Chương 2: Các khái niệm cơ bản của quá trình công nghệ cán thép

Giáo trình: Công nghệ cán và thiết kế lỗ hình trục cán
Trờng Đại học Bách khoa Đà nẵng - 2005
21
Chơng 2

Các khái niệm cơ bản
của quá trình công nghệ cán thép

2.1. Lỗ hình trục cán

2.1.1. Khái niệm về lỗ hình trục cán
Tất cả các loại thép hình có tiết diện đơn giản nh thép tròn, vuông, chữ nhật
v.v...và có biên dạng phức tạp nh thép chữ I, U, thép đờng ray v.v... đều đợc cán
trên các trục đã đợc tạo các rãnh có biên dạng tơng ứng. Biên dạng rãnh của 2
hay 3, 4 trục tạo thành một biên dạng calip gọi là lỗ hình trục cán.








Trong công nghệ cán thép tấm thì quá trình cán đợc tiến hành trên trục
không tạo rãnh (trục phẳng) song việc xác định chế độ ép, phân bố lợng ép và tính
toán xác định biên dạng trục cán để đạt đợc sản phẩm có chiều dày đồng đều cũng
đợc gọi là thiết kế lỗ hình trục cán.
Nói chung trên mỗi lỗ hình chỉ cán một lần, song cũng có thể cán nhiều lần
bằng cách thay đổi khe hở giữa 2 trục cán.

2.1.2. Các thông số cơ bản của một lỗ hình

Thông số cơ bản của lỗ hình chính là các đại lợng cần tính toán để tạo nên
lỗ hình, nó tuỳ thuộc vào hình dạng các lỗ hình:
a) Lỗ hình hộp chữ nhật
h - chiều cao lỗ hình
b - chiều rộng đáy lỗ hình
B - chiều rộng miệng lỗ hình
- độ nghiêng thành bên lỗ hình
h
1
- chiều sâu rãnh lỗ hình
r
1
- bán kính lợn vành trục
r - bán kính lợn ở đáy lỗ hình
t - khe hở giữa 2 trục cán
a) b) c)
Hình 2.1. Rãnh của trục cán tạo thành lỗ hình.
a) 2 trục; b) 3 trục; c) 4 trục
B


r
1
r
h
h
1
t
Hình 2.2- Lỗ hình hộp chữ nhật.
Giáo trình: Công nghệ cán và thiết kế lỗ hình trục cán

Trờng Đại học Bách khoa Đà nẵng - 2005
22
Độ nghiêng thành bên lỗ hình còn gọi là lợng thoát phôi khi cán và đợc
biểu thị bằng tỷ số giữa hiệu số chiều rộng miệng và đáy lỗ hình và chiều cao rãnh
lỗ hình tính theo %.
Độ nghiêng thành bên lỗ hình không những tạo cho phôi ra vào lỗ hình dể
dàng mà còn tạo điều kiện để phục hồi lại đúng kích thớc ban đầu khi phục hồi lại
trục. Độ nghiêng thành bên lỗ hình có thể chọn từ 1 ữ 10% hoặc lớn hơn.
Bán kính góc lợn r và r
1
nhằm loại trừ sự tập trung ứng suất trong trục cán
đồng thời tránh góc nhọn cho vật cán do đó tránh đợc bavia, nứt rạn do rách góc
khi nhiệt độ thấp và giảm tính dẻo.
Có thể chọn: r = (0,1 ữ 0,15)h; r
1
= t.
b) Lỗ hình thoi
Đối với lỗ hình thoi và lỗ hình vuông thì bán kính lợn r
1
ở miệng lỗ hình có
thể lấy lớn hơn một ít để tạo điều kiện cho giãn rộng thuận lợi tránh tạo bavia. Bằng
cách chọn bán kính lợn có thể điều chỉnh đợc chiều cao và chiều rộng của lỗ hình.
h - chiều cao lỗ hình không có bán kính lợn.
h
1
- chiều cao lỗ hình có bán kính lợn
b - chiều rộng hình thoi
b
1
- chiều rộng miệng lỗ hình

r và r
1
- các bán kính lợn
t - khe hở giữa 2 trục cán
c/ Lỗ hình vuông
Lỗ hình vuông có sự phân biệt với hộp vuông ở cách bố trí lỗ hình trên trục
cán. Lỗ hình vuông bố trí rãnh theo hình chéo. Lỗ hình hộp vuông bố trí rãnh theo
cạnh a.









d/ Lỗ hình ôvan
Lỗ hình ô van có nhiều cách cấu tạo: ôvan một bán kính, ôvan nhiều bán
kính, ôvan bằng, ôvan đứng.
Tuỳ theo yêu cầu công nghệ mà khi thiết kế lỗ hình ta chọn cho phù hợp:

b
b
1
h
h
1
t
r

r
1


Hình 2.3- Lỗ hình thoi.
b
b
1
r
r
1
h
h
1
t
Hình 2.4- Lỗ hình vuông.
Giáo trình: Công nghệ cán và thiết kế lỗ hình trục cán
Trờng Đại học Bách khoa Đà nẵng - 2005
23








đ/ Lỗ hình tròn
Thông thờng lỗ hình tròn có một đờng
kính d, song cũng có một số trờng hợp khi cán

các loại sản phẩm lớn thì lỗ hình tròn đợc
thiết kế theo 2 đờng kính: đờng kính thẳng
đứng d và đờng kính nằm ngang d
1
.
2.1.3. Cách phân loại lỗ hình
a/ Phân loại theo hình dáng
Lỗ hình đơn giản: chữ nhật, tròn, vuông, ôvan v.v...
Lỗ hình phức tạp: lỗ hình góc, chữ I, chữ U, v.v...
b/ Phân loại theo công dụng
Lỗ hình giãn dài (cán phá): nhằm giảm nhanh tiết diện của phôi.
Lỗ hình cán thô: đồng thời với giảm tiết diện của phôi phải tạo đợc dần
hình dáng về gần với hình dáng của sản phẩm.
Lỗ hình trớc thành phẩm: tác dụng khống chế đợc kích thớc của thành phẩm
Lỗ hình tinh: cho ra kích thớc và hình dáng của sản phẩm ở trạng thái nóng
và phải đảm bảo cả dung sai của sản phẩm.
c/ Phân loại theo cách gia công lỗ hình trên trục cán
Lỗ hình hở: phần lớn gặp ở lỗ hình đơn giản, chúng có đờng phân chia khe
hở giữa 2 trục cán x-x nằm trong phạm vi rãnh của trục cán dù cho rãnh đợc
gia công trên một hay 2 trục.






Lỗ hình kín: có đờng phân chia khe hở giữa 2 trục cán x-x nằm ngoài phạm
b
h
R

r
Hình 2.5- Các thông số cơ bản của lỗ hình ôvan
a. Ôvan một bán kính; b. Ôvan hai bán kính; c. Ôvan bằng
b
R
1
R
r
h
b
R
1
r
h
d
d
1
Hình 2.6- Lỗ hình tròn.
a)
b)
c)
Hình 2.6- Lỗ hình hở.
x
x
x
x
Giáo trình: Công nghệ cán và thiết kế lỗ hình trục cán
Trờng Đại học Bách khoa Đà nẵng - 2005
24
vi rãnh lỗ hình đợc cấu tạo bởi một phần lồi và một phần rãnh của 2 trục cán.

Lỗ hình nửa kín
ở loại lỗ hình này trên trục cán
vừa có phần lồi vừa có phần lõm. Khe
hở giữa hai trục cán đợc cấu tạo ở
thành bên của lỗ hình.
2.1.4. Đờng trung bình của trục, đờng cán, đờng trung tuyến của lỗ
hình trục cán
a. Đờng trung bình của trục cán
Đờng trung bình của trục cán là đờng nằm ngang chia đôi khoảng cách
giữa 2 tâm trục cán.
b. Đờng cán
Đờng cán là đờng trên đó phân bố lỗ hình trục cán.








c. Đờng trung tuyến của lỗ hình
Đờng trung tuyến của lỗ hình là một đờng thẳng đi qua trọng tâm của lỗ
hình đồng thời phải đảm bảo tổng hợp lực của kim loại tác dụng lên mặt trên và mặt
dới của lỗ hình bằng nhau. Chiều sâu rãnh của 2 trục đều bằng nhau.

Đờng trung tuyến có thể trùng với đờng trung bình và đờng cán trong
một số trờng hợp.
Nếu nh lực ma sát và hệ số ma sát ở cả hai trục nh nhau thì sự cân bằng
tốc độ có thể thay bằng sự cân bằng đờng kính trung bình 2R
tb
của

trục cán.
R
tbt
= R
tbd

2R
tbt
- đờng kính làm việc trung bình của trục trên.
2R
tbd
- đờng kính làm việc trung bình của trục dới.
x x
Hình 2.7 Lỗ hình kín.
Hình 2.8. Lỗ hình nửa kín.
D
tt
D
tt
D
tt
/2 D
tt

/2
D
tt
/2
D
tt
/2
D
tt
/2 + y
D
tt
/2 - y
Đờng trung bình của
truc cán và đờn
g cán
Đờng trung bình
của truc cán
Đờng cán
Tâm của truc cán trên
Tâm của truc cán trên
Tâm của truc cán dới Tâm của truc cán dới
y
a/ b/
Giáo trình: Công nghệ cán và thiết kế lỗ hình trục cán
Trờng Đại học Bách khoa Đà nẵng - 2005
25
Nếu không xác định đúng đờng trung tuyến của lỗ hình có thể phá vỡ khớp
nối hoặc trục nối, gây tổn thất năng lợng, làm mòn nhanh các thiết bị dẫn hớng
và lỗ hình, gây ứng suất trong vật cán.

Để xác định đợc đờng trung tuyến của lỗ hình có nhiều phơng pháp.
Đối với các lỗ hình đơn giản:








Đối với trục cán có lỗ hình phức tạp (dầm chữ I, đờng ray): loại lỗ hình
này cũng có trục đối xứng vì vậy đờng trung tuyến chính là trục đối xứng
nằm ngang.







Đối với các lỗ hình kín và các lỗ hình định hình khác
Nói chung với lỗ hình kín thì đờng trung tuyến không trùng với trục đối
xứng, đồng thời với những lỗ hình không có tính đối xứng thì đờng trung tuyến sẽ
là đờng đi qua trọng tâm lủa lỗ hình. Phơng pháp xác định trọng tâm của lỗ hình
phức tạp, trong thực tế dùng phơng pháp chia lỗ hình phức tạp thành những lỗ hình
đơn giản để xác định trọng tâm sau đó tổng hợp toạ độ trọng tâm củacác phần đơn
giản thành trọng tâm của lỗ hình.

q
1
= d. B mm
2
; q
2
=
h.
2
ab

mm
2

R
tbt
R
tbt
R
tbt
R
tbd
R
tbd
R

tbd
Hình 2.9- Đờng trung tuyến của lỗ hình.
Hình 2.10 Đờng trung tuyến của lỗ hình.
N
N
H
B
h
d
z
y
y
1
y
2
q
2
q
2
q
1
Đờng trung tuyến của lỗ hình
Hình 2.11- Sơ đồ xác định toạ độ trọng tâm thép chữ U.
q
1
, q
2
- diện tích tiết diện từng phần. y
1
- toạ độ trọng tâm

của q
1
; y
2
- toạ độ trọng tâm của q
2

b

Giáo trình: Công nghệ cán và thiết kế lỗ hình trục cán
Trờng Đại học Bách khoa Đà nẵng - 2005
26
Đờng thẳng N - N là đờng trung tuyến giả thiết của lỗ hình có toạ độ y.
Ta có:
21
2211
21
21
qq
yq2yq
qq
M2M
y
+
+
=
+
+
=

trong đó, M
1
và M
2
- mômen tĩnh của tiết diện.
Phần thân của thép chữ U là một hình chữ nhật, có trọng tâm đi qua đờng
chia đều d.

2
d
y
1
=

Toạ độ trọng tâm phần chân của chữ (hình thang) có cách tính nh sau:







+
+
=
ba
ba2
3
h
y

2

ở hình 2.11 có Z = d +y là khoảng cách từ cạnh ngoài của lỗ hình đến đờng
trung tuyến N - N.
2.1.5. Đờng kính làm việc trung bình (tiếp xúc) của trục cán
Đờng kính tiếp xúc D
tx
(làm việc) của trục cán là đờng kính mà đản bảo
cho vận tốc ra của vật cán khỏi trục cán không có sự vợt trớc (vận tốc của vật cán
và vận tốc dài của trục cán bằng nhau).
Chúng ta biết rằng tốc độ dài của trục cán và tốc độ của kim loại khi ra khỏi
lỗ hình liên hệ với nhau theo công thức:
V
vc
= (1 + S)v
tr

V
vc
- vận tốc của vật cán, m/s.
V
tr
- vận tốc dài của trục cán, m/s.
S - lợng vợt trớc.

60
n.D.
v
1
v

V
v
vV
S
tx
tr
tr
vc
tr
trvc

=
=

=

Khi cán trong lỗ hình thì tốc độ cán tính theo đờng bao của lỗ hình trên trục
cán. Đờng kính làm việc (tiếp xúc) D
tx
của trục cán khác nhau. Do đó, tốc độ của
vật cán theo chiều rộng của lỗ hình cũng khác nhau. Vì thế phải xác định một
đờng kính làm việc trung bình, trên cơ sở đó xác định tốc độ ra phôi và các đại
lợng biến dạng khác.

=
n
1
tx
tb
n

D
D

Phơng pháp xác định đờng kính làm việc trung bình theo cân bằng lực ma
sát là rất khó. Có thể xác định chúng theo 3 phơng pháp đơn giản hơn:
n Theo bề mặt tiếp xúc của lỗ hình
Giáo trình: Công nghệ cán và thiết kế lỗ hình trục cán
Trờng Đại học Bách khoa Đà nẵng - 2005
27
Ta có biểu thức:
F
k.D
D
tx
tb

=

Trong đó:
D
tx
- tổng các đờng kính làm việc tại từng điểm trên bề mặt tiếp xúc
giữa kim loại với trục cán.
k - hệ số phục hồi lại trục cán,
0
minmax
D
DD
k

=

D
0
- Đờng kính ban đầu của trục cán. D
0
thay đổi từ D
max
đến D
min
.
F - diện tích bề mặt tiếp xúc giữa kim loại và trục cán.
Đờng kính trục cán chọn trên cơ sở công nghệ: điều kiện ăn kim loại, độ
bền, công suất động cơ, tốc độ cán v.v...
Hệ số phục hồi trục cán của từng máy cán cụ thể nh sau:
Máy cán phá, cán phôi : k = 0,08 ữ 0,15
Máy cán hình : k = 0,08 ữ 0,15
Máy cán dây thép : k = 0,05 ữ 0,09
Máy cán tấm nóng : k = 0,04 ữ 0,07
Máy cán tấm nguội : k = 0,03 ữ 0,06
Mức độ giảm đờng kính khi phục hồi D
PH
rãnh lỗ hình hay vành trục trong
phạm vi cho phép sau:
Lỗ hình tinh:
Khi cán sản phẩm đơn giản:
0PH
D
6
1

5
1
D






ữ
.
Khi cán sản phẩm phức tạp:
0PH
D
5
1
4
1
D






ữ

Lỗ hình thô
Khi cán sản phẩm đơn giản:
0PH

D
5
1
4
1
D






ữ

Khi cán sản phẩm phức tạp:
0PH
D
4
1
3
1
D






ữ

Theo chiều cao trung bình của lỗ hình thì đờng kính làm việc trung
bình của trục cán đợc tính:

b
F
DhDD
tttbtttb
==

D
tt
- khoảng cách giữa 2 tâm trục cán.
h
tb
- chiều cao trung bình của lỗ hình
F - diện tích tiết diện của phôi khi ra khỏi lỗ hình (diện tích của lỗ hình)
b - chiều rộng của phôi khi ra khỏi lỗ hình (chiều rộng lỗ hình)
Phơng pháp này đơn giản nhng với các lỗ hình phức tạp thì cho kết quả
Giáo trình: Công nghệ cán và thiết kế lỗ hình trục cán
Trờng Đại học Bách khoa Đà nẵng - 2005
28
không chính xác, vì không tính đến ảnh hởng thành bên của lỗ hình.
Theo đờng bao của lỗ hình: thờng dùng khi cán trong lỗ hình phức
tạp, lỗ hình vuông hở và kín.
Dới đây giới thiệu cách xác định đờng kính làm việc trung bình của trục
cán một số lỗ hình thông dụng:
Lỗ hình ôvan
+ Theo bề mặt tiếp xúc của lỗ hình
D
tb

= D
đ
+ 2R
ov
(1-cos
tb
)
D
đ
- đờng kính làm việc ở đáy lỗ hình; R
ov
- bán kính ôvan.

tb
- góc xác định vị trí đờng kính làm việc trung bình.









+=
ovov
ov
tb
R2
C

arcsin
R2
b
arcsin25,0

b
ov
- chiều rộng vật cán khi ra khỏi lỗ hình
C - cạnh vật cán vuông đa vào lỗ hình ôvan
+ Theo chiều cao trung bình của lỗ hình









ov
ov
tttb
b
F
DD =
;
( )
bnovovov
FmhbF +=
;

m.b.kF
ovovbn
=

ở đây, k
ov
lấy theo đồ thị hình 2.13 chọn theo tỷ số b
ov
/m

22
ovov
C25,0R2R2m =

Đơn giản hơn ngời ta xác định đờng kính làm việc trung bình của trục cán
hình thoi nh sau với hình ôvan một bán kính uốn:
h
3
2
DD
tttb
=
.
Lỗ hình tròn
+ Theo bề mặt tiếp xúc của lỗ hình
D
tb
= D
tt
- 0,785d

d - đờng kính thép tròn.
+ Theo chiều cao trung bình của lỗ hình

d785,0D
d4
d
DhDD
0
2
0tb0tb
=

==

b
ov

h
R
ov
r
B
t
m/2
m
m/2
D
tt
D
d

Hình 2.12-Lỗ hình ôvan xác định D
tb
.
0,78
0,77
0,76
0,75
0,74
0,73
0,72
0,71
0,70
0,69
0,68
0,67
1 1,4 1,8 2,2 2,6 3 3,4
B/h.t
K
ov
= Q
ov
/B(h-t)
Hình 2.13. Xác định hệ số ôvan k
ov
d
d
1
D
tt
Giáo trình: Công nghệ cán và thiết kế lỗ hình trục cán

Trờng Đại học Bách khoa Đà nẵng - 2005
29

Lỗ hình vuông
+ Theo bề mặt tiếp xúc của lỗ hình
D
tb
= D
tt
- h
v
+ 0,35.h
v
= D
tt
- 0,65h
v
.
+ Theo chiều cao trung bình của lỗ hình:

v
v
tttb
b
F
DD =

Lỗ hình thoi
+ Theo bề mặt tiếp xúc của lỗ hình

75,1
h
b
t
t
=
; = 120
0

D
tb
= D
tt
- h
t
+ 0,2.b
t

D
tb
= D
tt
- h
t
+ 0,35h
t
= D
tt
- 0,65h
t

.
+ Theo chiều cao trung bình của lỗ hình:

ttt
t
tt
tttb
h5,0D
b
hb5,0
DD ==

Lỗ hình lục giác
+ Theo chiều cao trung bình của lỗ hình:

b
q
DD
tttb
=

q - diện tích tiết diện lỗ hình lục giác.
b - chiều rộng vật cán khi ra khỏi lỗ hình
+ Theo chu vi đờng bao lỗ hình:
()
a2b
a.D2bhD
D
d
ddtt

tb
+
+
=
;
2
h
tDD
ttd
=

Lỗ hình phức tạp

321
nn2211
tx
tb
l...ll
lD...lDlD
l
l.D
D
+++
+++
==



l
1

, l
2
, ..., l
n
-từng phân tố đờng bao.
D
1
, D
2
, ...D
n
- đờng kính làm việc trung
bình tơng ứng với các phân tố đờng bao.
Ví dụ: với lỗ hình dầm chữ I thì:
- Đờng kính làm việc trung bình ở chân hở
cho trục trên:
( )
hh
hdk.h
h.k
b2Bh2
b2BDD2
D
+
+
=

- Đờng kính làm việc trung bình ở chân kín cho trục dới:
( )
()

kkk
kk.akdkk.hH
k.k
a2b2Bh2H2
a.D2b2BDh.D2H.D2
D
+++
+++
=

B
b

r
1
r
h
h
1
t
D
d
D
tt
b
b
1
r
r
1

h
h
1
t
b
b
1
h
h
1
t
r
r
1


D
d
D
tt
D
H
D
d
'
D
hk
D
ak
H

h
k
D
ah
D
hh
h
h
a
h
b
h
b
k
a
k
Giáo trình: Công nghệ cán và thiết kế lỗ hình trục cán
Trờng Đại học Bách khoa Đà nẵng - 2005
30
Từ những phân tích trên có thể tham khảo cách xác định đờng kính làm
việc (tiếp xúc) của một số lỗ hình thờng gặp (bảng 2.1)
Tên lỗ hình Hình minh hoạ Đờng kính làm việc

Lỗ hình phẳng


Lỗ hình hộp

Lỗ hình vuông


Lỗ hình tròn



Lỗ hình thoi


Lỗ hình ôvan







Lỗ hình 6 cạnh





Lỗ hình phức tạp

D
tx
= D
tt
- h



D
tx
= D
tt
- h


D
tx
= D
tt
- 0,76a


D
tx
= D
tt
- 0,8d

D
tx
= D
tt
- 0,55h


1.
3
2 mh
DD
tttx
+
=


2.
b
hhb
DD
tttx
2
2,0.
+
=

+=
b
C
1
2
h
DD
tttx





b
F
DD
tttx


D
tt
D
tx

h
D
tt
D
tx
h
Đứng
D
tt
D
tx
a
D
tt
D
tx
d
D
tt
D
tx
h
D
tx
h
Bằng
D
tt
h
D

tx
D
tt
m
D
tt
D
tt
h
b
D
tt
D
tx
h
b
C
D
tt
D
tx
D
tx
B
F
F
D
tt
D
tx

D
tx
b
F
F
Giáo trình: Công nghệ cán và thiết kế lỗ hình trục cán
Trờng Đại học Bách khoa Đà nẵng - 2005
31

2.1.6. Bố trí lỗ hình trên trục cán
a. Kích thớc trục cán và đờng cán
Để bố trí đợc lỗ hình trên trục cán phải xuất phát từ các kích thớc cơ bản
của trục cán.
Đờng kính trục cán D
tt
của máy cán là khoảng cách giữa 2 đờng tâm của
trục cán trên và dới ở vị trí bình thờng khi cán.

2
DD
D
DT
tt
+
=

Khi 2 trục tiếp xúc nhau hoàn toàn
không có khe hở ta có đờng kính ban
đầu của trục cán:
D

T
= D
VT
+ t ; D
D
= D
VD
+ t
t - khe hở giữa 2 vành trục
D
VT
, D
VD
- đờng kính theo vành trục
Đờng tiếp xúc của 2 đờng kính ban đầu D
T
, D
D
gọi là đờng cán.
D
Ttb
, D
Dtb
-đờng kính trung bình của trục trên và dới.
D
Ttx
, D
Dtx
- đờng kính làm việc của trục trên và dới.
Đối với các lỗ hình đơn giản nh hộp chữ nhật, vuông, thoi, ôvan, tròn khi bố

trí lỗ hình trên trục cán thì trục đối xứng nằm ngang của lỗ hình (đờng trung
tuyến) luôn trùng với đờng cán. Trong thực tế nhằm ổn định phôi lúc ra khỏi lỗ
hình đi theo một hớng, ngời ta sử dụng sử chênh lệch đờng kính ban đầu của 2
trục cán. Nếu D
T
> D
D
: ta gọi là có áp lực trên (phôi luôn cong xuống dới lúc ra
khỏi lỗ hình, nếu D
T
< D
D
ta gọi là có áp lực dới. áp lực trên D
T
và áp lực dới
D
T
đợc biểu thị:
D
T
= D
T
- D
D
; D
D
= D
D
- D
T

.
Khi cán các sản phẩm có biên dạng phức tạp thì dùng áp lực đối với trục nào
có chứa phần rãnh lỗ hình kín. Khi cán hình ngời ta dùng áp lực trên. Ap lực trên
có trị số 1 ữ 3 mm cho máy cán hình cỡ nhỏ và 10 mm cho máy cán hình cỡ lớn.
áp lực dới thờng dùng ở các máy cán mà phôi cán có trọng lợng lớn (cán
tấm nóng) với trị số áp lực 10 ữ 15 mm.
Trong trờng hợp bố trí lỗ hình có sử dụng áp lực trên với một đại lợng D
T

= D
T
-D
D
thì đờng cán phải là đờng ở vị trí thấp hơn đờng tiếp xúc giữa 2 đờng
kính ban đầu của trục trên và trục dới một khoảng cách là D
T
/4 bởi vì:

4
D
2
D
2
D
;
4
D
2
D
2

D
DDTBDTTTBT

+=

+=

Vì D
TTB
= D
DTB
cho nên biểu thức trên có thể viết:
D
T
- D
D
= D
T

Trong trờng hợp sử dụng áp lực dới thì đờng cán sẽ nằm ở vị trí cao hơn
h
t
D
Ttx
D
T
D
tt
D
D

D
Dtx
D
VD
D
VT

D
T
/4
Hình 2.14- Bố trí lỗ hình trên trục cán.

Giáo trình: Công nghệ cán và thiết kế lỗ hình trục cán
Trờng Đại học Bách khoa Đà nẵng - 2005
32
đờng trung bình của trục cán một đại lợng D
T
/4. Vì đờng trung tuyến của lỗ
hình nằm trùng với đờng cán nên không cần phải xây dựng một đờng phụ trung
bình của trục cán mà ta có thể tính đờng kính trục trên và trục dới nh sau:

2
D
DD;
2
D
DD
D
D
T

T

=

+=

với D là khoảng cách giữa 2 đờng tâm trục, chính là đờng kính của trục cán.
b. Sắp xếp và bố trí lỗ hình trên giá cán 3 trục
Giá cán 3 trục thờng gặp nhiều ở máy cán hình bố trí hàng, nó làm nhiệm
vụ cán phá, cán thô. Hệ lỗ hình thờng dùng ở các giá này là hệ lỗ hình hộp chữ
nhật - vuông hoặc thoi - vuông tùy theo kích thớc phôi.
Bố trí lỗ hình trên giá 3 trục có hai cách: xen kẽ và lên xuống.

* Bố trí xen kẽ:
Theo cách bố trí này thì trên một chiều dài của trục cán chỉ xếp đợc ít lỗ
hình. Nhng nếu dùng một bộ trục cán 4 trục: một trục trên, một trục dới và hai
trục giữa để phối lỗ hình thì vãn có thể tiết kiệm đợc trục cán. Bố trí xen kẽ thì
thiết kế lỗ hình sẽ đơn giản.







* Bố trí lên xuống:
Trong cách bố trí này thì trục giữa đợc dùng chung cho trục trên và trục
dới, do đó bố trí đợc nhiều lỗ hình, quá trình lật thép đợc thực hiện ở lỗ hình
dới. Sử dụng cách bố trí lên xuống thì khi thiết kế lỗ hình sẽ phức tạp hơn.

2.1.7. Các đại lợng biến dạng khi thiết kế lỗ hình
a. Hệ số biến dạng
Trong lý thuyết cán đã trình bày về các đại lợng biến dạng khi thiết kế lỗ hình:

L
l
;
B
b
;
h
H
=à==


1
2
3
4

2
1
4
3
6
5
8
7
Giáo trình: Công nghệ cán và thiết kế lỗ hình trục cán
Trờng Đại học Bách khoa Đà nẵng - 2005

33
Nếu hệ số giãn dài sau một lần cán là:

à==
L
l
f
F
1

Nếu quá trình cán phải qua nhiều lần (n) cán, để có đợc sản phẩm cuối cùng
thì hệ số giãn dài à gọi là tổng lợng biến dạng
n
f
F
=à

qua mỗi lần biến dạng,
diện tích tiết diện lần lợt giảm dần và ta lần lợt có các hệ số giãn dài tơng ứng:

n
1n
n
2
1
2
1
1
f
F

;......;
f
F
;
f
F

=à=à=à

Vậy:
n21
n
1n
2
1
1n
.....
f
f
....
f
f
.
f
F
f
F
ààà===à
=

Lấy giá trị trung bình cho lợng giãn dài ta có:

n
TB
n
TB
n
hoặc
f
F

à=àà==à

Trị số hệ số giãn dài trung bình là một đại lợng đặc trng cho cờng độ biến
dạng, mức sử dụng phụ tải của thiết bị, sự tiêu hao năng lợng của từng giá cán,
đồng thời nó có mối liên hệ với các thông số công nghệ khác v.v.. Các hệ số giãn
dài từng phần (à
1
, à
2
, à
3
..) phụ thuộc vào nhiều yếu tố chủ yếu là lực ép, lợng giãn
rộng, nhiệt độ, tính chất thành phần hóa học của vật cán, trạng thái bề mặt trục cán,
ma sát...
Quá trình thiết kế lỗ hình thông thờng xuất phát từ điều kiện công nghệ
nh: vật liệu và kích thớc cho trớc (phôi và sản phẩm cần có). Vì vậy, chúng ta có
thể tìm đợc số lần biến dạng từng phần n:

TB
n
n
TB
n
lg
flgFlg
n
f
F
à

=à=

b. Sự liên hệ giữa các đại lợng biến dạng
Từ sơ đồ cán nh hình 2.15 có thể xác định đợc mối liên hệ giữa các đại
lợng biến dạng.
l
g
= R.;
h.Rl
g
=

với, : góc ăn kim loại
l
g
: độ dài cung tiếp xúc trên trục cán
R: bán kính làm việc của trục cán
Khi góc ăn kim loại nhỏ, ta có:

R
h
hoặc
h.R.R

=


Giáo trình: Công nghệ cán và thiết kế lỗ hình trục cán
Trờng Đại học Bách khoa Đà nẵng - 2005
34
Từ hình ta có:

D
h
1cos

=

hoặc h
max
= D(1 - cos)
với, h: lợng biến dạng
Vì góc ăn kim loại cực đại
max

xuất phát từ điều kiện ma sát trên bề mặt
tiếp xúc:

2
max
max
2
max
f1
1
cos
tg1
1
cos
+
=
+
=

Suy ra,









+
=
2
max

f1
1
1Dh

Để xác định sơ bộ lợng ép cực đại
có thể dùng các biểu thức đơn giản hơn
h
max
=
2
max
.R = R.f
2

Giá trị góc ăn kim loại tuỳ theo máy cán có thể tham khảo theo bảng 2.2
Bảng 2.2 Góc ăn của kim loại khi cán thép
Điều kiện cán và vật liệu trục cán
Góc ăn kim loại (độ) h/D
K
Cán nguội thép và thép hợp kim không nén
trục sau khi ăn kim loại:
Có dung dịch bôi trơn
Không có dung dịch bôi trơn
Cán nóng:
Thép tấm
Thép hình
Thép hình trên trục có hàn vết
Cán nóng kim loại màu:
Nhôm 350
0

C
Đồng thau 800
0
C
Niken 1100
0
C
Đồng đỏ 900
0
C


3
ữ
4
6
ữ
8

18
ữ
22
22
ữ
24
27
ữ
34

20

ữ
22
21
ữ
24
22
27


1/700
ữ
1/400
1/250
ữ
1/100

1/20
ữ
1/15
1/15
ữ
1/12
1/9
ữ
1/6

1/16
ữ
1/15
1/15

1/9





h/2

h/2
hH
B
l
g

b/2

b/2
b
Hình 2.15- Sơ đồ quá trình cán.
Giáo trình: Công nghệ cán và thiết kế lỗ hình trục cán
Trờng Đại học Bách khoa Đà nẵng - 2005
35
2.1.8. Những nguyên tắc cơ bản khi thiết kế lỗ hình trục cán
Quá trình thiết kế lỗ hình trục cán phụ thuộc vào sản phẩm cán, kiểu máy, đặc
điểm kỹ thuật của máy, công suất động cơ, chất lợng kim loại và các yếu tố khác.
c Xác định số lần cán (chế độ ép) phải xuất phát từ khả năng trục cán ăn
đợc vào kim loại (góc ăn ). Trong trờng hợp độ bền trục, công suất động cơ
không đảm bảo phải tăng số lần cán. Đôi khi số lần cán còn phụ thuộc vào cách bố
trí giá cán...

d Xác định lợng ép à ở những lần cán đầu tiên theo góc ăn cho phép, các
lần cán sau phải xem xét theo độ bền trục, công suất động cơ, chất lợng sản phẩm.
e Xác định lợng ép ở lỗ hình tinh và trớc tinh theo điều kiện biến dạng
trong lỗ hình để đạt đợc độ chính xác của sản phẩm và điều kiện mài mòn lỗ hình.
Cụ thể nh sau:
- Với lỗ hình tinh: à = 1,1 ữ 1,2
- Với lỗ hình trớc tinh: à = 1,25 ữ 1,35
f Xác định kích thớc phôi ban đầu trên cơ sở dung sai âm cho phép và
xác định nh sau:
- Kích thớc phôi ở trạng thái nguội a
ng
:
a
ng
= a - /2
- Kích thớc phôi ở trạng thái nóng a
n
:
a
n
= (a - /2).(1,012 ữ 1,015) (mm)
g Thiết kế lỗ hình trục cán phải xuất phát từ kích thớc sản phẩm. Kích
thớc lỗ hình sẽ là kích thớc sản phẩm theo tiêu chuẩn có xét đến hệ số nở nóng
của thép. Ví dụ với thép tròn có đờng kính d

, phụ thuộc vào dung sai kích thớc
để tính kích thớc sản phẩm d
n
ở trạng thái nóng.
h Tính toán lợng giãn rộng b trong lỗ hình phải chính xác. Khoảng trống

của lỗ hình dàng cho giãn rộng bao giờ cũng phải lớn hơn lợng giãn rộng tính toán
b
KL
= (0,95 ữ 1)b
LH

trong đó, b
KL
: chiều rộng kim loại sau cán; b
LH
: chiều rộng của lỗ hình
i Đối với các sản phẩm có biên dạng phức tạp (thép chữ , thép chữ I, thép
đờng ray) phải chia lỗ hình thành các phân tố riêng biệt và tính hệ số biến dạng
cho từng phân tố đó. Do đó cần giảm bớt số lỗ hình phức tạp. Quá trình thiết kế lỗ
hình bắt buộc theo hớng ngợc với hớng cán.
j Với máy cán bố trí giá cán theo hàng phải chú ý phân bố số lần cán ở các
giá cán hợp lý để đảm bảo năng suất cao và phụ tải đều trên các giá. Với máy cán
liên tục phải bảo đảm tốc độ cán lớn.
k Tính đến tải trọng động cơ. Yếu tố này giúp tiết kiệm năng lợng, giảm
giá thành sản phẩm.
l Tính đến tuổi bền của trục. Yếu tố này dẫn đến tránh phải thay trục nhiều
lần, giảm năng suất của xởng.