CÔNG NGHỆ CÁN TẤM THÉP DÀY

LỜI NÓI ĐẦU

Đồ án môn học cán kéo thép vô cùng bổ ích với chúng em, là cơ hội để chúng em có
thể vận dụng những kiến thức được học trong môn học Cán kéo và ép kim loại vào
thực tế thiết kế, ngoài ra còn giúp chúng em chủ động trong việc tự nghiên cứu, tìm
hiểu về lĩnh vực này.
Xin chân thành các thầy cô trong bộ môn đã truyền đạt cho em những kiến thức vô
cùng quý báu, xin cảm ơn sâu sắc đến hai thầy TS Nguyễn Trường Thanh và ThS
Nguyễn Đăng Khoa đã dành nhiều thời gian và tâm huyết để giúp em hoàn thành đồ
án này.

1


MỤC LỤC

Contents

CHƯƠNG I: TỒNG QUAN VỀ NGÀNH THÉP

1.1 Tầm quan trọng của ngành thép
Sự ra đời của ngành thép đã góp phần lớn vào quá trình phát triển của loài
người. Thép đã xuất hiện ngày càng nhiều trong các công trình xây dựng cầu đường,
nhà cửa…Hơn nữa thép cũng là nguyên vật liệu chính cho các ngành công nghiệp
2


khác như đóng tàu, giao thông vận tải, xây dựng nhà máy và sản xuất máy móc thiết bị
phục vụ cho hoạt động sản xuất tạo ra sản phẩm đáp ứng nhu cầu của con người.
Hiện nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật nhiều vật liệu mới đã ra đời
như vật liệu Compozit, Polymer, Ceramic… nhằm thay thế cho thép nhưng vẫn chưa

đáp ứng được nhu cầu của thị trường đề ra.
Nhận biết được tầm quan trọng của ngành thép hầu hết các quốc gia đã dành
nhiều chính sách ưu đãi để phát triển ngành thép. Các nước có tiềm lực kinh tế mạnh
như: Nhật Bản, Nga, Mỹ Trung Quốc, Thụy Điển…là những nước có nền công nghiệp
sản xuất thép mạnh mẽ nhất.

1.2 Tình hình thép thế giới
Brussels- thế giới sản xuất thép thô- đạt khoảng 1,414 triệu tấn cho năm 2010
tăng 15% so với năm 2009 và là một kỷ lục mới cho sản xuất thép thô toàn cầu.
Tất cả các nước sản xuất thép lớn và khu vực cho thấy tăng hai con số trong
năm 2010. EU và Bắc Mỹ có tỉ lệ tăng trưởng cao hơn trong đó châu Á có tỉ lệ tăng
trưởng thấp hơn.
Trong tháng 12/2010, theo tình hình báo cáo sản xuất thép thô của 66 nước
vả Hiệp hội thép thế giới là 116,2 triệu tấn tăng 7,6% so với cùng kì năm ngoái. Các tỉ
lệ sử dụng thép thô của 66 nước trong tháng 12/2009 giảm nhẹ xuống 73,8% so với
75,2% trong tháng 11/2011. Tuy nhiên so với 12/2010 thì tháng 12/2011 có tỉ lệ sử
dụng cao hơn 1,1%.

3


Hình 1.1 Sản lượng thép thô hàng năm

Hình 1.2 Tỷ lệ sản xuất thép thô của 10 nước đứng đầu thế giới
Trong tháng 1/2011 sản lượng thép thô của thế giới tiếp tục tăng. Theo thống
kê từ hiệp hội thép thế giới (WSA) sản lượng thép thô của 64 nước là119 triệu tấn,
tang 5,3% so với cùng kỳ năm ngoái. Trong đó sản lượng thép thô của Trung Quốc đạt
52,8 triệu tấn với mức tăng trưởng 0,5%.

4

Bảng 1.1 Sản lượng thép thô của thế giới trong tháng 1/2011 ( triệu tấn)
Khu vực
Thế giới
Trung Quốc
Nhật bản
Hàn Quốc
Đức
Italia
Mỹ
Brazil

Sản lượng
119
52,8
9,7
5,6
3,7
2,1
6,8
2,8

Tăng trưởng (%)
5,3
0,5
10,7
24,2
4,4
10.3

9,4
3,8

1.3
Tình
hình
thép

Việt Nam
1.3.1 Sơ lược quá trình phát triển
Việt Nam đã coi ngành sản xuất thép là ngành công nghiệp trụ cột của nền
kinh tế, đáp ứng tối đa nhu cầu về các sản phẩm thép của các ngành công nghiệp khác
và tăng cường xuất khẩu. Bên cạnh đó, Chính phủ dành nhiều chính sách khuyến khích
các thành phần kinh tế khác đầu tư vào ngành thép nhằm tận dụng tối đa nguồn vốn và
nhân lực còn rỗi của các ngành thúc đẩy phát triển kinh tế đảm bảo công ăn việc làm
cho người lao động.
Ngành thép Việt Nam còn rất non trẻ, được xây dựng từ những năm 60 của
thế kỉ XX với sự ra đời của mẻ gang đầu tiên năm 1963, nhưng phải đến năm 1968
mới có mẻ thép đầu tiên ra đời tại công ty gang thép Thái Nguyên. Trong giai đoạn từ
1975 đến 1990, ngành thép Việt Nam phát triển rất chậm, phần lớn sử dụng nguồn thép
của các nước Đông Âu và Liên Xô cũ, sản lượng trong giai đoạn này duy trì ở mức
40.000-80.000 tấn/năm.
Từ năm 1990 đến nay, ngành thép Việt Nam có nhiều thay đổi và tăng trưởng
mạnh. Sự ra đời của tổng công ty thép Việt Nam (VSA) năm 1990 đã góp phần quan
trọng vào sự bình ổn và phát triển của ngành. Năm 1996 là năm đánh dấu sự chuyển
mình của ngành thép với sự ra đời của bốn công ty lien doanh sản xuất thép là: công ty

5

lien doanh thép Việt Nhật (Vinakyoei), Việt Úc (Vinausteel), Việt Hàn (VPS) và Việt
Nam – Sigapore (Nasteel) với tổng công suất khoảng 840.000 tấn/năm.
Từ 2002-2008 nhiều doanh nghiệp tư nhân và doanh nghiệp lien doanh với
nước ngoài được thành lập, ngành thép Việt Nam thực sự phát triển mạnh mẽ với tổng
công suất lên đến trên 6 triệu tấn/năm. Hiện nay, hầu hết các nhà máy thép ở Việt
Nam chỉ sản xuất các loại thép dài, các sản phẩm thông thường như thép thanh tròn
trơn, thép vằn thép dây cuộn và một số loại thép hình cỡ nhỏ và vừa phục vụ cho xây
dựng và gia công. Các loại thép dài cỡ lớn (>) phcu5 vụ cho các công trình xây dựng
lớn hiện vẫn chưa tự sản xuất được mà phải nhập ở nước ngoài. Từ năm 2006 trở về
trước nước ta không có doanh nghiệp nào sản xuất thép dẹt.
Năm 2007 theo thống kê sơ bộ toàn thế giới tiêu thụ 1400 triệu tấn thép.
Trong đó Việt Nam tiêu thụ dưới 10 triệu tấn, bé hơn 1%, bình quân 100kg/người.
Bình quân khối ASEAN tiêu thụ khoảng 200kg/người. Ở các nước tiên tiến, sản lượng
tiêu thụ đạt 1000kg/người.

1.3.2 Tình hình phát triển
a) Chưa chủ động được nguồn phôi
Hiện nay ngành thép Việt Nam còn phụ thuộc nhiều vào thị trường thế giới.
Mặc dù phôi sản xuất trong nước chiếm 60% tổng lượng cho sản xuất thép (còn lại
40% phôi phải nhập khẩu) nhưng nguyên liệu cho sản xuất phôi là thép phế liệu vẫn
phải nhập tới 70%. Và tình hình phế liệu trên thế giới đang có xu hướng tăng. Vì vậy
Việt Nam cũng gặp khó khăn trong vấn đề cạnh tranh, nếu nâng giá thép lên cao thì tạo
điều kiện cho thép từ các nước nhập vào ồ ạt; ngược lại nếu hạ giá thành thì không đủ
cho chi phí. Trong khi đó, nước ta đang trong giai đoạn hội nhập với thế giới nên môi
trường trong nước cũng gặp nhiều vấn đề khó khăn. Vì vậy các doanh nghiệp trong
nước cần phải đầu tư các quy trình công nghệ mới, nâng cao năng suất, chất lượng sản
phẩm.

6

b) Thị trường cạnh tranh ngày càng gay gắt
Hiệp hội thép Việt Nam cho biết từ năm 2010 ngành thép Việt Nam sẽ đối
mặt với sự cạnh tranh gay gắt ngay trên sân nhà. Ngành thép Việt Nam sẽ không còn
được hưởng các ưu đãi cao về chính sách thuế do thực hiện đầ đủ các cam kết hội nhập
WTO từ năm 2010 trở đi.
Bên cạnh đó, nhiều dự án thép mới đi vào sản xuất năm 2010 sẽ tăng thêm sự
mất cân đối giữa nguồn cung và mức tiêu thụ của thị trường, dẫn đến sự cạnh tranh
quyết liệt trên thị trường tiêu thũ các sản phẩm thép xây dựng, thép cuộn cán nguội,
ống thép hàn, tôn mạ kim loại…
Đặc biệt, thép Việt Nam sẽ tiếp tục phải gánh chịu sự cạnh tranh khốc liệt về
giá bán do chi phí sản xuất phôi thép ở Việt Nam cao gấp 2 lần so với thế giới, trong
khi năm 2010 được dự báo là năm mà giá cả nguyên vật liệu đầu vào như quặng, than,
dầu, điện tiếp tục tăng.
Theo dự báo của Hiệp hội thép Việt Nam, sản xuất và tiêu thụ thép xây dựng
và các sản phẩm thép khác sẽ tăng.
Theo dự báo của Hiệp hội thép Việt Nam năm 2011 sản xuất và tiêu thụ thép
xây dựng và các sản phấm thép khác tăng 10-12% so với năm 2010. Tuy nhiên cung
ứng thép choa sản xuất thép trong nước chỉ đáp ứng khoảng 60%. Như vậy những
tháng cuối năm ngành thép vẫn có khả năng duy trì được tốc độ tăng trưởng. Giá thép
sẽ không còn những đợt tăng/giảm giá đột biến vì ngành thép thế giới đã rút kinh
nghiệm từ năm 2008 nẹn sẽ điều chỉnh sản lượng và giá phù hợp với tình hình cung
cầu thế giới. Tuy nhiên tiến độ các dự án thường không đúng và các doanh nghiệp
mới khi thâm nhập thị trường sẽ vẫn còn khó khăn do đặc trưng của ngành phụ thuộc
nhiều vào hệ thống phân phối.
Hơn nữa, Bộ Công Thương và Hiệp hội Thép cũng khuyến cáo, theo lộ trình
cam kết với WTO, thời gian tới, một số sản phẩm thép sẽ không được hưởng ưu đãi và
bảo hộ cao về thuế nhập khẩu, tính cạnh tranh với sản phẩm thép nhập khẩu sẽ ngày
càng trở nên khốc liệt hơn.

7


Vì vậy, để nâng cao năng lực cạnh tranh với thép ngoại ngay trên “sân nhà”,
các doanh nghiệp sản xuất thép không còn “con đường” nào khác là đầu tư đổi mới
công nghệ ít tiêu hao năng lượng, công suất lớn, ổn định sản xuất, củng cố hệ thống
phân phối, mở rộng thị trường tiêu thụ, điều chỉnh giá bán linh hoạt hơn.

1.4 Khái niệm và đặc điểm cán thép tấm
Thép tấm được chia làm hai loại là thép tấm cán nóng và thép tấm cán nguội.
Thép tấm cán nóng thường là loại dày, dày vừa; còn thép tấm cán mỏng và cực mỏng
thì được cán nguội.
Khác với thép hình, thép tấm được cán trên các trục không khoét rãnh, mức
độ biến dạng đồng đều trên toàn bộ chiều rộng tiếp xúc, diện tích tiếp xúc rất lớn nên
lực cán rất lớn. Do đặc điểm lực cán lớn nên sự biến dạng đàn hồi của khung giá cán
và các chi tiết lắp trên giá cán và truyền động cũng rất lớn làm ảnh hưởng đến độ
chính xác của sản phẩm cán.
Thép tấm cán nóng thường có chiều dày từ 4 60mm. Thép có chiều dày dưới
1.4mm thường được cán nguội.

8


Bảng 1.2 Sự khác nhau giữa thép cán nóng và thép cán nguội

Độ dày thông

Thép cuộn cán

Thép cuộn cán

nguội

nóng

0.15mm-2mm

0.4mm trở lên

Trắng sáng, có độ bóng

Xanh đen, tối đặc

cao.

trưng

Thường được xén biên

Hai biên cuộn

thẳng và sắc mép

thường bo tròn, xù

thường
Bề mặt

Mép biên

xì, biến màu rỉ sét
khi để lâu.
Bảo quản

Hàng cán nguội thường

Có thể để thép cuộn

có bao bì và để trong

cán nóng ngoài trời

nhà.Rất nhanh rỉ sét bề

một thời gian dài.Và

mặt không sử dụng được

không cần bao bì bảo
quản.

1.5 Tình hình sản xuất và tiêu thụ thép tấm
Trước đây, nước ta hiện vẫn chưa có nhà máy cán thép nóng, chủ yếu là nhập
phôi từ nước ngoài về và sau đó cán nguội.
Nhưng sau hơn 3 năm xây dựng và lắp đặt ngày 20/12/2007 Công ty cổ phần
thép Cửu Long Vinashin (đơn vị thành viên của Tập đoàn công nghiệp tàu thủy Việt
9


Nam Vinashin) đã vận hành chạy thử dây chuyền sản xuất cán nóng thép tấm đầu tiên

ở Việt Nam. Sự kiện này đã thu hút sự qua tâm của các cấp lãnh đạo ngành đóng tàu vì
nó mang một ý nghĩa rất quan trọng: mẻ thép tấm đầu tiên do người Việt Nam chế tạo
đã ra lò đánh dấu một bước chuyển biến rất tốt cho ngành công nghiệp đóng tàu thủy,
từ chỗ phải nhập 100% thép tấm nước ngoài thì bây giờ sẽ có điều kiện nội địa hóa
dần khâu vật liệu quan trọng này. Tuy nhiên sau đó công ty này đã bị phá sản.
Ngày 11/03/2010 tại Hà Nội, Tổng công ty thép Việt Nam (VNSTEEL) và
Tập đoàn thiết kế, chế tạo công nghệ sản xuất thép trên thế giới – Danieli, Italia - đã
kí hợp đồng chuyển nhượng cổ phần của VNSTEEL tại công ty cổ phần thép miền
Nam về việc thực hiện dự án sau khi thỏa thuận sơ bộ về một lien doanh với 80% vốn
Việt Nam và 20% vốn Italia để xây dựng một nhà máy cán thép tấm nóng đầu tiên tại
Việt Nam được ký tại Rome ngày 10/12/2009 nhân chuyến viếng thăm chính thức
nước Cộng hòa Italia của đoàn cấp cao chính phủ Việt Nam do Chù tịch nước Nguyễn
Minh Triết dẫn đầu.
Liên doanh mới này, ngay trong năm 2010 sẽ được xây dựng tại khu vực Phú
Mỹ I, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu một nhà máy thép tấm cán nóng công suất 2 triệu
tấn/năm với số vốn đầu tư 550 triệu USd bằng hình thức chìa khóa trao tay. Nhà máy
sẽ được đầu tư, trang bị những thiết bị, công nghệ hiện đại nhất đang có hiện nay trong
ngành công nghiệp sản xuất thép. Khi hoàn thành xây dựng và đi vào hoạt động, nhà
máy sẽ đáp ứng khoảng trên 20% nhu càu thép cán nóng cho thị trường Việt Nam.
Năng lực sản xuất bán thành phẩm của các công ty thép trong nước, đặc biệt
là phôi thép đã được cải thiện đáng kể trong 5 năm qua, từ 1,3 triệu tấn lên 3,7 triệu
tấn vào năm 2010. Do đó, tỷ suất lợi nhuận của những doanh nghiệp có thể sản xuất
phôi thép gia tăng đáng kể và giảm mức độ ảnh hưởng bất lợi từ những biến động của
thị trường nguyên liệu. Trong năm 2010, sản lượng phôi thép sản xuất trong nước đáp
ứng 70% khối lượng nguyên liệu đầu vào cho ngành thép.
Đặc biệt, ba doanh nghiệp thép hàng đầu là Tisco, Hòa Phát và Pomina đã
tăng công suất đáng kể. Công suất sản xuất phôi thép của Tisco và Công ty Thép miền
10

Nam đạt 350.000 tấn/năm/công ty trong năm 2010. Hòa Phát đang thực hiện giai đoạn
2 của dự án Nhà máy thép liên hợp nhằm nâng công suất sản xuất phôi thép từ 350.000
tấn lên 1 triệu tấn trong năm 2012. Pomina cũng tăng công suất sản xuất phôi thép từ
500.000 tấn lên 1,1 triệu tấn vào đầu năm 2012. Tổng công suất sản xuất phôi thép
trong nước sẽ tăng từ 5,7 triệu tấn năm 2010 lên 7,5 triệu tấn vào năm 2012, đảm bảo
nguồn cung phôi thép cho sản xuất trong nước trong năm 2012 và giúp các công ty
thép nội địa kiểm soát tỷ suất lợi nhuận tốt hơn.
Nhu cầu thép tấm lá (sử dụng trong các ngành công nghiệp: thép ống, tôn
mạ, ô tô, xe máy, điện lạnh và đồ gia dụng…) tại Việt Nam tăng nhanh chóng trong vài
năm qua. Các số liệu thống kê cho thấy tiêu thụ đạt gần 5 triệu tấn/năm chiếm khoảng
40% tổng tiêu thụ thép các loại. Tuy nhiên sản xuất trong nước chỉ đáp ứng chưa đến
10% còn lại phải nhập khẩu.
Thị trường thép Việt Nam còn khá nhỏ. Năm 2007 cả nước tiêu thụ gần 8,7
triệu tấn thép các loại, trong đó thép xây dựng dạng thanh là 4,21 triệu tấn và phần còn
lại là thép tấm. Hiện tại, năng lực sản xuất thép thanh đã vượt 50% so với nhu cầu, còn
năng lực thép tấm trong nước mới vào khoảng 600.000 tấn.
Tuy mức tiêu thụ hiện còn ít, nhưng theo ông Đỗ Duy Thái, Tổng giám đốc
Công ty Thép Việt, thị trường thép Việt Nam đã bước vào giai đoạn phát triển. Ông
nói: “Các doanh nghiệp trong và ngoài nước đều nhìn thấy triển vọng này, từ đó bắt
đầu một cuộc chạy đua đầu tư”.
Viện Nghiên cứu chiến lược thuộc Bộ Công Thương dự báo, đến năm 2020
nhu cầu thép của Việt Nam vào khoảng 22 triệu tấn. Con số này tuy khá lớn, nhưng
vẫn chưa thấm vào đâu so với năng lực sản xuất vào thời điểm đó.
Nếu tất cả các dự án của doanh nghiệp trong và ngoài nước đã và chuẩn bị
được cấp giấy phép thực hiện đúng tiến độ đầu tư đã cam kết, thì đến năm 2020 ngành
thép Việt Nam sẽ có sản lượng không dưới 40 triệu tấn.

11

Tiềm năng của thị trường trong nước rõ ràng là còn khá lớn, nhưng đó không
phải là lý do duy nhất để Việt Nam thu hút được dự án thép lớn của nước ngoài. Vị trí
địa lý gần như là trung tâm của khu vực Đông và Nam châu Á, bờ biển dài và có nhiều
khu vực thuận lợi cho việc xây dựng cảng biển nước sâu để tiếp nhận tàu trọng tải lớn,
lại có nguồn than anthraxit khá lớn, Việt Nam là địa điểm tốt để xây dựng các cơ sở
sản xuất thép lớn cung cấp cho cả khu vực.
Theo quan điểm của Bộ Công Thương, việc nước ngoài đầu tư lớn vào ngành
thép có nhiều ưu điểm, như: hầu hết là dự án 100% vốn nước ngoài; thu hút nhiều lao
động và sẽ đóng góp nhiều cho ngân sách qua thuế; phần lớn các dự án đầu tư ở miền
Trung, là khu vực còn nhiều khó khăn…
Nhưng nhiều doanh nghiệp thép trong nước lại cho rằng, chính các dự án
chủ yếu do nước ngoài đầu tư 100% vốn lại là điều không có lợi, vì ngoài khoản thuế
mà thu được nhiều hay ít vẫn còn là ẩn số, Việt Nam sẽ chẳng còn gặt hái được gì đáng
kể. Một số nhà doanh nghiệp đề nghị, Việt Nam nên làm theo cách của Trung Quốc là
giới hạn tỷ lệ góp vốn của nước ngoài trong các dự án thép, nhằm tạo cơ hội cho các
nhà đầu tư trong nước.
Dù sao, sự xuất hiện của các dự án luyện cán thép lớn cũng là mối đe dọa đối
với các doanh nghiệp sản xuất trong nước, nhất là những cơ sở nhỏ. Tuy nhiên, điều
quan trọng hơn là sự xuất hiện của các tổ hợp sản xuất thép này đặt ra nhiều vấn đề
đáng lo, nhất là về môi trường.
Với quy mô sản xuất hàng chục triệu tấn thành phẩm, mỗi năm các tổ hợp
này cũng sẽ thải ra hàng chục triệu tấn xỉ than và xỉ quặng cùng với một lượng lớn
khói bụi vào không khí. Xử lý những chất thải này như thế nào là việc không thể
không tính đến ngay từ bây giờ. Lẽ đương nhiên, khi nộp hồ sơ xin cấp phép, nhà đầu
tư nào cũng đưa ra phương án giải quyết, nhưng điều đó không có nghĩa ta có thể yên
tâm. Bài học của Hyundai - Vinashin và Vedan là ví dụ.

12

Các tổ hợp luyện cán thép này sẽ tiêu thụ nguồn năng lượng điện, than khổng
lồ. Mặc dù một số dự án có kế hoạch đầu tư xây dựng nhà máy điện riêng để tự đáp
ứng nhu cầu năng lượng, nhưng nó cũng khiến cho mức độ phụ thuộc vào nguồn năng
lượng nhập khẩu của Việt Nam ngày càng lớn. Mỗi dự án đều chiếm diện tích đất và
mặt nước rất lớn, chẳng hạn khu liên hợp luyện cán thép của Formosa ở Hà Tĩnh sử
dụng trên 3.000 héc ta đất và mặt nước.
Do đó song song với việc phát triển ngành sản xuất thép ta cũng cần chú ý
đến việc tiết kiệm nhiên liệu, bảo vệ môi trường bằng cách là có thể thay thế các dây
chuyền công nghệ lạc hậu tiêu hao nhiều năng lượng bằng những dây chuyền hiện đại
tiết kiệm tài nguyên quốc gia. Đây là mục tiêu mà các nhà máy thép đang hướng đến.

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁN

2.1 Nguyên lý cán
Cán là phương pháp gia công làm biến dạng kim loại giữa khe hở của hai hay
nhiều trục làm việc quay tròn quanh đường tâm của chúng.

2.2 Vùng biến dạng và các thông số của nó
2.2.1 Vùng biến dạng
Khoảng không gian giới hạn bởi mặt tiếp xúc giữa trục cán trên, trục cán
dưới với phôi cán và mặt tiết diện đầu phôi mới chạm vào trục cán và mặt cắt theo
đường nối hai tâm trục cán vuông góc với đường cán gọi là vùng biến dạng.

13


Hình 2.1: Sơ đồ tính toán các thông số cán
Với V1, V2: lần lượt là tốc độ quay của trục cán trên và trục cán dưới
R1, R2: lần lượt là bán kính của trục cán trên và trục cán dưới
H, h: lần lượt là chiều dày của phôi vào và phôi ra

: góc ăn phôi
Theo nhiều thực nghiệm đều cho kết quả là vùng biến dạng thực tế luôn luôn
lớn hơn vùng biến dạng lý thuyết trên bản vẽ bởi vì có sự ảnh hưởng của vùng biến
dạng đến vùng lân cận.

2.2.2 Các thông số vùng biến dạng
: lượng ép tuyệt đối

δ

δh =

h gọi là hệ số lượng ép tỷ đối

η

gọi là hệ số biến dạng theo chiều cao

η

=

∆h
h0

h1
h0

(%)

(<1).

∆b = b1 − b0

∆b lượng dãn rộng tuyệt đối

14


δ

β

δb =

b gọi là lượng dãn rộng tỷ đối
β=

gọi là hệ số biến dạng theo chiều rộng

λ

b1
b0

(%);

(>1).

∆ = l1 − l0

∆l gọi là lượng dãn dài tuyệt đối
δ

∆b
b0

δl =

l gọi là lượng dãn dài tỷ đối
λ=

gọi là hệ số biến dạng theo chiều dài

∆l
l0

l1
( > 1)
l0

Trong đó:
h0, b0, l0 chiều dày (cao), chiều rộng và chiều dài của phôi trước
khi cán
h1, b1, l1 chiều cao, chiều rông và chiều dài của phôi sau một lần
cán.
Cung AB được gọi là cunh ăn hay cung biến dạng mà hình chiếu của nó lên
trục x ký hiệu là lc – độ dài cung ăn
l c = R. sinα +

lc = R.sinα

hay

∆h 2
4

l c = R.∆h

Khi α nhỏ :
lc =

2 R1.R2
.∆h(∆h = ∆h1 + ∆h2 )
R1 + R2

Khi D1≠ D2:

15


Góc tạo bởi đường nối tâm trục cán trên và dưới với đường nối từ tâm trục
cán lên điểm A khi phôi mới tiếp xuc với trục cán là α – góc ăn tự nhiên.
Góc ăn được tính đơn giản như sau:
cos α = 1 −

Trong đó:

∆h
D

∆h – lượng ép
D – đường kính làm việc của trục cán.
α=

α nhỏ (10÷150) lấy

∆h
D

Quan hệ giữa các đại lượng
δh =

h
∆h h0 − h1
=
= 1 − 1 = 1 −η
h0
h0
h0

δb =

∆b b1 − b0 b1
=
= −1 = β −1
b0
b0
b0

δl =

∆l l1 − l0 l1
=
= −1 = λ −1
l0
l0
l0

η .β .λ =

h1 b1 l1 h1.b1.l1 V1
. . =
= =1
h0 b0 l0 h0 .b0 .l0 V0

Mặt trung tính là mặt mà ở đó các phần tử của phôi bị trục cán cuốn vào có
cùng tốc độ với trục cán. Phía trước mặt trung tính gọi là vùng trễ và phía sau mặt
trung tính gọi là vùng vượt trước. Vì vậy các phần tử của phôi ở vùng trễ chậm hơn tốc
độ trục cán, còn ở vùng vượt trước thì nhanh hơn.
Hệ số vượt trước được tính như sau: S = (v1 – vtc)/vtc
S0 =

v x − v0
v
= 1− 0
vx
vx

Hệ số vượt trễ

Trong đó:

v1 – tốc độ phôi ra khỏi trục cán ;
vtc – tốc độ vòng của trục cán ;
16


vx – tốc độ trục cán chiếu xuống trục tọa độ x
Góc tạo bởi đường nối hai tâm trục cán và đường nối từ một tâm trục cán
đến giao điểm của mặt trung tính với cung an gọi là góc trung tính, kí hiệu là . Hệ số
vượt trước có thể tính thông qua góc trung tính (không tính lượng giãn rộng).

S=

R 2
γ
h1

2.3 Hệ số ma sát
Điều kiện ăn phôi tự nhiên là nhờ hệ số ma sát giữa trục cán và phôi. Khi phôi chạm vào
trục cán đang làm việc thì phôi bị trục cán cuốn và biến dạng chúng.

y

Co
F

So

N
N

B

T

x
T

S

Hình 2.2 Sơ đồ lực khi cán
17


Tác dụng lên phôi có lực N (theo định luật Newton), lực tiếp tuyến T, lực F do quá trình
chuyển động phôi đến trục cán cùng với lực quán tính U. Chiếu các lực này xuống trục nằm ngang x và
cân bằng chúng.

T = N tagα + ( U –F) / 2cosα
Để quá trình cán xảy ra phải có điều kiện T Nf trong đó f – hệ số ma sát
giữa trục cán và phôi cán.
f ≥ tg α +

(U − P)
2 N cos α

Nếu như vắng mặt lực F và bỏ qua lực quán tính U (vì quá nhỏ), lúc đó ta có
điều kiện cán là:

f ≥ tgα

hay

α ≥ϕ

Bảng 2.1 hệ số ma sát f ([6], trang 58)
Trạng thái cán

Cán nóng

Cán nguội

Loại trục cán

Hệ số ma sát f

Trục có gờ, rãnh

0.45÷ 0.62

Trục cán hình

0.36÷ 0.47

Trục cán tấm

0.27÷ 0.36

Trục có độ bóng bình thường

0.09÷0.18

Trục có độ bóng cao

0.03÷0.09

2.4 Sự mất nhiệt khi cán nóng
Từ khi bắt đầu cán cho đến khi ra thành phẩm, nhiệt độ phôi ban đầu sẽ mất
dần đến lúc kết thúc cán. Các yếu tố làm mất nhiệt:
Sự mất nhiệt do môi trường không khí xung quanh.
18


Sự mất nhiệt do chuyển phôi từ lò nung đến máy cán đầu tiên và từ giá
cán náy đến giá cán khác.
Sự mất nhiệt do bức xạ, do đối lưu ra môi trường.
Sự mất nhiệt do phôi truyền qua trục cán và cơ cấu dẫn hướng.
Sự mất nhiệt do dung dịch làm nguội: nước lạnh hay dầu bôi trơn
Tóm lại, quá trình cán bị mất nhiệt không theo một quy luật nào nhất định
để ta có thể tính toán một cách chính xác bằng toán học. Tuy nhiên, ta có thể chọn ra
một số yếu tố cơ bản để tính sự mất nhiệt nói trên.
Ta xem số lần phôi cán qua các giá cán là i, và nhiệt lượng còn lại là Q i, sự
mất nhiệt do bức xạ và đối lưu là : Qbx và Qdl. Qua i lần cán phôi bị biến dạng và sinh
ra một lượng nhiệt là Qbd và mất một lượng nhiệt do truyền cho trục là Qtr.
Sau khi cán qua i lần, nhiệt lượng phôi còn lại: (Q 0 nhiệt lượng ban đầu của
phôi)
Qi= Q0 – Qdl – Qbx + Qbd – Qtr
Giá trị nhiệt lượng này có ý nghĩa trong việc tính toán nhiệt lượng của phôi
trong quá trình vận hành hệ thống.

Tấm thép được chia làm hai loại thép tấm cán nóng và thép tấm cán nguội.
Thép tấm cán nóng thường là loại dày, dày vừa, còn thép tấm cán mỏng và cực mỏng
thì được cán nguội.
Khác với thép hình thép tấm được cán trên các trục không khoét rãnh, mức
độ biến dạng đống đều trên toàn bộ chiều rộng bề mặt tiếp xúc, diện tích tiếp xúc rất
lớn nên lực cán rất lớn. Do đặc điểm lực cán lớn nên sự biến dạng đàn hồi của khung
giá cán và các chi tiết lắp trên giá và truyền động cũng rất lớn làm ảnh hưởng đến độ
chính xác của sản phẩm cán.
Thép tấm cán nóng thường có chiều dày từ 4 60mm. Thép có chiều dày
dưới 1.4mm thường được cán nguội.

19


2.5 Đặc điểm quá trình biến dạng của thép khi cán tấm dày
Khi cán trong các giá cán trục ngang bề rộng của tấm thép lớn hơn nhiều so
với chiều dày. Thường thường chiều rộng ban đầu và chiều dày trung bình của tấm
thép). Trong trường hợp này lượng giãn rộng của thép không đáng kể. Khi tính toán áp
lực của kim loại trên trục cán, yếu tố giãn rộng có thể bỏ qua, nghĩa là sự biến dạng
của kim loại có thể coi như phẳng và đều.
Ở giá cán trục ngang thép biến dạng trong điều kiện ( độ dài cung tiếp
xúc). Ở giá cán thô. Ở giá cán tinh là
Quá trình biến dạng thép trong trục đứng tiến hành trong điều kiện là độ
dải cung tiếp xúc và chiều rộng trung bình của phôi trong trục đứng).
Khi cán trong giá trục đứng lượng giãn rộng ở vùng tiếp giáp với trục phân
bố không đều. Tại vùng tiếp giáp ở đầu và cuối tấm thép không có sự giãn rộng.
Lượng giãn rộng tăng dần lên và trên một khoảng cách nhất định kể từ hai đầu tấm đạt
giá trị cực đại( vùng ổn định), miền ngoài là vùng có lượng giãn rộng chưa ổn định.
Khi cán ở giá trục đứng chiều rộng của đầu trước tấm thép nhỏ hơn khoảng cách giữa
hai trục khi đã cán ổn định. Sự biến dạng bổ sung của đầu trước tấm thép được giải

thích dựa vào đặc điểm sự chảy của thép dưới tác dụng biến dạng đàn hồi của giá trong
điều kiện có miền ngoài không hoàn toàn.
Khi cán những tấm rộng từ phôi tấn hẹp thì ta định mức cắt mép tăng 4-5%
( theo sơ đồ cán dọc) và 2 – 4% ( theo sơ đồ cán ngang)
Để đánh giá hiệu suất sử dụng giá trục đứng người ta căn cứ vào hệ số có
ích
: lượng giãn rông bổ sung khi cán trong giá cán trục ngang, do sự giãn rộng ở vùng
tiếp giáp khi cán trong giá trục đứng gay nên
lượng ép trong giá trục đứng
Chiều rộng của tấm thép sau khi cán trong giá trục ngang phụ thuộc vào
chiều rộng của phôi trước khi cán trong giá đứng và được xác định:

Trong đó b1: chiều rộng của tấm thép sau khi cán trong trục đứng

20


: lượng giãn rộng tự nhiên của tấm thép có tiết diện vuông vắn vá chiều rộng
b1 khi cán ở giá trục ngang
Hệ số có ích của giá trục đứng trong điều kiện có thể xác dịnh theo công
thức thực nghiệm

bo chiều rông ban đầu của phôi
b1 chiều rông của phôi sau khi cán trong trục đứng
b2 chiều rộng của tấm thép sau khi cán trong giá trục ngang
: chiều dài phần đầu và phần cuối phôi cán với lượng ép thay đổi

2.6 Máy cán thép
•

Máy cán thép là máy cán chuyên dung để cán thép ở trạng thái nóng và trạng
thái nguội. Máy cán thép được chia ra làm nhiều loại: máy cán hình, máy cán
tấm, máy cán ống…Máy cán thép gồm ba bộ phận hợp thành: nguồn năng

lượng, bộ phận truyền dẫn động và giá cán.
• Giá cán: là nơi tiến hành quá trình cán bao gồm: trục cán , gối, ổ đỡ trục cán, hệ
thống nâng hạ trục, hệ thống cân bằng trục, than máy, hệ thống dẫn phôi, cơ cấu
lật trở phôi…
• Hệ thống truyền động: là nơi truyền mômen cho trục cán bao gồm hộp giảm
•

tốc, trục nối, khớp nối, bánh đà, hộp chia lực…
Nguồn năng lượng: là nơi cung cấp năng lượng cho máy, thường dùng các loại
động cơ điện một chiều, xoay chiều hoặc các máy phát điện.

21


Hình 2.3 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
• Cán thép là một trong những ngành gia công kim loại bằng áp lực, đây là phương
pháp gia công không phoi, tạo hình nhờ khả năng biến dạng dẻo của kim loại mà
•
•

không cần phải cắt gọt nên tiết kiệm được nhiều kim loại.

Dựa theo số lượng và cách bố trí trục cán ta có các loại sau:
Máy cán hai trục đảo chiều: sau một lần cán thì chiều quay của trục lại được quay

ngược lại. Thường áp dụng khi cán phôi, cán tấm dày.
• Máy cán hai trục không đảo chiều: dung trong cán liên tục hoặc cán tấm mỏng
• Máy cán ba trục: có thể có loại ba trục có đường kính đều bằng nhau hoặc có loại
hai trục bằng nhau còn trục giữa nhỏ hơn.
• Máy cán bốn trục: gồm hai trục nhỏ làm việc còn hai trục lớn dẫn động, được
dung nhiều khi cán tấm nóng hoặc cán nguội.
• Máy cán nhiều trục dung để cán ra tấm mỏng hoặc cực mỏng như máy sáu trục,
12 trục… có thể cán ra thép mỏng đến 0,001mm

22


Hình 2.4 Các loại giá cán
a)Giá cán hai trục; b) Giá cán ba trục; c) Giá cán ba trục Layma; d) Giá cán bốn trục
•

Máy cán hành tinh: loại này có nhiều trục nhỏ tựa vào hai trục to để làm biến
dạng kim loại. Máy này có thể cán ra sản phẩm rất mỏng từ phôi dày. Ví dụ như
phôi ban đầu có kích thước 50150mm sau khi qua máy cán hành tinh có thể đạt
chiều dày 12mm

Hình 2.5 Sơ đồ máy cán hành tinh
1: Lò nung liên tục; 2: Trục phá cán; 3: Máy dẫn phôi;
23


4: Trục cán hành tinh; 5: Trục tựa; 6: Trục là sản phẩm

Như vậy đối với cán thép nóng có chiều dày 16mm ta có thể chọn máy cán
hai chiều đảo trục hoặc máy cán bốn trục. Trục của giá cán không thiết kế lỗ hình và
rãnh hình nó chỉ là một trục cán trơn.

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ
Kích thước phôi đầu vào : 150 x 1900 x 1500
Kích thước sản phẩm đầu ra : 20 x 2000 x 2500

24


3.1 Lựa chọn hệ thống máy cán

25