Thuyết minh đồ án thiết kế xưởng cán thép raydầm

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Đồ Án Tốt Nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Độc lập- Tự do- Hạnh phúc

NHIỆM VỤ
THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Lê Văn Bộ

Mã số sinh viên: 20113620

Khóa : K56; Ngành học: KH & KT Vật liệu; Chuyên ngành: CHVL & Cán kim loại.
1. Đầu đề thiết kế tốt nghiệp
Nghiên cứu thiết kế xưởng cán thép ray-dầm chuyên sản xuất các loại thép hình cỡ
lớn và thép đường ray tàu hỏa, tàu điện, thép chữ H, năng suất 1.000.000 tấn/năm
2. Số liệu ban đầu
Mặt bằng bố trí hai hàng: hàng 1 giá hai trục đảo chiều 900; hàng 2 giá ba trục 800
và một giá hai trục 800
3. Nội dung thiết kế
 Nghiên cứu tổng quan công nghệ và thiết bị cán thép hình
 Thiết kế thép chữ I số 22 và chữ U số 22
 Nghiệm bền một số thiết bị
 Tính hiệu quả kinh tế
4. Các bản vẽ A0
 Mặt bằng bố trí thiết bị
 Bảng thông số công nghệ
 Bản vẽ lỗ hình trục cán

 Bản vẽ phối trục
 Bản vẽ máy 2 trục cán tinh
 Bản vẽ chu kì cán
5. Cán bộ hướng dẫn:
6. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: 29/2/2016
7. Ngày hoàn thành nhiệm vụ:
Hà Nội, ngày....tháng...năm 2016
Trưởng bộ môn

Cán bộ hướng dẫn

CHVL và Cán kim loại
PGS. Lê Thái Hùng

Lê Văn Bộ-MSSV 20113620

1


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Đồ Án Tốt Nghiệp

LỜI NÓI ĐẦU

Ngành thép là ngành công nghiệp nặng, đồng thời là cơ sở nền tảng để phát triển
kinh tế của mỗi quốc gia. Việt Nam hiện nay vẫn là một nước nông nghiệp và đang
trên đà phát triển để trở thành một nước công nghiệp. Để thực hiện điều đó thì chúng
ta phải đẩy mạnh công cuộc Công nghiêp hoá và Hiện đại hoá Đất nước trước hết là
đưa ngành công nghiệp nặng này phát triển cả về số lượng và về chất lượng.

Trong các phương pháp gia công kim loại bằng áp lực, phương pháp cán là
phương pháp gia công kim loại thông dụng nhất, có truyền thống lâu đời và có nhiều
ưu điểm so với các phương pháp khác. Khoảng 80% sản lượng thép tiêu thụ hàng năm
được sản xuất theo phương pháp cán, với nhiều chủng loại khác nhau về hình dạng,
kích thước, chất lượng để có thể đáp ứng các nhu cầu của các ngành công nghiệp khác
nhau. Với dây truyền sản xuất ngày càng được cải tiến, ngành cán thép đang dần được
phát triển cả về năng xuất lẫn chất lượng cao.
Hiện nay trong nước chỉ mới phát triển được về thép xây dựng và một số loại thép
nhỏ, thép tấm. Sản xuất thép chủ yếu là nhập phôi từ nước ngoài hoặc sử dụng loại
phôi đúc, ngoài ra chưa hề sản xuất được các loại thép hình phức tạp cỡ lớn phục vụ
cho các công trình xây dựng, đường cầu,... Từ thực tế đó nội dung đề tài tốt nghiệp em
nhận được là tìm hiểu và thiết kế xưởng cán thép dầm- ray, và cán các loại thép U, I, H
từ phôi thỏi lớn ban đầu 300x300 � 350x350 mm.
Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình
của các thầy cô trong bộ môn Cơ học vật liệu và Cán kim loại, đặc biệt là sự chỉ bảo
trực tiếp tận tình của thầy giáo PGS_TS Đào Minh Ngừng. Em xin chân thành cảm ơn
sự giúp đỡ của quý thầy cô đã giúp em hoàn thành đồ án này.
Hà Nội, ngày 3 tháng 4 năm 2016
Sinh viên
Lê Văn Bộ

Lê Văn Bộ-MSSV 20113620

2


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Đồ Án Tốt Nghiệp

MỤC LỤC
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ CÁN THÉP HÌNH.......5
1.1. Tình hình sản xuất thép cán trong nước và thế giới...............................................5
1.1.1. Vài nét về thị trường thép thế giới..................................................................6
1.1.2 Thị trường thép trong nước năm 2015.............................................................7
1.1.3. Thị trường thép đầu năm nay và dự báo năm 2016........................................7
1.2. Tổng quan về công nghệ và thiết bị cán thép hình.................................................8
1.2.1. Sản phẩm thép hình cán nóng........................................................................8
1.2.2. Thiếp bị sản xuất cán thép hình......................................................................8
1.2.3. Công nghệ cán nóng thép hình.....................................................................12
1.2.4. Sơ đồ mặt bằng phân xưởng ........................................................................14
1.2.5. Quy trình sản xuất xưởng cán phôi...............................................................15
1.3. Nhiệm vụ được giao và quy trình tính toán thiết kế.............................................18
Chương 2. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ CÁN..........................................................19
0
2.1. Công nghệ cán thép chữ I số N 22 .....................................................................19

2.1.1. Thông số ban đầu.........................................................................................19
2.1.2. Xác định số lần cán......................................................................................20
2.1.3. Xác định kích thước lỗ hình tinh theo dung sai âm và giãn nở nhiệt............20
2.1.4. Xác định lượng giãn rộng và chiều rộng phôi.............................................21
2.1.5. Tính kích thước các lỗ hình định hình..........................................................26
2.1.6. Tính toán hệ thống lỗ hình cán thô...............................................................39
2.2. Tính toán chế độ cán thép....................................................................................52
2.2.1. Tính chu kì cán.............................................................................................52
2.2.2. Tính năng suất cán.......................................................................................54
2.3.Các thông số công nghệ: lực cán, mômen và công suất động
cơ..........................55
2.3.1. Lực cán.........................................................................................................55
2.3.2. Mômen cán và công suất cán........................................................................64

0
2.4. Công nghệ cán thép chữ U số N 22 ...................................................................64

2.5. Tính toán chế độ cán thép....................................................................................80
Lê Văn Bộ-MSSV 20113620

3


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Đồ Án Tốt Nghiệp

2.5.1. Tính chu kì cán.............................................................................................80
2.5.2. Tính năng suất cán.......................................................................................82
2.5.3. Các thông số công nghệ: Lực cán,mômen và công suất động cơ.................83
Chương 3. NGHIỆM BỀN THIẾT BỊ CÁN...............................................................86
3.1. Nghiệm bền thiết bị chính...................................................................................86
3.2. Các chi tiết và cơ cấu của giá cán........................................................................94
3.2.1. Mặt bằng bố trí thiết bị.................................................................................94
3.2.2. Các loại trục cán và gối đỡ...........................................................................95
3.2.3. Cơ cấu điều chỉnh giá cán............................................................................96
3.2.4. Cơ cấu dẫn hướng........................................................................................97
3.2.5. Cơ cấu thay trục cán.....................................................................................97
3.2.6. Thân giá cán.................................................................................................98
3.3. Cụm chi tiết truyền động trục cán........................................................................99
3.3.1. Trục truyền lực và khớp nối.........................................................................99
3.3.2. Hộp chia momen và hộp giảm tốc................................................................99
3.4. Các thiết bị dịch chuyển phôi và sản phẩm........................................................100
3.5. Các thiết bị khác................................................................................................101

Chương 4. TÍNH HIỆU QUẢ KINH TẾ..................................................................103
4.1. Tính các chỉ tiêu kĩ thuật...................................................................................103
4.1.1. Biểu đồ chu kì và năng suất cán.................................................................103
4.1.2. Cân đối diện tích mặt bằng nhà xưởng.......................................................104
4.1.3. Tiêu hao năng lượng cho các nhu cầu công nghệ.......................................104
4.2. Tổ chức sản xuất................................................................................................106
4.3. Tổ chức quản lý.................................................................................................107
4.4. An toàn vệ sinh lao động và vệ sinh môi trường................................................108
4.5. Đầu tư xây dựng cơ bản.....................................................................................110
4.6. Giá thành sản phẩm...........................................................................................110
Tài liệu tham khảo....................................................................................................112

Lê Văn Bộ-MSSV 20113620

4


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Đồ Án Tốt Nghiệp

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ CÁN THÉP HÌNH
1.1. Tình hình sản xuất thép cán trong nước và thế giới
1.1.1. Vài nét về thị trường thép thế giới
Thép đã và đang đóng một vai trò rất quan trọng đối với sự phát triển của xã hội.
Nếu trước đây thép chỉ chủ yếu là nguyên liệu đầu vào cho ngành công nghiệp nặng
thì bây giờ thép và các sản phẩm cán thép, đặc biệt là các sản phẩm cán thép hình
được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng như: làm nhịp cầu, trụ cầu, cốt thép, cột truyền

hình, làm song cửa trang trí… . Ngoài ra nó còn được dùng nhiều ở các lĩnh vực khác
như trong nông nghiệp làm máy nông cụ lao động, trong quốc phòng, vũ trụ làm vũ
khí, vỏ đạn, vỏ tên lửa, trong dầu khí làm cột giàn khoan… . Chính vì thế mà ngành
cán thép hình đang rất được chú ý và phát triển mạnh trên cả thế giới và Việt Nam.
Hiệp hội Thép thế giới (WSA) đã đưa ra bản đánh giá mới về triển vọng tổng
quan ngành thép năm 2015 và 2016.WSA dự đoán tiêu thụ thép biểu kiến toàn cầu sẽ
tăng 2% lên 1,562 triệu tấn trong năm 2015 sau mức tăng trưởng 3,8% trong năm
2014. Trong năm 2016, dự báo nhu cầu thép thế giới sẽ tăng tiếp 2 % và sẽ đạt 1,594
triệu tấn thép.
Theo nguồn tin cho biết, giá thép phế liệu Mỹ giảm 30-40 USD/tấn trong tháng
10. Trong khi đó, thị trường thép phế liệu Đông Á sẽ vẫn duy trì yếu, khi nhà xuất
khẩu thép phế liệu lớn nhất thế giới - Mỹ - thị trường trong nước và xuất khẩu có dấu
hiệu giảm mạnh trong thời gian tới.
Tại Sở giao dịch kim loại London (LME), giá kim loại cơ bản giao kỳ hạn 3
tháng hồi phục hôm 30/9. Trong số đó, giá đồng tăng 3,8%, giá nickel tăng 5,3% và
giá thiếc chỉ giảm 0,5%. Theo báo cáo của Deutsche Bank, nếu giá nickel dự kiến sẽ
hồi phục, các nhà máy thép không gỉ phải cắt giảm sản xuất đáng kể. Tuy nhiên, hầu
hết các nhà sản xuất sẽ chờ nhu cầu thị trường hồi phục hơn là giảm giá hơn nữa. Bởi
vậy, giá nickel sẽ khó tăng trong ngắn hạn và dự báo, sản lượng thép không gỉ toàn
cầu sẽ chỉ tăng 1,3% hoặc 43 triệu tấn trong năm nay.
Giá thanh cốt thép kỳ hạn tại Trung Quốc giảm xuống mức thấp kỷ lục trước ngày
nghỉ lễ quốc gia hôm 1/10. Rõ ràng, thị trường ngày càng tồi tệ, và giá giao ngay tiếp
tục giảm hơn nữa.
Lê Văn Bộ-MSSV 20113620

5


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Đồ Án Tốt Nghiệp

Xuất khẩu thép Trung Quốc tăng 26,5% trong 8 tháng đầu năm 2015, do nhu cầu
nội địa suy giảm. Trong khi đó, xuất khẩu thép của nước này trong nửa cuối năm sẽ
giảm, phần lớn do nhu cầu yếu, tuy nhiên cũng do giá thấp hơn chi phí.
Hiệp hội sắt và thép Hàn Quốc cho biết, sản lượng thép thô của Hàn Quốc trong
tháng 7/2015 tăng 1% so với tháng trước đó, nhưng giảm 0,7% so với cùng tháng năm
ngoái. Trong số đó, sản lượng thép chuyển đổi tăng 4% so với tháng trước đó, lên 4,13
triệu tấn, sản lượng thép lò điện giảm 4% so với tháng trước đó, xuống còn 1,79 triệu
tấn. Trong 7 tháng đầu năm 2015, sản lượng thép thô của Hàn Quốc đạt 40,45 triệu
tấn, giảm 4% so với cùng kỳ năm ngoái.
Giá xuất khẩu thép ống liền mạch của Cộng đồng các quốc gia độc lập (CIS) duy
trì yếu, không có dấu hiệu cho thấy, nhu cầu thép ống liền mạch tăng ở hầu hết các
nước trên thế giới. Tháng trước, giá xuất khẩu thép ống liền mạch của Ukraine và Nga
giảm 5-10 USD/tấn, do hoạt động thị trường xuất khẩu suy yếu. Những người tham
gia thị trường dự kiến, nhu cầu thép ống liền mạch tại Nga và Ukraine sẽ vẫn duy trì
yếu.
Theo Bộ phát triển, công nghiệp và thương mại Brazil, trong tháng 8, Brazil đã
nhập khẩu 11.900 tấn thép Al-Zn và các sản phẩm tương tự khác, giảm 34% so với
tháng trước đó. Một thương nhân cho biết, đồng real Brazil mất giá so với đồng đô la
Mỹ, điều này đã làm giảm sức cạnh tranh nhập khẩu và tăng khả năng cạnh tranh xuất
khẩu. CSN và ArcelorMittal đã được uỷ quyền tại Brazil, để sản xuất thép Al-Zn, tuy
nhiên sản xuất không đủ để đáp ứng nhu cầu nội địa Brazil, bởi vậy, Brazil đã nhập
khẩu hầu hết thép Al-Zn từ Trung Quốc. Xuất khẩu thép phế liệu Brazil trong tháng 8
giảm 40% so với cùng tháng năm ngoái. Thị trường thép nội địa Brazil duy trì yếu, bởi
hoạt động ngành công nghiệp và chu kỳ sản xuất thép phế liệu suy yếu. Trong tháng
8/2015, Brazil đã xuất khẩu 48.800 tấn thép phế liệu cac bon, chủ yếu được xuất khẩu
sang các nước châu Á, giá FOB ở mức 188 USD/tấn.
Trong 2 tuần qua, giá thép cuộn Thổ Nhĩ Kỳ giảm trung bình 28-93 lire/tấn, do
không có hoạt động giao dịch trên thị trường thép dây. Trong khi đó, các khách mua

hàng Thổ Nhĩ Kỳ miễn cưỡng giao dịch trước ngày bầu cử của nước này vào ngày
1/11.
Ấn Độ đã xuất khẩu 347.000 tấn quặng sắt trong tháng 6, giảm 2,6% so với cùng
tháng năm ngoái. Trong 6 tháng đầu năm 2015, Ấn Độ đã xuất khẩu tổng cộng 2,28
triệu tấn quặng sắt, giảm 69,8% so với cùng kỳ năm ngoái, giá nhập khẩu trung bình
62,8 USD/tấn, giảm 29,2% so với cùng kỳ năm ngoái.
Sản lượng thép thô thị trường nội địa Mỹ đạt tổng cộng 1,735 triệu tấn, với công
suất sử dụng 72,6% kết thúc ngày 26/9/2015. Trong 19/9, sản lượng thép thô Mỹ đạt
Lê Văn Bộ-MSSV 20113620

6


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Đồ Án Tốt Nghiệp

1,706 triệu tấn, với công suất sử dụng 71,4%. Sau khi điều chỉnh, sản lượng thép thô
của Mỹ đạt 66,092 triệu tấn, công suất sử dụng 72,5%, giảm 8% so với cùng kỳ năm
ngoái.
1.1.2 Thị trường thép trong nước năm 2015
Theo số liệu thống kê của Hiệp hội Thép Việt Nam,trong năm 2015, sản suất các
sản phẩm thép của Việt Nam đã đạt 14.988.000 tấn, tăng 21,54% so với năm 2014;
Nhập khẩu thép thành phẩm đạt 792.000 tấn, tăng 22,56% so với cùng kỳ 2014;
Lượng thép thành phẩm và bán thành phẫm xuất khẩu ước đạt 2,934 triệu tấn, giảm
8,62% so với cùng kỳ 2014, trong đó lượng thép thành phẩm xuất khẩu trong năm đạt
835.000 tấn, tăng 2,9%.
Theo Bộ Công Thương, trong những tháng đầu năm 2015, tình hình tiêu thụ thép
gặp nhiều khó khăn. Nguyên nhân chủ yếu do giá các nguyên liệu đầu vào như phôi
thép, thép phế, quặng sắt tiếp tục giảm, cùng với giá xăng dầu liên tục giảm gây tâm

lý chờ đợi của khách hàng.
Bên cạnh đó, nhu cầu thị trường chưa có sự tăng trưởng mạnh do không phải mùa
cao điểm về xây dựng và các đơn vị thương mại hạn chế mua vào để tập trung cho
công tác thu hồi công nợ, nhiều doanh nghiệp điều chỉnh giảm giá bán để đẩy nhanh
lượng hàng tồn kho giá cao ra thị trường và giữ thị phần.
Theo Hiệp hội Thép Việt Nam (VSA), lượng tiêu thụ thép năm 2015 của Việt
Nam chỉ xấp xỉ 6 triệu tấn, tăng khoảng 8% so với cùng kỳ, mức tăng trưởng đạt từ 4 5%, tuy nhiên mức tăng chủ yếu do đẩy mạnh xuất khẩu từ các mặt hàng như tôn mạ
màu, mạ kẽm, thép ống các loại… Điều đáng nói, công suất thép xây dựng của các
nhà máy trên cả nước hiện lên đến 11 triệu tấn, vượt gần gấp đôi nhu cầu và đang tạo
sức ép cạnh tranh vô cùng lớn với các doanh nghiệp trong ngành.
1.1.3. Thị trường thép đầu năm nay và dự báo năm 2016
Năm 2016 dự đoán sẽ tiếp tục khó khăn với ngành thép Việt Nam, bởi bên cạnh
nguy cơ thép nhập khẩu giá rẻ, đặc biệt là từ Trung Quốc, còn có những thách thức
đến từ các biện pháp phòng vệ thương mại từ thị trường xuất khẩu.
Trong năm 2015, có hơn 1,78 triệu tấn phôi thép ước nhập khẩu vào Việt Nam,
tăng 198% so với cùng kỳ 2014. Còn lượng thép cuộn và dây thép ước được nhập
khẩu là hơn 1,62 triệu tấn, trong khi sản xuất thép cuộn trong nước chỉ đạt 1,13 triệu
tấn. Tôn mạ kim loại và sơn phủ màu cũng được nhập khẩu gần1,43 triệu tấn trong
năm qua, tăng 87,55% so với cùng kỳ 2014.
Tháng 1/2016, tình hình sản xuất và tiêu thụ thép không có nhiều biến động, sản
lượng sắt thép thô ước đạt 364,5 nghìn tấn, giảm 7,1% so với cùng kỳ; thép cán ước
Lê Văn Bộ-MSSV 20113620

7


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Đồ Án Tốt Nghiệp

đạt 393,2 nghìn tấn, tăng 16,4% so với cùng kỳ; thép thanh, thép góc ước đạt 385,5
nghìn tấn, tăng 21,3% so với cùng kỳ. Lượng thép nhập khẩu các loại tháng 01 ước
tăng 33,9% so với cùng kỳ.
Năm 2016, cùng với việc thị trường xuất khẩu rộng mở, ngành thép Việt Nam sẽ
có thêm cơ hội để đưa sản phẩm sang các nước và đó là lý do để ngành thép mạnh dạn
đặt mục tiêu tăng trưởng khoảng 15-20%.
Dự báo năm 2016, giá mặt hàng sắt thép có xu hướng không tăng do nhu cầu tiêu
thụ tại một số thị trường khu vực như Trung Quốc có khả năng giảm, bên cạnh đó nhu
cầu tiêu dùng trong nước cũng không tăng.
Đối với thép xây dựng, cung đang nhiều hơn cầu và quốc gia có sản lượng thép
lớn như Trung Quốc vẫn đang thực hiện các chính sách đẩy mạnh xuất khẩu, vì vậy
giá thép xây dự báo sẽ khó có khả năng tăng.
1.2. Tổng quan về công nghệ và thiết bị cán thép hình
Công nghệ và thiết bị cán thép luôn được cản tiến nâng cao mức độ cơ khí hóa và
tự động hóa, tạo ra dây chuyền sản xuất năng suất và chất lượng. Trong các dây
chuyền như vậy, con người chỉ có chức năng giám sát kiểm tra, điều chỉnh các thông
số, duy trì chế độ làm việc. Sự phát triển kinh tế nói chung và thị trường thép nói riêng
ở Việt Nam gần đây đã thúc đẩy sự cập nhật kĩ thuật sản xuất thép xây dựng với nhiều
cơ sở nhập khẩu công nghệ và thiết bị cán hiện đại. Công nghệ mới sản xuất thép cán
có ứng dụng quá trình biến dạng kim loại ở điều kiện kết hợp cơ nhiệt liên quan đến
quá trình biến đổi cấu trúc và nâng cao cơ tính sản phẩm. Hàng loạt các nguyên công
liên quan đến vận chuyển, nung phôi, làm nguội cưa cắt, kiểm tra, thu hồi được cơ khí
hóa ở mức cao, loại bỏ tối đa lao động thủ công. Để phát huy năng suất và chất lượng
sản phẩm, hệ thống thiết bị phải đồng bộ, có tính năng kỹ thuật cao cũng như đội ngũ
phục vụ phải có trình độ chuyên môn vững vàng.
1.2.1. Sản phẩm thép hình cán nóng
Chủng loại cán thép hình được nhận biết theo hình dạng, kích thước và được chia
vào loại tiết diện đơn giản và loại tiết diện phức tạp. Các loại thép tiết diện đơn giản là
loại thép cán có tiết diện cắt là các hình tròn, vuông, chữ nhật.
Các chủng loại thép cán nóng tiết diện đơn giản được cán trên máy cán chuyên

dụng, số lượng chủng loại bao gồm kích thước khác nhau theo tiêu chuẩn và các điều
kiện kĩ thuật.
Tất cả các loại thép hình đều được sản xuất bằng phương pháp cán nóng. Các loại
thép đơn giản có tính kinh tế cao là các loại được sử dụng với ít phế liệu nhất. Chính

Lê Văn Bộ-MSSV 20113620

8


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Đồ Án Tốt Nghiệp

vì vậy kích thước các chủng loại tính toán với dung sai sao cho chúng có tính sử dụng
tốt nhất.
Các loại thép cán nóng có tiết diện phức tạp được chia thành hai nhóm căn cứ vào
đặc tính sử dụng: công dụng chung và chuyên dụng riêng.
Thép công dụng chung là các loại thép hình chữ I, chữ U, thép góc đều cạnh và
thép góc lệch cạnh, thép lục giác… các loại thép này được sử dụng rộng rãi trong tất cả
các ngành chế tạo máy và xây dựng. Thép cán chuyên dụng của nền kinh tế Quốc dân.
Công ngệ cán phôi cho sản phẩm là các loại thép có tiết diện đơn giản như dạng
hộp vuông, hộp chữ nhật, dẹt với các kích thước khác nhau, được sử dụng làm phôi
cho quá trình cán thép hình trung bình và nhỏ.
Cán phôi có thể thực hiện trên máy cán ba trục có đường kính trục từ 500-800
mm, sử dụng động cơ xoay chiều hoặc trên máy cán phôi liên tục. Các loại phôi thỏi có
tiết diện vuông được dùng làm phôi ban đầu cho các máy cán hình cỡ lớn, vừa và nhỏ.
Phôi ban đầu để sản xuất thép thỏi là thỏi đúc hoặc phôi qua rèn ép. Phôi thỏi được cán
ra từ các máy cán phôi hai trục đảo chiều, máy cán phôi liên tục và máy đúc- cán phôi
liên tục.

1.2.2. Thiếp bị sản xuất cán thép hình
Thiết bị chính là các thiết bị trên đường giá cán bao gồm 3 phần chính: a) phần
trực tiếp làm kim loại biến là: khung giá cán, trục cán và các cơ cấu gối đỡ ổ bi, cơ cấu
điều chỉnh khe hở trục và điều chỉnh dọc trục; b) bộ phận truyền động: trục truyền lực,
khớp nối, hộp giảm tốc, hộp chia mômen…; c) nguồn động lực là động cơ điện. Sơ đồ
kết nối các bộ phận đường giá cán thể hiện trên hình 1.1.
1

2

3

4

Hình 1.1. Thiết bị đường giá cán
1- Động cơ ; 2- Hộp giảm tốc ; 3- Hộp chia momen ; 4- Giá cán
Động cơ dùng để dẫn động cho giá cán, truyền năng lượng cho quá trình biến
dạng. Động cơ điện thường là động cơ dòng xoay chiều vì dễ chế tạo và giá thành rẻ.
Lê Văn Bộ-MSSV 20113620

9


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Đồ Án Tốt Nghiệp

Tuy nhiên ở những nhà máy lớn và cán liên tục cần điều khiển tốc độ thường dùng
động cơ điện một chiều tuy giá thành đắt nhưng nó có thể điều khiển được tốc độ mà
động cơ xoay chiều thì không.

Hộp giảm tốc là bộ phận quan trọng của máy cán dùng cho việc giảm tốc độ quay
và tăng mômen lực với tỉ số truyền chuyển động lớn hơn 1. Trong các khối block cán
thép dây , nếu tốc độ trục quá cao ta phải dùng hộp số có tỉ số truyền < 1. Việc chọn
hộp giảm tốc không những phải phù hợp với tỉ số truyền thiết kế mà còn phải phù hợp
với công suất máy cán. Thông thường ở các nhà máy cán thường sử dụng hộp giảm
tốc bánh răng trụ răng nghiêng hoặc răng chữ V..
Hộp chia mômen áp dụng hầu hết trong các nhà máy cán để đảm bảo sự chuyển
động cân đối giữa hai trục. Trong hộp truyền lực người ta thường sử dụng bánh răng
chữ V để truyền chuyển động qua cho các trục cán vì so với hai bánh răng thẳng, răng
nghiêng thì bánh răng chữ V có khả năng truyền lực khỏe, chịu tải lớn, độ bền cao và
khử được lực dọc trục.
Giá cán là cơ cấu trực tiếp làm biến dạng kim loại. Vì lực cán rất lớn nên khi thiết
kế, cấu tạo giá cán càng đơn giản càng chịu được lực cao. Ngoài ra các tiêu chí dễ thay
thế, dễ tháo lắp cũng được áp dụng. Các chi tiết, lắp ráp trên giá cán được thể hiện trên
hình vẽ 1.2.

Hình 1.2. Sơ đồ cấu tạo và lắp ráp giá cán hai trục
Trục cán là chi tiết tham gia trực tiếp tạo hình cho phôi cán 2, hai trục cán thông
dụng là trục cán hình và trục cán tấm. Trục cán có nhiều loại kích cỡ khác nhau tùy
thuộc từng loại máy cán. Với máy cán thô thì trục có đường kính lớn còn với cán tinh
và cán trung thì nhỏ hơn. Trục có thể làm bằng gang cầu hoặc thép.
Lê Văn Bộ-MSSV 20113620

10


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Đồ Án Tốt Nghiệp

Kích thước chính của trục là đường kính và chiều dài thân trục được lựa chọn phụ
thuộc vào độ bền uốn và độ uốn cho phép. Khi xác định đường kính trục cũng cần
xem xét các điều kiện ăn phôi và tỉ số giữa lượng ép và đường kính theo công thức
sau: D = ∆h/(1- cosα).

Hình 1.3. Sơ đồ cấu tạo và lắp ráp trục cán
Trục cán có các thành phần: 1- thân trục (đường kính D và chiều dài L), trong quá
trình cán thực tiếp với phôi cán; 2- cổ trục ở cả hai phía, tựa vào ổ bi, có đường kính d
và chiều dài l; 3- đầu nối khớp để lắp khớp nối truyền lực với các trục các đăng.Phần
đầu nối có cấu tạo khác nhau tùy thuộc thiết kế cho từng loại máy( Hình 1.4)

Hình 1.4. Các dạng trục cán hình

Lê Văn Bộ-MSSV 20113620

11


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Đồ Án Tốt Nghiệp

Tỷ lệ giữa chiều dài thân trục L và đường kính D máy cán được xác định như sau:
Máy cán phôi lớn và cán phôi hình

2,2-2,7

Máy cán hình

1,5-2,5

Cổ trục cán có thể tính d = (0,55-0,63).D cho máy cán hình và d = (0,7-0,75).D
cho các loại máy cán tấm Duo và Trio. Chiều dài cổ trục thông thường lấy bằng đường
kính cổ trục và phần nối khớp có đường kính nhỏ hơn khoảng 10 – 15 mm.
Các loại mác thép thường không đáp ứng các điều kiện làm việc của trục nên
người ta phải dùng các mác thép có độ bền cao và các loại thép đúc hợp kim. Trục
gang đúc có các thành phần hợp kim Cr, Ni, Mo đảm bảo độ bền và độ chống mài
mòn: 2,5- 3,2%C; 0,3- 0,7% Mn; 0,5-1,2%Si; 0,5%S; 0,2-0,5% P; 0,2-0,5% Ni; 0,3%
Mo. Các loại trục cán bằng thép tùy tường trường hợp phôi đầu vào, có thể dùng các
loại mác khác nhau 45, 50,50X, 50XH,..
Thiết bị phụ
Quá trình di chuyển phôi thép trong xưởng cán tính từ khâu chất phôi vào lò nung
đến khâu bao gói kết thúc chu trình công nghệ, được thực hiện bởi các cơ cấu, phương
tiện vận chuyển, trong đó chủ yếu là các băng tải con lăn, băng tải xích gạt hoặc các
băng chuyền cấu tạo khác nhau và cùng với tất cả các cơ cấu, thiết bị liên quan khác.
Các loại thiết bị này gọi là thiết bị cơ khí xưởng cán hay thiết bị phụ. Cầu trục cũng là
thiết bị tham gia vào việc vận chuyển và coi là thiết bị phụ. Các thiết bị phụ quan
trọng là: lò nung, máy cắt, sàn nguội, máy nắn.. Các thiết bị này cần được chọn căn cứ
vào thiết bị chính cũng như các thông số về sản phẩm và năng suất cán.
1.2.3. Công nghệ cán nóng thép hình
Nhiệt độ cán
Nhiệt độ cán nóng kim loại là nhiệt độ bắt đầu cán, khoảng nhiệt độ mà tại đó
biến dạng dẻo kim loại là tốt nhất, nhanh nhất, trở kháng biến dạng nhỏ nhất, sản
phẩm cán có hình dạng và kích thước đúng yêu cầu quy định, có chất lượng cao nhất.
Đối với thép đường ray nhiệt độ cán có thể dự vào giản đồ pha Fe3C theo hàm lượng
Cacbon chứa trong thép đó.
Thép 09 2 có %C �0,12%, như vậy theo giản đồ pha Fe-C ta có:
-

Tnung   1200 �1250  C

-

Tcan  Tnung   20 �30  C

0

0

Lê Văn Bộ-MSSV 20113620

12


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Đồ Án Tốt Nghiệp

Nhiệt độ kết thúc cán quyết định tới tổ chức tế vi của kim loại, tới cơ lí tính, do đó
ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm cán. Đối với thép trước cùng tích nhiệt độ

 50 �100 

0

C
cán nóng phải nằm cao hơn đường A3 một khoảng
để đảm bảo độ hạt,
màu sắc thép, tránh biến cứng. Như vậy ta có thể chọn nhiệt độ cán cho giá cán đầu
0

0
tiên( nhiệt độ bắt đầu cán ) và nhiệt độ kết thúc cán như sau: T1 1150 C, Tn  900 C .
Từ hai mốc nhiệt độ trên xác định nhiệt độ cán tại các giá cán còn lại, lấy chênh lệch

nhiệt độ giữa các giá trong

10 �30 
khoảng 

0

C

.

Thiết kế lỗ hình trục cán và các nguyên tắc cơ bản
Quá trình cán dùng các trục cán có tiện lỗ hình để tạo ra các sản phẩm có tiết diện
ngang là hình tròn, vuông, tam giác,chữ I, chữ U,.. gọi là thép cán hình. Lỗ hình trục
cán ( khuôn cán) là khoảng trống hình học được tạo bởi 2 rãnh của 2 trục cán đặt đối
diện nhau. Rãnh cán là phần bề mặt đã tiện hoặc bỏ đi một phần bề mặt trục theo hình
sản phẩm thiết kế.
Quá trình tính toán lỗ hình phụ thuộc vào hình dạng sản phẩm; loại máy và đặc
tính của chúng, công suất động cơ và chất lượng sản phẩm cũng như các yếu tố khác.
Nguyên tắc chung cho thiết kế lỗ hình như sau:
-

Khi xác định số lần cán từ điều kiện ăn phôi

-

Chế độ ép tại các lỗ hình đầu xác định bằng điều kiện ăn phôi, các lỗ hình
sau xác định từ điều kiện nghiệm bền;

-

Hệ số vuốt các lỗ hình tinh và trước tinh được lựa chọn xuất phát từ điều kiện
biến dạng;

-

Kích thước ban đầu ở trạng thái nguội, sử dụng dung sai âm, hệ số giãn nở
nhiệt;

-

Tính toán được tiến hành thứ tự ngược hướng cán;

-

Xác định lượng giãn rộng và chiều rộng lỗ hình;

-

Chia tiết diện lỗ hình thành các phần sao cho phù hợp;

-

Phân bố các lần cán trên các giá đảm bảo năng suất và tải trọng đều cho các
động cơ;

-

Kiểm tra tải của động cơ lựa chọn hệ số biến dạng đảm bảo trục mòn đều,
tuổi thọ cao.

Lê Văn Bộ-MSSV 20113620

13


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Đồ Án Tốt Nghiệp

1.2.4. Sơ đồ đồ mặt bằng phân xưởng

Hình 1.1. Sơ đồ mặt bằng bố trí thiết bị máy cán thép dầm-ray
I-Khu vực kho chứa thép phôi lớn; II- Khu vực lò nung; III- Gian máy cán; IV- Khu
vực của máy cán; V- Khu vực nhiệt luyện; VI- Kho sản phẩm;
VII- Khu xử lý thép đường ray; VIII- Khu xử lý thép dầm
1-Giá cán duo 900; 2- Giá cán thô trio 800; 3- Giá cán tinh duo 800; 4- Băng tải cấp
phôi vào; 5- Lò nung; 6- Băng tải của máy cán và băng tải xích; 7-Băng tải cấp phôi
cho máy cán; 8- Máy cưa: 9- Máy đóng dấu; 10- Maý uốn, 11,19,27- Sàn làm nguội;
12,17- Máy nắn; 13,18- Máy nắn thủy lực; 14- Máy cắt nguội; 15- Cưa nguội; 16- Giá
đỡ; 20- Lò giữ đẳng nhiệt; 21,29- Giá đỡ; 22- Lò tôi; 23,27- Máy nắn kiểu con lăn; 24Lò tôi kiểu tang trống; 25-Giá có nắp đậy; 26- Lò ủ.
Căn cứ vào cấu tạo và số lượng các giá cán, các máy cán phôi có thể là máy cán
liên tục gồm một, hai hoặc ba giá bố trí trên một hang. Đối với các máy cán phôi
thép thô, bố trí kiểu hàng thường gồm từ một đến ba giá trio để cán ra các phôi
vuông cho xưởng cán thép hình. Các loại máy này thường để cán các loại phôi thỏi
đúc thép chất lượng cao có khối lượng từ 2,5 đến 3 tấn.

Lê Văn Bộ-MSSV 20113620

14


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Đồ Án Tốt Nghiệp

Các loại máy cán liên tục sản xuất phôi thép được thiết kế từ trước chỉ có giá
cán duo trục nằm, dẫn động chung thành từng nhóm. Phôi thép được ép bởi hai
hướng vuông góc với nhau nhờ có cơ cấu dẫn hướng xoắn hoặc các trục lăn được
thiết kế nhằm mục đích lật phôi.

Sàn nguội

Hình 1.11. Sơ đồ lưu trình sản xuất xưởng cán phôi
Trong các máy cán liên tục hiện đại, các giá cán trục đứng nằm được bố trí xem
kẽ có dẫn động riêng bằng các động cơ dòng một chiều. Những dây truyền cán như
vậy cho phép giảm chiều dài đường cán, trong đó các trục đứng nằm có thể đi
chuyển theo phương ngang và các trục đứng theo phương thẳng đứng để tâm các lỗ
hình làm việc trùng với đường cán. Ưu điểm của máy cán liên tục là năng suất cao,
trình độ cơ khí hóa và tự động hóa cao, chuyên sản xuất phôi thỏi cho máy cán hình.
Dẫn động các máy cán là động cơ điện một chiều, điều chỉnh vô cấp. Sau giá cán thô
người ta thường đặt máy cắt đầu đuôi bằng máy cắt bay hoặc máy cắt dao phẳng
song song lưu trình sản xuất phôi thép được trình bày ở hình 1.11 , đây cũng là lưu
trình cơ bản trong cán thép hình ở các xưởng cán nói chung.
1.2.5. Quy trình sản xuất xưởng cán phôi
Chuẩn bị và nạp phôi
Phôi được nhập vào công ty được kiểm tra về thành phần hóa học, kích thước,

được ghi vào sổ kiểm tra chất lượng phôi. Phôi liệu trước khi nạp vào lò phải được
kiểm tra, những phôi không đạt phải loại ra chờ xử lý. Phôi đáp ứng được yêu cầu
được chuyển từ bãi chứa phôi vào gian nạp phôi. Phôi nạp lò được ghi vào sổ theo
dõi nguyên liệu nạp lò.
Lê Văn Bộ-MSSV 20113620

15


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Đồ Án Tốt Nghiệp

Phôi liệu sau khi được được nạp vào lò nung phôi liên tục, nung từ nhiệt độ môi
trường (200C) lên đến nhiệt độ cán, tùy thuộc vào từng mác phôi nhiệt độ

 1100 �1150 

0

C

. Phôi cán khi dịch chuyển trong lò và đạt đến nhiệt độ yêu cầu sẽ
có cơ cấu đưa phôi ra lò và di chuyển đến giá cán bằng bàn con lăn.
Phôi hồi lò khi dây truyền cán gặp sự cố hoặc hồi hết phôi để sửa chữa lò.
Công nghệ cán
Sơ đồ của máy cán thép dầm và thép đường ray hiện đại trên thế giới là máy cán
gồm một giá cán thô duo- đảo chiều được bố trí ở hàng cán thứ nhất, hai giá cán ba
trục trio-đảo chiều và một giá cán duo cán không đảo chiều được bố trí ở hàng cán
thứ hai. Các máy cán dầm-ray hiện đại tiếp nhận các phôi thép thỏi lớn (bloom) có

chiều dài 3,4-4,5 m, trọng lượng tới 5,9 tấn, trực tiếp từ các máy cán lớn hoặc từ kho
chứa.
Khu vực lò nung có hai lò nung liên tục để nung các phôi thép nguội từ kho
chứa và hai lò nung kiểu buồng cho các phôi còn đang nóng từ máy cán lớn. Các lò
0
nung liên tục nâng nhiệt đến 900  1000 C , sau đó chuyển sang lò kiểu buồng để
hoàn thiện.
0
Phôi thép thỏi lớn với nhiệt độ khoảng 1200 C được đưa đến giá cán duo đảo
chiều có đường kính trục 900 mm, chiều dài thân trục 2300 mm được dẫn động bởi
động cơ ddienj một chiều có công suất 6230 kW với số vòng quay 0-60-120
vòng/phút.
Giá cán 900 có cấu tạo giống như giá cán lớn 1150, chỉ khác ở tỷ lệ kích thước
và cấu tạo một số cơ cấu.
Trục cán quay trong bạc kín ghép từ vật liệu nhíp, hành trình nâng trục trên 700
mm, cân bằng trục trên bằng đối trọng. Cơ cấu đai ốc vít nén được dẫn động bởi
động cơ 200kW.
Phía trước và phía sau của giá cán 900 duo-đảo chiều có lắp đặt hệ thống bàn đỡ
với thước đảo phôi và cơ cấu lật phôi. Các thước đảo phôi được dẫn động bằng động
cơ điện một chiều 150kW với tốc độ quay 25 vòng/phút.
Sau giá cán 900, phôi cán được đưa tới hàng cán thứ hai gồm hai giá cán thô trio
và một giá cán tinh duo.
Trục cán của giá cán thô trio có đường kính 800 mm và chiều dài thân trục 1900
mm, được nắp trong ổ đỡ có bạc ép liền khối từ vật liệu gỗ nhíp, làm nguội và bôi
trơn bằng nước, có mỡ bôi trơn gián đoạn định kỳ, được dẫn động bởi động cơ dòng
điện một chiều có công suất 4500kW và tốc độ 0-70-140 vòng.phút.
Máy có khung giá kiểu hở với nắp đậy được kết khối với phần khung bởi chốt
giữ dạng nêm. Giá cán có các cơ cấu đai ốc vít nén trên và dưới được thiết kế sao
cho có thể điều chỉnh bằng tay gạt. Trục trên được cân bằng bởi hệ thống lò xo. Giá

Lê Văn Bộ-MSSV 20113620

16


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Đồ Án Tốt Nghiệp

cán có hệ thống vòi phun làm nguội trục. Các trục cán của hai giá cán thô được nối
với nhau bằng khớp then hoa.
Giá cán tinh được bố trí cùng hàng với hai giá cán thô và có đường kính trục
800 mm, chiều dài thân trục 1100 mm, được dẫn động bởi động cơ điện 1840 kW
với số vòng quay 0-80-160 vòng/phút.
Trục của giá cán tinh được lắp đặt trong ổ bi đũa bốn hàng, bôi trơn bằng bơm
áp lực. Việc thay thế các tục cán được tiến hành ngay trên giá cán. Hàng cán thứ hai
có các băng tải dẫn vào, dẫn ra, sàn băng tải xích gạt. Hai giá cán ba trục có các bàn
nâng hạ kiểu bập bênh được bố trí ở hai phía.
Sau giá cán tinh, thép được băng tải vận chuyển đưa đến khu vực năm máy cưa
đĩa, tại đó thép được cưa thành nhiều đoạn đều bằng nhau với tốc độ 100-120 m/s.
Sau khi cưa, các loại thép đường ray được khắc dấu trên máy đóng dấu.
Tiếp theo thép đường ray được đưa đến máy nắn con lăn gồm hai con lăn đứng
và hai con lăn nằm để nắn uốn thanh đường ray đang ở trạng thái nóng.
Các thanh ray có chiều dài 25 mét tiếp tục được đưa đến sàn làm nguội kiểu
băng tải xích. Tại sàn nguội có bố trí cơ cấu lật phôi dùng để lật các thanh ray trước
khi dẫn đến khu xử lý nhiệt và lật các thanh thép đàm chữ L, U, I trước và sau khi
làm nguội.
Sau khi làm nguội trên sàn, các thanh ray được được đưa vào một trong năm lò
0
giữ đẳng nhiệt ở nhiệt độ 600 C từng đợt, mỗi đợt một cụm 5-6 thanh cách nhau 9

phút. Các thanh ray được dịch chuyển trong lò bằng gạt xích, tại đây chúng được giữ
hai tiếng.
Trước khi giữ đẳng nhiệt, thép đường ray nên được hạ nhiệt xuống

2500 C �3000 C , giữ lại một chút thời gian sau đó lại nâng nhiệt độ giữ đẳng nhiêt
6000 C �6500 C .
Sau giữ đẳng nhiệt, các thanh ray được đưa đến sàn nguội trung tâm, tại đây
0
thép ray được hạ nhiệt 50 �60 C , sau đó qua máy nắn con lăn, tiếp theo là nắn tinh
và chỉnh lần cuối bằng máy ép thủy lực.
Để tôi thể tích các thép đường ray được chuyển từ khu bảo quản vào kho, từ đó
các thanh đường ray được đóng bó kiểu “ xếp nghêng” từ 8-11 thanh và đưa vào lò
0
tôi từng bó 5-7 phút một lần. Thép ray ở nhiệt độ 850 C được tôi trong bể dầu

50 �800 C . Sau khi tôi thép ray được ram ở nhiệt độ 4500 C trong thời gian hai
tiếng. Sau khi ram thép thanh ray được nắn trên máy nắn sáu trục nằm và máy nắn
sáu trục đứng để nắn thẳng theo mặt phẳng thẳng đứng và mặt phẳng nằm ngang.
Sau đó được đưa đến bộ phận kiểm tra để tiếp nhận, đóng bó đưa vào kho hay vận
chuyển đến khách hàng.
Lê Văn Bộ-MSSV 20113620

17


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Đồ Án Tốt Nghiệp

Gia công cơ đối với thanh thép ray được thực hiện theo dây truyền công nghệ

gồm công đoạn nắn trên máy nắn nhiều trục, nắn trên máy nắn thủy lực, phay mặt
mút, khoan lỗ ovan trên các máy phay và máy khoan.
Để tăng cường độ bền và tính chống mài mòn, sau công đoạn phay và khoan các
thanh ray được tôi cao tần bề mặt để có cấu trúc hạt xoocbit. Độ cứng ở đầu các
thanh ray đạt đến 300-400 HB.
Để đảm bảo điều kiện làm việc lâu dài, thép thanh ray không những chỉ có cơ
tính của lớp tôi cao mà còn cần có độ bền chống va đập dẫn đến phá hủy giòn. Kiểm
tra thử độ bền phá hủy giòn cho thấy các thanh ray được tôi trong môi trường nướckhông khí kết hợp với tôi cao tần có độ bền ở trạng thái ứng suất đàn hồi cao nhất.
Việc tôi các đầu thanh ray bằng hỗn hợp hơi nước không khí trong điều kiện đã uốn
đàn hồi trước sẽ làm tăng các đặc tính sử dụng.
Các thanh thép chữ U, chữ I và các thép tiết diện khác được sản xuất trên máy
cán dầm-ray sẽ được máy cưa cắt thành các đoạn bằng nhau, qua sàn nguội, vận
chuyển đến khu vực máy nắn, tại đây thép được nắn bằng máy con lăn nhiều trục và
máy nắn thủy lực.
Sau kiểm tra các thanh thép tiếp tục được cắt nguội thành các thanh sản phẩm,
cắt các phần bị hỏng.
Các loại thép hình sau cán được đưa vào kho và chứa trong các hộp khung hàn,
có bàn nâng, các hộp khung này có bánh xe vận chuyển trên đường ray.
Công suất của máy cán dầm-ray hiện đại là 160-200 tấn/giờ tương đương với
1,3-1,5 triệu tấn/năm. Công suất của máy cán dầm-ray kiểu cũ là 750-800 ngàn
tấn/năm.
1.3. Nhiệm vụ được giao và quy trình tính toán thiết kế
Nhiệm vụ đồ án của em được giao là thiết kế xưởng cán thép I, U công suất 1
triệu tấn/ năm.
Dựa trên cơ sở lý thuyết và các thông số ban đầu, đồ án gồm các phần:
Chương 1: Tổng quan về công nghệ cán thép hình
Chương 2: Tính toán công nghệ, gồm các bước: 1- thiết kế lỗ hình trục cán; 2tính các thông số tốc độ cán và tốc độ biến dạng; 3- tính các thông số năng lượng.
Chương 3: Nghiệm bền thiết bị, bao gồm thiết kế, lựa chọn kích thước thiết bị
và nghiệm bền căn cứ vào kết quả đã tính. Chọn các thiết bị chính và phụ.
Chương 4: Hiệu quả kinh tế.

Phần cuối là phần phụ lục đính kèm.

Lê Văn Bộ-MSSV 20113620

18


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Đồ Án Tốt Nghiệp

Chương 2

TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ CÁN
0
2.1. Công nghệ cán thép chữ I số N 22

2.1.1. Thông số ban đầu
Phôi ban đầu 350x350 mm.
Mặt bằng phân xưởng bố trí 2 hàng:
 Hàng 1 - một giá cán 2 trục đảo chiều 900.
 Hàng 2 - giá cán 3 trục 800( hai giá nối nhau).
-một giá 2 trục 800.

Hình 2.1. Sơ đồ bố trí giá cán trong xưởng cán

Lê Văn Bộ-MSSV 20113620

19

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Đồ Án Tốt Nghiệp

Bảng 2.1. kích thước thép chữ I số 22
Số

Diện
tích tiết
diện,
F,

Khối
lượng
1m,
kg

Chiều
cao,
h

Chiều
rộng
bản, b

22

30,6

24,0

220

110

Kích thước mm
Chiều
Chiều
Bán kính
dày
dày TB
lượn
thân, d
bản,
trong,
t
R
5,4
8,7
10

Bán
kính
lượn,
r
4

2.1.2. Xác định số lần cán
Số lần cán của thép chữ I được xác định dựa vào đồ thị 4.43-Đồ thị xác định số

lần cán. Tr.228, [1]. Dựa vào đồ thị ta xác định được số lần cán của thép chữ I số 22 là
7 lần cán.
Bố trí số lượng lỗ hình trên các giá như sau, theo thứ tự ngược hướng cán: Giá
cán tinh hai trục 1 lần; Giá cán ba trục thứ hai 3 lần; Giá cán ba trục thứ nhất ba lần.
Giá cán thô hai trục đảo chiều sẽ cán số lần còn lại.
2.1.3. Xác định kích thước lỗ hình tinh theo dung sai âm và giãn nở nhiệt
Chiều rộng lỗ hình (chiều cao dầm)

B7 = (220-2,5).1,012 = 220,11 mm.
Chiều cao lỗ hình ( chiều rộng thân dầm )

H 7 = (110-2,5).1,012=109,11 mm.
Chiều dày trung bình của thân dầm

t 7 =(8,7-0,3).1.012=8,5 mm.
Chiều dày thân

d 7  5, 4.1,012  5,5 mm.
Chiều cao chân
h7 

H 7  d 7 109,11  5,5

 51,8
2
2
mm.

Chiều dày đáy chân

b7  t7  0,5.h7 .tg φ

7

Lê Văn Bộ-MSSV 20113620

= 8,5+0,5.51,8.0,12 =
20

11,62 mm.


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Đồ Án Tốt Nghiệp

Chiều dày đầu chân

a7  2.t7 – b7
 2.8,5  11,62
 5, 4 mm.

Diện tích tiết diện của chân

q ch 7  t 7 .h 7  8,5.51,8  440,3mm 2

.

Diện tích tiết diện của lỗ hình tinh thứ 8 là

q 7  4.q ch  B7 .d 7

= 4.440,3  220,11.5,5
 2971,8mm2 .
Tỷ số giữa đầu và đáy chân
a7 5, 4

 0, 47
b7 11,6

Hình 2.2. Kích thước thép chữ I số 22

Lê Văn Bộ-MSSV 20113620

21


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Đồ Án Tốt Nghiệp

2.1.4. Xác định lượng giãn rộng và kích thước phôi
Dựa vào “hình 4.44. Đồ thị xác định giãn rộng” Tr.229, [1] . ta xác định
được lượng giãn rộng trong lỗ hình xẻ rãnh và tổng lượng giãn rộng.
Đối với lỗ hình xẻ rãnh: B1  5 mm
Đối với tất cả các lỗ hình còn lại: B2 �7  35 mm.
7

Tổng giãn rộng :

�B
1

= 40 mm.

Chiều rộng phôi

B0 '  B7  �B  220  40  180

mm

Chiều rộng lỗ hình cắt

B1  B0 ' B1  180  5  185 mm.
Dựa vào “bảng 6.6. Hệ số biến dạng ở chân hở, chân kín” ta xác định được
lượng giảm chiều cao trong chân kín và lượng giảm chiều cao trong chân hở =1 mm.
Trên cơ sở tăng giảm chiều cao chân xác định được chiều cao của từng lỗ
hình trên nguyên tắc đảo chân hở chân kín.Kết quả cho trong bảng 2.2
Bảng 2.2. Chiều cao của chân theo lỗ hình, mm
Chân
lỗ hình
Trên
Dưới

1
64
64

2
59

65

Lỗ hình
4
5
55
56
61
56

3
60
60

Chiều dày đáy chân hở lỗ hình cắt
b1   0,35 �0, 4  .B1  0,35.185  64,75mm.

a1   0, 4 �0,5 .b1  0, 4.64,75  25,9mm.
Tọa độ điểm K

a0
  1,15 �0,95 
a ph
Lỗ hình cắt chân hở phía trước
Lê Văn Bộ-MSSV 20113620

22

6
51

57

7
52
52


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

tg 7

=0,12

tg 1 
e



Đồ Án Tốt Nghiệp

64,75  25,9
 0,61
64

b1.tg 7  b8 .tg 1
tg 1  tg 7

64,75.0,12  11,6.0,61
0,61  0,12

=1,42 mm.
Hk 

e  b1 1, 42  64,75

 108, 48
tg 1
0,61

mm.

Kích thước chân kín lỗ hình cắt,diện tích chân kín bằng diện tích chân hở

q k1  q h1
Kích thước chân kín ở trên xác định từ chiều cao lỗ hình.

h k1  61 mm.
a k1 

64
64
.a h1  .25,9  25,9
64
64
mm.

b k1 

64
64

.b k1  .64,75  64,75
64
64
mm.

Diện tích chân kín
1
q k1  q h1  .  a1  b1  .h1
2
1
 .  64,75  25,9  .64
2
2
=2900,8 mm .

Chiều dày thân lỗ hình cắt

Lê Văn Bộ-MSSV 20113620

23


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

d1

d7

Đồ Án Tốt Nghiệp

2.q ch1

B
2.q ch 7  d 7 . � 2�7
2
(Tr.228 ,[1]).

� d1 

� d1 

2.q ch1.d 7

B
2.q ch 7  d 7 . � 2�7
2
2.2900,8.5,5
 32,66
35
2.440,3  5,5.
2
mm.

Tổng chiều cao lỗ hình cắt

H1  h h  h k  d1  64  64  32, 66  160, 66 mm.
Hiệu chỉnh chiều dày cho =65mm với mục đích tăng bán kính lượn và góc
ăn có thể trong phạm vi lớn 33-. Như vậy:
Diện tích lỗ hình cắt khi có thêm

q phu

Q1  4.2900,8  32,66  1732  19377,3 mm 2
.
Chiều cao của phôi
H 0 '  0,5.H1  0,5.

B0'.H12
Q1

H 0 '  0,5.160,66  0,5.

180.160,66 2
19377,3

 200 mm.

Hệ số vuốt trong lỗ hình xẻ rãnh đầu tiên
1 

Góc ăn

B0 '.H 0 '.0,97 180.200.0,97

 1,8
Q1
19377,3
(Tr. 234, [1]).

1  arccos(1 

200  65
)  350
800  65

Bán kính lượn giữa thân và bích
Lê Văn Bộ-MSSV 20113620

24


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

R  c.

Đồ Án Tốt Nghiệp

hh  hk
64  64
 c.
 55,69
2
2
mm.

Bán kính lượn đỉnh bích kín
r= c.a =c.25,9= 19,17 mm.

Hình 2.3. Kích thước lỗ hình xẻ rãnh


Với phôi thỏi ban đầu có kích thước 350x350 mm, ta có:
Tiết diện phôi ban đầu

F0  (350.1,013) 2  125705,7 mm 2 .
Tiết diện phôi trước lỗ hình xẻ rãnh

Fn = 200.180 = 36000 .
Số lần cán thô
lg F0  lg Fn lg125705, 7  lg 36000

lg tb
lg1,31
n=
= 4,6

Vậy số lần cán thô là 5 lần. Kết hợp số lần cán định hình là 7, ta có tổng số
các lỗ hình là 12.
Lê Văn Bộ-MSSV 20113620

25