Thiết kế máy cán thép

LỜI CẢM ƠN:
Mở đầu cuốn luận án này em chân thành cảm ơn đến:
- Các thầy cô trong bộ môn thiết kế máy.
- Các thày cô khoa cơ khí.
- Các thầy cô trường đại học Bách Khoa TP.HCM.
Những thầy cô đã truyền đạt những kiến thức quý giá cho em
trong suốt thời gian học tập tại trường.
Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy NGUYỄN HỮU LỘC, thầy
TRẦN VĂN TÙNG đã tận tình hướng dẫn và bổ xung những kiến thức
thiếu sót kòp thời để luận án của em hoàn thành đúng thời gian quy đònh.
Đồng thời, em cảm ơn rất nhiều đến quý thầy, cô là chủ tòch, phản biện, uỷ
viên hội đồng đã bỏ nhiều thời gian quý báu để đọc, nhận xét và tham gia
hội đồng chấm luận văn này.
Em chân thành cảm ơn những anh, chò trong CTY PIN ẮC QUY
MIỀN NAM đã tạo điều kiện thuận lợi để em học tập tốt trong quá trình
thực tập tại công ty.

Em xin chân thành cảm ơn!
TP.HCM ngày 24 tháng 12 năm 2003
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thế Quý

1i


LỜI MỞ ĐẦU:
Trong sản xuất cơ khí ở nước ta thì sản xuất thép đóng một vai trò rất quan trọng.
Hơn 70 kim loại sản xuất phải qua khâu cán. Ở các quốc gia phát triển thì tỉ lệ này
tăng đến 85.
Thực tế sản lượng thép ở nước ta còn rất thấp so với các nước trong khu vực và
trên thế giới. Điều đó cho thấy trong những năm tới ngành công nghiệp luyện kim và

cán thép ở nước ta sẽ được phát triển nhanh hơn. Nghò quyết bộ chính trò có nêu:” Từ
nay đến năm 2010 sản lượng thép ở nước ta phải đạt 7 đến 10 triệu tấn/năm.”
Bằng những kiến thức của mình và dựa trên tình huống thực tế, em quyết đònh
chọn đề tài “ THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP “ làm luận án tốt nghiệp.
Trên thò trường có rất nhiều loại máy cán như máy cán thép hình, máy cán tấm,
máy cán thép xây dựng, máy cán hai trục, máy cán ba trục, máy cán bốn trục… Em
chọn máy cán hai trục có đường kính 350 để cán ra thành phẩm thép tròn xây dựng
22 từ phôi liệu ban đầu 1001001200.
Loại máy em thiết kế tương đối gọn, dễ tháo lắp, dễ thao tác và thay thế trục cán
dễ dàng.
Công việc là tìm hiểu các phương pháp cán, tính toán động học, động lực học
trong kết cấu máy.

6i


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÁN THÉP ........................................1
1. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA MÁY CÁN THÉP TRÊN
THẾ GIỚI ...............................................................................................................1
2. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH CÁN THÉP VIỆT
NAM .........................................................................................................................1
3. NHU CẦU VỀ SẢN PHẨM THÉP TRONG NHỮNG NĂM TỚI ...................2
CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ CÁN THÉP HÌNH ...................................................5
1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CÁN THÉP HÌNH .................................................5
1.1 ) Kkái niệm ....................................................................................................5
1.2 ) Phân loại ......................................................................................................5
1.2.1) Phân loại thep hình dáng ..........................................................................5
1.2.2) Phân loại theo công dụng..........................................................................5
1.2.3) Phân loại theo cách gia công lỗ hình trên trục cán...................................5

2. CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA MÁY .................................................................6
2.1) Nguồn động lực............................................................................................6
2.2) Bộ phận truyền lực ......................................................................................6
2.3) Giá cán .........................................................................................................8
3. CÁC PHƯƠNG ÁN BỐ TRI DÂY CHUYỀN CÁN .........................................9
3.1) Bố trí liên tục ..............................................................................................9
3.2) Bố trí bán liên tục .................................................................................... 11
3.3) Bố trí theo hình chữ Z .............................................................................. 12
3.4) Bố trí theo hình chữ U .............................................................................. 13
4. MẶT BẰNG PHÂN XƯỞNG: ......................................................................... 15
2i


6. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI ............................................................................... 15
5.1) Phương hướng thiết kế cho đề tài .......................................................... 15
5.2) Những vấn đề đặt ra cho bài toán thiết kế ............................................ 16
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHO HỆ THỐNG LỖ HÌNH ................................. 18
1. GIỚI THIỆU HỆ THỐNG LỖ HÌNH............................................................. 18
2. NHỮNG NGUYÊN TẮC CƠ BẢN KHI THIẾT KẾ LỖ HÌNH .................. 20
3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LỖ HÌNH .................................. 21
3.1) Xác đònh số lần cán................................................................................ 21
3.2) Tính toán hệ thống lỗ hình .................................................................... 22
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ .............................................................. Á33
1. XÁC ĐỊNH LỰC CÁN, MOMENT CÁN VÀ CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ..... 33
1.1) Các thông số đầu vào............................................................................. 33
1.2) Lực cán Pc .............................................................................................. 34
1.3) Moment phát sinh trong quá trình cán ................................................... 36
1.4) Chọn công suất động cơ ......................................................................... 38
1.5) Phân phối tỷ số truyền ........................................................................... 38
2.THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI ........................................................................ 39

2.1) Chọn loại đai .......................................................................................... 39
2.2) Đònh đường kính bánh đai nhỏ ............................................................... 40
2.3) Tính đường kính D2 của bánh lớn .......................................................... 40
2.4) Chọn sơ bộ khoảng cách trục A ............................................................. 40
2.5) Tính sơ bộ chiều dài đai L theo khoảng cách trục ................................. 40
2.6) Xác đònh chính xác khoảng cách trục A theo chiều dài đai đã lấy theo tiêu
chuẩn...................................................................................................................... 41

3i


2.7) Tính góc ôm 1....................................................................................... 41
2.8) Xác đònh số đai Z cần thiết .................................................................... 42
2.9) Đònh các kích thước cần thiết của bánh đai ........................................... 42
2.10) Tính lực căn ban đầu S0 và lực tác dụng lên trục R............................. 43
3. TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC BÁNH ĐÀ ....................................................... 43
4. TÍNH TOÁN HỘP GIẢM TỐC ...................................................................... 44
4.1) Chọn vật liệu ............................................................................................ 44
4.2) Xác đònh ứng suất cho phép ..................................................................... 44
4.3) Tính toán cấp nhanh ............................................................................... 46
4.3.1) Xác đònh sơ bộ khoảng cách trục ........................................................ 46
4.3.2) Các thông số ăn khớp ......................................................................... 47
4.3.3) Xác đònh hệ số dòch chỉnh ................................................................... 48
4.3.4) Tính vận tốc vòng của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng
....................................................................................................................... 49
4.3.5) Kiểm nghiệm răng .............................................................................. 49
4.4) Tính toán cấp chậm................................................................................. 53
4.4.1) Xác đònh sơ bộ khoảng cách trục ........................................................ 53
4.4.2) Các thông số ăn khớp.......................................................................... 54
4.4.3) Tính vận tốc vòng của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng

....................................................................................................................... 55
4.4.4) Kiểm nghiệm răng .............................................................................. 55
5. TÍNH TOÁN TRỤC CÁN................................................................................ 59
5.1) Chọn vật liệu chế tạo................................................................................ 59
5.2) Chọn kích thước trục cán .......................................................................... 60
5.3) Kiểm tra bền trục cán ............................................................................... 60
4i


6.TÍNH TOÁN TRỤC VÀ LỰA CHỌN Ổ ĐỢ TRỤC....................................... 63
6.1) Chọn vật liệu chế tạo................................................................................ 63
6.2) Tính sơ bộ đường kính trục ....................................................................... 63
6.3) Khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực ......................................... 64
6.4) Sơ đồ tính toán và biểu đồ mooment ........................................................ 65
6.5) Moment tương đương tại các tiết điện nguy hiểm .................................... 69
6.6) Đường kính trục tiêu chuẩn tai các tiết diện nguy hiểm .......................... 69
6.7) Kiểm nghiệm bền trục .............................................................................. 70
7. HỘP CHIA MOMENT .................................................................................... 81
7.1) Tính bánh răng .......................................................................................... 81
7.1.1) Chọn vật liệu chế tạo bánh răng V ..................................................... 81
7.1.2) Xác đònh ứng suất cho phép ................................................................ 82
7.2) Xác đònh sơ bộ khoảng cách trục .............................................................. 83
7.3) Các thông số ăn khớp ............................................................................... 84
7.4) Kiểm nghiệm răng .................................................................................... 84
8. TÍNH TOÁN TRỤC VÀ LỰA CHỌN Ổ CHO HỘP CHIA MOMENT ....... 88
8.1) Chọn vật liệu chế tạo trục ........................................................................ 88
8.2) Xác đònh đường kính trục sơ bộ ................................................................ 88
8.3) Lựa chọn ổ ............................................................................................. 90
9. KHỚP NỐI ........................................................................................................ 91
9.1) Khớp nối trục đóa ...................................................................................... 91

9.2) Khớp nối vạn năng ................................................................................... 92
10. TÍNH TOÁN ĐƯỜNG KÍNH BULÔNG NỀN THEO MOMENT LẬT NHÀO
............................................................................................................................... 93

5i


6i


TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 PGS.TS Nguyễn Trường Thanh, Cơ sở kỹ thuật cán, Nhà xuất bản Đại học Quốc
Gia Tp.HCM, 2003.
2 PGS.TS Phan Văn Hạ, Các phương pháp thiết kế lỗ hình trục cán, Nhà xuất bản
khoa học kỹ thuật HÀNỘI, 2001.
3 Đỗ Hữu Nhơn, Phương pháp cán kim loại thông dụng, Nhà xuất bản khoa học và
kỹ thuật,2001.
4 Đỗ Hữu Nhơn, Tính toán thiết kế chế tạo máy cán thép và các thiết bò trong nhà
máy cán thép, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật HÀNỘI, 2001.
5 Nguyễn Trọng Hiệp – Nguyễn Văn Lẫm, Thiết kế chi tiết máy, Nhà xuất bản giáo
dục
6 Trònh Chất – Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí, Nhà xuất
bản giáo dục,1999
7 Nguyễn Tuấn Kiệt – Nguyễn Thanh Nam – Phan Tuấn Tùng – Nguyễn Hữu
Lộc(chủ biên), Cơ sở thiết kế máy, Trường Đại học Bách Khoa – Tp. HCM, 2001.
8 Trần Hữu Quế, Vẽ kỹ thuật cơ khí, Nhà xuất bản giáo dục,2000.
9 Nguyễn Ngọc Cẩn, Trang bò điện trong máy cắt kim loại, Nhà xuất bản Đại học
Quốc gia Tp.HCM,2001.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÁN THÉP

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÁN THÉP
1. Lòch sử hình thành và phát triển của máy cán thép trên thế giới:
Máy cán thép lúc đầu được vận hành bằng cách dùng ngựa để kéo. Sản phẩm
của nó là thép hình đơn giản dùng để chế tạo ra gươm, dao, giáo mác, các cổ xe ngựa,
làm hàng rào... Máy cán lúc đầu chỉ có hai trục quay ngược chiều nhau. Đến năm
1864 chiếc máy cán ba trục đầu tiên được ra đời chạy bằng máy hơi nước và cho ra
sản phẩm cán phong phú hơn, có cả thép tấm và thép hình, đồng tấm và dây đồng. Do
kỷ thuật ngày càng phát triển, do nhu cầu về thép tấm phục vụ cho các ngành công
nghiệp đóng tàu, chế tạop xe lửa, ngành công nghiệp nhẹ... mà chiếc máy cán với giá
cán bốn trục đã ra đời vào năm 1870. Sau đó là các máy cán với giá cán sáu trục và
các máy cán đặt biệt khác được ra đời để cán những vật liệu cực mỏng, siêu mỏng và
dò hình như máy cán bi, cán thép chu kỳ, máy đúc cán liên tục.
Nhiều máy cán kết hợp lại để cán mật sản phẩm theo qui trình công nghệ như
máy cán thô, máy cán phá, nhóm giá cán thô, nhóm giá cán trung gian, nhóm giá cán
tinh, máy cán tinh, máy cán bán liên tuc, máy cán bố trí liên tục... Ngoài ra người ta
còn dùng rất nhiều thiết bò khác để tiến hành tự động hoá, cơ khí hoá, tin học hoá...
trong sản xuất, đồng thời dùng để hoàn thiện sản phẩm theo qui trình công nghệ mới.
Các thiết bò này là máy cắt, lò nung, lò nhiệt luyện, các con lăn, bàn nâng hạ, máy
nén thép, máy bó, sàn làm nguội... Tất cả các thiết bò chính và phụ đó được bố trí sắp
đặt trong xưởng cán hay trong khu liên hợp luyện cán thép theo trình tự công nghệ.
2. Lòch sử hình thành và phát triển của ngành cán thép Việt Nam :
Trước năm 1960, ngành cán thép Việt Nam coi như không có. Trước năm 1954,
các loại thép hầu như nhập từ pháp về. Sau 1954 các loại thếp nhập về nước ta từ các
nước Liên Xô(cũ), Trung Quốc và các nước Đông Âu. Kế hoạch năm năm lần thứ
nhất (19601965), nhà nước ta đầu tư xây dựng khu gang thép Thái Nguyên dưới sự
giúp đở của Trung Quốc, vì chiến tranh cho nên công cuộc xây dựng phải dở dang.

Năm 1975 nhà máy luyện các thép Gia Sàn, Thái Nguyên vào hoạt động với năng
suất 5vạn tấn/năm (nay là 10 vạn tấn/năm), đây là nhà máy cán thép đầu tiên có trên
1


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÁN THÉP

miền Bắc nhờ sự viện trợ của Đức (cộng hoà dân chủ Đức cũ). Miền Nam giải phóng
ta tiếp nhận một vài máy cán thép hình cở nhỏ như: Vicasa, Vikimco, ...(năng suất bấy
giờ khoảng 5 vạn tấn/năm). Đến năm 1978, nhà máy cán thép Lưu Xá, Thái Nguyên
có năng suất 12 vạn tấn/năm đã đi vào hoạt động. Cho đến năm 1986 cả nước chỉ đạt
khoảng 20 vạn tấn thép cán/năm. Từ khi công cuộc đổi mới do Đảng ta đề xướng và
lãnh đạo, ngành cán thép phát triển khá mạnh mẽ. Các xí nghiệp liên doanh cán thép
giữa Việt Nam và nước ngoài đã hình thành từ Bấc đến Nam như: công ty thép Việtc, VNAUSTEEL ở Hải Phòng có năng suất 12 vạn tấn/năm. Công ty thép
NASTEELVINA giữa Việt Nam và Xingapo ở Thái Nguyên có năng suất 12 vạn
tấn/năm, công tuy thép Việt Nhật ở Vũng Tàu, công ty thép ống VINAPIPE liên
doanh giữa Việnt Nam và Hàn Quốc... Tính đến năm 2000 cả nước ta đã sản xuất
được khoảng 2 triệu tấn thép cán. Thép cán chúng ta đã phục vụ được một phần nhu
cầu xây dựng cho đất nước và đã tham gia xuất khẩu.
Hơn 70 kim loại được sản xuất phải qua khâu cán. Ở những quốc gia phát triển
thì tỉ lệ đó tăng lên 85%. Ở Việt Nam, ngành cán được phát triển trước và mạnh mẽ
hơn ngành sản xuất ra kim loại.
Qua mấy mươi năm sau giải phóng, nước ta đã đổi mới nhiều thiết bò cán kéo
thép và đồng, với trình độ hiện đại hơn nhiều. Vì sự phát triển thiếu đồng bộ cho nên
phần lớn các nhà máy cán thép hiện nay đang thiếu phôi trầm trọng bởi phôi liệu đã
cạn kiệt. Tổng công suất các nhà máy cán thép cũng như cán kéo dây đồng đã vượt
hơn hai lần công suất nấu luyện. Vì vậy hiện nay chủ trương của Nhà nước là khuyến
khích các công ty trong nước và các công ty liên doanh nước ngoài khai thác nguồn
nguyên liệu trong nước từ các mỏ quặng tự nhiên sẳn có trực tiếp sản xuất ra phôi liệu
để không phụ thuộc và nguồn phôi liệu nhập khẩu, làm được như vậy nhà nước đã

tiến hành nâng mức thuế đánh vào các phôi liệu nhập khâu từ nước ngoài. Vì vậy tình
hình phôi liệu hiện nay ở nước ta rất căng thẳng.
3. Nhu cầu về sản phẩm thép trong vài năm tới:
Ngoài những sản phẩm truyền thống là thép tròn và thép hình xây dựng, ống tròn
cở nhỏ và tôn mạ kẽm, mạ màu, chế phẩm kim loại. Vài năm gần đây đã sản xuất
được thêm các mặt hàng như tôn mạ thiết, cán tấm nóng, cán tấm nguội, thép đặt biệt
2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÁN THÉP

và nguyên liệu sặt xốp. Đồng thời đẩy mạnh sản xuất phôi vuông để thay thế phôi
nhập khẩu.
Dự đoán của ngành thép việt nam đến năm 2010 sẽ tương đối đầy đủ về chủng
loại lẫn qui cách và đa dạng hơn về chất lượng, công dụng:
Cụ thể bao gồm 14 sản phẩm sau:
o Thép phôi vuông 100  120mm
o Thép thanh tròn trơn 10 32mm
o Thép thanh tròn vằn D10  D40
o Thép dây cuộn 5.5 10mm hoặc trên 10mm
o Thép hình vừa và hình nhỏ (U,I,L,T,dẹt...)
o Thép tấm cán nóng dày 1,5  2,5mm, rộng max 1600mm
o Thép tấm cán nguội dày 1,5  2,3mm x1600mm’
o Ống thép hàn cỡ nhỏ, ống hàn xoắn cỡ lớn
o Thép hình uống nguội từ tấm cán nóng, tấm cán nguội.
o Tôn mạ kẽm, tôn mạ màu, tôn mạ thiết
o Chế phẩm kim loại.
o Thép không rỉ...

3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÁN THÉP

Các dự án của tổng công ty thép Việt Nam
TT

TÊN DỰ ÁN

CÔNG SUẤT

Thời gian

(Tấn/năm)

hoàn thành

1

Nhà máy cán nguội Phú Mỹ

205000

Năm 2004

2

Nhà máy cán thép Lưu Xá

300000

Năm 2003

Dự án mở rộng cải tạo công

500000 tấn/năm sản phẩm luyện

ty gang thép Thái Nguyên

và 400000 tấn/năm sản phẩm cán

3
4

Và một số dự án khác

4

Năm 2005


CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHO HỆ THỐNG LỖ HÌNH

CHƯƠNG 3
TÍNH TOÁN CHO HỆ THỐNG LỖ HÌNH
1.Giới thiệu hệ thống lỗ hình:
Để giảm tiết diện thanh thép bằng phương pháp cán, người ta dùng cán lỗ hình có
hình dạng khác nhau.
Tuỳ thuộc vào tiết diện, hệ số ép, đường kính trục mà ta sử dụng các lỗ hình khác
nhau liên tiếp theo một thứ tự nhất đònh gọi là hệ thống lỗ hình.

Trong công nghệ cán thép thường dùng các hệ thống lỗ hình sau:
a) Hệ thống lỗ hình chữ nhật- vuông

Ưu điểm:


-

Lượng kim loại khoét ở trục ít, có khả năng sử dụng lực ép lớn mà không làm

gãy trục
-

Lượng ép đồng đều

-

Ít tốn năng lượng và giới hạn được sự dãn rộng tự do

-

Tiện lợi cho việc cơ giới hoá khi cán

Nhược điểm :


-

Dể tạo thành rìa mép khi bò tràn lỗ hình.

-

Khi không điền đầy lỗ hình thì tạo ra biên dạng không đều ở hai cạnh bên.

b) Hệ thống lỗ hình vuông- ôvan

18


CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHO HỆ THỐNG LỖ HÌNH

Ưu điểm:


-

Khả năng sử dụng hệ số ép lớn   1,25 1,8

-

Đảm bảo đôï điền đầy lỗ hình, dể cơ khí hoá

-

Vấn đề đưa thanh vuông vào lỗ hình ôvan dể giải quyết

-

Ở lỗ hình ôvan lượn kim loại phải khoét đi ít.

-

Khi cán ở các hệ thống lỗ này, các góc của thanh được luân phiên chuyển thành

cạnh, do đó được ép đều, sự giảm nhiệt độ đồng đều nên không bò khuyết tật.
Nhược điểm


-

Không có sự ổn đònh khi cho thanh ôvan vào lỗ hình vuông do đó phải sử dụng

các thiết bò dấn hướng chật (sát chặt
-

Biến dạng không đều ở lỗ hình ôvan và vuông dể gây nếp gấp thanh kim loại.

-

Ở lỗ hình vuông do có dạng nét cắt ở đường chéo nên khi đường kính trục nhỏ

dể đưa đến hiện tượng gãy trục.
-

Chất lương bề mặt kim loại kém.

-

Không sử dụng cho kim loại có thành phần cacbon cao và thép hợp kim.

c) Hệ thống lỗ hình thoi – vuông
-

Lượng ép thường vào khoảng 1,15  1,4

-

Có khả năng nhận được tiết diện vuông chính xác

-

Nhận được bè mặt sản phẩm tốt do sự phá huỷ lớp ôxít kim loại bao ngoài.

d) Hệ thống lỗ hình ôvan – tròn:
Hệ thống này thường được dùng để cán thép tròn ở các nhà máy cán hình cỡ
trung, cỡ nhỏ, cán dây...
19


CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHO HỆ THỐNG LỖ HÌNH

Ưu điểm :



Không có góc nhọn, phôi nguội đồng đều bảo đảm chất lượng bề mặt sản phẩm
cán, lưộng ép đồng đều nên hạn chế được ứng suất dư trong sản phẩm. Ít mòn lỗ hình
hơn so với hệ thóng ôvan-vuông.
Nhược điểm :



Phôi ôvan vào lỗ hình tròn khó, hay vặn vật cán trong lỗ hình, phải dùng dẫn
hướng nghiêm ngặt, hệ số dãn dài không lớn  =1,2  1,4.
2.Những nguyên tắc cơ bản khi thết kế lỗ hình trục cán:
Quá trình thiết kế lỗ hình trục cán phụ thuộc vào sản phẩm cán, kiểu máy, đặt
điểm kỹ thuật của máy, công suất động cơ, chất lượng kim loại và một số yếu tố khác.
-

Xác đònh số lần cán phải xuất phát từ khả năng trục cán ăn được vào kim loại.

Trong trường hợp độ bền trục, côgn suất động cơ không bảo đảm phải tăng số lần cán.
đoi khi số lần cán còn phụ thuộc vào cách bố trí giá cán...
-

Xác đònh lượng ép ở những lần cán đầu tiên theo góc ăn  cho phép, các lần cán

sau phải xem xét theo độ bền trục, côgn suất động cơ, chất lượng sản phẩm ...
-

Xác đònh lượng ép ở lỗ hình tinh và trước tinh theo điều kiện biến dạng trong lỗ

hình để đạt được độ chính xác của sản phẩm vầ điều kiện mài mòn lỗ hình. Cụ thể
nhưu sau :
-

Xác đònh kích thước phôi ban đầu trên cơ sở dung sai âm  cho phép.

-

Thiết kế lỗ hình phải xuất phát từ kích thước sản phẩm. Kích thước lỗ hình sẽ là

kích thước sản phẩm theo tiêu chuẩn có xét đến hệ số nở nóng của thép.
-

Tính toán lượng dãn rộng (b) trong lỗ hình phải chính xác. Khoảng trống của lỗ

hình dãn rộng bao giờ cũng phải lớn hơn lượng giản rộng tính toán.

20


CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHO HỆ THỐNG LỖ HÌNH

-

Đối với sản phẩm có biến dạng phức tạp ( thép chữ , thép chữ I, thép đường

ray...) phải chia các lỗ hình thành các phân tố riêng biệt và tính hệ số biến dạng cho
từng phân tố đó.
3.Tính toán & thiết kế hệ thống lỗ hình:
3.1. Xác đònh số lần cán
Theo đề tài đã chọn là thiết kế phân xưỡng cán thép xây dựng (thép tròn 22) với
các thông số sau:
- Phôi liệu nhập 100x100x1200 mm
- Sản lượng 100.000 tấn/năm
Số lần cán n được tính theo công thức:
2

n

lg F0  lg Fn

lg  tb

lg 100  lg

 .22 2

lg 1.35

4

 10,897

Chọn n = 11 lần
Trong đó:
 tb hệ số dãn dài trung bình
F0 diện tích tiết diện phôi cán ban đầu
Fn thành phẩm sau n lần cán

Hệ thống lỗ hình khi cán thép tròn 22 từ phôi liệu nhập
(100x100x1200mm.)

21


CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHO HỆ THỐNG LỖ HÌNH

k2

k1

k3

k6

k5

k4

k7

k8

k9

k11

k10

Theo tính toán trên sản phôi liệu phải qua 11 lần cán mới thành phẩm. Theo
phương án đã chọn là bố trí phân xưởng bán liên tục theo hàng ta chia thành 3 nhóm
sau:
-

Nhóm máy cán thô ( k1k3) đường kính trục cán 650, vật liệu là thép Y10.

-

Nhóm máy cán trung (k4k6) đường kích trục cán 450, vật liệu là gang hợp

kim.
-

Nhóm máy cán tinh (k7k11) đường kính trục cán 350, vật liệu là gang hợp

kim.
3.2 Tính toán hệ thống lỗ hình:
Để cho việc tính toán thiết kế được chính xác ta tính theo nguyên tắc ngược
hướng cán. bắt đầu bằng sản phẩm 22.
Dung sai cho phép của thép 22:  =

0 , 4
 0 ,5

22


CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHO HỆ THỐNG LỖ HÌNH

Kích thước đường kính của thép tròn 22 ở trạng thái nguội là :
d11 = 22 – 0,5/2 =21,75mm
Kích thước đường kính hình tròn sản phẩm ở trạng thái nóng sẽ là:
dn = d11 .(1,01 1,015) =21,75.1,014 = 22,05mm
Diện tích hình tròn tinh sẽ là :
F11 =

d112
4

 381mm2

Để đạt được độ chính xác của sản phẩm và thoả mãn điều kiện mài mòn đối với
lỗ hình tinh [=(1,11,2)] ta chọn hệ số ép trong lỗ hình tinh là:
 t11  1,16 .

Lượng dãn rộng trong lỗ hình tròn 11 xác đònh theo công thức :
bt11  0,11  0,0003d11  0,35( t11  1)  4.10 5 (800  D11 ).d 11





 0,11  0,0003.22,05  0,35(1,16  1)  4.10 5 (800  320) .22,05
 3, 23mm

Diện tích ovan trước tinh là :
F10 = F11.11=381.1,18 =449,6mm2
Chiều dày của ôvan trước tinh:
h10 =d11 -bt11 =22,05-3,23 = 18,82mm
Chiều rộng của ôvan trước tinh :
b10 =

F10
449,6

 34.13 mm
0.7.h10 0.7.18,82

Lượng ép trong lỗ hình tinh:
h11 = b10 – d11 = 34,13 – 22,05 =12,08mm
Góc ăn lỗ hình tinh:

23


CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHO HỆ THỐNG LỖ HÌNH

11  arccos(1 

12.08
h11
)  15.6
)  arccos(1 
350  22.05
D11  d11

Tỷ lệ trục của phôi hình ôvan đưa vào lỗ hình tròn là:
a10 =

b10 34,13

 1,81
h10 18,82

Chọn hệ số điền đầy lỗ hình 0=0,9
Ta tìm chiều rộng lỗ hình 10
Bk10 =

b10 34,13
=
=37,92mm
0,9
0,9

Hệ số lỗ hình
a k10 

Bk10 37,92

 2,01
H k 10 18,82

Bán kính lỗ hình ôvan
R0v10 

Bk210  H k210 37,92 2  18,82 2
 23,80 mm.
=
4.18,82
4.H k 10

Hệ số ép trong lỗ hình trước tinh : [ = (1,25 1,35)]
Chọn  0v10 = 1,28
Diện tích của lỗ hình tròn 9 là :
F9 = F10.10=449,6.1,28 =575,5mm
Đường kính lỗ hình tròn 9:
d 9=

4.F9





4.575,5
 27,07mm
3,14

Lượng ép trong lỗ hình ôvan 10 là:
h10= d10 - h10= 27,07 – 18,82=8,25mm
Góc ăn trong lỗ hình 10:

24


CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHO HỆ THỐNG LỖ HÌNH

 10  arccos(1 
 arccos(1 

h10
)
D10  h10

8.25
)  12.82
350  18.82

*d9 = 27,07mm .
Diện tích hình tròn 9:
F9 =

d 92
4

Chọn

3,14.27,07 2



4

 575,24mm2.

 t 9 = 1,32

Lượng dãn rộng trong lỗ hình tròn 9 xác đònh theo công thức :
bt9  0,11  0,0003d 9  0,35(  t 9  1)  4.10 5 (800  D9 ).d 9





 0,11  0,0003.27,07  0,35(1,32  1)  4.10 5 (800  320) .27,07
 5,27 mm

Diện tích ovan trước là :

F8 = F9.9 = 575,24.1,32=759,32mm2.
Chiều dày của ôvan trước :
h8 =d9 -bt9 =27,07-5,27=21,8mm
Chiều rộng của ôvan trước :
b8 =

F8
759,32
 51,21mm

0,7.h8 0,7.21,18

Lượng ép trong lỗ hình :
h9 = b8 – d9 = 51,21-27,07=24,14mm
Góc ăn lỗ hình :
 9  arccos(1 

h9
24.14
)  arccos(1 
)  22.29
D9  d 9
350  27.07

Tỷ lệ trục của phôi hình ôvan đưa vào lỗ hình tròn là:
25


CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHO HỆ THỐNG LỖ HÌNH

a8 =

b8 51,21

 2,35
h8
21,8

Chọn hệ số điền đầy lỗ hình 0=0,9
Ta tìm chiều rộng lỗ hình 8
Bk8 =

b
0,9

=

51,21
 56,90mm
0,9

Hệ số lỗ hình
ak 8 

Bk 8 56,9

 2.61
H k 8 21,8

Bán kính lỗ hình ôvan

R0 v 8

Bk28  H k28 59,9 2  21,8 2
=
 46,59mm.

4.21,8
4.H k 8

Hệ số ép trong lỗ hình 8 :
 0v8 =1,32

Diện tích của lỗ hình tròn 7 là :
F7 = F8.  0v8 =759,32.1,32=1002,3mm2
Đường kính lỗ hình tròn 7:
d 7=

4.F7





4.1002,3
 35,73 mm
3,14

Lượng ép trong lỗ hình ôvan 8 là:
h8= d7 – h8= 35,73 – 21,8 = 13,93mm
Góc ăn trong lỗ hình 8:

 8  arccos(1 

h8
13 .93
)  arccos(1 
)  17 .58 
D8  h8
350  21 .8

*d7 =35,73mm .
Diện tích hình tròn 7:
26


CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHO HỆ THỐNG LỖ HÌNH

F7 =

d 72
4



3,14.35,73 2
4

 1002,16 mm2.

Chọn  t 7 = 1,34
Lượng dãn rộng trong lỗ hình tròn 7 xác đònh theo công thức :

bt7  0,11  0,0003d 7  0,35(  t 7  1)  4.10 5 (800  D7 ).d 7





 0,11  0,0003.35,73  0,35(1,34  1)  4.10 5 (800  320) .35,73
 7,11mm

Diện tích ovan trước là :
F6 = F7.7=1002,16.1,34=1342,89mm2
Chiều dày của ôvan trước :
h6 =d7 -bt7 =35,73 – 7,11=28,62mm.
Chiều rộng của ôvan trước :
F6
1342,89

=67,03mm
0,7.h6 0,7.28,62

b6 =

Lượng ép trong lỗ hình:
h7 = b6 – d7 = 67,03-35,73=31,30mm.
Góc ăn lỗ hình :
 7  arccos(1 

h7
31.30
)  25.79

)  arccos(1 
350  35.73
D7  d 7

Tỷ lệ trục của phôi hình ôvan đưa vào lỗ hình tròn là:
a6 =

b6 67,03

 2,34
h6 28,62

Chọn hệ số điền đầy lỗ hình 0=0,9
Ta tìm chiều rộng lỗ hình 6
Bk6 =

b6
67,03
 74,47mm
=
0,9
0,9

27


CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHO HỆ THỐNG LỖ HÌNH

Hệ số lỗ hình
ak 6 

Bk 6 74,47

 2,60
H k 6 28,62

Bán kính lỗ hình ôvan
R0 v 6 

Bk26  H k26 74,47 2  28,62 2
 55,6 mm.
=
4.28,62
4.H k 6

 0v 6 =1,34

Diện tích của lỗ hình tròn 5 là :
F5 = F6.  0v 6 =1342,89.1,34=1799,47mm2
Đường kính lỗ hình tròn 5:
d 5=

4.F5





4.1799, 47
 47,88mm

3,14

Lượng ép trong lỗ hình ôvan 6 là:
h6= d5 – h6= 47,88 -28,62=19,26mm.
Góc ăn trong lỗ hình 6:
 6  arccos(1 

h6
19 , 26
)  arccos( 1 
)  17 ,39 
450  28 ,62
D6  h6

*d5 = 47,88mm .
Diện tích hình tròn 5:
F5 =

d 52
4



3,14.47,88 2
4

 1799,60 mm2.

 t 5 =1,38.

Lượng dãn rộng trong lỗ hình tròn 5 xác đònh theo công thức :
bt5  0,11  0,0003d 5  0,35(  t 5  1)  4.10 5 (800  D5 ).d 5

28


CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHO HỆ THỐNG LỖ HÌNH





 0,11  0,0003.47,88  0,35(1,38  1)  4.10 5 (800  450) .47,88
 10,27 mm

Diện tích ovan trước là :
F4 = F5.  t 5 =1799,6.1,38=2483.45mm2
Chiều dày của ôvan trước :
h4 =d5 -bt5 =47,88 - 10,27 =37,61mm.
Chiều rộng của ôvan trước :
F4
2483,45

 94,33 mm
0,7.h4 0,7.37,61

b4 =

Lượng ép trong lỗ hình 5:
h5 = b4 – d5 = 94,33 – 47,88 = 46,45mm

Góc ăn lỗ hình 5:
 5  arccos(1 

h5
46,45
)  27,81
)  arccos(1 
450  47,88
D5  d 5

Tỷ lệ trục của phôi hình ôvan đưa vào lỗ hình tròn là:
a4 =

b4 94,33

 2,5
h4 37,61

Chọn hệ số điền đầy lỗ hình 0=0,9
Ta tìm chiều rộng lỗ hình 4:
Bk4 =

b4
94,33
 104,8mm
=
0,9
0,9

Hệ số lỗ hình 4

ak 4 

Bk 4 104,8

 2,78
H k 4 37,61

Bán kính lỗ hình ôvan

29


CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHO HỆ THỐNG LỖ HÌNH

Bk24  H k24 104,8 2  37,612
 82,4 mm.
=
4.37,61
4.H k 4

R0 v 4 

Hệ số ép trong lỗ hình 4
 0v 4 =1,38

Diện tích của lỗ hình tròn 3 là :
F3 = F4.  0v 4 =2483,45.1,38=3327,82mm2
Đường kính lỗ hình tròn 3:
d 3=

4.F3





4.3327,82
 65,1mm
3,14

Lượng ép trong lỗ hình ôvan 4 là:
h4= d3 – h4= 65,1 – 37,61 = 27,49mm
Góc ăn trong lỗ hình 4:
 4  arccos(1 

h4
27 ,49
)  arccos( 1 
)  21 
450  37 ,61
D4  h4

*d3 = 65,1mm .
Diện tích hình tròn 3 :
F3 =

d 32
4



3,14.65,12
4

 3326,8 mm2.

Chọn  t 3 = 1,40
Lượng dãn rộng trong lỗ hình tròn 3 xác đònh theo công thức :
bt3  0,11  0,0003d 3  0,35( t 3  1)  4.10 5 (800  D3 ).d 3





 0,11  0,0003.65,1  0,35(1,40  1)  4.10 5 (800  650) .65,1
 14,61mm

Diện tích ovan trước là :
30