Thiết kế máy ép trục khuỷu 100 tấn

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÁY ÉP TRỤC KHUỶU 100 TẤN

Người hướng dẫn: ThS. LƯU ĐỨC HÒA
Sinh viên thực hiện: TRẦN VĂN SỸ

Đà Nẵng, 2019


TÓM TẮT
Tên đề tài:

Thiết kế máy ép trục khuỷu 100 Tấn

Sinh viên thực hiện: Trần Văn Sỹ
Số thẻ SV: 101150046

Lớp: 15C1A

Nội dung tóm tắt:
Qua thời gian nghiên cứu và tìm hiểu đồ án, em đã nghiên cứu những nội dung sau:

-

Sơ lƣợc về gia cơng áp lực. Các q trình, hiện tƣợng, định luật xảy ra khi gia
công áp lực. Các yếu tố ảnh hƣởng đến biến dạng dẻo kim loại và ảnh hƣởng
biến dạng dẻo đến tính chất, tổ chức kim loại. Khái quát về các phƣơng pháp
gia công áp lực.

-

-

Xây dựng sơ đồ động học máy thông qua phân tích các yêu cầu kỹ thuật và
chọn lựa các thành phần chính trong máy nhƣ cơ cấu chấp hành, cơ cấu truyền
động, thân máy, trục khuỷu,…
Tính tốn động học và t nh học c a cơ cấu tay biên-trục khuỷu. Xác định năng
lƣợng c a máy.

C
C

R
L
T.

DU

Tính tốn và thiết kế các kết cấu c a máy nhƣ : iên, ly hợp, phanh, cơ cấu bảo
hiểm, thân máy, bánh đà, trục khuỷu…
Cách lắp đặt, kiểm tra máy. Các trƣờng hợp hƣ hỏng và biện pháp khắc phục.
ảo quản máy.

Từ các nghiên cứu trên, em đã hoàn thành thiết kế Máy ép trục khuỷu 100 Tấn. Phần báo

cáo gồm 1 bản thuyết minh và 6 bản vẽ A0, 2 bản A1.


Thiết kế máy ép trục khuỷu 100T

LỜI NÓI ĐẦU
Trong bối cảnh thế giới, ngành cơ khí chế tạo máy vẫn đang trên đƣờng phát triển
không ngừng. Xu hƣớng chung là tự động hố trong q trình sản xuất để tạo ra sản
phẩm có chất lƣợng và năng suất cao. Tuy nhiên bên cạnh đó, các máy cắt kim loại
truyền động bằng cơ khí vẫn đƣợc sử dụng rộng rãi phù hợp với sản xuất có qui mơ
trung bình và nhỏ lẻ.
Sau thời gian học tập, thực tập và đƣợc nhận đề tài tốt nghiệp THIẾT KẾ MÁY ÉP
TRỤC KHUỶU 100T. Đây là một trong những máy cắt kim loại điển hình có tính
cơng nghệ tƣơng đối cao, gia cơng đƣợc nhiều loại sản phẩm và sử dụng tƣơng đối
rộng rãi, nhất là các nhà máy có qui mơ vừa thậm chí ngay cả đối với các nhà máy lớn.
Qua quá trình tìm hiểu phân tích và thiết kế dựa trên nhiều tài liệu khác nhau, em đã
hoàn thành nhiệm vụ đƣợc giao dƣới sự hƣớng dẫn nhiệt tình c a thầy giáo Lƣu Đức
Hịa, các thầy cơ trong khoa cơ khí cũng nhƣ bạn bè góp ý để có đƣợc thành cơng hơm
nay.

C
C

R
L
T.

Tuy nhiên trong q trình thiết kế tính tốn vì cịn thiếu kinh nghiệm nên khơng thể
tránh những sai sót, nhầm lẫn, kính mong thầy cơ góp ý để đề tài em đƣợc giao hoàn

DU

chỉnh cả về phần kết cấu lẫn tính tốn. Em xin chân thành cảm ơn.
Đà Nẵng, ngày 11 tháng 12 năm 2019
Sinh viên thiết kế

Trần Văn Sỹ

Sinh viên: Trần Văn Sỹ

Hƣớng dẫn : ThS. Lƣu Đức Hòa

Trang: i


Thiết kế máy ép trục khuỷu 100T

CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu c a riêng tôi và đƣợc sự hƣớng dẫn
c a Ths. Lƣu Đức Hòa. Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung
thực và chƣa công bố dƣới bất kỳ hình thức nào trƣớc đây. Những số liệu trong các
bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá đƣợc chính tác giả thu thập
từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo.
Ngồi ra, trong phần thuyết minh cịn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng nhƣ số
liệu c a các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn
gốc.
Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm về nội
dung đồ án c a mình. Trƣờng đại học ách Khoa Đà Nẵng không liên quan đến những
vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong q trình thực hiện (nếu có).

Đà Nẵng, ngày 11 tháng 12 năm 2019

C
C

R
L
T.

DU

Sinh viên thực hiện

Trần Văn Sỹ

Sinh viên: Trần Văn Sỹ

Hƣớng dẫn : ThS. Lƣu Đức Hòa

Trang: ii


Thiết kế máy ép trục khuỷu 100T

MỤC LỤC

CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ GIA CÔNG ÁP LỰC ................................2
1.1
Thực chất, đặc điểm c a gia công áp lực. ............................................................2
1.1.1 Thực chất. .......................................................................................................2

1.1.2 Đặc điểm. ........................................................................................................2
1.2
Khái niệm về biến dạng dẻo kim loại. ..................................................................2
1.2.1 Khái niệm. .......................................................................................................2
1.2.2 Biến dạng dẻo của kim loại. ...........................................................................3
1.2.3 Trạng thái ứng suất và phương trình dẻo: .....................................................4
1.2.4 Các định luật áp dụng trong gia công: ..........................................................6
1.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo và biến dạng kim loại. ...........................7
1.2.6 Ảnh hưởng biến dạng dẻo đến tính chất và tổ chức kim loại. ........................8
1.3
Các phƣơng pháp gia công kim loại bằng áp lực .................................................9
1.3.1 Cán kim loại....................................................................................................9
1.3.2 Kéo kim loại. .................................................................................................12
1.3.3 Ép kim loại. ...................................................................................................13
1.3.4 Rèn tự do. ......................................................................................................15
1.3.5 Dập thể tích ..................................................................................................17
1.3.6 Cơng nghệ dập tấm. ......................................................................................19
CHƢƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ CÁC LOẠI MÁY ÉP TRONG RÈN DẬP ..........21
2.1
Định ngh a và ứng dụng máy ép. .......................................................................21
2.1.1 Định nghĩa: ...................................................................................................21
2.1.2 Đặc điểm các loại máy ép: ...........................................................................21
2.1.3 Ứng dụng của máy ép: ..................................................................................21
2.2
Các loại máy ép thƣờng dùng .............................................................................21
2.2.1 Máy ép trục khuỷu. .......................................................................................21
2.2.2 Máy ép thủy lực: ...........................................................................................23
2.2.3 Máy ép ma sát trục vít. .................................................................................24
CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ ĐỘNG HỌC VÀ TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC,
TĨNH HỌC CƠ CẤU TAY BIÊN TRỤC KHUỶU..................................................26

3.1
Xây dựng sơ đồ động học máy ép trục khuỷu ....................................................26
3.1.1 Phân tích các yêu cầu kỹ thuật .....................................................................26
3.1.2 Lựa chọn cơ cấu chấp hành..........................................................................26
3.1.3 Lựa chọn thân máy .......................................................................................26
3.1.4 Lựa chọn bộ truyền: .....................................................................................27
3.1.5 Lựa chọn loại trục khuỷu ..............................................................................28
3.2
Tính tốn t nh học và động học cơ cấu tay biên – trục khuỷu ...........................30
3.2.1 Các số liệu ban đầu. .....................................................................................30
3.2.2 Tính tốn động học cơ cấu tay biên trục khuỷu. ..........................................31
3.3
Tính tốn t nh học cơ cấu tay biên - trục khuỷu. ................................................36
3.3.1 Trường hợp lý tưởng . ...................................................................................36
3.3.2 Trường hợp thực tế (có tính đến ma sát) ......................................................38
CHƢƠNG 4: XÁC ĐỊNH NĂNG LƢỢNG VÀ CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ ...........42

C
C

R
L
T.

DU

Sinh viên: Trần Văn Sỹ

Hƣớng dẫn : ThS. Lƣu Đức Hòa

Trang: iii


Thiết kế máy ép trục khuỷu 100T

4.1
Xác định năng lƣợng máy. .................................................................................42
4.2
Sự tiêu tốn năng lƣợng trong hành trình cơng tác AP. ........................................43
4.3
Sự tiêu tốn năng lƣợng trong hành trình không tái Akt ......................................43
4.4
Khái quát về xác định công suất động cơ và Momen quán tính bánh đà ...........45
4.5
Xác định công suất c a động cơ. ........................................................................46
4.6
Xác định mômen quán tính c a bánh đà. ...........................................................47
CHƢƠNG 5: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CÁC KẾT CẤU MÁY CHÍNH .......49
5.1
Thiết kế các bộ truyền ........................................................................................49
5.1.1 Phân phối tỉ số truyền. ..................................................................................49
5.1.2 Thiết kế bộ truyền đai. ..................................................................................49
5.1.3 Thiết kế bộ truyền bánh răng. ......................................................................54
5.2
Thiết kế trục khuỷu .............................................................................................60
5.2.1 Điều kiện làm việc c a trục khuỷu. ..............................................................60
5.2.2 Lựa chọn kết cấu trục khuỷu. .......................................................................60
5.2.3 Các số liệu đã có. ..........................................................................................61
5.2.4 Tính gần đúng trục khuỷu. ............................................................................62
5.2.5 Tính chính xác trục. ......................................................................................67

5.2.6 Thiết kế bộ phận gối đỡ trục khuỷu. .............................................................69
5.3
Thiết kế trục trung gian. .....................................................................................72
5.3.1 Chọn vật liệu. ................................................................................................72
5.3.2 Tính sơ bộ đường kính trụ. ...........................................................................73
5.3.3 Tính tốn trục. ..............................................................................................73
5.3.4 Tính then trên trục I ......................................................................................78
5.3.5 Thiết kế bộ phận gối đỡ trục. ........................................................................80
5.4
Thiết kế biên ( thanh truyền ) .............................................................................81
5.4.1 Điều kiện làm việc và vật liệu chế tạo. .........................................................81
5.4.2 Kết cấu thanh truyền.....................................................................................82
5.4.3 Xác định sơ bộ đường kính vít me đầu nhỏ và đường kính khớp cầu đầu nhỏ
thanh truyền. ..............................................................................................................82
5.4.4 Tính sức bền tay biên. ...................................................................................84
5.5
Tính tốn bạc lót giữa đầu to thanh truyền và trục khuỷu. .................................88
5.5.1 Vật liệu làm bạc lót. ......................................................................................88
5.5.2 Kết cấu bạc lót. .............................................................................................89
5.5.3 Tính tốn kiểm nghiệm bạc lót. ....................................................................89
5.6
Thiết kế ly hợp. ...................................................................................................90
5.6.1 Chọn phương án thiết kế ly hợp. ..................................................................90
5.6.2 Kết cấu li hợp và nguyên tắc làm việc. .........................................................91
5.6.3 Tính then quay. .............................................................................................92
5.7
Thiết kế hệ thống phanh. ....................................................................................93
5.7.1 Tác dụng của phanh. ....................................................................................93
5.7.2 Kết cấu phanh. ..............................................................................................93
5.7.3 Nguyên tắc hoạt động. ..................................................................................93

5.7.4 Tính gần đúng lực phanh. .............................................................................94
5.8
Tính tốn thiết kế đầu trƣợt và bộ phận dẫn hƣớng ...........................................95
5.8.1 Cấu tạo vật liệu và yêu cầu của đầu trượt. ..................................................95
5.8.2 Tính tốn bộ phận dẫn hướng của đầu trượt. ..............................................96

C
C

R
L
T.

DU

Sinh viên: Trần Văn Sỹ

Hƣớng dẫn : ThS. Lƣu Đức Hòa

Trang: iv


Thiết kế máy ép trục khuỷu 100T

5.9
Thiết kế cơ cấu bảo hiểm. ...................................................................................99
5.9.1 Kết cấu. .........................................................................................................99
5.9.2 Tính chiều dày tại chỗ bị cắt của đĩa. ..........................................................99
5.10 Tính tốn bánh đà .............................................................................................100
5.10.1 Kết cấu và công dụng của bánh đà ............................................................100

5.10.2 Tính bánh đà. ..............................................................................................100
5.10.3 Tính sức bền của bánh đà. ..........................................................................102
5.11 Thiết kế thân máy. ............................................................................................102
5.11.1 Phân loại thân máy và lựa chọn kết cấu thân máy....................................102
5.11.2 Tính tốn kết cấu thân máy. .......................................................................103
5.12 Thiết kế hệ thống điều khiển ............................................................................104
5.13 Thiết kế hệ thống điện ......................................................................................106
5.13.1 Sơ đồ mạch điện..........................................................................................106
5.13.2 Nguyên lý làm việc. .....................................................................................106
CHƢƠNG 6: LẮP ĐẶT -VẬN HÀNH VÀ BẢO DƢỠNG MÁY .........................107
6.1
Hƣớng dẫn lắp đặt và sử dụng máy. .................................................................107
6.1.1 Lắp đặt máy ................................................................................................107
6.1.2 Sử dụng máy. ..............................................................................................107
6.2
Kiểm tra độ chính xác c a máy. .......................................................................108
6.3
Một số trƣờng hợp hƣ hỏng và biện pháp khắc phục. ......................................108
6.4
Hƣớng dẫn bảo quản máy. ................................................................................110
6.5
An toàn cho máy. ..............................................................................................110
6.5.1 Trước khi làm việc. .....................................................................................110
6.5.2 Trong khi làm việc. .....................................................................................110
KẾT LUẬN CHUNG..................................................................................................112

C
C

R

L
T.

DU

TÀI LIỆU THAM KHẢO. .........................................................................................113

Sinh viên: Trần Văn Sỹ

Hƣớng dẫn : ThS. Lƣu Đức Hòa

Trang: v


Thiết kế máy ép trục khuỷu 100T

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ
ẢNG 3.1 Quan hệ giữa góc quay và qng đƣờng S ……………………………….… ..32
ẢNG 3.2 Quan hệ giữa  và vận tốc đầu trƣợt………………………………..….…… ..33
ẢNG 3.3 Quan hệ giữa  và gia tốc đầu trƣợt………………………………..….……. ..33
ẢNG 3.4 Quan hệ giữa góc quay và lực tác dụng lên tay biên………………….….…...36
ẢNG 3.5 Quan hệ góc quay  và cánh tay địn momen xoắn. ………………….….… .37
ẢNG 3.6 Quan hệ giữa góc quay  và các cánh tay đòn…………………………… ......40
ẢNG 5.1 Ứng suất và độ cứng thép C45 vàC35…………………………….…………..54
HÌNH 1.1. iểu đồ tải trọng - biến dạng ……………………………………………....… 2
HÌNH 1.2. Sơ đồ biến dạng dẻo trong đơn tinh thể……………………………………. ....3
HÌNH 1.3 :Trạng thái ứng suất…………………………………………………………… 4
HÌNH 1.4 : Sơ đồ trở lực bé nhất………………………………………………………... .7
HÌNH 1.5. Sơ đồ q trình cán………………………………………………………… ....9
HÌNH 1.6.Các sản phẩm cán……………………………………………………………. ..11

HÌNH 1.7. Sơ đồ cấu tạo máy cán ……………………………………………………… ..12
HÌNH 1.8. Sơ đồ kéo kim loại…………………………………………………………... ..13
HÌNH 1.9 Sơ đồ nguyên lý ép kim loại. ……………………………………………….. ..14
HÌNH 1.10. Kết cấu khn ép………………………………………………………….. ..14
HÌNH 1.11. Sản phẩm ép…………………………………………………….………….. .15
HÌNH 1.12 Sơ đồ rèn……………………………………………………….…………... ..15
HÌNH 1.13 Nguyên lý máy búa hơi…………………………………………………….. .17
HÌNH 1.14. Sơ đồ kết cấu c a một bộ khn rèn……………………………………..…..18
HÌNH 1.15. Sơ đồ ngun cơng dập vuốt khơng làm mỏng thành…………………….. ...20
HÌNH 2.1. Sơ đồ ngun lý máy ép trục khuỷu…………………………….…………... ..22
HÌNH 2.2. Sơ đồ nguyên lý máy ép th y lực………………………………….……...… ..22
HÌNH 2.3. Sơ đồ nguyên lý máy ép ma sát trục vít. ……………………………………. .24
HÌNH 3.1a Thân máy kiểu 1 trục………………………………………….….………… .26

C
C

R
L
T.

DU

HÌNH 3.1b Thân máy kiểu 2 trục……………………………………..………..… . 26
HÌNH 3.2 ố trí các bộ truyền. ………………………………………...…..…..… 27
HÌNH 3.3 Một khuỷu……………………………………………….....……..…… 28
HÌNH 3.4 Khuỷu lệch tâm…………………………………………………..…….…...….28

HÌNH 3.5 Thơng qua khâu bản lề…………………………………………..…...… 28
HÌNH 3.6 Nhờ cơ cấu hình sin……………………………………………..……... 29

HÌNH 3.7 Sơ đồ động máy thiết kế……………………………………….….…… 29
HÌNH 3.8. Phân tích động học cơ cấu tay biên trục khuỷu……………….……… 31
HÌNH 3.9. Đồ thị S , V , J theo  ………………………………………..……….… 34
HÌNH 3.10. Sơ đồ phân tích lực cơ cấu tay biên trục khuỷu. …………..……………......35
HÌNH 3.11. Đồ thị cánh tay địn ma sát ……………………………….……………... .40
HÌNH 4.1. Sự thay đổi năng lƣợng c a máy……………………………..……………… .41
HÌNH 5.1 ộ truyền đai ……………………………………………….……………...… 48
HÌNH 5.2. Tiết diện đai thang ………………………………………………...……….… 50
HÌNH 5.3. Sơ đồ lắp ghép đai…………………………………………………………. ...53
HÌNH 5.4 ộ truyền bánh răng……………………………………………………….… 53
HÌNH 5.5 Sơ đồ trục khuỷu…………………………………………………..……….… 59
HÌNH 5.6 Các kích thƣớc trục khuỷu………………………………………………… ....61
HÌNH 5.7. Sơ đồ phản lực gối đỡ………………………………………………………. ..61
HÌNH 5.8. Sơ đồ nội lực………………………………………………………………… .62
Sinh viên: Trần Văn Sỹ

Hƣớng dẫn : ThS. Lƣu Đức Hòa

Trang: vi


Thiết kế máy ép trục khuỷu 100T

HÌNH 5.9 Sơ đồ Momen trục khuỷu……………………………………………….… ....64
HÌNH 5.10. Sơ đồ kích thƣớc trục khuỷu ………………………………………….…......66
HÌNH 5.11 Sơ đồ lực trên trục trung gian………………………………….……….… ....73
HÌNH 5.12 Sơ đồ Momen trục trung gian…………………………………………….. ....75
HÌNH 5.13. Sơ đồ mối lắp then………………………………………………………... ....78
HÌNH 5.14. Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên ổ……………………………………...… ...79
HÌNH 5.15. Kết cấu ổ bi………………………………………………………...…...… ....80

HÌNH 5.16. Dạng bề mặt ren……………………………………………………...……....81
HÌNH 5.17. Kết cấu biên……………………………………………………...……...... ....82
HÌNH 5.18. Sơ đồ tính tay biên…………………………………………………...…… ....83
HÌNH 5.19. Sơ đồ tính đầu lớn c a biên………………………………………….…… ....85
HÌNH 5.20. Sơ đồ tính đầu nhỏ c a biên……………………………………………… ....86
HÌNH 5.21. Kết cấu bạc lót thanh truyền……………………………………………… ....88
HÌNH 5.22. Ly hợp then quay……………………………………………………….… ....91
HÌNH 5.23. Phanh đai…………………………………………………………..……… ...92
HÌNH 5.24. Sơ đồ phân tích lực c a phanh………………………………….……… ........93
HÌNH 5.25 Kết cấu đầu trƣợt và bộ phận dẫn hƣớng………………………….………....95
HÌNH 5.26 Sơ đồ phân tích lực đầu trƣợt và bộ phận dẫn hƣớng………………..…… ....96
HÌNH 5.27. Cơ cấu bảo hiểm máy quá tải…………………………………………….. ....98
HÌNH 5.28 Kết cấu thân máy………………………………………………………… .....102
HÌNH 5.29 Cơ cấu điều khiển ………………………………………………….…… .....104
HÌNH 5.30 Sơ đồ ngun lí mạch điện………………………………………………. .....105

C
C

R
L
T.

DU

Sinh viên: Trần Văn Sỹ

Hƣớng dẫn : ThS. Lƣu Đức Hòa

Trang: vii

Thiết kế máy ép trục khuỷu 100T

MỞ ĐẦU
Trong thời đại cơng nghiệp hóa hiện nay, máy ép trục khuỷu là một trong
những máy cắt kim loại điển hình có tính công nghệ tƣơng đối cao, gia công
đƣợc nhiều loại sản phẩm và sử dụng tƣơng đối rộng rãi, nhất là các nhà máy có
qui mơ vừa thậm chí ngay cả đối với các nhà máy lớn. Thơng qua q trình
thiết kế máy, em cần phải tham khảo rất nhiều sách, tài liệu về vật liệu, các cơ
cấu chính tạo ra máy,…từ đó giúp c ng cố kiến thức đã học và biết cách phải
thiết kế, chế tạo một cái máy là phải làm nhƣ thế nào.
Mục tiêu c a đề tài là thông qua các tài liệu hƣớng dẫn chế tạo ra máy ép trục
khuỷu 100 tấn.
Phƣơng pháp nghiên cứu là tham khảo các tài liệu về máy ép, máy dập, sách
thiết kế chi tiết máy, tài liệu về vật liệu, tham khảo hình ảnh các máy đã có, …
từ đó thiết kế ra máy ép trục khuỷu.
Trong q trình thiết kế thì nội dung đề tài gồm 6 chƣơng.
- Chƣơng 1: Cơ sở lý thuyết về gia công áp lực.
- Chƣơng 2: Giới thiệu về các loại máy ép trong kỹ nghệ rèn dập.

C
C

R
L
T.

DU

- Chƣơng 3: Xây dựng sơ đồ động học và tính tốn động học, t nh học cơ
cấu tay biên- trục khuỷu.
- Chƣơng 4: Xác định năng lƣợng c a máy và công suất động cơ.
- Chƣơng 5: Tính tốn thiết kế các kết cấu máy chính.
- Chƣơng 6: Lắp đặt, vận hành và bảo dƣỡng máy.

Sinh viên: Trần Văn Sỹ

Hƣớng dẫn : ThS. Lƣu Đức Hòa

Trang: 1


Thiết kế máy ép trục khuỷu 100T

CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ GIA CÔNG ÁP LỰC
1.1 Thực chất, đặc điểm của gia công áp lực.
1.1.1 Thực chất.
- Gia công kim loại bằng áp lực là phƣơng pháp chế tạo sản phẩm dựa vào
nguyên lý biến dạng dẻo c a kim loại dƣới tác dụng c a ngoại lực làm thay đổi hình
dáng, kích thƣớc kim loại theo ý muốn.
1.1.2 Đặc điểm.
- Kim loại rắn sau gia công không những thay đổi hình dáng kích thƣớc mà cịn
thay đổi cả cơ, lý, hóa tính nhƣ: các hạt kim loại mịn chặt hơn, đồng đều hơn, khử
đƣợc các khuyết tật (nhƣ rổ khí, rổ co), nâng cao cơ tính và tuổi bền chi tiết.
- Có khả năng biến tổ chức hạt c a kim loại thành tổ chức thớ uốn, xoắn khác
nhau làm tăng cơ tính c a sản phẩm.
- Dễ cơ khí hóa, tự động hóa cho năng suất cao, giá thành rẻ.
-Tuy nhiên, phƣơng pháp gia công bằng áp lực không gia công đƣợc chi tiết
phức tạp; không rèn dập đƣợc chi tiết quá lớn; không gia công đƣợc kim loại dịn; độ

bong, độ chính xác bề mặt khơng cao.

C
C

R
L
T.

DU

1.2 Khái niệm về biến dạng dẻo kim loại.
1.2.1 Khái niệm.
Kim loại chịu tác dụng c a ngoại lực và bắt đầu biến dạng. Quá trình biến dạng
xảy ra theo 3 giai đoạn:
- iến dạng đàn hồi: là biến dạng khi thơi tác dụng hình dáng vật thể quay lại
trạng thái ban đầu (đoạn oa).
- iến dạng dẻo: là biến dạng khi thơi tác dụng lực hình dáng vật thể không trở về
nhƣ trạng thái ban đầu mà biến thành hình dáng khác(đoạn ab).
- iến dạng phá h y: là biến dạng khi ứng suất c a lực tác dụng lớn hơn ứng suất
lực gây ra biến dạng dẻo thì kim loại bị phá h y (đoạn bc).
P

b
c

a

0

L

Hình 1.1. iểu đồ tải trọng - biến dạng
Sinh viên: Trần Văn Sỹ

Hƣớng dẫn : ThS. Lƣu Đức Hòa

Trang: 2


Thiết kế máy ép trục khuỷu 100T

1.2.2 Biến dạng dẻo của kim loại.
a. Biến dạng trong đơn tinh thể.
- Khi ứng suất sinh ra trong kim loại vƣợt quá giới hạn đàn hồi kim loại biến
dạng theo hình thức trƣợt và song tinh.





Mặ t trượt





b)

a)

Hình 1.2. Sơ đồ biến dạng dẻo trong đơn tinh thể
+ Theo hình thức trƣợt: một phần đơn tinh thể dịch chuyển song song với phần
còn lại theo một mặt phẳng nhất định (hình a). Trên mặt phẳng trƣợt các nguyên tử

C
C

kim loại dịch chuyển tƣơng đối với nhau một khoảng đúng bằng một số nguyên lần
thông số mạng. Sau khi dịch chuyển các nguyên tử kim loai ở vị trí cân bằng mới.
+ Theo hình thức song tinh: một phần tinh thể kim loại vừa trƣợt vừa quay đến vị

R
L
T.

DU

trí mới đối xứng với một phần tinh thể qua một mặt phẳng gọi là mặt song tinh (hình
b).
Theo các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cho thấy trƣợt là hình thức ch
yếu gây ra biến dạng dẻo trong kim loại, các mặt trƣợt là các mặt phẳng có mật độ
nguyên tử cao nhất. iến dạng dẻo do song tinh gây ra rất bé nhƣng khi có song tinh
sự trƣợt xảy ra thuận lợi hơn.
b. Biến dạng dẻo trong đa tinh thể.
iến dạng dẻo trong đa tinh thể kim loại và hợp kim là tập hợp c a nhiều đơn
tinh thể (hạt tinh thể), cấu trúc c a chúng đƣợc gọi là cấu trúc đa tinh thể.
iến dạng dẻo trong đa tinh thể có hai dạng: biến dạng trong nội bộ hạt và biến
dạng ở vùng tinh giới hạt, sự biến dạng trong nội bộ hạt do hình thức trƣợt và song
tinh. Đầu tiên sự trƣợt xảy ra ở các hạt có mặt trƣợt tạo với hƣớng c a ứng suất chính

một góc 45o sau đó đến các mặt khác. Nhƣ vậy, biến dạng dẻo trong kim loại đa tinh
thể xảy ra không đều. Dƣới tác dụng c a ngoại lực biên giới hạt c a các tinh thể bi
biến dạng khi đó các hạt trƣợt và quay tƣơng đối với nhau. Do sự trƣợt và quay c a
các hạt, trong các hạt lại xuất hiện các mặt trƣợt thuận lợi mới giúp cho biến dạng
trong kim loại tiếp tục phát triển.

Sinh viên: Trần Văn Sỹ

Hƣớng dẫn : ThS. Lƣu Đức Hòa

Trang: 3


Thiết kế máy ép trục khuỷu 100T

1.2.3 Trạng thái ứng suất và phương trình dẻo:
Giả sử trong vật thể hồn tồn khơng có ứng suất tiếp thì vật thể có ba dạng ứng
suất chính sau:
- Ứng suất đƣờng :

 max 

- Ứng suất mặt :

 max 

- Ứng suất khối :

 max 

δ1

1

2
( 1   2 )
2

( max  Tmax )
2
δ1

δ1

δ3

Hình1.3 :Trạng thái ứng suất

a.Ứng suất đơn.

R
L
T.

C
C

DU

δ2

b.Ứng suất phẳng.

c.Ứng suất khối.

Trong gia cơng áp lực thì thƣờng gặp các trạng thái: Ứng suất khối.
   min
- Khi chịu ứng suất khối:  max  max
Khi chịu ứng suất mặt:

 max 

2

1  2
2

Khi kim loại chịu ứng suất đƣờng: max=


2

Nếu 1 = 2 = 3 thì  = 0 và khơng có biến dạng
Điều kiện biến dạng dẻo: max giớihạn.
Khi kim loại chịu ứng suất đƣờng thì trạng thái biến dạng dẻo là:

 1   ch max=

 ch
2

Khi chịu ứng suất mặt thì trạng thái biến dạng dẻo là :  1   2 =  ch
Khi chịu ứng suất khối thì trạng thái biến dạng dẻo là :
 max   min   ch .

Các phƣơng trình trên gọi là phƣơng trình dẻo.
Biến dạng dẻo chỉ bắt đầu sau biến dạng đàn hồi. Thế năng c a biến dạng đàn
hồi ở đây:
Sinh viên: Trần Văn Sỹ

Hƣớng dẫn : ThS. Lƣu Đức Hòa

Trang: 4


Thiết kế máy ép trục khuỷu 100T

A = A0 + A h
Trong đó:

(1.1)

A0 - thế năng để thay đổi thể tích vật thể.
Ah - thế năng để thay đổi hình dáng vật thể.
Trong trạng thái ứng suất khối,thế năng biến dạng đàn hồi theo định luật Hook xác
định
A= (11+22+33)/3.

(1.2)

Nhƣ vậy, biến dạng tƣơng đối theo định luật Hook:
1= 1 [ 1   ( 2   3 )]
E

2= 1 [ 2   ( 1   3 )]

(1.3)

E

3= 1 [ 3   ( 2   1 )]
E

C
C

Theo (1) thế năng toàn bộ c a biến dạng đƣợc biểu thị:

R
L
.

1
A = [1   2   3  2 ( 1. 2   2 . 3   3 . 1 )]
2E

T
U

(1.4)

Lƣợng tăng tƣơng đối thể tích c a vật trong biến dạng đàn hồi bằng tổng biến

D

dạng trong ba hƣớng vng góc.

V
1  2
 1  2  3 
(1  2  3 ) (4)
V
E

(1.5)

Ở đây  : hệ số Pyacon tính đến vật liệu biến dạng.
E : Mođun đàn hồi c a vật liệu.
Thế năng làm thay đổi thể tích bằng:
1 V 1   2   3 1  2

(1   2   3 )2 (5)
A0 =
2 V

3

6E

(1.6)

Thế năng đế thay đổi hình dạng vật thể:
Ah=A-A0= 1   [(1   2 )2 +( 2   3 )2 +( 3   1 )2 ]

(1.7)

Vậy thế năng đơn vị để biến hình khi biến dạng đƣờng sẽ là:
1 
2 c2
Ah=

(1.8)

suy ra : (1   2 )2  ( 2   3 )2  ( 3  1 )2  2 c2  const

(1.9)

6E

6E

Đây gọi là phƣơng trình dẻo.
Khi cán kim loại, tấm kim loại biến dạng ngang khơng đáng kể:
Theo (3) ta có: 2 = [ (1   3 )]

(1.10).

Khi biến dạng dẻo khơng tính đến đàn hồi, thể tích vật thể khơng đổi : vậy v =0
Sinh viên: Trần Văn Sỹ

Hƣớng dẫn : ThS. Lƣu Đức Hòa

Trang: 5


Thiết kế máy ép trục khuỷu 100T

Theo (1.6) ta có:
1  2
( 1   2   3 ) = 0.
E

1 2 = 0 thì   0 ,5

(1.11)

Theo (1.10) và (1.11) ta có:
2 

1   3

(1.12)

2

Ta có thể viết phƣơng trình dẻo nhƣ sau:
3
 ch = 1,15  ch
2

2 3 

(1.13)

Trong trƣợt song tinh, khi  2   3 , trên mặt phẳng nghiêng, ứng suất pháp bằng
không ứng suất tiếp khi  = 45 0
 max 

1   3

(1.14)

C
C

2

So sánh với (1.13) khi  1   3 .
1
3

R
L
T.

 ph   ch = k = 0,58 ch

DU

(1.15)

k : gọi là hằng số dẻo ở trạng thái ứng suất khối. Phƣơng trình dẻo có thể viết :
 1   3  2k  const = 1,15  ch

(1.16)

Phƣơng trình dẻo (1.16) rất quan trọng để giải các bài tốn gia cơng biến dạng
Tính đến hƣớng c a các ứng suất, phƣơng trình dẻo (1.16) đƣợc viết lại:
( 1 )  ( 3 )  2k

(1.17)

1.2.4 Các định luật áp dụng trong gia công:
a. Định luật biến dạng đàn hồi tồn tại khi biến dạng dẻo:
Khi gia công áp lực, nếu trong kim loại xảy ra biến dạng dẻo bao giờ cũng có
một lƣợng biến dạng đàn hồi kèm theo (đƣợc xác định bằng góc đàn hồi, phụ thuộc
vào modun đàn hồi E c a vật liệu và chiều dày tấm kim loại).
-Gia công nguội: Kim loại dạng tấm sẽ chịu ảnh hƣởng lớn.
-Gia cơng nóng: Kim loại dạng khối, ảnh hƣởng c a biến dạng đàn hồi có thể bỏ qua.
Thƣờng để áp dụng khi thiết kế khuôn dập, vật dập phải kể đến lƣợng biến dạng dƣ
do biến dạng đàn hồi gây ra.
b. Định luật ứng suất dư:
Khi gia công áp lực do nung nóng và làm nguội khơng đều; lực biến dạng và lực
ma sát,… phân bố không đều làm phát sinh ra ứng suất dƣ tồn tại cân bằng bên trong
vật thể kim loại. Nếu khơng cân bằng thì sẽ có q trình tích, thốt ứng suất làm cho
vật thể biến dạng ngoài ý muốn để ứng suất dƣ tồn tại cân bằng.
Sinh viên: Trần Văn Sỹ

Hƣớng dẫn : ThS. Lƣu Đức Hòa

Trang: 6


Thiết kế máy ép trục khuỷu 100T

c. Định luật thể tích khơng đổi:
Thể tích c a vật thể trƣớc khi biến dạng bằng thể tích vật thể sau khi biến dạng
Gọi thể tích vật trƣớc khi gia cơng là V0
Gọi thể tích vật sau khi gia cơng là V.
Vật thể có chiều cao, rộng, dài trƣớc khi gia cơng là:h0 ,b0 ,l0.
Vật thể có chiều cao, rộng, dài sau khi gia công là: h ; b ; l
Theo điều kiện thể tích khơng đổi ta có : h. b. l = h0 .b0 .l0

h b l
h
b
l
ln  ln  ln  0
1
1   2   3  0
h0
b0
l0
h0 b0 l0
=>
=>
Với δ1, δ2, δ3 là ứng biến chính.
*Nhận xét :
- Khi gia công biến dạng nếu tồn tại cả ba ứng biến chính ngh a là có sự thay đổi
kích thƣớc cả ba chiều thì đầu c a một ứng biến phải trái dấu với hai ứng biến kia và

có giá trị tuyệt đối bằng tổng c a hai ứng biến kia.
- Khi có một ứng biến bằng 0 thì hai ứng biến cịn lại phải ngƣợc dấu và có trị số
tuyệt đối bằng nhau.
d. Định luật trở lực bé nhất:
Ta có tỉ lệ:

C
C

R
L
T.

DU

Hình 1.4 Sơ đồ trở lực bé nhất
Khi biến dạng kim loại, một chất điểm bất kì trên vật thể biến dạng sẽ di chuyển
theo hƣớng có trở lực bé nhất hay di chuyển đến đƣờng viền có chu vi bé nhất.
Áp dụng để thiết kế hình dáng c a phơi trƣớc khi gia cơng.
1.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo và biến dạng kim loại.
a. Thành phần và tổ chức kim loại.
Các kim loại khác nhau có kiểu mạng tinh thể và lực liên kết giữa các ngun tử
khác nhau. Do đó, tính dẻo c a chúng khác nhau.
Kim loại nguyên chất, một pha cũng có tính dẻo cao hơn và dễ biến dạng hơn
kim loại có cấu tạo hỗn hợp cơ học hoặc hợp chất hóa học.
Sinh viên: Trần Văn Sỹ

Hƣớng dẫn : ThS. Lƣu Đức Hòa

Trang: 7

Thiết kế máy ép trục khuỷu 100T

b. Ảnh hưởng của nhiệt độ.
Tính dẻo c a kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ, hầu hết kim loại khi tăng
nhiệt độ thì tính dẻo tăng. Khi tăng nhiệt độ dao động nhiệt c a các nguyên tử tăng
đồng thời xô lệch mạng giảm, khả năng khuếch tán c a các nguyên tử tăng làm cho tổ
chức đồng đều hơn.
c. Ảnh hưởng của ứng suất dư.
Khi kim loại bị biến dạng nhiều, các hạt tinh thể vỡ vụn ra xô lệch mạng tăng,
ứng suất dƣ lớn làm cho tính dẻo kim loại giảm mạnh (hiện tƣợng biến cứng). Khi
nhiệt độ kim loại đạt từ (0,25÷0,35)Tnc (nhiệt độ nóng chảy), ứng suất dƣ và xơ lệch
mạng giảm làm cho tính dẻo c a kim loại phục hồi trở lại( hiện tƣợng phục hồi). Nếu
nhiệt độ đạt tới 0,4Tnc trong kim loại bắt đầu xuất hiện quá trình kết tinh lại, tổ chức
kim loại sau kết tinh lại hạt đồng đều hơn và lớn hơn, mạng tinh thể hồn thiện hơn do
đó tính dẻo tăng.

C
C

d. Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính.
Trạng thái ứng suất chính cũng ảnh hƣởng đáng kể đến tính dẻo kim loại. Qua
thực nghiệm cho thấy kim loại chịu ứng suất nén khối có tính dẻo cao hơn khi chịu
ứng suất nén mặt, nén đƣờng hoặc chịu ứng suất kéo. Ứng suất do ma sát ngoài làm

R
L
T.

DU

thay đổi trạng thái ứng suất chính trong kim loại nên tính dẻo kim loại cũng giảm.
e. Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng.
Sau khi rèn dập các hạt kim loại bị biến dạng do chịu tác dụng từ mọi phía nên
chai cứng hơn, sức chống lại kim loại bị biến dạng sẽ lớn hơn, đồng thời khi nhiệt độ
nguội dần sẽ kết tinh lại nhƣ cũ. Nếu tốc độ biến dạng nhanh hơn tốc độ kết tinh lại thì
các hạt kim loại bị chai cứng chƣa kịp trở lại trạng thái ban đầu mà tiếp tục biến dạng.
Do đó, ứng suất trong khối kim loại sẽ lớn hạt kim loại bị dịn và có thể bị nứt ra.
1.2.6 Ảnh hưởng biến dạng dẻo đến tính chất và tổ chức kim loại.
a. Ảnh hưởng tới tổ chức và cơ tính kim loại.
Tốc độ biến dạng càng tăng thì sự vỡ c a các hạt càng lớn độ hạt càng giảm do
đó cơ tính càng cao.
iến dang dẻo giúp khử đƣợc các khuyết tật nhƣ xốp, rổ khí, rổ co, lỏm co….
iến dạng dẻo có thể tạo đƣợc các thớ uốn xoắn khác nhau làm tăng cơ tinh sản
phẩm.
Tốc độ biến dạng càng lớn thì sự biến cứng càng nhiều.
b. Ảnh hưởng đến lý tính kim loại.
iến dạng dẻo làm tăng điện trở, giảm tính dẫn điện và làm thay đổi từ tính
trong kim loại.
Sinh viên: Trần Văn Sỹ

Hƣớng dẫn : ThS. Lƣu Đức Hòa

Trang: 8


Thiết kế máy ép trục khuỷu 100T

iến dạng dẻo gây ra xô lệch mạng, xô lệch vùng tinh giới, làm giảm biên độ

giao động nhiệt c a các điên tử.
Các sai lệch tạo ra khi biến dang dẻo làm thay đổi cách bố trí từ trƣờng cơ bản
trong kim loại. Do đó làm thay đổi từ tính, độ thấm từ….
c. Ảnh hưởng tới hóa tính kim loại.
Sau khi biến dạng dẻo năng lƣợng tự do c a kim loại tăng, do đó hoạt tính kim
loại tăng.
1.3 Các phƣơng pháp gia công kim loại bằng áp lực
1.3.1 Cán kim loại.
a. Thực chất của quá trình cán.
- Quá trình cán là do kim loại biến dạng giữa hai trục cán quay ngƣợc chiều nhau
có khe hở nhỏ hơn chiều cao c a phôi, kết quả làm cho chiều cao phôi giảm, chiều dài
và chiều rộng tăng. Hình dạng c a khe hở giữa hai trục cán quyết định hình dáng c a

C
C

sản phẩm. Q trình phơi chuyển động qua khe hở trục cán là nhờ ma sát giữa hai trục
cán với phôi.
-Cán khơng những thay đổi hình dáng và kích thƣớc phơi mà cịn nâng cao chất
lƣợng sản phẩm.

R
L
T.

DU

-Máy cán có hai trục cán đặt song song với nhau quay ngƣợc chiều nhau. Phơi
có chiều dày lớn hơn khe hở giữa hai trục cán, dƣới tác dụng c a lực ma sát khi kim
loại bị kéo vào giữa hai trục cán, biến dạng tạo ra sản phẩm. Khi cán chiều dày phôi

giảm, chiều dài và chiều rộng phơi tăng.

R

O1



h0

N



T

h

P
A
O2

Hình 1.5. Sơ đồ quá trình cán
Sinh viên: Trần Văn Sỹ

Hƣớng dẫn : ThS. Lƣu Đức Hòa

Trang: 9

Thiết kế máy ép trục khuỷu 100T

*Các thông số sau để biểu thị khi cán.
-Tỷ số chiều dài (hoặc tỷ số tiết diện) c a phôi trƣớc và sau khi cán gọi là hệ số
kéo dài

 

F
l1
 0
l2
F1

Trong đó:
lo,Fo: chiều dài và diện tích phơi cán
l1,F1: chiều dài và diện tích tiết diện sau khi cán.
- Lƣợng ép tuyệt đối : h = ( h0 - h1) mm.
- Quan hệ giữa lƣợng ép và góc ăn : h = D.( 1 - cos) mm.
D-đƣờng kính trục cán
α-góc ăn
- Sự thay đổi chiều dài trƣớc và sau khi cán gọi là lƣợng giãn dài: l = l1 - l0 .

C
C

- Sự thay đổi chiều rộng trƣớc và sau khi cán gọi là lƣợng giãn rộng :b = b1 - b0

R
L

T.

- Cán có thể tiến hành ở trạng thái nóng hoặc trạng thái nguội.
Cán nóng có ƣu điểm : Tính dẻo c a kim loại cao nên dễ biến dạng, năng suất
cao nhƣng chất lƣợng bề mặt kém vì có tồn tại vảy sắt trên mặt phơi khi nung. Vì vậy
cán nóng dùng cán phôi, cán thô, cán tấm dày, cán thép hợp kim.

DU

Cán nguội thì ngƣợc lại chất lƣợng bề mặt tốt hơn song khó biến dạng nên chỉ
dùng khi cán tinh, cán tấm mỏng, dài hoặc kim loại mềm.
- Điều kiện để kim loại có thể cán đƣợc gọi là điều kiện cán vào. Khi kim loại
tiếp xúc với trục cán thì chúng chịu hai lực : Phản lực N và lực ma sát T, nếu hệ số ma
sát giữa hai trục cán và phơi là f thì :
T = N.f
với f = tg
Vì  là góc ma sát nên : T/N = tg = f.
Lực N và T có thể chia thành hai thành phần : Nằm ngang và thẳng đứng :
 N x  N . sin 
Phản lực N 
 N y  N . cos 
Tx  T . cos   N . f . cos 
T y  T . sin 

Lực masat T 

T=N.tgβ=N.f
Với: N-lực hƣớng tâm
β-góc masat
f-hệ số masat

Sinh viên: Trần Văn Sỹ

Hƣớng dẫn : ThS. Lƣu Đức Hòa

Trang: 10


Thiết kế máy ép trục khuỷu 100T

Vậy điều kiện cán đƣợc là β>α.
Ngh a là hệ số ma sát f phải lớn hơn tang c a góc  hoặc góc ma sát lớn hơn góc
ăn.
Khi vật cán đã vào giữa hai trục cán thì góc ăn nhỏ dần đến khi vật cán đã hoàn
toàn vào giữa hai trục cán thi góc ăn chỉ cịn bằng 1/2. Hiện tƣợng này gọi là ma sát
thừa.
Để đảm bảo điều kiện cán vào cần tăng hệ số ma sát trên bề mặt trục cán.
*Biện pháp tăng hệ số ma sat trục cán
-Khoét rãnh, hạ nhiệt ở đầu phôi.
- ôi các chất tăng masat.
-Thay đổi độ hở giữa các trục cán
b. Sản phẩm cán.
Sản phẩm cán rất đa dạng, đƣợc phân ra 4 nhóm chính: Dạng hình, dạng tấm,
dạng ống và dạng đặc biệt.
-Dạng hình : Các sản phẩm đƣợc chia ra dạng hình đơn giản (a) gồm có thanh,
thỏi tiết diện trịn, vng, chữ nhật, lục giác, bán nguyệt..... và dạng hình phức tạp (b)
có tiết diện chữ V, U, I, T, Z...

C
C

R
L
T.

DU

a. Dạng hình đơn giản

b. Dạng hình phức tạp.
Hình 1.6.Các sản phẩm cán
- Dạng tấm : các sản phẩm dạng tấm đƣợc phân loại theo chiều dày c a tấm thành :
+ Mỏng : s = 0,2 đến 3,75 mm ; b = 600 đến 2200 mm.
+ Dày : s = 4 đến 60 mm ; b = 600 đến 5000 mm.
L = 4000 đến 12000 mm.
+ Cuộn : s = 0,2 đến 2 mm ; b = 200 đến 1500 mm; l = 4000 đến 60000mm.
- Dạng ống: Các sản phẩm dạng phẩm đƣợc phân ra thành hai loại: Ống không có
mối hàn và ống có mối hàn.
+ Ống khơng hàn đƣợc cán từ phơi thỏi có =5 đến 426 mm , chiều dày
thành ống s=0,5 đến 40 mm.

Sinh viên: Trần Văn Sỹ

Hƣớng dẫn : ThS. Lƣu Đức Hòa

Trang: 11


Thiết kế máy ép trục khuỷu 100T

+ Ống có mối hàn đƣợc chế tạo bằng cách cuốn tấm thành ống sau đó cán

để hàn giáp mối với nhau. Loại này có đƣờng kính ngồi đến 720 mm và chiều dày
đến 14 mm
-Dạng hình đặc biệt : Các sản phẩm đặc biệt gồm có các loại có hình dáng đặc biệt
theo yêu cầu riêng nhƣ vỏ ô tô và các loại tiết diện thay đổi theo chu kỳ.
c. Sơ đồ máy cán
5

5

4

4
6

3

2
1

C
C

Hình 1.7. Sơ đồ cấu tạo máy cán
1. Trục cán
2. Trục các đăng 3. Hộp giảm tốc
4. Khớp nối
5. Bánh đà
6. Hộp giảm tốc
- Giá cán: nơi tiến hành cán

R
L
.

T
U

7

7. Động cơ

Gồm: trục cán, gối đỡ trục cán, thiết bị điều chỉnh khoảng cách giữa trục
cán, than máy, hệ thống dẫn phôi, cơ cấu lật trở phôi….
-Hệ thống truyền động: hộp giảm tốc, khớp nối, trục nối.
-Nguồn năng lƣợng: động cơ điện.
d. Phân loại máy cán.
●Theo công dụng.

D

-Máy cán phá:cán từ thỏi thép đúc gồm máy cán phôi thỏi blumin và máy
phôi tấm slamin.
-Máy cán phôi: đặt sau máy cán phá cung cấp phơi cho máy cán hình và
máy cán khác.
-Máy cán hình cỡ lớn: gồm máy cán ray dầm và máy cán hình cỡ lớn.
-Máy cán hình cỡ trung.
-Máy cán hình cỡ nhỏ.
-Máy cán tấm(cán nóng và cán nguội).
-Máy cán ống.
-Máy cán đặc biệt.

1.3.2 Kéo kim loại.
a. Thực chất, đặc điểm và công dụng.
● Thực chất :
Sinh viên: Trần Văn Sỹ

Hƣớng dẫn : ThS. Lƣu Đức Hòa

Trang: 12


Thiết kế máy ép trục khuỷu 100T

Kéo sợi là quá trình kéo phơi kim loại qua lỗ khn kéo làm cho tiết diện
ngang c a phôi giảm và chiều dài tăng. Hình dáng và kích thƣớc c a chi tiết giống lỗ
khn kéo.
● Đặc điểm :
+Kéo sợi có thể tiến hành ở trạng thái nóng hoặc trạng thái nguội.
+ Kéo sợi cho ta sản phẩm có độ chính xác cấp 2 đến 4.
● Công dụng :
+ Kéo sợi dùng để chế tạo các thỏi, ống, sợi bằng thép và kim loại màu.
+ Kéo sợi cịn dùng gia cơng tinh bề mặt ngồi các ống cán có mối hàn và một
số công việc khác.
b. Sơ đồ kéo kim loại .
-Khi kéo sợi phôi (1) đƣợc kéo qua khuôn kéo (2) với lỗ hình có tiết diện nhỏ
hơn tiết diện phơi kim loại và biến dạng theo yêu cầu, tạo thành sản phẩm (3). Đối với

C
C

kéo ống, khn kéo (2) tạo hình mặt ngồi ống cịn lỗ đƣợc sửa đúng đƣờng kính nhờ

lõi (4) đặt ở trong.

R
L
T. 4

3
U
D P

1

2

1

3

P

2
(a)

(b)
Hình 1.8. Sơ đồ kéo kim loại

1. Phôi

2. Khuôn kéo

3. Sản phẩm

4. Lõi

1.3.3 Ép kim loại.
a. Nguyên lý chung.
Ép là phƣơng pháp chế tạo các sản phẩm kim loại bằng cách đẩy kim loại chứa
trong buồng ép kín hình trụ, dƣới tác dụng c a chày ép kim loại biến dạng qua lỗ
khuôn ép có tiết diện giống tiết diện ngang c a chi tiết.

Sinh viên: Trần Văn Sỹ

Hƣớng dẫn : ThS. Lƣu Đức Hòa

Trang: 13


Thiết kế máy ép trục khuỷu 100T

3

2

2

1

4
3

4

1

a. Ép thuận
1. Pistông
2. Xi lanh 3. Kim loại

b. Ép nghịch
4. Khuôn kéo
5. Lõi tạo lỗ

Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý ép kim loại.
Khi ép thanh, thỏi ngƣời ta có thể tiến hành bằng phƣơng pháp ép thuận hoặc ép
nghịch.
+Với ép thuận (a) khi pistông (1) ép, kim loại trong xilanh (2) bị ép qua lỗ hình
c a khn ép (4). Chuyển động ra ngồi cùng chiều chuyển động c a pistơng ép.

C
C

+Với ép nghịch (b), khi pistông (1) ép, kim loại trong xilanh (2) bị ép qua lỗ hình
c a khn ép (4) chuyển động ra ngoài ngƣợc chiều chuyển động c a pistông ép
-Với ép thuận kết cấu đơn giản nhƣng lực ép lớn vì ma sát giữa kim loại và

R
L
T.

thành xilanh làm tăng lực ép cần thiết đồng thời phần kim loại trong xilanh không thể

DU

ép hết lớn (10 đến 12 %), ép nghịch lực ép thấp hơn, lƣợng kim loại cịn lại trong
xilanh ít hơn (6 đến 8%), nhƣng kết cấu ép phức tạp.
-Sơ đồ hình (c) trình bày nguyên lý ép ống, ở đây lỗ ống đƣợc tạo thành nhờ lõi
(5). Phơi ép có lỗ rỗng để đặt lõi (5), khi pistông (1) ép, kim loại bị đẩy qua khe hở
giữa lỗ hình c a khn (4) và lõi tạo thành ống.
Hệ số ép



s0
s1

Trong đó: s0, s1 là tiết diện phôi trƣớc và sau khi ép, thông thƣờng  = 8 đến 50.
b. Khuôn ép.
-Về kết cầu khuôn ép có 3 dạng : Hình cơn (a), hình phễu (b) và hình trụ (c).

a

b

c

Hình 1.10. Kết cấu khn ép
-Khn ép dạng hình cơn có góc ơm thành bên từ 20 đến 300, chiều dài đoạn
hình trụ từ 5 đến 8 mm đƣợc sử dụng nhiều vì kết cấu tƣơng đối đơn giản. Kết cấu
hình phễu, kim loại biến dạng đều hơn nhƣng gia cơng khó khăn, cịn kết cấu hình trụ
dễ gia công nhƣng kim loại biến dạng qua khuôn khó hơn.

Sinh viên: Trần Văn Sỹ

Hƣớng dẫn : ThS. Lƣu Đức Hòa

Trang: 14


Thiết kế máy ép trục khuỷu 100T

-Vật liệu chế tạo khuôn là thép hợp kim chứa W, V, Mo, Cr, ... hoặc hợp kim
cứng.
c. Đặc điểm và ứng dụng.
-Ép là phƣơng pháp sản xuất các thanh thỏi có tiết diện định hình có năng suất cao,
độ chính xác và độ nhẵn bề mặt cao trong quá trình ép, kim loại ch yếu chịu ứng suất
nén nên tính dẻo tăng, do đó có thể ép đƣợc các sản phẩm có tiết diện ngang phức tạp.
-Nhƣợc điểm c a phƣơng pháp là kết cấu ép phức tạp khuôn ép yêu cầu chống mòn
cao.
-Phƣơng pháp này đƣợc áp dụng rộng rãi để chế tạo các thỏi kim loại màu có
đƣờng kính từ 5 đến 200 mm, các ống có đƣờng kính ngồi đến 800 m, chiều dày từ
1,5 đến 8 mm và một số profin khác.
d. Một số sản phẩm ép.

C
C

R
L
T.

DU

Hình 1.11. Sản phẩm ép

1.3.4 Rèn tự do.
a. Thực chất.

-Rèn tự do là phƣơng pháp gia công áp lực mà kim loại biến dạng khơng bị
khống chế bởi một mặt nào khác ngồi bề mặt tiếp xúc giữa phôi kim loại với bề mặt
gia công búa và đe. Dƣới tác động c a lực P do búa (1) gây ra và phản lực N từ đe (3),
khối kim loại (2) biến dạng, sự biến dạng chỉ khống chế bởi hai mặt trên và dƣới, cịn
các mặt xung quanh hồn tồn tự do.

1

P

2
3

N

1. Đe trên

2. Phơi rèn

3. Đe dưới

Hình 1.12 Sơ đồ rèn
Sinh viên: Trần Văn Sỹ

Hƣớng dẫn : ThS. Lƣu Đức Hòa

Trang: 15


Thiết kế máy ép trục khuỷu 100T

b. Đặc điểm và dụng cụ rèn tự do.
●Đặc điểm:
+ Độ chính xác, độ bóng bề mặt chi tiết khơng cao, năng suất thấp.
+ Chất lƣợng và tính chất c a kim loại từng phần chi tiết khó đảm bảo
giống nhau nên chỉ gia công các chi tiết đơn giản hay các bề mặt khơng định hình.
+ Chất lƣợng sản c a sản phẩm phụ thuộc tay nghề c a công nhân.
+ Thiết bị và dụng cụ rèn tự do đơn giản.
+ Rèn tự do đƣợc dùng rộng rãi trong sản xuất đơn chiếc hay hàng loạt nhỏ.
Ch yếu dùng sửa chữa thay thế.
●Dụng cụ :
+Nhóm 1: Là những dụng cụ cơng nghệ cơ bản nhƣ các loại đe, búa, bàn là, bàn
tóp, sấn, chặt, mũi đọt,...
+Nhóm 2: Là những dụng cụ kẹp chặt nhƣ các loại kìm, êtơ và các cơ cấu kẹp

C
C

chặt khác.
+Nhóm 3: Là những dụng cụ kiểm tra và đo lƣờng : êke, thƣớc cặp (đo trong, đo
ngoài, đo chiều sâu), các loại compa.
c. Thiết bị rèn tự do.

R

L
T.

DU

Thiết bị rèn tự do bao gồm: Thiết bị gây lực, thiết bị nung, máy cắt phôi, máy
nắn thẳng, máy vận chuyển.v.v... Rèn tự do có thể tiến hành bằng tay hoặc bằng
máy. Rèn tay ch yếu dùng trong sản xuất sửa chữa, trong các phân xƣởng cơ khí
ch yếu là rèn máy.
Theo đặc tính tác dụng lực, các máy dùng để rèn tự do đƣợc chia ra: máy tác
dụng lực va đập (máy búa), máy tác dụng lực t nh (máy ép). Trong đó, máy búa hơi
là thiết bị đƣợc sử dụng nhiều nhất. Máy búa hơi có hai xi lanh, một xi lanh khí (5)
và một xi lanh búa (9). Giữa hai xi lanh có van phân phối khí (7) để điều khiển sự
cấp khí nén từ xi lanh nén sang xi lanh đầu búa.

Sinh viên: Trần Văn Sỹ

Hƣớng dẫn : ThS. Lƣu Đức Hòa

Trang: 16