Bài 3.2Biến dạngChương 3 · Gia công tạo hình khối

Cán

Kéo kim loại qua khe giữa các trục cán đang quay

Cán ép kim loại giữa hai trục quay để làm nó mỏng hơn và dài hơn, giống như máy cán mì làm dẹt bột. Tấm thân xe ô tô, tôn làm lon nước giải khát, dầm thép và đường ray đều đến từ các nhà máy cán. Hầu hết thép và nhôm đều đi qua trục cán ở một giai đoạn nào đó trong vòng đời của chúng.

Ảnh: European Coal and Steel Community, CC BY-SA 4.0, qua Wikimedia Commons

Cán: cận cảnh một giá cán, rồi cả một nhà máy cán băng nóngTrên: những gì xảy ra bên trong một giá cán. Dưới: cách một nhà máy cán băng nóng nối nhiều giá cán với nhau. Các số trong vòng tròn khớp với các bước bên dưới.

Cách hoạt động

Cấp phôi tấm. Một phôi tấm (khối kim loại phẳng, dày, thường dày khoảng 20–25 cm với thép) đến từ lò nung lại ở khoảng 1.100–1.250 °C. Cán nguội, dùng cho tấm mỏng và chính xác, bắt đầu từ dải đã cán sẵn ở nhiệt độ phòng.
Trục ăn phôi. Ma sát giữa các trục quay và phôi tấm kẹp giữ và kéo nó vào. Khe trục (khoảng hở giữa các trục) được đặt nhỏ hơn độ dày đầu vào.
Ép và kéo giãn. Trong khe, kim loại bị ép mỏng đi. Thể tích của nó không đổi, nên đi ra dài hơn và nhanh hơn lúc đi vào, trong khi bề rộng hầu như không đổi.
Lặp lại, qua từng giá cán. Mỗi lượt cán chỉ giảm một phần độ dày. Nhà máy cán băng nóng trước hết cho thép đi tới đi lui qua máy cán thô. Sau đó một dãy giá cán tinh, mỗi giá có khe hẹp hơn, đưa nó về độ dày cuối cùng.
Làm nguội và cuộn. Các vòi nước phun làm nguội dải thép, và máy cuộn quấn nó thành một cuộn nặng nhiều tấn. Tấm dày và thanh thì được cắt theo chiều dài, còn các trục cán có rãnh tạo hình dầm và ray (cán định hình).

Thông số chính

Vật liệu: Thép, nhôm, đồng và đồng thau, titan, hợp kim niken, kẽm
Chi tiết thường gặp: Tấm mỏng và tấm dày, cuộn băng, lá mỏng, thanh và que, dầm chữ I, ray
Kích thước chi tiết: Dải rộng đến khoảng 2 m và thường dài hơn một km mỗi cuộn; từ tấm dày hơn 100 mm đến lá mỏng hơn sợi tóc
Độ chính xác: Cán nóng: khoảng ±0,1–0,2 mm về độ dày. Cán nguội: khoảng ±0,01–0,05 mm
Bề mặt hoàn thiện: Cán nóng: lớp oxit sẫm, bong từng mảng (vảy cán). Cán nguội: nhẵn và sáng, sẵn sàng để sơn hoặc mạ
Số lượng phù hợp: Sản lượng rất lớn: một nhà máy cán băng nóng cỡ lớn cán hàng triệu tấn mỗi năm
Chi phí khuôn dụng cụ và máy: Trục cán: từ hàng nghìn đến hàng trăm nghìn USD mỗi trục. Một nhà máy cán băng nóng hoàn chỉnh: hàng trăm triệu USD trở lên
Tốc độ: Dải thép có thể rời giá cán tinh cuối cùng ở tốc độ khoảng 20 m/s (hơn 70 km/h)

Ưu điểm và hạn chế

Ưu điểm

Rất nhanh và rẻ tính theo tấn; nhà máy chạy suốt ngày đêm
Sản phẩm dài có độ dày và tiết diện đồng đều
Cán nóng phá vỡ cấu trúc đúc thô, giúp kim loại dai hơn
Cán nguội cho tấm nhẵn, chính xác và bền hơn

Hạn chế

Vốn đầu tư khổng lồ nên chỉ các nhà sản xuất lớn mới sở hữu nhà máy cán
Chỉ có tiết diện không đổi (tấm phẳng, thanh, dầm, ray); không làm được hình 3D phức tạp
Bề mặt cán nóng có vảy và dung sai lỏng hơn
Kim loại cán nguội bị cứng lại; thường cần ủ (làm mềm bằng nhiệt) giữa các lượt cán

Ứng dụng

Ô tôTấm thân xe, thanh khung gầm, bánh xe làm từ tôn cán
Xây dựngDầm chữ I và chữ H, thép thanh vằn (cốt thép), tôn lợp mái và tôn ốp
Bao bìTôn làm lon nước giải khát, lá nhôm, thiếc tấm cho lon thực phẩm
Giao thông vận tảiĐường ray xe lửa, thép tấm đóng tàu, nhôm tấm cho máy bay
Thiết bị gia dụng và điện tửVỏ máy giặt và tủ lạnh, lá đồng cho bảng mạch
Năng lượngThép tấm cho đường ống, thép kỹ thuật điện cho máy biến áp và động cơ

Cách nhận biết

Một sản phẩm dài có cùng độ dày hoặc tiết diện suốt chiều dài: tấm mỏng, tấm dày, thanh, dầm hoặc ray.
Thép cán nóng có lớp vỏ xanh xám sẫm, hơi bong vảy; thép cán nguội thì nhẵn, phẳng và sáng.
Những vệt mờ chạy dọc chiều dài tấm sáng, cho thấy hướng cán.
Chữ hoặc số nổi lặp lại dọc theo ray hoặc dầm, được giá cán cuối cùng ép lên.

So sánh với

Rèn3.1rèn tạo hình từng chi tiết một bằng các nhát đập; cán ép liên tục, lý tưởng cho sản phẩm dài, đồng đều.Đùn3.3ép đùn đẩy kim loại qua lỗ có hình để tạo biên dạng phức tạp chỉ trong một lượt; cán tạo các tiết diện đơn giản hơn qua nhiều lượt.Cán láng2.7cùng ý tưởng ép bằng trục cán, áp dụng cho tấm nhựa và cao su.

Xem video

Shubham Kola · Hoạt họa về cơ bản của cán nóng và cán nguội

AIST Association for Iron & Steel Technology · Toàn bộ hành trình từ phôi tấm đến cuộn

ArcelorMittal Belgium · Một nhà máy cán băng nóng thực tế chạy hết tốc độ

Factory Secrets: How It's Made (third-party channel) · Trục cán có rãnh tạo hình các dầm thép khổng lồ như thế nào

Xem ảnh thật

Wikipedia: Rolling (metalworking) — ảnh phôi tấm, giá cán và sản phẩm cán
Tìm ảnh trên Wikimedia Commons

Ghi nhớ

Cán làm kim loại mỏng hơn và dài hơn bằng cách kéo nó qua khe giữa các trục quay.
Cán nóng tạo hình các phôi tấm lớn với chi phí thấp; cán nguội cho tấm mỏng, nhẵn, chính xác.
Tấm mỏng, tấm dày, lá, dầm và ray đều ra đời từ các nhà máy cán.