 (T) moment Mc =65,8 (T.m) moment sinh lớn vị trí x = a/2 Đường kính làm việc Dk = 650 Thân trục chịu uốn nên nghiệm bền theo điều kiện uốn Với thơng số tra theo hình 6.7 (trang 103, [4])  = T/m2 = 16,65 N/mm2 < [σu] = 100 ÷ 120 N/ mm2 Tại cổ trục cán vừa chịu uốn vừa chịu xoắn nên nghiệm bền theo độ bền trung bình = = 16650 T/m2 = 166500 KN/ m2 τx = = = 1677 T/m2 = 16770 KN/ m2 = =169 N/ m2 < [σtd] = 450 ÷ 500 N/ m2 Vậy trục cán K1 đủ bền PHẦN : KẾT LUẬN Dưới hướng dẫn thầy Th.s Nguyễn Đăng Khoa, em hoàn thành xong đồ án tiến độ, số thiếu sót định kiến thức có hạn thời gian, mong thầy thông cảm bỏ qua cho em Những vấn đề hồn thành: Tìm hiểu sơ tình hình sản xuất thép giới nước định hướng phát triển Hồn thành tính tốn thơng số cơng nghệ như: thơng số lỗ hình, thơng số biến dạng, vận tốc cán, lực cán, moment công suất động cơ… Hồn thành mơ hình hóa hệ thống lỗ hình vẽ kĩ thuật Một số vấn đề chưa làm Chưa thật tìm hiểu sâu tình hình sản suất thép giới nước Chưa đưa nhiều phương án thiết kế, phương án thiết kế dựa nhiều vào luận văn cũ Chưa tính tốn lượng nhiệt trình cán Chưa tham khảo số liệu thực tế, chủ yếu dựa vào tính tốn lí thuyết TÀI LIỆU THAM KHẢO Đào Minh Ngừng (2011), Giáo trình cơng nghệ thiết bị cán thép hình, Nhà xuất Bách Khoa – Hà Nội TS Hà Tiến Hồng (2006), Thiết bị khí xưởng cán, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội Đỗ Hữu Nhơn, Phan Văn Hạ (2005), Công nghệ cán kim loại hợp kim thông dụng, NXB khoa học kỹ thuật Đỗ Hữu Nhơn (2001), Tính tốn thiết kế chế tạo máy cán thép thiết bị nhà máy cán thép, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội PGS-TS Phan Văn Hạ (2001), Các phương pháp thiết kế lỗ hình trục cán, NXB khoa học kỹ thuật Nguyễn Văn Dán – Nguyễn Ngọc Hà – Đặng Vũ Ngoạn – Trương Văn Trường (2006), Vật liệu học kỹ thuật, NXB Đại học quốc gia TP.HCM Nghiêm Hùng (1997), Sách tra cứu thép gang thông dụng, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội PGS-TS Nguyễn Trường Thanh (2006), Cơ sở kỹ thuật cán, NXB Đại học quốc gia TP.HCM Website hiệp hội thép giới WSA www.worldsteel.org ... án : Thiết kế hệ lỗ hình cán thép máy cán ba trục 2-Nhiệm vụ (yêu cầu nội dung số liệu ban đầu ) : + Thiết kế hệ lỗ hình cán thép máy cán ba trục + Xác định thông số máy, số liệu phôi, kích thước... Rãnh lỗ hình khoét sâu vào trục Dễ hình thành bavia điền đầy lỗ hình d) Hệ thống lỗ hình ovan – tròn Hệ thống thường sử dụng để cán thép tròn máy cán hình cỡ trung, cỡ nhỏ, hệ block để cán dây Hình. .. vọng nghành thép thị trường Việt Nam Phần CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Cơ sở lý thuyết thiết kế lỗ hình trục cán 7 2.1.1 Khái niệm lỗ hình trục cán 2.1.2 Các dạng máy cán hình 2.2 Hệ thống lỗ hình 2.2.1