THIẾT kế CHẾ tạo mô HÌNH máy cán, cắt tôn tự ĐỘNG

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến các Thầy Cô trong Khoa Cơ Khí
Trường Đại Học Nha Trang, đặc biệt là các Thầy trong bộ môn Cơ điện tử đã truyền
thụ những kiến thức quý báu cho em trong những năm học qua.
Em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Văn Tường, Thầy Đỗ Quốc Chí, giảng
viên Trường Đại Học Nha Trang đã tận tâm hướng dẫn, cung cấp tài liệu và tạo mọi
điều kiện thuận lợi để em có thể hoàn thành tập đồ án này.
Xin chân thành cảm ơn những người bạn, những người thân đã giúp đỡ và động
viên trong quá trình thực hiện đồ án và trong học tập.


Trường Đại Học Nha Trang
Sinh viên thực hiện
Ngô Văn Tuấn
Vũ Ngọc Tuấn





i
MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC i
DANH MỤC BẢNG BIỂU iii
DANH MỤC HÌNH iv
LỜI NÓI ĐẦU vi
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY CÁN, CẮT TÔN 2
1.1.Tình hình thế giới 3

1.2. Tình hình trong nước 3
1.3. Giới thiệu về tôn sóng và nhu cầu sử dụng 3
1.3.1. Giới thiệu về tôn sóng 3
1.3.2. Phân loại 4
1.3.3. Các loại biên dạng tôn thường gặp 4
1.3.4. Vật liệu chế tạo 5
1.4. Nhu cầu sử dụng 5
CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ CÁN TẠO SÓNG VÀ CẮT TÔN 7
2.1. Công nghệ cán 8
2.1.1. Lý thuyết cán 8
2.1.2. Lý thuyết quá trình uốn 10
2.1.3. Quá trình tạo sóng tôn 14
2.1.4. Sơ bộ về dây chuyền cán tôn tạo sóng 14
2.1.5. So sánh, chọn phương án thiết kế máy và nguyên lý 17
2.1.5.1. Cơ sở tính toán thiết kế biên dạng sóng tôn 18
2.1.5.2. Xác định kích thước con lăn cán 19
2.1.6.Các phương án thiết kế máy, phân tích chọn phương án 19
2.1.7. Chọn phương án truyền động chính cho dây chuyền cán 20
2.1.8. Thiết kế động học trong hệ thống 24
2.1.8.1. Tính năng kỹ thuật của dây chuyền 24
2.1.8.2. Thiết kế động học 25
ii
2.1.8.3. Thiết kế bộ truyền xích 29
2.1.8.4. Thiết kế trục 31
2.2. Công nghệ cắt 37
2.2.1. Tính toán lực cắt đứt tôn 37
2.2.2. Thiết kế cơ cấu điều chỉnh khe hở giữa hai trục cán 39
2.2.2.1.Xác định đường kính bulong 40
2.2.2.2. Xác định đường kính dày lo xo 40
2.2.3. Thiết kế thân dây chuyền cán 41

2.2.4. Lắp đặt vận hành bảo dưỡng dây chuyền cán 41
2.3.1. Quy trình chế tạo dây chuyền cán 43
2.3.1.1. Tính áp lực cán 43
2.3.1.2. Tính công suất động cơ 45
2.3.1.3. Lựa chọn phương pháp truyền động 48
2.3.2.Thiết kế chế tạo hệ thống cắt 50
2.3.2.1. Tính lực cắt 50
2.3.2.2. Tính toán xilanh truyền lực cho hệ thống cắt 50
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠCH VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 53
3.1.Giới thiệu về PLC 54
3.1.1. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của PLC 54
3.1.2. Nguyên lý hoạt động của PLC 56
3.2. Sơ đồ tổng thể mạch điện hệ thống 64
3.2.2. Encoder 65
3.2.3 Rơ le 66
3.3. Khí nén 67
3.3.1. Van khí nén 67
3.3.2. Sơ đồ điều khiển 68
3.3.3. Sơ đồ giải thuật 68
CHƯƠNG 4 77
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 77
4.1. Kết quả nghiên cứu 78
4.2. Kết luận và hướng phát triển 78
iii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Tính biên dạng sóng nhô cao. 18
Bảng 2.2: Tính biên dạng sóng thấp xuống. 18
Bảng 2.3: Tính áp lực cán biên dạng nhô cao 25
Hình 2.4: Tính áp lực cán biên dạng thấp xuống 25
Bảng 2.5: Bảng tính các thông số 28

Hình 2.6: Bảng tính momen và công suất 29
Bảng 2.7: Thông số mô hình thực tế 44
Bảng 2.8: Momen mô hình thực tế 45
Bảng 2.9: Thông số trục 45
iv
DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Các dạng sóng tôn. 5
Hình 2.1: Cán dọc 5
Hình 2.2: Cán ngang 9
Hình 2.3: Trước khi uốn 10
Hình 2.4: Sau khi uốn 10
Hình 2.5: Bộ phận truyền động 15
Hình 2.6: Cán lệch 20
Hình 2.7: Cán đối xứng 20
Hình 2.8: Truyền động bằng dầu ép 21
Hình 2.9: Truyền động bằng cơ khí 22
Hình 2.10: Truyền động bằng trục vít, bánh vít 23
Hình 2.11: Truyền động xích 23
Hình 2.12: Sơ đồ nguyên lý dây chuyền cắt 24
Hình 2.13: Biên dạng sóng 25
Hình 2.14: Trục 26
Hình 2.15: Trục bị động 32
Hình 2.16:Trục dẫn động 32
Hình 2.17: Biểu đồ lực 34
Hình 2.18: Độ võng trục 36
Hình 2.19: Pittong 38
Hình 2.20: Cơ cấu điều chỉnh khe hở 40
Hình 2.21: Thân máy 41
Hình 2.22: Biên dạng sóng thực 44

Hình 2.23: Trục 44
Hình 2.24: Cặp trục trơn. 46
Hình 2.25: Cặp trục một sóng. 46
Hình 2.26: Cặp trục ba sóng 47
Hình 2.27: Gối trên 47

Hình 2.28: Gối dưới 47
v
Hình 2.29: Ổ bi 47

Hình 2.30: Khung gối 47
Hình 2.31: Đế mô hình 48
Hình 2.32: Xích ống con lăn 48
Hình 2.33. Bánh xích 49
Hình 2.34: Truyền động xích 49
Hình 2.35: Dao dưới 51
Hình 2.36: Dao trên 51
Hình 2.37: Mô hình thực tế 52
Hình 3.1: Thanh rack 55
Hình 3.2: Cấu tạo PLC 57
Hình 3.3: Lập trình có cấu trúc 60
Hình 3.4: Hàm thư viện 63
Hình 3.5: Sơ đồ mạch điện hệ thống 64
Hình 3.6: Các loại Encoder 65
Hình 3.7: Rơle 66
Hình 3.8: Van đảo chiều 5/2 tác động bằng nam châm điện 67
Hình 3.9: Sơ đồ điều khiển. 68
Hình 3.10: Sơ đồ thuật toán 70
Hình 4.1: Mô hình thực tế 79

vi
LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển và hội nhập của nền kinh tế đất nước với các nước trong
khu vực và thế giới, kể từ những năm đầu của sự nghiệp đổi mới đến nay, nền kinh tế
nước ta đã có những chuyển biến rõ rệt, trong đó có ngành công nghiệp nói chung
cũng đã có những bước nhảy vọt. Bắt đầu từ việc chuyển giao công nghệ tiên tiến của
nước ngoài. Dưới nhiều hình thức dẫn đến việc nghiên cứu, thay thế một số linh kiện
và từng bước tự động hóa dây chuyền sản xuất. Chính điều đó làm tăng tính hiệu quả
về mặt kinh tế, giải quyết gánh nặng việc làm cho xã hội mà còn nâng cao 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 đang được quan tâm, nhu cầu sử dụng tấm lợp ngày càng tăng. Đặc biệt là các 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, mẫu mã đẹp thì việc thiết kế chế tạo một “MÔ HÌNH MÁY CÁN,
CẮT TÔN TỰ ĐỘNG” là cần thiết. Sử dụng được lao động trong nước mà chỉ nhập
tôn cuộn từ nước ngoài.
Sau một thời gian dài nghiên cứu, được sự giúp đỡ của các thầy trong Bộ môn
Cơ điện tử và sự tận tình hướng dẫn của thầy Nguyễn Văn Tường, thầy Đỗ Quốc Chí.
Chúng tôi đã thực hiên đề tài “THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY CÁN, CẮT
TÔN TỰ ĐỘNG”. Đề tài được chia thành hai phần riêng biệt, cơ khí và lập trình cho
hai người trong một nhóm thực hiện.
• Phần thiết kế cơ khí – Vũ Ngọc Tuấn
• Phần lập trình và điều khiển – Ngô Văn Tuấn
Mặc dù được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo nhưng vốn kiến thức hạn chế,
tài liệu khan hiếm, thời gian ngắn và chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế nên quá trình
thực hiện đề tài không tránh được sai sót. Rất mong được sự góp ý của Thầy và các
bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Tường, thầy Đỗ Quốc Chí, các
Thầy trong Bộ môn Cơ điện tử, các bạn lớp 48 CKCD đã giúp em thực hiện xong đề
tài này .

Nha Trang, tháng 6 năm 2010
Sinh viên thực hiện:
Ngô Văn Tuấn
Vũ Ngọc Tuấn




2











CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ MÁY CÁN, CẮT TÔN


3

1.1.Tình hình thế giới
Công nghệ và thiết bị cán, cắt tôn hiện nay rất đa dạng và phong phú. Phần lớn
các nhà máy hiện đại trên thế giới đều được tự động hoá ở một mức độ rất cao, cho sản
lượng và chất lượng rất tốt.
Về công nghệ cán, cắt tôn ngày nay chủ yếu tập trung vào những vấn đề như tăng
tốc độ cán và cắt sử dụng giàn cán nhiều tầng, bên cạnh đó là hỗ trợ đắc lực của các
thiết bị phụ như: các thiết bị thay trục cán nhanh, áp dụng điều khiển tự động, điều
khiển toàn dải cán ngay trong quá trình cán.
Về công nghệ cán và cắt tôn các nhà máy được tự động hoá hầu như 100% và sản
xuất đồng thời nhiều kích thước về chiều dài, chiều rộng lẫn chiều dày theo một
chương trình định sẵn qua máy tính. Điều này cho phép đáp ứng một cách linh hoạt
các đơn hàng đa kích thước của khách hàng.
1.2. Tình hình trong nước
Hiện nay các đất nước ta chưa nhà máy nào sản xuất được tôn tấm, các tấm tôn
được nhập khẩu từ các nước như: Úc, Nhật, Đài Loan, Hàn Quốc, Mĩ …Và đã có sẵn
lớp bảo vệ oxi hóa gọi là tôn mạ màu, tôn mã kẽm, . tôn lạnh. Tôn phẳng được sản
xuất từng cuộn là chủ yếu, với khối lượng mỗi cuộn khoảng 5 tấn, chiều dày và chiều
rộng nhất định.
Công nghệ cán và cắt ở nước ta cũng phong phú và đa dạng. Các nhà máy trang
bị những dây chuyền cán cắt tương đối hiện đại, có thể tạo ra nhiều chủng loại tôn
khác nhau như: sóng vuông, sóng ngói, và cán cắt theo yêu cầu của người sử dụng.
Dây chuyền của các nhà máy hiện nay gần như 100% là được trang bị hệ thống
cán, cắt tự động, có thể điều chỉnh được số lần cắt và chiều dài theo yêu cầu. Nhưng
hiện nay rất ít nhà máy được trang bị hệ thống dây chuyền máy cán, cắt tôn tự động
nhiều tầng.
Đây là một hệ thống dây chuyền mới, trên máy này được trang bị nhiều kiểu cán
hình tôn khác nhau.Do đó sẽ đem lại nhiều lựa chọn cho quá trình sản xuất, đồng thời
có thể tiết kiệm không gian nhà xưởng và công nhân điều khiển. Đây sẽ là một hướng
đi, hướng lựa chọn và phát triển của nhiều công ty và doanh nghiêp.

1.3. Giới thiệu về tôn sóng và nhu cầu sử dụng
1.3.1. Giới thiệu về tôn sóng
Trong cuộc sống hiện nay nhu cầu về tấm lợp ngày càng cao. Người ta sản xuất
và sử dụng rộng rãi, phổ biến nhất là tôn kim loại. Đó là những tấm kim loại được dát
mỏng, thường được sử dụng với chiều dày từ 0,25mm đến 0,5mm, với chiều rộng từ
0,92m đến 1,2m. Tôn được sử dụng nhiều làm tấm lợp che chắn.


4

Để tăng cứng vững và thuận tiện khi sử dụng người ta tạo sóng cho nó và vấn đề
tạo sóng là 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 vào yêu cầu sử dụng mà người ta chọn dạng biên sóng mà tạo sóng
thẳng hay sóng ngói.Tôn sóng thẳng có tôn sóng vuông và tôn sóng tròn.
So với các tấm lợp ở nước ta thường sử dụng như ngói, nhựa, miro xi măng, giấy
lợp…Thì tôn kim loại có nhiều ưu điểm hơn, đặc biệt là tôn sóng (sóng vuông, sóng
ngói ), sản xuất theo công nghệ mới, cán cắt theo yêu cầu sử dụng.
-Kích thước gọn nhẹ
-Ít hư hỏng
-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 theo yêu cầu
Nhờ những ưu điểm đó, 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 rãi.
1.3.2. 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 kẽm, tôn nhôm, tôn thép, mạ kẽm, mã nhôm…

-Theo màu sắc
-Theo sóng: 5 sóng, 7 sóng, 9 sóng, 11 sóng…
-Theo công dụng:Loại mái vòm, mái thẳng
-Theo biên dạng: Tôn sóng vuông, sóng tròn, sóng ngói …
-Theo chiều dày: 0,3mm, 0,4mm, 0,45mm…
1.3.3. Các loại biên dạng tôn thường gặp
a. Loại sóng thẳng
+Sóng tròn:





5

+Sóng vuông:


b. Loại sóng ngói:






Hình 1.1: Các dạng sóng tôn.
1.3.4. Vật liệu chế tạo
Vật liệu làm tôn là những tấm thép cacbon chất lượng trung bình, được sử dụng
rộng rãi, sản lượng cao, dễ khai thác, dễ chế tạo, giá thành hạ.
Loại tôn thép cacbon kém bền trong môi trường không khí, nước mưa, để khắc

phục hiện tượng này, người ta thường mã kẽm, thiếc hoặc sơn màu.
Tôn hợp kim thì bền nhưng giá thành cao.
Tôn nhôm nhẹ, dẻo, dễ cán, dễ uốn, bền trong không khí nhưng giá thành cao và
hiệu lực kém.
1.4. 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 ra đời, được
cải thiện, và đã sản xuất ra những loại tấm đã tạo lượn sóng sẵn và có các kích thước


6

có sẵn. Nhưng loại này có giá thành cao, không thuận lợi cho sử dụng nên nhu cầu sử
dụng còn hạn chế.
Ngày nay khi đời sống được nâng cao từ đó nảy sinh các nhu cầu thiết yếu về xây
dựng cơ bản. Do vậy vấn đế sử dụng tấm lợp nhất là tôn ngày càng nâng lên. Nó đặt ra
một số yêu cầu mới về giá tôn chịu nhiệt, tôn sóng vuông, sóng tròn, sóng ngói.
Nhìn chung việc lựa chọn, sử dụng loại tôn nào còn phụ thuộc vào lối kiến trúc
xây dựng của công trình. Đa số hiện nay người ta sử dụng tôn sóng thẳng (sóng vuông,
sóng tròn) phù hợp với thẩm mĩ với nhà thông dụng và công nghiệp. Cùng chủng loại
tôn nhưng tôn sóng ngói có giá thành cao hơn một ít.

7

CHƯƠNG 2
CÔNG NGHỆ CÁN TẠO SÓNG VÀ CẮT TÔN


8

2.1. Công nghệ cán
2.1.1. Lý thuyết cán
Trong thực tế có nhiều phương pháp gia công bằng áp lực trong đó cán là
phương pháp chủ yếu. Phần lớn các sản phẩm thép (nhôm, inox ) được sản xuất ra từ
các dạng tấm, hình ống, dạng đặc biệt
Khác với phương pháp gia công bằng áp lực khác (kéo, ép, đạp, rèn) kim loai sẽ
biến dạng khi gia công. Vì vậy cán là phương pháp có năng suất cao. Các máy hiện đại
có khả năng tự động hóa rất cao.Vận tốc cán có thể 20-40m/phút.
Công nghệ cán ngày càng hoàn thiện và được sử dụng rông rãi. Hiện nay đã hình
thành các trung tâm luyện cán tại Thái Nguyên, Biên Hòa, Đà Nẵng, Hải Phòng, Tp
HCM. Các trung tâm này đáp ứng nhu cầu các loại sản phẩm hiện nay.
a. Phân loại sản phẩm cán
Việc phân loại sản phẩm cán phải dựa vào thành phần vật liệu. Công dụng sản
phẩm, tổ chức công nghệ. Nhưng đăc trưng nhất của việc phân loại sản phẩm cán là
dựa vào hình dáng, tiết diện sản phẩm. Hầu hết các nước đều phân loại thành các
nhóm sau:
 Loại tấm: được chia thành 3 loại:
-Thép tấm dày: có chiều dày h>=25mm
Chiều rộng b = (600 – 1400) mm
-Thép tấm vừa: h = (4 – 25) mm
b = (6 – 1400) mm
- Thép tấm mỏng và cực mỏng:
Mỏng: h = (0,2 – 4) mm

Cực mỏng: h = (0,001 – 0,20) mm
Loại hình: Thép hình có tiết diện đơn giản gồm: Thép tròn, thép vuông, thép tam giác,
thép bản, thép lục lăng, bán nguyệt …
-Thép tròn có

= (8 – 200) mm. Đặc biệt có loại lớn hơn

= 300 mm và có loại nhỏ

= (5 – 9) mm gọi là thép sản xuất thành cuộn.
-Thép vuông cạnh (a x a) = [(5 x 250) x (5 x 250)] mm
2

- Thép bản có chiều dày: h = (4 – 6) mm
Chiều rộng: (12 – 200) mm.
-Thép tam giác đều cạnh và không đều cạnh
• Loại đặc biệt :- Bánh xe lửa
-Vành bánh xe lửa
b. Các phương pháp cán
Quá trình cán là quá trình biến dạng dẻo của kim loại giữa các trục cán quay tròn
để nhận được sản phẩm có hình dáng, kích thước và chất lượng nhất định.


9

Căn cứ vào hình dáng, chuyển động và cách bố trí trục cán và chuyển động của phôi
kim loại mà quá trình cán có thể chia 3 loại khác nhau.
*Cán dọc
Phôi đi giữa hai trục quay ngược chiều, như vậy hình dáng và kích thước sản
phẩm nhận được đã được định hình sẵn ở các trục cán.

.

1: Trục cán trên
2: Phôi cán
3: Trục cán dưới



Hình 2.1: Cán dọc
*Cán ngang
Hai trục cán quay cùng hướng, phôi cán vào giữa máy cán nhờ một dụng cụ gá đặc
biệt. Quá trình biến dạng kim loại xảy ra theo chiều dọc trục của phôi nằm song song
với trục cán. Phôi cán ngang là vật tròn xoay, sản phẩm cũng tròn xoay.







Hình 2.2: Cán ngang


1

2

3

1
2
3


10

2.1.2. Lý thuyết quá trình uốn
a. Khái niệm
Uốn là phương pháp gia công kim loại bằng áp lực nhằm tạo cho phôi cong hay
gấp khúc, phôi có thể là tấm, dải, thanh định hình và được uốn ở trạng thái nóng hoặc
nguội. Trong quá trình uốn phôi bị biến dạng dẻo từng vùng để tạo hình dáng cần thiết.
Uốn kim loại tấm được thực hiện do biến dạng dẻo.
Đàn hồi xảy ra khác nhau ở hai mặt của phôi uốn.
b. Quá trình uốn
Quá trình uốn bao gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo. Uốn làm đổi hướng
thớ kim loại, làm cong phôi và thu nhỏ kích thước.
Trong quá trình uốn, kim loại phía trong góc uốn bị nắn và co ngắn ở hướng dọc,
bị kéo ở hướng ngang. Các lớp kim loại ở phía ngoài chịu kéo và giãn dài ở hướng
dọc, bị nén ở hướng ngang. Giữa các lớp co ngắn và giãn dài là lớp trung hòa.
Khi uốn những giải hẹp xảy ra hiện tượng giảm chiều dày, chỗ uốn sai lệch hình
dạng tiết diện ngang, lớp trung hòa bị lệch về phía bán kính nhỏ.
Khi uốn tấm dải rộng cũng xảy ra hiện tượng biến mỏng vật liệu nhưng không có
sai lệch tiết diện ngang. Vì trở kháng của vật liệu có chiều rộng lớn sẽ chống lại sự
biến dạng theo hướng ngang.
Khi uốn phôi với bán kích góc lượn nhỏ thì mức độ biến dạng dẻo lớn và ngược
lại .

Hình 2.3: Trước khi uốn

Hình 2.4: Sau khi uốn



11

*Xác định chiều dài phôi uốn
-Xác định vị trí lớp trung hòa, chiều dài lớp trung hòa ở vùng biến dạng.
-Chia kết cấu chi tiết, sản phẩm thành những đoạn thẳng, đoạn cong đơn giản
-Cộng chiều dài các đoạn lại: chiều dài các đoạn thẳng theo bản vẽ chi tiết, phần
cong còn lại được tính theo chiều dài lớp trung hòa.
-Chiều dài phôi được tính theo công thức:
 
 
 sxrlL .
180
.
0


Trong đó:

0
= 180 - 
l : Tổng chiều dài các đoạn thẳng


 ).(
180
.

0
0
sxr

: Chiều dài các lớp trung hòa
r: Bán kính uốn cong phía trong
x: Hệ số phụ thuộc vào tỉ số r/s.
s: Chiều dày vật uốn.
Khi uốn một góc  < 90
0
thì
 
 slL 5,0.
90
0
0


*Bán kính uốn nhỏ nhất và lớn nhất
Nếu
r
trong
quá nhỏ sẽ làm đứt vật liệu ở tiết diện uốn, nếu quá lớn vật uốn sẽ
không có khả năng giữ được hình dáng sau khi đưa ra khỏi khuôn
r
trong
>
r
trong

-Bán kính uốn lớn nhất: r
max
=
T
s


.2
.

- r
ngoaìi
>= r
trong
+ s
-Với: ε =2,15.105 N/mm2: Modun đàn hồi
s: Chiều dày vật uốn

T
: Giới hạn chảy của vật liệu
-Bán kính uốn nhỏ nhất:

2
1
1
min
s
r










-Với: : Độ giãn dài tương đối của vật liệu
Theo thực nghiệm có: r
min
= k.s
K: Hệ số phụ thuộc vào góc uốn .


12

*Công thức tính lực uốn
Lực uốn bao gồm lực uốn tự do và lực uốn phẳng vật liệu, trị số lực và lực phẳng
thường lớn hơn lực tự do.
-Lực uốn tự do được xác định theo công thức:

11
2
1


ksB
l
nsB
P

b
b


 (N)
l
ns
k
.
1
 :Hệ số uốn tự do có thể tính theo công thức trên hoặc chọn theo bảng phụ
thuộc vào tỉ số l/s .
B
1
: Chiều rộng của dải tấm
S: Chiều dày vật uốn
N: Hệ số đặc trưng ảnh hưởng của biến cứng: n=1,6-1,8
σ: Giới hạn bền của vật liệu
l: Khoảng cách giữa các điểm tựa
Lực uốn góc tinh chỉnh theo công thức:
P=q.F (N)
p: Áp lực tinh chỉnh (la phẳng) theo chọn bảng.
F: Diện tích phôi được tinh chỉnh
-Tóm lại: Trong quá trình uốn không phải toàn bộ kim loại ở phần uốn đều chịu
biến bạng dẻo mà có phần biến dạng đàn hồi. Vì vậy không còn lực tác dụng thì vật
uốn không hoàn toàn như dạng cần uốn.
*Momen và công suất động cơ trong khi cán kim loại
-Công suất động cơ điện để truyền cho trục dẫn và momen quay
N
dc

=N
c
+ N
ms
 Nd = Nt  Nd

M
dc
= M
c
+ M
’
ms
 M
dc
= M
’
t
 M
’
d
Trong đó:
N
c
,M
c
: Công suất cán và momen cán
N
ns
,M

’
ms
: Công suất và momen lực ma sát xuất hiện trong ổ đỡ trục và trong các
cơ cấu truyền động khác.

N
d
,M
’
d
Công suất và momen động để vượt qua độ ì cơ cấu
-Hai đại lượng đầu N
c-
+ N
ms
hoặc M
’
c
+ M
’
mc
không đổi trong quá trình cán gọi
là tải trọng tĩnh của động cơ.
-Tải trọng của động cơ N
d
-
hoặc M
’
sinh ra trong thời điểm phôi bị ôm bởi các
trục cán.

*Momen cán của động cơ
i
M
M
c

'



13

tr
dc
tr
dc
n
n
i 



i: Tỷ số truyền của hộp giảm tốc

dc
, 
tr
: Vận tốc góc của động cơ và trục cán
n
dc

, n
tr
:

Tốc độ quay của động cơ và trục cán (vòng, phút)
.
Công suất cán (biến dạng dẻo) trên trục cán (công suất trên tâm trục cán)
)(
975
. KW
Mn
MN
tr
trcc



*Momen ma sát
-Khi cán trong máy cán hai trục thì momen ma sát xuất hiện trong 4 ổ đỡ của hai trục
thì:

i
M
i
M
MMMdPr
P
M
msms
msmsmsms

21
'
2
'
1
'
00001
2
4 


P: Áp suất toàn phần trên trục cán
µ
0
: Hệ số ma sát ở trong các ổ cán
r
0
: Bán kính ổ trục
Khi cán trên máy cán 4 trục thì áp lực hầu như từ 2 trục cán truyền nên sự mất
mát do ma sát được tính trên các ổ truyền:

tr
ct
ms
D
D
dPM
001



D
ct
: Đường kính trục công tác
D
tr
: Đường kính trục truyền
Giá trị hệ số ma sát trong các ổ đỡ trục cán µ
0 :

Ổ lăn côn: 0,004
Ổ lăn ma sát ướt: 0.003
Ổ tecx tolit: 0,001
Sự mất công do ma sát trong các cơ cấu truyền được tính theo hệ số hữu ích của
bộ truyền bao gồm: bộ phân lực (1 = 0,920- 0.95) hộp giảm tốc ( = 0,95 – 0,97) và
trục Spin den với khớp nối trục (3 = 0,99 ) như vậy o = 0,85- 0,93.
*Momen tĩnh
i
MM
MMM
msc
msct
.
0
1
'
1
''




Công suất động cơ theo tải tĩnh:
N
dc
= M
’
t
.
dc
(KW)
Hệ số hữu ích của máy cán gọi là tỉ số momen cán và momen tĩnh:


14

0
1
'
'
1
1

c
ms
t
c
t
M
M
M
M



Thực tế lấy 
t
= 0,75 - 0,85
*Momen động


J
dt
d
JM
d

'
(Nm)


2
.
i
RmJ : Tổng momen quán tính của các kết cấu được truyền từ động cơ
m, R
I
: Khối lượng, bán kính quán tính của mối liên kết.
: Gia tốc góc của các chi tiết quay (l/s
2)
dt
dn
GD

M
i
d
.
375
2
'




.
30
n

dt
dn
dt
d
.
30




Tổng momen tĩnh và động trong quá trình cán phải nhỏ thua mô men cực đại của
động cơ:
dmdcdt
kMMMM 
max

''

M
dm
: Momen định mức của động cơ
k: Hệ số quá tải cho phép của động cơ (k=2-2,5).
2.1.3. Quá trình tạo sóng tôn
Quá trình cán tôn là quá trình cán đặc biệt. Nó không làm thay đổi độ dày của tôn
tại mọi vị trí. Tôn phẳng sau khi đi qua dây chuyền cán nó có biên dạng như yêu cầu.
Đặc biệt trong quá trình cán tôn, lớp mạ sơn phải được giữ nguyên hoàn toàn không bị
phá hủy tại một vị trí nào. Với đặc điểm của cán tôn như vậy ta có thể xem quá trình
cán tôn như là quá trình uốc liên tục tạo ra hiên dạng yêu cầu. Việc tạo ra sóng tôn
cũng phải qua nhiều lần cán, từ 4 đến 5 lần làm sao cho bảo đảm biên dạng trong cán
tôn, sóng tôn được định hình giữa hai con lăn cán. Trong đó một con lăn đóng vai trò
là cối, một con lăn đóng vai trò là chày. Giữa cối và chày có chuyển động quay và
phôi có chuyển động tịnh tiến. Độ sâu của sóng tôn sau mỗi lần phụ thuộc vào độ sâu
của chày.
2.1.4. Sơ bộ về dây chuyền cán tôn tạo sóng
a. Dây chuyền cán
Dây chuyền cán là hệ thống các thiết bị thực hiện nguyên công chính là làm biến
dạng dẻo kim loại bằng áp lực để nhận được sản phẩm cán có hình dạng, kích thước
yêu cầu.
Dây chuyền gồm các bộ phận chính sau:


15

*Nguồn động lực (động cơ, mô tơ)
Nguồn động lực hay còn gọi là nguồn năng lượng để làm biến dạng dẻo kim loại
được truyền đến trục cán từ các động cơ điện. Thường dùng động cơ điện chuyên dụng

có thổi gió làm mát. Ở dây chuyền cán có tốc độ cán không thay đổi (dây chuyền cán
liên tục) thường dùng động cơ đồng bộ (đôi khi dùng động cơ không đồng bộ với bánh
đà). Ở dây chuyền cán có điều chỉnh tốc độ dùng động cơ một chiều, nguồn động cơ
một chiều được cấp từ bộ chỉnh lưu riêng.
*Bộ phận truyền động
Bao gồm: Hộp giảm tốc, khớp nối ,trục và hộp bánh răng trợ lực
-Hộp giảm tốc là bộ phận giảm tốc trục quay khi truyền động từ hộp đến trục
cán.
-Trục Spendet: Dùng để truyền chuyển động quay từ bộ bánh răng chữ V đến
trục cán, sử dụng phổ biến là trục Spendet vạn năng.
-Hôp bánh răng truyền lực: là bộ phận chuyển động từ hộp giảm tốc qua các
bánh răng chữ V để phân phối cho các trục cán.
*Giá cán
Giá cán là bộ phận chủ yếu của dây chuyền cán. Bao gồm than giá cán, trục cán,
ổ đĩa cán, bộ phận điều chỉnh lượng ép, hệ thống dẫn phôi, lật phôi cán và các thiết bị
phụ khác đặt trên thân giá cán.



1: Động cơ điện
2: Hộp giảm tốc
3: Hộp chia mô men
4: Trục nối
5: Khớp nối
6: Giá cán

Hình 2.5: Bộ phận truyền động
b. Phân loại dây chuyền cán
Có nhiều cách phân loại dây chuyền cán:

16

*Phân loại theo tên gọi
-Dây chuyền cán phá: Gồm máy cán phá phôi thỏi và phôi tấm
-Dây chuyền cán phôi trung gian: Phôi thường đặt sau dây chuyền cán, dây
chuyền này có nhiệm vụ cung cấp phôi cho máy cán hình.
-Dây chuyền cán ra thành phẩm: Gồm các loại máy sau:
+Máy cán cỡ lớn: Máy cán tấm lá
+Máy cán cỡ trung bình: Máy cán ống
+Máy cán cỡ nhỏ: Máy cán hình đặc biệt
+Máy cán dày
*Phân loại theo cách bố trí giá cán:
-Máy cán một giá: Loai này chủ yếu máy cán phá
-Máy cán bố trí theo hàng: Các giá cán đứng theo một hay nhiều hàng ngang
-Máy cán bố trí theo chữ Z
-Máy cán liên tục: Phối hợp hai loại máy cán liên tục và theo hàng trong một dây
chuyền công nghệ
*Phân loại theo số lượng giá cán
-Máy cán có một giá cán (Máy cán phá)
-Máy có nhiều giá cán (Máy cán lá tấm)
*Phân loại theo số lượng trục cán
Bao gồm: Máy cán hai trục, ba trục, máy cán nhiều trục, máy cán hành tinh, máy cán
trục nghiêng.
*Phân loại theo chế độ làm việc
-Máy cán quay thuận nghịch có điều chỉnh
-Máy cán không quay theo thuận nghịch có điều chỉnh
-Máy cán không quay thuận nghịch không có điều chỉnh
c. Dây chuyền cán tôn và nhu cầu sử dụng

*Dây chuyền cán tôn
Dây chuyền cán là thiết bị gia công áp lực dùng biến dạng dẻo để biến dạng kim
loại phẳng thành một sản phẩm hình sóng, tiết diện ngang của các sản phẩm có hình
dạng khác nhau, nhưng có đặc điểm là độ dày sản phẩm ở mọi điểm không khác nhau
mấy.
Trên một dây chuyền cán tôn có nhiều cặp trục nằm liên tiếp nhau. Sản phẩm
được hình thành từ các tấm hoặc dải lần lượt qua nhiều cặp trục, mà ở mỗi cặp trục cán
được tạo hình dần dần tiến đến hình dáng, tiết diện của sản phẩm cuối cùng.
Quá trình cán tôn được thực hiện liên 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 phía đứng sau. Để đảm bảo quá


17

trình cán diễn 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:
-Năng suất cán cao hơn
-Chất lượng sản phẩm tốt, ít bị khuyết tật
-Dễ cơ khí hóa và tự động hóa trong quá trình sản xuất
Nhược điểm:
-Vốn đầu tư lớn.
- Nhiều thiết bị phụ.
-Chiếm nhiều diện tích nhà xưởng.
*Nhu cầu sử dụng dây chuyền cán tôn sóng.
Do nhu cầu sử dụng tôn ngày càng tăng và để giảm giá thành sản phẩm, chủ động
trong đáp ứng nhu cầu của con người về màu sắc, vật liệu, độ dày và chiều dài của tôn,
đòi hỏi các nhà sản xuất, kinh doanh phải tìm các phương pháp tối ưu nhất và từ đó
hiện nay các phân xưởng cán tôn cũng được xây dựng cơ bản và tiến hành tự động hóa

quá trình sản xuất.
Cùng với sự phát triển của nền kinh tế nói chung và nhu cầu tấm lợp nói riêng.
Hiện nay trên địa bàn thành phố Nha Trang đã có một số phân xưởng cán tôn của các
công ty tư nhân hoạt động như: Hoa Mai, Hoa Mai Anh, Việt Tiến Các phân xưởng
này chủ yếu sử dụng cán tôn một tầng, chuyên cán sóng tôn vuông, sóng tôn tròn, sóng
ngói thì do Đài Loan hoặc TPHCM sản xuất.
Nước ta chưa sản xuất được các vật liệu làm tôn nên các phân xưởng chủ yếu sử
dụng phôi nhập liệu từ nước ngoài. Phôi nhập liệu là những tấm dài có chiều rộng từ
0,92mm - 1,22mm. Các tấm kim loại có thể được sơn hoặc mạ sẵn và được quấn thành
từng cuộn khoảng 5 tấn.
Với nhu cầu thực tế hiên nay thì việc thiết kế và sản xuất “Máy cán, cắt tôn tự
động” là vấn cần thiết và thực tế.
2.1.5. So sánh, chọn phương án thiết kế máy và nguyên lý
Cán tôn là quá trình làm biến dạng kim loại một cách liên tục giữa các cặp trục
cán đứng yên liên tiếp nhau. Từ đó sản phẩm được hình thành từ những tấm phẳng
được trải ra từ cuộn tôn qua nhiều trục cán, mà ở mỗi trục cán được tạo sẵn biên dạng
nên sóng dần dần, tiến đến hình dáng và tiết diện yêu cầu.
Để thiết lập sơ đồ động của máy, ta dựa vào cách bố trí những con lăn hình sóng
tôn, số lượng các cặp trục cán, hệ thống truyền động.
Việc chọn thông số sóng tôn phụ thuộc vào nhiều yếu tố chiều rộng phôi tấm,
hình dáng kích thước sóng tôn, chiều rộng tôn sau khi cán, và nhu cầu sử dụng của mỗi
người.


18

Hiện nay các loại tấm tôn được sử dụng có chiều rộng: 1200mm, 1070mm,
1000mm, 940mm. Chiều dày thường từ 0,25 đến 0,5mm.
Các loại sóng tôn thì nhu cầu sử dụng gần tương đương nhau.
2.1.5.1. Cơ sở tính toán thiết kế biên dạng sóng tôn

Cần tìm ra qui luật và trình tự tính toán thích hợp cho toàn bộ biên dạng. Bắt đầu
từ việc xác định thông số của biên dạng sóng tôn. Tiến hành phân tích hai biên dạng
sau:
+Biên dạng sóng nhô cao
Sau các lần cán, ta được chiều cao a
1
theo yêu cầu, bán kính cong R không đổi, và
tương ứng với chiều dài l
1
(dây cung l
1
).
Ta xét quan hệ giữa các thông số
(l
1
/2)
2
= R
2
– (R-a
1
)
2
 l
1
2
= 4( R
2
– ( R
2

– (R –a
1
)
2
 l1 = 2


1
2
1
aRa 
Đối với biên dạng sóng này, khi cán sẽ thực hiện kéo, uốn cả hai phía. Để tránh
hiện tượng tôn ở vị trí uốn bị ép mỏng ta chọn 4 lần cán, để tạo sự đồng đều trong các
lần cán ta cho vị trí số a
1
tương ứng 4mm, 9mm, 14mm và 18mm là đủ chiều cao yêu
cầu. Ta có bảng sau:

A 4 9 14 18
l
1
30 42,8 50,75 55,5

Bảng 2.1: Tính biên dạng sóng nhô cao.
Đây là sóng tôn giữa, sau đó bố trí các lô cán cho các sóng nhô cao này ở hai bên,
việc xác định các kích thước biên dạng cho các sóng này chỉ kéo tôn về một phía và
cũng 4 lần cán như trên.
+Biên dạng sóng thấp xuống:
Tượng tự hình vẽ ta có quan hệ giữa l
2

và a
2
như sau:
l2 =2
2
2 aR 
Ta cũng chọn 4 lần cán để tạo thành biên dạng sóng tôn theo yêu cầu và chọn các
trị số a
2
là 5mm, 10mm, 15mm, 20mm ta có bảng sau:

a
2
5 10 15 20
l
2
67,9 95 115 132

Bảng 2.2: Tính biên dạng sóng thấp xuống.
Đây là hai sóng bên của sóng giữa đã xét ở trên khi cán sóng này. Tôn kéo về
một phía. Tương tự xác định các sóng này còn lại cũng giống nhau và cũng 4 lần cán
như trên.


19

2.1.5.2. Xác định kích thước con lăn cán
Muốn xác định kích thước của con lăn cán, ta phải chọn đường kính kích thước
danh nghĩa của các con lăn thông qua vận tốc của sản phẩm là V=0,3 m/s.
Các con lăn trên trục cán có đường kính không giống nhau và nó theo biên dạng cán

nên có đường kính nhỏ và lớn. Do vậy khi sản phẩm cán đi qua hai trục cán sẽ có phần
vận tốc của tôn khác đi qua vận tốc dài của con lăn cán. Do đó sẽ xuất hiện hiện tượng
trượt tương đối giữa tôn và con lăn cán.
2.1.6.Các phương án thiết kế máy, phân tích chọn phương án
Có nhiều phương án thiết kế máy khác nhau, nhưng tùy thuộc vào cách truyền
động, sự phân bố biên dạng trên trục cán. Khi cán sóng tôn gợn này, hệ con lăn cán
của các sóng gần nhau phải liên tục. Để đơn giản ta chỉ biểu diễn con lăn của các sóng
cơ bản còn các sóng trung gian và con lăn trung gian thì ngầm hiểu.
* Các phương án bố trí con lăn tạo sóng trên trục
Phương án 1

Số cặp trục cán cho 1 sóng thứ tự cho các sóng

3
4

4
4


4

Hình 2.6: Cán không đối xứng.
Phương án này có 24 cặp trục, bố trí các con lăn không đối xứng.
1 1’ 2

2’ 3 3’ 4 4’
2’
2 2’ 3

1’ 2 2’ 3
1 1’ 2 2’ 3 3’ 4
1 1’ 4 4’
1

4’ 5