Thuyết minh đồ án tốt nghiệp máy cán thép rằn d16

Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cán Thép Rằn.

LỜI NÓI ĐẦU
Một đất nước phát triển phải có nền công nghiệp phát triển, trong đó ngành Cơ
khí là ngành chủ đạo. Thật vậy, trong xu thế phát triển hiện nay, tất cả các ngành công
nghiệp trong quá trình vận hành và sản xuất đều có sự liên quan gián tếp hay trục tiếp
từ ngành Cơ khí.Vì vậy Cơ khí được xem là ngành mũi nhọn trong việc thực hiện
đường lối chủ trương Công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước trong hiện nay
Ngành Cơ khí nói chung và Cơ khí chế tạo máy nói riêng muốn có phát triển và
bền vững hay không phần lớn dựa vào sự phát triển của ngành luyện kim, trong đó có
ngành luyện cán thép.
Ngoài ra, đối với công cuộc hiện đại hoá đất nước hiện nay, thép là một sản
phẩm không thể thiếu trong các ngành kỹ thuật công nghiệp và đặc biệt là trong ngành
xây dựng. Nhu cầu về sản lượng thép ngày một tăng cao, vì vậy tăng năng suất sản
xuất thép là điều tất yếu.
Qua quá trình học tập ở trường, sau khi kết thúc các học phần, được sự nhất trí
của khoa, em được thầy giáo hướng dẫn giao cho đề tài tốt nghiệp: Thiết kế máy cán
thép rằn, với kích thước sản phẩm là Φ16.
Qua hơn ba tháng làm đồ án tốt nghiệp, với sự chỉ dẫn tận tình của thầy Nguyễn
Thanh Việt, cùng với sự nổ lực tìm tòi học hỏi của bản thân, đến nay em đã cơ bản
hoàn thành nhiệm vụ tốt nghiệp đã được giao. Tuy nhiên, do kiến thức và kinh nghiệm
của bản thân còn nhiều hạn chế, cộng với thời gian có hạn cho nên việc tính toán thiết
kế máy không tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Kính mong quý thầy cô góp ý và
chỉ bảo thêm để em có thể rút ra được nhiều kinh nghiệm quí báu trong vấn đề thiết kế
máy sau khi ra trường bước vào với thực tế sản xuất!
Lời cuối, em xin chân thành cảm ơn đến toàn thể quý thầy cô trong trường, quý
thầy cô trong khoa Cơ khí, những người đã dạy dỗ, động viên em từ khi mới bước vào
trường. Và đặc biệt gởi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy Nguyễn Thanh Việt đã trực
tiếp hướng dẫn em hoàn thành đồ án này.

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2016
Sinh viên thực hiện.

Trần Công Hiệp
SVTH: Trần Công Hiệp - Lớp 11C1C

Trang 1


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cán Thép Rằn.

Phần lý thuyết
Chương 1:

TÌM HIỂU VÀ GIỚI THIỆU VỀ SẢN PHẨM THÉP RẰN
Ngày nay khi nhu cầu về đời sống của con người càng được nâng cao thì nền
kinh tế cần phải kịp thời đáp ứng đầy đủ những nhu cầu như nhu cầu về sử dụng thép
trong công nghiệp. Trong đó ngành công nghiệp, mà đặc biệt là công nghiệp cơ khí
nắm vai trò chủ yếu trong việc tạo ra sản phẩm. Ở một khía cạnh khác, thì ngành công
nghiệp cán thép lại đóng một vai trò chủ chốt, là khâu không thể thiếu được để góp
phần tạo ra các sản phẩm, vật dụng cho các ngành công nghiệp khác. Mà sản phẩm
thép rằn lại đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực xây dựng .
Thép rằn được sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp xây dựng.Thép rằn được
tạo thành từ quá trình cán kim loại, kim loại được biến dạng giữa hai trục cán quay
ngược chiều nhau, giữa hai trục có hệ thống các lỗ hình và có khe hở giữa hai trục cán
nhỏ hơn chiều dày của phôi ban đầu. Kết quả làm cho tiết diện ngang của phôi thay
đổi chiều dài tăng lên, tạo thành lỏi thép.

Cán thép rằn có thể được tiến hành ở trạng thái nóng hoặc nguội, với mỗi
phương pháp đều có những ưu nhược điểm khác nhau. Thép rằn được phân loại theo
đường kính danh nghĩa của thép: bao gồm thép rằn Φ12, Φ 14, Φ 16 …
Hình dạng sản phẩm như sau: (hình 1.1)

Hình 1.1: Sản phẩm thép rằn.
Các thông số của sản phẩm:
d1: đường kính ngoài của thép rằn (mm)
d: đường kính trong của thép rằn (mm)
S: khe hở giữa hai trục cán
⇒

Đường kính danh nghĩa của thép rằn:

SVTH: Trần Công Hiệp - Lớp 11C1C

Trang 2


Đồ án tốt nghiệp
dd =

Thiết Kế Máy Cán Thép Rằn.
d1 + d 17,5 + 14,5
=
= 16(mm)
2
2

Thép rằn được cán theo dung sai âm:

+0, 3
dd = d d −0,5 (mm)

Bảng 1.1.Thông số cho các cỡ thép như sau:
Sản phẩm
d(mm)
dd (mm)
S(mm)
d 1 (mm)
Ø12
10,5
13,5
12
2
Ø14
12,5
15,5
14
2
Ø16
14,5
17,5
16
2
Ø18
16,5
19,5
18
2
Ø20

18,5
21,5
20
2
Từ sự phân loại đó ta có các dạng thép rằn có kích thước khác nhau để phù hợp
với nhu cầu sử dụng ở mỗi lĩnh vực khác nhau.
Trước đây do nhu cầu chất lượng cuộc sống còn thấp, công nghệ chưa phát
triển, vấn đề sử dụng thép rằn chưa được quan tâm nhiều. Mặt khác do công nghệ cán
thép còn lạc hậu, mang tính chất thủ công chưa được công nghiệp hóa hiện đại hóa
như ngày nay, nên tạo ra sản phẩm thép rằn rất khó khăn.
Ngày nay do nhu cầu cuộc sống cao nên sản phẩm thép rằn không thể thiếu
được trong công cuộc đổi mới đất nước, mà đặc biệt là nó được sử dụng nhiều trong
ngành công nghiệp xây dựng. Nó được dùng để làm các kết cấu bê tông cốt thép khi
xây dựng nhà cửa, cầu hầm, mái che ở các sân vận động …
Do nhu cầu sử dụng thép rằn như đã nêu trên, nên cần thiết phải có những máy
cán thép với năng suất cao. Đủ khả năng để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của nền
công nghiệp nói riêng cũng như nền kinh tế nói chung, để góp phần vào sự nghiệp
công nghiệp hóa hiện đại hóa của nước nhà, đưa đất nước ngày càng phát triển.Do đó
ngành cơ khí là một nhân tố không thể thiếu được trang bị hoàn thiện máy móc để đáp
ứng nhu cầu nói trên.
 Lịch sử phát triển của máy cán thép trên thế giới:
Máy cán thép thô dùng ngựa để kéo và dùng để cán ra sản phẩm đơn giản, để
chế tạo ra gương, dao, giáo mác, các cổ xe ngựa. Máy cán lúc đầu chỉ có 2 trục quay
ngược chiều nhau. Đến năm 1864 máy cán 3 trục đầu tiên ra đời chạy bằng hơi nước
cán ra các loại thép tấm, thép hình, đồng tấm và dây đồng. Do nhu cầu ngày càng phát
triển, đặc biệt là ngành đóng tàu, chế tạo bánh xe lửa, ngành công nghiệp nhẹ…mà
chiếc máy cán 4 trục ra đời năm 1870. Sau đó là các loại máy cán với giá cán 6 trục,12
trục, 20 trục và các loại máy cán đặc biệt khác ra đời để cán các sản phẩm siêu mỏng
và dị hình như máy cán bi, cán chu kì,cán đúc liên tục.
SVTH: Trần Công Hiệp - Lớp 11C1C

Trang 3


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cán Thép Rằn.

Thế giới có những xưởng cán với chiều dài 500-4000m với năng suất rất cao
như khu luyện thép Bảo Sơn Trung Quốc 6 triệu tấn /năm, khu luyện cán thép của
công ty POSCO Hàn Quốc năng suất 20 triệu tấn/năm.
 Lịch sử phát triển của máy cán thép tại Việt Nam:
Trước năm 1945 các loại thép Việt Nam hầu như được nhập từ Pháp về. Sau
1954 chúng ta nhập thép từ Liên xô, Trung quốc và các nước Đông Âu, kế hoạch 5
năm lần I(1960-1965) nhà nước ta đầu tư xây dựng khu gang thép Thái Nguyên với sự
giúp đỡ của Trung Quốc. Năm 1975 nhà máy luyện cán thép Gia Sàn Thái Nguyên đi
vào hoạt động với công suất 5 vạn tấn/năm với sự giúp đỡ của CHDC Đức. Miền nam
sau giải phóng có các nhà máy cán thép hình cỡ nhỏ như Vicasa, Vikimcô ( năng suất
5 vạn tấn/ năm). Đến năm 1978 nhà máy cán thép Lưu Xá, Thái Nguyên có năng suất
12 vạn tấn /năm đi vào hoạt động. Cho đến năm 1986 cả nước chỉ đạt khoảng 20 vạn
tấn thép cán /năm.
Sau đổi mới công ty thép giữa Việt Nam và nước ngoài hình thành như Công ty
thép Việt – Úc ở Hải Phòng năng suất 18 vạn tấn / năm. Công ty thép NASTEEL
VINA giữa Việt Nam và Singapore ở Thái Nguyên và có năng suất 12 vạn tấn / năm.
Công ty thép Việt – Nhật ở Vũng Tàu, công ty thép ống VINAPIPE liên doanh giữa
Việt Nam và Hàn Quốc, công ty thép Đà Nẵng. Tính đến năm 2005 cả nước ta đã sản
xuất khoảng 3 triệu tấn thép cán. Thép được phục vụ xây dựng cho đất nước và đã
tham gia xuất khẩu.

SVTH: Trần Công Hiệp - Lớp 11C1C

Trang 4


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cán Thép Rằn.
Chương 2:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ BIẾN DẠNG CỦA KIM LOẠI
2.1.Cơ sở lý thuyết về biến dạng kim loại :
2.1.1.Biến dạng của kim loại :
Dưới tác dụng của ngoại lực hoặc nhiệt độ, thế năng của nguyên tử trong kim
loại thay đổi. sự dịch chuyển của các nguyên tử tạo ra sự biến dạng theo các giai đoạn:
biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá huỷ.
a. Biến dạng đàn hồi:
Vật thể dưới tác dụng ngoại lực bị biến dạng. Nếu sau khi cất tải biến dạng bị
mất đi, vật thể trở về hình dạng kích thước ban đầu như khi chưa bị tác dụng lực, gọi
biến dạng đó là biến dạng đàn hồi.
Biến dạng đàn hồi phụ thuộc vào hai yếu tố:lực và nhiệt độ.
b. Biến dạng dẻo:
Là biến dạng vẫn còn lại sau khi bỏ tải trọng.
Nguyên nhân là do khi tăng tải, nguyên tử của kim loại chuyển dời sang một vị
trí xa hơn và ổn định hơn, không trở về vị trí cân bằng cũ khi thôi lực tác dụng.
c. Phá huỷ:
Phá huỷ là ngoài sự thay đổi hình dáng và kích thước của vật thể dưới tác dụng
của ngoại lực, sau khi cất tải chúng không còn giữ nguyên liên kết ban đầu giữa các
nguyên tử hoặc các phần. Phá huỷ là nứt, gãy, vỡ mối liên kết giữa các nguyên tử do
ứng suất kéo gây nên.
2.1.1. Biến dạng dẻo trong đơn tinh thể:

Trong đơn tinh thể các nguyên tử kim loại sắp xếp theo một trật tự xác định,
mỗi nguyên tử luôn dao động xung quanh 1 vị trí cân bằng của nó (Hình 2.1a)
Biến dạng đàn hồi: dưới tác dụng của ngoại lực, mạng tinh thể bị biến dạng.
Khi ứng suất trong kim loại sinh ra chưa vượt quá giới hạn đàn hồi các nguyên tử kim
loại dịch chuyển không quá 1 thông số mạng (Hình 2.1b), nếu thôi tác dụng lực mạng
tinh thể lại trở về vị trí ban đầu.
Biến dạng dẻo: khi ứng suất sinh ra trong kim loại vượt quá giới hạn đàn hồi
kim loại bị biến dạng dẻo do trượt và song tinh.
Theo hình thức trượt, 1 phần đơn tinh thể dịch chuyển song song với phần còn
lại theo một mặt phẳng nhất định, mặt phẳng này gọi là mặt trượt (Hình 2.1c). Trên
mặt trượt các nguyên tử kim loại dịch chuyển tương đối với nhau một khoảng đúng
bằng số nguyên lần thông số mạng, sau dịch chuyển các nguyên tử kim loại ở vị trí cân
bằng mới, bởi vậy sau khi tác dụng lực kim loại không trở về trạng thái ban đầu.
SVTH: Trần Công Hiệp - Lớp 11C1C

Trang 5


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cán Thép Rằn.

Hình 2.1 : Sự biến dạng trong đơn tinh thể
Theo hình thức song tinh, một phần tinh thể vừa trượt vừa quay đến một vị trí
mới đối xứng với phần còn lại qua 1 mặt phẳng gọi là mặt song tinh (Hình 2.1d). Các
nguyên tử kim loại trên mỗi mặt di chuyển một khoảng tỷ lệ với khoảng cách đến mặt
song tinh.
2.1.3. Biến dạng dẻo trong đa tinh thể:
Trong đa tinh thể biến dạng dẻo có 2 dạng : biến dạng trong nội bộ hạt do trượt
và biến dạng ở vùng tinh giới hạt. Sự biến dạng trong nội bộ hạt do trượt và song tinh.

Đầu tiên sự trượt xảy ra ở các hạt có mặt trượt tạo với hướng của ứng suất chính một
góc bằng hoặc xấp xỉ 45o, sau đó mới đến các mặt khác. Như vậy biến dạng dẻo trong
đa tinh thể xảy ra không đồng thời và không đồng đều. Dưới tác dụng của ngoại lực,
biên giới hạt của các tinh thể khác cũng bị biến dạng khi đó các hạt trượt và quay
tương đối với nhau. Do sự trượt và quay của các hạt trong các hạt lại xuất hiện các mặt
trượt thuận lợi mới giúp cho biến dạng trong kim loại tiếp tục phát triển.
2.1.4. Tính dẻo và những nhân tố ảnh hưởng đến tính dẻo và biến dạng :
a. Tính dẻo:
Tính dẻo của kim loại là khả năng thay đổi hình dáng và kích thước của kim
loại khi chịu lực tác dụng mà không bị phá huỷ.
Các đặc trưng của tính dẻo:
• Độ giãn dài tương đối (a 1): là độ giãn về chiều dài khi kim loại chịu kéo so với
độ dài ban đầu.
∆l

a1 = l .100%
o
∆l =l1-l2
lo- là độ dài trước biến dạng
SVTH: Trần Công Hiệp - Lớp 11C1C

Trang 6


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cán Thép Rằn.

l1-là độ dài sau biến dạng
• Độ thắt tương đối (af): là độ giảm về tiết diện ngang khi kim loại giãn dài so với

tiết diện ban đầu của nó.
• Độ dai va đập: là công cần thiết sinh ra để phá huỷ một đơn vị diện tích mẫu.
A=

A
(KGm/cm2 hay KJ/cm2)
FO

• Số vòng xoắn đứt: là số vòng xoắn tương đối giữa hai tiết diện tác dụng momen
xoắn trước khi vật bị phá huỷ.
• Số lần bẻ gãy.
b. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo của kim loại:
• Ảnh hưởng của thành phần hoá học và tổ chức của kim loại:
Mức độ liên kết giữa các hạt càng lớn, mật độ kim loại càng cao, thành phần
hoá học đều đặn, kích thước hạt đều, tạp chất phân bố đều, mặt trượt nhiều thì tính dẻo
của kim loại càng cao, kim loại dễ dàng biến dạng.
Các chất hợp kim và các tạp chất trong kim loại cũng có tác dụng lớn đến tính
dẻo của kim loại.
Kim loại đúc có tổ chức hạt không đều, tính dẻo sẽ thấp, nếu qua gia công áp
lực thì tính dẻo sẽ tăng lên.
Tổ chức kim loại càng nhiều pha càng kém dẻo.
Hạt tinh thể càng nhỏ thì kim loại càng dẻo.
• Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất:
Khi tác dụng của ứng suất kéo càng ít, ứng suất nén càng nhiều thì tính dẻo của
kim loại càng cao.
• Ảnh hưởng của ứng suất dư:
Ứng suất dư sinh ra là do sự biến dạng không đều đặn, chỗ biến dạng nhiều sinh
ra ứng suất dư nén, chỗ biến dạng ít sinh ra ứng suất dư kéo. Bình thường, ứng suất dư
này cân bằng nhau.
Sự tồn tại của ứng suất dư làm tăng khả năng chống biến dạng của kim loại,

làm giảm tính dẻo của kim loại, giảm độ dai va đập, giảm khả năng chịu đựng của vật
thể. Vì vậy cần phải khử ứng suất dư như ủ non, kết tinh lại; gõ đập bằng búa gỗ, phun
bi thép, phun cát, hoặc chọn phương pháp biến dạng phôi hợp lý.
• Ảnh hưởng của nhiệt độ:
Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ. Hầu hết các kim loại khi
tăng nhiệt độ, tính dẻo tăng, kim loại dễ biến dạng.

SVTH: Trần Công Hiệp - Lớp 11C1C

Trang 7


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cán Thép Rằn.

Mặt khác, khi nung kim loại có sự thay đổi về thành phần hoá học (hiện tượng
thoát cacbon, lưu huỳnh, phốt pho,…) nên làm thay đổi tính dẻo của nó.
Trong vùng nhiệt độ kết tinh lại và nhiệt độ chuyển biến pha, thì tính dẻo giảm.
Lí do là ứng suất dư của kim loại xuất hiện, do cấu trúc không đồng nhất và có biến
cứng.
2.1.5 Trạng thái ứng suất và phương trình dẻo :
Giả sử trong vật thể hoàn toàn không có ứng suất tiếp thì vật thể có 3 dạng ứng
suất chính sau:
σ
 Ứng suất đường: τ max = 1 .
2

 Ứng suất mặt:

τ max =

σ1 −σ 2
.
2

 Ứng suất khối:

τ max =

σ max − Τmax
.
2

σ1

σ1

σ1

σ3
σ2
Hình 2.2 Trạng thái ứng suất
Nếu σ 1 = σ 2 = σ 3 thì τ = 0 và không có biến dạng. Ứng suất chính để kim loại
biến dạng dẻo là giới hạn chảy σ ch .
Điều kiện biến dạng dẻo.
 Khi kim loại chịu ứng suất đường:
σ
σ 1 = σ ch ⇔ τ max = ch
2

 Khi kim loại chịu ứng suất mặt: σ 1 − σ 2 = σ ch
 Khi kim loại chịu ứng suất khối: σ max − σ min = σ ch .
2.2. Các định luật cơ bản khi gia công kim loại:
2.2.1.Định luật biến dạng đàn hồi tồn tại khi biến dạng dẻo:
Khi biến dạng dẻo xảy ra đồng thời có cả biến dạng đàn hồi tồn tại. Quan hệ
giữa biến dạng đàn hồi và lực tác dụng biểu thị bằng định luật Húc.
SVTH: Trần Công Hiệp - Lớp 11C1C

Trang 8


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cán Thép Rằn.

Định luật này giúp chúng ta khi thiết kế hệ thống lỗ hình phải tính đến biến
dạng đàn hồi, có nghĩa là kích thước sau khi gia công sẽ khác với kích thước của hệ
thống lỗ thiết kế.
2.2.2.Định luật thể tích không đổi khi biến dạng dẻo:
Thể tích kim loại trước và sau khi biến dạng là không đổi.
H.B.L=h.b.l => ln

H
B
L
=ln =ln =0 => δ 1= δ 2 = δ 3=0
h
b
l

Với δ 1; δ 2 ; δ 3 biến dạng thẳng hoặc ứng biến chính
- Khi tồn tại cả 3 ứng biến chính thì dấu của một ứng biến chính phải khác dấu
của 2 biến chính kia,và trị số bằng tổng của 2 biến chính kia.
- Khi có 1 ứng biến chính bằng 0,hai biến chính còn lại phải ngược dấu và trị
tuyệt đối của chúng bằng nhau.
Định luật này có ý nghĩa thực tiễn, nó cho biết chiều dài sau khi biến dạng dưới
tác dụng của ngoại lực.
2.2.3. Định luật trở lực bé nhất:
Khi biến dạng dẻo kim loại, thì mỗi phần tử của
kim loại biến dạng dẻo sẽ dịch chuyển theo hướng có trở
lực bé nhất (hoặc hướng có pháp tuyến ngắn nhất).
Nhờ định luật này ta có thể xác định được quy luật
chảy, tức hướng chảy của kim loại khi gia công kim loại
Hình 2.3:Sơ đồ biến dạng theo định
bằng áp lực.
luật trở lực bé nhất
2.2.4. Định luật ứng suất dư:
Trong bất cứ một kim loại biến dạng nào cũng được sinh ra một ứng suất dư
cân bằng nhau. Ứng suất dư này tồn tại bên trong vật thể đến khi biến dạng làm giảm
tính dẻo, độ bền và độ dai va đập làm cho vật thể biến dạng hoặc phá huỷ. Khi phân
tích ứng suất chính cần tính đến ứng suất dư và khắc phục hậu quả của nó sinh ra.
2.3. Giới thiệu chung về quá trình cán:
2.3.1.Quá trình cán và đặc điểm của quá trình cán kim loại :
a. Định nghĩa quá trình cán:
Là quá trình gia công kim loại bằng bằng áp lực trong đó kim loại bị biến dạng
dẻo liên tục giữa các vật thể quay tròn, được gọi là trục cán.(hình 2.4)
b. Cơ sở của quá trình cán:
Cơ sở của quá trình cán là dựa vào sự biến dạng dẻo của kim loại để tạo ra
những sản phẩm có hình dạng và kích thước theo yêu cầu thông qua các lổ hình trên

trục cán.
c. Đặc điểm của quá trình cán:
SVTH: Trần Công Hiệp - Lớp 11C1C

Trang 9


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cán Thép Rằn.

Quá trình cán là một quá trình tạo phôi kim loại bằng phương pháp gia công áp
lực do đó nó có đầy đủ các đặc điểm của phương pháp gia công áp lực:
- Quá trình cán là quá trình gia công
không phoi.
- Trong quá trình làm việc, kim loại bị
thay đổi về tổ chức tế vi; hạt kim loại bị kéo
dài theo hướng cán thành sớ, tính chất cơ lý
cũng thay đổi: kim loại có tính dị hướng.
- Phôi di chuyển và biến dạng nhờ sự
quay liên tục của trục cán và ma sát giữa
trục cán với phôi.
- Hình dạng sản phẩm cán phụ thuộc vào
lỗ hình giữa hai trục cán.
2.3.2. Phân loại quá trình cán:
Tuỳ theo cơ sở dựa vào để phân loại mà
Hình 2.4: Sơ đồ cán kim loại .
người ta có các kiểu:
a.
Phân loại theo chuyển dịch tương đối

của kim loại so với trục cán:Gồm 3 dạng:
- Cán dọc
- Cán ngang
- Cán nghiêng (cán ngang xoắn)
b.
Phân loại theo trạng thái kim loại biến dạng:
Dựa vào nhiệt độ của kim loại khi biến dạng mà phân ra làm 2 loaị là cán nóng
và cán nguội.
c.
Phân loại theo thông số đặc trưng trong biến dạng:
Chia làm 2 loại
- Cán đối xứng: Khi mọi yếu tố của quá trình cán giống nhau trên cả hai trục.
- Cán không đối xứng: Khi có một vài yếu tố của quá trình cán trên hai trục
không giống nhau.
d.
Phân loại theo sản phẩm cán:
- Cán phôi: tạo ra các thỏi kim loại để tiếp tục gia công theo các phương pháp
khác, hoặc cán thô.
- Các hình: tạo ra các sản phẩm hình như cán thép chữ I, U, L…
- Cán tấm: sản phẩm tạo ra dạng tấm.
- Cán ống: Cán ra các ống thép trụ tròn rỗng.
e.
Phân loại theo mức độ liên tục:
SVTH: Trần Công Hiệp - Lớp 11C1C

Trang 10


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cán Thép Rằn.

- Cán không liên tục: là sản phẩm cán bị gián đoạn trong các lần cán.
- Cán liên tục: phôi được cán một cách liên tục cho đến thành phẩm.
- Cán bán liên tục.
2.3.3. Vùng biến dạng và các thông số của vùng biến dạng:
a. Vùng biến dạng:
Khi hai trục cán quay liên tục và ngược chiều nhau, nhờ ma sát mà vật cán
được ăn vào liên tục và được biến dạng. Bề mặt của kim loại tiếp xúc với trục cán gọi
là vùng tiếp xúc, phần kim loại nằm trong vùng tiếp xúc gọi là vùng biên dạng.
Như vậy vùng biến dạng là vùng kim loại xảy ra biến dạng dẻo, nằm trong
phạm vi tác dụng của trục cán. Theo hình 2.4, vùng ABCD là vùng biến dạng.
b. Các thông số đặc trưng của vùng biến dạng: (Hình 2.4)
+ Góc α: là góc ăn kim loại.
+ ltx = AB= CD là chiều dài của vùng biến dạng .
+ h1, h2: chiều cao của vật trước và sau khi cán.
+ b1, b2:chiều rộng của vật trước và sau khi cán.
+ l1, l2: chiều dài của vật trước và sau khi cán.
2.3.4. Các đại lượng đặc trưng cho biến dạng kim loại khi cán:
Xét một vật thể kim loại có tiết diện hình chữ nhật có chiều dài l được cán giữa
hai trục cán phẳng (hình 2.5)
a. Biến dạng theo chiều cao:
h

- Lượng ép tuyệt đối ∆h:
∆h=h1-h2(mm)
- Lượng ép tương đối ε%:
∆h

ε= h .100% =

1
- Hệ số ép:

h1 − h2
.100%
h1

h1
η=
h2

b

Hình 2.5: Tiết diện kim loại.

- Mối quan hệ giữa ∆h, α và l:
Từ hình 2.6 ta có:
∆h h1 h2
= −
= BE
2
2 2
2
Mà BE = OB − OE = R − R. cos α = R (1 − cos α ) = 2 R sin

Vì α quá nhỏ nên sin

α
2

α α
≈
2 2

SVTH: Trần Công Hiệp - Lớp 11C1C

Trang 11


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cán Thép Rằn.

2 Rα 2
Do đó BE =
4

Suy ra:

∆h 2 Rα 2
=
⇒α =
2
4

∆h
=
R

2(h1 − h2 )

D

(rad)

(∗)

Có thể nhận thấy α tỉ lệ thuận với ∆h và tỉ lệ
nghịch với D(D là đường kính trục cán)
Ta lại có: AB= R.α = l =

D
.α = l
2

Thay α từ (∗) vào ta có:
l=

D
.∆h (mm)
2

Chiều dài cung tiếp xúc tỉ lệ thuận với D và
∆h.
b. Biến dạng theo chiều rộng:
-Lượng giãn rộng tuyệt đối: ∆b = b2 − b1 (mm)
- Lượng giãn rộng tương đối: δb =
λ=

- Hệ số giãn rộng:

∆b
.100%
b1
b2
b1

Hình 2.6: Sơ đồ vùng biến dạng
của kim loại và trục cán
1.Phôi ; 2.Trục cán

Công thức tính lượng giãn rộng của Baxtino:
+Đối với lượng giãn rộng tự do (khi cán phẳng)
∆b = 1,15.

∆h
∆h
( R.∆h −
)
2h1
2f

(mm)

+Đối với lượng giãn rộng khi cán trong lỗ hình:
∆b = n.

∆h
. R.∆h
h1

Trong đó:
+ n=0,3÷0,5 là hệ số phụ thuộc kiểu dáng lỗ hình và phôi cán trong lỗ
hình đó.
+ Các giá trị R, ∆h, h1 là các giá trị trung bình.
+ f là hệ số ma sát f=(1,05-0,0005t), t là nhiệt độ vật cán.
c. Biến dạng theo chiều dài: ( µ )
Hệ số giãn dài:
µ=

l2
l1

µ luôn lớn hơn 1 vì l2 luôn lớn hơn l1
SVTH: Trần Công Hiệp - Lớp 11C1C

Trang 12


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cán Thép Rằn.

Quan hệ giữa hệ số giãn dài(µ) và lượng ép(ε) theo công thức sau:
1
ε = (1 − ).100%
µ

Từ 3 hệ số η, λ và µ ta thấy rằng:
η .λ .µ =

h2 .b2 .l 2
h1 .b1 .l1

=

V2
= 1 (theo định luật thể tích không đổi)
V1

d. Cách tính số lần cán n:
Theo định nghĩa của hệ số giãn dài ta có:
µtổng=

l n Fo
=
l o Fn

(Ι)

Trong đó:
µtổng : hệ số giãn dài tổng cộng của vật cán sau n lần cán
ln, lo : chiều dài của vật cán sau n lần cán và của lúc ban đầu
Fo, Fn : diện tích tiết diện của phôi cán ban đầu và của thành phẩm sau n lần cán.
Từ phương trình (Ι) ta có thể viết:
µtổng=

F0 F1
F
. ........ n −1
F1 F2

Fn

µtổng= µ1 .µ 2 ......µ n

(II)

Vì µ có trị số khác nhau nên để tiện tính toán người ta đưa ra khái niệm về hệ
số giãn dài trung bình µtb
Với µ tb =

µ1 + µ 2 + ....... + µ n
n

(III)

Kết hợp (I), (II) và (III) ta có:
F0
= µtổng=µtb.µtb...........µtb= (µtb)n
Fn

Logarit hoá hai vế ta được:
lg F0 − lg Fn = n. lg µ tb
Vậy n =

lg F0 − lg Fn
lg µ tb

Như vậy nếu biết được tiết diện ngang ban đầu của phôi cán, tiết diện sản phẩm
và biết được hệ số giãn dài trung bình thì tính được ngay số lần cán n (lấy n là 1 số
nguyên).

2.3.5. Điều kiện để kim loại ăn vào trục khi cán:
a. Điều kiện:
SVTH: Trần Công Hiệp - Lớp 11C1C

Trang 13


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cán Thép Rằn.

Khi máy cán làm việc, trục cán quay và lôi vật cán vào trục để cán, ép làm cho
nó biến dạng.
Từ hình 2.7 ta thấy:
Muốn vật cán ăn vào được trục cán
Thì 2Tx>2Nx
Nghĩa là Tx>Nx
N x = N . sin α
Với
Tx = T . cos α = N . f . cos α
Như vậy:
N.f.cosα>N.sinα
⇒

f>tgα

(f là hệ số ma sát)
Vì α nhỏ nên tgα≈α ⇒ f>α
Mà α =

∆h
R

Kết hợp ta có:
f >

∆h
R

⇒∆h
2

Hình 2.7: Sơ đồ phân bố lực khi vật
cán tiếp xúc với trục cán

Vậy để vật cán ăn được vào trục cán phải đảm bảo điều kiện:
∆h < R. f

2

b. Các phương pháp làm cho vật cán dễ ăn vào trục cán khi cán dọc:
Từ điều kiện f>α để vật cán dễ ăn vào trục ta tìm các biện pháp để tăng f và
giảm α.
• Làm tăng f, tức là tăng góc ma sát bằng cách:
+ Làm trục cán nhám.
+ Tạo gờ hoặc xẻ rãnh trên trục.
+ Dùng lỗ hình thích hợp.
+ Giảm bôi trơn trên rãnh cán.
• Làm giảm góc α bằng cách:

+ Giảm ∆h nhờ đập bẹp đầu phôi.
+ Tăng đường kính D của trục cán.
Trong thực tế, phương pháp làm tăng hệ số ma sát f người ta thường dùng hơn.
2.3.6. Ma sát trong quá trình cán:
Ta xét đến ma sát sinh ra tại tiết diện cán.Nó là nguyên nhân chính giúp cho
thép được ăn vào liên tục và hình thành quá trình cán.
SVTH: Trần Công Hiệp - Lớp 11C1C

Trang 14


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cán Thép Rằn.

Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số ma sát tai tiết diện cán:
a. Ảnh hưởng của trạng thái bề mặt trục:
Độ bóng bề mặt và độ cứng bề mặt trục càng cao thì hệ số ma sát càng giảm.
Khi cán vật liệu mềm thường xảy ra dính trục nên làm tăng hệ số ma sát.
b. Ảnh hưởng của tiết diện thành phần hoá học kim loại cán và trục cán:
Khi cán nóng thép, hàm lượng Cacbon trong thép tăng thì hệ số ma sát giảm và
ngược lại khi Mn tăng thì hệ số ma sát tăng.
c. Ảnh hưởng của tốc độ cán:
Tốc độ càng cao thì hệ số ma sát càng thấp và ngược lại.
d. Ảnh hưởng của nhiệt độ kim loại cán:
- Nếu to=500oC÷800oC thì f tăng do tạo ra vẩy oxít cứng
- Nếu to>800oC thì tạo ra vẩy oxít mềm đóng vai trò như chất bôi trơn nên làm
hệ số ma sát giảm.
e. Ảnh hưởng của áp lực:
- Khi cán nguội, áp lực tăng thì hệ số ma sát giảm.

f. Ảnh hưởng của hình dạng lỗ hình:
- Lỗ hình làm tăng hệ số ma sát.
g. Ảnh hưởng của điều kiện cán:
- Hệ số ma sát khi ăn vào lớn hơn khi cán đã ổn định.
- Khi cán có chất bôi trơn thì hệ số ma sát giảm.
2.4. Máy cán:
2.4.1. Định nghĩa :
Tổ hợp các máy móc và thiết bị như nguồn năng lượng, các bộ phận truyền
động, giá cán có chứa các trục cán,…. để cho ra được các sản phẩm cán bằng kim loại
gọi là máy cán kim loại.(hình 2.8)

SVTH: Trần Công Hiệp - Lớp 11C1C

Trang 15


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cán Thép Rằn.

Hình 2.8 :Sơ đồ máy cán
I-Nguồn động lực; II-Hệ thống truyền động; III-Giá cán
1-Trục cán; 2- Nền giá cán; 3- Trục truyền; 4- Khớp nối trục truyền; 5- Thân giá cán;
6- Bánh răng chữ V; 7- Khớp nối trục; 8- Giá cán; 9- Hộp phân lực; 10- Hộp giảm tốc;
11- Khớp nối; 12- Động cơ điện
2.4.2. Phân loại :
Có thể phân loại máy cán theo công dụng, theo số giá cán trong máy, theo số
trục cán có trong giá cán, theo kích thước sản phẩm, theo cách bố trí trục cán,…
a. Phân loại theo công dụng:
- Máy cán phôi

- Máy cán hình: cán ra sản phẩm có hình dạng theo yêu cầu như tròn, vuông,
chữ I, U, L,…..
Máy cán hình được chia làm 3 loại tuỳ theo đường kính φ của trục cán:
+ Máy cán hình cỡ lớn: φ>500 mm
+ Máy cán hình cỡ trung bình: φ=350÷500 mm
+ Máy cán hình cỡ nhỏ: φ=250÷350 mm
- Máy cán tấm: Tuỳ theo chiều dày sản phẩm dạng tấm tạo ra mà có máy cán
tấm dày (b≥4 mm), máy cán tấm mỏng (b=0,2÷3,75 mm) và máy cán tấm cực mỏng
(b<0,2 mm).
- Máy cán ống: dùng để cán ra các ống tròn.
- Máy cán chuyên dùng: thường được gọi theo tên sản phẩm như: máy cán bi,
máy cán bánh răng, máy cán vành bánh xe lửa,….
b. Phân loại theo cách bố trí thiết bị chính:
- Máy cán một giá (máy cán đơn)(hình 2.9a)
- Máy cán bố trí theo hàng:
Có các giá cán bố trí thành một hay nhiều hàng ngang. Tuỳ thuộc ý đồ công
nghệ mà nó được dẫn động từ một hay nhiều động cơ.
b
.

a

c
e

d

Hình 2.9: Phân loại máy cán theo cách bố trí giá cán
SVTH: Trần Công Hiệp - Lớp 11C1C

f

Trang 16


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cán Thép Rằn.

Hình 2.9b là máy cán bố trí một hàng; Hình 2.9c là máy cán bố trí hai hàng.
Hình 2.9d là máy cán bố trí ba hàng;
Hình 2.9e Máy cán bán liên tục
Hình 2.8f Máy cán liên tục
Phân loại theo số lượng và sự bố trí trục cán:
- Máy cán 2 trục

Hình 2.10:Máy cán 2 trục
1- Động cơ; 2- Khớp nối; 3- Bánh răng nghiêng; 4- Hộp phân lực; 5- Trục nối các
đăng; 6- Khớp nối trục các đăng; 7- Trục cán; 8- Thân giá cán; 9- Nền giá cán; 10- Giá
cán; 11- Hộp giảm tốc.
- Máy cán 3 trục
- Máy cán nhiều trục: có thể 4, 6, 12 hay 20 trục …Máy này thường dùng để
cán tấm với độ chính xác cao.
- Máy cán vạn năng: trục bố trí vừa ngang, vừa thẳng đứng, có khi nghiêng một
góc trong mặt phẳng ngang. Dùng để cán loại thép hình đặc biệt.
2.4.3. Cấu tạo máy cán:
Máy cán thường gồm có các bộ phận chính sau: (hình 2.11)

Hình 2.11: Sơ đồ động máy cán
1- Động cơ: dùng rộng rãi là động cơ điện xoay chiều 3 pha không đồng bộ.

SVTH: Trần Công Hiệp - Lớp 11C1C

Trang 17


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cán Thép Rằn.

2- Bánh đà: đối với máy cán 1 chiều thì đặt thêm bánh đà để làm đều chuyển
động cho máy giữa những lần cán phôi. Nghĩa là bánh đà sẽ tích luỹ năng lượng khi
chạy không tải và sẽ bù một phần năng lượng khi máy mang tải. Giúp ổn định tốc độ
cán. Khi mômen cán thay đổi không nhiều người ta có thể không lắp bánh đà.
3- Khớp nối: thường sử dụng các loại:
+ Trục khớp nối vạn năng
+ Trục khớp nối hoa mai
+ Trục khớp nối vuông
+ Trục khớp nối xích
4- Hộp giảm tốc: phần lớn hộp giảm tốc của máy cán dùng cặp bánh răng chữ V
để khử lực dọc trục và làm kết cấu hộp nhỏ gọn hơn.
5- Hộp phân lực: dùng để chia đều momen quay cho các trục cán
Đường kính vòng lăng của bánh răng hộp phân lực gọi là đường kính danh
nghĩa của máy cán .
6- Trục truyền: truyền momen xoắn từ hộp phân lực đến các trục cán.
7- Trục cán: cấu tạo gồm 3 phần: thân, cổ và đầu trục. Thân trục cán có dạng
trơn hoặc có rãnh tạo lỗ hình.
8- Gía cán: là bộ phận cơ bản của máy cán
Bao gồm thân giá cán và các chi tiết khác như trục cán, gối đỡ trục cán, cơ cấu
điều chỉnh lượng ép, các cơ cấu dẫn hướng, …được lắp đặt trên thân giá cán.
2.5. Phương pháp nung kim loại trước khi cán và làm nguội sau khi cán :

2.5.1. Mục đích nung nóng:
Nung nóng kim loại trước khi cán nhằm để kim loại đạt tính dẻo cao, trở kháng
biến dạng thấp, để giảm tiêu hao năng lượng khi cán, tăng tuổi thọ và giảm kích thước
thiết bị, để đạt được chất lượng sản phẩm cao, kích thước chính xác, hình dáng phức
tạp.
2.5.2. Chất lượng nung:
Một vật nung gọi là đạt chất lượng khi nó đạt nhiệt độ nung đồng đều tại mọi
điểm và không bị khuyết tật do nung như: cong, vênh, rạn nứt, chảy, cháy, quá nhiệt,
oxy hoá nhiều, thay đổi thành phần hoá học của kim loại như: thoát cacbon, …
2.6.3. Chế độ nung:
Gồm 2 yếu tố là nhiệt độ nung và thời gian nung.
a. Nhiệt độ nung: là nhiệt độ được xác định trên bề mặt vật nung. Tuỳ theo mác
kim loại, điều kiện biến dạng và nhiệt độ kết thúc cán yêu cầu mà xác định nhiệt độ
nung hợp lý.
SVTH: Trần Công Hiệp - Lớp 11C1C

Trang 18


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cán Thép Rằn.

Đối với thép cacbon, dựa trên giản đồ Fe-C để chọn khoảng nhiệt độ gia công
và kết thúc cán cho thích hợp, nhiệt độ này phụ thuộc vào hàm lượng cacbon trong
thép.
Trong sản xuất, để xác định khoảng nhiệt độ của các kim loại và các hợp kim
thường tra bảng.
Cũng có thể xác định nhiệt độ nung theo công thức kinh nghiệm như sau:
Tnung= Tnc- (200÷250)0C

Với Tnc là nhiệt độ nóng chảy của kim loại hoặc hợp kim.
b. Thời gian nung:
Gồm 2 yếu tố là thời gian tăng nhiệt và thời gian giữ nhiệt (đồng nhiệt)
- Thời gian tăng nhiệt: là thời gian cấp nhiệt để đạt nhiệt độ nung trên bề mặt
vật nung.
- Thời gian giữ nhiệt: là thời gian để giữ cho nhiệt độ bề mặt không tăng, đồng
thời nhiệt độ bên trong vật nung tăng lên đảm bảo độ chênh lệch nhiệt độ cho phép.
Công thức tổng quát về thời gian nung:
τ = C.ε .H

Trong đó:
C: là hệ số phụ thuộc bản chất kim loại nung, độ dẫn nhiệt của kim loại
ε: là hệ số tính đến điều kiện trao đổi nhiệt
H: là bề dày thấm nhiệt của vật nung
2.5.4. Thiết bị nung kim loại:
Gồm các lò nung sau đây:
a. Lò rèn thủ công:
Loại này đơn giản, rẻ tiền nhưng
khống chế được nhiệt độ, năng suất nung
thấp, hao tốn kim loại nhiều, nhiệt độ vật
nung không đều, … loại này chỉ phù hợp
với dạng sản xuất nhỏ, thủ công.(hình
2.12)
b. Lò buồng (lò phản xạ):
Lò này có nhiệt độ khoảng không
gian công tác của lò đồng nhất. Là một
buồng kín, khống chế được nhiệt độ nung.
Có thể xếp nhiều phôi vào lò, sự hao phí kim

SVTH: Trần Công Hiệp - Lớp 11C1C

Hình 2.12:Lò rèn thủ công

Trang 19


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cán Thép Rằn.

loại ít, phôi không trực tiếp tiếp xúc với nhiên liệu nên nhiệt độ nung khá đồng đều.
Nhược điểm của loại lò này là làm việc theo chu kỳ, tổn thất nhiệt do tính nhiệt
cao.
Thích hợp với các phân xưởng sản xuất tương đối lớn.
c. Lò nung liên tục:
Quá trình nung kim loại diễn ra 1 cách liên tục nhờ sự dịch chuyển dần của vật
nung từ cửa vào đến cửa ra của lò.
Loại này thường dùng khi nung thép hợp kim và nung thép cán. Nhiên liệu
thường dùng là khí đốt.
d. Lò nung dùng năng lượng điện:
Thường dùng để nung vật nhỏ, vật quan trọng bằng kim loại màu.
- Lò điện trở
- Lò cảm ứng
- Nung trục tiếp
2.5.5. Làm nguội kim loại sau khi cán:
a. Làm nguội tự nhiên: Khi làm nguội ngoài không khí tĩnh chỗ đặt vật phải khô
ráo, không có gió thổi. Tốc độ nguội tương đối nhanh nên thường dung đối với thép
cacbon và hợp kim thấp có hình dáng đơn giản.
b. Làm nguội trong hòm chứa vôi, cát, xỉ, than vụn. Tốc độ làm nguội không cao
nhiệt độ vật trước khi đưa vào hòm khoảng 500÷750oC dùng để nung các loại thép

cacbon và hợp kim có hình dáng đơn giản.
c. Làm nguội trong lò: Nhiệt độ lò được khống chế theo từng giai đoạn. Ví dụ từ
900÷800oC cho nguội nhanh (25oC/giờ) để tránh phát triển hạt sau đó cho nguội chậm
hơn (15oC/giờ) đến nhiệt độ 100oC cho làm nguội ngoài không khí. Chủ yếu dùng thép
dụng cụ, thép hợp kim cao và thép đặc biệt có hình dáng phức tạp.

SVTH: Trần Công Hiệp - Lớp 11C1C

Trang 20


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cán Thép Rằn.
chương 3:

LỰA CHỌN HÌNH DÁNG TRỤC CÁN VÀ THIẾT KẾ LỖ
HÌNH.
3.1. Khái niệm về trục cán:
Trục cán là chi tiết trực tiếp làm biến dạng kim loại để tạo ra các sản phẩm kim
loại có hình dáng và kích thước theo yêu cầu. Trục cán phôi, thép hình, thép tấm nóng
thường được chế tạo bằng thép hợp kim chất lượng cao như: 40CrNi, 50CrNi, 60CrNi,
40Cr ...hoặc được chế tạo từ gang cầu. Trục cán nguội thép tấm thường được chế tạo
từ loại thép 90CrNi, 90Cr2, 90Cr2MoV, 65CrNiMo, 90Cr2W, 45CrMoNi và gang biến
trắng …
Độ cứng bề mặt trục cán (52÷64)HRC, bên trong phải có độ bền uốn tốt và chịu
được va đập mạnh. Trục cán khi cán nóng không bị giản nở vì nhiệt, trục cán nguội
phải có độ đàn hồi dẻo tốt, bề mặt trục bóng đẹp v.v… Trục cán bằng sứ cũng phải có
những tính chất trên.
Các loại trục cán thường dùng: Là trục cán thép hình, trục cán thép tấm, trục

cán thép ống. Ngoài ra còn có các loại trục cán chuyên dùng như trục cán ren, trục cán
bi, trục cán phôi rèn, trục cán bánh xe lửa v.v …
Trục cán tấm dùng để cán nóng thép tấm dày, dày vừa, mỏng, cán nguội thép
tấm cực mỏng và cán giấy kim loại.
Trục cán hình với bề mặt bị khoét rãnh dùng để cán các loại thép hình tròn,
hình vuông, thép góc, thép chữ U, chữ I, chữ H, thép rằn, thép ray xe lửa, thép định
hình v.v …
Trục cán ống cũng có nhiệm vụ như trục cán hình. Ngoài cán thép trục cán còn
tham gia cán hình, cán tấm và cán kim loại màu như đồng, nhôm, kẽm, niken …
3.2. Tính toán công nghệ:
3.2.1. Khái niệm về lỗ hình trục cán:

a)

b)

c)

Hình 3.1: Rãnh của trục cán tạo thành lỗ hình.

a) 2 trục
SVTH: Trần Công Hiệp - Lớp 11C1C

b) 3 trục

c) 4 trục
Trang 21


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cán Thép Rằn.

Có thể nói tất cả các loại thép có biên dạng (tiết diện) đơn giản như: tròn,
vuông, ba cạnh, chữ nhật, ….và có biên dạng phức tạp như: thép góc, thép chữ I, thép
chữ C, thép đường ray, … đều được cán trên các trục đã được tạo các rãnh có biên
dạng tương ứng. Biên dạng rãnh của 2 hay 3, 4 trục tạo thành một biên dạng “calip”
gọi là lỗ hình trục cán.
Việc xác định hình dáng, kích thước và số lượng lỗ hình, cách bố trí lỗ hình
trên trục cán để tạo ra được một sản phẩm nào đó trên cơ sở một điều kiện công nghệ
nhất định được gọi là thiết kế lỗ hình trục cán.
3.2.2. Phân loại lỗ hình:
a. Phân loại theo hình dáng:
- Lỗ hình đơn giản: chữ nhật, vuông, ô van, tròn
- Lỗ hình phức tạp: lỗ hình góc, chữ I, chữ C,….
b. Phân loại theo công dụng:
- Lỗ hình giãn dài (cán phá) nhằm giảm nhanh tiết diện của phôi.
- Lỗ hình cán thô.
- Lỗ hình trước thành phẩm, có tác dụng khống chế được kết tinh của sản phẩm.
- Lỗ hình tinh.
c. Phân loại theo cách gia công lỗ hình trên trục cán:
- Lỗ hình kín: Ở lỗ hình này, đường phân chia khe hở giữa 2 trục cán x-x nằm
ngoài phạm vi rãnh lỗ hình được cấu tạo bởi một phần lồi và một phần rãnh của hai
trục cán.
x

x

Hình 3.2: Lỗ hình kín
- Lỗ hình hở: Là loại lỗ hình mà có đường phân chia khe hở giữa 2 trục cán x-x

nằm trong phạm vi rãnh của trục cán dù cho rãnh được gia công trên 1 hay 2 trục.
(hình 3.3)

x

x

x

x

a)

b)

c)

Hình 3.3: Lỗ hình hở
SVTH: Trần Công Hiệp - Lớp 11C1C

Trang 22


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cán Thép Rằn.

- Lỗ hình nửa kín: Ở loại lỗ hình này, trên trục
cán vừa có phần lồi vừa có phần lõm. Khe hở giữa 2
trục cán được cấu tạo ở thành bên lỗ hình.

3.2.3. Cách bố trí lỗ hình trên trục cán:
Bố trí lỗ hình trên giá cán ba trục có hai cách
Hình 3.4: Lỗ hình nửa kín
sau:
a. Bố trí xen kẽ: (hình 3.5a)
Theo cách bố trí này thì trên một chiều dài của trục cán chỉ xếp được ít lỗ
hình.Tuy nhiên nếu dùng một bộ trục cán bốn trục một trục trên, một trục dưới và hai
trục giữa để phối hợp lỗ hình thì vẫn có thể tiết kiệm được trục cán. Với cách bố trí
xen kẽ thì việc thiết kế lỗ hình đơn giản hơn, đảm bảo điều kiện bền cho trục cán rất
tốt. Do đó ta sẽ chọn cách bố trí xen kẽ.
b. Bố trí lên xuống:
Trong cách bố trí này thì trục giữa được dùng cho trục trên và trục dưới. Do đó
bố trí được nhiều lỗ hình. Tuy nhiên sử dụng cách bố trí lên xuống thì khi thiết kế lỗ
hình sẽ phức tạp hơn.(Hình 3.5b)
2

4

(a)
1

2

3

4

6

8

(b)
1

3

5

7

Hình 3.5: Cách bố trí giá lỗ hình trên giá cán ba trục
3.3 Thiết kế lỗ hình trục cán:
Việc thiết kế lỗ hình trục cán cho sản phẩm phải thật chính xác và phải đảm bảo
được các yêu cầu sau:
- Lỗ hình phải hợp lí, chính xác để đảm bảo mòn hợp lý.
- Làm cho kích thước và hình dáng sản phẩm phải chính xác bề mặt nhẵn bóng,
đạt các tiêu chuẩn kỹ thuật.
- Đảm bảo tính năng kỹ thuật và tính chất cơ lý của sản phẩm, nội lực bé nhất.
SVTH: Trần Công Hiệp - Lớp 11C1C

Trang 23


Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Máy Cán Thép Rằn.

- Năng suất cao, tiêu hao năng lượng ít, phân bố tải trọng cho động cơ đồng đều
theo từng lần cán.
- Điều kiện ăn kim loại ổn định.

- Đảm bảo tuổi bền của trục cán lớn nhất.
- Thao tác kỹ thuật dễ dàng, thuận tiện thời gian thay trục cán là lớn nhất.
3.3.1. Cơ sở dữ liệu của phôi:
- Vật liệu phôi cán: thép CT38
- Kích thước phôi ban đầu: 32x32mm2
Các thông số kỹ thuật và thành phần hoá học của mác thép CT38 theo bảng sau:
(theo tài liệu [8])
Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật.
σB

σC

(KG/mm2)

(KG/mm2)

50-64

σ(%) ψ(%) C(%)

Mn(%) Si(%)

S(%)

P(%)

0,28 ÷
0,5-0,8 <0,26 <0,05 <0,04
0,37
Vì vậy thép CT51 thuộc loại thép Cacbon thường có hàm lượng Cacbon trung

26-28

16

20

bình.
Theo lý thuyết giản đồ trạng thái Fe-C và theo tài liệu [2].
Ta có:
- Nhiệt độ nung của phôi: 1190÷12800C
- Nhiệt độ cán được bắt đầu từ: 1170÷12200C
- Nhiệt độ kết thúc cán nằm trong khoảng từ: 900÷9500C
Nhiệt độ cán rất quan trọng, nó quyết định năng suất chất lượng của sản phẩm
cán.
Nếu nhiệt độ nung phôi cao quá thì phôi bị cháy hoặc quá nhiệt dẫn tới phế
phẩm nhiều.
Nếu nhiệt độ nung của kim loại quá thấp thì tính dẻo kém, năng suất thấp, chất
lượng sản phẩm chưa đạt yêu cầu.
Phôi liệu sử dụng để cán được đúc sẵn và đảm bảo các điều kiện kỹ thuật tốt.
3.3.2. Sản phẩm cán:
Sản phẩm cán ra là thép rằn Φ16.
Các thông số của quá trình cán:
d1=17,5 mm: đường kính ngoài của thép rằn
d=14,5 mm: đường kính trong của thép rằn
S=2 mm: khe hở giữa hai trục cán

SVTH: Trần Công Hiệp - Lớp 11C1C

Trang 24

Đồ án tốt nghiệp
⇒

Thiết Kế Máy Cán Thép Rằn.

Đường kính danh nghĩa của thép rằn:
dd =

d1 + d 17,5 + 14,5
=
= 16(mm)
2
2

5
1,2

2

Thép rằn được cán theo dung sai âm:
+0, 3
dd = d d −0,5 (mm)

Xuất phát từ thành phẩm ta đi tính toán
thiết kế ngược lại từ lỗ hình tinh đến lỗ hình thô.
Theo thực nghiệm sản xuất cũng như
nghiên cứu cho thấy để cán thép rằn thì tốt nhất
dùng hệ lỗ hình trước tinh có dạng ôvan và lỗ
hình vuông trước lỗ hình ôvan.

3.3.3. Thiết kế và tính toán lỗ hình:
a. Số lần cán:
Theo định nghĩa hệ số giãn dài ta có:
µ tong =

Ø14,5
Ø17,5

Hình 3.6: Kích thước và hình
dáng của lỗ hình tinh

Fo
Fn

Trong đó:
+ µtổng là hệ số giãn dài tổng cộng của vật cán sau n lần cán.
+ Fo và Fn là diện tích tiết diện của phôi cán ban đầu và của thành phẩm sau n
lần cán.
⇒ µ tong =

Fo F1 F2 Fn −1
. . ...
F1 F2 F3
Fn

µtong=µ1.µ2.µ3…µn
⇒ µ tb =

µ1 + µ 2 + µ 3 + ... + µ n
n

Suy ra: µ tong =

Fo
= (µtb)n
Fn

Logarit hai vế ta có số lần cán :
n=

lg Fo − lg Fn
lg µ tb

Với : Fo = 32.32 =1024 (mm2)
Fn = 3,14.82 = 201 (mm2)
Theo bảng 3.1 [3] ứng với loại lỗ hình ôvan-vuông ta chọn:
µtb=1,356

SVTH: Trần Công Hiệp - Lớp 11C1C

Trang 25