Đồ Án Lựa Chọn Vật Liệu Lựa Chọn Vật Liệu Để Chế Tạo Bánh Cán D220 Dùng Trong Giá Cán Block Đảm Bảo Yêu Cầu Làm Việc.pdf

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.59 MB, 26 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Viện Khoa Học và Kỹ Thuật Vật Liệu

Đồ Án Lựa Chọn Vật LiệuĐề tài:

Lựa chọn vật liệu để chế tạo bánh cán D220 dùng trong giácán block đảm bảo yêu cầu làm việc.

Sinh viên thực hiện:

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

Trường ĐHBKHNViện KH&KTVL

Đặng Tuấn Anh20196913Triệu Quang Đức20196062Dương Quang Khải20196121

- Phương pháp chế tạo bánh cán block, lựa chọn các thông số hình học.- Phân tích chế độ/điều kiện làm việc, xác định chỉ tiêu cơ tính.- Lựa chọn vật liệu và kiểm tra/nghiệm bền chi tiết với vật liệu đã chọn.

- Kết luận và đề xuất phương án vật liệu lựa chọn cùng các biện pháp gia công tăngbền đảm bảo yêu cầu làm việc.

5. Nội dung bản vẽ:

- Bản vẽ chi tiết bánh cán block với đầy đủ yêu cầu chế tạo

6. Ngày giao đồ án: 7. Ngày hoàn thành:

Sinh viên ký tênGiảng viên hướng dẫn

TS. Đặng Thị Hồng Huế

Trưởng bộ môn

PGS.TS Lê Thái Hùng

2

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

Mục lục

Mục lục...3

Lời nói đầu...5

I. Nguyên tắc lựa chọn vật liệu...6

1. Cơ sở lựa chọn vật liệu...6

2. Nguyên tắc lựa chọn các nhóm vật liệu...6

2.1. Yêu cầu về tính năng của vật liệu...6

2.2. Yêu cầu về tính cơng nghệ...6

2.3. u cầu về tính kinh tế...7

2.4. u cầu xề xã hội và bảo vệ môi trường...7

3. Các bước thực hiện lựa chọn vật liệu...7

3.1. Nghiên cứu điều kiện làm việc của chi tiết, xác định chỉ tiêu yêu cầu...7

3.2. Lựa chọn vật liệu...7

3.3. Phân tích các thành phần trong vật liệu lựa chọn...7

3.4. Đưa ra các phương án lựa chọn và phương án thay thế cần thiết, đề xuất các phương pháp gia công tăng bền...7

II. Lựa chọn vật liệu cho chi tiết bánh cán...8

1. Đặc điểm cấu tạo, vị trí, điều kiện làm việc của chi tiết...8

1.1. Giới thiệu về hệ thống Block...8

1.2. Trục và bánh cán trong giá cán Block...9

1.3. Điều kiện làm việc của bánh cán trong giá cán block:...10

2. Yêu cầu kỹ thuật của chi tiết...11

2.1. Kích thước cơ bản...11

2.2. Vật liệu...11

2.3. Ảnh hưởng của các nguyên tố trong thép tới độ bền của thép...12

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

1.1. Tạo phơi...17

1.2. Quy trình chế tạo bánh cán...19

2. Quy trình cơng nghệ xử lý nâng cao cơ tính...20

IV. Nghiệm bền chi tiết trong điều kiện làm việc...21

V. Kết luận...23

Tài liệu tham khảo...24

4

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

Lời nói đầu

Hiện nay,sự phát triển và hội nhập của nền kinh tế đất nước so với các nước trongkhu vực và trên thế giới ngày càng được đẩy mạnh.Trong những năm qua nước ta đã cónhững chuyển biến rõ rệt trên mọi ngành nghề lĩnh vực như kinh tế , giáo dục, y tế, mơitrường , vv. Để có sự phát triển này khơng thể khơng nhắc đến vai trị then chốt của cơsở hạ tầng, đặc biệt ngành thép là hạt nhân chính trong việc phát triển cơ sở hạ tầng.

Vì các sản phẩm của ngành thép được ứng dụng hầu hết trong các ngành côngnghiệp và các mặt hàng dân dụng như: Công nghiệp chế tạo máy, ôtô, ngành đường sắt,xây dựng, kiến trúc... Mặt khác, sản lượng thép chia cho bình quân đầu người cũng làchỉ tiêu quan trọng để đánh giá mức độ cơng nghiệp hố, hiện đại hố của một đất nước.Chính vì vậy mà Đảng và Chính phủ đã có những chủ trương, chính sách đẩy nhanh quátrình phát triển của ngành thép.

Trong các phương pháp tạo hình bằng gia cơng áp lực như: Cán, Kéo, Rèn, Dập,Ép chảy và Kéo dây. Trong đó Cán là phương pháp thơng dụng nhất có truyền thống lâuđời và có nhiều ưu điểm mà hiếm có phương pháp nào có được, với mục đích nhằm thayđổi diện tích mặt cắt ngang của phôi kim loại và thay đổi chiều dài của sản phẩm dướitác động của trục cán quay ngược chiều nhau. Sản phẩm cán được sử dụng rất rộng rãitrong tất cả các ngành kinh tế quốc dân như : ngành chế tạo máy, cầu đường, côngnghiệp oto, xây dựng, quốc phịng…

Để thực hiện q trình cán phải sử dụng các thiết bị cán như là Máy cán (là thiếtbị chính) bên cạnh đó là lị nung, máy cắt, con lăn…Trong đó chi tiết chính làm biếndạng phôi kim loại là trục cán, bánh cán .. tùy theo mục đích làm việc. Là sinh viên củatrường Đại học Bách khoa Hà Nội, được học tập tại Viện Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu,sau thời gian học tập và rèn luyện tại trường, để đánh giá quá trình học tập, rèn luyệncủa bản thân, chúng em được bộ môn giao nhiệm vụ thực hiện thiết kế đồ án môn học

với đề tài: “Lựa chọn vật liệu để chế tạo bánh cán D220 dùng trong giá cán block

đảm bảo yêu cầu làm việc”.

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

I.Nguyên tắc lựa chọn vật liệu

1. Cơ sở lựa chọn vật liệu

Vật liệu là yếu tố quan trọng đầu tiên để xây dựng hay chế tạo một sản phẩm cụthể nào đó. Do đó, việc lựa chọn và sử dụng vật liệu trước hết phải xuất phát từ mụctiêu của phương án sản xuất.

Phương án sản xuất được hình thành trên cơ sở nhu cầu thị trường. Nhu cầu baogồm các yêu cầu mới và sở thích mới trong mọi lĩnh vực phát triển kinh tế, khoa họckỹ thuật, văn hóa và xã hội. Các yếu tố cần phải tính đến là xu thế phát triển của cáclĩnh vực mà sản phẩm có liên quan, đặc biệt là năng lượng có vai trị quan trọng trongq trình chế tạo vật liệu.

Những tiền đề đã nêu sẽ giúp người thiết kế xác định các đặc tính cần có của sảnphẩm: các tính năng kỹ thuật hoặc tính năng sử dụng, chất lượng, giá cả, hình thức vàquy mơ sản xuất. Từ u cầu chung cho sản phẩm mà xác định yêu cầu cụ thể đối vớitừng bộ phận, cụm chi tiết hoặc chi tiết riêng lẻ và từ đó tiến hành lựa chọn vật liệu.

2. Nguyên tắc lựa chọn các nhóm vật liệu

Nguyên tắc lựa chọn vật liệu là các yêu cầu về tính năng, tính cơng nghệ, tínhkinh tế và tính xã hội.

2.1. Yêu cầu về tính năng của vật liệu

Tính năng vật liệu bao gồm các tính chất cơ, lý, hóa xác định trong phịng thínghiệm và các tính chất tổng hợp liên quan đến q trình sử dụng như tuổi thọ và độtin cậy.

Yêu cầu cơ bản phụ thuộc vào đối tượng sử dụng, tức là yêu cầu độ bền cơ họcvới chi tiết chịu lực, yêu cầu về độ dẫn nhiệt, điện tốt với các chi tiết dẫn nhiệt, dẫnđiện,…

Tiêu chuẩn đầu tiên để lựa chọn vật liệu là tính chất cơ bản phải cao hơn giá trịyêu cầu, trong nhiều trường hợp phải tính đến hệ số dự trữ. Nếu yêu cầu chi tiết liênquan đến nhiều tính chất khác nhau thì chỉ tiêu lựa chọn vật liệu sẽ là tập hợp của cáctính chất đó.

Tuổi thọ của sản phẩm (chi tiết) phản ánh thời gian tối thiểu mà chi tiết có thểthỏa mãn được các tính năng đề ra, nó phụ thuộc vào chất lượng vật liệu. Độ tin cậylà khả năng sử dụng vật liệu mà không xảy ra sự cố trong suốt thời gian dự kiến.

2.2. u cầu về tính cơng nghệ

u cầu về tính cơng nghệ là khả năng đáp ứng các phương pháp cơng nghệ, giacơng nào đó để đạt được các tính chất (cơ, lý, hóa,…) mong muốn. Có thể liệt kê cáctính cơng nghệ thơng dụng sau đây:

6

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

-Tính đúc;-Tính hàn;-Tính cắt gọt;

-Khả năng xử lý nhiệt/nhiệt luyện

-Khả năng biến dạng nguội, nóng và dập sâu.

2.3. u cầu về tính kinh tế

Khi có khả năng được lựa chọn nhiều loại vật liệu để thỏa mãn u cầu về tínhnăng sử dụng và tính cơng nghệ thì tính kinh tế sẽ quyết định vật liệu nào được ưutiên lựa chọn làm chi tiết máy. Tính kinh tế thể hiện ở giá thành nguyên liệu và chiphí gia công, chế tạo.

2.4. Yêu cầu xề xã hội và bảo vệ môi trường

Việc lựa chọn vật liệu phải tuân theo luật bảo vệ môi trường của nhà nước và đảmbảo an toàn xã hội cao. Điều này thể hiện qua:

-Quy trình cơng nghệ khơng làm ơ nhiễm mơi trường

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

-Không gây tiếng ồn quá giới hạn quy định trong quy trình cơng nghệ và q trìnhvận hành máy được thiết kế ra.

3. Các bước thực hiện lựa chọn vật liệu

3.1.Nghiên cứu điều kiện làm việc của chi tiết, xác định chỉ tiêu yêu cầu

Là bước đầu của quá trình lựa chọn vật liệu, qua điều kiện làm việc của chi tiết sẽxác định được các chỉ tiêu cơ tính cần thiết, từ đó quyết định được lựa chọn vật liệunào.

Đây là bước rất quan trọng, xác định được khoảng độ cứng cần thiết, giới hạn bềnchảy, giới hạn bền kéo,… của chi tiết mà tại đó chi tiết có thể hoạt động phù hợp vớichế độ và phạm vi làm việc.

Phân tích điều kiện làm việc yêu cầu chính xác, đầy đủ. Nếu phân tích sai điềukiện làm việc dẫn đến lựa chọn sai vật liệu, dẫn đến sai hỏng chi tiết khi làm việc,gây nguy hiểm và thiệt hại kinh tế.

3.2. Lựa chọn vật liệu

Trên cơ sở kiến thức và yêu cầu, kỹ sư tiến hành khoanh vùng các vật liệu có thểđáp ứng các yêu cầu làm việc trên. Từ đó có thể phân tích các ưu , nhược điểm củacác vật liệu, sau đó sẽ chọn được vật liệu phù hợp với yêu cầu thực tế.

3.3. Phân tích các thành phần trong vật liệu lựa chọn

Cần xác định thông tin về vật liệu, về thành phần hóa học, làm rõ các vai trò, ảnhhưởng của các nguyên tố tới hiệu quả cơ tính, chế độ xử lý nhiệt.

8

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

3.4. Đưa ra các phương án lựa chọn và phương án thay thế cần thiết, đề xuất các phương pháp gia công tăng bền

II. Lựa chọn vật liệu cho chi tiết bánh cán

1. Đặc điểm cấu tạo, vị trí, điều kiện làm việc của chi tiết

1.1. Giới thiệu về hệ thống Block

Nhóm giá cán tinh gồm từ 6-10 giá cán, đường kính từ 190-250mm. Các giá cánnày được đặt nghiêng 45 với mặt sàn và đặt vng góc với nhau. Tất cả các giá cáno

được đặt trong hộp kín nên có tên là giá cán Block (hình 1.1). Chúng hoạt động bằng2 động cơ điện 1 chiều DC, có điện áp từ 400-600V, cơng suất lên tới 2000W/giá.

Hình 1. Giá cán Block.

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

Hình 2. Hệ thống giá cán Block.

Nhóm Block dùng để cán các loại thép dây, thép thanh và thép vằn với tốc độ cao

Hình 3. Cấu tạo hệ thống Block.

1.2. Trục và bánh cán trong giá cán Block

Bánh cán là bộ phận bao ngoài trục cán, là chi tiết chịu va chạm, ma sát với phơithép khi cán thép. Bánh cán có 2 loại là bánh cán trơn, bánh cán có gân hình để cántinh sản phẩm.

Cấu tạo bao gồm: Trục, vòng đệm, bánh cán, vịng kẹp thủy lực.

10

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

Hình 1.2. Các chi tiết bánh cán.

Bánh cán tròn trơn và bánh cán có gân hình có độ cứng cao thường dùng cho giá cán block cán ra thép dây, thép xây dựng kích thước nhỏ. Bánh cán cũng là một bộ phận rất quan trọng vì nó trực tiếp tiếp xúc với phơi thép, có các rãnh tạo biên dạng của sản phẩm.

1.3. Điều kiện làm việc của bánh cán trong giá cán block:

- Thứ nhất, bánh cán là công cụ tạo hình bằng phương pháp biến dạng dẻo.- Tốc độ cán thép dây rất lớn, đạt 80m/s, thậm chí tới 120m/s nên lượng nhiệt sinh

ra rất lớn.

- Tiếp xúc trực tiếp với phơi nóng, nên u cầu chống mài mòn tốt, bề mặt nhẵn, độbền nhiệt cao để tránh hiện tượng nứt do nhiệt độ cao truyền từ phôi sang bánhcán.

- Để đưa phôi vào hai trục cán đang quay ngược chiều cần có ngoại lực tác dụng, từđó ma sát tiếp xúc khiến cho phôi được ăn liên tục vào bánh cán làm biến dạngthay đổi kích thước.

- Để q trình ăn phơi xảy ra thì tổng các lực kéo, đẩy phôi theo phương ngang phảilớn hơn lực cản.

Với điều kiện làm việc như trên thì hiện tượng cong vênh, mịn bề mặt hay sứt,tróc bề mặt, thậm chí gãy vỡ khi q tải là điều khó tránh khỏi.

VD: Trong cán thép xây dựng CT3 (0,14-0,22%C), CT5 (0,28-0,37%C) có lượngC thấp. Do phơi được nung nóng đến 1200 C nên phơi thép có tính dẻo cao, vì vậyo

độ cứng của trục cán không yêu cầu cao như cán nguội.

+ Phải có độ bền cao, độ cứng tốt để chịu tải trọng lớn và va đập, với bề mặt yêucầu độ cứng tới 52-64 HRC.

+ Chống mài mòn tốt do chịu tác động của ma sát lớn.+ Yêu cầu độ bền nhiệt.

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

2. Yêu cầu kỹ thuật của chi tiết

2.1. Kích thước cơ bản

Hình 2.1 Bản vẽ chế tạo bánh cán tròn tiêu chuẩn.

Bánh cán được chế tạo theo 2 kiểu lỗ hình chính là ovan/trịn và lỗ hình cántinh có hình dạng giống với hình dạng sản phẩm, ví dụ với sản phẩm thép vằnCT5 thì u cầu bánh cán có gân.

Kích thước tiêu chuẩn của bánh cán trịn:

Bảng 2.1 Kích thước tiêu chuẩn của bánh cán trịn.

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

2.2. Vật liệu

Vì bánh cán làm việc trực tiếp với phôi thép, nên vật liệu làm bánh cán có tácdụng quan trọng đối với khả năng làm việc của giá cán. Phải chọn vật liệu sao chocó thể giảm được thất thốt cơng suất do ma sát giữa bề mặt chi tiết với phơi vàgiảm chi phí sửa chữa, thay thế do mịn. Vì thế cần phải chọn vật liệu làm bánhcán thỏa mãn các yêu cầu chủ yếu sau:

+ Đủ độ bền, độ cứng.

+ Có khả năng chống mịn, chống dính.+ Có tuổi thọ dài.

+ Bền nhiệt và chịu sốc nhiệt tốt.+ Có hệ số giãn nở nhiệt thấp.

Vật liệu làm bề mặt bánh ma sát phải có độ bền tiếp xúc và độ bền mịn cao, cóhệ số ma sát lớn để giảm lực ép cần thiết của máy.

Thường dùng các loại hợp kim chất lượng cao như thép tôi Liên Xô 40XH,50XH, IIIX15, 18X2H2B, thép hợp kim Cacbit-Wolfram, Cacbit-Titan… Độcứng bề mặt phải đạt trên 60 HRC.

2.3. Ảnh hưởng của các nguyên tố trong thép tới độ bền của thép

C (Carbon): Nguyên tố C là thành phần quan trọng nhất của thép. Hay nói một

cách hoa mỹ hơn thì Cacbon là “linh hồn của thép”. Nó có thể tăng độ cứng,độ bền kéo và khả năng chống mài mòn. Hàm lượng C đạt tiêu chuẩn để thépcó độ bền tốt nhất là 0,8 đến 1%, nếu như lượng C quá cao sẽ khiến độ bền củathép giảm đi rất nhiều.

Si (Silic): Phần tử Si là một chất khử oxy. Nó làm tăng độ bền kéo, tính chất cơ

học và tính thấm từ. Đây là thành phần quan trọng nhất trong thép đàn hồi.

Mn (Mangan): Khi thành phần này hịa tan vào sắt nó sẽ nâng cao độ bền cũng

như độ cứng của thép, và làm gia tăng tính cơ học của thép. Để thép có độ bềntốt nhất hàm lượng mangan cũng phải nằm trong quy định giới hạn cho phép là0.5% đến 0.8%.

P (Photpho): Phốt pho cũng là thành phần nguyên tố góp phần gia tăng độ bền bỉ

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

Mo (Molybden): Môlipđen tăng mạnh độ thấm tôi, cải thiện tính chống ram do

nó tạo cacbit nhỏ mịn phân tán khi ram ở nhiệt độ cao, làm giảm sự nhạy cảmđối với giòn ram.

V (Vanadi): Vanađi là nguyên tố tạo cacbit mạnh, cacbit VC tạo thành có độ

cứng rất cao, nhỏ mịn, nằm ở biên giới hạt ngăn cản sự lớn lên của austenit khinung. Vanađi tăng tính chống ram và tăng khả năng chống mài mòn cho thép.Cacbit VC khó tan (hầu như khơng hịa tan) vào trong austenit ở nhiệt độaustenit hóa, khi lượng vanađi tăng tính chống mài mịn tăng và tính mỏi giảm.

Niken (Ni): Tăng độ cứng mà không phải hy sinh độ dẻo và độ dẻo dai. Nó cũng

làm tăng khả năng chống ăn mòn ở nhiệt độ cao khi được đưa vào với số lượngphù hợp như thép có crơm cao (khơng gỉ).

Ti (Titan): Được sử dụng như các yếu tố ổn định trong thép khơng gỉ. Mỗi loại có

ái lực cao với carbon và tạo thành các cacbua, được phân tán đồng đều trongtồn bộ thép. Do đó, ngăn chặn sự kết tủa cục bộ của các cacbua ở ranh giớihạt.

W (Vonfram): Tăng tính chống mài mịn, độ cứng và độ dẻo dai. Thép vonfram

có khả năng gia cơng nóng vượt trội và hiệu quả cắt lớn hơn ở nhiệt độ cao.

3. Xây dựng chỉ tiêu hiệu năng cho chi tiết

Để chọn được vật liệu bánh cán phù hợp thì các giá trị vận hành của chi tiếtmáy phải nhỏ hơn giá trị giới hạn của vật liệu.

Ví dụ: Lựa chọn vật liệu để chế tạo bánh cán D220 dùng trong giá cán blockđảm bảo yêu cầu làm việc.

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

Chiều dài bề mặt làm việc H = 100 mm.Đường kính ngồi D = 220 mm.Đường kính trong d = 150 mm.

Điều kiện làm việc: Gia cơng biến dạng nóngu cầu:

+ Khả năng chịu tải, chịu uốn, xoắn.+ Tính bền nhiệt

Trong đó, thành phần chủ yếu cacbua thường có kích thước hạt từ 0,2-10micron, hơn nữa hạt cacbua này sẽ được liên kết với nhau bằng chất kết dịch kimloại chẳng hạn coban (Co), có khi là Niken (Ni), Sắt (Fe) hoặc hợp kim khác.

Thép hợp kim chia làm hai phần chính: một là giai đoạn cứng; phần khác làkim loại ngoại quan. Sự có mặt cacbua kim loại chuyển tiếp như titan, vonfram…giúp thép hợp kim cứng hơn khi gia cơng, thậm chí khả năng lên đến trên 70 HRCngay cả ở nhiệt độ 1000 ℃.

Ngoài ưu điểm, đó là độ cứng hồn hảo, khả năng chịu nhiệt, chịu tác động

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

Bấm Find now.

Bước 2: Chọn Hot shape rolling để tìm các mác vật liệu cán nóng.

Bước 3: Trong mục Links, chọn Materials.

Bước 4: Chọn mác vật liệu, so sánh với chỉ tiêu hiệu năng.

Ta tìm được mác WH9560F có độ bền 495 MPa phù hợp yêu cầu.Thành phần 95% WC, 3% Ni, 2% Fe

Mác WH9560F (ATSM)

Khối lượng riêng 18,2 kg/m3

Giới hạn đàn hồi 560 MPaĐộ cứng 3600 MPaHệ số Poison 0.29Nhiệt độ nóng chảy 3473 KHệ số truyền nhiệt 110 W/m.K

16

</div>