Ôn tập cuối kỳ công nghệ cán kéo kim loại

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MIINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU BỘ MÔN VẬT LIỆU KIM LOẠI VÀ HỢP KIM —————*————— ÔN TẬP CUỐI KỲ CÔNG NGHỆ CÁN KÉO KIM LOẠI Nguyễn Minh Chiến∗, Trần Thị Minh Quỳnh, Nguyễn Thị Ngọc Hân, Trần Ngọc Dũng, Lý Thiên Lương, Trần Thị Huỳnh Nhiên Ngày 12 tháng 07 năm 2020 ∗ Email address: chien.nguyenminh@hcmut.edu.vn Mục lục Khái niệm cán phân loại 1.1 Khái niệm 1.2 Phân loại 4 Vùng biến dạng thông số 2.1 Khái niệm 2.2 Các thông số 4 Các 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 7 8 định luật gia công biến dạng Định luật trở lực nhỏ Định luật thể tích khơng đổi Định luật ứng suất trượt Định luật đồng dạng Định luật tồn ứng suất dư sau biến dạng Định luật song song tồn biến dạng đàn hồi biến dạng dẻo Khái niệm hệ số ma sát, góc ma sát, cách xác định hệ số ma sát Điều kiện ăn vào trục cán 5.1 Khi bắt đầu 5.2 Khi cán ổn định 10 10 11 Các biện pháp để kim loại dễ ăn vào trục cán 12 Tại phải nung phơi cán Các 7.1 Mục đích nung phôi 7.2 Một số vấn đề xảy nung 7.2.1 Nứt nẻ 7.2.2 Hiện tượng oxy hóa 7.2.3 Hiện tượng thoát carbon 7.2.4 Hiện tượng nhiệt 7.2.5 Hiện tượng cháy tác hại 12 12 13 13 13 13 14 14 Trình bày cách chọn nhiệt độ nung phơi thép để cán nóng 8.1 Yêu cầu 8.2 Chọn chế độ nung 14 14 14 Trình bày trình tự tính lực cán cơng suất động máy cán 9.1 Tính lực cán 9.2 Công suất động 15 15 16 10 Vai trò bánh đà máy cán Chọn bánh đà cho máy cán 10.1 Vai trò 10.2 Chọn bánh đà 17 17 17 11 Phân loại máy cán giá cán 11.1 Phân loại máy cán 11.1.1 Phân loại theo cách bố trí giá cán 11.1.2 Phân loại theo số trục cách bố trí trục (theo cơng nghệ) 11.1.3 Phân loại theo sản phẩm 17 17 17 18 18 (có thể có) nung phôi 11.1.4 Phân loại theo chế độ gia công 11.2 Phân loại giá cán 11.2.1 Kiểu khung kín 11.2.2 Kiểu khung hở 11.2.3 Giá cán không khung (Housingless Mill Stands) 11.2.4 Giá cán kiểu công xoong (Contilever mill stand) 18 18 18 19 19 19 Khái niệm cán phân loại 1.1 Khái niệm • Cán phương pháp biến dạng dẻo kim loại khe hở hai hay nhiều trục làm việc quay tròn quanh đường tâm chúng cách liên tục 1.2 Phân loại • Theo nguyên lý: – Cán dọc: Tức sản phẩm bị biến dạng tịnh đường thẳng – Cán nghiêng, cán ngang: Là phương pháp cán mà vật cán bị biến dạng (ép) the chiều ngang hay nghiêng cán bi, cán trục bậc – Cán xoắn: Như cán ren bu lơng, trục vít • Theo chế độ cán: Cán không liên tục, bán liên tục cán liên tục • Theo trạng thái nhiệt: – Cán nguội - theo nhiệt độ bình thường khơng khí – Cán nóng- cán nhiệt độ cao nhiệt độ kết tinh lại nhiệt độ nóng chảy phơi – Cán ấm: Tức cán nhiệt độ không cao mà nhiệt độ vật liệu kim loại dẻo Tuy nhiên người ta tìm vài kim loại có nhiệt độ ấm mà độ dẻo cao; lại hầu hết phải cán nóng • Theo tên sản phẩm: – Các tấm: Có thể gọi cán dày , cán vừa , cán mỏng cực mỏng – Cản hình: Profile sản phẩm có hình trịn, góc, chữ U, I, Z – Cán ống: Cán ống khơng có mối hàn, cán ống hàn thẳng, cán ống hàn xoắn – Cán bi: Cán loại bi lớn, thô – Cán bánh xe lửa, cán đường ray xe lửa – Cán - uốn hình để sản xuất loại xà gồ, loại trọng lượng quy dài nhẹ, loại lợp sóng vng, sóng trịn • Cán cịn thực sản xuất vật liệu kỹ thuật cao, người ta phải cán chân khơng, cán siêu âm • Hay để nâng cao hiệu sử dụng nhiệt suất sản xuất, người ta kết hợp: đúc - cán liên tục Vùng biến dạng thông số 2.1 Khái niệm • Khoảng khơng gian giới hạn mặt tiếp xúc trục cán trên, trục cán với phôi cán mặt tiết diện đầu phôi vào chạm trục cán mặt cắt theo đường nối tâm trục cán vng góc với đường cán gọi vùng biến dạng • Theo nhiều thực nghiệm cho ta kết vùng biến dạng thực tế luôn lớn vùng biến dạng lý thuyết, vẽ, có ảnh hưởng vùng biến dạng tới vùng lân cận 2.2 Các thơng số • Các thơng số vùng biến dạng Hình 2.1 Hình 2.1: Vùng biến dạng thơng số ∆h = h0 − h1 - Gọi lượng ép; ∆b = b1 − b0 - Gọi lượng dãn rộng; ∆l = l1 − l0 - Gọi lượng dãn dài; ∆h - Là hệ số lượng ép (%) h0 ∆b - Là hệ số dãn rộng (%) b0 ∆l - Là hệ số dãn dài (%) l0 • Trong đó: – h0 , b0 , l0 – chiều dày (chiều cao), chiều rộng chiều dài phôi trước cán – h1 , b1 , l1 – chiều dày (chiều cao), chiều rộng chiều dài phơi sau lần cán • Cung AB gọi cung ăn hay cung biến dạng, mà hình chiếu lên trục x ký hiệu lc – độ dài cung ăn • Góc tạo đường nối tâm trục cán với đường nối từ tâm trục cán tới điểm A – phôi tiếp xúc với trục cán α – gọi góc ăn tự nhiên • Góc ăn tính đơn giản sau: cosα = − ∆h D (2.1) Trong đó: – ∆h – Lượng ép – D – đường kính làm việc trục cán • Trường hợp góc ăn khơng lớn (10 – 15o ), xem α = sinα, ta có: ∆h R (2.2) lc = Rsinα (2.3) α= • Độ dài cung ăn lc : • Hoặc dựa vào tam giác ABC, dễ dàng tìm lc : lc = R.∆h + ∆h 2 (2.4) • Khi góc ăn α nhỏ, ta tính: √ lc = R∆h (2.5) • Nếu ta chuyển thơng số vùng biến dạng thành tỷ lệ % gọi hệ số, ta có: l1 l0 b1 – Hệ số dãn rộng: β = b0 h0 – Hệ số lượng ép: = η h1 Trong đó: – Hệ số dãn dài: λ = ∗ h0 , b0 , l0 – chiều dày (chiều cao), chiều rộng chiều dài phôi trước cán ∗ h1 , b1 , l1 – chiều dày (chiều cao), chiều rộng chiều dài phôi sau lần cán – Theo định luật thể tích khơng đổi, ta được: ηβλ = h1 b1 l1 V1 = =1 h0 b0 l0 V0 (2.6) Các định luật gia công biến dạng 3.1 Định luật trở lực nhỏ • Nếu dịch chuyển phần tử vật thể (của phôi) bị biến dạng theo nhiều hướng khác nhau, dịch chuyển chủ yếu xảy hướng có trở lực nhỏ • Hình 3.1 giới thiệu dịch chuyển phần tử kim loại bị biến dạng Các đường chéo đường giới hạn đặc trưng cho khu vực biến dạng, mũi tên (dài, ngắn) trị số lớn nhỏ hướng dịch chuyển phần tử Khi kim loại chịu ngoại lực dụng cụ gia công chúng đầu máy búa, trục máy cán, pittong máy ép phần tử kim loại dịch chuyển khỏi vùng biến dạng theo đường thẳng ngắn • Từ định luật này, dễ dàng nhận thấy rèn, chồn ép vật có tiết diện đa giác tới dạng hình trịn, vật ban đầu có tiết diện hình vng tiến tới đa giác, trịn; hình chữ nhật tiến tới hình oval Hình 3.1: Hướng dịch chuyển phần tử kim loại bị biến dạng 3.2 Định luật thể tích khơng đổi • Thể tích vật thể trước sau biến dạng không đổi V0 = V1 (3.1) Trong đó: – V0 – Thể tích vật trước biến dạng – V1 – Thể tích vật sau biến dạng • Lưu ý, vật thể kim loại sau biến dạng áp lực, thể tích chúng bị giảm chút vết nứt tế vi (nứt vô bé) hàn gắn lại phần, đồng thời sinh số vết nứt tế vi mới, cán nguội • Hai q trình có phần bù trừ nhau, phần giảm vết nứt vết nứt bị thu hẹp có phần trội Sự giảm thể tích vơ bé nên kỹ thuật, người ta bỏ qua coi thể tích khơng đổi 3.3 Định luật ứng suất trượt • Sự biến dạng xảy vật thể bị biến dạng, ứng suất trượt đạt tới giá trị lớn giới hạn chảy kim loại vật thể Các kết nghiên cứu thực nghiệm cho thấy thực chất biến dạng dẻo trượt song tinh Nguyên nhân sâu xa trượt kim loại đông đặc, chúng kết tinh không xếp theo quy luật mạng tinh thể lý tưởng mà có nhiều chỗ bị lệch Ở chỗ lệch này, liên kết phần tử không bền vững, dễ bị phá vỡ để trở vị trí cân ổn định Thực chất trình biến dạng ngoại lực lớn làm cho lệch dễ tạo nên chỗ lệch • Song song với dịch chuyển điểm lệch, tượng lệch khuếch tán nguyên tử Khi kim loại trạng thái nhiệt độ cao, biên độ dao động nguyên tử tăng lên chúng dịch chuyển qua lại sang vị trí cân khác lân cận Khuếch tán xảy hình thức trao đổi vị trí ngun tử mà dịch chuyển nguyên tử làm cho mạng tinh thể bị biến dạng hình thức trượt • Nguyên nhân song tinh tác dụng ngoại lực, tinh thể kim loại có dịch chuyển đối xứng hai phần qua mặt phẳng cố định gọi song tinh Hiện tượng song tinh diễn nhanh mà mạng biến dạng đột ngột hay tốc độ biến dạng lớn rèn, dập, cán hay cắt dao dịch chuyển (khơng có phoi) 3.4 Định luật đồng dạng • Lực biến dạng kim loại có hình dáng đồng dạng nhau, có chất liệu đồng dạng với theo quan hệ sau: P1 = P2 a1 a2 (3.2) Trong đó: – P1 – lực biến dạng phoi có kích thước a1 – P2 – lực biến dạng phoi có kích thước a2 • Nói cách khác tỉ số đại lượng lực biến dạng vật đồng dạng (có kết cấu bên nhau) bình phương tỉ số kích thước chúng • Từ cơng thức trên, xác định lực cần thiết để biến dạng vật đó, ta dễ dàng tính lực cần thiết để biến dạng vật khác đồng dạng với (có thể lớn nhỏ hơn) 3.5 Định luật tồn ứng suất dư sau biến dạng • Vật thể kim loại sau biến dạng tồn phần ứng suất dư • Q trình cán, rèn dập hay ép chảy để tạo nên sản phẩm, ngoại lực tác dụng lên phôi thông qua dụng cụ gia công, làm xuất nội lực bên vật thể kim loại để chống lại cân với ngoại lực Nội lực gọi ứng suất dung chữ Hy Lạp để đặt tên cho • Có hai loại ứng suất: ứng suất pháp σ (xích ma) tác dụng vng góc với mặt phẳng trục tọa độ, ứng suất tiếp τ (tơ) tác dụng song song với mặt phẳng trục tọa độ • Vật thể kim loại sau bị biến dạng ln ln tồn ứng suất dư Ứng suất dư làm cho vật phẩm bị cong vênh, ta phải khử bỏ ứng suất dư cách nắn thẳng 3.6 Định luật song song tồn biến dạng đàn hồi biến dạng dẻo • Vật thể kim loại sau biến dạng dẻo thành sản phẩm, ln tồn phần biến dạng đàn hồi; ngược lại biến dạng đàn hồi, vật thể tồn phần biến dạng dẻo • Điều ta dễ nhận biết, chẳng hạn lò xo phuộc nhún xe Honda bị biến dạng đàn hồi lâu dần chúng bị rão, tức tồn phần biến dạng dẻo, làm cho khơng đàn hồi tốt ban đầu Hoặc ta uốn tơn lên góc 90o , sau bỏ chúng phục hồi phần (do biến dạng đàn hồi) góc uốn khơng phải 90o mà nhỏ • Các định luật áp dụng hiệu lịnh vực cán phương pháp gia cơng áp lực nói chung Khái niệm hệ số ma sát, góc ma sát, cách xác định hệ số ma sát • Hãy quan sát vật thể Q có trọng lượng G nằm mặt phẳng F • Khi ta nâng dần mặt phẳng nằm ngang F lên theo mũi tên A qua lề B, đến mặt F làm với phương nằm ngang góc β vật thể Q bắt đầu chuyển động mặt nghiêng F với lực T xuất lực cản T’ có trị số tuyệt đối lực T chiều ngược lại với lực T: T =T (4.1) • Lực T’ ta gọi lực ma sát Q mặt phẳng F Vật thể Q trượt mặt phẳng F hoàn toàn thân trọng lượng G Tại thời điểm G bắt đầu trượt trọng lượng G chia làm thành phần Hình 4.1: lực P vng góc với mặt phẳng F (để áp sát Q vào F) lực T tạo cho Q chuyển động trượt, lực tạo lực ma sát T’ Từ Hình 4.1 ta có: T P (4.2) T = f.P (4.3) tanβ = Đặt tanβ = f , ta có: Trong đó: – β - Góc ma sát – f - Hệ số ma sát – T - Lực ma sát • Từ Phương trình 4.2 cho ta thấy trị số lực ma sát T phụ thuộc vào hệ số ma sát f lực pháp tuyến P Hình 4.1: Sơ đồ giải thích góc ma sát lực ma sát Điều kiện ăn vào trục cán 5.1 Khi bắt đầu • Điều kiện ăn phôi tự nhiên nhờ vào hệ số ma sát trục cán phôi Khi phôi chạm vào trục cán làm việc phơi bị trục cán biến dạng chúng Ta phân tích lực xảy thời điểm phôi chạm vào trục cán Hình 5.1 Hình 5.1: Lực tác dụng thời điểm phơi vừa chạm vào trục cán • Phản lực N xun tâm (đi từ tâm ra) vng góc lực ma sát T Tại thời điểm phôi chạm vào trục cán, để phôi vào trục cán thành phần ma sát ngang Tx phải lớn thành phần áp lực pháp tuyến nằm ngang Nx Nếu lực Tx < Nx , suy vật cán không ăn vào trục khơng xảy q trình cán 2Tx > 2Nx ⇒ Tx > Nx 10 (5.1) • Mặt khác, chiếu thành phần lực lên phương x: Nx = N.sinα Tx = T.cosα (5.2) • Quan hệ T N theo công thức: T = N.f (5.3) Với: f - Hệ số ma sát trục cán Thay vào Phương trình 5.2 ta được: Tx = N.f.cosα > N.sinα ⇒ f > sinα Hay f > tanα cosα (5.4) • Do α bé nên tanα ≈ α, ta suy ra: f > α Hay β > α (5.5) • Vậy q trình cán đối xứng, để trục cán ăn kim loại góc tự nhiên, thời điểm tiếp xúc góc ma sát β > góc ăn α 5.2 Khi cán ổn định Hình 5.2: Lực tác dụng thời điểm phơi vừa chạm vào trục cán • Ta biết sau thời điểm ăn ban đầu vật cán trục cán hình thành bề mặt tiếp xúc mà điểm đặt lực di chuyển thay đổi Giả thuyết lực đơn vị phân bố bề mặt tiếp xúc Trong trường hợp này, ta khảo sát thời điểm bắt đầu ăn biểu thức khác: N.f.cosα > N.sinα (5.6) α α > N.sin 2 (5.7) • Thay α α/2: N.f.cos ⇒ f > tan α α α Hay tanβ > tan ⇒ β > 2 (5.8) • Vậy q trình cán ổn định ta giảm lực ma sát bề mặt tiếp xúc tăng góc ăn ban đầu tức tăng lượng ép 11 Các biện pháp để kim loại dễ ăn vào trục cán • Đẩy vào/ kéo: – Bằng tay – Bằng máy – Qn tính • Làm nhỏ đầu: – Vát đầu nhỏ, cắt xéo – Làm nhỏ đầu phôi cán: Phương pháp dùng nhiều cán hình cán nóng để tạo lượng ∆h ban đầu bé giúp vật cán dễ ăn vào trục Sau tăng lượng ∆h đạt mức cần có để tăng suất cán • Tăng hệ số ma sát: – Vật liệu làm trục cán (gang ma sát thép ma sát nhiều lượng C lớn ma sát giảm), trục thép mau mòn gang – Vận tốc cán: giảm vận tốc cán làm tăng hệ số ma sát – Giảm nhiệt độ đầu phôi cán ý giảm nhiệt độ mức cho phép – Trạng thái bề mặt: Bề mặt trục cán xù xì vật cán dễ ăn vào trục, ngược lại trục cán nhẵn bóng khó ăn vào trục cán Muốn vật cán dễ ăn vào cần giảm lượng ∆h tương ứng với việc giảm suất – Hàn gờ rãnh quanh lỗ hình trục cán, phương pháp thường dùng cho máy cán phôi cỡ lớn để sản xuất phơi cán, dùng cho vài lần cán thô ban đầu để cao suất, phương pháp không sử dụng cho giá cán tinh máy cán tinh để cán sản phẩm – Chất bơi trơn, chế độ bơi trơn hợp lí: dầu tỉ lệ tốt – Thay đổi độ hở trục cán: Lúc đầu cho độ hở lớn tạo điều kiện cán vào dễ dàng (α nhỏ), sau giảm dần đến độ hở cần thiết – Tăng đường kính trục, phơi cán nhỏ: tốn chi phí giảm suất Tại phải nung phơi cán Các tác hại (có thể có) nung phơi 7.1 Mục đích nung phơi • Nung nóng kim loại trước gia công biến dạng nhằm nâng cao tính dẻo giảm khả chống biến dạng chúng, tạo điều kiện thuận tiện cho trình biến dạng • Nung nóng kim loại khâu quan trọng ảnh hưởng đến tính kinh tế kỹ thuật sản xuất Chọn chế độ nung hợp lý làm tăng cao chất lượng sản phẩm, giảm hao phí kim loại, giảm sức lao động, giảm hao mòn thiết bị giảm giá thành sản phẩm, nâng cao suất lao động 12 7.2 7.2.1 Một số vấn đề xảy nung Nứt nẻ • Hiện tượng nứt nẻ xuất bên bên kim loại • Nguyên nhân: Do ứng suất nhiệt sinh nung khơng đều, tốc độ nung khơng hợp lý ứng suất nhiệt với ứng suất dư sẵn có phơi (cán, đúc) vượt qua giới hạn bền kim loại gây nứt nẻ (Đối với thép thường xảy nứt nẻ t0 < 800o C) – Ứng suất dư bên trong: tồn sẵn phôi đúc, ứng suất dư ban đầu cao ta cần nung nhiệt độ thấp nứt – Ứng suất nhiệt: tốc độ nung khơng hợp lí, truyền nhiệt kém, có tượng biến đổi pha ∗ Giãn nở không phần vật cán, tốc độ nung nhanh dễ gây nứt ∗ Biến đổi pha chuyển thù hình: nung nhiệt độ cao xảy chuyển biến mạng tinh thể Feα → Feγ , làm giảm thể tích đột ngột gây nứt 7.2.2 Hiện tượng oxy hóa • Kim loại nung lị, tiếp xúc với khơng khí, khí lị nên bề mặt dễ bị OXH tạo nên lớp vảy sắt Sự mát kim loại đến - 6%, làm hao mòn thiết bị, giảm chất lượng chi tiết Quá trình OXH xảy khuyết tán nguyên tử oxy vào lớp kim loại khuyết tán nguyên tử kim loại qua lớp oxit mặt vật nung để tạo thành Fe + [O] → Fex Oy gồm lớp vảy sắt: FeO - Fe3 O4 - Fe2 O3 • Nhiệt độ nung 570o C lớp vảy sắt tăng mạnh 1000o C lớp vảy sắt dày đặc phủ kín mặt ngồi vật nung, nhiệt độ tiếp tục tăng lớp oxit bị cháy, đồng thời tạo nên lớp oxit OXH oxy đưa vào, khí CO2 , H2 O tách 7.2.3 Hiện tượng carbon • Hiện tượng carbon mặt vật nung làm thay đổi tính chi tiết, có tạo nên cong vênh, nứt nẻ tơi Khí làm C O2 , CO2 , H2 O, H2 Chúng tác dụng với cacbit sắt Fe3 C thép: 2F e3 C + O2 = 6F e + 2CO (7.1) F e3 C + CO2 = 3F e + 2CO (7.2) F e3 C + H2 O = 3F e + CO + H2 (7.3) F e3 C + 2H2 = 3F e + CH4 (7.4) • Tác dụng mạnh H2 O đến CO2 , O2 , H2 • Quá trình C ngược với trình OXH xảy bề mặt kim loại lúc với OXH Tốc độ hai trình khác Bắt đầu nung tốc độ C nhanh sau giảm dần, cịn tốc độ OXH ngược lại Khi tốc độ OXH lớn tốc độ C lớp C giảm 13 • Hợp lý cần tạo nên lớp OXH mạnh lượng carbon Lớp carbon bắt đầu phát triển to = 600 ÷ 800o C tăng nhiệt độ tăng Lượng C tăng thời gian tăng tốc độ C giảm • Để giảm C dùng chất sơn phủ lên bề mặt vật nung Hiện hay dùng chất sơn sau hoà với nước với cồn êtyl: 60%SiO2 + 15%Al2 O3 + 11,2%CaO + 4,4%MgO + 5%(K2 O+N2 O) + 0,8%Fe2 O3 7.2.4 Hiện tượng nhiệt • Nếu nhiệt độ nung cao hạt Austenite lớn làm cho tính dẻo kim loại giảm nhiều, tạo nên nứt nẻ gia cơng giảm tính dẻo chi tiết sau • Đối với thép carbon nhiệt độ nhiệt đường đặc khoảng 150o trở lên (tqn > tđặc - 150o C) Nếu thời gian giữ nhiệt độ nhiệt lâu hạt Austenite lớn kim loại dẻo • Hiện tượng khắc phục phương pháp ủ Ví dụ: Thép cácbon ủ 750 900o C, với thép hợp kim khó khăn 7.2.5 Hiện tượng cháy • Khi kim loại nung nhiệt độ nhiệt (gần đường đặc) vật nung bị phá huỷ tinh giới hạt vùng tinh giới bị OXH mãnh liệt • Kết làm tính liên tục kim loại, dẩn đến phá huỷ hoàn toàn độ bền độ dẻo kim loại • Khi cháy kim loại phát sáng có nhiều tia lửa bắn Sau bị cháy kim loại bị vứt chặt khúc để nấu lại Trình bày cách chọn nhiệt độ nung phơi thép để cán nóng 8.1 u cầu • Đảm bảo kim loại dẻo Kim loại biến dạng tốt hao phí • Chất lượng vật nung phải bảo đảm Đối với thép carbon dựa giản đồ Fe-C để chọn khoảng nhiệt độ GCBD Hình 8.1 8.2 Chọn chế độ nung • Dựa vào giản đồ trạng thái vật liệu cần cán nóng mà ta chọn vùng tổ chức có biến dạng dẻo cao thành phần %C hợp lí để chọn nhiệt độ nung phù hợp thép nhiệt dộ nung nóng nằm vùng austenite – Phải nung nóng kim loại tới nhiệt độ tối đa thấp 100 – 150o C so với nhiệt độ đốt cháy – Nhiệt độ nung phôi loại phôi thường thấp 50 – 100o C so với nhiệt độ nung thỏi đúc 14 – Việc cán dày, nhóm máy cán thơ dải rộng định hình, phần lớn thép C bắt đầu 1200 - 1150o C kết thúc 1100 - 900o C, nghĩa mức chênh lệch 300 - 100o C – Tuy nhiên sai lệch phía Ví dụ cán théo hợp kim, khoảng nhiệt độ hạ thấp xuống, phải cản nhiệt độ gần 1000o C lại nung nóng kim lại để giảm ứng suất kim loại – Với nhóm máy cán trung gian máy cán tinh dải rộng định hình: khoảng 1050 - 700o C Khi trình cán làm nguội tiến hành cho nhiệt độ kim loại giảm xuống từ từ đến trị số mà tạo cấu trúc cần thiết • Trường hợp chất khơng có giản đồ trạng thái dùng đương lượng C để tính Hình 8.1: Khoảng nhiệt độ vùng gia công áp lực thép carbon (a) Nhiệt độ nung lý thuyết (b) Nhiệt độ nung thực tế Trình bày trình tự tính lực cán công suất động máy cán 9.1 Tính lực cán • Lực tác dụng lên trục cán: P = bcb pr dx (9.1) • Trên thực tế lực cán tính: P = pcb F (9.2) • Ứng suất pháp tuyến tiếp xúc trung bình: pcb = l pr dx (9.3) • Giá tri thực nghiệm (Sminov): pcb = γ.nσ σ Trong đó: 15 (9.4) – σ - Ứng suất chống biến dạng – γ - Hệ số ảnh hưởng kích thước hình học – nσ - Hệ số vật liệu/đường kính trục cán nσ = nb n,σ n,,σ n,,, σ (9.5) Trong đó: ∗ nb - Hệ số xét đến thay đổi ảnh hưởng ma sát dãn dài phôi ∗ n,σ - Hệ số xét đến thay đổi ảnh hưởng ma sát ∗ n,,σ - Hệ số xét đến thay đổi ảnh hưởng vùng trong, vật liệu, ứng suất nội ∗ n,,, σ - Hệ số xét đến thay đổi ảnh hưởng tác động lực bên ngồi 9.2 Cơng suất động • Moment động cán: Mđc = Mc + Mms + M0 ± Mđ η.i (9.6) Trong đó: – η - Hệ số truyền động hữu ích – i - Tỷ số truyền – Moment trục cán: Mc = 2P.Ψ.lc (9.7) Trong đó: ∗ P - Lực cán toàn phần ∗ lc - Độ dài cung ăn ∗ Ψ - Hệ số tính khoảng cách đặt lực cán toàn phần cung ăn – Moment ma sát: Mms1 = f , P.d (9.8) Mms2 = (0, 08 ÷ 0, 12) (Mc + Mms1 ) (9.9) M0 = (0, 05 ÷ 0, 20) Mc (9.10) – Moment khơng tải: – Moment động: MØ = ± GD2 dn 375 dt (9.11) Khi tăng tốc lấy dấu (+), thắng lại lấy dấu (-) • Cơng suất động cán: Nđc = Mđc 16 n 0, 975 (9.12) 10 10.1 Vai trò bánh đà máy cán Chọn bánh đà cho máy cán Vai trị • Bánh đà chi tiết máy dùng để tích lũy lượng công động lớn công cản xả lượng cơng động nhỏ cơng cản • Bánh đà dùng để làm chuyển động máy • Phụ thuộc: – Tốc độ quay – Khối lượng: khối lượng vành ngồi lớn vành ⇒ tích lượng nhiều – Bán kính r lớn ⇒ tích trữ lượng nhiều 10.2 Chọn bánh đà • Căn vào loại động cơ: Động đốt ln có bánh đà • Căn vào chế độ làm việc: – Liên tục: Khơng cần có bánh đà – Gián đoạn: cần có bánh đà • Máy cán trục bắt buộc phải sử dụng bánh đà lượng ép lớn • Bánh đà “ẩn”: bánh đà tồn hầu hết chi tiết quay có khối lượng 11 Phân loại máy cán giá cán 11.1 Phân loại máy cán 11.1.1 Phân loại theo cách bố trí giá cán • Máy cán giá: thường dùng để cán thép thỏi đúc thành phôi cỡ lớn trung bình Ở xưởng cán khí, đơi người ta bố trí giá cán độc lập để phục vụ riêng xưởng • Máy cán nhiều giá cán xếp hàng ngang Đặc điểm máy cán nhiều giá cán xếp hàng ngang muốn đưa vật cán từ giá sang giá khác,phải dịch chuyển theo phương ngang Loại máy cán chủ yếu dùng để cán thép hình – Nhóm gồm giá cán động dẫn động thành hàng ngang – Nhóm gồm nhiều giá cán xếp thành 2, hàng ngang, hàng ngang động dẫn động • Máy cán nhiều gía cán xếp hàng dọc: nhiều giá cán xếp nối đôi nhau, thời điểm định vật cán bị biến dạng giá cán Khoảng cách giá cán tăng dần, tốc độ quay trục cán tăng dần để thích hợp với tăng chiều dài vật cán 17 • Máy cán liên tục: nhóm giá cán bố trí liên tục, giá cán thực lần cán Đây loại máy có hiệu suất cao • Máy cán nửa liên tục: nhóm cán thơ bố trí liên tục, nhóm giá cán tinh đươc bố trí theo hàng Thơng thường dùng thép cán hình cỡ nhỏ 11.1.2 Phân loại theo số trục cách bố trí trục (theo cơng nghệ) • Máy cán trục đảo chiều: sau lần cán, chiều quay trục cán đảo ngược lại Dùng để cán phá, cán phôi, cán dày • Máy cán trục khơng đảo chiều: dùng cán liên tục, cán mỏng • Máy cán trục: gồm loại máy có trục to, trục nhỏ loại máy có trục có kích thước • Máy cán trục: gồm trục nhỏ làm việc, trục to dẫn động Được dùng để cán nóng cán nguội • Máy cán nhiều trục: dùng để cán loại thép mỏng cực mỏng • Máy cán hành tinh: dùng để sản xuất thép lá, thép dài cực mỏng • Máy cán vạn năng: dùng để cán thép dải rộng 11.1.3 Phân loại theo sản phẩm • Máy cán hình: loại máy dùng để cán thép hình, sản phẩm máy nhiều đa dạng Máy cán hình phân thành loại theo kích cỡ: lớn, trung bình nhỏ • Máy cán tấm: tùy thuộc vào chiều dày sản phẩm mà phân máy cán dày, trung bình, mỏng cực mỏng Tùy thuôc vào trạng thái nhiệt độ kim loại mà phân thành máy cán nóng máy cán nguội • Máy cán ống: máy cán tôn ống, máy cán ống tự động, máy cán ống liên tục • Máy cán thép chuyên dùng: máy cán bị, máy cán bánh răng, máy cán bánh xe lửa, máy cán đường ray xe lửa 11.1.4 Phân loại theo chế độ gia cơng • Cán phơi, cán dây, cán nóng, cán nguội 11.2 Phân loại giá cán 11.2.1 Kiểu khung kín • Khung kiểu kín chi tiết liền khối thường làm thép đúc, máy cán nhỏ dùng khung hàn Khung làm dùng để cán tải lớn, công suất cao mà khung hở khơng thể khơng thể chịu bulơng gãy • Nhưng sử dụng kiểu khung buộc phải thay trục cán theo đường tâm trục, sử dụng máy cán xếp theo hàng ngang, mà chủ yếu sử dụng máy cán khai phôi, máy cán tấm, máy cán thép nguội • Để tăng bền: 18 – Để tăng độ bền, độ cứng vững tuổi thọ khung cán người ta chế tạo loại khung giá cán dự ứng lực – Vật liệu làm khung giá cán yêu cầu độ bền có hệ số an tồn cao thường đúc thép 35 – Tiết diện – Chiều dài 11.2.2 Kiểu khung hở • Khung kiểu hở gồm khung hình chữ U nắp ghép lên lắp ghép lại nhờ bulơng • Khung kiểu hở cho phép trình thay giá cán theo phương thẳng đứng, thích hợp để bố trí cán hàng ngang • u cầu: Cán nhẹ, tải thấp, độ xác khơng cao 11.2.3 Giá cán không khung (Housingless Mill Stands) • Giá đỡ khơng khung loại giá đỡ ứng suất cứng so với loại giá đỡ thông thường Các trục cán giữ với bulong kẹp chặt Các trục cán di động tự hai bulong kẹp chặt bên giá đứng Việc thay đổi trục cán dễ dàng nhanh chóng • Việc thay khung nặng vít ép làm thép hợp kim chất lượng cao giúp giá cán không khung nhẹ, sử dụng tốt để cán thép trung bình, nhỏ, vận tốc cao với lực cán (3 – 500 tấn) 11.2.4 Giá cán kiểu cơng xoong (Contilever mill stand) • Thiết kế vần cán bọc quanh thân trục cán làm từ hợp kim cấp (gốm, kim loại bột, cacbit ) có độ cứng cao, vần cán mịn cần thay vần cán khơng cần thay trục cán • Tuổi thọ vần cán cao chịu nén, khơng chịu uốn • Nhưng kết cấu bất lợi nên cán thép trung bình, nhỏ, với lực cán nhỏ 19 Tài liệu [1] Nguyễn Trường Thanh Cơ sở Kỹ thuật cán Nhà xuất Đại học Quốc Gia TP.HCM, 2002 [2] Phan Văn Hạ, Đỗ Thành Dũng, Đỗ Hữu Nhơn Công nghệ cán kim loại Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, 2007 [3] Đinh Minh Diệm Giáo trình Lý thuyết cán Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng 20