Thiết kế kỹ thuật thiết bị cán tôn phục vụ cho các cơ sở bán tôn ở nha trang

i

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Họ, tên SV : Nguyễn Văn Khánh Lớp : 47CT
Ngành : Chế tạo máy Mã ngành :
Tên đề tài : Thiết kế kỹ thuật thiết bị cán tôn phục vụ cho các cơ sở bán tôn
ở Nha Trang.
Số trang : Số chương: 7 Số tài liệu tham khảo: 10
Hiện vật : không
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN










Kết luận:
Nha Trang, tháng 12 năm 2009.
Cán bộ hướng dẫn:


PGS.TS Nguyễn Văn Ba.

ĐIỂM CHUNG
Bằng số Bằng chữ


ii

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG LVTN
Họ, tên SV : Nguyễn Văn Khánh Lớp : 47CT
Ngành : Chế tạo máy Mã ngành :
Tên đề tài : Thiết kế kỹ thuật thiết bị cán tôn phục vụ cho các cơ sở bán tôn
ở Nha Trang.
Số trang : Số chương: 7 Số tài liệu tham khảo: 10
Hiện vật : không
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN








Điểm phản biện
Nha Trang, tháng 12 năm 2009.
Cán bộ phản biện




Nha Trang, tháng 12 năm 2009.

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
ĐIỂM CHUNG
Bằng số Bằng chữ


iii

LỜI CẢM ƠN!

Đồ án tốt nghiệp là sự khởi đẩu cho sự nghiệp nghiên cứu khoa học của thế hệ
kỹ sư trẻ chúng em, và cũng là điểm nhấn kết thúc cuộc đời sinh viên ngồi trên ghế
nhà trường. Đó là một điều thiêng liêng mà em cảm nhận được sau hơn bốn năm
học tập và nghiên cứu tại trường đại học Nha Trang. Sau một thời gian nghiên cứu
nghiêm túc, với tất cả khả năng của bản thân, với những gì đã học hỏi được ở các
thầy cô, ở sách vở và đặc biệt là sự chỉ bảo tận tình của các thầy hướng dẫn. Đến
nay em đã hoàn thành xong nhiệm vụ quan trọng của mình. Để đạt được kết quả này
không thể không kể đến những gì mà các thầy đã dành cho em. Em xin chân thành
được bày tỏ lời biết ơn sâu sắc đến thầy PGS. TS Nguyễn Văn Ba đã có những ý
kiến chỉ bảo có ý nghĩa góp phần làm hoàn thiện đề tài của em. Bên cạnh đó em xin
chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô đã dìu dắt em đi trên con đường mà em đã
chọn, xin gửi tới các bạn đồng nghiệp trong tương lai lời cảm ơn chân thành, cảm
ơn các bạn đã có những góp ý chân thành trong quá trình thực hiện đề tài của tôi.
Xin chân thành cảm ơn!!!
Nha Trang, tháng 12 năm 2009
Sinh viên thực hiện


Nguyễn Văn Khánh
iv

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH CUNG CÁP TÔN LỢP VÀ NHU
CẦU THIẾT BỊ Ở NHA TRANG 3
1.1. Khái niệm . 3
1.2. Phân loại . 4
1.3. Các loại biên dạng tôn thường gặp . 4
a. Loại sóng thẳng . 4
b. Loại sóng ngói: 5
1.4. Vật liệu chế tạo . 6
1.5. Nhu cầu sử dụng . 6
1.6. Thiết bị cán tôn và nhu cầu sử dụng . 7
a. Thiết bị cán tôn: 7
b. Nhu cầu sử dụng thiết bị cán tôn sóng . 8
CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ CÁN TÔN SÓNG 9
2.1. LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CÁN KIM LOẠI . 9
2.1.1 Biến dạng dẻo của kim loại khi cán 9
2.1.2 Lý thuyết trượt 11
b. Ứng suất gây ra trượt . 12
2.1.3. Lý thuyết cán 18
a. Phân loại sản phẩm cán . 19
b. Các phương pháp cán 22
2.1.4. Lý thuyết quá trình uốn 24
a. Khái niệm : 24
b. Quá trình uốn : 24
c. Công thức tính lực uốn : 27
2.2. QÚA TRÌNH TẠO SÓNG TÔN . 27
2.3. SƠ BỘ VỀ DÂY CHUYỀN CÁN TÔN TẠO SÓNG . 28
2.3.1. Dây chuyền cán . 28
v

a. Tổng quan về dây chuyền cán : 28
b. Phân loại dây chuyền cán 29
2.3.2. Dây chuyền cán tôn . 30
a. Dây chuyền cán tôn : 30
CHƯƠNG III: CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY VÀ PHÂN TÍCH CHỌN
PHƯƠNG ÁN 32
3.1. Các phương án bố trí con lăn tạo sóng trên trục 32
3.2. Chọn phương án truyền động chính cho dây chuyền cán. 33
3.3. Chọn phương án cho hộp phân lực : 35
3.4. Chọn phương án truyền động cho dao cắt 36
CHƯƠNG IV THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC TRONG HỆ THỐNG 37
4.1. THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC. 37
4.1.1.Tính sơ bộ năng suất máy: 37
4.1.2. Tính lực uốn . 37
4.1.3.Tính mômen . 38
4.1.4. Chọn động cơ . 39
4.1.5. Phân phối tỷ số truyền . 40
CHƯƠNG V THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CỦA THIẾT BỊ 42
5.1. Tính toán thiết kế bộ truyền đai 42
5.1.1. Chọn loại đai: 42
5.1.2 Định đường kính bánh đai nhỏ: 42
5.1.3. Tính đường kính D2 bánh đai lớn: 42
5.1.4. Chọn sơ bộ khoảng cách trục A : 42
5.1.5. Tính chiều dài đai L theo khoảng cách trục A : 43
5.1.6. Xác định chính xác khoảng cách trục A : 43
5.1.7. Tính góc ôm 
1
44
5.1.8. Xác định số đai z cần thiết : 44

5.1.9. Định các kích thước chủ yếu của bánh đai : 45
5.2. Tính chọn hộp giảm tốc : 45
vi

5.3. Tính toán bộ truyền xích dẫn động từ hộp giảm tốc đến trục trung gian 45
5.3.1. Chọn loại xích: 45
5.3.2. Định số răng đĩa xích: 45
5.3.3 Định bước xích: 45
5.3.4. Định khoảng cách trục và số mắt xích : 47
5.3.5. Tính đường kính vòng chia của đĩa xích : 48
5.3.6. Tính lực tác dụng lên trục : 48
5.3.7. Tính toán bộ truyền xích dẫn động các trục cán đồng tốc 48
5.4. Tính toán thiết kế quả cán . 51
5.5. Tính toán trục 54
5.5.1. Chọn vật liệu: 54
5.5.2. Tính sơ bộ trục : 54
5.5.3. Tính gần đúng trục : 55
5.5.4. Kiểm nghiệm trục theo hệ số an toàn . 61
5.6. Tính toán then 66
5.6.1. Chọn then cho trục truyền lực chủ động: 66
5.6.2. Chọn then cho trục cán: 67
5.7. Tính chọn ổ đỡ 68
5.7.1. Tính chọn ổ đỡ cho trục truyền lực: 68
5.7.2. Tính chọn ổ đỡ cho trục cán 70
5.9. Tính toán hệ thống dao cắt 71
5.9.1. Tính toán xilanh truyền lực cho hệ thống dao cắt 71
CHƯƠNG VI LẬP QUY TRÌNH CHẾ TẠO TRỤC 74
6.1. XÁC ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤT. 74
6.2. PHÂN TÍCH CHI TIẾT. 75
6.3. CHỌN VẬT LIỆU LÀM PHÔI. 76

6.4. CHỌN PHƯƠNG ÁN CHẾ TẠO PHÔI. 77
6.5.1. Đánh số các bề mặt gia công : 77
6.5.2. Chọn tiến trình gia công các bề mặt phôi 78
vii

6.5.3. Thiết kế nguyên công công nghệ 80
CHƯƠNG VII LẮP ĐẶT VẬN HÀNH BẢO DƯỠNG DÂY CHUYỀN CÁN 101
6.1. LẮP ĐẶT . 101
6.2. VẬN HÀNH 102
6.3. BẢO DƯỠNG DÂY CHUYỀN CÁN 103
6.4 THAY THẾ 103
KẾT LUẬN CHUNG 105
TÀI LIỆU THAM KHẢO 106

1

LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển và hội nhập của nền kinh tế đất nước với các nước
trong khu vực và trên thế giới . Kể từ những năm đầu của sự nghiệp đổi mới đến
nay, nền kinh tế nước ta đã có những bước chuyển biến rõ rệt trong đó ngành công
nghiệp nói chung cũng đã từng bước phát triển. Bắt đàu từ việc chuyển giao công
nghệ tiên tiến của nước ngoài . Dưới nhiều hình thức, dần đến việc nghiên cứu, thay
thế một số linh kiện và thiết bị công nghệ mà trong nước có thể thiết kế chế tạo. Đó
là một chủ trương đúng đắn của Đảng và Nhà nước. Chính điều đó, nó không những
làm tăng tính hiệu quả về mặt kinh tế, giải quyết gánh nặng việc làm cho xã hội mà
còn tăng tính tự lập, tự cường, phát huy sức mạnh nội lực và khả năng sáng tạo .
Nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa, vấn đề xây dựng
cơ bản càng được quan tâm, nhu cầu sử dụng tấm lợp ngày càng gia tăng . Đặc biệt
là các loại tấm lợp bằng kim loại (Tôn ). Yêu cầu đặt ra đối với các loại sản phẩm
tôn ngày càng cao về hình dạng, màu sắc và kích thước. Trong khi đó nước ta chưa

sản xuất được tôn mà phải nhập từ nước ngoài. Để có những sản phẩm tôn sóng đến
với người tiêu dùng có giá thành thấp, kích thước như mong muốn, mẩu mã đẹp thì
việc thiết kế chế tạo một “THIẾT BỊ CÁN TÔN” là cần thiết. Sử dụng được lao
động trong nước và chỉ cần nhập tôn cuộn từ nước ngoài .
Sau một thời dài nguyên cứu và phân tích, được sự giúp đỡ, gợi ý của các
Thầy cô trong khoa và sự tận tình hướng dẩn của thầy PGS.TS. NGUYỄN VĂN
BA . Tôi đã thực hiện đề tài " Thiết kế kỹ thuật thiết bị cán tôn phục vụ cho các
cơ sở bán tôn ở Nha Trang " . Đây là một vấn đề có tính khả thi cao và cần thiết.
Thiết bị cán tôn được thiết kế trong đồ án không đòi hỏi chế tạo với điều kiện kỹ
thuật công nghệ cao . Nên đối với ngành cơ khí của nước ta hiện nay thì việc chế
tạo nó là việc hoàn toàn thực hiện được .
Mặc dù được hướng dẫn tận tình của Thầy giáo, nhưng do vốn kiến thức của
em còn hạn chế, tài liệu khan hiếm, thời gian có hạn và chưa có nhiều kinh nghiệm
thực tế lại phải giải quyết một nhiệm vụ lớn . Nên quá trình thiết kế này sẽ không
2

tránh khỏi những sai sót và thiếu sót . Rất mong được sự góp ý của các Thầy cô và
các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn .
Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Ba, khoa Cơ Khí, các cán bộ công
nhân viên xưỡng cán tôn trên địa bàn thành phố Nha Trang đã giúp đỡ tôi hoàn
thành đề tài này.

Nha Trang, Tháng 9 năm 2009.
Nguyễn Văn Khánh

3

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH CUNG CÁP TÔN LỢP
VÀ NHU CẦU THIẾT BỊ Ở NHA TRANG
1.1. Khái niệm .
Trong cuộc sống hiện nay, nhu cầu về tấm lợp ngày càng cao. Người ta sản
xuất và sử dụng rộng rải, phổ biến nhất là tôn kim loại. Đó là những tấm kim loại
được dát mỏng, thường sử dụng với chiều dày từ 0,25mm đến 0,5mm, với chiều
rộng từ 0,92m đến 1,22m. Tôn sử dụng nhiều làm tấm lợp, che chắn .
Hiện nay tôn phẵng được sản xuất thành từng cuộn là chủ yếu,với khối lượng
mổi cuộn khoản 5 tấn, chiều dày và chiều rộng nhất định. Các loại tôn cuộn thường
được nhập khẩu từ nước ngoài như: BHP - ÚC, NKK- NHẬT, ANMAO- ĐÀI
LOAN, HÀN QUỐC Và đã có sẳn lớp bảo vệ oxi hóa thường gọi là tôn mạ màu,
tôn mạ kẻm, tôn lạnh . Để tăng thêm độ cứng vững và thuận tiện khi sử dụng người
ta tạo sóng cho nó và vấn đề tạo sóng là vấn đề cần thiết cho sử dụng. Việc tạo sóng
tôn cũng là bước công nghệ quan trọng và liên quan đến nhiều yếu tố.
Tùy thuộc yêu cầu sử dụng mà người ta chọn biên dạng sóng mà tạo sóng
thẳng hay sóng ngói. Tôn sóng thẳng có tôn sóng vuông và sóng tròn, loại sóng tròn
do trước đây sản xuất theo cỡ nên gây khó khăn trong việc sử dụng .
So với các loại tấm lợp ở nước ta thường sử dụng như ngói, nhựa,mirô xi
măng, giấy lợp Thì tôn kim loại có nhiều ưu điểm hơn, đặc biệt là loại tôn sóng (
sóng vuông, sóng ngói ), sản xuất theo công nghệ mới, cán cắt theo yêu cầu sử dụng
và được thể hiện

- Kích thước gọn nhẹ
- Ít hư hỏng, không thấm nước
- Kết cấu sàn lợp gọn, nhẹ, tiết kiệm được vật liệu ( thanh xà bằng gỗ hay thép )
- Tuổi thọ cao
- Bức xạ nhiệt
- Chiều dài tôn theo yêu cầu .
4

Nhờ những ưu điểm trên, cùng với sự phát triển của nền kinh tế mà công
nghệ chế tạo tôn được đầu tư phát triển đáp ứng nhu cầu và việc sử dụng tôn ngày
càng rộng rải .
1.2. Phân loại .
Việc phân loại tôn có nhiều cách . Có thể dựa vào thành phần vật liệu, công dụng
sản phẩm, biên dạng tôn, kích thước màu sắc Có thể phân loại sơ bộ như sau:
- Thành phần vật liệu có tôn kẻm, tôn nhôm, tôn thép, tôn mạ kẻm, mạ nhôm
- Theo màu sắc
- Theo số sóng: 5 sóng, 7 sóng, 9 sóng,11 sóng
- Theo công dụng: Loại mái vòng, mái thẳng, tôn lạnh
- Theo biên dạng: Tôn sóng vuông,sóng tròn, sóng ngói
- Theo chiều dày: 0,3mm, 0,4mm, 0,45mm
1.3. Các loại biên dạng tôn thường gặp .
a. Loại sóng thẳng .
+ Sóng tròn:




5

+ Sóng vông:

b. Loại sóng ngói:


6

1.4. Vật liệu chế tạo .
Vật liệu làm tôn là những tấm thép các bon chất lượng trung bình ( ). Được
sử dụng rộng rải, sản lượng cao,dể khai thác, dể chế tạo, giá thành hạ .
Loại tôn thép các bon kém bền trong môi trường không khí nước mưa Để
khắc phục hiện tượng trên người ta thường mạ kẻm, thiếc hoặc sơn màu sau khi đã
cán thành tấm.
Tôn hợp kim thì bền nhưng giá thành cao.
Tôn nhôm nhẹ, dẻo, dể cán, uốn, bền trong không khí nhưng giá thành cao và
hiệu lực kém .
1.5. Nhu cầu sử dụng .
Trước đây do nhu cầu chất lượng cuộc sống thấp, công nghệ chưa phát triển,
vấn đề tấm lợp chưa được quan tâm . Cùng với thời gian loại tấm lợp bằng tôn được
ra đời, được cải thiện lần, và đã sản xuất ra những loại tấm đã tạo lượn sóng sẳn và
có các kích thước nhất định. Nhưng loại này giá thành cao, không thuận lợi cho sử
dụng,nên nhu cầu sử dụng còn hạn chế .
Ngày nay cùng với sự phát triển chung của khoa học kỷ thuật, sự hội nhập và
hợp tác, đầu tư sản xuất. Nền kinh tế nước ta đã từng bước phát triển, đưa tiến độ
khoa học vào thực tế sản xuất, đời sống dần dần được nâng cao. Từ đó nảy sinh
nhiều nhu cầu thiết yếu vấn đề xây dựng cơ bản, kết cấu hạ tầng ngày càng nhiều.
Do vậy vấn đề sử dụng tấm lợp mà nhất là tôn ngày càng nâng lên. Nó đặt ra một số
yêu cầu mới về giá tôn chịu nhiệt, tôn sóng vuông, tôn sóng tròn, tôn sóng ngói, tôn
mái vòm. Tôn sóng có nhiều cỡ sóng,kích thước chiều ngang từ 0,92m đến 1,22m.
Nên việc lựa chọn loại tôn để sử dụng rất dể dàng .

Nhìn chung việc lựa, sử dụng loại sóng tôn ( sóng vuông, sóng tròn hay sóng
ngói ) nó còn tùy thuộc vào đặc điểm lối kiến trúc của công trình xây dựng. Đa số
hiện nay người ta sử dụng tôn sóng thẳng (Sóng vuông, sóng tròn ) và nó phù hợp
thẩm mỹ với nhà thông dụng và công nghiệp. Cùng chủng loại tôn nhưng tôn sóng
ngói có giá thành cao hơn một ít. Tôn sóng ngói dùng phù hợp với những nhà có
kiến trúc hiện đại ( 4 mái, 6 mái ), biệt thự, hoặc các kiểu kiến trúc cổ mà về yêu
7

cầu thẩm mỹ không thể thay bằng tôn sóng thẳng được, nên nhu cầu sử dụng tôn
sóng ngói ít hơn . Trong tương lai theo đà phát triển, nhu cầu về thẩm mỹ thì tôn
sóng vuông cũng có triển vọng cao . Một đặc điểm nữa của tôn sóng vuông là nó chỉ
lợp một chiều nên khi sử dụng lợp các phần chéo thì phải bỏ một phần diện tích tôn
1.6. Thiết bị cán tôn và nhu cầu sử dụng .
a. Thiết bị cán tôn:
Thiết bị cán tôn là thiết bị gia công áp lực dùng biến dạng dẻo để biến dải
kim loại phẳng thành sản phẩm tấm có hình sóng, tiết diện ngang của các sản phẩm
cán có hình dáng khác nhau, nhưng có đặc điểm chung phải là độ dày sản phẩm ở
mọi điểm không khác nhau mấy .
Trên một thiết bị cán tôn có nhiều cặp trục cán nằm liên tiếp nhau. Sản phẩm
được hình thành từ tấm hoặc dải lần lượt đi qua nhiều cặp trục, mà ở mổi nhiều cặp
trục vật cán được tạo hình dần dần tiến đến hình dáng, tiết diện của sản phẩm cuối
cùng .
Quá trình cán tôn được thực hiện liện tục trên nhiều giá cán đứng liên tiếp
nhau trong cùng một hàng dọc. Nhờ lực ma sát giữa các con lăn quay và tấm kim
loại mà phôi cán chuyển động tịnh tiến ăn liền vào giá cán đứng sau. Mà giữa các
giá cán đó không sảy ra hiện tượng chùn hoặt đứt kim loại cán. Để đảm bảo quá
trình cán diển ra liên tục thì thể tích kim loại đi qua các giá cán cùng một lúc trong
một đơn vị thời gian phải bằng nhau.
So với dập, uốn thì việc cán tôn trên máy cán liên tục có những ưu điểm sau
hơn như:

. Năng suất cán cao
. Chất lượng sản phẩm tốt, ít bị khuyết tại
. Dễ cơ khí hóa và tự động hóa trong quá trình sản xuất
Nhược điểm:
. Vốn đầu tư ban đầu lớn
. Nhiều thiết bị phụ
. Chiếm nhiều diện tích nhà xưởng
8

b. Nhu cầu sử dụng thiết bị cán tôn sóng .
Do nhu cầu sử dụng tôn ngày càng tăng và để giảm giá thành sản phẩm . Chủ
động trong việc đáp ứng nhu cầu của người sử dụng về màu sắc, vật liệu, độ dày và
chiều dài của tôn. Đòi hỏi các nhà sản xuất, kinh doanh hùn bán tôn phải tìm ra giải
pháp tối ưu đáp ứng được yêu cầu đó và hiện nay các phân xưỡng cán tôn cũng
được xây dựng một cách cơ bản.
Cùng với sự phát triển của nền kinh tế nói chung và nhu cầu tấm lợp tôn nói
riêng . Hiện nay trên địa bàn thành phố Nha Trang đã có một số phân xưỡng cán tôn
của các công ty tư nhân hoạt động sản xuất. Các phân xưỡng cán tôn tư nhân ở
đường Đường 2-4, Nha Trang. Như Công Ty TN-TM Hoàng Quang , Công Ty
TNHH-TM Phát Huy, Nhà máy Tole Hoa My Các phân xưỡng này chủ yếu sử
dụng các thiết bị cán tôn có một hoặc hai tầng cán. Chuyên cán tôn sóng vuông,
sóng tròn, sóng ngói do Đài Loan hay TPHCM sản xuất.
Nước ta chưa sản xuất được các loại vật liệu làm tôn, nên các phân xưởng
cán tôn trên chủ yếu sử dụng dụng phôi liệu nhập từ các nước Nhật, Úc, Đài Loan,
Hàn Quốc phôi liệu là những tấm kim loại phẳng có chiều rộng từ 0,92m đến
1,3m. Được sơn hay mạ sẵn và được quấn thành cuộn khoản 5 tấn.
Với nhu cầu thực tế hiện nay. Cùng với sự hướng dẫn của thầy PGS.TS.
Nguyễn Văn Ba, việc hướng đến đề tài thiết kế thiết bị cán tôn sóng là vấn đè cần
thiết vầ thực tế .

9

CHƯƠNG II:
CÔNG NGHỆ CÁN TÔN SÓNG
2.1. LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CÁN KIM LOẠI .
2.1.1 Biến dạng dẻo của kim loại khi cán .
a. Tổng quát:
Để nghiên cứu quá trình biến dạng ta nghiên cứu mối quan hệ giữa ứng suất
và biến dạng sinh ra. Trên thực tế khi gia công sản phẩm cũng như khi cho máy
hoạt động, kim loại chịu tác dụng của nhiều tải trọng với trạng thái ứng suất ba
chiều. Tuy nhiên để đơn giản hoá, quá trình biến dạng thường được nghiên cứu
dưới tác dụng của tải trọng kéo và lấy nó làm trường hợp điển hình, vì nó thể hiện
rõ ràng các giai đoạn biến dạng. Các giai đoạn biến dạng bao gồm: biến dạng đàn
hồi, biến dạng dẻo và phá hủy. Phương pháp thử kéo cũng là phương pháp chủ yếu
để đánh giá cơ tính của vật liệu và so sánh các vật liệu với nhau.
Theo Sức bền vật liệu, khi tăng dần lực kéo F
0
đặt dọc trục một mẫu kim loại
tròn, có chiều dài l
0
, đường kính d
0
sau đó lập quan hệ giữa lực kéo F và độ dãn dài
(biên độ tuyệt đối) l = l – l
0
, ta được biểu đồ kéo với dạng điển hình như trên hình
2.4. Biểu đồ này cho ta một khái niệm chung về các loại biến dạng và phá hủy.
F
Fb
Fa

F®h
F1
0
a'
a"
e
a
b
l

Hình 2.4. Sơ đồ biến dạng điển hình của kim loại
10

Biến dạng đàn hồi: khi tải trọng đặt vào nhỏ, F tăng dần từ 0 đến F
đh
, độ biến
dạng (ở đây biểu thị bằng độ dãn dài l) tăng dần theo qui luật tuyến tính với tải
trọng, khi bỏ tải trọng biến dạng mất đi. Giai đoạn Oe trên hình được gọi là giai
đoạn đàn hồi, được đặc trưng bởi F
đh
và ứng suất đàn hồi 
đh
.
Biến dạng dẻo: khi tải trọng đặt vào lớn, F > F
đh
, độ biến dạng tăng nhanh
theo tải trọng, khi bỏ tải trọng biến dạng không bị mất đi mà vẫn còn lại một phần.
Ví dụ khi đặt tải trọng F
a
mẫu bị kéo dài theo đường Oea tức dài thêm đoạn Oa”,

nhưng khi bỏ tải trọng mẫu bị co lại theo đường song song với đoạn Oe nên cuối
cùng vẫn còn bị dài thêm một đoạn Oa’. Như vậy biến dạng dẻo là biến dạng có
kèm theo sự thay đổi kích thước của hình dáng khi bỏ tải trọng. Hiện tượng biến
dạng tăng khi ứng suất (lực) tăng không đáng kể gọi là sự chảy của vật liệu, ứng
suất tương ứng gọi là giới hạn chảy 
ch
.
Nhờ biến dạng dẻo ta có thể thay đổi hình dạng, kích thước kim loại tạo nên
nhiều chủng loại phong phú đáp ứng tốt yêu cầu sử dụng.
Phá hủy: nếu tiếp tục tăng tải trọng đến giá trị cao nhất F
b
, lúc đó trong kim
loại xảy ra biến dạng cục bộ (hình thành cổ thắt), tải trọng tác dụng giảm mà biến
dạng vẫn tăng (cổ thắt hẹp lại) dẫn đến đứt và phá hủy ở điểm C.




a) b) c) d)

Hình 2.5. Sơ đồ biến đổi mạng tinh thể
a) Ban đầu b) Biến dạng đàn hồi
b) Biến dạng kéo d) Phá hủy
Sự biến đổi về mạng tinh thể ở ba trạng thái trên được trình bày như hình 2.5.
11

Khi biến dạng đàn hồi các nguyên tử chỉ dịch chuyển đi khoảng cách nhỏ
(không quá một thông số mạng), thông số mạng tăng từ a lên a+a, tức là chưa sang
vị trí cân bằng mới nên khi bỏ tải trọng lại trở về vị trí cân bằng cũ. Biến dạng đàn
hồi xảy ra do cả ứng suất tiếp lẫn ứng suất pháp. Khi biến dạng dẻo nguyên tử dịch

chuyển đi khoảng cách lớn hơn (quá một thông số mạng) nên khi bỏ tải trọng nó trở
về vị trí cân bằng mới. Biến dạng dẻo chỉ xảy ra do ứng suất tiếp. Khi biến dạng đàn
hồi và dẻo lực liên kết giữa các nguyên tử vẫn được bảo tồn, còn khi phá hủy các
liên kết bị hủy hoại dẫn đến đứt rời.
2.1.2 Lý thuyết trượt .
Trượt là sự xê dịch của từng mặt nguyên tử song song với nhau mà không làm thay
đổi cấu trúc tinh thể.
Bất kỳ dạng tải trọng nào có thành phần tương ứng với ứng suất tiếp làm xê
dịch nguyên tử đều có thể tạo ra trượt. Tải trọng kéo (hoặc nén) thuần túy sinh ra
ứng suất pháp chỉ làm thay đổi khoảng cách nguyên tử gây ra biến dạng đàn hồi
hoặc phá hủy khi ứng suất đủ lớn. Ứng suất tiếp nhỏ chỉ làm xê dịch đàn hồi các
nguyên tử (hình 2.5), làm thay đổi hình dáng và kích thước tinh thể khi bỏ tải hoặc
gây song tinh tạo biến dạng dư.
a. Các mặt và phương trượt .
Quá trình trượt xảy ra theo các mặt và các phương tinh thể xác định gọi là
các mặt và phương trượt. Phương trượt nằm trên mặt trượt. Mặt trượt và phương
trượt lập thành một hệ trượt. Như vậy trong các kim loại phương trượt luôn là
phương xếp chặt còn các mặt trượt có thể là mặt xếp chặt hoặc không xếp chặt.
Khả năng biến dạng dẻo của kim loại có thể đánh giá theo hệ số trượt (tức là
tích của số mặt trượt với số phương trượt) và độ xếp thể tích M
V
(mật độ nguyên
tử). Ví dụ kim loại có mạng tinh thể lập phương tâm mặt và mạng lục giác xếp chặt
tuy có M
V
gần bằng nhau nhưng hệ số trượt khác nhau nên khả năng biến dạng dẻo
của chúng khác nhau. Kim loại mạng lập phương tâm mặt do có hệ số trượt lớn hơn
nên chúng dễ biến dạng dẻo hơn. Kim loại mạng lập phương tâm khối tuy có hệ số
trượt lớn nhưng M
V

nhỏ nên biến dạng dẻo kém hơn kim loại mạng lập phương tâm
12

mặt. Ví dụ thao tác dập cán kéo thép thường thực hiện ở nhiệt độ cao (900
0

1000
0
C) vì ở nhiệt độ đó thép dễ biến dạng vì có mạng lập phương tâm mặt, trong
khi ở nhiệt độ thấp nó có mạng lập phương tâm khối khó biến dạng dẻo.
Khảo sát vai trò của định hướng mặt trượt đến khả năng trượt, tức khả năng
biến dạng dẻo. Muốn trượt xảy ra để có biến dạng dẻo thì trong hệ số trượt ứng suất
tiếp phải đạt được một trị số tới hạn, xác định đối với mỗi kim loại hay hợp kim gọi
là ứng suất trượt (xê dịch tới hạn 
th
).
b. Ứng suất gây ra trượt .
Ta hãy phân tích thành phần ứng suất trong hệ trượt của một mẫu thử hình
trụ đơn tinh thể chịu lực kéo P có tiết diện ngang là S
0
(hình 2.6).



m
S
S0
n
P
P

P

Hình 2.6. Định hướng của hệ trượt với ngoại lực
Mặt trượt là hình elip gạch chéo có pháp tuyến O
n
hợp với phương kéo qua
góc . Phương trượt O
m
hợp với OP (giao tuyến giữa mặt trượt và mặt phẳng qua
O
n
và P) góc . Diện tích mặt trượt là:



cos
S
S
0

Ứng suất pháp tác dụng lên mặt trượt có trị số:
13






2
0

0
p
n
m
cos
cos
S
cos.P
S
P

Ứng suất 
n
chỉ gây ra biến dạng đàn hồi hoặc phá hủy, ứng suất tiếp 
m
gây
ra biến dạng dẻo được tính bằng:








cos.2sin.
2
1
cos
S

cos.sin.P
cos
S
cos.P
S
P
00
p
m
m

Điều kiện để trượt xảy ra là 
m
 
th
.
Như vậy khả năng biến dạng dẻo ngoài độ lớn của tải trọng bên ngoài còn
phụ thuộc vào định hướng của mặt trượt nữa. Rõ ràng là nếu  = 0
0
hoặc 90
0
thì dù
ngoại lực khá lớn, 
m
luôn bằng 0 và trượt không xảy ra. Vị trí thuận lợi nhất của
mặt trượt là  = 45
0
, khi đó 
m
đạt giá trị là

 cos.
2
1
0
.
Tóm lại với một tải trọng xác định, trị số của ứng suất trượt thay đổi theo
định hướng của hệ trượt với phương tải trọng. Trong tinh thể gồm nhiều mặt trượt
khác nhau thì quá trình biến dạng dẻo bằng trượt xảy ra sau trượt tiến trong mặt có
định hướng thuận lợi, sự phát triển dần sang các mặt kém thuận lợi hơn. Điều này
giải thích tại sao kim loại có dạng lập phương tâm mặt lại luôn bị biến dạng dẻo khi
chịu tải thích hợp trước khi bị phá hủy.
b. Cơ chế trượt .
Trượt là một trong các yếu tố gây ra hiện tượng dẻo. được thực hiện bằng xê
dịch nguyên tử. Dưới đây sẽ xem xét kỹ hơn cơ chế xê dịch nguyên tử trên các mặt
trượt để tạo ra bậc cấp trên mặt ngoài tinh thể trong hai trường hợp: tinh thể lý
tưởng và tinh thể thực.

14


A
1 2 3 4
5 6
7 8 9
B C D E F G H I


Hình 2.7. Sơ đồ trượt trong tinh thể lý tưởng

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

tử ABC biểu diễn lớp nguyên tử phía trên mặt trượt có dãy 1, 2, 3, biểu diễn lớp
nguyên tử phía dưới mặt trượt. Khoảng cách giữa hai lớp nguyên tử là a còn giữa
các nguyên tử của một lớp là b. Để có biến dạng dư thì cả lớp nguyên tử ABC
phải xê dịch tương ứng với lớp 1, 2, 3, một đoạn bằng b sao cho có nguyên tử ở
vào vị trí cân bằng mới, trùng với nút mạng tinh thể. Lực cần thiết cho xê dịch đó
liên quan đến sự thay đổi lực liên kết nguyên tử khi trượt. Lực tác dụng lên nguyên
tử A khi nó dịch chuyển một đoạn
2
b
x  là lực hút từ phía nguyên tử 1 và khi
2
b
x  là lực hút từ phía nguyên tử 2. Tại vị trí
2
b
x  (cân bằng không bền) và x =
0, b (cân bằng bền).
Vậy lực F cần thiết mà nguyên tử phía phải thắng để thực hiện xê dịch
0 < x < b
có thể là một hàm tuần hoàn của x với dạng hình sin (hình 2.8) với biên độ k.
Mặt trượt
15

b
x2
sin.k)x(F


Hệ số k là giá trị cực đại của hàm f(x) và được xác định trên cơ sở định luật
Hooke cho các biến dạng nhỏ.

Thật vậy, khi x << a, độ xê dịch đàn hồi:
a
x
G.G.F vµ
a
x


Mặt khác khi x << b thì có thể xem.
b
x2
b
x2
sin



Do đó:
b
x2
.k
a
x
.GF



Rút ra



2
G
.
b
a
k

F
b/2 x


Hình 2.8. Lực trượt trong tinh thể lý tưởng

Khi a  b thì


2
G
k . Đó là lực lớn nhất cần tác dụng lên mặt trượt để thực
hiện biến dạng dẻo. Vậy nó cũng phản ánh độ bền xê dịch lý thuyết của tinh thể.
16



2
G
lth

Các tính toán với dạng hàm F(x) chính xác hơn cho 
lth

nhỏ hơn
30
G
lth

Độ bền lý thuyết tính theo hai công thức trên lớn hơn các kết quả thực
nghiệm tới hàng nghìn lần. Sự sai khác quá lớn giữa độ bền lý thuyết và thực tế cho
thấy sự trượt xảy ra trong kim loại dễ dàng hơn nhiều so với tinh thể lý tưởng. Lý
thuyết lệch đã giải thích cơ chế trước đây là xê dịch của một nhóm nguyên tử nhờ
lệch mạng có sẵn trong tinh thể chuyển động.

A
1 2 3 4
5
6 7 8 9
B C D E F G H I

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

Hình 2.9 cho thấy cách sắp xấp nguyển tử xung quanh một lệch biên thay đổi
như thế nào khi nó chuyển vị trí đến lúc gặp mặt ngoài tinh thể tạo một bậc cấp có
độ lớn bằng véctơ Bungers. Bằng cách đó mỗi lần di chuyển lệch thực hiện được
một xê dịch bằng khoảng cách nguyên tử. Xê dịch đó được minh hoạ trên hình 2.10
như sau: Dưới tác dụng của ứng suất tiếp các nguyên tử phía trên mặt trượt dịch
17

sang phải a  a’, b  b’, c  c’, h  h’ còn các nguyên tử phía dưới dịch chuyển
sang trái i  i’, k  k’, m  m’ bằng cách xê dịch nhỏ so với khoảng cách nguyên
tử. Kết quả là mặt phẳng đứng m – e bị chia đôi một mức he biến thành bán mặt eh’,
nửa kia hợp với bản mặt cũ thành mặt phẳng đứng ma’. Như vậy lệch đã chuyển vị

trí xuất phát d sang vị trí mới h’.
a
e
b
b'
f'
f
c
c'
g'
g
h
h'
d'
d
i
i'
k
k'
l'
l
M

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

Để lệch chuyển động được thì ứng suất tiếp phải đạt được trị số cần thiết
nhằm vượt cản trở thế năng giữa hai vị trí lân cận. Dựa vào giả thiết về cách sắp xếp
gần đúng nguyên tử ở gần lệch và về quy luật biến đổi lực lượng tương tác nguyên
tử, Peierls – Nabarro đã tính được ứng suất tiếp giới hạn – ứng suất tối thiểu để lệch

bắt đầu chuyển động là:










b
a
vv
G
np
.
1
2
exp
1
2
_



Trong đó:

P-N
: là ứng suất tới hạn Peierls – Nabarro.

a: là khoảng cách giữa các mặt nguyên tử song song với mặt trượt.
18

b: là khoảng cách nguyên tử trong phương trượt.
Công thức tính ứng suất Peierls – Nabarro thể hiện quy luật lựa chọn của
biến dạng dẻo. Khi a và b có trị số nhỏ thì 
P-N
sẽ nhỏ, tức lệch trượt dễ dàng. Điều
đó giải thích tại sao trượt thường xảy ra theo mặt xếp chặt và phương xếp chặt. Để
so sánh 
P-N
với


tl.h
hay a  b và v  1/3 khi đó:
3
NP
10
.
8
G3



Thực ra việc tính ứng suất tới hạn khá phức tạp do chưa biết chính xác về
cấu tạo và liên kết nguyên tử trong vùng lõi lệch. Ngoài ra, toàn bộ đường lệch
không nhất thiết phải chuyển đổi song song đồng thời như giả thiết. Nó có thể bị
uốn khúc để tương ứng với trạng thái năng lượng tháp nhất. Khi đó ứng suất tới hạn


P-N
chắc

sẽ có trị số nhỏ hơn.
Tóm lại trong tinh thể lý tưởng trượt xảy ra bằng cách các nguyên tử trên mặt
trượt xê dịch cùng một lúc như một khối cứng trên một khoảng cách nguyên tử, do
đó cần phải có ngoại lực rất lớn. Trong tinh thể thực, trượt thực hiện bằng chuyển
động của lệch nhờ các xê dịch rất nhỏ (so với khoảng cách nguyên tử) của các
nguyên tử gần như lệch nên chỉ cần ngoại lực tương đối nhỏ (giống như sự xê dịch
của bộ quân bài tạo ra các bậc thang).
2.1.3. Lý thuyết cán .
Trong thực tế có nhiều phương pháp gia công bằng áp lực trong đó cán là
phương pháp chủ yếu trong kỷ nghệ gia công áp lực đó . Phần lớn các sản phẩm
thép ( Nhôm , Inoc ) được sản xuất ra từ các nhà máy là sản phẩm của quá trình
cán dưới dạng : Tấm , hình ống , dạng đặc biệt
Khác với các phương pháp gia công áp lực khác ( Kéo , ép ,dập , rèn ) quá
trình biến dạng kim loại khi cán . vì vậy cán là một phương pháp gia công có năng
suất cao . Các máy cán hiện đại có khả năng cơ khí hóa và tự động hóa rất cao . Vận
tốc cán có thể 20 - 40 m/ ph