THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP XÂY DỰNG 3992302.pdf

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP XÂY DỰNG
LêI NãI §ÇU
C«ng nghÖ chÕ t¹o m¸y lµ mét ngµnh then chèt, nã ®ãng vai trß quyÕt ®Þnh trong sù
nghiÖp c«ng nghiÖp hãa vµ hiÖn ®¹i hãa ®©t níc. NhiÖm vô cña c«ng nghÖ chÕ t¹o m¸y lµ
chÕ t¹o ra çc s¶n phÈm c¬ khÝ cho mäi lÜnh vùc cña kinh tÕ quèc d©n, viÖc ph¸t triÓn
ngµnh c«ng nghÖ chÕ t¹o m¸y lµ mèi quan t©m cña §¶ng vµ nhµ níc ta.
Ph¸t triÓn nghµnh c«ng nghÖ chÕ t¹o m¸y ph¶i ®îc tiÕn hµnh ®ång thêi víi viÖc ph¸t
triÓn nguån nh©n lùc vµ ®Çu t çc trang thiÕt bÞ hiÖn ®¹i. ViÖc ph¸t triÓn nguån nh©n lùc lµ
nhiÖm vô träng t©m cña çc trêng ®¹i häc.
HiÖn nay, trong çc nghµnh kinh tÕ nãi chung vµ nghµnh c¬ khÝ nãi riªng ®ßi hái kü
s c¬ khÝ vµ çn bé kü thuËt c¬ khÝ ph¶i cã kiÕn thøc t¬ng ®èi réng, ®ång thêi ph¶i biÕt vËn
dông nh÷ng kiÕn thøc ®ã ®Ó gi¶i quyÕt nh÷ng vÊn ®Ò cô thÓ thêng gÆp trong s¶n xuÊt.
§å ¸n c«ng nghÖ chÕ t¹o m¸y cã vÞ trÝ quan träng trong ch¬ng tr×nh ®µo t¹o kü s vµ
çn bé kü thuËt vÒ thiÕt kÕ, chÕ t¹o çc lo¹i m¸y vµ çc thiÕt bÞ c¬ khÝ phôc vô çc ngµnh
kinh tÕ nh c«ng nghiÖp, n«ng nghiÖp, giao th«ng vËn t¶i, ®iÖn lùc...v.v.
Sau mét thêi gian t×m hiÓu vµ sù híng dÉn nhiÖt t×nh cña thầy TRẦN XUÂN TÙY
®Õn nay chóng em ®· hoµn thµnh ®å ¸n tèt nghiÖp c«ng nghÖ chÕ t¹o m¸y. Trong qu¸ tr×nh
thiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n tÊt nhiªn sÏ cã nh÷ng sai sãt do thiÕu thùc tÕ vµ kinh nghiÖm thiÕt kÕ,
chóng em rÊt mong ®îc sù chØ b¶o cña thÇy c« gi¸o trong bé m«n c«ng nghÖ chÕ t¹o m¸y
vµ sù ®ãng gãp ý kiÕn cña çc b¹n ®Ó trong thùc tÕ sau nµy ®îc hoµn thiÖn h¬n.
Chóng em xin ch©n thµnh c¶m ¬n.
Ngµy.... th¸ng .... n¨m 2014.
Sinh viªn : Lê Thanh Trí Thức
CHƯƠNG 1
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH CÁN KIM LOẠI
1.1 CẤU TẠO CỦA KIM LOẠI
1.1.1 Khái niệm và đặc điểm của kim loại
a) Khái niệm
Kim loại là vật thể sáng, dẻo, có thể rèn được, có tính dẫn nhiệt và dẫn điện cao.
SVTH: LÊ THANH TRÍ THỨC Trang 1

Bất cứ kim loại nào bề mặt chưa bị ô xy hóa đều có vẽ lấp lánh sáng ta thường gọi là
ánh kim. Hầu hết các kim loại đều dẻo, có thể kết sợi, dát mỏng dễ dàng, dẫn điện và dẫn
nhiệt tốt. Tuy vậy không phải kim loại nào của thỏa mãn tất cả các tính chất trên.
Tiêu chuẩn để phân biết kim loại với phi kim, là hệ số nhiệt độ của điện trở. Kim loại có
hệ số nhiệt độ của điện trở dương còn phi kim loại thì có hệ số âm( khi điện trở tăng thì
nhiệt độ giảm).
b) Phân loại kim loại
Trong thực tế tồn tại nhiều phương pháp phân loại, đây là một trong những phương
pháp thường dùng nhất:
- Phân loại theo khối lượng riêng: Kim loại được chia làm 2 nhóm: Kim loại nhẹ và
kim loại nặng.
Kim loại nặng là kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5g/cm3
. Ví dụ như sắt (
γ
=7,8), vàng (
γ
=19,5), thủy ngân (
γ
=13,1)…
Kim loại nhẹ là các kim loại có khối lượng riêng nhỏ hơn 5g/cm3
. Ví dụ như nhôm (
γ
=2,7), titan (
γ
=4,5), mangan (
γ
=1,73)…
- Phân loại theo nhiệt độ chảy: Kim loại được chia là hai nhóm:
Kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao: Sắt (1539 độ C), vonfram (3410 độ C)….
Kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp: Chì (327 độ C), nhôm (657 độ C), stibi (631 độ C)
…
- Theo tính chất hoạt động:
Kim loại kiềm: natri, kali, liti…
Kim loại chuyển tiếp: sắt, crom, mangan, vanadi…
c) Các tính chất của kim loại
Trong phần này ta chỉ nghiên cứu các tính chất được sử dụng trong cơ khí là chủ yếu.
Ngoài ra còn xem xét thêm một vài tính chất khác.
- Cơ tính
Nhiều kim loại có cơ tính tổng hợp tốt, thỏa mản các yêu cầu chế tạo trong cơ khí.
Nhưng trong thực tế, hầu như không sử dụng kim loại nguyên chất mà chủ yếu là dùng
hợp kim. Cơ tính của kim loại và hợp kim được đánh giá bằng những chi tiêu sau đây:
Độ bền tĩnh: Xác định bằng giới hạn bền
b
σ
, giới hạn chảy
c
σ
, và giới hạn đàn hồi
dh
σ
. Đơn vị theo hệ SI là N/m2
, nhưng đơn vị này quá nhỏ nên thường dùng MN/m2
hay
Mpa ( trong thực tế hay dùng KG/mm2
).
Độ cứng: Được xác định bằng các loại độ cứng Brinen (HB), Rockwell ( HRA, HRB,
HRC) và Vicker (HV)

Hình 5
Độ dẻo: Xác định bằng độ dãn dài tương đối
δ
% và độ thắt tỉ đối
ψ
%.
Độ dai: Xác định bằng công phá hủy một đơn vị tiết diện mẩu, thường ký hiệu ak ,
đơn vị đo kg/m2
.
- Lý tính: Các tính chất vật lý kim loại củng được ứng dụng rất phổ biến: Làm dây dẫn,
nam châm, vật liệu dẫn nhiệt…
- Hóa tính: Các kim loại thường tác dụng mạnh với các nguyên tố phi kim loại và bị phá
hủy trong không khí ẩm.
- Tính công nghệ: là khả năng chịu các dạng gia công: Đúc, rèn, dập, cán, cắt gọt…Một
kim loại không thể đồng thời có tất cả các tính công nghệ đều tốt. Ví dụ, nếu đúc tốt thì
dập sẽ kém…Kim loại dù rất quý, nhưng nếu tính công nghệ xấu thì không thể sự dụng
trong lĩnh vực cơ khí.
1.2 CÁ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍNH DẺO CỦA KIM LOẠI
1.2.1 Ảnh hưởng của ứng suất chính.
Ứng suất chính tạo ra ứng suất pháp và ứng suất tiếp trên vật thể. Ứng suất pháp có
tác dụng làm nén hoặc kéo dãn các khoảng cách giữa các ô mạng tinh thể, còn ứng suất
tiếp có tác dụng làm xô lệch mạng mạng tạo ra biến dạng dẻo trong kim loại.
Trạng thái ứng suất nén hoặc kéo củng ảnh hưởng đến tính dẻo. Người ta nhận thấy
rằng vật gia công chịu trạng thái nén có tính dỏe cao hơn ở trạng thái kéo do đó ở trạng
thái nén khối kim loại có tính dẻo cao nhất khi chịu trạng thái kéo khối.
Hình 1.1: Theo chiều tính dẻo tăng dần.
1.2.2 Ảnh hưởng của thành phần hóa học và tổ chức kim loại
Các nguyên tố hợp kim gây cản trở quá trình trượt và song tinh vì vậy làm cho tính
dẻo của kim loại kém đi.
Thành phần cacbon trong thép càng tăng tính dẻo của kim loại càng giảm.
Các nguyên tố tạp chất như P,S củng ảnh hưởng đến tính dẻo khi nung nóng và làm
lạnh. S là nguyên tố gây bở nóng trong thép, còn phốt pho làm thép bở nguội.
Tổ chức kim loại hạt mịn và đều củng làm kim loại dẻo hơn.
1.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ và tốc độ biến dạng.
Khi nhiệt độ tăng, tính trật tự của các nguyên tử giảm, năng lượng để làm trượt các
nguyên tử củng giảm đi hay nói cách khác khi nhiệt độ tăng tính dẻo tăng.
Một số kim loại, khi nung nóng còn có sự chuyển biến thù hình từ mạng lập phương
tâm khối sang mạng lập phương tâm mặt, làm quá trình biến dạng dẻo xảy ra dễ dàng
hơn.

Tốc độ biến dạng củng ảnh hưởng đến tính dẻo của kim loại. Khi tốc độ biến mềm
hơn tốc độ biến cứng kim loại trở nên dẻo hơn.
1.3 CÁC ĐỊNH LUẬT ÁP DỤNG TRONG GIA CÔNG ÁP LỰC
1.3.1 Định luật về sự tồn tại biến dạng đàn hồi trong quá trình biến dạng dẻo.
Biến dạng dẻo kim loại, đồng thời với biến dạng dẻo có xảy ra biến dạng đàn hồi.
Quan hệ giữa lực và biến dạng khi biến dạng đàn hồi tuân theo qui luật Huc.
Do đó kích thước chi tiết sau khi gia công khác với kỹ thuật của chi tiết đang gia
công.
1.3.2 Định luật về sự tồn tại ứng suất dư
Trong bất cứ một kim loại biến dạng nào cũng được sinh ra một ứng suất dư cân bằng
nhau.
Ứng suất dư này tồn tại bên trong vật thể sau khi biến dạng làm giảm tính dẻo, độ bền
và độ dai va chạm làm cho vật thể biến dạng hoặc phá hủy. Khi phân tích ứng suất chính
cần tính đến ứng suất dư và khắc phục hậu qủa do nó sinh ra.
1.3.3 Định luật thể tích không đổi
Thể tích của vật thể trước và sau khi cán không biến dạng.
Định luật này có ý nghĩa thực tiễn nó cho biết chiều dài sau khi biến dạng dưới tác
dụng của ngoại lực.
Xét một vật thể có kích thước trước biến dạng và sau biến dạng là:
L0, b0, ho, L1, b1, h1
Ta có: l0.b0.h0=l1.b1.h1
Từ đây: ln
0
1
l
l
+ ln
0
1
b
b
+ ln
0
1
h
h
=0
Ký hiệu: ln
0
1
l
l
= σ1
ln
0
1
b
b
= σ2
ln
0
1
h
h
= σ3
Suy ra:σ1+σ2+σ3=0
(3) Là phương trình điều kiện thể tích không đổi.
Khi tồn tại bằng ứng biến chính thì đầu của ứng biến phải trái dấu với hai ứng biến
kia và có trị số bằng tổng hai ứng biến kia.
1.3.4 Định luật trở lực bé nhất
Trong quá trình biến dạng các chất điểm của vật thể sẽ di chuyển theo phương nào có
trở lực bé nhất. Đường đi của chất điểm xác định theo nguyên tắc:

Hướng di chuyển của một điểm bất kỳ nào trên mặt phẳng thẳng góc với phương của
lực tác dụng sẽ theo hướng thẳng góc với chu vi mặt phẳng ấy.
1.3.5 Định luật đồng dạng
Trong điều kiện biến dạng đồng dạng,hai vật thể có hình dạng hình học đồng dạng
nhau. Nhưng kích thước khác nhau sẽ có áp lực đơn vị biến dạng như nhau:
Nếu gọi a.1,b1,c1,F1,v1 là kích thước diện tích và thể tích của vật thể 1,a2,b,c2,F2,v2 là
của vật thể 2.
Gọi p1, p2, A1, A2 là lực và công biến dạng tác dụng lên vật thể 1 và 2.
2
1
a
a
=
2
1
b
b
=
2
1
c
c
= n ;
2
1
F
F
= n2
;
2
1
v
v
= n3
Theo định luật đồng dạng thì:
2
1
p
p
=n2
;
2
1
A
A
=n3
Định luật này rất quan trọng cho phép ta thử mẫu có kích thước nhỏ đễ xác định các
ảnh hưởng của biến dạng đến tổ chức cơ tính và lý tính kim loại.
1.4 CÁN KIM LOẠI
1.4.1 Thực chất, đặc điểm và các thông số của quá trình cán.
a) Đặc điểm:
Cán kim loại là một trong những phương pháp gia công áp lực nhằm mục đích làm
biến dạng dẻo kim loại giữa hai trục cán quay ngược chiều nhau, có khe hở nhỏ hơn
chiều cao của phôi. Kết quả làm giảm chiều cao tăng chiều dài và chiều rộng của phôi.
Hình dạng của hai trục cán quyết định hình dạng của sãn phẩm cán. Phôi chuyển động
được qua khe hở trục cán là nhờ ma sát giữa hai trục cán với phôi cán.
α
β
Ν
P
Τ
R
Phôi
cán
Tr?c
cán
α
ho
B
B'
A'
A
D
Sãn
ph?m
Hình 1.2 Sơ đồ cán vào Sơ đồ cán thành
b) Đặc điểm.

Quá trình cán mang nhưng đặc điểm chung của quá trình gia công áp lực như: Nâng
cao cơ tính của kim loại, lấp kín các rỗ tế vi trong thỏi đúc, đáp ứng đa số các yêu cầu về
nguyên liệu trong các ngành công nghiệp, xây dựng củng như trong đời sống hằng
ngày…
1.4.2 Điều kiện cán
a) Các thông số của quá trình cán.
- Góc ăn ( góc tiếp xúc)
α
và góc ma sát
β
- Cung ăn ( cung tiếp xúc) AB
- Vùng biến dạng ABB’A’
- Hệ số kéo dài
µ
: Là tỷ số chiều dài( hoặc tỷ số tiết diện) của phôi trước và sau khi
cán
1
0
0
1
F
F
l
l
=
=
µ
Trong đó: + l0 và l1 là chiều dài của phôi và sản phẩm cán.
+ F0 và F1 là tiết diện của phôi và sản phẩm.
- Lượng dãn dài tuyệt đối:
0
1 l
l
l −
=
∆
- Lượng dãn rộng tuyệt đối:
0
1 b
b
b −
=
∆
- Lượng ép tuyệt đối:
1
0 h
h
h −
=
∆
- Mối quan hệ giữa
h
∆
và góc
α
:
)
cos
1
( α
−
=
∆ D
h
b) Điều kiện cán vào và cán thành.
- Điều kiện cán vào.
Cán vào là phôi bắt đầu tiếp xúc với trục cán và được trục cán ngoạm vào để biến
dạng giữa 2 trục cán.
Khi phôi cán tác dụng lên trục cán một lực P sẽ phân thành lực tiếp tuyến T và phản
lực N. Lực ma sát f sinh ra giữa trục cán và phôi được xác định theo biểu thức:
T = N.f với f = tg
β
với
β
là góc ma sát.
Tổng hợp lực P gồm thành phần Px có tác dụng kéo phôi đi vào trục cán trong khi đó
thành phần lực Py có gj ép nén phôi để biến dạng dẻo kim loại.
Dựa vào sơ đồ lực, để kéo được phôi vào thì lực thành phần Px phải đảm bảo điều
kiện: Px> 0 suy ra
β
>
α
.
Kết luận: Để phôi ban đầu được cán vào, góc ma sát phải lơn hơn góc ăn :
β
>
α
.

- Điều kiện cán thành:
- Cán thành là quá trình biến dạng kim loại tiếp tục khi cán vào cho đến khi hình thành
sãn phẩm.
- Khi cán thành, kim loại tiếp xúc toàn bộ cung ăn, tổng hợp lực được đặt tại điểm giữa
của cung ăn.
- Tương tự như điều kiện cán vào, dựa vào sơ đồ lực để cán thành ta có: Px>0 hay
β
>
2
α
.
- Kết luận: Để phôi được cán thành, góc ma sát khi cán thành chỉ cần lớn hơn một nửa
góc ăn
β
>
2
α
.
α
β
Ν
P
Τ
Px
2
α
β
Ν
P
Τ
Px
Hình 1.3Điều kiện cán vào A) và cán thành B)
Trong công nghệ cán, để tránh hiện tượng thừa ma sát khi cán thành, người ta có thể
tạo ra góc vát ban đầu cho phôi hoặc cán hai lần bằng cách điều chỉnh khe hở giữa hai
trục cán, ngoài ra còn có thể dùng các chất tăng ma sát ban đầu hoặc gia công trục cán có
độ nhám cao…
1.5 NUNG KIM LOẠI TRƯỚC KHI CÁN
1.5.1 Mục đích
Nung nóng kim loại trước khi cán nhằm để kim loại đạt tính dẻo cao, trở kháng biến
dạng thấp, để giảm tiêu hao năng lượng khi cán, tăng tuổi thọ và giảm kích thước thiết bị,
để đạt được chất lượng sản phẩm cao, kích thước chính xác, hình dáng phức tạp.

1.5.2 Chất lượng nung
Một vật nung gọi là đạt chất lượng khi nó đạt nhiệt độ nung đồng đều tại mọi điểm và
không bị khuyết tật do nung như: cong, vênh, rạn nứt, chảy, cháy, quá nhiệt, oxy hoá
nhiều, thay đổi thành phần hoá học của kim loại như: thoát cacbon, …
1.5.3 Chế độ nung
Gồm 2 yếu tố là nhiệt độ nung và thời gian nung.
a) Nhiệt độ nung: là nhiệt độ được xác định trên bề mặt vật nung. Tuỳ theo mác kim loại,
điều kiện biến dạng và nhiệt độ kết thúc cán yêu cầu mà xác định nhiệt độ nung hợp lý.
Đối với thép cacbon, dựa trên giản đồ Fe-C để chọn khoảng nhiệt độ gia công và kết
thúc cán cho thích hợp, nhiệt độ này phụ thuộc vào hàm lượng cacbon trong thép.
Trong sản xuất, để xác định khoảng nhiệt độ của các kim loại và các hợp kim thường
tra bảng.
Cũng có thể xác định nhiệt độ nung theo công thức kinh nghiệm như sau:
Tnung= Tnc- (200÷250)0
C
Với Tnc là nhiệt độ nóng chảy của kim loại hoặc hợp kim.
b) Thời gian nung:
Gồm 2 yếu tố là thời gian tăng nhiệt và thời gian giữ nhiệt (đồng nhiệt)
- Thời gian tăng nhiệt: là thời gian cấp nhiệt để đạt nhiệt độ nung trên bề mặt vật nung.
- Thời gian giữ nhiệt: là thời gian để giữ cho nhiệt độ bề mặt không tăng, đồng thời nhiệt
độ bên trong vật nung tăng lên đảm bảo độ chênh lệch nhiệt độ cho phép.
Công thức tổng quát về thời gian nung:
H
C .
.ε
τ =
Trong đó:
C: là hệ số phụ thuộc bản chất kim loại nung, độ dẫn nhiệt của kim loại
ε: là hệ số tính đến điều kiện trao đổi nhiệt
H: là bề dày thấm nhiệt của vật nung
1.5.4 Thiết bị nung kim loại:
Gồm các lò nung sau đây:
a) Lò rèn thủ công:
Loại này đơn giản, rẻ tiền nhưng khống chế được nhiệt độ, năng suất nung thấp, hao
tốn kim loại nhiều, nhiệt độ vật nung không đều, … loại này chỉ phù hợp với dạng sản
xuất nhỏ, thủ công.
b) Lò buồng (lò phản xạ):

Lò này có nhiệt độ khoảng không gian công tác của lò đồng nhất. Là một buồng kín,
khống chế được nhiệt độ nung. Có thể xếp nhiều phôi vào lò, sự hao phí kim loại ít, phôi
không trực tiếp tiếp xúc với nhiên liệu nên nhiệt độ nung khá đồng đều.
Nhược điểm của loại lò này là làm việc theo chu kỳ, tổn thất nhiệt do tính nhiệt cao.
Thích hợp với các phân xưởng sản xuất tương đối lớn.
c) Lò nung liên tục:
Quá trình nung kim loại diễn ra 1 cách liên tục nhờ sự dịch chuyển dần của vật nung
từ cửa vào đến cửa ra của lò.
Loại này thường dùng khi nung thép hợp kim và nung thép cán. Nhiên liệu thường
dùng là khí đốt.
d) Lò nung dùng năng lượng điện:
Thường dùng để nung vật nhỏ, vật quan trọng bằng kim loại màu.
1.5.5 Làm nguội kim loại sau khi cán
Tuỳ theo thành phần hoá học và cấu trúc tế vi của kim loại, chế độ cán, dạng sản
phẩm, yêu cầu về cơ lý tính của sản phẩm, yêu cầu sử dụng sản phẩm mà chọn chế độ
làm nguội thích hợp sau khi cán. Có 4 dạng làm nguội sau:
- Làm nguội bằng không khí: dùng cho kim loại màu và thép cacbon thấp và trung bình.
- Làm nguội chậm trong các lò ủ, dùng cho thép hợp kim.
- Làm nguội tăng dần: làm nguội trong nước sau khi thu sản phẩm.
- Làm nguội nhanh: làm nguội ở nhiệt độ tôi trong môi trường tôi.
1.6 TÌM HIỂU VÀ GIỚI THIỆU VỀ SẢN PHẨM THÉP VẰN
Ngày nay khi nhu cầu về đời sống của con người càng được nâng cao thì nền kinh tế
cần phải kịp thời đáp ứng đầy đủ những nhu cầu như nhu cầu về sử dụng thép trong công
nghiệp. Trong đó ngành công nghiệp, mà đặc biệt là công nghiệp cơ khí nắm vai trò chủ
yếu trong việc tạo ra sản phẩm. Ở một khía cạnh khác, thì ngành công nghiệp cán thép lại
đóng một vai trò chủ chốt, là khâu không thể thiếu được để góp phần tạo ra các sản phẩm,
vật dụng cho các ngành công nhgiệp khác. Mà sản phẩm thép vằn lại đóng vai trò quan
trọng trong lĩnh vực xây dựng .
Thép vằn được sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp xây dựng.Thép vằn được tạo
thành từ quá trình cán kim loại, kim loại được biến dạng giữa hai trục cán quay ngược
chiều nhau, giữa hai trục có hệ thống các lỗ hình và có khe hở giữa hai trục cán nhỏ hơn
chiều dày của phôi ban đầu. Kết quả làm cho tiết diện ngang của phôi thay đổi chiều dài
tăng lên, tạo thành lỏi thép.

Cán thép vằn có thể được tiến hành ở trạng thái nóng hoặc nguội, với mỗi phương
pháp đều có những ưu nhược điểm khác nhau. Thép vằn được phân loại theo đường kính
danh nghĩa của thép: bao gồm thép vằn No
12, No
14, No
16 …
Hình dạng sản phẩm như sau: (hình 1.1)
Các thông số của sản phẩm:
d1: đường kính ngoài của thép vằn (mm)
d: đường kính trong của thép vằn (mm)
S: khe hở giữa hai trục cán
⇒ Đường kính danh nghĩa của thép vằn:
dd =
)
(
16
2
5
,
14
5
,
17
2
1
mm
d
d
=
+
=
+
Thép vằn được cán theo dung sai âm:
dd =
3
,
0
5
,
0
+
−
d
d
(mm)
Bảng 1.1.Thông số cho các cở thép như sau:
Sản phẩm d(mm)
d
1
(mm)
dd (mm) a(mm)
Hình 1.4 Sản phẩm thép
vằn

Ø12 10,5 13,5 12 2
Ø14 12,5 15,5 14 2
Ø16 14,5 17,5 16 2
Ø18 16,5 19,5 18 2
Ø20 18,5 21,5 20 2
Từ sự phân loại đó ta có các dạng thép rằn có kích thước khác nhau để phù hợp với
nhu cầu sử dụng ở mỗi lĩnh vực khác nhau.
Trước đây do nhu cầu chất lượng cuộc sống còn thấp, công nghệ chưa phát triển, vấn
đề sử dụng thép rằn chưa được quan tâm nhiều. Mặt khác do công nghệ cán thép còn lạc
hậu, mang tính chất thủ công chưa được công nghiệp hóa hiện đại hóa như ngày nay, nên
tạo ra sản phẩm thép rằn rất khó khăn.
Ngày nay do nhu cầu cuộc sống cao nên sản phẩm thép rằn không thể thiếu được
trong công cuộc đổi mới đất nước, mà đặc biệt là nó được sử dụng nhiều trong ngành
công nghiệp xây dựng. Nó được dùng để làm các kết cấu bê tông cốt thép khi xây dựng
nhà cửa, cầu hầm, mái che ở các sân vận động …
Do nhu cầu sử dụng thép rằn như đã nêu trên, nên cần thiết phải có những máy cán
thép với năng suất cao. Đủ khả năng để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của nền công
nghiệp nói riêng cũng như nền kinh tế nói chung, để góp phần vào sự nghiệp công nghiệp
hóa hiện đại hóa của nước nhà, đưa đất nước ngày càng phát triển.Do đó ngành cơ khí là
một nhân tố không thể thiếu được trang bị hoàn thiện máy móc để đáp ứng nhu cầu nói
trên.

CHƯƠNG 2
TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT KẾ LỖ HÌNH TRỤC CÁN
2.1 SẢN PHẨM CÁN
2.1.1 Thép hình
Là loại thép đa hình được sử dụng rất nhiều trong ngành Chế tạo máy, xây
dựng, cầu đường... và được phân thành 2 nhóm:
a) Thép hình có tiết diện đơn giản
Bao gồm thép có tiết diện tròn, vuông, chữ nhật, dẹt, lục lăng, tam giác, góc..
Hình 2.1 Các loại thép hình đơn giản.
Thép tròn có đường kính
φ
= 8
÷
200 mm, có khi đến 350 mm.
Thép dây có đường kính
φ
= 5
÷
9 mm và được gọi là dây thép, sản phẩm
được cuộn thành từng cuộn.
Thép vuông có cạnh a = 5
÷
250 mm.
Thép dẹt có cạnh của tiết diện: h x b = (4
÷
60) x (12
÷
200) mm2
Thép tam giác có 2 loại: cạnh đều và không đều:
+Loại cạnh đều: (20 x20 x 20) ữ (200 x 200 x 200).
+ Loại cạnh không đều: (30 x 20 x 20) x (200 x 150 x 150)
b) Thép hình có tiết diện phức tạp: Đó là các loại thép có hình chữ I, U, T,
thép đường ray, thép hình đặc biệt.
Hình 2.2 Các loại thép hình phức tạp
2.1.2 Thép tấm
Được ứng dụng nhiều trong các ngành chế tạo tàu thuỷ, ô tô, máy kéo, chế
tạo máy bay, trong ngày dân dụng. Chúng được chia thành 3 nhóm:

a) Thép tấm dày: S = 4
÷
60 mm; B = 600
÷
5.000 mm; L = 4000
÷
12.000 mm
b) Thép tấm mỏng: S = 0,2
÷
4 mm; B = 600
÷
2.200 mm.
c/ Thép tấm rất mỏng (thép lá cuộn): S = 0,001
÷
0,2 mm; B = 200
÷
1.500 mm; L =
4000
÷
60.000 mm.
2.1.3 Thép ống
Được sử dụng nhiều trong các ngàng công nghiệp dầu khí, thuỷ lợi, xây
dựng... Chúng được chia thành 2 nhóm:
a) ống không hàn: là loại ống được cán ra từ phôi thỏi ban đầu có đường
kính
φ
= 200
÷
350 mm; chiều dài L = 2.000
÷
4.000 mm.
b) ống cán có hàn: được chế tạo bằng cách cuốn tấm thành ống sau đó cán
để hàn giáp mối với nhau. Loại này đường kính đạt đến 4.000
÷
8.000 mm; chiều
dày đạt đến 14 mm.
1.1.4. Thép có hình dáng đặc biệt
Thép có hình dáng đặc biệt được cán theo phương pháp đặc biệt: cán bi, cán
bánh xe lửa, cán vỏ ô tô và các loại có tiết diện thay đổi theo chu kỳ.
Hình 2.3 Thép có hình dạng đặc biệt
2.2 MÁY CÁN
2.2.1 Các bộ phận chính của máy cán

Hình 2.4 Sơ đồ máy cán
I- nguồin động lực; II- Hệ thống truyền động; III- Giá cán
1: Trục cán; 2: Nền giá cán; 3: Trục truyền; 4: Khớp nối trục truyền;
5: Thân giá cán; 6: Bánh răng chữ V; 7: Khớp nối trục; 8:Giá cán; 9:
Hộp phân lực; 10: Hộp giảm tốc; 11: Khớp nối; 12: Động cơ điện
Máy cán gồm 3 bộ phận chính dùng để thực hiện quá trình công nghệ cán.
a) Giá cán: là nơi tiến hành quá trình cán bao gồm: các trục cán, gối, ổđỡ trục cán, hệ
thống nâng hạ trục, hệ thống cân bằng trục,thân máy, hệ thốngdẫn phôi, cơ cấu lật trở
phôi ...
b) Hệ thống truyền động: là nơi truyền mômen cho trục cán, bao gồm hộpgiảm tốc, khớp
nối, trục nối, bánh đà, hộp phân lực.
c) Nguồn năng lượng: là nơi cung cấp năng lượng cho máy, thường dùngcác loại động
cơ điện một chiều và xoay chiều hoặc các máy phát điện.
2.2.2 Phân loại máy cán
Các loại máy cán được phân loại theo công dụng, theo số lượng và phươngpháp bố trí
trục cán, theo vị trí trục cán.
a) Phân loại theo công dụng:
- Máy cán phá: dùng để cán phá từ thỏi thép đúc gồm có máy cán phôi thỏiBlumin và máy
cán phôi tấm Slabin.
- Máy cán phôi: đặt sau máy cán phá và cung cấp phôi cho máy cán hình và
- Máy cán hình cỡ lớn: gồm có máy cán rayưdầm và máy cán hình cỡ lớn.
- Máy cán hình cỡ trung.
- Máy cán hình cỡ nhỏ (bao gồm cả máy cán dây thép).
- Máy cán tấm (cán nóng và cán nguội).

- Máy cán ống.
- Máy cán đặc biệt.
c) Phân loại theo cách bố trí giá cán
Hình 2.5 Phân loại máy cán theo cách bố trí giá cán
a.máy cán đơn, b.máy cán một hàng, c.máy cán hai cấp, d.máy cán nhiều cấp,
e.máy cán bán liên tục, f.máy cán liên tục.
- Máy có một giá cán (máy cán đơn a): loại này chủ yếu là máy cán phôi thỏi Blumin hoặc
máy cán phôi 2 hoặc 3 trục.
- Máy cán bố trí một hàng (b) được bố trí nhiều lỗ hình hơn.
- Máy cán bố trí 2 hay nhiều hàng (c, d) có ưu điểm là có thể tăng dần tốc độ cán ở các giá
sau cùng với sự tăng chiều dài của vật cán.
- Máy cán bán liên tục (e): nhóm giá cán thô được bố trí liên tục, nhóm giá cán tinh được
bố trí theo hàng. Loại này thông dụng khi cán thép hình cỡ nhỏ.
- Máy cán liên tục (f): các giá cán được bố trí liên tục , mỗi giá chỉ thực hiện một lần cán.
Đây là loại máy có hiệu suất rất cao và ngày càng được sử dụng rộng rãi. Bộ truyền động
của máy có thể tập trung, từng nhóm hay riêng lẻ.
Trong máy cán liên tục phải luôn luôn đảm bảo mối quan hệ:
F1 .v1 = F2 .v2 = F3 .v3 = F4 .v4 .... = F .v ; trong đó F và v là tiết diện của vật cán và vận
tốc cán của các giá cán tương ứng.
c) Phân loại theo số lượng và sự bố trí trục cán
- Máy cán 2 trục đảo chiều: sau một lần cán thì chiều quay của trục lại được quay ngược
lại. Loại này thường dùng khi cán phá, cán phôi, cán tấm dày.
- Máy cán 2 trục không đảo chiều: dùng trong cán liên tục, cán tấm mỏng.
- Máy cán 3 trục: có loại 3 trục cán có đ-ờng kính bằng nhau và loại 3 trục thì 2 trục bằng
nhau còn trục giữa nhỏ hơn gọi là máy cán Layma.
- Máy cán 4 trục: gồm 2 trục nhỏ làm việc và 2 trục lớn dẫn động được dùng nhiều khi cán
tấm nóng và nguội.

Hình 2.6 Các loại giá cán
a: Giá cán 2 trục; b: giá cán 3 trục; c: Giá cán 3 trục lauta; d: Giá cán 4 trục
- Máy cán nhiều trục: Dùng để cán ra các loại thép tấm mỏng và cực mỏng.
- Máy có 6 trục, 12 trục, 20 trục v.v... có những máy đ-ờng kính công tác nhỏ đến 3,5 mm
để cán ra thép mỏng đến 0,001 mm.
- Máy cán hành tinh: Loại này có nhiều trục nhỏ tựa vào 2 trục to để làm biến dạng kim
loại. Máy này có công dụng là cán ra thành phẩm có chiều dày rất mỏng từ phôi dày; Mỗi
một cặp trục nhỏ sau mỗi lần quay làm chiều dày vật cán mỏng hơn một tý. Vật cán đi
qua nhiều cặp trục nhỏ thì chiều dày mỏng đi rất nhiều. Phôi ban đầu có kích th-ớc dày S
= 50
÷
125 mm, sau khi qua máy cán hành tinh thì chiều dày sản phẩm có thể đạt tới 1
÷
2 mm.
Hình 2.7 Sơ đồ máy cán hành tinh
1: Lò nung liên tục; 2: Trục cán phá (chủ động); 3: Máy dẫn phôi
(dẫn hướng); 4: Trục cán hành tinh; 5: Trục tựa; 6: Trục là sản phẩm.
- Máy cán vạn năng: loại này trục cán vừa bố trí thẳng đứng vừa nằm
ngang. Máy dùng khi cán dầm chữ I, máy cán phôi tấm ...
- Máy cán trục nghiêng: dùng khi cán ống không hàn và máy ép đều ống
2.4 LỖ HÌNH TRỤC CÁN

2.4.1 Khái niệm về lỗ hình trục cán
Tất cả các loại thép hình có tiết diện đơn giản như thép tròn, vuông, chữ nhật v.v...và
có biên dạng phức tạp như thép chữ I, U, thép đường ray v.v... đều được cán trên các trục
đã được tạo các rãnh có biên dạng tương ứng. Biên dạng rãnh của 2 hay 3, 4 trục tạo
thành một biên dạng “calip” gọi là lỗ hình trục cán.
Hình 2.9 a) 2 trục; b) 3 trục; c) 4 trục
Trong công nghệ cán thép tấm thì quá trình cán được tiến hành trên trục không tạo
rãnh (trục phẳng) song việc xác định chế độ ép, phân bố lượng ép và tính toán xác định
biên dạng trục cán để đạt được sản phẩm có chiều dày đồng đều cũng được 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.
2.4.2 Các thông số cơ bản của lỗ hình
Thông số cơ bản của lỗ hình chính là các đại lượng cần tính toán để tạo nên
lỗ hình, nó tuỳ thuộc vào hình dạng các lỗ hình:
a) Lỗ hình hộp chữ nhật
Hình 2.10 Lỗ hình hộp chữ nhật .
h. chiều cao lỗ hình
b. chiều rộng đáy lỗ hình
B. chiều rộng miệng lỗ hình
ψ
.độ nghiêng thành bên lỗ hình
h1.chiều sâu rãnh lỗ hình

r1.bán kính lượn vành trục
r .bán kính lượn ở đáy lỗ hình
Độ nghiêng thành bên lỗ hình
ψ
còn gọi là lượng thoát phôi khi cán và được 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
ψ
không những tạo cho phôi ra vào lỗ hình dể dàng mà
còn tạo điều kiện để phục hồi lại đúng kích thước ban đầu khi phục hồi lại trục. Độ
nghiêng thành bên lỗ hình
ψ
có thể chọn từ 1
÷
10% hoặc lớn hơn.
Bán kính góc lượn r và r1 nhằm loại trừ sự tập trung ứng suất trong trục cán đồng
thời tránh góc nhọn cho vật cán do đó tránh được bavia, nứt rạn do rách góc
khi nhiệt độ thấp và giảm tính dẻo.
Có thể chọn: r = (0,1
÷
0,15)h; r1 = t.
b) Lỗ hình thoi
Đối với lỗ hình thoi và lỗ hình vuông thì bán kính lượn r1 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 lượn có thể điều chỉnh được chiều cao và chiều rộng của lỗ hình.
h - chiều cao lỗ hình không có bán kính lượn.
h - chiều cao lỗ hình có bán kính lượn
b - chiều rộng hình thoi
b1 - chiều rộng miệng lỗ hình
r và r1 -các bán kính lượn
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.
Lỗ hình vuông Lỗ hình thoi.
Hình 2.11 Lỗ hình ô van
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:

Hình 2.12 Các thông số cơ bản của lỗ hình ôvan
a. Ôvan một bán kính; b. Ôvan hai bán kính; c. Ôvan bằng
d) Lỗ hình tròn
Thông thường lỗ hình tròn có một đường kính d, song cũng có một số trường hợp khi
cán các loại sản phẩm lớn thì lỗ hình tròn được thiết kế theo 2 đường kính: đường kính
thẳng đứng d và đường kính nằm ngang d1:
Hình 2.13 Lỗ hình tròn
2.4.3 Cách phân loại lỗ hình
a) Phân loại theo trục cán
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 được dần hình dáng về
gần với hình dáng của sản phẩm.
Lỗ hình trước thành phẩm: tác dụng khống chế được kích thước của thành phẩm
Lỗ hình tinh: cho ra kích thước 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 đường phân chia khe hở giữa
2 trục cán x-x nằm trong phạm vi rãnh của trục cán dù cho rãnh được gia công trên một
hay 2 trục.
Hình 2.14 Lỗ hình hở

Lỗ hình kín : có đường phân chia khe hở giữa 2 trục cán xưx nằm ngoài phạm vi rãnh
lỗ hình được cấu tạo bởi một phần lồi và một phần rãnh của 2 trục cán.
Hình 2.15 Lỗ hình kín
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 được cấu tạo ở thành bên của lỗ hình.
Hình 2.16 Lỗ hình nữa kín
2.4.4 Sắp xếp và bố trí lỗ hình trên trục cán
Giá cán 3 trục thường gặp nhiều ở máy cán hình bố trí hàng, nó làm nhiệm vụ cán
phá, cán thô. Hệ lỗ hình thường dùng ở các giá này là hệ lỗ hình hộp chữ nhật - vuông
hoặc thoi ư vuông tùy theo kích thước phôi.
Bố trí lỗ hình trên giá 3 trục có hai cách: xen kẽ và lên xuống.
a) Bố trí xen kẽ
Theo cách bố trí này thì trên một chiều dài của trục cán chỉ xếp được ít lỗ hình.
Nhưng nếu dùng một bộ trục cán 4 trục: một trục trên, một trục dưới và hai trục giữa để
phối lỗ hình thì vẫn có thể tiết kiệm được trục cán. Bố trí xen kẽ thì thiết kế lỗ hình sẽ
đơn giản.
Hình 2.17 Bố trí lỗ hình xen kẽ
b) Bố trí lên xuống:
Trong cách bố trí này thì trục giữa được dùng chung cho trục trên và trục dưới, do đó
bố trí được nhiều lỗ hình, quá trình lật thép được thực hiện ở lỗ hình dưới. Sử dụng cách
bố trí lên xuống thì khi thiết kế lỗ hình sẽ phức tạp hơn.

Hình 2.18 Bố trí lỗ hình lên xuống
2.4.5 Các đại lượng biến dạng khi thiết kế lỗ hình
a) Hệ số biến dạng
Trong lý thuyết cán đã trình bày về các đại lượng biến dạng khi thiết kế lỗ hình:
h
H
=
η
B
b
=
β
L
l
=
µ
Nếu hệ số giãn dài sau một lần cán là:
µ
=
=
L
l
f
F
1
Nếu quá trình cán phải qua nhiều lần (n) cán, để có được sản phẩm cuối cùng thì hệ số
giãn dài
µ
gọi là tổng lượng biến dạng
n
f
F
=
∑
µ
qua mỗi lần biến dạng, diện tích tiết
diện lần lượt giảm dần và ta lần lượt có các hệ số giãn dài tương ứng:
1
1
f
F
=
µ
;
2
2
f
F
=
µ
; …….;
n
n
N
f
F 1
−
=
µ
Vậy:
n
n
n
n f
f
f
f
f
F
f
F
µ
µ
µ
µ ......
.
......
. 2
1
1
2
1
1
=
=
=
∑
−
Lấy giá trị trung bình cho lượng giãn dài ta được:
n
TB
n
f
F
µ
µ =
=
∑
hoặc
∑
= µ
µTB
Trị số hệ số giãn dài trung bình là một đại lượng đặc trưng cho cường độ biến dạng,
mức sử dụng phụ tải của thiết bị, sự tiêu hao năng lượng 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 (
1
µ
,
2
µ
,
3
µ
..) phụ thuộc vào nhiều yếu tố chủ yếu là lực ép, lượng 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 thư ờng xuất phát từ điều kiện công nghệ như: vật liệu
và kích thước cho trước (phôi và sản phẩm cần có). Vì vậy, chúng ta có thể tìm được số
lần biến dạng từng phần n:
n
TB
n
f
F
µ
=
→ TB
n
f
F
n
µ
lg
lg
lg −
=
b)Sự liên hệ giữa các đại lượng biến dạng
Từ sơ đồ như hình …..có thể xác định được mối
liên hệ giữa các đại lượng biến dạng:
Lg = R.
α
;
h
R
lg ∆
= .
Với :
α
: góc ăn kim loại
Lg : Độ dài cung tiếp xúc trên trục
cán
R: Bán kính làm việc của trục cán
Khi góc ăn kim loại
α
nhỏ, ta có:
h
R
R ∆
≈ .
.α
R
h
∆
=
α
Từ hình ta có:
D
h
∆
−
=1
cosα
Hoặc:
)
cos
1
(
max α
−
=
∆ D
h
Với:
:
h
∆
lượng biến dạng
Vì góc ăn kim loại cực đại
max
α
xuất phát từ điều kiện ma sát trên bề mặt tiếp xúc:
max
2
max
1
1
cos
α
α
tg
+
=
2
max
1
1
cos
f
+
=
α
Hình 2.19 Các thông số của quá
trình cán

Suy ra:








+
−
=
∆
2
max
1
1
1
f
D
h
Để xác định sơ bộ lực ép cực đại có thể dùng các biểu thức đơn giản hơn:
2
2
max
max .
. f
R
R
h =
=
∆ α
2.4.6 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 lượng kim loại và các yếu tố khác.
- Xác định số lần cán (chế độ ép) phải xuất phát từ khả năng trục cán ăn được vào kim loại
(góc ăn
α
). Trong trường 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...
- Xác định lượng ép
µ
ở những lần cán đầu tiên theo góc ăn a cho phép, các lần cán sau
phải xem xét theo độ bền trục, công suất động cơ, chất lượng sản phẩm.
- Xác định lượng ép ở lỗ hình tinh và trước tinh theo điều kiện biến dạng trong lỗ hình để
đạt được độ chính xác của sản phẩm và điều kiện mài mòn lỗ hình.
Cụ thể như sau:
+ Với lỗ hình tinh:
µ
= 1,1
÷
1,2
+ Với lỗ hình trước tinh:
µ
= 1,25
÷
1,35
- Xác định kích thước phôi ban đầu trên cơ sở dung sai âm
∆
cho phép và xác định như
sau:
+ Kích thước phôi ở trạng thái nguội ang:
ang = a -
∆
/2
+ Kích thước phôi ở trạng thái nóng an:
An = (a -
∆
/2).(1,012
÷
1,015) (mm)
- Thiết kế lỗ hình trục cán phải xuất phát từ kích thước sản phẩm. Kích thước lỗ hình sẽ là
kích thước sản phẩm theo tiêu chuẩn có xét đến hệ số nở nóng của thép. Ví dụ với thép
tròn có đường kính
±
d
, phụ thuộc vào dung sai kích thước để tính kích thước sản phẩm
dn ở trạng thái nóng.
- Tính toán lượng giãn rộng b trong lỗ hình phải chính xác. Khoảng trống của lỗ hình dàng
cho giãn rộng bao giờ cũng phải lớn hơn lượng giãn rộng tính toán:
BKL = (0,95
÷
1)bLH
trong đó, bKL : chiều rộng kim loại sau cán; bLH : chiều rộng của lỗ hình
- Đối với các sản phẩm có biên dạng phức tạp (thép chữ , thép chữ I, thép đường 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 hướng
ngược với hướng cán.
- 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.
- Tính đến tải trọng động cơ. Yếu tố này giúp tiết kiệm năng lượng, giảm giá thành sản
phẩm.
- Tính đến tuổi bền của trục. Yếu tố này dẫn đến tránh phải thay trục nhiều lần, giảm năng
suất của xưởng.
2.4.7 Tính toán thiết kế lỗ hình trục cán
Việc thiết kế lỗ hình trục cán cho sản phẩm phải thật chính xác và phải đảm bảo được
các yêu cầu sau:
- Lỗ hình phải hợp lí, chính xác để đảm bảo mòn hợp lý.
- Làm cho kích thước và hình dáng sản phẩm phải chính xác bề mặt nhẵn bóng, đạt các
tiêu chuẩn kỹ thuật.
- Đảm bảo tính năng kỹ thuật và tính chất cơ lý của sản phẩm, nội lực bé nhất.
- Năng suất cao, tiêu hao năng lượng ít, phân bố tải trọng cho động cơ đồng đều theo
từng lần cán.
- Điều kiện ăn kim loại ổn định.
- Đảm bảo tuổi bền của trục cán lớn nhất.
- Thao tác kỹ thuật dễ dàng, thuận tiện thời gian thay trục cán là lớn nhất.
a) Cơ sở dữ liệu của phôi:
- Vật liệu phôi cán: thép CT51
- Kích thước phôi ban đầu: 32x32mm2
Các thông số kỹ thuật và thành phần hoá học của mác thép CT51 theo bảng sau:
Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật.
σB
(KG/mm2
)
σC
(KG/mm2
)
σ(%) ψ(%) C(%) Mn(%) Si(%) S(%) P(%)
50-64 26-28 16 20
0,28 ÷
0,37
0,5-0,8 <0,26 <0,05 <0,04
Vì vậy thép CT51 thuộc loại thép Cacbon kết cấu có hàm lượng Cacbon trung bình.

Theo lý thuyết giản đồ trạng thái Fe-C và theo Sách “ Công nghệ cán và thiết kế lỗ
hình trục cán”
Ta có:
- Nhiệt độ nung của phôi: 1190÷12800
C
- Nhiệt độ cán được bắt đầu từ: 1170÷12200
C
- Nhiệt độ kết thúc cán nằm trong khoảng từ: 900÷9500
C
Nhiệt độ cán rất quan trọng, nó quyết định năng suất chất lượng của sản phẩm cán.
Nếu nhiệt độ nung phôi cao quá thì phôi bị cháy hoặc quá nhiệt dẫn tới phế phẩm
nhiều.
Nếu nhiệt độ nung của kim loại quá thấp thì tính dẻo kém, năng suất thấp, chất lượng
sản phẩm chưa đạt yêu cầu.
Phôi liệu sử dụng để cán được đúc sẵn và đảm bảo các điều kiện kỹ thuật tốt.
b) Sản phẩm cán
Sản phẩm cán ra là thép rằn No
12.
Sơ đồ cán và hình dạng sản phẩm như hình sau:
Theo hình 7-50 [13] ta có kích thước của lỗ
hình cuối cùng khi cán thép rằn có d1=10÷25 mm
như hình vẽ sau:
Các thông số của quá trình cán:
d1=13 mm: đường kính ngoài của thép rằn
d=11 mm: đường kính trong của thép rằn
S=2 mm: khe hở giữa hai trục cán
⇒ Đường kính danh nghĩa của thép rằn:
dd =
)
(
12
2
11
13
2
1
mm
d
d
=
+
=
+
Thép rằn được cán theo dung sai âm:
dd =
3
,
0
5
,
0
+
−
d
d
(mm)
Xuất phát từ thành phẩm ta đi tính toán thiết kế ngược lại từ lỗ hình tinh đến lỗ hình
thô.
Theo thực nghiệm sản xuất cũng như nghiên cứu cho thấy để cán thép rằn thì tốt nhất
dùng hệ lỗ hình trước tinh có dạng ôvan và lỗ hình vuông trước lỗ hình ôvan.
1
.
2
5
2
11
13
Hình 2.20 Kích thước của sản
phẩm

c) Thiết kế và tính toán lỗ hình:
- Số lần cán:
Theo định nghĩa hệ số giãn dài ta có:
n
o
tong
F
F
=
µ
Trong đó:
+ µtổng là hệ số giãn dài tổng cộng của vật cán sau n lần cán.
+ Fo và Fn là diện tích tiết diện của phôi cán ban đầu và của thành phẩm sau n lần cán.
⇒
n
n
o
tong
F
F
F
F
F
F
F
F 1
3
2
2
1
1
...
.
. −
=
µ
µtong=µ1.µ2.µ3…µn
⇒
n
n
tb
µ
µ
µ
µ
µ
+
+
+
+
=
...
3
2
1
Suy ra:
n
o
tong
F
F
=
µ
= (µtb)n
Logarit hai vế ta có số lần cán :
n =
tb
n
o F
F
µ
lg
lg
lg −
Với : Fo = 32.32 =1024 (mm2
)
Fn = 3,14.62
= 113 (mm2
)
Theo bảng 2.1 [13], ứng với loại lỗ hình ôvan-vuông ta chọn:
µtb=1,35
⇒n =
35
,
1
lg
113
lg
1024
lg −
≈ 9,4 (lần)
Vậy chọn số lần cán là n = 9 lần.
Vậy ta có hệ thống lỗ hình sãn xuất thép rằn
12
°
N
như sau:

1
.2
5
2
11
13
Hình 2.21 Hệ thống lỗ hình trục cán
- Phân bố lượng giãn dài
Việc xác định kích thước các lỗ hình cần thiết đối với thép rằn No
12 theo phương án
tối ưu cho trong tài liệu [13], trước hết ta phải tính µtổng và phân bố µtổng cho phù hợp với
từng lỗ hình.
Ta có
n
o
tong
F
F
=
µ
Theo trên thì: Fo= 1024 (mm2
)
Fn= 113(mm2
)
⇒
113
1024
=
tong
µ
≈ 9
Để cán ra sản phẩm là thép rằn N12 ta cần cán qua 9 lần. Vấn đề phân bố hệ số giãn
dài µtổng cho năm lần cán phụ thuộc vào cơ sở sau:
- Lần đầu tiên cán thì lượng biến dạng nhỏ nhất vì phôi mới nung trong lò ra còn chứa
nhiều Oxit ở trên bề mặt ngoài, nhiệt độ nung trên toàn bộ tiết diện chưa đều lắm cho nên
lần này có μ tương đối nhỏ.
- Các lần tiềp theo, khi đó phôi đã ổn định và có đầy đủ điều kiện tốt nên ta cán với
lượng biến dạng tăng dần.
- Đến gần với lỗ hình tinh thì ta cần phải giảm lượng biến dạng xuống để đạt được kích
thước thông số và độ bóng của sản phẩm.
− Xác định hệ số giãn dài trong lỗ hình tròn.
Ta có :hov=d1+k∆b
1
(bTB
ov
-hTB
ov
) =d1+k∆b
1
(0,74bov-0,8d1)
hov=(1+0,8k∆b
1
)-0,74bovk∆b

tỷ số: a=
ov
ov
h
b
bov= do- ∆bov = do-k∆b
ov
(
o
o
d
F
-0,74hov)
= do- k∆b(0,8do-0,74hov) = (1-0,8k∆b)do+0,74k∆bhovk∆b
ov
Trong đó:
hov=
ov
b
o
b
ak
d
k
∆
∆
+
+
74
,
0
1
)
8
,
0
1
( 2
1
bov=
1
0
2
74
,
0
1
)
8
,
0
1
(
b
ak
ad
b
k
∆
+
∆
+
Diện tích tiết diện của phôi ôvan:
Fov=0,74bovhov=0,74.
2
1
2
2
1
)
74
,
0
1
(
)
8
,
0
1
(
b
o
b
ak
ad
k
∆
∆
+
+
Diện tích phôi tròn:
F1=0,785d1
2
=0,785.112
= 95(mm2
)
Hệ số giản dài trong lỗ hình tròn
µ1=
1
F
Fov
= 0,94
2
1
2
1
)
74
,
0
1
(
)
8
,
0
1
(
b
b
k
k
a
∆
∆
+
+
⇒a=2 , µ=1,2, k=0,5
Khi đó: bov=
5
,
0
.
2
.
74
,
0
1
11
.
2
).
5
,
0
.
8
,
0
1
(
+
+
=17,7(mm) Chọn:bov=18 (mm)
hov=
5
,
0
.
2
.
74
,
0
1
11
)
5
,
0
.
8
,
0
1
(
+
+
=8,8(mm) Chọn:hov=9 (mm)
Khe hở giữa hai trục cán: S=0,01.Dl =0,01.300=3(mm) Chọn:S=3(mm)
Bán kính vẽ ôvan:
( )
mm
s
h
s
h
b
R
ov
ov
ov
ov 13
)
2
9
.(
4
)
2
9
(
18
.
4
)
( 2
2
'
2
'
2
2
=
−
−
+
=
−
−
+
=

18
9
3
R
1
3
Hình 2.22 Lỗ hình ovan thứ 1
− Xác định hệ số giãn dài trong lỗ hình ôvan 1
Ta có: bov= C1+Δbov
= C1+kΔb
ov
.(C1-0,74.hov )
bov = (1+kΔb
ov
).C1-0,74.kΔb
ov
.hov
Tỷ số giữa chiều rộng và chiều cao của lỗ hình ôvan:
( )
ov
b
ov
ov
b
ov
ov
ov
h
k
h
C
k
h
b
a
∆
∆ −
+
=
=
.
.
74
,
0
.
1 1
Suy ra: hov=
( )
1
.
.
74
,
0
1
C
k
a
k
b
ov
b
ov
∆
∆
+
+
( )
1
.
.
74
,
0
1
.
. C
k
a
k
a
h
a
b
b
ov
b
ov
ov
ov
∆
∆
+
+
=
=
Biểu thức này không chứa lượng ép ΔhTB trên cơ sở kích thước về chiều cao và
chiều rộng của lỗ hình ôvan, xác định được diện tích Fov của lỗ hình ôvan:
( )
( )2
2
1
2
2
.
.
74
,
0
1
.
1
.
.
74
,
0
.
.
74
,
0
b
b
ov
ov
ov
ov
k
a
C
k
a
b
h
F
∆
∆
+
+
=
=
Diện tích phôi vuông cán trong lỗ hình ôvan:
Fv=0,98.C1
2
Trên cơ sở diện tích tiết diện, tính hệ số giãn dài trong lỗ hính ôvan:
( )2
2
1
1
.
.
74
,
0
33
,
1
b
ov
ov
ov
b
ov
ov
ov
ov
k
h
b
k
h
b
∆
∆
+








+
=
µ
Theo bảng 2.4 Sách [13] ta có:
Chọn: a=2;kov
Δb=0,7;μov=1,46

Suy ra:
( )
( )
( )
( )
3
,
13
7
,
0
1
.
2
7
,
0
.
74
,
0
2
.
18
1
.
.
74
,
0
.
2
1 =
+
+
=
+
+
=
∆
∆
b
ov
b
ov
ov
k
a
k
a
b
C
Chọn: C1=14(mm)
r=0,15.C1=0,15.14=2,1
Ta chọn r = 2
bv=hv=1,41.C1= 1,41.14 = 19 Chọn :bv= hv = 19(mm)
Kích thước thực tế cho bán kính góc lượn:
b’v = 1,141.C1 - S = 1,141.14 – 3 = 13 (mm)
h’v = 1,141.C1 – 0,828r = 1,141.14 – 0,828.2 = 14(mm)
19
19
R
2
R
2
3
1
3
,
4
Hình 2.23 Lỗ hình vuông thứ 1
− Xác định hệ số giãn dài cho lỗ hình vuông 1
Đối với lỗ hình vuông của hệ ôvan-vuông trên thực tế hệ số giãn dài μov cũng phụ
thuộc vào diện tích tiết diện ôvan cán trong lỗ hình vuông có nghĩa là phụ thuộc vào tỷ số
a và hệ số hạn chế giãn rộng trong lỗ hình vuông:
kΔb
v
=
TB
h
b
∆
∆
hov=bv-kΔb
v
(bTB
ov
-hTB
v
)
= 1,29.C2 -kΔb
v
.(0,74.bov-0,76.C2 )
= (1,29+0,76.kΔb
v
).C2 -0,74.kΔb
v
.bov
Suy ra:
( )
b
v
b
v
ov
k
a
C
a
k
b
∆
∆
+
+
=
.
.
74
,
0
1
.
.
.
76
,
0
29
,
1 2
( )
b
v
b
v
ov
ov
k
a
C
k
a
b
h
∆
∆
+
+
=
=
.
.
74
,
0
1
.
.
76
,
0
29
,
1 2
Chiều cao trung bình của lỗ hình vuông:

2
2
2
2
.
76
,
0
.
29
,
1
.
98
,
0
C
C
C
b
F
h
v
v
TB
v
=
=
=
Diện tích tiết diện phôi ôvan cán đến lỗ hình vuông:
( )
( )2
2
2
2
.
.
74
,
0
1
.
.
.
74
,
0
29
,
1
.
74
,
0
.
.
74
,
0
v
b
b
v
ov
ov
ov
k
a
C
a
k
h
b
F
∆
∆
+
+
=
=
Diện tích lỗ hình vuông:
Fv=0,98.C2
2
Hệ số giãn dài trong lỗ hình vuông:
( )
( )2
2
1
.
.
74
,
0
1
.
76
,
0
29
,
1
.
.
755
,
0
v
b
v
b
v
ov
v
k
a
k
a
F
F
∆
∆
+
+
=
=
µ
Tra bảng 2.5 Sách [13] ta có:
Chọn: a=2,5; kΔb
v
=0,6 ; μv=1,29
Suy ra: :
( )
b
v
b
v
ov
k
a
C
a
k
b
∆
∆
+
+
=
.
.
74
,
0
1
.
.
.
76
,
0
29
,
1 2
=
( ) )
(
25
6
,
0
.
5
,
2
.
74
,
0
1
14
.
5
,
2
.
6
,
0
.
76
,
0
29
,
1
mm
=
+
+
( )
b
v
b
v
ov
ov
k
a
C
k
a
b
h
∆
∆
+
+
=
=
.
.
74
,
0
1
.
.
76
,
0
29
,
1 2
=
( ) )
(
12
6
,
0
.
5
,
2
.
74
,
0
1
14
.
6
,
0
.
76
,
0
29
,
1
mm
=
+
+
( )
mm
h
h
b
R
ov
ov
ov
ov 16
12
.
4
12
25
.
4
2
2
2
2
=
+
=
+
=
Khe hở giữa trục cán trên và trục cán dưới:
S = 3 (mm)
12
25
R
1
6
R
2
Hình 2.24 Lỗ hình ovan thứ 2

- Xác định hệ số giãn dài cho lỗ hình ôvan 2
∆htb=C1-0,74hov
Ta có:bov1 = C1 + ∆bov1 = C1 + k∆b
ov1
(C1-0,74hov1)
bov1 = (1+k∆b
ov1
).C1-k∆b
ov1.
hov1.0,74
1
1
ov
ov
h
b
=a=
1
1
1
1
74
,
0
)
1
(
ov
ov
b
ov
ov
b
h
k
h
k ∆
∆ −
+
hov1 =
1
1
1
74
,
0
)
1
(
ov
b
ov
b
k
a
C
k
∆
∆
+
+
bov1 = a
1
1
1
74
,
0
)
1
(
ov
b
ov
b
k
a
C
k
∆
∆
+
+
Ta có Fov1=bov1.hov1 = 0,74.25.12 = 222(mm2
)
Fv=0,98C1
2
µ
ov2=
ov
v
F
F
=
222
v
F
=
2
2
)
1
(
)
74
,
0
(
33
,
1
ov
b
ov
ov
ov
b
ov
ov
k
h
b
k
h
b
∆
∆
+
+
Tra bảng 2.4 tài liệu [13]:
µov = 1,57, k∆b
ov
= 0,8, a = 2,5
⇒C1=
)
1
(
74
,
0
(
ov
b
ov
b
ov
k
a
k
a
b
∆
∆
+
+
=
)
8
,
0
1
(
5
,
2
)
8
,
0
.
74
,
0
5
,
2
(
25
+
+
=17,17(mm)
α = arcos(1-
min
D
h
∆
) = arcos(1-
250
9
)
⇒α = 15°
Với α là góc ăn kim loại
R = 0,15.C1 = 0,15.17,17 = 2,55 ( r = 3 )
bv = hv = 1,414.C1 – 3 = 1,414.17,17 - 3= 21 (mm)

21
1
7
21
R
3
R
3
3
Hình 2.25 :Lỗ hình vuông thứ 2
- Xác định hệ số giãn dài cho lỗ hình vuông 2
Từ vuông sang ô van trên thực tế hệ số giản dài µov cũng phụ thuộc vào diện tích tiết
diện ô van cán trong lổ hình vuông có nghĩa là phụ thuộc vào tỷ số
ov
ov
h
b
=a và hệ số hạn
chế giãn rộng trong lỗ hình vuông k∆p
v
=
tb
b
b
∆
∆
hov2 = bv2 - k∆b
v2
( btb + htb
v2
)
= 1,29.C2 - k∆b
v2
(0,74bov2 - 0,76.C2)
= (1,29 + 0,76k∆b
v2
).C2 - 0,74.k∆b
v2
.bov2
a =
2
2
ov
ov
b
h
=
2
2
2
2
2
.
74
,
0
)
76
,
0
29
,
1
( ov
b
v
b
v
ov
b
k
C
k
h
∆
∆ −
+
bov2 =
b
v
b
v
ak
aC
k
∆
∆
+
+
2
2
2
74
,
0
1
)
76
,
0
29
,
1
(
hov2 =
b
v
b
v
ak
C
k
∆
∆
+
+
2
2
2
74
,
0
1
).
76
,
0
29
,
1
(
Diện tích phôi ô van cán trong lổ hình vuông
Fov2 = 0,74bov2.hov2
=
)
74
,
0
1
(
.
)
76
,
0
29
,
1
(
74
,
0
2
2
2
2
2
v
b
b
v
ak
C
a
k
∆
∆
+
+
Fv1 = 0,98C2
2
Hệ số giản dài trong lổ hình vuông µv

µv2 =
2
2
v
ov
F
F
=
b
v
b
ak
k
a
∆
∆
+
+
2
2
1
74
,
0
1
)
76
,
0
9
,
1
.(
.
755
,
0
Tra bảng 2.4 tài liệu [13]:
A = 3 , µv2 = 1,5 ; k∆b
v2
= 0,5
⇒
bov2 =
b
v
b
v
ak
C
a
k
∆
∆
+
+
2
2
2
74
,
0
1
.
).
76
,
0
29
,
1
(
=
5
,
0
.
3
.
74
,
0
1
17
,
17
.
3
).
5
,
0
.
76
,
0
29
,
1
(
+
+
= 30 (mm)
⇒
hov2=
3
30
= 10 (mm)
( )
mm
h
h
b
R
ov
ov
ov
ov 25
10
.
4
10
30
..
4
2
2
2
2
2
2
2
2 =
+
=
+
=
30
10
R
2
5
R
5
3
Hình 2.25 :Lỗ hình ovan thứ 3
- Xác định hệ số giãn dài cho lỗ hình ô van 3
Tương tự ta có
hov2=
b
ov
b
ov
k
a
C
k
∆
∆
+
+
2
1
2
.
74
,
0
)
1
(
bov2=
b
ov
b
ov
k
a
C
k
a
∆
∆
+
+
2
1
2
.
74
,
0
)
1
(

Fov2=0,74.b0v2.hov2=0,74.
2
2
2
1
2
2
)
.
74
,
0
(
)
1
(
b
ov
b
ov
k
a
C
k
a
∆
∆
+
+
Fv=0,98C1
2
µov3=
2
2
ov
v
F
F
=1,33
2
2
2
2
2
2
2
2
)
1
(
)
74
,
0
(
b
ov
ov
ov
b
ov
ov
ov
k
h
b
k
h
b
∆
∆
+
+
Tra bảng 2.4 Tài liệu [13] ta có
µov2 =1,38;a=2;k∆b
ov2
=0,8
⇒C1=
)
1
(
)
74
,
0
( 2
2
b
b
ov
ov
k
a
k
a
b
∆
∆
+
+
=
)
8
,
0
1
(
2
)
8
,
0
.
74
,
0
2
(
30
+
+
=19,5(mm)
r = 0,15.C1 = 0,15.19,5 = 2,9 ( r = 3 )
bv = hv = 1,414.C1- 4 = 1,414.19,5- 4 = 25,7 Chọn :bv=26(mm)
1
9
,
4
26
3
R
3
R
3
26
- Xác định hệ số giãn dài cho lỗ hình vuông 3
Ta có :
bov2 =
1
1
.
74
,
0
1
)
76
,
0
29
,
1
(
b
b
k
a
C
k
a
∆
∆
+
+

hov3 =
a
bov
=
1
1
.
74
,
0
1
)
76
,
0
29
,
1
(
b
b
k
a
C
k
∆
∆
+
+
Fov3=0,74bov3hov3 =
1
1
.
74
,
0
1
)
76
,
0
29
,
1
(
b
b
k
a
C
k
a
∆
∆
+
+
µv3=
2
3
v
ov
F
F
=
2
1
)
74
,
0
1
(
76
,
0
29
,
1
(
755
,
0
v
b
b
ak
k
a
∆
∆
+
+
Tra bảng 2.4 Tài liệu [13] ta có:
a =2,5;kv
∆b=0,5;µ=1,42
bov3 =
5
,
0
.
5
,
2
.
74
,
0
1
5
,
2
.
5
,
19
).
5
,
0
.
76
,
0
29
,
1
(
+
+
= 42(mm)
b’ov=20(mm)
hov= 42/2,5 = 16,8 (mm)
5
,
31
16
.
4
16
42
.
4
2
2
3
2
3
3
2
=
+
=
+
=
ov
ov
ov
ov
h
h
b
R
3
42
17
R
3
1
,
5
R
1
0
- Xác định hệ số giãn dài cho lỗ hình ô van 4
Tương tự ta có:
Ta có: bov= C1+Δbov
= C1+kΔb
ov
.(C1-0,74.hov )

bov = (1+kΔb
ov
).C1-0,74.kΔb
ov
.hov
Tỷ số giữa chiều rộng và chiều cao của lỗ hình ôvan:
( )
ov
b
ov
ov
b
ov
ov
ov
h
k
h
C
k
h
b
a
∆
∆ −
+
=
=
.
.
74
,
0
.
1 1
Suy ra: hov=
( )
1
.
.
74
,
0
1
C
k
a
k
b
ov
b
ov
∆
∆
+
+
( )
1
.
.
74
,
0
1
.
. C
k
a
k
a
h
a
b
b
ov
b
ov
ov
ov
∆
∆
+
+
=
=
Biểu thức này không chứa lượng ép ΔhTB trên cơ sở kích thước về chiều cao và chiều
rộng của lỗ hình ôvan, xác định được diện tích Fov của lỗ hình ôvan:
( )
( )2
2
1
2
2
.
.
74
,
0
1
.
1
.
.
74
,
0
.
.
74
,
0
b
b
ov
ov
ov
ov
k
a
C
k
a
b
h
F
∆
∆
+
+
=
=
Diện tích phôi vuông cán trong lỗ hình ôvan:
Fv=0,98.C1
2
Trên cơ sở diện tích tiết diện, tính hệ số giãn dài trong lỗ hính ôvan:
( )2
2
4
1
.
.
74
,
0
33
,
1
b
ov
ov
ov
b
ov
ov
ov
ov
k
h
b
k
h
b
∆
∆
+








+
=
µ
Tra bảng ta có
µov=1,38;a=2;k
ov
b
∆
=0,8
C1=
)
74
,
0
1
(
)
74
,
0
(
3
0
3
3
v
b
ov
b
OV
k
a
k
a
b
∆
∆
+
+
=
)
8
,
0
1
(
2
)
8
,
0
.
74
,
0
2
(
8
,
41
+
+
=29(mm)
Chọn: C1=29 (mm)
r = 0,15.C1 = 0,15.29 = 4 (r=4)
bv3 = hv3 = 1,414.C1- 3 = 1,414.29 - 3 = 27 Chọn :bv3 = 27(mm)

2
9
42
3
R
4
R
4
42

Bảng 2.2 Các kích thước của tất cả các lỗ hình
Số lần
cán
Dạng
lỗ hình
Kích thước
(mm)
∆h
(mm)
∆b
(mm)
Dk
(mm)
α(độ)
µ
h b
Phôi 32 32
1 Vuông 27 27 5 5 300 10,40
1,38
2 Ô van 17 42 10 15 300 14,80
1,42
3 Vuông 26 26 19 16 300 20,50
1,38
4 Ô van 10 30 16 4 300 18,70
1,5
5 Vuông 21 21 11 5 300 15,5° 1,57
6 Ô van 12 25 9 2 300 140
1,29
7 Vuông 19 19 7 2 300 12,40
1.46
8 Ô van 9 18 10 3 300 14,80
1,2
9 Tròn 13 13 4 5 300

CHƯƠNG 3
PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ, THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC
HỌC MÁY VÀ MỘT SỐ BỘ PHẬN CHÍNH
3.1 PHÂN TÍCH LỰC CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ.
3.1.1 Phương án thứ nhất
Máy cán gồm hai trục cán trên một giá cán dẫn động trục cán bằng hai động cơ điện
một chiều.
1
2
3 4
5
Hình 3.1 phương án 1
1.Giá cán; 2.Trục cán; 3.Trục truyền; 4.Khớp nối; 5.Động cơ điện một chiều;
- Ưu điểm:
Kết cấu của máy đơn giãn, không dùng hộp giảm tốc, hộp truyền lực.
Động cơ điện một chiều có momen khởi động lớn, thao tác thuận lợi đảo chiều cán
nhanh.
Có thể thay đổi tốc độ cán, đều chỉnh tăng tốc hay giảm tốc.
Công suất cán lớn.
Nhược điểm:
Độ cứng vững của hệ truyền động không cao.
Động cơ điện một chiều đắt hơn nhiều so với động cơ xoay chiều 3 pha.
Sự không đồng đều về tốc độ quay của 2 động cơ điện ảnh hưởng tới khả năng cán vào
của phôi, làm cong vênh phôi.
Với những đặc điểm như trên, kết cấu máy cán theo phương án 1 thích hợp với các
loại máy cán phá, chuyên dùng để cán phôi thỏi hay cán tấm, lực cán lớn để tận dụng
công suất của 2 động cơ. Đây là loại máy cán kiểu cũ ít được sử dụng trong cán hiện đại.
3.1.2 Phương án thứ hai:
Máy cán có giá cán gồm ba trục cán, dùng động cơ điện xoay chiều ba pha, không
dùng hộp phân lực và hệ thống trục truyền khớp nối vạn năng để dẫn động trục cán, mà
dùng hệ thống các bánh răng để làm quay trục cán.

1
2
4
3
5 6
1.Giá cán; 2.Trục cán; 3.Trục truyền; 4.Bánh răng; 5.Khớp nối; 6.Động cơ điện
Ưu điểm:
Kết cấu khá đơn giãn, chỉ có một trục truyền động, không dùng hộp phân lực.
Độ cứng vững hệ cao.
Cán không đảo chiều nên việc bố trí các thiết bị phụ như cơ cấu kéo đẩy thép, cơ cấu
dẫn hướng phôi dễ dàng hơn.
Dùng động cơ điện xoay chiều 3 pha rất thông dụng, giá thành rẻ.
Nhược điểm:
Không thay đổi tốc độ cán vì dùng động cơ điện xoay chiều.
Khi các lỗ hình trục cán bị mòn, có thể tiện lại lỗ hình của trục nhưng không thể điều
chỉnh khoảng cách các trục khớp với nhau như ban đầu do không thể dich chuyển khoảng
cách tâm các cặp bánh răng truyền động. Vì vậy khi lỗ hình bị mòn thì chỉ có thể thay cặp
trục cán mới. Đây là nhược điểm cơ bản mà kết cấu máy này không được sử dụng hoặc
chỉ sử dụng ở các loại máy cán mini, có trục cán rất nhỏ, không thể tiện lại lỗ hình khi bị
mòn.
3.1.3 Phương án thứ ba:
Máy cán có giá cán gồm 3 trục cán, dùng động cơ điện xoay chiều 3 pha, dẫn động
trục cán từ động cơ qua hộp giảm tốc, qua hộp phân lực, thông qua hệ thống trục truyền
khớp nối vạn năng để làm quay trục cán.

1
2
3
4
6
5
1.Giá cán; 2.Trục cán; 3.Trục truyền; 4.Hộp phân lực; 5.Khớp nối; 6.Động cơ điện
Ưu điểm:
Giá cán có 3 trục cán nên có thể thực hiện một số lần cán không cần đảo chiều. Do đó,
việc thiết kế và bố trí các thiết bị phụ như cơ cấu kéo đẩy thép, cơ cấu dẫn hướng phôi dễ
dàng hơn.
Kết cấu cứng vững cao.
Sử dụng động cơ điện xoay chiều 3 pha nên giá thành trang bị điện rẻ.
Khắc phục được nhược điểm cơ bản của phương án 2. Nhờ trục khớp nối vạn năng từ
hộp truyền lực đến trục cán nên khi trục cán bị mòn phải tiện lại lỗ hình thì có thể điều
chỉnh các trục cán như ban đầu và các trục cán vẫn quay tốt và trục khớp nối vạn năng có
thể hạ xuống một góc α = 80
12’
Đây chính là kết cấu máy cán thường dùng hiện nay.
Nhược điểm:
Kết cấu phức tạp.
Khó điều chỉnh.
3.1.4 Lựa chọn phương án thiết kế
Việc lựa chọn phương án máy thiết kế phụ thuộc vào loại phôi cán, năng suất cán, sản
phẩm và quy mô xưởng sản xuất.
Với yêu cầu thiết kế máy cán có công suất vừa, cán các loại phôi có kích thước vừa
phải đã qua cán thô, năng xuất cán thấp, bố trí ở các xưởng sản xuất tư nhân thì với kết
cấu máy ở phương án 3 là thích hợp.
3.2 THIẾT KẾ TRỤC CÁN
3.2.1 Khái niệm về trục cán
Trục cán là nơi trực tiếp làm biến dạng kim loại để cho ra các sản phẩm cán có hình
dạng và kích thước như tiêu chuẩn và yêu cầu của con người. Trục cán phôi, cán thép
hình, cán nóng thép tấm thường được làm bằng thép hợp kim chất lượng cao nhu 40XH,
50XH, 75XM, 9X2B…. và gang biến trắng…, nước ta chưa có nhà máy cán thép tấm,

tuy nhiên nhiều cơ sở và xí nghiệp sãn xuất vẫn cán thép tấm nguội và đã dung các loại
thép 9X, 15X làm trục cán.
Mặt trục phải có độ cứng từ (52 – 64)HRC, bên trong phải dẻo dai chịu uốn tốt, chịu
được va đập mạnh. Trục cán khi cán nóng không bị giãn nở vì nhiệt, khi cán nguội phải
có độ dẻo đàn hồi tốt, bề mặt trục bong đẹp v.v… Trục cán làm bằng sứ củng phải có
những ưu điểm trên.
Có các loại cán thong dụng thường gặp là: Trục cán thép hình, trục cán thép tấm, trục
cán thép ống, ngoài ra còn có các loại trục cán chuyên dung như trục cán ren, trục cán bi,
trục cán phôi rèn, trục cán bánh xe lữa…
Trục cán hình với bề mặt bị khoét rãnh dung để cán các loại thép hình tròn, thép gai,
thép góc, thép chữ I, chữ U, thép ranh xe lửa, thép dị hình v.v…Trục cán thép hình thì bề
mặt lại bằng phẳng dung để cán nóng thép tấm dày, dày vừa, và thép cực mỏng và cán
giấy kim loại ở trạng thái nguội. Trục cán ống củng có nhiệm vụ như trục cán hình v.v…
Ngoài cán thép ra trục cán còn tham gia cán hình, cán tấm và cán ống các kim loại như
màu đồng, nhôm, kẽm, niken…
3.2.2 Cấu tạo hình học và các kích thước cơ bản của trục cán.
hình 3.4 Kích thước cơ bản của 1 trục cán
Ta chọn đường kính trục cán D = 300 mm, các kích thước khác có quan hệ với D như
sau:
- Tính chiều dài L của trục cán:
Ta có tỷ lệ: L/D = ( 1,6 – 2,5) chọn L/D = 2
⇒
L = D.2,5 = 300.2 = 750 mm

- Tính đường kính cổ trục cán:
d = 0,55.D = 0,55.300 = 165 mm
- Tính chiều dài cổ trục cán l1:
Lấy l1 = d
- Tính bán kính góc lượn ở trục và cổ trục:
R = ( 0,8 – 1).D = 300mm
r = 0,1.d = 0,1.165 = 16,5mm
- Tính khoảng cách từ tâm cổ trục tới mép ngoại mặt trục làm việc:
c = d/2 = 165/2 = 82,5 mm
a là khoảng cách tâm của điểm đặt 2 phản lực P1 và P2 hoặc 2 lực P/2 khi trục cán bị
lực cán P tác dụng lên trục.
a = L + 2.c = 750 + 165 = 915mm
l1 là chiều dài phần nối của trục cán và trục khớp nối: Chọn l1 = 100 mm
d1 là được kính tham gia lắp ráp với các khớp nối trục: d1 = 0,7.d = 115,5mm.
3.2.3 Khả năng chịu lực của trục cán.
Theo kinh nghiệm có thể tính được khả năng chịu được lực cho phép tối đa tác dụng
lên bề mặt trục và cổ trục cán theo công thức:
- Lực tác dụng lên bề mặt trục cán:
[ ]
u
b
a
D
P σ
.
2
.
4
,
0 3
−
=
Trong đó:
- [σ]u = 120 (N/mm2
) = 12 (KG/mm2
) là giới hạn bền uốn cho phép đối với vật liệu là
trục cán bằng thép.
- a = 915 (mm) là khoảng cách tâm của hai điểm đặt phản lực.
- b là chiều dài phôi tiếp xúc với bề mặt trục cán qua mỗi lần cán. Với 9 lỗ hình trục
cán ta có các bề rộng như sau:
b1 = 42 (mm); b2 = 42 (mm); b3 = 26 (mm)
b4 = 30 (mm); b5 = 21 (mm). b6 = 25 (mm)
b7 = 19 (mm) b8 = 18 (mm) b9 = 13 (mm)
Khả năng chịu tải lớn nhất của trục cán (PMax) khi tại vị trí có b lớn nhất.
Vậy tại lỗ hình thứ hai có bmax = 42 (mm)

⇒ P =
12
.
2
/
42
915
300
.
4
,
0 3
−
= 12080 (KG) ≈ 120,8 (Tấn)
- Lực tác dụng lên cổ trục cán:
[ ] )
(
75
,
816
81675
12
.
5
,
16
5
,
82
165
.
1
,
0
.
.
1
,
0 3
3
tân
KG
r
c
d
P u =
=
−
=
−
= σ
Trong đó
[ ]
u
σ
là giới hạn bền uốn cho phép của vật liệu làm trục cán: Láy
[ ]
u
σ
.
=
120N/mm2
= 12 KG/mm2
b8
b7
b6
b5
b4
b3
b2
b1
P/2 P/2
C1 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10
C2
b9
x
Pmax
hình 3.5 Kích thước trục cán
3.2.4 Nghiệm bền trục cán khi làm việc.
Sơ đồ phân bố lực cán và các thông số cần thiết được cho như hình trên:
Khi làm việc, trục cán bị lực cán Pmax tác dụng lên trục. So sánh các lực cán, tại lỗ
hình thứ tư có lực cán lớn nhất Pmax = 10784 (KG). Khi ấy, thân trục cán bị uốn, cổ trục
cán vừa chịu uốn vừa chịu xoắn và tại đầu nối trục chịu uốn thuần tuý.
- Tại thân trục cán: Ở đây chỉ chịu uốn cho nên nghiệm bền theo điều kiện uốn.
[ ]u
u
u
D
a
x
x
P
M
σ
σ ≤






−
=
= 3
u .
1
,
0
1
.
W
Với P= 10784 (KG) = 10,784 (Tấn)
Từ hình 3.5 ta có:
Σb = b1 + b2 + b3 + b4 + b5+b6+b7+b8+b9
= 13+ 18+ 19+ 25+ 21+30+26+42+42 = 236 (mm)
Chiều dài của đoạn trục không gia công lỗ hình:
Σc = L - Σb = 750 – 236 = 514 (mm)

Chọn c1 = c2 = c3 = c4 = c5 = c6 = c7 = c8 = c9 =
)
(
11
,
57
9
mm
c
=
∑
⇒ x = c + c10 + b9 + c9 + b8 + c8 + b7 + c7 + b6/2
= 435,94 (mm)
⇒
( )
2
3
3
u
/
91
,
0
300
.
1
,
0
915
94
,
435
1
94
,
435
.
10784
.
1
,
0
1
.
W
mm
KG
D
a
x
x
P
Mu
u =






−
=






−
=
=
σ
Vậy σu ≤ [σ]u
− Tại cổ trục cán: Ở đây vừa chịu uốn vừa chịu xoắn cho nên nghiệm bền theo điều kiện
σtđ.
[ ]td
u
x
td σ
σ
τ
σ ≤
+
=
2
2
3
Trong đó:
+
99
,
0
165
.
4
,
0
165
.
10784
.
4
,
0
.
W 3
3
1
u
=
=
=
=
d
l
P
M u
u
σ
(KG/mm2
)
+
836
,
0
165
.
2
,
0
537000
.
4
,
1
.
2
,
0
.
4
,
1
.
2
,
0
W 3
3
3
x
=
=
=
=
=
d
M
d
M
M c
x
x
x
τ
(KG/mm2
)
⇒
75
,
1
99
,
0
836
,
0
.
3
3 2
2
2
2
=
+
=
+
= u
x
td σ
τ
σ
(KG/mm2
)
Vậy σtd
[ ]td
σ
≤
= (45÷50) (KG/mm2
)
- Tại đầu nối trục cán: Ở đây chỉ chịu mômen xoắn thuần tuý cho nên nghiệm bền theo
điều kiện τx .
[ ]x
c
x
x
d
M
M
τ
τ ≤
=
= 3
1
x .
2
,
0
.
4
,
1
W
Với Mc = 537000 (KG.mm)
d1 = 150 (mm)

⇒
[ ] )
/
(
5
11
,
1
150
.
2
,
0
537000
.
4
,
1
.
2
,
0
.
4
,
1
W
2
3
3
1
x
mm
KG
d
M
M
x
c
x
x =
≤
=
=
=
= τ
τ
3.3 TÍNH TOÁN LỰC CÁN
Lực cán P còn gọi là áp lực toàn phần của kim loại tác dụng lên trục cán. Khi cán kim
loại tác dụng lên trục cán một lực phân bố như hình 3.5 . Tổng hợp các lực phân bố đó sẽ
có áp lực toàn phần của kim loại tác dụng lên trục cán
Nhìn trên hình vẽ ta thấy: Lực phân bố trên suốt chiều dài cán của kim loại phân bố
không đồng đều.
Ta gọi Ptb là áp lực đơn vị hay áp lực trung bình (N/mm2
).
- Gọi F là diện tích tiếp xúc giữa kim loại và trục cán (mm2
) thì F được tính theo công
thức sau:
h
R
b
b
l
b
F tb
tx ∆
+
=
= .
2
. 2
1
p
p
Ptb
h1
h2
l
a
Hình 3.5: Sơ đồ áp lực của kim loại tác dụng lên trục cán.
Trong đó: btb: Chiều rộng trung bình của vật cán.
l: Chiều dài của cung tiếp xúc.
Vậy áp lực cán được tính:
P = Ptb . F
Cho đến nay chưa có một công thức lý thuyết nào hoàn chỉnh để tính Ptb. Hầu hết chỉ
tính theo thực nghiệm.
Trong cán thép, người ta thường áp dụng công thức tính Ptb thực nghiệm sau:
2
2
1 b
b
btb
+
=
h
R
l ∆
= .

1,5
1,3
1,1
0,9
0,7
0,5
0,3
0,1
1400
1600
1300
1500
1200
30
50
60
70
80
90
100
t chảy bền
Ptb = P0 . Kf (N/mm2
)
P0: Áp lực riêng có lợi.
Kf: Hệ số kể đến ảnh hưởng của trở kháng hình thức bên ngoài.
Khi nhiệt độ cán lớn hơn nhiệt độ t0
ch -5750
C thì:
(N/mm2
)
Khi nhiệt độ cán nhỏ hơn nhiệt độ t0
ch -5750
C thì:
(N/mm2
) [2]
Trong đó:
t0
ch: Nhiệt độ nóng chảy của thép.
t0
c: Nhiệt độ cán thép.
σB: Được xác định theo đồ thị quan hệ giữa t0
ch, σB ; %C
δB(kg/mm2
)
Hình 3.6: Quan hệ giữa tch
0
,δB và % các bon
Hệ số Kf :






−
+
∆
+
= 1
.
.
2
1
2
1 h
h
h
R
f
K f
f: Hệ số ma sát giữa bề mặt trục cán và kim loại.
h1, h2: Chiều cao trước và sau khi cán.
R h
.∆
: Chiều dài vùng biến dạng.
Từ các công thức trên ta rút ra được:
Nếu nhiệt độ cán lớn hơn t0
ch -5750
C thì:
( )
B
c
ch t
t
P σ
1500
750
0
0
0
+
−
=
b
c
ch t
t
P σ
1000
0
0
0
−
=

Nếu nhiệt độ cán nhỏ hơn t0
ch -5750
C thì:
( )
















−
+
∆
+







 −
= 1
.
2
1
1000 2
1
2
0
0
h
h
h
R
f
t
t
P c
ch
b
tb σ
3.3.1 Tính lực cán cho lỗ hình thứ nhất.
Dựa vào bảng 2.2 ta có các kích thước tiết diện từ phôi đến lỗ hình thứ nhất:
b1 = 32 h1 = 32 b2 = 27 h2 = 27
Tra giãn đồ sắt – cacbon (Fe-C) ta có: tch = 14300
C
Vì nhiềt độ cán là 12000
C lớn hơn t0
ch -5750
C (t0
ch = 14300
C) nên ta chọn công thức
tính Ptb như sau :
(*)
Ta chọn: σb = 50 (KG/mm2
) Dựa vào hình 3.6
Hệ số ma sát: f = 0,36÷0,47 chọn f = 0,4
t0
c = 14300
C
t0
c = 12000
C
R =
5
,
136
2
27
300
2
1 −
=
− h
D
(mm) ( Bán kính làm việc trục cán )
Lượng ép : ∆h = 5 (mm)
h1, h2: Chiều cao của vật cán trước và sau khi cán.
h1 = 32(mm) ; h2 = 27(mm)
Từ (*) suy ra : Ptb = P0 . Kf
+
( )
B
c
ch t
t
P σ
1500
750
0
0
0
+
−
=
Gọi là áp lực riêng có lợi
+






−
+
∆
+
= 1
.
.
2
1
2
1 h
h
h
R
f
K f
Hệ số trở kháng bên ngoài.
+ Á p lực riêng có lợi:
( ) 2
0 /
1
,
5
50
.
1500
75
1200
1430
mm
kg
P =
+
−
=
( )
















−
+
∆
+





 +
−
= 1
.
2
1
1500
75
2
1
0
0
0
h
h
h
R
f
t
t
P
c
ch
b
tb σ
( )
















−
+
∆
+





 +
−
= 1
.
2
1
1500
75
2
1
0
0
0
h
h
h
R
f
t
t
P
c
ch
b
tb σ

97
,
0
1
27
32
5
.
5
,
136
.
2
4
,
0
1 =








−
+
+
=
f
K
→ Ptb = P0 . Kf = 5.0,97 = 4,85(kg/mm2
)
+ Diện tích tiếp xúc giữa kim loại và trục cán:
F1 =
b1 = 32(mm): Chiều rộng của vật cán sau khi cán.
b2 = 27(mm): Chiều rộng của vật cán trước khi cán.
→ F1 = =
5
.
150
.
2
27
32 +
=807(mm2
)
Vậy áp lực trên lỗ hình cán thứ nhất là:
P1= F1. Ptb1 = 4,85.807 = 3913 (KG)
3.3.2 Tính lực cán cho lỗ hình thứ 2
b3 = 42 h3 = 17 b2 = 27 h2 = 27
Sau lần cán đầu tiên, nhiêt độ của phôi cán giảm xuống một khoảng 20o
÷30o
C.Chọn
nhiệt độ cỡ 1180o
C.
- Tại nhiệt độ này theo giản đồ hình 3.6 ta có σB = 46(KG/mm2
)
- Hệ số ma sát: f = 0,36÷0,47
chọn f = 0,4
to
ch =14300
C
to
c = 11800
C
R =
5
,
141
2
17
300
=
−
(mm) ( Bán kính trục cán )
Lượng ép : ∆h2 = 10 (mm)
h2, h3: Chiều cao của vật cán trước và sau khi cán qua lỗ hình thứ hai.
h
R
b
b
∆
+
.
2
2
1
h
R
b
b
∆
+
.
.
2
2
1

⇒
( )
















−
+
∆
+





 +
−
= 1
.
2
1
1500
75
3
2
2
2
h
h
h
R
f
t
t
P
c
ch
o
B
tb σ
=
( )
















−
+
+





 +
−
1
27
17
10
.
5
,
141
2
4
,
0
1
1500
75
1180
1430
46 o
o
o
o
= 6,7 (KG/mm2
)
+ Diện tích tiếp xúc giữa kim loại và trục cán :
Ftx2 =
2
3
2
.
2
h
R
b
b
∆
+
B2 = 27 (mm): Chiều rộng của vật cán trước khi cán.
B3 = 42 (mm): Chiều rộng của vật cán sau khi cán.
⇒ Ftx2 =
2
3
2
.
.
2
h
R
B
B
∆
+
=
10
.
5
,
141
2
42
27 +
=1297 (mm2
)
Vậy lực cán trên lổ hình cán thứ hai là :
P2= Ptb2.Ftx2 = 6,7.1297 =8689 (KG)
b3 = 42 h3 = 17 b4 = 26 h4 = 26
÷30o
C.Chọn
C.
)
- Hệ số ma sát: f = 0,36÷0,47
chọn f = 0,4
- to
ch =14300
C
- to
c = 11600
C
- R =
137
2
26
300
=
−
- Lượng ép : ∆h3 = 19 (mm)
h3, h4: Chiều cao của vật cán trước và sau khi cán qua lỗ hình thứ ba.

⇒
( )
















−
+
∆
+





 +
−
= 1
.
2
1
1500
75
4
3
2
3
h
h
h
R
f
t
t
P
c
ch
o
B
tb σ
=
( )
















−
+
+





 +
−
1
26
17
19
.
137
2
4
,
0
1
1500
75
1160
1430
43 o
o
o
o
= 7,1 (KG/mm2
)
Ftx2 =
3
4
3
.
2
h
R
b
b
∆
+
b3= 42 (mm): Chiều rộng của vật cán trước khi cán.
b4 = 26 (mm): Chiều rộng của vật cán sau khi cán.
⇒ Ftx3=
3
3
2
.
.
2
h
R
B
B
∆
+
=
19
.
137
2
42
26 +
=1734 (mm2
)
Vậy lực cán trên lổ hình cán thứ ba là :
P3= Ptb3.Ftx3 = 7,1.1734 =10356 (KG)
b5 = 30 h5 = 10 b4 = 26 h4 = 26
C.Chọn
C.
)
- Hệ số ma sát: f = 0,36÷0,47
chọn f = 0,4
- to
ch =14300
C
- to
c = 11100
C
- R =
145
2
10
300
=
−
- Lượng ép : ∆h4 = 16 (mm)
h4, h5: Chiều cao của vật cán trước và sau khi cán qua lỗ hình thứ tư.

⇒
( )
















−
+
∆
+





 +
−
= 1
.
2
1
1500
75
5
4
4
4
h
h
h
R
f
t
t
P
c
ch
o
B
tb σ
=
( )
















−
+
+





 +
−
1
26
10
16
.
145
2
4
,
0
1
1500
75
1110
1430
40 o
o
o
o
= 8 (KG/mm2
)
Ftx4=
4
5
4
.
2
h
R
b
b
∆
+
⇒ Ftx4=
4
5
4
.
.
2
h
R
b
b
∆
+
=
16
.
145
2
30
26 +
=1348 (mm2
)
Vậy lực cán trên lổ hình cán thứ tư là :
P4= Ptb4.Ftx4 = 8.1348 =10784 (KG)
b5 = 30 h5 = 10 b6 = 21 h6 = 21
C.Chọn nhiệt
độ cỡ 1060o
C.
)
- Hệ số ma sát: f = 0,36÷0,47
chọn f = 0,4
- to
ch =14300
C
- to
c = 10600
C
- R =
140
2
21
300
=
−
- Lượng ép : ∆h5 = 11 (mm)
h5, h6: Chiều cao của vật cán trước và sau khi cán qua lỗ hình thứ năm.

⇒
( )
















−
+
∆
+





 +
−
= 1
.
2
1
1500
75
6
5
5
5
h
h
h
R
f
t
t
P
c
ch
o
B
tb σ
=
( )
















−
+
+





 +
−
1
21
10
11
.
140
2
4
,
0
1
1500
75
1060
1430
37 o
o
o
o
= 10 (KG/mm2
)
Ftx5=
5
6
5
.
2
h
R
b
b
∆
+
⇒ Ftx5=
5
6
5
.
.
2
h
R
b
b
∆
+
=
11
.
140
2
30
21+
=1348 (mm2
)
P5= Ptb5.Ftx5 = 10.1000 =10000 (KG)
b7 = 25 h7 = 12 b6 = 21 h6 = 21
C.Chọn nhiệt
độ cỡ 1010o
C.
)
- Hệ số ma sát: f = 0,36÷0,47
chọn f = 0,4
- to
ch =14300
C
- to
c = 10600
C
- R =
144
2
12
300
=
−
- Lượng ép : ∆h6 = 9 (mm)

⇒
( )
















−
+
∆
+





 +
−
= 1
.
2
1
1500
75
7
6
6
6
h
h
h
R
f
t
t
P
c
ch
o
B
tb σ
=
( )
















−
+
+





 +
−
1
21
12
9
.
144
2
4
,
0
1
1500
75
1010
1430
34 o
o
o
o
= 11 (KG/mm2
)
Ftx6=
6
7
6
.
2
h
R
b
b
∆
+
⇒ Ftx6=
6
7
6
.
.
2
h
R
b
b
∆
+
=
9
.
144
2
25
21+
=828 (mm2
)
P6= Ptb6.Ftx6 = 11.828 =9108 (KG)
b7 = 25 h7 = 12 b8 = 19 h8 = 19
C.Chọn nhiệt
độ cỡ 960o
C.
)
- Hệ số ma sát: f = 0,36÷0,47
chọn f = 0,4
- to
ch =14300
C
- to
c = 10600
C
- R =
140
2
19
300
=
−

⇒
( )
















−
+
∆
+





 +
−
= 1
.
2
1
1500
75
8
7
7
7
h
h
h
R
f
t
t
P
c
ch
o
B
tb σ
=
( )
















−
+
+





 +
−
1
19
12
7
.
140
2
4
,
0
1
1500
75
960
1430
30 o
o
o
o
= 9,3 (KG/mm2
)
Ftx7=
7
8
7
.
2
h
R
b
b
∆
+
⇒ Ftx7=
7
8
7
.
.
2
h
R
b
b
∆
+
=
7
.
140
2
25
19 +
= 688 (mm2
)
P7 = Ptb7.Ftx7 = 9,3.688 =6398 (KG)
b9 =18 h9 = 9 b8 = 19 h8 = 19
C.Chọn nhiệt
độ cỡ 910o
C.
)
- Hệ số ma sát: f = 0,36÷0,47
chọn f = 0,4
- to
ch =14300
C
- to
c = 10600
C
- R =
145
2
9
300
=
−
- Lượng ép : ∆h8 = 10 (mm)

⇒
( )
















−
+
∆
+





 +
−
= 1
.
2
1
1500
75
9
8
8
8
h
h
h
R
f
t
t
P
c
ch
o
B
tb σ
=
( )
















−
+
+





 +
−
1
19
9
10
.
145
2
4
,
0
1
1500
75
910
1430
27 o
o
o
o
= 9,7 (KG/mm2
)
Ftx8 =
8
9
8
.
2
h
R
b
b
∆
+
b8 = 19 (mm): Chiều rộng của vật cán trước khi cán.
⇒ Ftx8=
8
9
8
.
.
2
h
R
b
b
∆
+
=
10
.
145
2
18
19 +
= 704 (mm2
)
P8= Ptb8.Ftx8 = 9,7.704 =6828 (KG)
b9 =18 h9 = 9 b10 = 13 h10 = 13
- Sau lần cán đầu tiên, nhiêt độ của phôi cán giảm xuống một khoảng 50o
C.Chọn nhiệt
độ cỡ 860o
C.
)
- Hệ số ma sát: f = 0,36÷0,47
chọn f = 0,4
- to
ch =14300
C
- to
c = 10600
C
- R =
143
2
13
300
=
−

⇒
( )
















−
+
∆
+





 +
−
= 1
.
2
1
1500
75
10
9
9
9
h
h
h
R
f
t
t
P
c
ch
o
B
tb σ
=
( )
















−
+
+





 +
−
1
13
9
4
.
143
2
4
,
0
1
1500
75
860
1430
24 o
o
o
o
= 11,5 (KG/mm2
)
Ftx9 =
9
10
9
.
2
h
R
b
b
∆
+
b9 = 18 (mm): Chiều rộng của vật cán trước khi cán.
⇒ Ftx9 =
9
10
9
.
.
2
h
R
b
b
∆
+
=
4
.
143
2
18
13 +
= 370 (mm2
)
P9= Ptb9.Ftx9 = 11,5.370 = 4255 (KG)
3.4 TÍNH MÔMEN CÁN SINH RA KHI CÁN
Mômen cán Mc do lực cán sinh ra và được tính theo công thức sau:
Mc = 2P.a (MN.m; Tấn.m)
Trong đó:
- P là lực cán (MN; Tấn).
- a là cánh tay đòn ( m ).
a = (0,45÷0,5)l = (0,45÷0,5)
h
R ∆
.
đối với cán nóng.
Chọn a = 0,47l = 0,47
h
R ∆
.
R là bán kính làm việc của trục cán.(mm)
Δh là lượng ép (mm)
Mômen cán cho lỗ hình thứ nhất:
Ta có : P1= 3913 (KG) = 3,913 (Tấn)
R1= 136,5 (mm)
Δh1= 5 (mm)

⇒ a1= 0,47
1
1. h
R ∆
= 0,47
5
.
5
,
136
= 12,27 (mm) = 12,27.10-3
(m)
Vậy mômen cán :
Mc1 = 2.P1.a1 = 2.3,913.12,27.10-3
= 0,096 (Tấn.m)
3.4 TÍNH MÔMEN MA SÁT CHO CÁC LỖ HÌNH
Momen ma sát (Mms) gồm mômen ma sát do lực cán sinh ra tại cổ trục cán (Mms1) và
momen ma sát sinh ra tại các chi tiết quay (Mms2)
Mô men ma sát được tính:
Mms = Mms1 + Mms2
Trong đó:
Mms1 = P.d.f’
[13]
P: Lực cán (MN; T)
d: Đường kính cổ trục cán (m), đối với trục cán hình thì d = (0,55÷0,65)D ; Lấy
d= 0,6D = 0,55.300 = 165 (mm) = 0,165 (m).
f’
: Hệ số ma sát của ổ đỡ trục cán.
Ở đây, máy cán dùng ổ trượt nên f’
= 0,04÷0,1 Sách [13]
Lấy f’
= 0,05
Mms2 = (0,08÷ 0,12)(Mc+Mms1) Sách [13]
Chọn Mms2 = 0,1(Mc + Mms1)
Tính mômen ma sát cho lỗ hình thứ nhất
Ta có : P1= 3,913 (Tấn) ; Mc1 = 0,096 (T.m)
⇒ Mms1= P1.d.f’
= 3,913.0,165.0,05 = 0,032 (T.m)
Mômen ma sát tại các chi tiết quay:
Mms2 = 0,1(Mc1 + Mms1)
= 0,1(0,096 + 0,032) = 0,0128 (T.m)
Vậy mômen tổng trên lỗ hình thứ nhất:
Mms = Mms1 + Mms2
= 0,096+ 0,0128 = 0,1 (T.m)
3.5 TÍNH MÔMEN KHÔNG TẢI

Mômen không tải sinh ra để thắng toàn bộ trọng lượng các chi tiết quay của máy cán khi
máy chạy không tải. Mômen thường bằng (3
÷
6)% mômen cá
Mo = (3÷6)%Mc (T.m)
Lấy Mo= 6%Mc = 0,06Mc
Mômen không tải cho lỗ hình thứ nhất
Mo1 = 0,05Mc = 0,05.0,096 = 4,8.10-3
(T.m)
Tương tự như các lỗ hình khác, ta có bảng thông số bảng thông số lực và momen sau:
Bảng 3.1 thông số các mômen:
Lỗ
hình
P
(KG)
R
(mm)
Δh
(mm)
a
(mm)
Mc (T.m)
Mms
(T.m)
Mo
(T.m)
1 3913 136,5 5 12,27 0,096 0,1 4,8.10-3
2 8689 141,5 10 17,67 0,3 0,107 15.10-3
3 10356 137 19 24,1 0,5 0,14 25.10-3
4 10784 145 16 22,6 0,54 0,15 27.10-3
5 10000 140 11 18,44 0,36 0,126 18.10-3
6 9108 144 9 16,56 0,3 0,112 15.10-3
7 6398 140 7 14,7 0,9 0,076 45.10-3
8 6828 145 10 17,8 0,24 0,086 12.10-3
9 4255 143 4 11,2 0,095 0,065 4,75.10-3
3.6 TÍNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ
Công suất của động cơ khi cán được tính theo công thức:
Nđc = M tđc . ωđc (KW)
Trong đó:
+ Mtđc : Là momen tĩnh trên trục động cơ:
Mtđc=
i
M
M
M
M o
ms
ms
c
.
2
1
η
+
+
+
Mc : Momen cán (T.m).
Mms1, Mms2: Momen ma sát tại cổ trục cán và các chi tiết quay (T.m).
Mo: Momen không tải.
η : Hệ số chuyển động hữu ích của máy.
η = (0,85÷ 0,93); chọn η= 0,85
η= η1. η2. η3

η1 = 0,9÷0,95:Hệ số hữu ích của hộp giảm tốc.
η2 = 0,92÷0,95:Hệ số hữu ích của hộp phân lực.
η3 = 0,99:Hệ số hữu ích của trục khớp nối.
c
dc
c
dc
n
n
i
ω
ω
=
=
:Tỉ số truyền từ trục động cơ đến trục cán.
nđc, nc: Tốc độ quay của trục động cơ và trục cán.
ωđc, ωc : Vận tốc góc của động cơ và trục cán.
Sơ bộ chọn tốc độ quay của động cơ: nđc = 750 (vg/ph)
Vận tốc cán: Vc= 2,5 (m/s).
Đường kính trục cán: D = 300(mm)
⇒ Số vòng quay của trục cán :
nc =
D
Vc
.
.
1000
.
60
π
=
300
.
5
,
2
.
1000
.
60
π
= 160 (vg/ph)
⇒
160
950
=
=
c
dc
n
n
i
= 6
Vậy tỉ số truyền : i = 6
Đối với máy thiết kế, sản phẩm thép rằn được cán qua chín lỗ hình, làm việc coi như
liên tục cho nên để có mômen cán chính xác và để cho các lỗ hình khác làm việc bình
thường, ta phải xét đến việc hai lỗ hình làm việc cùng một lúc trong quá trình cán.
Ta đi so sánh từng cặp lỗ hình làm việc để chọn ra cặp có tổng mômen cán là lớn
nhất.
Theo bảng 3.1 ta thấy cặp lỗ 4 và 5 làm việc với mômen cán là lớn nhất. Do đó chọn
cặp lỗ hình này để tính công suất cho động cơ. Các lỗ hình còn lại làm việc với công suất
nhỏ hơn.
Ta có:
Mc = Mc3 +Mc4
= 0,5+ 0,54 = 1,4 (T.m)
Mms = Mms3 +Mms4

= 0,14 + 0,15 = 0,29 (T.m)
Mo = Mo3 +Mo4
= (25 + 27).10-3
= 52.10-3
⇒ Mtđc =
i
M
M
M
M ms
ms
c
.
0
2
1
η
+
+
+
=
6
.
85
,
0
052
,
0
29
,
0
4
,
1 +
+
= 0,34 (T.m)
Vận tốc góc của động cơ:
ωđc =
5
,
78
60
750
.
2
60
2
=
=
π
π dc
n
(rad/s)
Vậy công suất của động cơ:
Nđc = Mtđc. ωđc = 0,34.78,5 = 26,7 (KW)
Chọn hệ số an toàn k=2
⇒ Nđc = 26,7 . 2 = 53 (KW)
Tra bảng 2P tài liệu [4] ta chọn động cơ có ký hiệu: A02-92-8 có N = 55KW và n
= 750 vg/ph.
3.8THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC
Hộp giảm tốc là một cơ cấu gồm các bộ phận truyền bánh răng, tạo thành một tổ hợp
biệt lập để giảm số vòng quay và truyền công suất từ động cơ đến hộp phân lực.
Hộp giảm tốc ở máy cán thép ta chọn là hộp giảm tốc phân đôi cấp nhanh.
Ưu điểm của hộp giảm tốc phân đôi cấp nhanh:
- Tải trọng phân bố đều trên các trục.
- Sử dụng hết khả năng của vật liệu chế tạo các bánh răng cấp chậm và cấp nhanh.
- Bánh răng phân bố đối xứng với ổ, sự tập trung tải trọng theo chiều dài răng ít hơn so
với sơ đồ khai triển thong thường.
Tuy nhiên nó củng có nhược điểm là chiều rộng của hộp giảm tốc tăng lên một ít, cấu
tạo của các bộ phận ổ phức tạp hơn, số lượng chi tiết và số lượng gia công tăng.
Động cơ điện ta sử dụng có ký hiệu là: A02-92-8 có các thông số ở bảng 3.2:
Kiểu động cơ
Công suất (Kw)
Tải trọng định
mức đm
m
M
M
đm
M
M max
đm
M
M min Khối
lượng
động
cơ(kg)
Vận tốc Hiệu

(v/ph) suất(%)
A2-92-8 5,5 735 92 1,1 1,7 0,8 495
Số vòng quay của trục cán: nc = 160 ( vòng/phút)
Do đó mà tỉ số truyền của hộp giảm tốc:
6
160
750
=
=
=
c
n
n
i
3..8.1 Phân phối tỉ số truyền
Việc phân phối tỉ số truyền (ih) cho các bộ truyền trong hộp giảm tốc theo các nguyên
tắc sau:
+ Bảo đảm khuôn khổ và trọng lượng của hộp giảm tốc là nhỏ nhất.
+ Đảm bảo điều kiện bôi trơn cho bộ truyền là tốt nhất.
Đối với hộp giảm tốc phân đôi cấp nhanh, ta phân phối tỉ số truyền như sau:
Ta có: ih = ic.in
Trong đó: ic : Tỉ số truyền cấp chậm
In : Tỉ số truyền cấp nhanh
Dựa theo bảng ( 3.1) Sách [5] ta có: ic = 2,54 in = 2,36
Vậy số vòng quay trên các trục:
nI = nđc = 750 (vòng/phút)
nII =
318
36
,
2
750
=
=
n
I
i
n
(vòng/phút)
nIII =
125
54
,
2
318
=
=
n
II
i
n
(vòng/phút)
Công suất trên các trục của hộp:
NI = Nđc.ηol.ηkn (KW)
Với: Nđc = 55 (KW)
ηol = 0,99: Hiệu suất của một cặp ổ lăn.
ηkn = 1 : Hiệu suất của khớp nối.
⇒ NI = Nđc.ηo.ηkn = 55.0,99.1 = 54,45 (KW)
Tương tự ta có:

THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP XÂY DỰNG 3992302.pdf

THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP XÂY DỰNG 3992302.pdf

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP XÂY DỰNG 3992302.pdf

Similar to THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP XÂY DỰNG 3992302.pdf (20)

More from NuioKila

More from NuioKila (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP XÂY DỰNG 3992302.pdf