Đồ Án Lựa Chọn Vật Liệu Lựa Chọn Vật Liệu Để Chế Tạo Sản Phẩm Bánh Cán Bảo Yêu Cầu Làm Việc.pdf

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.52 MB, 19 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU

Hà Nội, tháng 8/2023

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

LỜI NÓI ĐẦU

Đồ án lựa chọn vật liệu là một trong những đồ án quan trọng của sinh viênngành KH&KT Vật Liệu. Đồ án thể hiện những kiến thức cơ bản của sinh viên vềcách tính tốn và lựa chọn vật liệu, vẽ kĩ thuật, giúp sinh viên làm quen với cáchthực hiện đồ án một cách khoa học và tạo cơ sở cho các đồ án tiếp theo.

Nội dung của đồ án là “Lựa chọn vật liệu để chế tạo bánh cán D220 dùng

trong giá cán block đảm bảo yêu cầu làm việc” với mục tiêu là vận dụng các

kiến thức đã được học để lựa chọn vật liệu chế tạo một trục cán tấm nguội hoànchỉnh.Trong mơi trường cơng nghiệp hiện đại ngày nay, việc tính toán, thiết kế tốiưu các thiết bị nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế, giảm chi phí sản xuất, tăng tínhcạnh tranh là một bài tốn rất quan trọng đối với mỗi doanh nghiệp.

Để hoàn thành đồ án này, chúng em xin gửi lời cảm ơn trân thành nhất đếnquý Thầy cô trong Bộ môn Cơ học vật liệu và Cơng nghê tạo hình, Viện Khoa họcvà Kỹ thuật vật liệu đã góp ý và đặc biệt là sự quan tâm, hướng dẫn chu đáo củathầy PGS.TS Đinh Văn Hải.Trong quá trình thực hiện đồ án, dù đã rất cố gắng, nỗlực nhưng bản đồ án khó tránh khỏi sai sót vì trình độ và khả năng có hạn. Chúngem rất mong nhận được sự góp ý của Thầy cơ để chúng em hoàn thiện kiến thứccủa bản thân hơn.

Hà Nội, ngày ... tháng...năm... Sinh viên

Hà Văn ThắngNguyễn Đức Thắng

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

ĐẶT VẤN ĐỀ

Đối với máy cán kim loại thì bánh cán là một chi tiết cơ bản và quan trọngtrong kết cấu của máy. Để trục cán có thể hoạt động một cách ổn định, bền bỉ,tránh hỏng hóc và chính xác cũng như chất lượng đầu ra của sản phẩm sau khi cánlà tốt nhất thì bánh cán cần phải đáp ứng được một số yêu cầu riêng về mặt cấu tạocũng như vật liệu để làm ra bánh cán.

Từ những lý do trên, nhóm em đã tìm hiểu và xây dựng lên một đồ án lựachọn vật liệu làm trục cán để đáp ứng những yêu cầu cụ thể trong hoạt động sảnxuất công nghiệp

I. Giới thiệu về trục cán block

1. Mở đầu

b) Cán tự động

Chế độ này được sử dụng trong các máy cán hiện đại. Giá cán block được điều khiển bởi hệ thống máy tính và có thể di chuyển lên xuống một cách tự động. Chế độ này có thể giúp tăng năng suất và giảm chi phí.

c) Cán thủ cơng

Chế độ này được sử dụng trong các máy cán cũ. Giá cán block được điềukhiển thủ công bởi người vận hành máy. Chế độ này có thể tốn thời gian và cơngsức hơn, nhưng nó có thể linh hoạt hơn chế độ tự động.

d) Thiết bị chính: máy cán

Thiết bị chính thường gồm 3 bộ phận sau đây hợp thành: động cơ chính + bộphận truyền động + giá cán

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

Ba bộ phận phận này sắp xếp nối tiếp nhau tạo thành một dãy trên một hàngngang, trong đó giá cán là bộ phận cơng tác vì vậy được gọi là hàng giá cán (haydãy thiết bị chính).

- Động cơ chính: là động cơ dẫn động trục cán để thực hiện quá trình cán épkim loại

- Thép tấm:

+ Thép tấm dày (h ≥ 4 mm) + Thép tấm mỏng (h < 4 mm)+ Thép lá (h < 0,2 mm)

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

- Thép ống: Có thể là ống trịn, ống elip, ống vng và có thể là ống hàn, ốnkhơng hàn

2. Ứng dụng của giá cán

Giá cán block tròn: Giá cán block tròn là loại giá cán block phổ biến nhất. Chúng có độ bền cao và dễ dàng gia cơng. Giá cán block trịn thường được sử dụng trong các máy cán thép và máy cán nhôm.

Giá cán block vng: Giá cán block vng có độ cứng cao hơn giá cán blocktròn. Chúng thường được sử dụng trong các máy cán kim loại có độ cứng cao, như thép hợp kim và gang.

Giá cán block chữ nhật: Giá cán block chữ nhật có độ cứng và độ bền cao hơn giá cán block trịn và giá cán block vng. Chúng thường được sử dụng trong các máy cán kim loại có độ cứng và độ bền cao, như thép chịu nhiệt vàgang chịu nhiệt.

3. Phân loại

Dựa theo kết cấu của đầu nối và cổ trục, trục cán

-Trục cán block tròn: Trục cán block tròn là loại trục cán block phổ biếnnhất. Chúng có độ bền cao và dễ dàng gia cơng. Trục cán block trịn thường đượcsử dụng trong các máy cán thép và máy cán nhôm.

-Trục cán block vng: Trục cán block vng có độ cứng cao hơn trục cánblock tròn. Chúng thường được sử dụng trong các máy cán kim loại có độ cứngcao, như thép hợp kim và gang.

-Trục cán block chữ nhật: Trục cán block chữ nhật có độ cứng và độ bền caohơn trục cán block trịn và trục cán block vng. Chúng thường được sử dụngtrong các máy cán kim loại có độ cứng và độ bền cao, như thép chịu nhiệt và gangchịu nhiệt

.Dựa theo độ rắn bề mặt

- Trục cán block mềm: Trục cán block mềm có độ cứng thấp, thường đượclàm từ thép hợp kim hoặc gang. Chúng được sử dụng để cán kim loại có độ cứngthấp, như thép tấm, nhôm tấm và đồng tấm.

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

Trục cán block trung bình: Trục cán block trung bình có độ cứng trung bình,thường được làm từ thép hợp kim hoặc gang có hàm lượng cacbon cao. Chúngđược sử dụng để cán kim loại có độ cứng trung bình, như thép tấm cán nguội,nhôm tấm cán nguội và đồng tấm cán nguội.

Trục cán block cứng: Trục cán block cứng có độ cứng cao, thường được làmtừ thép hợp kim có hàm lượng cacbon cao hoặc thép hợp kim đặc biệt. Chúng đượcsử dụng để cán kim loại có độ cứng cao, như thép hợp kim, thép chịu nhiệt và thépchịu mài mòn

.Dựa theo nhiệt độ

- Trục cán block nguội:- Trục cán block nóng:

4. Lựa chọn: bán cán

- Bánh cán: Bánh cán là bộ phận chính của trục cán block. Nó chịu trách nhiệm cán kim loại. Bánh cán được làm từ các vật liệu có độ bền cao, như thép hợp kim hoặc gang.

- Bánh là một bộ phận quan trọng trong máy cán. Chúng có hình dạng trịn và được làm từ các vật liệu có độ bền cao, như thép hợp kim hoặc gang. Trục cán block được sử dụng để cán kim loại, tạo ra các sản phẩm có độ dày và kích thước khác nhau.

Bánh cán có nhiều kích thước và hình dạng khác nhau, tùy thuộc vào loại máy cán và loại kim loại được cán. Chúng thường được sản xuất theo đơn đặt hàngvà có thể được tùy chỉnh theo yêu cầu của khách hàng.

Một số ưu điểm của bánh cán bao gồm:Độ bền cao

Chịu được áp lực và nhiệt độ caoDễ dàng bảo trì

Giá thành hợp lý

Bánh cán là một thiết bị quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Chúng giúp tạo ra các sản phẩm chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng.

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

II. Lựa chọn thơng số hình học

1. Chiều dài trục cán: 850 (mm)2. Đường kính trục cán: D2203. Trục cán chịu lực lớn nhất: 20 (tấn)

III. Phân tích chế độ và điều kiện làm việc

Vì bánh cán là bộ phận chính và quan trọng nhất trong giá cán và gắn liềnvới trục cán nên chúng ta sẽ phân tích các lực tác dụng vào trục cán.

1. Chế độ, điều kiện làm việc của bánh cán

Khi cán, hai trục cán quay liên tục và ngược chiều nhau, nhờ ma sát tiếp xúcgiữa vật cán và bề mặt tiếp xúc mà vật cán được ăn vào trục và bị biến dạng.

Khi cán trục cán phải truyền momen xoắn từ động cơ truyền tới rất lớn, chịumomen uốn do vị trí trục cán lệch về phía trước để tăng cường độ ổn định.

Khi cán trục chịu tải trọng lớn trong thời gian dài.

Vật liệu bánh cán: Vật liệu bánh cán phải có độ bền cao, chịu được nhiệt độ cao và áp lực lớn. Vật liệu bánh cán thường là thép hợp kim hoặc gang.

Độ cứng bánh cán: Độ cứng bánh cán phải phù hợp với loại kim loại được cán. Độ cứng bánh cán quá cao có thể làm cho bánh cán bị mịn nhanh chóng, độ cứng bánh cán quá thấp có thể làm cho bánh cán bị biến dạng hoặc vỡ.

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

Độ bóng bánh cán: Độ bóng bánh cán phải cao để giảm ma sát giữa bánh cán và kim loại được cán. Độ bóng bánh cán cao có thể giúp tăng hiệu quả cán và giảm hao mòn bánh cán.

Cấu tạo bánh cán: Cấu tạo bánh cán phải đảm bảo độ bền và khả năng chịu lực của bánh cán. Cấu tạo bánh cán thường bao gồm một lớp lót cứng và một lớp lót mềm. Lớp lót cứng được làm từ vật liệu có độ cứng cao, chịu được nhiệt độ cao và áp lực lớn. Lớp lót mềm được làm từ vật liệu có độ mềm cao, giúp giảm ma sát giữa bánh cán và kim loại được cán.

4. Phân tích lực tác dụng lên bánh cán

- Lực cán: cịn gọi là áp lực tồn phần của kim loại tác dụng lên bánh cán.Khi cán, kim loại tác dụng lên bánh cán một lực phân bố. Tổng hợp các lực phânbố đó (tổng hợp các lực phân bố theo chiều rộng của tấm thép) ta có áp lực toànphần của kim loại tác dụng lên bánh cán.

- Áp lực trung bình: là áp lực lên từng điểm trên cung tiếp xúc. Người tathường tìm áp lực trung bình sau đó nhân với diện tích vùng tiếp xúc sẽ tính đượctổng áp lực

- Momen cán: Khi cán xuất hiện hai lực cán P, một lực tác dụng lên trụctrên, một lực tác dụng xuống trục dưới. Do đó, momen cán do lực cán được sinh ra- Lực ma sát: là lực tác dụng theo phương tiếp tuyến với mặt tiếp xúc giữahai vật, tạo nên chuyển động tương đối của chúng

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

V. Tính tốn thiết kế và nghiệm bền bánh cán

1.2. Tính toán bánh cán khi làm việc (khi chịu tải trọng)

Khi làm việc, bánh cán bị lực cán Pmax tác dụng lên trục, tại chỗ có lực cánlớn nhất mà bánh cán đủ bền thì các chỗ khác cũng đủ bền. Người ta đã chứngminh rằng khi có lực tác dụng, thân trục cán bị uốn.

1.2.1. Tại thân trục cán: Chỉ chịu uốn cho nên tính theo điều kiện uốn

0,4 D3( Nmm2)

Mác hợp Đề xuất ứng dụng

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

kim

YGH10T Các rãnh có khả năng chống mài mịn tốt và có độ dẫn nhiệt cao. Khi chúng được sử dụng ở vị trí cuối cùng của máy cán hồn thiện. Chúng có thể giữ cho các thanh ở hình dạng tối ưu và bề mặt hồn thiện tốt, đồng thời có thể giảm tần suất thay vịng, đạt được năng suất cao.

YGH20T Chúng có khả năng chống va đập vừa phải và khả năng chống mài mòn cao và chúng được sử dụng ở 3 vị trí cuối cùng trong các máy cán thanh hồn thiện.

YGH30T Chúng có khả năng chống mài mịn vừa phải đối với tác động vànó là loại cacbua tốt cho các ứng dụng phổ quát. Chúng được sửdụng cho hầu hết các giá đỡ phía sau hoặc tất cả các giá đỡ trong máy cán thanh hồn thiện.

YGH40T Chúng có độ dẻo dai tốt và khả năng chống mài mòn vừa phải và đây là loại cacbua tốt cho các ứng dụng phổ biến và chúng được sử dụng ở hầu hết các giá đỡ phía trước, giữa và phía sau trong các máy cán thanh hoàn thiện.

Với độ dẻo dai tốt và khả năng chống nứt nhiệt. Chúng được sử dụng trong giá đỡ 1-4 để cán tốc độ cao trong các máy cán hoànthiện.

YGH60T Với độ dẻo dai và khả năng chống va đập cao, chúng được sử dụng cho q trình cán thanh trước khi hồn thiện với tốc độ cao.

Lựa chọn vật liệu làm bánh là Carbide YGH10T , có hàm lượng Carbonmonoxide và Ni là 15%. Có khả năng gia cơng tốt, độ cứng phù hợp với việc chếtạo khuôn mẫu và có đặc tính chịu mài mịn tốt và chịu được tải trọng cao. Tínhđàn hồi tốt, khả năng chịu va đập tốt.

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

T.R.SMPa Độ chịu

nén MPa

Modun đàn hồi KN/mm2

Tỉ trọng g/cm3

Độ dẫn nhiệt

3. Nghiệm bền bánh cán

3.1. Kiểm nghiệm về độ chống mài mòn

Độ chống mài mòn là một yêu cầu bắt buộc với trục cán vì nó quyết định tớichất lượng sản phẩm cũng như tuổi thọ, độ bền của trục cán

Độ mài mòn được tính theo cơng thứcσH=ZM

√

qh

ρTrong đó:

- Z : hệ số cơ tính của vật liệu M

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

- q : áp lực pháp tuyến tại tâm tiếp xúc hqh=b=

200000350 =571,4 (

- ρ = D = 220 (mm): bán kính cong

σH=698

√

571,4220 =1124,9(

Carbide có độ cứng 777HB nên theo kinh nghiệm ta có cơng thức giới hạnứng suất cho phép:

[σH]=(1.5 2.5÷) HB=(1,5 2,5÷) .777 1165.5 1942.5=÷( Nmm2)

Vậy [σH]>σH nên độ chống mài mòn thỏa mãn.

3.2. Kiểm nghiệm về độ bền mỏi

Dưới tác dụng của ứng suất uốn và ứng suất xoắn. Do đó phải tiến hànhkiểm nghiệm trục về độ bền mỏi theo hệ số an toàn. Ứng suất uốn trong trục thayđổi theo chu trình đối xứng. Ứng suất xoắn được coi là thay đổi theo chu trìnhmạch động đối với cá trục quay một chiều

Tiến hành kiểm nghiệm hệ số an toàn của trục tại nơi chịu tải trọng lớn nhấtthỏa mãn điều kiện

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

- σ = 0,436.σ : giới hạn mỏi uốn với chu trình đối xứng (N/mm )-1b- σ : biên độ ứng suất uốn (N/mm )a 2

- σ : ứng suất uốn trung bình (N/mm )m 2

- Ứng suất uốn được coi như thay đổi theo chu trình đối xứng (bỏ quaứng suất kéo hoặc nén do lực dọc trục gây nên), do đó:

σm=0 ;σa=σmax=MW(

- σ : ứng suất xoắn trung bình (N/mm )m 2

- Ứng suất xoắn được coi như thay đổi theo chu trình mạch động khitrục quay một chiều, do đó:

2 =M2 W(

- ψ = 0,05: hệ số xét đến ảnh hưởng của ứng suất trung bình đến độτbền mỏi

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

- ε = 0,52 (mm): hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước tiết diện trụcτđến độ bền mỏi (Bảng 15.2 – T56 – CTM)

- k = 1,35: hệ số tập trung ứng suất thực tế khi xoắn (Bảng 15.3 – T56τ– CTM)

- β: hệ số tăng bền mặt trục

Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi tại thân trục cán:

Tại thân trục chỉ chịu uốn nên chỉ kiểm nghiệm hệ số an toàn ứng suất uốn

0,4 D3

0,436 . 28001,6

1,5 . 0,61.

200000.

(

1000−3502

)

0,4 . 2203

Trong đó:

- β =1,5: hệ số tăng bền bề mặt trục sau tôi

Độ bền mỏi tại thân trục cán thỏa mãn điều kiện làm việc khi vận hành chomáy móc

3.3. Kiểm nghiệm trục về độ bền quá tải

Khi bị quá tải đột ngột (ví dụ khi mở máy) có thể bị biến dạng dư quá lớnhoặc gãy. Để trục có thể làm việc bình thường phải thoải mãn điều kiện

σtd=

√

3 τx+σu=137,63≤[σ]( Nmm2)

Với [σ]=0,8 σch=0,8 .3300=2640( Nmm2)

Độ bền quá tải lớn hơn giới hạn cho phép nên thỏa mãn điều kiện làm việc

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

VI. Phương pháp chế tạo bánh cán, bản vẽ yêu cầu

1. Phân tích việc chế tạo bánh cán

Tạo hình bánh cán chính xác: Bánh cán phải được tạo hình có hình dạng và kíchthước chính xác. Điều này giúp cho máy cán hoạt động hiệu quả và tạo ra các sảnphẩm chất lượng cao.

Lắp ráp bánh cán đúng cách: Giá cán block phải có độ bền cao và chịu được lựctác động của bánh cán khi cán kim loại.

Gia công bánh cán đạt độ chính xác cao: Bánh cán phải được gia cơng đạt độ chínhxác cao. Điều này giúp cho máy cán hoạt động hiệu quả và tạo ra các sản phẩmchất lượng cao. Đảm bảo năng suất cao, giá thành hợp lí.

Phương pháp chế tạo phổ biến, tiêu hao kim loại ít nhất

2. Phương pháp chế tạo phơi

Có một số phương pháp đúc như + Đúc trong khuôn kim loại + Đúc áp lực

+ Đúc ly tâm + Đúc trong khuôn cát

Lựa chọn phương pháp đúc trong khn kim loại vì:

+ Chế tạo được vật đúc có độ chính xác và độ bóng cao, chất lượng khncó thể dùng được nhiều lần

+ Phù hợp với vật liệu là thép

+ Chi tiết đúc thường có độ cứng và bề mặt bị biến cứng. Vì vậy trước khigia cơng cơ phải có thêm ngun cơng nhiệt luyện

3. Gia cơng tiện định hình bánh cán

Tiện tròn là phương pháp phổ biến để gia cơng định hình các loại trục lăncán.

Gia cơng trên máy tiện, mục đích làm giảm kích thước phơi đến kích thướcyêu cầu để tiến hành các bước gia cơng khác

Phương pháp này giúp định hình các bề mặt của trục cán, loại bỏ lượng dưcủa phôi thép

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

- Trộn bột với chất kết dính : chất kết dính thường được sử dụng là Co,Co+Ni(+Cr) thường được sử dụng nhiều nhất trong quá trình chế tạo bánh cán - Kiểm tra và ép tạo hình : Kiểm tra về độ hạt , độ đồng đều chất kết dính, cóthể bằng nhiều phương pháp: ép đẵng tĩnh, ép thuỷ lực , ép cơ học.

5. Hoàn thiện bề mặt bánh cán

Bánh cán sẽ được đem đi đánh bóng để bề mặt trục bóng đẹp, chống ăn mịn,giúp đảm bảo chất lượng sản phẩm cán cũng như tuổi thọ của trục cán

6. Bản vẽ SolidWorks

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Chi tiết máy tập 2,GS.TS Nguyễn Trọng Hiệp, NXB Giáo dục, trang 55 - 58

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

[2] Tính tốn thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1, PGS. TS. Trịnh Chất – TS. Lê Văn Uyển, NXB Giáo dục, trang 194 - 200

[3] Công nghệ cán kim loại và hợp kim thông dụng, GVC. Đỗ Hữu Nhơn, PGS. TS. Phan Văn Hạ (hiệu đính), NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội - 2005, trang 99, 124, 157 – 163

[4] Thiết bị cơ khí xưởng cán, TS. Hà Tiến Hồng, NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội, trang 11 – 42, 82 – 88

[5] Tính tốn thiết kế chế tạo máy cán kim loại và máy cán thép, Đỗ Hữu Nhơn, Đỗ Thành Dũng, PGS. TS. Phan Văn Hạ (hiệu đính), NXB Bách Khoa Hà Nội, trang 88 - 95

5. Cấu tạo chung của bánh cán ...7

II. Lựa chọn thơng số hình học...7

III. Phân tích chế độ và điều kiện làm việc...7

1. Chế độ, điều kiện làm việc của bánh cán block...7

</div>