TÌM HIỂU CẤU TẠO, HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY CÁN ỐNG THÉP ĐEN ĐỊNH HÌNH; CẢI TIẾN CỤM ĐO CHIỀU DÀI VÀ CẮT ỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ & CÔNG NGHỆ

LÊ VĂN HOÀNG
NGUYỄN TẤN ĐẠT

TÌM HIỂU CẤU TẠO, HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY CÁN
ỐNG THÉP ĐEN ĐỊNH HÌNH; CẢI TIẾN CỤM ĐO
CHIỀU DÀI VÀ CẮT ỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN
BẰNG PLC.

Tp. Hồ Chí Minh
Tháng 08 năm 2008.

1


TÓM TẮT.
Thông qua sự giúp đỡ của công ty TNHH Cơ Khí TẤN THÀNH và được sự
hướng dẫn của thầy PHẠM ĐỨC DŨNG, chúng tôi đã thực hiện đề tài:
“TÌM HIỂU CẤU TẠO, HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY CÁN ỐNG THÉP ĐEN
ĐỊNH HÌNH; CẢI TIẾN CỤM ĐO CHIỀU DÀI VÀ CẮT ỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU
KHIỂN BẰNG PLC” từ ngày 01/04/2008 đến 15/06/2008 tại công ty TNHH Cơ Khí
TẤN THÀNH, lô 31, đường số 2, khu công nghiệp TÂN TẠO, quận BÌNH TÂN, TP.
HỒ CHÍ MINH.
Tại đây, chúng tôi còn nghiên cứu quá trình hoạt động của từng cụm máy, của hệ
thống cũng như việc lắp ráp máy, bàn cắt ống tự động. Ngoài ra, chúng tôi đã trực tiếp
tham gia tính toán, chế tạo các cụm của máy cán ống thép đen định hình, cải tiến cụm
đo chiều dài và đưa tự động hóa vào trong qui trình sản xuất thông qua lập trình PLC
được áp dụng ở bàn cắt ống… Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng tôi đã đạt được

những kết quả mong muốn như: điều chỉnh được những kích thước các bộ phận máy
phù hợp hơn, cải tiến chi tiết máy phù hợp hơn, giúp giảm một phần chi phí chế tạo
máy, quá trình cắt được chính xác hơn,…

2


SUMARY.
With the help of TAN THANH mechanical engineering company and my
teacher DUNG DUC PHAM. We do the thesis:
“RESEARCHING THE STRUCTURE, OPERATING OF SHAPPING STEEL
TUBES MACHINE IMPROVING THE IMPROVING THE MEASUREMENT AND
CUTTING SECTION ADVISOR WITH PLC”. From 01 April 2008 to 15 June 2008,
at TAN THANH mechanical engineering limited company located at Area 31, road no
2, TAN TAO industrial zone, BINH TAN district, HO CHI MINH city.

At there, we researched the structures and operating of sections of system. We
have part in calculating manufacturing the shapping steel tube machine, improve the
length mesurement and cutting section with PLC.
The result is:
Calcute the dimension of manhine suitable, improve the structure of machine,
control the length of product exactly with PLC.

3


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT.
1. CT – Công tắc.
2. CTHT – Công tắc hành trình.
3. TNHH – Trách Nhiệm Hữu Hạn.

4. PLC – Programmable Logic Control.
5. I – Input.
6. O – Output.
7. CTT – Công tắc từ.
8. KĐT - Khởi động từ.
9. TĐĐ - Truyền động điện.

4


DANH SÁCH CÁC BẢNG.
Trang

1. Phụ lục 2……………………………………………………………………70

5


DANH SÁCH CÁC HÌNH.
Trang

1. Cấu trúc đơn giản của PLC……………………………………………………....8
2. Quét chương trình thang………………………………………………………...10
3. Van vận hành bằng solenoid……………………………………………….........12
4. Các xylanh……………………………………………………………...……......13
5. Sơ đồ vùng biến dạng khi cán kim loại……………………………………….....14
6. Sơ đồ áp lực của kim loại……………………………………………………......17
7. Đồ thị ứng suất biến dạng……………………………………………………......22
8. Sự phân bố lớp ứng suất dư và lớp hóa bền trên bề mặt chi tiết…………….......24
9. Sơ đồ nguyên lý máy cán ống thép đen định hình……………………………....28

10. Sơ đồ hoạt động máy cán ống……………………………………………….....28
11. Bộ phận xả tole kép………………………………………………………….....30
12. Lồng nhốt tole………………………………………………………………….32
13. Bộ phận hướng tole………………………………………………………….....34
14. Bộ phận cán tròn………………………………………………………………..36
15. Bộ phận giải nhiệt……………………………………………………………....38
16. Bộ phận cán định hình……………………………………………………….....39
17. Bộ phận cắt chạy……………………………………………………………….41
18. Cử ống, bàn lật………………………………………………………………....43
19. Một số hình ảnh về PLC của SIEMENS…………………………………….....49
20. Các module gắn trên thanh rack………………………………………………..50
21. Các đèn báo và cổng truyền thông của CPU…………………………………...51
22. Sơ đồ mạch điều khiển ………………………………………………………...53

6


23. Sơ đồ hoạt động của bàn cắt…………………………………………………....55
24. Biểu đồ trạng thái của bàn cắt……………………………………………….....57
25. Chương trình điều khiển PLC………………………………………….........…58
26. Sơ đồ điều khiển khí nén…………………………………………………….....60
27. Biểu đồ tốc độ, thời gian bàn cắt…………………………………………….....62
28. Sơ đồ nối động cơ vào mạch điện ba pha……………………………………....63
29. Sơ đồ bộ máy tổ chức nhân sự của công ty…………………………………….69

7


CHƯƠNG 1.
MỞ ĐẦU.

Với sự phát triển không ngừng của xã hội, đời sống vật chất và tinh thần của người
dân ngày một nâng cao. Trong đó, nhu cầu sử dụng gỗ để làm vật dụng trong gia đình
như khung cửa, tủ, bàn ghế, kệ… cũng ngày càng gia tăng. Sự gia tăng này cũng kéo
theo sự gia tăng việc khai thác, chế biến gỗ. Mặc khác, giá trị của các sản phẩm gỗ
cũng rất cao và ngày một khan hiếm, tác động đến nhu cầu người tiêu dùng.
Với mục đích tạo ra các sản phẩm để thay thế dần các đồ dùng bằng gỗ, người ta
đã sử dụng kim loại. Nó không chỉ thỏa mãn nhu cầu của người tiêu dùng là bền mà
giá thành cũng rẻ hơn nhiều so với gỗ, đây là một yếu tố có ý nghĩa thiết thực, có tính
kinh tế đối với người tiêu dùng. Ngoài ra, công việc lắp ráp và vận chuyển, sử dụng
cũng rất dễ dàng và nhanh chóng, người ta có thể tạo ra được nhiều mẫu mã, kiếu dáng
mới phù hợp với thị hiếu ngày càng cao của người tiêu dùng. Chính vì thế, việc cho ra
đời máy cán ống thép đen định hình đã đáp ứng được nhu cầu cấp bách của xã hội ở
hiện tại cũng như trong tương lai. Trong đó, ý nghĩa hàng đầu là nó có thể thay thế
được gỗ, một loại nguyên liệu mà giá thành của nó đã và đang ngày một tăng cao. Từ
đó, giúp hạn chế được việc khai thác gỗ một cách bừa bãi, giúp bảo vệ môi trường
sống ngày càng tốt hơn.
Với trang thiết bị tiên tiến, đội ngũ công nhân kỹ thuật lành nghề và hơn mười
năm kinh nghiệm trong lĩnh vực thiết kế, chế tạo máy nói chung, cũng như chế tạo
máy cán ống thép đen định hình nói riêng, công ty TNHH Cơ Khí TẤN THÀNH đã
cho ra đời nhiều loại máy tạo ống có kích cỡ khác nhau. Không chỉ đáp ứng nhu cầu
trong nước (Hà Nội, Quãng Ngãi, TP. Hồ Chí Minh, Đồng Nai,..) mà còn xuất khẩu
sang các nước khác như Lào, Thái Lan,....
Hiện nay, trong nền công nghiệp hiện đại ở mọi ngành sản xuất, mục tiêu tăng
năng suất lao động được giải quyết bằng cách gia tăng tự động hóa ở các qui trình và
thiết bị sản xuất. Một trong những yếu tố góp phần vào việc tự động hóa đó là bộ điều
khiển logic khả trình PLC như PLC SIEMENS (S7-300, S7-200,…), PLC Misubishi

8

(gồm các họ: Fx, Fx0 , Fxo,…), PLC Ormon,.... PLC có ngôn ngữ lập trình dễ dàng, dễ
hiểu, nhiều chức năng điều khiển, chiếm vị trí không gian nhỏ trong hệ thống. Điểm
nổi bật nhất mà hầu như không có một thiết bị nào có khả năng làm được là nó có thể
làm việc trong môi trường khắc nghiệt, ồn ào, va đập,…. Nó được sử dụng rộng rãi
trong các hệ thống điều khiển tự động, cho phép nâng cao năng suất sản xuất, chất
lượng và sự đồng nhất sản phẩm. Giúp tăng hiệu suất, giảm năng lượng tiêu tốn, tăng
mức an toàn, tiện nghi, giải phóng sức lao động cơ bắp của con người, cho phép nâng
cao tính thị trường của sản phẩm. Mặc khác, với chương trình điều khiển bên trong,
PLC trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi
thông tin với môi trường xung quanh.
Được sự chấp thuận của hội đồng khoa học của Khoa Cơ Khí- Công Nghệ Trường
Đại Học Nông Lâm TP. HỒ CHÍ MINH và sự hướng dẫn của thầy Phạm Đức Dũng,
chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài:
” TÌM HIỂU CẤU TẠO, HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY CÁN ỐNG THÉP ĐEN
ĐỊNH HÌNH; CẢI TIẾN CỤM ĐO CHIỀU DÀI VÀ CẮT ỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU
KHIỂN BẰNG PLC” từ ngày 01/04/2008 đến 15/06/2008 tại công ty TNHH Cơ Khí
TẤN THÀNH và đạt được những kết quả tốt đẹp.

9


CHƯƠNG 2.
TRA CỨU TÀI LIỆU, SÁCH BÁO PHỤC VỤ TRỰC
TIẾP ĐỀ TÀI.
2.1 Cấu trúc PLC - Theo tài liệu [1].
* PLC: có cấu trúc được mô phỏng đơn giản, trong đó:
- Khối xử lý trung tâm (CPU) có chức năng: thực hiện việc trao đổi các dữ liệu,
thực hiện các phép toán, thực hiện các phép so sánh và ra quyết định nhận, gửi số liệu
tới các cổng vào/ra tương ứng với chương trình trong bộ nhớ.
- Bộ nhớ (memory) có hai loại là bộ nhớ chỉ đọc và bộ nhớ đọc/ghi:

+ Bộ nhớ chỉ đọc (ROM) có chức năng lưu giữ các chương trình (tập dãy lệnh),
các hằng số, các bảng - biểu, các công thức tính toán…(gọi chung là chương trình)
theo ngôn ngữ máy và không bị xóa khi ngừng cấp điện do người thết kế đặt ra thể
hiện quy trình công nghệ sản xuất của một dây chuyền hay một tập hợp các dây
chuyền trong một nhà máy cụ thể. Bộ nhớ chỉ đọc lại có các loại:
* Loại ROM chương trình được nhập vào khi chế tạo ROM và chương trình
này không xóa được. Muốn thay chương trình hay sửa lỗi đều phải bỏ và chế tạo mới.
* Loại PROM chương trình được nhập sau khi đã chế tạo bộ nhớ hoặc PLC
(người sử dụng lập trình và nhập vào).
* Loại PROM lại có 3 kiểu:
● Kiểu 1: Người sử dụng mua PLC, lập trình, nhập vào. Chương trình đã
nhập không xóa được, muốn thay chương trình hay sửa lỗi trong chương trình, đều
phải mua mới.
● Kiểu 2: Người sử dụng mua PLC, lập trình, nhập vào chương trình xóa
để được nhập lại chương trình khi phải thay đổi hay sửa chương trình (muốn sửa
chương trình cũng phải xóa hết chương trình cũ). Kiểu này gọi là EPROM, trên bộ
nhớ có cửa sổ bằng thủy tinh trong suốt để xóa chương trình dưới tia cực tím (thời
gian xóa khá lâu, khoảng vài chục phút).
● Kiểu 3: tương tự kiểu 2 chỉ khác là xóa chương trình bằng điện nên có
thể xóa toàn bộ hoặc sửa phần bị lỗi. Kiểu này gọi là EEPROM.

10


Hình 2.1. Cấu trúc đơn giản của PLC.

11


+ Bộ nhớ đọc/ghi (RAM) còn gọi là bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên, có chức năng:

Lưu giữ tạm thời chương trình, dữ liệu, kết quả tính toán (gọi chung là dữ liệu) và dữ
liệu bị mất khi ngừng cấp điện (để khắc phục nhà chế tạo lắp pin khô trong bộ nhớ này
hoặc chuyển đổi nguồn ắc quy khi mất điện). Bộ nhớ RAM có 2 kiểu:
● Ram tĩnh: lưu được dữ liệu nếu nguồn điện được duy trì.
● Ram động: dữ liệu sẽ mất nếu không được cập nhật theo định kỳ mặc dù
nguồn điện được duy trì (việc cập nhật định kỳ còn được gọi là làm “tươi”). Tuy nhiên
do kích thước nhỏ gọn và năng lượng tiêu thụ không đáng kể nên RAM động được sử
dụng trong bộ nhớ lớn mặc dù sử dụng không đơn giản.
- Khối điều khiển I/O có chức năng: Điều khiển việc nhận tín hiệu để xử lý và gửi
tín hiệu đã xử lý xong ở CPU. Khối này cũng có chức năng nhớ (được chế tạo ở dạng
bộ nhớ đệm) nhưng chỉ nhớ các tín hiệu I/O.
- Khối đầu vào/ra có chức năng bảo vệ, tạo dạng tín hiệu vào/ra thích hợp cho việc
truyền tín hiệu theo chuẩn (chuyển đổi mức điện thế làm cho tín hiệu trong và ngoài
phù hợp với nhau). Khối này thường được chế tạo theo dạng mô đun hóa và có thể mở
rộng thêm theo yêu cầu.
- Khối giao diện nằm giữa PLC và các thiết bị ngoại vi có chức năng truyền dữ
liệu từ PLC tới máy tính, tới các PLC khác, tới máy tính ở trung tâm điều khiển, tới
các khối khác trong hệ TĐĐ của nó, tới hệ thống DCS… Việc truyền dữ liệu phải theo
các phương pháp truyền nối chuẩn như: Phương pháp dòng 20mA và phương pháp
RS-232 (+24V) hay RS-485…
- Khối tạo lập chương trình có chức năng cho người sử dụng nhập chương trình
vào ROM.
- Các khối đã mô tả được nối với nhau thông qua các đường, các nhóm đường có
tên gọi chung là BUS.
* Lập trình thang PLC:
- Phương pháp lập trình PLC thông dụng dựa trên các sơ đồ thang. Việc viết
chương trình tương đương với vẽ mạch chuyển mạch. Sơ đồ thang gồm hai đường dọc
biểu diễn đường dẫn công suất. Các mạch được nối kết theo đường ngang (các nấc
thang), giữa hai đường dọc này.
- Để vẽ sơ đồ thang, cần tuân thủ các qui ước sau:

+ Các đường dọc trên sơ đồ biểu diễn đường công suất, các mạch được nối kết
giữa các đường này.

12


+ Mỗi nấc thang xác định một hoạt động trong quá trình điều khiển.
+ Sơ đồ thang được đọc từ trái sang phải và từ trên xuống. Hình 2.2 minh họa
chuyển động quét do PLC thực hiện. Nấc ở đỉnh thang được đọc từ trái sang phải. Tiếp
theo, nấc thứ hai tính từ trên xuống được đọc từ trái sang phải,…..Khi ở chế độ hoạt
động, PLC sẽ đi từ đầu đến cuối chương trình thang, nấc cuối của chương trình được
ghi chú rõ ràng, sau đó lập lại từ đầu. Quá trình lần lượt đi qua tất cả các nấc của
chương trình được gọi là chu trình.

Nấc 1
Nấc 2
Nấc 3
Nấc 4
Nấc cuối

END

Hình 2.2. Quét chương trình thang.
+ Mỗi nấc bắt đầu với một hoặc nhiều ngõ vào và kết thúc với ít nhất một ngõ
ra. Thuật ngữ ngõ vào được dùng cho hoạt động điều khiển, chẳng hạn đóng các tiếp
điểm công tắc, được dùng làm ngõ vào PLC. Thuật ngữ ngõ ra được sử dụng cho thiết
bị được nối kết với ngõ ra của PLC, ví dụ như động cơ.
+ Các thiết bị điện được trình bày ở điều kiện chuẩn của chúng. Vì vậy, công
tắc thường mở được trình bày trên sơ đồ thang ở trạng thái mở. Công tắc thường đóng
được trình bày ở trạng thái đóng.

+ Thiết bị bất kỳ có thể xuất hiện trên nhiều nấc thang. Ví dụ: có thể có rờ le
đóng mạch một hoặc nhiều thiết bị.
+ Các ngõ vào, ra được nhận biết theo địa chỉ của chúng, ký hiệu tùy theo nhà
sản xuất PLC. Đó là địa chỉ ngõ vào hoặc ngõ ra trong bộ nhớ của PLC. Các PLC của

13


SIEMENS sử dụng mẩu tự I cho ngõ vào, Q cho ngõ ra như I0.0, Q0.1,…, Mitsubishi
series F sử dụng mẫu tự X đứng trước các phần tử nhập, Y đứng trước các phần tử
xuất và sử dụng các số theo sau, như: X 400 - 407, Y – 437,…...
- Nhập chương trình thang:
Mỗi thanh ngang trên thang biểu diễn một lệnh trong chương trình sẽ được PLC
sử dụng. Toàn bộ thang tạo thành chương trình hoàn chỉnh. Hiện có nhiều phương
pháp nhập chương trình vào thiết bị lập trình đầu cuối. Bất kể phương pháp được sử
dụng để nhập chương trình vào thiết bị lập trình đầu cuối thì tín hiệu ra đến bộ nhớ của
PLC phải có dạng thích hợp để bộ vi xử lý của PLC có thể xử lý.
* Contactor:
Các solenoid quyết định số lượng thiết bị kích hoạt điều khiển các tín hiệu. Khi
dòng điện đi qua solenoid, từ trường được sinh ra, từ trường này có thể hút các bộ
phận kim loại sắt trong vùng lân cận. Một ví dụ về thiết bị kích hoạt là contactor. Khi
mạch điện có tín hiệu, từ trường xuất hiện trong solenoid, hút các tiếp điểm để đóng và
mở một hoặc nhiều công tắc. Kết quả là các dòng điện lớn hơn nhiều có thể được đóng
mạch. Chính vì vậy, contactor có thể được sử dụng để đóng mạch dòng điện đến động
cơ.
Về bản chất, contactor là một dạng rờle, sự khác nhau là thuật ngữ rờle được sử
dụng cho thiết bị chuyển mạch các dòng điện nhỏ, thấp hơn 10A, còn thuật ngữ contactor sử dụng cho thiết bị chuyển mạch dòng điện lớn, có thể đến hàng trăm ampere.
* Các van điều khiển hướng:
Một số ví dụ khác về việc sử dụng solenoid làm thiết bị kích hoạt là van vận hành
bằng solenoid. Van này có thể được sử dụng để điều khiển hướng lưu thông của khí

nén hoặc dầu ép, và cũng được sử dụng để vận hành các thiết bị khác, chẳng hạn:
chuyển động của piston trong xi lanh. Hình 2.3 minh họa kiểu van vận hành bằng solenoid, được sử dụng để điều khiển chuyển động của piston trong xylanh.

14


Solenoid
A

B

P
Chất lỏng vào

T

Chất lỏng ra

Hình 2.3. Van vận hành bằng solenoid.
Khí nén hoặc dầu thủy lực được nạp trong cổng P, cổng này nối với nguồn áp suất
bơm hoặc khí nén, và cổng T được nối kết để cho phép dầu thủy lực trở về thùng chứa
hay đi vào hộp hệ thống thủy lực để đẩy không khí ra ngoài. Khi không có dòng điện
chạy qua solenoid, van cuộn điều khiển dầu thủy lực hoặc khí nén được nạp vào bên
phải piston và được xả ở bên trái, kết quả là piston di chuyển về bên trái. Khi có dòng
điện đi qua solenoid, van cuộn chuyển dầu thủy lực hoặc khí nén đến bên trái piston và
được xả về bên phải. Piston di chuyển về bên phải. Sự chuyển động của piston có thể
được sử dụng để đẩy bộ chuyển hướng, làm lệch hướng hàng hóa ra khỏi băng chuyền
hoặc thực hiện dạng dịch chuyển khác cần có công suất.
Các van dẫn hướng có thể được sử dụng để điều khiển hướng chuyển động của
piston trong xi lanh, sự dịch chuyển của piston được dùng để thực hiện các hoạt động

cần thiết. Xylanh tác động đơn (hình 2.4a) là xylanh được cung cấp công suất bằng
cách nén lưu chất vào một phía của piston để cung cấp chuyển động theo một hướng,
piston trả về theo hướng khác, có thể bằng lo xo. Xylanh tác động kép (Hình 2.4b) là
xylanh được cung cấp công suất cho chuyển động của piston, bằng cách đưa lưu chất
vào cả hai hướng chuyển động của piston.

15


Nạp

Nạp

Xả

Xả
b

a

Hình 2.4. Các xylanh: (a) Tác động đơn, (b) Tác động kép.
2.2. Lý thuyết cán kim loại - Theo tài liệu [2].
* Điều kiện đảm bảo máy cán hoạt động liên tục:
- Vật cán đồng thời ăn vào nhiều trục cán của các giá cán.
- Thể tích vật cán qua các lỗ hình luôn luôn bằng nhau. Có nghĩa là:
V1 = V2 = V3 = ….. = Vn-1 = Vn = C (hằng số).
* Máy cán hình:
Máy cán chuyên dùng để cán ra các loại thép hình ở trạng thái nóng gọi là máy
cán hình. Trên máy cán hình, các trục cán được tiện khoét bỏ đi một phần kim loại để
có những rãnh tạo hình đặc biệt theo thiết kế. Khi cán, các rãnh này hợp lại thành các

lỗ hình, thép được biến dạng và tạo hình trong các lỗ hình này để ra sản phẩm. Trục
cán thường dùng để cán thép hình có đường kính phổ biến từ 250 ÷1300 mm.
* Máy cán ống hàn:
Phôi ban đầu cho cán ống hàn là các loại thép tấm, thép bản và thép băng. Thép
tấm và băng thép được tạo hình tròn liên tục trên máy cán uốn tạo hình bởi các khuôn
cán ép có các kích thước khác nhau. Khi ống tạo xong hình tròn hay hình vuông, hình
chữ nhật thì cũng là lúc máy hàn cao tần hàn kín ống lại.

16


* Các đại lượng đặc trưng cho quá trình cán kim loại:
Khi cán, kim loại ăn vào trục, dưới tác dụng của lực cán, kim loại bị biến dạng.
Tại vùng biến dạng vật cán bị biến dạng mãnh liệt mà không phá vỡ tổ chức của kim
lọai. Sau khi cán, vật cán dài ra, chiều rộng sẽ rộng hơn, chiều dày giảm đi.
- Vùng biến dạng:
+ Khi cán, hai trục cán quay liên tục và ngược chiều nhau, nhờ ma sát tiếp xúc
giữa vật cán và bề mặt trục cán mà vật cán được ăn vào trục và bị biến dạng.
+ Sau biến dạng, chiều dày vật cán giảm dần, chiều dài tăng lên, chiều rộng
cũng tăng lên và hình dáng vật cán bị thay đổi. Vùng kim loại ăn để bị biến dạng và ra
khỏi trục gọi là vùng biến dạng. Vùng biến dạng là vùng kim loại bị biến dạng dẻo
dưới tác dụng của lực cán.
Hình 2.5. Sơ đồ vùng biến dạng khi cán kim loại.
1. Vật cán.
0

2. Tiết diện trung hòa IJ.
3. Trục cán.
4.Vùng biến dạng (ABCD).
h1, h2 là chiều cao vật cán trước và

00

sau khi cán h1 > h2 (mm).
b1, b2 là chiều rộng vật cán trước và
sau khi cán b1< b2 (mm).
l1, l2 là chiều dài vật cán trước và
sau khi cán l1< l2 (mm).
R, D là bán kính, đường kính của
trục cán.

17


- Các thông số đặc trưng cho vùng biến dạng:
+ Góc ăn kim loại α (rad, độ):




Góc chắn bởi cung ABˆ và CD gọi là góc ăn kim loại và được ký hiệu là  .


Trục cán khác nhau thì  sẽ khác nhau.
+ Chiều dài vùng biến dạng l (mm):




Cung AB và CD gọi là cung tiếp xúc hay chiều dài vùng biến dạng.



+ Góc trung hòa  (rad, độ):


Góc IOB là góc trung hòa. Tại tiết diện IJ của góc trung hòa vận tốc của trục
cán bằng vận tốc của kim loại.
+ Lượng ép tuyệt đối (∆h) mm:
Đây là hiệu số chiều cao của kim loại trước và sau khi cán.
∆h = h1 – h2, mm.
+ Lượng ép tương đối ε%:
Là tỷ số giữa lượng ép tuyệt đối với chiều cao ban đầu của kim loại nhân với
100%.
ε% =

h  h2
h
* 100%  1
* 100%.
h1
h1

+ Lượng ép tổng ∑∆h (mm) và ∑∆h%.
Trong cán hình có khi người ta dùng khái niệm lượng ép tổng ∑∆h (mm)
tuyệt đối (còn gọi là tổng lượng ép), ∑∆h = ∆h1 + ∆h2 + …………∆hn.
Trong cán tấm hay dùng khái niệm lượng ép tổng tương đối ∑∆h%.
∑∆h%. =

h 1  h 2  ............h n
* 100%.

h1

18


Trong đó: ∆h1, ∆h2, …………∆hn là lượng ép từ lần cán thứ nhất, thứ
hai,…….thứ n.
h1 là chiều dày ban đầu của vật cán (mm).
+ Lượng giản rộng tuyệt đối ∆b (mm):
∆b là hiệu số giữa chiều rộng của vật cán sau và trước khi cán.
∆b = b2 – b1, mm.
+ Hệ số giản dài khi cán µ (hệ số kéo dài).
µ là tỷ số chiều dài sau và trước khi cán:
µ=

h
l2
= 1.
l1
h2

* Điều kiện vật cán ăn vào trục cán:
Khi máy cán làm việc, trục cán quay và lôi vật cán vào trục để cán, ép làm cho nó
biến dạng. Không phải cứ đẩy thật mạnh vật cán vào trục hoặc dùng phôi cán thật dày
đem vào cán để có năng suất cao. Muốn vật cán dễ ăn vào trục, người ta đập bẹp đầu
vào của phôi cán, hàn các thanh sắt làm gờ hoặc khoét lỗ để tăng ma sát khi cán nóng
thép hình.
* Hiện tượng trễ và hiện tượng vượt trước khi cán dọc:
Từ thực tế người ta thấy rằng: khi cán, tại vùng biến dạng có hiện tượng sau:
- Tốc độ cán tại điểm kim loại tiếp xúc với trục cán VH cho tới tiết diện trung hòa

luôn luôn nhỏ hơn tốc độ trục cán v.
Tức là:
VH < V.
- Từ tiết diện trung hòa theo hướng cán ra khỏi trục tốc độ cán luôn có hiện tượng:
V < Vh, VH = Vh.

19


- Tại tiết diện trung hòa thì:
V = Vh = VH.
- Hiện tượng mà tại vùng biến dạng của kim loại có: VH < V gọi là hiện tượng trễ
hoặc sự trễ.
- Vùng biến dạng có hiện tượng trễ gọi là vùng trễ.
- Hiện tượng mà tại vùng biến dạng của kim loại có: V < Vh gọi là hiện tượng
vượt trước hoặc sự vượt trước.
- Vùng biến dạng có hiện tượng vượt trước gọi là vùng vượt trước.
- Mặt cắt chia ra hai vùng trễ và vượt trước gọi là mặt phân giới.
- Tiết diện kim loại ở mặt phân giới gọi là tiết diện trung hòa.
* Lực cán, mômen cán, công suất động cơ.
0

Ptb

p

h2

h1

a

p

l
00

Hình 2.6. Sơ đồ áp lực của kim loại.

20


- Lực cán: là áp lực toàn phần của kim loại tác dụng lên trục cán. Khi cán, kim loại
tác dụng lên trục cán một lực phân bố như hình vẽ. Tổng hợp các lực phân bố đó sẽ có
áp lực toàn phần của kim loại tác dụng lên trục cán.
- Lực cán được tính theo công thức:
1

P =  Ptb * dp , N.
0

và
P = Ptb* Ftx , N.
Ptb là áp lực đơn vị hay còn gọi áp lực trung bình, (N/mm 2 , kG/mm 2 ).
Ftx là diện tích tiếp xúc giữa kim loại với bề mặt trục cán và tính theo công thức:
Ftx = Btb*l =

B1  B2
* Rh , mm 2 .
2

Bth là chiều rộng trung bình của vật cán (mm),
B1, B2 là chiều rộng của vật cán trước và sau khi cán (mm),
l là chiều dài cung tiếp xúc, l =

Rh , mm.

- Mômen cán và các mômen liên quan:
+ Mômen cán: Mc do lực cán sinh ra và được tính theo công thức:
Mc = 2*P*a , Nm.
P là lực cán hay còn gọi là áp lực toàn phần (N),
a là cánh tay đòn,
Đối với cán nóng: a = (0,45 ÷ 0,5)*l.
Đối với cán nguội: a = (0,35 ÷ 0,45)*l.

21


+ Mômen ma sát:
Mms gồm mômen ma sát do lực cán sinh ra tại cổ trục cán Mms1 và mômen
ma sát sinh ra tại các chi tiết quay Mms2.
Mms = Mms1 +Mms2, Nm.
Trong đó:
Mms1 = P*d*f , .
P là lực cán (N),
d là đường kính cổ trục cán (mm),
f , là hệ số ma sát của ổ đỡ trục cán.
+ Mômen không tải:
Mo sinh ra để thắng toàn bộ trọng lượng các chi tiết quay của máy cán khi
máy chạy không tải. Mômen không tải thường bằng từ (3 ÷ 6)%Mc.

Mo = (3 ÷ 6)%Mc, Nm.
+ Mômen động (Mđ):
Mđ = 

GD 2 d n
, Nm.
*
375 d t

Mđ = 0 khi cán không có sự tăng tốc và giảm tốc.
Mđ > 0 khi cán có sự tăng tốc.
Mđ < 0 khi cán có sự giảm tốc.
dn
là gia tốc góc của trục cán.
dt

22


- Công suất động cơ:
Mỗi một giá cán hoặc một nhóm giá cán đều được dẫn động bởi một động cơ
điện, động cơ này có thể là loại xoay chiều hay một chiều. Tính công suất động cơ cho
giá cán là phải tính theo lần cán có lực cán lớn nhất. Từ lực cán lớn nhất tính ra các
mômen, rồi chuyển về trên trục động cơ. Công suất được tính theo công thức như sau:
Nđc = Mtđc*w, kW.
Hay

Nđc = Mtđc*

n

, kW.
0,975

Mtđc là mômen tĩnh được quy về trên trục động cơ (Nm).
 M c  M ms1  M ms 2  M 0
 .i


Mtđc = 


  M d .


η là hệ số truyền động hữu ích của máy, η = η1* η2* η3 = 0,85 ÷ 0,93.
η1 là hệ số truyền động hữu ích của hộp giảm tốc, η1 = 0,95 ÷ 0,98.
η2 là hệ số truyền động hữu ích của hộp truyền lực, η2 = 0,92÷ 0,95.
η3 là hệ số truyền động hữu ích của trục khớp nối, η3 = 0,95 ÷ 0,99.
i là tỷ số truyền động từ động cơ đến trục cán:
i=


n
=
.
nc
c

n, w là vận tốc quay (v/ph), vận gốc góc (1/s) của động cơ.
nc, wc là vận tốc quay (v/ph), vận gốc góc (1/s) của trục cán.

23


2.3 Tính đàn hồi của vật thể và uốn ngang phẳng - theo tài liệu [3].
* Tính đàn hồi của vật thể:
- Dưới tác dụng của ngoại lực hay nhiệt độ….vật thể bị biến dạng, nghĩa là vật thể
không còn hình dạng và kích thước ban đầu nữa.
- Ứng với một loại vật liệu, khi lực tác dụng chưa vượt quá một giới hạn nhất định
thì khi bỏ lực vật liệu sẽ khôi phục lại hình dáng và kích thước ban đầu. Biến dạng sẽ
mất đi, người ta gọi là vật thể đàn hồi tuyệt đối.
- Khi lực tác dụng vượt quá một giới hạn nhất định thì khi bỏ lực vật liệu không
trở lại hình dáng và kích thước ban đầu. Chúng chỉ khôi phục lại một phần biến dạng
ban đầu, người ta gọi là vật thể đàn hồi không hoàn toàn. Phần biến dạng không khôi
phục được gọi là biến dạng dư (biến dạng dẻo).
* Uốn ngang phẳng:
- Thanh chịu uốn ngang phẳng là thanh có trục bị uốn cong dưới tác dụng của
ngoại lực.
- Những thanh chịu uốn được gọi là dầm.
Ngoại lực gây ra uốn có thể là lực tập trung hay phân bố có đường tác dụng vuông
góc với trục dầm hay là những mômen tập trung phân bố nằm trong mặt phẳng chứa
trục dầm.
- Ngoài ra, còn có một số định nghĩa:
+ Nếu ngoại lực cùng đặt trong một mặt phẳng, mặt phẳng này chứa trục dầm
thì ta gọi mặt phẳng đó là mặt phẳng tải trọng.
+ Giao tuyến giửa mặt phẳng tải trọng và mặt cắt ngang của dầm gọi là đường
tải trọng.
+ Nếu trục của dầm sau khi bị uốn là một đường cong nằm trong mặt phẳng
quán tính chính, thì sự uốn đó gọi là uốn phẳng hay uốn đơn.

24


2.4 Đồ thị ứng suất – biến dạng – Theo tài liệu [4].
Sức bền của một vật liệu không phải là tiêu chuẩn duy nhất phải xem xét trong các
thiết kế kết cấu. Độ cứng của một vật liệu thường có tầm quan trọng tương đương. Ở
một mức độ thấp hơn, các tính chất cơ học như độ rắn, độ dai và độ mềm quyết định
sự lựa chọn vật liệu. Các tính chất này được xác định bằng việc làm các thí nghiệm
trên các vật liệu và so sánh các kết quả với các tiêu chuẩn đã được xác lập.
Trong thử nghiệm sức căng, một mẫu được kẹp giữa các má kẹp của một máy thử.
Các giá trị của tải và độ dãn dài trên một thước đo chiều dài được quan sát đồng thời.
Các số liệu này được vẽ trên một đồ thị với trục tung biểu diễn tải và trục hoành biểu
diễn độ dãn dài.

Ứng suất

Độ bền
giới hạn

Giới hạn
chảy
Giới hạn
tỷ lệ

Giới hạn bền
khi kéo thực tế
Giới
bền khi kéo

Giới hạn

đàn hồi

Hình 2.7. Đồ thị ứng suất – biến dạng.

25

Biến dạng