Đồ án thiết kế máy cán thép vằn

LỜI NÓI ĐẦU
Trong giai đoạn phát triển kinh tế hiện nay đồng thời với sự tiến bộ không ngừng của
Khoa học Kỹ thuật, Tự động hóa ngày càng được mở rộng và phát triển. Ngành Cơ khí cán
thép đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện đường lối chủ trương công nghiệp hóa và
hiện đại hóa của Đảng và Nhà nước. Sản phẩm cán được sử dụng khắp mọi nơi, từ các
ngành công nghiệp chế tạo ôtô, xe lửa, máy cày, xe tang, chế tạo máy bay, tên lửa, trong
chế tạo tàu thủy đến các ngành công nghiệp xây dựng dân dụng, xây dựng cầu đường, xây
dựng dân dụng, phát thành truyền hình…vì vậy mà ngành cán thép được chú ý và phát triển
mạnh trên thế giới.
Hay nói một cách khác thép là một sản phẩm không thể thiếu được trong giai đoạn hiện
này. Do sự tăng trưởng về kinh tế và các ngành Kỹ Thuật công nghiệp và xây dung nên nhu
cầu thép ngày càng cao. Vì vậy việc tăng năm suất thép là điều tất yếu.
Được sự nhất trí của Giáo viên hướng dẫn, em được giao đề tài: Thiết kế máy cán thép vằn.
Với các yêu cầu sau:
Thiết kế hệ truyền động của máy cán thép vằn với các yêu cầu
-

Đường kính 20 mm
Tốc độ cán 5m/s
Các thông số khác tự chọn

Được sự chỉ dẫn của các thầy cô khoa Cơ khí, thầy giáo hướng dẫn đến nay em đã hoàn
thành cơ bản nhiệm vụ được giao. Trong quá trình xây dựng đồ án không tránh khỏi những
sai sót. Em kính mong các thầy cô chỉ bảo để đồ án của em được hoàn thiện.
Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Cơ khí, thầy giáo hướng dẫn, cùng các bạn
sinh viên cùng khóa đã giúp em hoàn thành đồ án này.
Sinh viên thực hiện: Lê Trung Hưng

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ MÁY CÁN
Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

1.1

Giới thiệu về máy cán:
Máy cán là một loại máy gia công kim loại bằng áp lực, cán ra sản phẩm có hình dáng

theo yêu cầu.
1.2

Phân loại và chọn loại máy cán:

I

- Nguồn động lực máy

II - Hệ thống truyền động
III - Giá cán

Hình 1.1 Sơ đồ máy cán

1.2.1

Phân loại theo công dụng:

1

- Trục cán

2

- Nền giá cán

3

- Trục truyền

4

- Trục nối trục truyền

5

- Thân giá cán

6

- Bánh răng chữ V

7

- Khớp nối trục

8

- Giá cán

9

- Hộp phân lực

1.2.1. 1 Máy cán phá:
Dùng để cán phá từ thỏi thép đúc gồm có máy cán phôi thỏi

10 - Hộp giảm tốc

Blumin và máy cán phôi tấm Slabin. Máy cán phá có thể dùng loại

12 - Động cơ điện

11 - Khớp nối

giá cán 3 trục có đường kính D = 500 ÷ 850 mm dẫn động bằng động
cơ xoay chiều, có khi bằng động cơ một chiều. Máy cán phá 2 trục đapr chiều thì phải dẫn
động bằng động cơ điện một chiều và có đường kính

D = 950 ÷ 1400 mm.

1.2.1.2 Máy cán phôi:
Đặt sau máy cán phá và cung cấp phôi cho máy cán hình và máy cán khác. Đây là loại
máy cán 2 trục đảo chiều và loại máy cán 3 trục dùng sản xuất ra phôi cán ( thường là phôi
thỏi có tiết diện vuông, phôi tấm có tiết diện hình chữ nhật và phôi tiết diện tròn )

Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng


Hình 1.2 Máy cán phôi thỏi Φ 950
1. Khớp nối đĩa; 2. Hộp phân lực 3. Trục khớp nối 4. Cơ cấu
nén trục 5. Rãnh trục cán 6. Khung giá cán 7. Trục cán 8.
Lỗ hình trục cán

Bảng 1.1 Các loại máy cán phá và cán phôi
Tên máy cán

Đường kính trục mm

Máy cán phá 2
trục đảo chiều

750 ÷ 1200

Máy cán phôi Trục ngang 1.100 – 1.500
tấm
Trục đứng 680 – 940
Máy cán phôi 3
500 – 850
trục
Máy cán phôi
liên tục

Nhóm I: 600 – 850
Nhóm II: 450 - 450

Trong lượng thỏi
đúc (tấn)
1,2 ÷ 16

(120×120) ÷ (450×450)

6,5 ÷ 32

(65 × 300) ÷ (700 × 2.000)

> 250.000

< 1,5

(38 × 38) ÷ (160 ×160) và
phôi cho các máy cán tấm
mỏng

20.000 đến
40.000

1,2 ÷16

Kích thướt sản phẩm

(200 × 200) ÷ (300 × 300)
(55 × 55) ÷ (200 × 200)
(7 ÷30) ÷ 150

Sản lượng
tấn/ năm
60.000 đến
350.000

Phôi thỏi
60.000 đến
350.000
Phôi tấm

250.000

1.2.1. 3 Máy cán hình:
Là loại máy cán chuyên dùng để cán ra các loại thép hình ở trạng thái nóng. Giá cán có
thể có 2 hoặc 3 trục. Động cơ là loại động cơ một chiều hoặc xoay chiều, nó phụ thuộc
nhiều vào việc hiệu chỉnh tốc độ cán và trong quá trình cán có tăng tốc hoặc có giảm tốc.
Trong xưởng cán hình, các giá cán đầu và giữa có thể cán nhiều lần, nhưng ở giá cán tinh
cuối cùng chỉ nên cán một lần, có như vậy sản phẩm mới chính xác và đẹp
Máy cán hình chia làm 3 loại:
1.2.1.3.1 Máy cán hình cỡ lớn
Máy cán hình cỡ lớn gồm có máy cán ray ÷ dầm và máy cán hình cỡ lớn. Đây là những
máy cán có đường kính trục cán Φ > 500 mm.
Bảng 1.2: Một số sản phẩm của máy cán hình cỡ lớn 650 và 550
Loại máy cán

Kích thướt sản phẩm

Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng


Thép tròn Φ (mm)

Thép vuông a (mm)

Thép bản (mm)

Ray (kg/m)

Chữ T
(mm)

70 ÷220

70 × 70 ÷220 × 220
< 1,5

350

24 ÷33
24

220

650

50 ÷150

550

300

150

1.2.1.3.2 Máy cán hình cỡ trung
Sản phẩm của máy cán hình cỡ trung phụ thuộc nhiều vào yếu tố. Một máy không chỉ
cán ra sản phẩm nhất định mà cán ra nhiều loại khác nhau. Trên các máy cán bố trí kiểu bàn
cờ cán được nhiều loại sản phẩm hơn khi cán trên máy cán hình bố trí theo hang
Bảng 1.3 Máy cán hình trung bình và các sản phẩm của chúng
Loại máy cán
Thép tròn

Φ (mm)

Kích thướt sản phẩm
Thép vuông a (mm) Thép bản (mm)

Ray (kg/m)

Chữ T (mm)

450

40 ÷125

40 × 40 ÷125 × 125

200

< 15

< 120

350

25 ÷90

25 × 25 ÷90 × 90

150

8

100

1.2.1.3.3 Máy cán hình cỡ nhỏ
Máy cán hình cỡ nhỏ thường được bố trí cán vòng, bán liên tục hay liên tục, đây là
các máy cán hình có đường kính trục cán từ 250 ÷ 350 mm, nếu đường kính trục
Φ < 250 mm thì gọi là máy cán mini. Trọng lượng và kích thướt thép hình cỡ nhỏ phụ
thuộc vào tiết diện sản phẩm và nơi sử dụng theo yêu cầu kỹ thuật. Các loại sản phẩm này
cắt ra từng đoạn và bó lại thành bó. Các đoạn dây thép thì cuộn thành từng bó
Sản phẩm théo hình cỡ nhỏ có 2 yêu cầu cơ bản sau đây:
- Các sản phẩm cán thép hình cỡ nhỏ phải có dung sai bé nhất, mục đích tiết kiệm
kim loại.
- Các sản phẩm cán phải có độ sai lệch giống nhau và nhỏ nhất theo kích thướt tiết
diện trên toàn bộ chiều dài vật cán, điều ấy có ý nghĩa rất lớn khi gia công cắt gọt
kim loại tiếp theo, đặc biệt là thép tròn vì nó thường dùng để chế tạo bulon
Bảng 1.4. Máy cán hình cỡ nhỏ và các sản phẩm của chúng.
Loại máy cán
Thép tròn Φ
(mm)

Kích thướt sản phẩm
Thép vuông a (mm)
Thép bản
(mm)

Góc

Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

Chữ T (mm)


300

16 ÷ 60

16 × 16 ÷ 60 × 60

100

20 × 20 ÷ 60 × 60

< 120

250

8 ÷30

8 × 8 ÷ 30 × 30

60

20 × 20 ÷ 40 × 40

100

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG
ÁN THIẾT KẾ
2.1 Một số phương án thiết kế máy cán thép định hình

2.1.1 Phương án 1
Máy cán gồm 2 trục cán trên một giá cán dẫn động trục cán bằng 2 động cơ điện một
chiều
5
4

1
2

3

Hình 2.1 : Sơ đồ máy cán phương án 1
1. Giá cán 2. Trục cán 3. Trục truyền 4. Khớp nối 5. Động cơ điện một chiều

 Ưu điểm :

-

Kết cấu của máy đơn giản, không dùng hộp giảm tốc, hộp truyền lực

Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng


-

Động cơ điên một chiều có momen khởi động lớn, thao tác thuận lợi đảo chiều
cán nhanh

-

Có thể thay đổi tốc độ cán, điều chỉnh tăng tốc hay giảm tốc

-

Công suất cán lớn


Nhược điểm :

-

Độ cứng vững của hệ truyền động không cao

-

Động cơ điện một chiều đắt hơn nhiều so với động cơ xoay chiều 3 pha

-

Sự không đồng đều về tốc độ quay của 2 động cơ điện ảnh hưởng tới khả năng
cán vào của phôi, làm cong vênh phôi
Với những đặc điểm trên, kết cấu của máy cán theo phương án 1 thích hợp với các loại
máy cán phá, chuyên dùng để cán phôi thỏi hay cán tấm, lực cán lớn để tận dụng công suất
của 2 động cơ. Đây là loại máy cán kiểu cũ ít được sử dụng trong cán hiện đại
2.1.2 Phương án 2

Máy cán có giá cán gồm 3 trục cán, dùng động cơ điện xoay chiều 3 pha, không
dùng hộp phân lực và hệ thống trục truyền khớp nối vạn năng để dẫn động trục cán
mà dùng hệ thống các bánh răng để làm quay trục cán
4

1
55

6

2
3

Hình 2.2 : Sơ đồ máy cán phương án 2
1. Giá cán 2. Trục cán 3. Trục truyền lực 4. Bánh răng dẫn động trục cán 5. Khớp nối
6. Động cơ điện một chiều



-

Ưu điểm :
Kết cấu máy đơn giản. chỉ có một trục truyền động, không dùng hộp phân lực
Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng


-

Độ cứng vững cao

-

Cán không đảo chiều nên việc bố trí các thiết bị phụ như cơ cấu kéo đẩy thép,
cơ cấu dẫn hướng phôi dễ dàng hơn

-

Dùng động cơ điện xoay chiều 3 pha rất thông dung, giá thành rẻ


Nhược điểm :

-

Không thay đổi tốc độ cán vì dùng động cơ điện xoay chiều

-

Khi các lỗ hình trục cán bị mòn, có thể tiện lại lỗ hình của trục nhưng không thể
điều chỉnh khoảng cách các trục khớp với nhau như ban đầu do không thể dịch chuyển
khoảng cách tâm các cặp bánh răng truyền động. Vì vậy lỗ hình bị mòn thì chỉ có thể thay
cặp trục cán mới. Đây là nhược điểm cơ bản mà kết cấu máy này không được sử dụng hoặc
chỉ sử dụng ở các loại máy cán mini, có trục cán rất nhỏ, không thể tiện lại lỗ hình khi bị
mòn

2.1.3 Phương án 3
Máy cán có giá cán gồm 3 trục cán, dùng động cơ điện xoay chiều 3 pha, dẫn động trục
cán từ động cơ qua hộp giảm tốc, qua hộp phân lực, thông qua hệ thống trục truyền khớp
nối vạn năng để làm quay trục cán
4
1
5

6

2
3

Hình 2.3 : Sơ đồ máy cán phương án 3
1. Giá cán 2. Trục cán 3. Trục truyền lực 4. Bánh răng dẫn động trục cán 5. Khớp nối
6. Động cơ điện một chiều

 Ưu điểm :

-

Giá cán có 3 trục cán nên có thể thực hiện một số lần cán không cần đảo chiều.
Do đó, việc thiết kế và bố trí các thiết bị phụ như cơ cấu kéo đẩy thép, cơ cấu dẫn hướng
phôi dễ dàng hơn

-

Kết cấu cứng vững cao
Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng


-

Sư dụng động cơ điện xoay chiều 3 pha nên giá thành trang bị điện rẻ

-

Khắc phục được nhược điểm cơ bản của phương án 2. Nhờ trục khớp nối vạn
năng từ hộp truyền lực đến trục cán nên khi trục cán bị mòn phải tiện lại lỗ hình thì có thể

điều chỉnh các trục cán như ban đầu và các trục cán vẫn quay tốc và trục khớp nối vạn năng
có thể hạ xuống 1 góc α = 812 0
Đây chính là kết cấu máy cán thường dùng hiện nay

2.2. Lựa chọn phương án thiết kế :
Việc lựa chọn phương án máy thiết kế phụ thuộc vào loại phôi cán, năng suất cán, sản
phẩm và quy mô xưởng sản xuất
Với yêu cầu thiết kế máy cán có công suất nhỏ, cán các loại phôi có kích thướt vừa
phải đã qua cán thô, năng suất cán thấp, bố trí ở các xưởng sản xuất tư nhân thì kết cấu máy
ở phương án 3 là thích hợp

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT KẾ
LỖ HÌNH
Số hiệu kỹ thuật:
- Phôi đã qua cán thô, kích thước 35 x 35 mm
+0.2
− 0.4

- Kích thước sản phẩm Φ 20 . Với dung sai

C

- Vật liêu :

Thép CT35

- Vận tốc trung bình trục cán:

VTB = 4 -5 m/s

- Đường kính trục cán:

D = 300 mm

Việc tính toán và thiết kế lỗ hình phụ thuộc và kiểu máy và kích thước sản phẩm. Quá trình
tính toán là ngược hướng cán. Tính kích thước 3 lỗ hình cuối trước tiên sau đó tính kích
thước cho các lỗ cán thô

3.1 Tính số lần cán :
log Fo − log Fn
log µ tb
- Số lần cán hợp lý được tính theo công thức n =
- Diện tích tiết diện phôi F0 = 35 × 35 = 1225 mm2
- Hệ số dãn dài trung bình
µtb = 1,22

Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng


log1225 − log100Π
log1,22
- n=
=8
- Chọn số lần cán là n = 8 lần

3.2 Chọn hệ thống lỗ hình và cách bố trí lỗ hình trên giá cán :
3.2.1 Chọn hệ lỗ hình trục cán :
Với yếu cầu sản phẩm tròn nên ta chọn hệ thống lỗ hình trục cán là ovan –
vuông. Vì hệ thống lỗ hình này có góc ăn lớn, lực ép từ mọi phía lỗ hình nên làm
cho sản phẩm chính xác kích thước, sắc cạnh, khử vảy ren tốt.

3.2.2 Sắp xếp và bố trí lỗ hình trên trục cán:
Để việc thiết kế lỗ hình đơn giản, ta chọn phướng án bố trí xen kẽ :

Hình 3.1: Bố trí xen kẽ

3.3 Tính toán và xác định kích thước lỗ hình trục cán :
3.3.1 Xác định kích thước lỗ hình tinh:





Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng


+0 , 3
−o , 5

Thép vằn được cán theo dung sai âm dd=d
Đường kính lỗ hình tinh của thép vằn được tính theo công thức

dI =

d1 + d
2

=

20 + 17,5

2

= 18,75 (mm)

Trong đó :d là đường kính vòng ngoài của thép vằn (mm)
d1 là đường kính vòng trong của thép vằn (mm)
a) Từ ovan sang tròn:

Ta có
I

(1 + 0,8 × k ∆b ) × a × d I

I

(1 + 0,8 × k ∆b ) × d I

hov=

1 + 0,74 × a × k ∆b

I

I

bov=

(1 + 0,74 × a × k ∆b )

Diện tích tiết diện hình ovan:

I

(1 + 0,8 × k ∆ b ) 2 × a × d I

2

I

Fov=0 ,74 × bov × hov = 0,74 ×

(1 + 0,74 × a × k ∆b ) 2

Diện tích phôi tròn:
F1= 0,785 × dI2 = 0,785 × 18,752 = 266,5 (mm2)
Hệ số giãn dài trong lỗ hình ovan:

µov=

Fo
Fov

I

a × (1 + 0,8 × k ∆b ) 2
I

= 0,94 ×

(1 + 0,74 × a × k ∆b ) 2

Chọn a = 2; k = 0,3 => µov = 1,27
(1 + 0,8 × 0,3) × 18,75
1 + 0,74 × 2 × 0,3

hov=

= 16,1 (mm)

2 × (1 + 0,8 × 0,3) × 18,75
1 + 0,74 × 2 × 0,3

bov=

= 32,2(mm)

16,1
Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

32,2


b) Từ vuông sang ovan:

∆htb= C1 – 0,74×hov
Ta có:
bov = C1 + ∆bov = C1 + k∆bov × (C1 – 0,74×hov)
bov = (1 + k∆bov)×C1 - k∆bov × hov × 0,74
ov

(1 + k ∆b ) − 0,74 × hov × k ∆b

hov

bov
hov

ov

=a=
ov

(1 + k ∆b ) × C1

hov=

ov

a + 0,74 × k ∆b
ov

(1 + k ∆b ) × C1

bov = a ×

a + 0,74 × k ∆b

ov

Ta có:
Fov=0,74 ×bov × hov= 0,74×32,2×16,1 = 383,6 (mm2)
Fv= 0,98×C12

1,33 × (

µ
ov

=

Fv
Fov

=

Fv
222

=

bov
ov
+ 0,74 × k ∆b ) 2
hov

bov
ov
× (1 + k ∆b ) 2
hov

Ta chọn:
k∆bov = 0,8; a = 2,5 => µov = 1,37

Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng


ov

bov × (a + 0,74 × k ∆b )

32,2 × (2,5 + 0,74 × 0,8)
2,5 × (1 + 0,8)

ov

⇒ C1 =

a × (1 + k ∆b )

α = arcos × (1 -

=

= 22,11 (mm)

∆h
Dmin
) = arcos × (1-

9
300

)

⇒α = 14°
r = 0,15×C1 = 0,15×23,18 = 3,318 (r = 3)
bv’= hv = 1,414× C1 – 3 = 1,414×22,12 - 3= 28,27(mm)

28,27

Từ vuông sang ovan trên thực tế hệ số giãn dài µov cũng phụ thuộc vào tiết diện ovan trong lỗ

bov
hov

hình vuông có nghĩa là phụ thuộc vào tỷ số

= a và hệ số giãn rộng trong lỗ hình vuông

∆b
∆btb
k∆pv =
c) Từ ovan sang vuông:

Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng


hov = bv - k∆bv ×( btb + htbv )
= 1,29×C1 - k∆bv ×( 0,74×bov – 0,76×C1 )
= (1,29 + 0,76×k∆bv )×C1 – 0,74×k∆bv×bov

bov
(1,29 + 0,76 × k ∆b ) × C1 − 0,74 × k v ∆b × bov

hov
bov

a=

v

=
(1,29 + 0,76 × k v ∆b ) × a × C1
1 + 0,74 × a × k v ∆b

bov=
(1,29 + 0,76 × k v ∆b ) × C1
1 + 0,74 × a × k v ∆b
hov =

Diện tích phôi ovan trong lỗ hình vuông
Fov = 0,74×bov×hov
0,74 × (1,29 + 0,76 × k v ∆b ) 2 × a × C1

2

v

(1 + 0,74 × a × k ∆b ) 2

=

Fv = 0,98×C12

Hệ số giãn dài trong lỗ hình vuông µv

µv =

=

Fov
Fv

0,755 × a × (1,29 + 0,76 × k v ∆b ) 2
(1 + 0,74 × a × k v ∆b ) 2

Ta có
a = 1,5; k∆bv = 0,5 => µv= 1,42

⇒

(1,29 + 0,76 × k v ∆b ) × a × C1
1 + 0,74 × a × k v ∆b

bov =

=

(1.29 + 0,76.0,5) × 2.5 × 22.12
1 + 0.74 × 2.5 × 0.5

Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

= 35,6 (mm)

23.75

⇒

35,6
1,5

hov=

=23,75 (mm)

35,6

d) Từ vuông sang ovan:

Tương tự ta có:

hov=

bov=

(1 + k ov ∆b ) × C 2
a + 0,74 × k ov ∆b
a × (1 + k ov ∆b ) × C 2
a + 0,74 × k ov ∆b

a × (1 + k ov ∆b ) 2 × C 2
(a + 0,74 × k ov ∆b ) 2

2

Fov=0,74×b0v×hov= 0,74×
Fv=0,98×C22
(

µov=

Fv
Fov

= 1,33 ×

bov
+ 0,74 × k ov ∆b ) 2
hov
bov
× (1 + k ov ∆b ) 2
hov

Ta có:
a = 2,5; k∆bov = 0,8 => µov=1,37

⇒C2 =

bov × (a + 0,74 × k ov ∆b )
a × (1 + k ∆b )

Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

=

35,6 × (2,5 + 0,74 × 0,8)
2,5 × (1 + 0.8)

= 24,46 (mm)
bv’ = hv = 1,414× C2 – 5 = 1,414×36,13 - 5= 46,08(mm)

5
29,58

e) Từ ovan sang vuông:

Ta có :

bov =

hov =

a × (1,29 + 0,76 × k v ∆b ) × C 2
1 + 0,74 × a × k ∆vb
bov
a

=

(1,29 + 0,76 × k v ∆b ) × C 2
1 + 0,74 × a × k ∆vb

Fov = 0,74×bov × hov =

µov=

Fov
Fv
=

a × (1,29 + 0,76 × k v ∆b ) × C 2
1 + 0., 4 × a × k ∆vb

0,755 × a × (1,29 + 0,76 × k ∆vb ) 2
(1 + 0,74 × a × k ∆vb ) 2

Tra bảng 1.5
a=1,5; kv∆b = 0,6 => µ=1,55
(1,29 + 0,76 × 0,5) × 24,46 × 1,5
1 + 0,74 × 1,5 × 0,5
⇒ bov=

=39,4(mm)

Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng


⇒ hov= 26,26 (mm)

39,4

H.17

f) Từ vuông sang ovan:

Tương tự ta có:

hov=

bov=

(1 + k ov ∆b ) × C 2
a + 0,74 × k ov ∆b
a × (1 + k ov ∆b ) × C 2
a + 0,74 × k ov ∆b

a × (1 + k ov ∆b ) 2 × C 2
(a + 0,74 × k ov ∆b ) 2

2

Fov= 0,74×b0v×hov= 0,74×
Fv= 0,98×C22
(

µov=

Fv
Fov

= 1,33 ×

bov
+ 0,74 × k ov ∆b ) 2
hov
bov
× (1 + k ov ∆b ) 2
hov

Ta có:
Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng


a = 2,5; k∆bov = 0,8 => µov=1,37

⇒C2 =

=

bov × (a + 0,74 × k ov ∆b )
a × (1 + k ∆b )
39,4 × (2,5 + 0,74 × 0,8)
2,5 × (1 + 0,8)

= 27,07 (mm)
bv’ = hv = 1,414× C2 – 5 = 1,414×27,07 - 5= 33,27(mm)

5

33,27
g) Từ ovan sang vuông:

Ta có :

bov =

hov =

a × (1,29 + 0,76 × k v ∆b ) × C 2
1 + 0,74 × a × k ∆vb
bov
a

=

(1,29 + 0,76 × k v ∆b ) × C 2
1 + 0,74 × a × k ∆vb

Fov = 0,74×bov × hov =

µov=

Fov
Fv
=

a × (1,29 + 0,76 × k v ∆b ) × C 2
1 + 0,74 × a × k ∆vb

0,755 × a × (1,29 + 0,76 × k ∆vb ) 2
(1 + 0,74 × a × k ∆vb ) 2

Tra bảng 1.5
Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng


a=1,5; kv∆b = 0,6 => µ=1,55
(1,29 + 0,76 × 0,5) × 27,07 × 1,5
1 + 0,74 × 1,5 × 0,5

43,6
⇒ bov=

=43,6(mm)

⇒ hov= 29,07 (mm)

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC KẾT CẤU
TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CỦA MÁY CÁN.
4.1 Tính lực cán
Lực cán P còn gọi là áp lực toàn phần của kim loại tác dụng lên trục cán
P1 P3 P4

R1

P5

R2
D

Hình 2.1 Sơ đồ lực cán

Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng


- Nhìn trên hình vẽ ta thấy: Lực phấn bố trên suốt chiều dài cán của kim loại phân bố

không đồng đều.
- Ta gọi Ptb là áp lực đơn vị hay áp lực trung bình ( N/mm2 )
- Gọi Ftx là diện tích tiếp xúc giữa kim loại và trục cán ( mm 2 ) thì F được tính theo công
thức sau:
Ftx = Btb × l =

B1 + B2
× R × ∆h
2

Trong đó:
Btb: Chiều rộng trung bình của vật cán.
Btb =

B1 + B2
2

l: Chiều dài của cung tiếp xúc
l = R × ∆h

Vậy áp lực cán được tính:
P = Ptb × Ftx
Cho đến nay chưa có một công thức lý thuyết nào hoàn chỉnh để tính P tb. Hầu hết chỉ tính
theo thực nghiệm.
Trong cán thép, người ta thường áp dụng công thức thực nghiệm để tính Ptb:

(N/mm2)

Ptb = P0 × Kf
Trong đó:
P0: Áp lực riêng có lợi.

Kf: Hệ số ảnh hưởng của trở kháng hình thức bên ngoài
Khi nhiệt độ cán thép lớn hơn nhiệt độ chảy trừ đi 575oC (tc > toch – 575oC) thì
P0 =

(

)

t 0 ch − t 0 c + 75 0
×σ B
1500

( N/mm2 ) [1]

Khi nhiệt độ cán của thép nhỏ hơn nhiệt độ chảy trừ đi 575oC (tc < toch – 575oC) thì:
t 0 ch − t 0 c
P0 =
×σ b
1000

(N/mm2)

[2]

Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng


Trong đó:
toch: Nhiệt độ nóng chảy của thép.
toc: Nhiệt độ từng lần cán thép
�B: Được xác định theo đồ thị quan hệ giữa toch, �B , %C
δB(kg/mm2)
δ bền

t chảy
100
90
80
70
60
50
40
30

1600
1500°
1400
1300°
1200°
0.1

0.3

0.5

0.7

0.9

1.1

1.3

Hình 2.2 Đồ thị quan hệ giữa toch, � B , %C

Hệ số Kf:
 2 × R × ∆h 
K f = 1+ f × 
− 1
 h1 + h2


Trong đó
f: Hệ số ma sát giữa bề mặt trục cán và kim loại.
h1, h2: Chiều cao trước và sau khi cán.
R × ∆h

: Chiều dài vùng biến dạng.

Từ các công thức trên ta rút ra được:
* Khi tc > (toch – 575)oC thì:

(

)

 t 0 ch − t 0 c + 75 0  
Ptb = σ b × 
 × 1 +
1500

 

 2 × R × ∆h 
f 
− 1
h
+
h
1
2



* Khi tc < (toch – 575)oC thì:

Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

1.5

%C


(

)

 t0 − t0 2  
Ptb = σ b ×  ch c  × 1 +
 1000  

 2 × R × ∆h 
f 
− 1
h
+
h
1
2



4.1.1 Tính lực cán cho lần thứ nhất:
Vì nhiệt độ cán là 1180oC lớn hơn toch – 575oC (toch = 1430oC) nên ta chọn công thức
tính Ptb như sau:

(

)

 t 0 ch − t 0 c + 75 0  
Ptb1 = σ b × 
 × 1 +
1500


 

 2 × R × ∆h 
f 
− 1
 h1 + h2


(*)

Ta chọn: �b = 45 ( kg/mm 2 ) ( tra bảng hình 5.6 trang 86 sách Thiết kế máy cán kim
loại )
Chọn f = 0,35

R1 =

300 − h1
= 135,456(mm).
2

Lượng ép: ∆h1 = ho – h1 = 5,93 (mm) ( ho = 35 mm, h1 = 29,07 mm )
Từ (*) suy ra: Ptb1 = Po. Kf

(

)

 2 × 135,456 × 5,93 
14300 − 1180 0 + 750  


Ptb1 = 45× 
×
1
+
0
,
35
×
− 1



1500
35
+
29
,
07

 


= 5,3 (kg/mm2)
Diện tích tiếp xúc giữa kim loại và trục cán:

Ftx1 =

B1 + B2
× R × ∆h

2

B1 = 35 (mm)

: Chiều rộng của vật trước khi cán

Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng


B2 = 46,6 (mm)

: Chiều rộng của vật sau khi cán

⇒ Ftx1 = 1156,3 (mm2)
Vậy áp lực trên lỗ thứ nhất là:
P1= Ftx1 × Ptb1 = 1156,3 × 5,3 = 6128 (kg)
Hay P1 = 6,128 Tấn

4.1.2 Tính lực cán cho lần thứ hai:
Ta có :
Nhiệt độ cán tc = 1150oC
�B = 45 ( kg/mm2 )
Chọn f = 0,35

R2 =

300 − 27,07
=
2

136,465 (mm)

∆h2 = h1 - h2 = 46,6 – 27,07 = 19,53 ( mm )

(

)

 2 × 136,465 × 19,53 
14300 − 1150 0 + 75 0  
Ptb 2 = 45 × 
− 1
 × 1 + 0,35 × 

1500
46
,
6
+
27
,
07

 



= 7 ( kg/mm2 )
Diện tích tiếp xúc giữa kim loại và trục cán
B2 = 29,07 (mm) : Chiều rộng trước khi cán

B3 = 33,27 (mm) : Chiều rộng sau khi cán

⇒ Ftx2 =

B2 + B3
2

R2 × ∆h 2 =

29,07 + 33,27
136,465× 19,53 = 1609(mm 2 )
2

Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng


Vậy áp lực lên lỗ hình thứ hai là:
P2 = Ptb2 × Ftx2 = 7 × 1609 = 11263 ( kg )
Hay P2 = 11,263 Tấn.

4.1.3 Tính lực cán cho lần thứ ba:
Ta có :
Nhiệt độ cán tc = 1150oC
�B = 45 ( kg/mm2 )
Chọn f = 0,35

R3 =

300 − 26,26
=

2

136,87 (mm)

∆h3 = h2 – h3 = 33,27 – 26,26 = 7,01 ( mm )

(

)

 2 × 136,87 × 7,01 
14300 − 1150 0 + 75 0  

Ptb3 = 45 × 
×
1
+
0
,
35
×
− 1


 33,27 + 26,26

1500

 




= 6,2 ( kg/mm2 )
Diện tích tiếp xúc giữa kim loại và trục cán
B3 = 33,27 (mm) : Chiều rộng trước khi cán
B4 = 39,4 (mm) : Chiều rộng sau khi cán

⇒ Ftx3 =

B3 + B4
2

R3 × ∆h 3 =

33,27 + 39,4
136,87 × 7,01 = 1125(mm 2 )
2

Vậy áp lực lên lỗ hình thứ ba là:
P3 = Ptb3 × Ftx3 = 6,2 × 1125 = 6978 ( kg )
Hay P3 = 6,978 Tấn.
Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng


4.1.4 Tính lực cán cho lần thứ tư:
Ta có :
Nhiệt độ cán tc = 1150oC
�B = 45 ( kg/mm2 )
Chọn f = 0,35

R4 =

300 − 24,4
=
2

137,8 (mm)

∆h4 = h3 – h4 = 39,4 – 24,446 = 15 ( mm )

(

)

 2 × 137,8 × 15 
14300 − 1150 0 + 75 0  


Ptb4 = 45× 
×
1
+
0
,
35
×


 39,4 + 24,446 − 1
1500


 



= 7 ( kg/mm2 )
Diện tích tiếp xúc giữa kim loại và trục cán
B3 = 26,26 (mm) : Chiều rộng trước khi cán
B4 = 29,58 (mm) : Chiều rộng sau khi cán

⇒ Ftx4 =

B4 + B4
2

R4 × ∆h 4 =

26,26 + 29,58
137,8 × 15 = 1270(mm 2 )
2

Vậy áp lực lên lỗ hình thứ tư là:
P4 = Ptb4 × Ftx4 = 7× 1270 = 8885 ( kg )
Hay P4 = 8,885 Tấn.

4.1.5 Tính lực cán cho lần thứ năm:
Ta có :
Nhiệt độ cán tc = 1150oC
�B = 45 ( kg/mm2 )
Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

Chọn f = 0,35

R5 =

300 − 23,75
=
2

138,13 (mm)

∆h5 = h4 – h5 = 29,58 – 23,75 = 5,83 ( mm )

(

)

 2 × 138,13 × 5,83 
14300 − 1150 0 + 75 0  


Ptb5 = 45× 
×
1
+
0
,
35
×



 29,58 + 23,75 − 1
1500

 



= 6,3 ( kg/mm2 )
Diện tích tiếp xúc giữa kim loại và trục cán
B4 = 29.58 (mm) : Chiều rộng trước khi cán
B5 = 35,6 (mm) : Chiều rộng sau khi cán

⇒ Ftx5 =

B4 + B5
2

R5 × ∆h 5 =

29.58 + 35,6
138,13 × 5,83 = 924,83(mm 2 )
2

Vậy áp lực lên lỗ hình thứ năm là:
P5 = Ptb5 × Ftx5 = 5,83 × 924,83 = 5391 ( kg )
Hay P5 = 5,391 Tấn.

4.1.6 Tính lực cán cho lần thứ sáu:

Ta có :
Nhiệt độ cán tc = 1150oC

Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng