Ứng dụng mô phỏng số nghiên cứu ảnh hưởng của góc đưa phôi đến hệ số sử dụng vật liệu khi cán thô tấm dày trên máy cán "5000"

ISBN 2354-0575 
Khoa học & Công Nghệ - Số 12/Tháng 12 – 2016 Journal of Science and Technology 9 
ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG SỐ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG 
CỦA GÓC ĐƯA PHÔI ĐẾN HỆ SỐ SỬ DỤNG VẬT LIỆU 
KHI CÁN THÔ TẤM DÀY TRÊN MÁY CÁN "5000" 
Nguyễn Xuân Diệp1, Trần Đức Hoàn1 
 1 Trường Học viện Kỹ thuật Quân sự 
Ngày nhận: 01/10/2016 
Ngày sửa chữa: 31/10/2016 
Ngày xét duyệt: 15/11/2016 
Tóm tắt 
Trong cán tấm dày, hiện tượng giãn rộng không đều ở cạnh biên khi cán theo phương pháp truyền 
thống làm hao hụt một lượng rất lớn kim loại cần cắt gọt, làm giảm hệ số sử dụng kim loại. Bài báo này 
nghiên cứu khả năng tăng hệ số sử dụng kim loại bằng phương pháp cán xiên, ứng dụng phần mềm mô 
phỏng số DEFORM - 3D đưa ra các thông số công nghệ phù hợp khi cán tấm dày trên máy cán "5000". 
Từ khóa: Cán xiên, lượng dãn rộng, góc đưa phôi, lực cán, máy cán "5000" MTZ. 
CÁC KÍ HIỆU SỬ DỤNG VÀ THỨ NGUYÊN 
H0 Chiều dày phôi ban đầu mm 
B Chiều rộng phôi cán mm 
L Chiều dài phôi cán mm 
T Nhiệt độ nung phôi 0C 
∆H Lượng ép tuyệt đối khi cán mm 
ε Lượng ép tương đối - 
α Góc đưa phôi 0 
β Góc ở đỉnh phôi sau khi cán 0 
∂ Hệ số giãn rộng tương đối - 
K Hệ số sử dụng kim loại - 
S0 
Diện tích bề mặt phôi sau 
khi cán 
mm2 
Sc 
Diện tích bề mặt phôi phần 
cắt bỏ mm
2 
1. Đặt vấn đề 
Trong quá trình cán tấm phôi bị kéo và ép 
giữa khe hở của hai trục cán, theo định luật trở lực 
biến dạng nhỏ nhất thì kim loại không chỉ chảy 
theo hướng cán mà còn chảy theo hướng vuông 
góc với hướng cán. Điều này dẫn đến chiều rộng 
của phôi sau khi cán sẽ lớn hơn so với phôi cán 
ban đầu. Thông thường trong quá trình cán tấm, 
đặc biệt khi cán thô, do biến dạng của phôi không 
đều dẫn đến quá trình dãn rộng không đều trên 
toàn bộ chiều dài và ở hai đầu tấm cán, bán sản 
phẩm sau khi cán thô sẽ phải cắt bỏ phần giãn rộng 
này, làm giảm hệ số sử dụng kim loại. 
Trong sản xuất ống có mối hàn, người ta sử 
dụng phôi tấm sau các bước cán thô từ phôi tấm 
dày để tạo hình ống. Nếu dùng tấm dày theo 
phương pháp cán truyền thống (cán thẳng) thì cần 
phải cắt bỏ một lượng lớn kim loại bị dãn rộng. Do 
vậy, hệ số sử dụng vật liệu trong trường hợp này 
thấp. Cụ thể khi khảo sát các số liệu thực tế đối với 
máy cán “5000” phần kim loại cắt bỏ sau cán tấm 
thô khoảng 117 nghìn tấn/năm (chiếm khoảng 
7,1% tổng khối lượng kim loại sử dụng cho cán 
trong một năm) [1]. Vì vậy việc tăng hệ số sử dụng 
vật liệu trong quá trình cán tấm thô sẽ tiết kiệm 
đáng kể chi phí sản xuất ống có mối hàn. 
Hiện nay trên thế giới, người ta giảm hiện 
tượng dãn rộng không đồng đều trong quá trình 
cán bằng nhiều cách, như giảm lượng ép trong mỗi 
bước cán, tăng độ chính xác khi chế tạo thiết bị, 
ISBN 2354-0575 
10 Khoa học & Công Nghệ - Số 12/Tháng 12 – 2016 Journal of Science and Technology 
lắp thêm các trục cán đứng sau các giá cán ngang, 
sử dụng phương pháp cán xiên với góc đưa phôi 
khác 00,  Tuy nhiên, giảm lượng ép trong mỗi 
bước cán thì số lần cán lại tăng lên, tăng độ chính 
xác khi chế tạo thiết bị cũng đòi hỏi những yêu cầu 
cao về công nghệ chế tạo hay lắp thêm các trục cán 
đứng sau các giá cán ngang đều làm tăng chí phí 
sản xuất. Một phương pháp mới, có hiệu quả tương 
đối cao mà lại không cần thêm các chi phí sản xuất 
khác như các phương pháp kể trên là cán xiên. Do 
đó, bài báo này đi sâu nghiên cứu phương pháp 
cán xiên dưới các góc đưa phôi khác nhau, ứng với 
những lượng ép nhất định. 
2. Bài toán cán xiên 
 2.1. Cán tấm xiên 
Cán tấm xiên là thực hiện cán tấm với góc 
đưa phôi α (α > 0) hợp giữa cạnh bên của phôi với 
trục cán. Trong khi đó cán thẳng thì góc α = 0 
(Hình 1). 
Các thông số công nghệ ảnh hưởng chủ yếu 
tới quá trình cán xiên: 
- góc đưa phôi α; 
- Lượng ép khi cán, 0H H ; 
Các thông số công nghệ này có ảnh hưởng 
lớn đến quá trình cán và chất lượng bán sản phẩm 
sau cán. Ngoài ra, hệ số ma sát giữa trục cán và 
phôi, kích thước trục cán cũng có ảnh hưởng nhất 
định khi cán xiên. Khi nghiên cứu cán xiên tấm 
dày, việc chọn lượng ép, phân bố lượng ép ở các 
bước cán cũng tương tự như khi cán thẳng. Do đó, 
khảo sát quá trình cán xiên để tìm được góc đưa 
phôi và lượng ép phù hợp sao cho độ dãn rộng nhỏ 
nhất, góc ở đỉnh của bán sản phẩm sau cán gần 900 
nhất. Khi đó, hệ số sử dụng vật liệu là tốt nhất. Vì 
vậy, khi cán xiên thường được thực hiện với số 
bước chẵn, thực hiện bước đầu tiên với góc đưa 
phôi α, bước 2 với góc đưa phôi – α và cứ như vậy 
đến bước chẵn cuối cùng. Việc thực hiện quy trình 
như vậy làm cho bán sản phẩm cuối cùng có dạng 
gần giống hình chữ nhật nhất và làm giảm lượng 
kim loại phải cắt bỏ. 
1- Phôi cán; 2- Trục cán 
Hình 1. Sơ đồ cán thẳng 
1- Phôi cán; 2- Trục cán 
Hình 2. Sơ đồ cán xiên 
2.2. Xây dựng mô hình bài toán mô phỏng số 
Xây dựng bài toán mô phỏng số quá trình 
cán thẳng và cán xiên với cùng một chế độ cán như 
nhau, phôi đầu vào như nhau, số bước cán như 
nhau. Quá trình mô phỏng được thực hiện trên 
phần mềm Deform 3D, là một phần mềm được sử 
dụng rộng rãi và có mức độ tin tưởng cao trong 
công nghệ sản xuất và nghiên cứu các quá trình 
biến dạng. Mục đích của mô phỏng số nhằm lựa 
chọn được các thông số công nghệ khi cán xiên, 
đặc biệt là góc đưa phôi để nâng cao hệ số sử dụng 
vật liệu trong cán thô tấm dày khi so sánh với quá 
trình cán truyền thống. 
ISBN 2354-0575 
Khoa học & Công Nghệ - Số 12/Tháng 12 – 2016 Journal of Science and Technology 11 
Hình 3. Mô hình hình học quá trình cán xiên 
Các thông số của phôi đầu vào và chế độ 
công nghệ như sau: 
Kích thước phôi : 
BxLxH = 2000x4100x250 mm; 
Kích thước trục cán: 
1200 5300 L mm ; 
Vật liệu phôi: 
Thép 45, tương đương với AISI 1045; 
Nhiệt độ cán: 1150 độ C; 
Hệ số ma sat giữa trục cán và phôi: 
 0,3 [2, 5]; 
Tốc độ quay của trục cán: 1,2 rad/s. 
Hình 4. Mô hình vật liệu thép 45 
ở T=11000C, , =1 s-1 
Trên cơ sở phân bố và chọn lượng ép khi 
cán thẳng tại một cơ sở sản xuất thực hiện trên 
máy cán "5000", với phôi đầu vào như đã chọn, 
lượng ép qua các bước lẻ được chọn là là 10%, 
phân tích xử lý số liệu mô phỏng để chọn được góc 
đưa phôi và lượng ép phù hợp ở các bước chẵn khi 
cán xiên qua 4 bước với cùng một lượng ép tổng 
như khi cán thẳng. 
Lượng ép tương đối tổng: 
ε∑ = 1 - (1-ε1) (1-ε2)... (1-εn) (1) 
Các bước mô phỏng số được thực hiện như 
sau: 
Mô phỏng số 4 bước cán thẳng theo như 
tiến trình công nghệ thực tế. 
Đối với quá trình cán xiên: 
Thực hiện mô phỏng ở bước 1, lựa chọn 
lượng ép 10%, thay đổi góc đưa phôi từ 100 đến 
450. Từ kết quả mô phỏng, lựa chọn góc đưa phôi 
α phù hợp với góc ở đỉnh của bán sản phẩm. 
Tiếp tục thực hiện mô phỏng bước 2 với 
góc đưa phôi đã chọn ở bước 1, khảo sát lượng ép 
phù hợp. 
Bước 3 và bước 4 thực hiện lặp lại như 
bước 1 và bước 2. Chỉ lưu ý ở bước 4 chọn lượng 
ép sao cho phù hợp với lượng ép tổng.
3. Kết quả mô phỏng 
3.1. Lựa chọn góc đưa phôi 
Mô phỏng bước 1, với lượng ép 10% thu được kết quả góc ở đỉnh của bán sản phẩm β như bảng 1. 
Bảng 1. Sự phụ thuộc góc ở đỉnh phôi vào góc đưa phôi 
α, ° 10 15 20 25 30 35 40 45 
β, ° 84,9 84,8 82,8 79,5 78,1 77,7 77,6 75,9 
Đồ thị ảnh hưởng của góc đưa phôi vào góc ở đỉnh bán sản phẩm sau cán được thể hiện trên hình 3. 
ISBN 2354-0575 
12 Khoa học & Công Nghệ - Số 12/Tháng 12 – 2016 Journal of Science and Technology 
Hình 5. Sự phụ thuộc góc ở đỉnh phôi vào góc đưa phôi 
Từ đồ thị trên hình 3 thấy rằng, khi tăng 
góc đưa phôi trong khoảng đang xét thì góc ở đỉnh 
của bán sản phẩm sau cán giảm từ 90° đến 75,94°. 
Lựa chọn góc đưa phôi α phù hợp sao cho sau các 
bước chẵn ta thu được phôi có chiều rộng phù hợp 
và để khi thực hiện bước 2 với góc đưa phôi – α 
thu được bán sản phẩm gần với hình chữ nhật nhất. 
Với kết quả như đồ thị có thể chọn góc đưa phôi 
trong khoảng 15° đến 30°. Lựa chọn α = 25°. 
3.2. Lựa chọn lượng ép phù hợp 
Bước 2 thực hiện cán xiên với góc đưa 
phôi –α, lượng ép thay đổi từ 10 - 25% thu được 
kết quả như bảng 2. 
Bảng 2. Sự phụ thuộc của góc ở đỉnh phôi β vào lượng ép tương đối ở bước 2 
Lượng ép tương đối ở bước 2, % Góc β, độ 
0 68 
14 83 
20 91 
23 102 
Với kết quả như trên có thể chọn lượng ép 
cho bước 2 là 20 % thì bán sản phẩm sau bước 2 
có hình dạng gần với hình chữ nhật nhất, góc β = 
91°. 
3.3. So sánh kết quả khi thực hiện cán xiên và cán thẳng qua 4 bước 
Với kết quả ở phần 3.1 và 3.2 bước 3 và 
bước 4 được thực hiện tương tự với lượng ép và 
góc đưa phôi như ở bước 1 và 2 thu được bán sản 
phẩm khi cán thẳng như hình 5a; khi cán xiên hình 
5b. 
Hệ số dãn rộng không đồng đều tương đối 
được tính theo công thức 
max min
min
100  b b %
b
 (2) 
∂ - hệ số dãn rộng tương đối; 
bmax, bmin lần lượt là chiều rộng lớn nhất và 
bé nhất của phôi sau khi cán; 
ISBN 2354-0575 
Khoa học & Công Nghệ - Số 12/Tháng 12 – 2016 Journal of Science and Technology 13 
Bảng 3. So sánh hệ số dãn rộng không đều tương đối trong trường hợp cán thẳng 
và cán xiên qua các bước cán: 
∂ Bước 1 Bước 2 Bước 3 Bước 4 
Cán thẳng 0,56% 1,18% 3,94% 5,16% 
Cán xiên 1,46% 2,05% 3,81% 4,92% 
Khi số bước cán nhỏ, độ dãn rộng tương đối 
khi cán thẳng và cán xiên khác nhau không nhiều. 
Tuy nhiên với số bước cán lớn, độ dãn rộng tương 
đối này khác biệt rất rõ ràng. Cụ thể kết quả mô 
phỏng cho thấy ở bước cán thứ 4, do đó hệ số sử 
dụng kim loại khi cán xiên cao hơn khoảng 2-3% 
so với khi cán thẳng. 
Ngoài ra, khi so sánh về lực giữa sơ đồ cán 
thẳng và cán xiên (hình 6) thấy rằng khi cán xiên 
lực cán tăng lên từ từ và đạt giá trị ổn định sau đó 
giảm từ từ, trong khi đó khi cán thẳng lực cán tăng 
đột ngột từ 0 lên giá trị ổn định trong suốt quá 
trình cán sau đó giảm đột ngột về 0. Vì vậy, khi 
cán thẳng độ bền của thiết bị và dụng cụ sẽ thấp 
hơn so với khi cán xiên. 
1- cán thắng; 2 - cán xiên 
Hình 6. Đồ thị lực cán khi cán thẳng và cán xiên 
4. Kết luận 
Dựa trên cơ sở kế thừa mô hình bài toán 
trong, các tác giả đã mở rộng khả năng công nghệ 
của mô hình và sử dụng các phương pháp giải tích 
toán học, các phương pháp số để xác định các đại 
lượng hình học, động học, động lực học và các 
thông số công nghệ. 
Dựa trên cơ sở phân tích các kết quả thu 
được, ta thấy rằng kết quả bài toán có thể áp dụng 
cho phép hạ một số loại cọc, ống, ván cừ thép 
trong xây dựng nhà dân dụng, nhà công nghiệp, 
trong điều kiện đất là môi trường đàn nhớt bằng 
cách ghép thêm một hay nhiều máy rung để kết 
cấu có thể đạt được độ sâu hạ chìm mà ta mong 
muốn mà không nhất thiết phải thay thế máy rung 
có công suất lớn hơn. 
1 2 
Thời gian cán, s 
Lự
c 
cá
n,
 k
N
ISBN 2354-0575 
14 Khoa học & Công Nghệ - Số 12/Tháng 12 – 2016 Journal of Science and Technology 
Tài liệu tham khảo 
[1]. Internet: -URL: https://vtz.tmk-group.ru/ 
[2]. Мутин А.В. Разработка технологии прокатки толстого листа с заданными свойствами из 
трубных марок стали на стане 5000: диссертация канд. техн. наук.–М.,2014.142с. 
[3]. Прокатное производство.// Металлургия.– URL: 
prokat-metalla/128.htm. 
[4]. Концевая и боковая обрезь // Производство стали –URL: 
[5]. В.И Шибакинский, В.П. Галицкий, В.В. Кирсанов.Исследование формирования ширины 
полосы на непрерывном стане горячей прокатки // Металлургическая и горнорудная 
промышленность.–№08-9. –2000. 
[6]. М.А. Зайков, В.П. Полухин, А.М. Зайков, Л.Н. Смирнов. Процесс прокатки / – М.: МИСиС, 
2004. – 640 с 
APPLICATION OF SIMULATION TO STUDY OF THE INFLUENCE 
OF FEEDING ANGLE ON UTILIZATION COEFFICIENT 
OF MATERIAL INHEAVY PLATE PRE-ROLLING ON THE MILL-5000 
Abstract 
In the heavy plate pre-rolling phenomenon of uneven broadening on the boundary edge when 
rolling according the traditional method is costing a huge amount of metal being cut, reduced utilization 
coefficient of metal. This paper studies the ability to increase the utilization coefficient of metal by rolling 
under feeding angle method, use simulation software Deform - 3D to made the appropriate technological 
parameters when heavy plate pre-rolling on the mill-5000. 
Keywords: rolling under feeding angle, uneven broadening, feeding angle, rolling load, rolling mill 5000.