Thiết kế máy cán thép

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP RẰN

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC

NGÀNH: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ
CHUYÊN NGÀNH: CƠ KHÍ CHẾ TẠO

ĐỀ TÀI
THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP

Lớp: 22DATNCTM02 Người hướng dẫn : Ngô Tấn Thống

Sinh viên thực hiện: Lê Viết Đức MSSV: 1911504110105

Lớp : 22DATNCTM02

Đà Nẵng, …./06/2023

Họ và tên sinh viên: Lê Viết Đức
Đề tài: Thiết kế máy cán thép

SVTH: LÊ VIẾT ĐỨC - Lớp 19C1 Trang 1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP RẰN

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC

NGÀNH: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ
CHUYÊN NGÀNH: CƠ KHÍ CHẾ TẠO

ĐỀ TÀI
THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP

Người hướng dẫn : Ngô Tấn Thống

Sinh viên thực hiện: Lê Viết Đức

Lớp : 22DATNCTM02

Đà Nẵng, …./06/2023

SVTH: LÊ VIẾT ĐỨC - Lớp 19C1 Trang 2

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP RẰN

MỤC LỤC

Tóm tắt

Nhiệm vụ đồ án

Lời nói đầu và cảm ơn

Lời cam đoan

TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................4
Chương 1:..................................................................................................................6
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH CÁN KIM LOẠI................................6

1.1. Khái niệm về biến dạng của kim loại...........................................................6
1.1.1. Biến dạng đàn hồi....................................................................................6
1.1.2. Biến dạng dẻo..........................................................................................6
1.1.3. Phá huỷ....................................................................................................6

1.2. Biến dạng dẻo của kim loại...........................................................................7
1.2.1. Biến dạng dẻo trong đơn tinh thể..........................................................7
1.2.2. Biến dạng dẻo trong đa tinh thể.............................................................8
1.2.3. Hiện tượng biến cứng và kết tinh lại.....................................................8
1.2.4. Tính dẻo và những nhân tố ảnh hưởng đến tính dẻo và biến dạng....9
1.2.5. Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến tổ chức và tính chất của kim loại.
........................................................................................................................... 11
1.2.6. Trạng thái ứng suất và phương trình dẻo...........................................12

1.3. Các định luật cơ bản khi gia công kim loại bằng áp lực...........................14
1.3.1. Định luật biến dạng đàn hồi tồn tại khi biến dạng dẻo......................14
1.3.2. Định luật thể tích không đổi khi biến dạng dẻo.................................14
1.3.3. Định luật trở lực bé nhất......................................................................14
1.3.4. Định luật ứng suất dư...........................................................................15

1.4. Phương pháp gia công kim loại bằng áp lực.............................................15
1.4.1. Quá trình cán và các đặc điểm của quá trình cán kim loại...............16
1.4.2. Phân loại quá trình cán........................................................................16
1.4.3. Vùng biến dạng và các thông số của vùng biến dạng........................17
1.4.4. Các đại lượng đặc trưng cho biến dạng kim loại khi cán..................17
1.4.5. Điều kiện để kim loại ăn vào trục khi cán..........................................20
1.4.6. Hiện tượng vượt trước và hiện tượng trễ sau khi cán.......................21
1.4.7. Ma sát trong quá trình cán..................................................................22

1.5. Máy cán.........................................................................................................23
1.5.1. Định nghĩa..............................................................................................23
1.5.2. Phân loại ...............................................................................................23
Hình 1.8: Phân loại theo cách bố trí thiết bị chính......................................23
1.5.3. Cấu tạo máy cán....................................................................................24

1.6. Nung kim loại trước khi cán.......................................................................25
1.6.1. Mục đích................................................................................................25
1.6.2. Chất lượng nung....................................................................................25
1.6.3. Chế độ nung...........................................................................................26
1.6.4. Thiết bị nung kim loại...........................................................................26

1.7. Làm nguội kim loại sau khi cán..................................................................27
1.8. Sơ đồ qui trình cơng nghệ chung của một phân xưởng cán.....................27
Chương 2:................................................................................................................29

SVTH: LÊ VIẾT ĐỨC - Lớp 19C1 Trang 3

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP RẰN

TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ VÀ...........................................................................29

THIẾT KẾ LỖ HÌNHTRỤC CÁN........................................................................29

2.1. Tính tốn cơng nghệ.....................................................................................29
2.1.1. Khái niệm về lỗ hình trục cán..............................................................29
2.1.2. Phân loại lỗ hình....................................................................................29
2.1.3. Cách bố trí lỗ hình trên trục cán.........................................................30

2.2. Thiết kế lỗ hình trục cán.............................................................................31
2.2.1. Cơ sở dữ liệu của phôi..........................................................................31
2.2.2. Sản phẩm cán........................................................................................32
2.2.3. Thiết kế và tính tốn lỗ hình................................................................33

2.3. Chọn phương pháp cán...............................................................................43
Chương 3:................................................................................................................44
THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC MÁY.............................................................................44

3.1. Giới thiệu chung...........................................................................................44
3.2. Chọn máy thiết kế........................................................................................45

3.2.1. Máy cán hai trục...................................................................................45
3.2.2. Máy cán ba trục....................................................................................46
3.2.3. Máy cán trục kép..................................................................................46
3.2.4. Máy cán nhiều trục...............................................................................47
3.2.5. Máy cán hình 2 giá cán.........................................................................47
3.2.6. Máy cán hình liên tục...........................................................................48
3.3. Thiết kế động học máy.................................................................................48
3.3.1. Động cơ điện..........................................................................................48
3.3.2. Khớp nối và trục nối.............................................................................48
3.3.3. Bánh đà..................................................................................................49
3.3.4. Hộp giảm tốc..........................................................................................49

3.3.5. Hộp phân lực.........................................................................................49
3.3.6. Giá cán...................................................................................................49
3.3.7. Tính tốc độ của trục cán.......................................................................50
Chương 4:................................................................................................................51
TÍNH TỐN THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC HỌC MÁY............................................51
VÀ CÁC CỤM KẾT CẤU MÁY...........................................................................51
4.1. Thiết kế động lực học cho máy cán............................................................51
4.1.1. Tính lực cán...........................................................................................51
4.1.2. Tính mơmen cán và các mômen khác sinh ra khi cán.......................58
4.1.3. Tính cơng suất của động cơ..................................................................63
4.2. Tính tốn thiết kế các cụm kết cấu máy....................................................65
4.2.1. Thiết kế hộp giảm tốc...........................................................................65
4.2.2. Thiết kế hộp phân lực...........................................................................99
4.2.3. Tính tốn thiết kế giá cán...................................................................105
4.2.4. Tính chọn khớp nối và trục nối.........................................................120
4.3. Tính tốn năng suất máy...........................................................................124
Chương 5:..............................................................................................................125
AN TỒN VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG MÁY............................................125
5.1. Yêu cầu về lắp ráp......................................................................................125
5.2. Chế độ và dầu bôi trơn máy cán...............................................................126
5.3. An toàn vận hành máy...............................................................................126
5.4. Bảo dưỡng máy...............................................................................................127

SVTH: LÊ VIẾT ĐỨC - Lớp 19C1 Trang 4

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP RẰN

KẾT LUẬN............................................................................................................128

SVTH: LÊ VIẾT ĐỨC - Lớp 19C1 Trang 5

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP RẰN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Hà Minh Hùng, Đinh Bá Trụ.
Lý thuyết biến dạng dẻo.
Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2003.

[2]. Đỗ Hữu Nhơn.
Công nghệ cán kim loại và hợp kim thông dụng.
Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2003.

[3]. Phan Văn Hạ.
Các phương pháp thiết kế lỗ hình trục cán.
Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2001.

[4]. Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm.
Thiết kế Chi tiết máy.
Nhà xuất bản Giáo dục, 1998.

[5]. Đỗ Hữu Nhơn.

Hình 1.8: Phân loại theo cách bố trí thiết bị chính......................................23

Tính tốn thiết kế chế tạo máy cán thép và các thiết bị trong nhà máy cán
thép.

Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2001.
[6]. Ninh Đức Tốn.

Dung sai và lắp ghép.
Nhà xuất bản Giáo dục.

[7]. Lưu Đức Hoà.
Công nghệ kim loại, tập II, Gia công áp lực.
Đà Nẵng, 2001.

[8]. B.N.Arzamaxov.
Vật liệu học.
Nhà xuất bản Giáo dục, 2000.

SVTH: LÊ VIẾT ĐỨC - Lớp 19C1 Trang 6

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP RẰN

LỜI NÓI ĐẦU

Một đất nước phát triển phải có nền cơng nghiệp phát triển, trong đó ngành
Cơ khí là ngành chủ đạo. Thật vậy, trong xu thế phát triển hiện nay, ngành Cơ khí
được xem là ngành mũi nhọn trong việc thực hiện đường lối chủ trương Cơng
nghiệp hố - hiện đại hoá đất nước của Đảng và Nhà nước đã đề ra.

Ngành Cơ khí nói chung và Cơ khí chế tạo máy nói riêng muốn có phát triển
và bền vững hay khơng phần lớn dựa vào sự phát triển của ngành luyện kim, trong
đó có ngành luyện cán thép. Ngồi ra, đối với cơng cuộc hiện đại hố 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 cán là thép rằn Phi 14.

Qua hơn ba tháng làm đồ án tốt nghiệp, với sự chỉ dẫn tận tình của thầy
cùng với sự nổ lực tìm tịi 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 tốn thiết kế
máy khơng tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Kính mong q thầy, cơ góp ý và
chỉ bảo thêm để em có thể rút ra được nhiều kinh nghiệm q 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 tồn thể q thầy, cơ trong trường,
q thầy, cơ 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 đã trực tiếp
hướng dẫn em hoàn thành đồ án này!

Đà Nẵng, ngày 25 tháng 05 năm 2023.

Sinh viên thực hiện

LÊ VIẾT ĐỨC

SVTH: LÊ VIẾT ĐỨC - Lớp 19C1 Trang 7

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP RẰN

Chương 1:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH CÁN KIM

LOẠI.

1.1. Khái niệm về 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.

1.1.1. 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.

1.1.2. 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 thơi lực tác dụng.

1.1.3. Phá huỷ.
Phá huỷ là ngồi sự thay đổi hình dáng và kích thước của vật thể dưới tác

dụng của ngoại lực, sau khi cất tải chúng khơng cịn giữ ngun 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.

Ta có biểu đồ thể hiện mối liên hệ giữa lực tác dụng và biến dạng đối với vật

liệu dẻo bị kéo như sau: P

PB B

PA A

l

Hình 1.1: Biểu đồ quan hệ giữa lực và biến dạng

SVTH: LÊ VIẾT ĐỨC - Lớp 19C1 Trang 8

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP RẰN

-Nếu giá trị của tải trọng đặt vào PPA thì quan hệ giữa P và l là bậc 1. Đây

là giai đoạn biến dạng đàn hồi.

-Nếu tải trọng PA
này thì kim loại vẫn giữ nguyên hình dáng mới. Đây là giai đoạn biến dạng dẻo.

-Nếu P>PB thì mạng tinh thể của kim loại bị xô lệch, vỡ vụn gây nên phá huỷ

mạng tinh thể của kim loại.

1.2. Biến dạng dẻo của kim loại.

1.2.1. Biến dạng dẻo trong đơn tinh thể.
Xảy ra dưới hai hình thức trượt và song tinh.

Theo hình thức trượt:
Trượt là một quá trình chuyển động tương đối giữa hai phần tinh thể. Một

phần dịch chuyển song song với phần còn lại theo một mặt phẳng nhất định, mặt
phẳng này gọi là mặt trượt và ln song song với mặt tinh thể (Hình 2a). 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 khi dịch chuyển, các nguyên tử kim loại ở
vị trí cân bằng mới, bởi vậy sau khi thôi tác dụng lực, kim loại không trở về trạng
thái ban đầu.

Trượt chỉ xảy ra trên một số mặt và phương tinh thể nhất định. Trên phương
và mặt tinh thể này thường có mật độ nguyên tử dày đặc nhất hay ở trên đó có lực
liên kết giữa các nguyên tử là lớn nhất so với mặt và phương khác.

Hình 1.2 : Sự biến dạng trong đơn tinh thể

Theo hình thức song tinh: Trang 9
SVTH: LÊ VIẾT ĐỨC - Lớp 19C1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP RẰN

Một phần tinh thể vừa trượt vừa quay đến một vị trí mới đối xứng với phần

còn lại qua một mặt phẳng gọi là mặt song tinh (Hình 2b)

Đặc điểm biến dạng song tinh là sự dịch chuyển các nguyên tử tỉ lệ với

khoảng cách mặt song tinh. Càng xa mặt song tinh, dịch chuyển càng lớn, nhưng

không quá một khoảng cách nguyên tử. Biến dạng dẻo do song tinh rất nhỏ.

1.2.2. Biến dạng dẻo trong đa tinh thể.
Sự biến dạng dẻo trong đa tinh thể trước hết

là sự biến dạng trong nội bộ các hạt và sau đó là sự P

dịch chuyển tương đối giữa các hạt. Sự biến dạng

trong một hạt cũng theo cơ chế trượt song tinh như

ở biến dạng dẻo đơn tinh thể. Tuy nhiên, đối với đa

tinh thể có tồn tại phân giới hạn nên có một số đặc

điểm biến dạng riêng. Khi kéo nén đơn, định hướng
thuận lợi nhất cho các hạt biến dạng dẻo đầu tiên đó P

là các mặt trượt và phương trượt làm với lực một Hình 1.3: Mặt và
góc xấp xỉ 45o . phương trượt trong hạt

1.2.3. Hiện tượng biến cứng và kết tinh lại.

a. Hiện tượng biến cứng:
Trong quá trình biến dạng dẻo phát sinh các hiện tượng sau:

+Hình dáng các tinh thể thay đổi : kéo dài, vặn vẹo, mạng tinh thể bị xô lệch.

+Hướng của các tinh thể thay đổi từ vô hướng thành dị hướng.

+Sinh ra các ứng suất dư tồn tại sau biến dạng.

+Phá vỡ các hạt tinh thể và biên giới hạt.

Kết quả của hiện tượng trên đưa đến: Lực chống biến dạng của tinh thể tăng

lên, ứng suất dư tăng lên làm cho độ cứng và độ bền tăng, độ dẻo và độ dai giảm,

tính dị hướng về cơ tính và lý tính xuất hiện rõ rệt.

Mức độ biến cứng tỉ lệ thuận với mức độ biến dạng và phụ thuộc vào bản

chất kim loại, tốc độ và nhiệt độ biến dạng .

Quá trình biến mềm -kết tinh lại:
Khi kim loại biến cứng, trạng thái tổ chức của nó khơng cân bằng, có thế

năng tự do cao. Khi ta nung nóng kim loại, động năng các nguyên tử của nó tăng,

dao động nhiệt mạnh làm cho các ngun tử có xu hướng trở về vị trí có thế năng bé

nhất, do đó tạo ra điều kiện phục hồi mạng tinh thể trong kim loại. Tuỳ theo nhiệt

độ q trình có thể chia làm 2 giai đoạn:

SVTH: LÊ VIẾT ĐỨC - Lớp 19C1 Trang 10

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP RẰN

Giai đoạn phục hồi:

Khi nung nóng kim loại đến nhiệt độ chưa vượt quá (0,230,3)Tnc (Tnc- là

nhiệt độ nóng chảy tuyệt đối), kim loại sẽ trở về vị trí cân bằng bền, cơ tính, lý tính,

hố tính sẽ phục hồi lại một phần như cũ. Trong giai đoạn này hướng và hình dạng

tinh thể khơng thay đổi, đồng thời không phục hồi sự phá huỷ đã gây ra giữa các

tinh thể mà chỉ khử ứng suất dư.

Giai đoạn kết tinh lại:

Khi nung nóng kim loại ở nhiệt độ cao hơn, do động năng của các nguyên tử

phát triển mạnh, mức độ thay đổi vị trí của nó tăng lên. Lúc đó hình dạng và kích

thước tinh thể sẽ thay đổi, quá trình nảy mầm, phát triển mầm xuất hiện, tổ chức

kim loại từ trạng thái không cân bằng về trạng thái cân bằng. Quá trình này gọi là

quá trình kết tinh lại.

Quá trình kết tinh lại gồm hai bước: chuẩn bị kết tinh lại và tụ hợp kết tinh
lại.

Kết tinh lại làm giảm biến cứng, tăng tính dẻo, thay đổi cơ tính, lý tính của
kim loại.

Nhiệt độ kết tinh lại: Là nhiệt độ tại đó xảy ra q trình tạo mầm và phát

triển mầm trong kim loại bị biến dạng dẻo với tốc độ đáng kể.

TKte = K.Tnc

Với Tnc- Nhiệt độ nóng chảy của kim loại (OK)

K- Hệ số phụ thuộc độ sạch của kim loại, K thay đổi từ (0,30,8)

Nhiệt độ kết tinh lại phụ thuộc vào các yếu tố:

+Mức độ biến dạng: biến dạng ít thì TKtl cao

+Thời gian giữ nhiệt: giữ nhiệt lâu thì TKtl thấp

+Độ lớn ban đầu của hạt: hạt càng lớn thì TKtl càng cao.

1.2.4. 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.

SVTH: LÊ VIẾT ĐỨC - Lớp 19C1 Trang 11

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP RẰN

a1 = .100%

l =l1-l2
lo- là độ dài trước biến dạng
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.

A = (KGm/cm2 hay KJ/cm2)

 Số vòng xoắn đứt: là số vòng xoắn tương đối giữa hai tiết diện tác dụng
momen xoắn trước khi vật bị phá huỷ.

 Số lần bẻ gãy.

Các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo của kim loại:
 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 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 khơng đều, tính dẻo sẽ thấp, nếu qua gia cơng áp
lực thì tính dẻo sẽ tăng lên.

SVTH: LÊ VIẾT ĐỨC - Lớp 19C1 Trang 12

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP RẰN

Tổ chức kim loại càng nhiều pha càng kém dẻo.

Hạt tinh thể càng nhỏ thì kim loại càng dẻo.

 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 hố 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 khơng đồng nhất và

có biến cứng.

 Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng :

Tốc độ biến dạng khác nhau có thể làm giảm hoặc tăng tính dẻo của kim loại.

Nếu tốc độ sinh ra biến cứng cao hơn tốc độ sinh ra biến mềm thì tốc độ biến dạng

sẽ làm giảm tính dẻo của kim loại và ngược lại.

1.2.5. Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến tổ chức và tính chất của
kim loại.

a) Trong quá trình biến dạng dẻo, hình dáng và kích thước hạt thay đổi rất

nhiều. Khi chịu kéo, hạt sẽ bị kéo dài theo phương của lực. Khi bị nén, hạt sẽ bị bẹp

đi, mạng tinh thể xung quanh mặt trượt bị xô lệch và biến dạng không đều.

Nếu mức độ biến dạng lớn: ( = 4050%) hạt sẽ bị phân nhỏ ra, các tạp chất

và pha thứ 2 sẽ bị kéo dài ra và tạo thành tổ chức thớ.

Cơng thức tính biến dạng:

 =

Với So: tiết diện trước biến dạng
S1: tiết diện sau biến dạng

Khi độ biến dạng rất lớn ( = 7090%), các hạt bị quay đến mức độ các mặt
và phương có ký hiệu giống nhau sẽ song song với nhau, và lúc này vật liệu đa tinh
thể thể hiện tính có hướng.

b) Trong biến dạng dẻo, trong các kim loại tồn tại khá nhiều ứng suất dư do xô
lệch mạng và do biến dạng không đều của các hạt ứng suất dư làm giảm cơ tính của
vật liệu.

SVTH: LÊ VIẾT ĐỨC - Lớp 19C1 Trang 13

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP RẰN

c) Sau biến dạng dẻo, mạng tinh thể bị xơ lệch nên cơ tính của kim loại bị thay

đổi nhiều: độ cứng, độ bền tăng, độ dẻo và độ dai giảm. Đó là hiện tượng hố bền.

d) Biến dạng dẻo làm thay đổi đáng kể tính chất vật lý của vật liệu: điện trở

tăng, từ kháng tăng, chống ăn mịn về điện hố.

1.2.6. Trạng thái ứng suất và phương trình dẻo.
Giả sử trong vật thể hồn tồn khơng có ứng suất tiếp thì vật thể có 3 dạng

ứng suất chính sau:

 Ứng suất đường: .

 Ứng suất mặt: .

 Ứng suất khối: .

δ1 δ1 δ1

δ3

δ2
Hình1.4:Trạng thái ứng suất

Nếu = = thì = 0 và khơng có biến dạng. Ứng suất chính để kim
loại biến dạng dẻo là giới hạn chảy .

Điều kiện biến dạng dẻo:

 Khi kim loại chịu ứng suất đường:

 Khi kim loại chịu ứng suất mặt:

 Khi kim loại chịu ứng suất khối: .

Biến dạng dẻo chỉ bắt đầu sau khi biến dạng đàn hồi. Thế năng của biến

dạng đàn hồi ở đây A0 _ thế năng để thay đổi thể tích của vật thể. Trong trạng thái

ứng suất khối, thế năng của biến dạng đàn hồi theo định luật Húc được xác định.

SVTH: LÊ VIẾT ĐỨC - Lớp 19C1 Trang 14

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP RẰN

Như vậy, biến dạng tương đối theo định luật Húc:

Theo trên, thế năng toàn bộ của biến dạng được biểu thị:

Lượng tăng tương đối thể tích của vật trong biến dạng đàn hồi bằng tổng
biến dạng trong 3 hướng vng góc.

Ở đây: _hệ số pyacon tính đến vật liệu biến dạng.
E_Modun đàn hồi của vật liệu.

Thế năng làm thay đổi thể tích bằng:

Thế năng để thay đổi hình dáng vật thể:

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

Đây gọi là phương trình năng lượng của biến dạng dẻo.
Khi các kim loại tấm biến dạng ngang không đáng kể nên

Khi biến dạng dẻo (khơng tính đến biến dạng đàn hồi) thể tích của vật thể
khơng đổi

Vậy

= 0

Từ đó: Trang 15
SVTH: LÊ VIẾT ĐỨC - Lớp 19C1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP RẰN
Vậy

Vậy phương trình dẻo có thể viết:

Trong trượt tinh khi trên mặt nghiêng ứng suất pháp bằng 0.
Ứng suất tiếp khi α = 45˚

So sánh với phương trình dẻo khi

Vậy ứng suất tiếp lớn nhất là:
: gọi là hằng số dẻo.

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

1.3. Các định luật cơ bản khi gia công kim loại bằng áp lực.
1.3.1. 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.
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 cơng sẽ khác với kích thước của hệ
thống lỗ thiết kế.
1.3.2. Định luật thể tích khơng đổi khi biến dạng dẻo.
Thể tích kim loại trước và sau khi biến dạng là không đổi.

V1=V2=const
V1 và V2 là thể tích kim loại trước và sau khi biến dạng.
Định luật này có ý nghĩa thực tiễn, nó cho biết chiều dài sau khi biến dạng
dưới tác dụng của ngoại lực.
1.3.3. 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).

SVTH: LÊ VIẾT ĐỨC - Lớp 19C1 Trang 16

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP RẰN

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.

1.3.4. 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.

1.4. Phương pháp gia công kim loại bằng áp lực.
Gia công kim loại bằng áp lực là một trong những phương pháp cơ bản để
chế tạo các chi tiết máy và các sản phẩm kim loại thay thế cho phương pháp đúc
hoặc gia công cắt gọt.
Gia công kim loại bằng áp lực thực hiện bằng cách dùng ngoại lực tác dụng
làm cho kim loại ở trạng thái nóng hoặc nguội bị biến dạng dẻo, kết quả là sẽ làm
thay đổi hình dạng của vật thể kim loại mà khơng phá huỷ tính liên tục và độ bền
của chúng.
Đặc điểm của phương pháp gia công kim loại bằng áp lực là:
- Gia công kim loại ở trạng thái rắn.
- Là dạng gia công không phoi.
- Sau khi gia cơng, kim loại khơng những thay đổi hình dạng kích thước mà
cịn thay đổi về cơ lý tính như: kim loại mịn chặt hơn, hạt kim loại đồng đều hơn, tổ
chức của hạt kim loại thay đổi thành tổ chức thớ, khuyết tật do đúc được khử, cơ
tính và độ bền của kim loại được nâng cao.
- Có khả năng cho ra chi tiết có chất lượng bề mặt, độ bóng, độ chính xác
cao.
Gia cơng kim loại bằng áp lực có nhiều phương pháp và có thể chia thành 2
ngành chính:
+ Cán, kéo, ép thuộc ngành luyện kim
+ Rèn tự do, rèn khuôn, dập tấm thuộc ngành cơ khí.
Hình thức gia cơng kim loại bằng áp lực có thể là gia cơng nóng (nhiệt độ kết
thúc gia cơng lớn hơn nhiệt độ kết tinh lại) hoặc là gia công nguội (nhiệt độ bắt đầu

gia công nhỏ hơn nhiệt độ kết tinh lại).

SVTH: LÊ VIẾT ĐỨC - Lớp 19C1 Trang 17

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP RẰN

1.4.1. Quá trình cán và các đặc điểm của quá trình cán kim loại.
a) Định nghĩa quá trình cán:

Là quá trình gia cơng 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.

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 u cầu thơng qua các lổ hình
trên trục cán.

c) Đặc điểm của quá trình cán:
Quá trình cán là một q trình tạo phơi kim loại bằng phương pháp gia cơng
áp lực do đó nó có đầy đủ các đặc điểm của phương pháp gia công áp lực:
- Quá trình cán là q trình gia cơng khơng 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 và lổ hình giữa hai trục cán.
1.4.2. 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 q trình cán trên hai trục
không giống nhau.

SVTH: LÊ VIẾT ĐỨC - Lớp 19C1 Trang 18

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP RẰN

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:

- 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.

- Cán bán liên tục.

1.4.3. Vùng biến dạng và các thông số của Hình 1.5: Sơ đồ vùng biến
vùng biến dạng. dạng của kim loại khi cán .

a) Vùng biến dạng:

Khi hai cán trục quay liên tục và ngược chiều nhau, nhờ ma sát mà vật cán

được ăn vào liên tục và được biến dạng. Bề mặt của kim loại tiếp xúc với trục cán

gọi 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 vẽ, vùng ABCD là vùng biến dạng.

b) Các thông số đặc trưng của vùng biến dạng:
+ Góc : 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.
1.4.4. 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.

a) Biến dạng theo chiều cao: h
- Lượng ép tuyệt đối h:
b
h=h1-h2(mm)
Trang 19
SVTH: LÊ VIẾT ĐỨC - Lớp 19C1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP RẰN
- Lượng ép tương đối %:

= =

- Hệ số ép:

=

- Mối quan hệ giữa h,  và l:
Từ hình 1.4 ta có:

Mà
Vì  q nhỏ nên
Do đó

Suy ra:  (rad) ()

Có thể nhận thấy  tỉ lệ thuận với h và tỉ lệ nghịch với D(D là đường kính
trục cán)

Ta lại có: AB=
Thay  từ () vào ta có:

(mm)

Chiều dài cung tiếp xúc tỉ lệ thuận với D và h.

b) Biến dạng theo chiều rộng: (mm)
- Lượng giãn rộng tuyệt đối:

- Lượng giãn rộng tương đối:

- Hệ số giãn rộng: Trang 20
Cơng thức tính lượng giãn rộng của Baxtino:
+Đối với lượng giãn rộng tự do (khi cán phẳng)

(mm)
SVTH: LÊ VIẾT ĐỨC - Lớp 19C1