Tài liệu Nghiên cứu ứng dụng công nghệ ép thủy tĩnh và thủy động để chế tạo các sản phẩm có hình dạng phức tạp

TC CNQP TTCN Tæng côc c«ng nghiÖp quèc phßng Trung T©m C«ng NghÖ Xãm 6 §«ng ng¹c Tõ liªm Hµ Néi B¸o c¸o tæng kÕt khoa häc vµ kü thuËt §Ò tµi cÊp nhµ n−íc: Nghiªn cøu øng dông c«ng nghÖ Ðp thñy tÜnh vµ thñy ®éng ®Ó chÕ t¹o c¸c s¶n phÈm cã h×nh d¹ng phøc t¹p tõ vËt liÖu khã biÕn d¹ng, ®é bÒn cao TS. NguyÔn M¹nh Long 6296 07/02/2007 Hµ néi, 7-2005 B¶n quyÒn 2005 thuéc TTCN §¬n xin sao chÐp toµn bé hoÆc tõng phÇn tµi liÖu nµy ph¶i göi ®Õn Gi¸m ®èc Trung t©m C«ng nghÖ trõ tr−êng hîp sö dông víi môc ®Ých nghiªn cøu tãm t¾t Nh÷ng thö nghiÖm sö dông ¸p lùc thñy tÜnh vµo môc ®Ých kü thuËt ®· cã tõ rÊt l©u tr−íc khi ng−êi ta ph¸t hiÖn ra ¶nh h−ëng to lín cña nã ®Õn tÝnh chÊt c¬ häc cña kim lo¹i vµ hîp kim. Trªn thÕ giíi, nhiÒu c«ng tr×nh khoa häc trong lÜnh vùc nµy ®· ®−îc c¸c nhµ khoa häc cïng c¸c c«ng sù nghiªn c−ó, cho thÊy d−íi t¸c dông cña ¸p suÊt thñy, tÜnh tÝnh dÎo cña vËt liÖu t¨ng lªn, nhÊt lµ khi trong qu¸ tr×nh gia c«ng cã phèi hîp c¸c ®iÒu kiÖn kh¸c nh−: nhiÖt ®é, tèc ®é biÕn d¹ng... th× cã thÓ ®−a mét vËt liÖu gißn vÒ tr¹ng th¸i dÎo. C¸c nghiªn cøu trªn ®· më ra h−íng øng dông c«ng nghÖ Ðp thñy tÜnhthuû ®éng (ETT-TD) vµo gia c«ng ¸p lùc. ë trong n−íc hiÖn nay ch−a cã c¬ së nµo ®Çu t− nghiªn cøu c¬ b¶n, ¸p dông c«ng nghÖ ETT-TD trong gia c«ng biÕn d¹ng. §Ó ®¸p øng yªu cÇu vÒ hiÖn ®¹i ho¸ trong c«ng nghiÖp Quèc phßng vµ d©n dông, ph¸t huy néi lùc, lµm chñ c«ng nghÖ chÕ t¹o nh÷ng vò khÝ, khÝ tµi qu©n sù hiÖn ®¹i, c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸c s¶n phÈm khã. §Ò tµi ®· ®Ò cËp c¸c n«Þ dung cã ý nghÜa khoa häc c«ng nghÖ vµ thùc tiÔn ®èi víi nÒn c«ng nghiÖp quèc phßng vµ d©n dông. C«ng nghÖ ETT-TD lµ mét ph−¬ng ph¸p t¹o h×nh s¶n phÈm trong ®ã m«i tr−êng thuû lùc ¸p suÊt cao t¸c dông lªn bÒ mÆt cña vËt liÖu tõ mäi phÝa víi c−êng ®é nh− nhau, tu©n theo ®Þnh luËt Pascal vÒ tÝnh ®¼ng h−íng cña m«i tr−êng chÊt láng vµ khÝ. §Ó t¹o ra ¸p suÊt thñy tÜnh ng−êi ta cã thÓ nÐn m«i tr−êng truyÒn ¸p suÊt trong khu«n kÝn hoÆc hë b»ng hÖ thèng t¹o ¸p suÊt cao hoÆc nÐn trùc tiÕp b»ng m¸y Ðp thuû lùc. Trang bÞ c«ng nghÖ ETT l¾p trªn m¸y Ðp 300 TÊn ®Ó Ðp t¹o h×nh s¶n phÈm trong luyÖn kim bét vµ trang bÞ c«ng nghÖ ETD l¾p trªn m¸y Ðp thuû lùc 630 tÊn ®Ó triÓn khai c«ng nghÖ ETD do ®Ò tµi KC.05.23 thiÕt kÕ chÕ t¹o, ®· gi¶i quyÕt c¬ b¶n nh÷ng vÊn ®Ò mµ c¸c ph−¬ng ph¸p c«ng nghÖ kh¸c khã ®¹t ®−îc. Trªn c¬ së c¸c th«ng tin khoa häc c«ng nghÖ míi trong vµ ngoµi n−íc liªn quan ®Õn c«ng nghÖ Ðp thuû tÜnh vµ thñy ®éng, qua c¸c kinh nghiÖm ®−îc tÝch luü, kÕ thõa tõ c¸c c«ng tr×nh nghiªn cøu trong c«ng nghÖ chÕ t¹o vò khÝ cña Bé Quèc phßng, c¸c c«ng tr×nh nghiªn cøu vÒ lÜnh vùc ETT-TD, §Ò tµi ®· nghiªn cøu c¸c vÊn ®Ò c¬ b¶n cña lý thuyÕt, thiÕt bÞ, c«ng nghÖ, nghiªn cøu ®Æc tr−ng vËt liÖu, tÝnh n¨ng cña mét sè d¹ng s¶n phÈm còng nh− øng xö cña vËt liÖu trong m«i tr−êng ¸p suÊt cao. Tõ ®ã lùa chän gi¶i ph¸p c«ng nghÖ, x©y dùng ph−¬ng ¸n thiÕt kÕ, chÕ t¹o trang bÞ c«ng nghÖ, thiÕt bÞ phô trî ®Ó chÕ thö mét sè s¶n phÈm ®Æc thï cña c«ng nghÖ nµy trong s¶n xuÊt Quèc phßng. Trong qu¸ tr×nh nghiªn cøu ®· gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò n¶y sinh. Th«ng qua chÕ thö, kh¶o nghiÖm sau chÕ thö ®Ó ®¸nh gi¸ s¶n phÈm. C¸c s¶n phÈm c«ng nghÖ do §Ò tµi t¹o ra gåm cã: C«n tèng kh−¬ng tuyÕn ®· ®−îc kh¶o nghiÖm vµ ¸p dông vµo chÕ t¹o nßng sóng 12,7mm t¹i nhµ m¸y Z111, Bi nghiÒn chÕ t¹o tõ vËt liÖu gèm ®· ®−îc kh¶o nghiÖm t¹i Trung t©m C«ng NghÖ, Nãn ®ång trong ®¹n chèng t¨ng B41 ®· ®−îc kh¶o nghiÖm t¹i nhµ m¸y Z131 Tæng Côc CNQP, Ph«i èng dÉn sãng ra®a ®−îc sö dông cho §Ò tµi cÊp BQP: “ChÕ t¹o èng dÉn sãng ra®a PRV-16”, C¸c s¶n phÈm kh¸c nh− ph«i b¸nh r¨ng moduyn nhá, èng ®ång thµnh máng ®−îc ®¸nh gi¸ trong phßng thÝ nghiÖm cña Trung t©m C«ng NghÖ, ®¹t chØ tiªu kü thuËt ®· ®Ò ra. Qua kÕt qu¶ ®¸nh gi¸ vµ kh¶o nghiÖm, c¸c trang bÞ vµ s¶n phÈm cña §Ò tµi cã thÓ phôc vô tèt c«ng t¸c nghiªn cøu, cã thÓ ¸p dông trong chÕ t¹o c¸c chi tiÕt cã h×nh d¹ng phøc t¹p, tÝnh chÊt c¬ lý cao, ®Æc biÖt lµ c¸c chi tiÕt trong vò khÝ vµ dông cô ®Æc chñng trong s¶n xuÊt Quèc phßng. D2-3-DSTG Danh s¸ch t¸c gi¶ Cña ®Ò tµi khoa häc vµ c«ng nghÖ cÊp nhµ n−íc (Danh s¸ch c¸c c¸ nh©n ®· ®ãng gãp s¸ng t¹o chñ yÕu cho ®Ò tµi ®−îc s¾p xÕp theo thø tù ®· tho¶ thuËn) (KÌm theo QuyÕt ®Þnh sè 13/2004/Q§-BKHCN ngµy 25/5/2005 cña Bé trëng Bé Khoa häc vµ C«ng nghÖ) 1. Tªn ®Ò tµi: Nghiªn cøu øng dông c«ng nghÖ Ðp thñy tÜnh vµ thñy ®éng ®Ó chÕ t¹o c¸c s¶n phÈm cã h×nh d¹ng phøc t¹p tõ vËt liÖu khã biÕn d¹ng, ®é bÒn cao. M∙ sè: KC.05.23 2. Thuéc Ch¬ng tr×nh (nÕu cã): Nghiªn cøu khoa häc vµ ph¸t triÓn c«ng nghÖ chÕ t¹o m¸y, M∙ sè KC.05 3. Thêi gian thùc hiÖn: Tõ th¸ng 1/2003 ®Õn th¸ng 6/2005 4. Bé chñ qu¶n: Bé Khoa häc vµ C«ng nghÖ 5. Danh s¸ch t¸c gi¶: TT 1 Häc hµm, häc vÞ, hä vµ tªn Ch÷ ký Chñ nhiÖm ®Ò tµi: TS. NguyÔn M¹nh Long, Trung t©m C«ng nghÖ - BQP 2 Phã chñ nhiÖm ®Ò tµi: KS. §ç V¨n Hång, Trung t©m C«ng nghÖ - BQP 3 TS. NguyÔn Tµi Minh, Trung t©m C«ng nghÖ - BQP 4 TS. TrÇn ThÕ Ph−¬ng, Trung t©m C«ng nghÖ - BQP 5 Ths. Bïi Do·n §ång, Trung t©m C«ng nghÖ - BQP 6 TS. Bïi ViÕt Dòng, Trung t©m C«ng nghÖ - BQP 7 TS. TrÇn V¨n Dòng, Trung t©m C«ng nghÖ - BQP 8 ThS. Ng« Gia C−êng, Trung t©m C«ng nghÖ - BQP 9 PGS.TS. §inh V¨n Phong, Häc viÖn KTQS - BQP 10 TS. L¹i Anh TuÊn, Häc viÖn KTQS - BQP 11 ThS. NguyÔn V¨n Th¾ng, Nhµ m¸y Z183, Tæng Côc CNQP - BQP THñ tr−ëng c¬ quan chñ tr× ®Ò tµi (Hä, tªn, ch÷ ký, vµ ®ãng dÊu) 6 Môc lôc Trang Danh s¸ch nh÷ng ng−êi thùc hiÖn ®Ò tµi Môc lôc B¶ng mét sè ký hiÖu quy −íc vµ ch÷ viÕt t¾t Tãm t¾t 6 7 12 13 Ch−¬ng 1: Tæng quan vÒ c«ng nghÖ Ðp thñy tÜnh vµ thñy ®éng t¹o h×nh s¶n phÈm 1.1. Tæng quan vÒ c«ng nghÖ Ðp thuû tÜnh 1.1.1. Nguyªn lý Ðp thñy tÜnh 1.1.2. Vµi nÐt vÒ lÞch sö ph¸t triÓn c«ng nghÖ Ðp thñy tÜnh 1.1.3. Ph©n lo¹i trong c«ng nghÖ Ðp thñy tÜnh 1.1.4. C¸c −u nh−îc ®iÓm cña c«ng nghÖ Ðp thuû tÜnh 1.1.5. C¸c hiÖn t−îng xÈy ra trong qóa tr×nh Ðp thñy tÜnh 1.1.5.1. Qu¸ tr×nh ®Æc xÝt vµ c¸c ®Æc tÝnh ®Æc xÝt cña vËt Ðp 15 1.1.5.2. ¶nh h−ëng cña ®iÒu kiÖn Ðp 1.1.5.3. HiÖn t−îng në trë l¹i cña vËt Ðp 1.2. Tæng quan vÒ c«ng nghÖ Ðp thuû ®éng 1.2.1. Gia c«ng biÕn d¹ng b»ng c«ng nghÖ Ðp thñy ®éng 1.2.2. C¸c ®Æc ®iÓm cña Ðp thñy ®éng 1.2.3. S¶n phÈm cña ph−¬ng ph¸p Ðp thñy ®éng 1.2.4. Ph©n lo¹i c¸c ph−¬ng ph¸p Ðp thñy ®éng 1.2.5. Qu¸ tr×nh Ðp thñy ®éng 1.2.6. S¶n phÈm vµ ph¹m vi øng dông cña c«ng nghÖ Ðp thñy ®éng 1.2.6.1. VËt liÖu vµ ®é biÕn d¹ng trong Ðp thñy ®éng 1.2.6.2. Mét sè s¶n phÈm trong Ðp ®ïn thñy ®éng 1.2.6.3. TÝnh chÊt biÕn d¹ng trong Ðp thñy ®éng 1.3. C¸c nghiªn cøu vÒ Ðp thñy tÜnh vµ thñy ®éng trong n−íc 7 15 16 16 18 20 21 21 25 25 26 26 26 27 29 31 32 32 33 36 37 Ch−¬ng 2: M« h×nh vµ ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n trong Ðp thñy tÜnh vµ thñy ®éng 2.1. M« h×nh m« h×nh vµ ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n trong Ðp thñy tÜnh 2.1.1. M« h×nh øng xö cña vËt liÖu bét kim lo¹i biÕn d¹ng ë tr¹ng th¸i nguéi vµ ph−¬ng ph¸p nhËn d¹ng 2.1.1.1. X©y dùng m« h×nh 2.1.1.2. Ph−¬ng ph¸p nhËn d¹ng m« h×nh. 2.1.2. M« h×nh HECKEL 2.1.3. M« h×nh KAWAKITA 2.2. M« h×nh vµ ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n trong Ðp thñy ®éng 2.2.1. Kh¶o s¸t thuéc tÝnh biÕn d¹ng cña vËt liÖu 2.2.1.1. X¸c ®Þnh thuéc tÝnh biÕn d¹ng cña thÐp giã P18 2.2.1.2. X¸c ®Þnh thuéc tÝnh biÕn d¹ng cña thÐp 40X 2.2.1.3. X¸c ®Þnh thuéc tÝnh biÕn d¹ng cña ®ång ®á M1 39 Ch−¬ng 3: Nghiªn cøu c¸c ¶nh h−ëng trong Ðp thñy tÜnh vµ thñy ®éng 3.1. Mét sè hiÖn t−îng xÈy ra trong c«ng nghÖ Ðp thñy tÜnh 58 3.1.1. ¶nh h−ëng cña ®Æc tr−ng bét Ðp 3.1.2. §Æc tr−ng cña c«ng nghÖ Ðp thñy tÜnh t¹o h×nh s¶n phÈm d¹ng bét 3.1.3. Qui luËt Ðp 3.1.4. ¶nh h−ëng cña ®iÒu kiÖn Ðp 3.2. Mét sè hiÖn t−îng xÈy ra trong c«ng nghÖ Ðp thñy ®éng 3.2.1. Dßng vËt liÖu 39 39 40 43 46 47 47 47 48 51 54 58 58 59 60 62 64 64 3.2.2. HiÖn t−îng stick-slip 3.2.3. VËt liÖu truyÒn ¸p trong Ðp thuû ®éng 65 69 Ch−¬ng 4: TÝnh to¸n thiÕt kÕ thiÕt bÞ Ðp thñy tÜnh vµ trang bÞ Ðp thñy ®éng 4.1. TÝnh to¸n thiÕt kÕ thiÕt bÞ Ðp thñy tÜnh 4.1.1. C¸c c«ng thøc tÝnh to¸n khu«n Ðp vµ c¸c th«ng sè Ðp 4.1.1.1. HÖ sè co ngãt khi thiªu kÕt 4.1.1.2. TØ phÇn co tuyÕn tÝnh 72 8 72 72 72 72 4.1.1.3. TØ phÇn hao khi thiªu 4.1.1.4. HÖ sè në trë l¹i 4.1.1.5. TØ phÇn nÐn co tuyÕn tÝnh 4.1.1.6. TØ phÇn co tuyÕn tÝnh toµn phÇn 4.1.1. 7. MËt ®é ®iÒn ®Çy khu«n 4.1.1. 8. MËt ®é vËt Ðp 4.1.1. 9. TØ sè nÐn thÓ tÝch 4.1.2. TÝnh to¸n thiÕt kÕ m¸y ETT 4.1.2.1. Nguyªn lý vµ c¬ së tÝnh to¸n hÖ thuû lùc m¸y ETT 4.1.2.2. TÝnh to¸n thiÕt kÕ buång ¸p suÊt 4.1.2.3 TÝnh to¸n th«ng sè cña bé khuyÕch ®¹i ¸p suÊt 4.1.2.4. TÝnh to¸n lùa chän b¬m vµ c¸c linh kiÖn cho hÖ thñy lùc 4.2. TÝnh to¸n thiÕt kÕ trang bÞ Ðp thñy ®éng 4.2.1. Nguyªn lý vµ c¬ së tÝnh to¸n 4.2.2. TÝnh to¸n thiÕt kÕ buång ¸p suÊt cao cho c«ng nghÖ Ðp thñy ®éng 4.2.2.1. TÝnh to¸n ®èi víi èng dµy mét líp 4.2.2.2. TÝnh to¸n ®èi víi èng dµy nhiÒu líp 4.2.3. TÝnh bÒn khu«n t¹o h×nh 4.2.3.1. TÝnh bÒn phÇn c«n cña khu«n 4.2.3.2. TÝnh to¸n bÒn phÇn trô t¹o h×nh 4.2.4. TÝnh gãc më khu«n tèi −u 4.2.5. TÝnh to¸n lùc Ðp ®ïn 73 73 73 73 74 74 74 74 74 75 83 84 85 85 86 86 87 91 91 93 97 98 Ch−¬ng 5: KÕt qu¶ nghiªn cøu vµ mét sè h×nh ¶nh vÒ s¶n phÈm 5.1. ChÕ t¹o ph«i con tèng kh−¬ng tuyÕn nßng sóng 12,7mm 5.1.1. §Æc ®iÓm cña s¶n phÈm 5.1.2. TÝnh to¸n khu«n Ðp thñy tÜnh ph«i con tèng nßng sóng 12,7mm 5.1.3. TiÕn tr×nh c«ng nghÖ 5.1.4. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn 5.2. ChÕ t¹o nãn ®ång cho ®¹n chèng t¨ng 5.2.1. §Æc ®iÓm s¶n phÈm 5.2.2. Chän gi¶i ph¸p c«ng nghÖ 5.2.3. TÝnh to¸n c¸c kÝch th−íc c¬ b¶n cña khu«n 5.2.4. TiÕn tr×nh c«ng nghÖ 101 101 101 101 104 106 109 109 110 111 113 9 5.2.5. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn 5.3. ChÕ t¹o bi nghiÒn b»ng gèm Al2O3 5.3.1. §Æc ®iÓm s¶n phÈm 5.3.2. Chän ph−¬ng ¸n tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ khu«n Ðp 5.3.3. TiÕn tr×nh c«ng nghÖ chÕ t¹o bÞ nghiÒn 5.3.4. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn 5.4. ChÕ t¹o ph«i èng dÉn sãng ra®a PRV-16 5.4.1. §Æc ®iÓm s¶n phÈm 114 115 115 116 118 121 123 123 5.4.2. C¸c b−íc c«ng nghÖ chÝnh ®Ó chÕ t¹o èng dÉn sãng 123 5.4.3. Yªu cÇu vÒ vËt liÖu, dung sai, ®é nh¸m vµ sai sè h×nh d¸ng 125 5.4.4. Lùa chän gi¶i ph¸p c«ng nghÖ, tiÕn tr×nh c«ng nghÖ 126 5.4.5. TÝnh to¸n thiÕt kÕ khu«n Ðp èng dÉn sãng 126 5.4.5.1. TÝnh to¸n ¸p suÊt trong qu¸ tr×nh Ðp 5.4.5.2. TÝnh to¸n thiÕt kÕ khu«n Ðp èng dÉn sãng 5.4.6. B¶n vÏ thiÕt kÕ khu«n Ðp èng dÉn sãng 5.4.7. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn 126 131 132 133 5.4.7.1. Khu«n Ðp èng dÉn sãng ra®a PRV-16 133 5.4.7.2. S¶n phÈm èng dÉn sãng ra®a PRV-16 5.4.7.3. Kh¶o s¸t ®é cøng 5.4.7.4. X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè h×nh häc 5.5. ChÕ t¹o èng thµnh máng b»ng c«ng nghÖ Ðp thñy ®éng 133 134 135 137 5.5.1. Kh¶o s¸t ph«i ®Çu vµo 137 5.5.1.1. Kh¶o s¸t ph«i hîp kim nh«m 137 5.5.1.2. Kh¶o s¸t ph«i ®ång 140 5.5.2. C¸c b−íc c«ng nghÖ chÝnh ®Ó chÕ t¹o èng 142 5.5.3. ThiÕt kÕ khu«n t¹o h×nh 143 5.5.4. ChuÈn bÞ ph«i ®Ó chÕ t¹o èng 144 5.5.5. Nghiªn cøu vËt liÖu truyÒn ¸p 145 5.5.6. Kh¶o nghiÖm ®¸nh gi¸ kÕt qu¶ 148 5.5.6.1. S¶n phÈm èng hîp kim nh«m 148 5.5.6.2. S¶n phÈm èng ®ång 153 10 5.6. ChÕ t¹o ph«i b¸nh r¨ng m« duyn nhá 159 5.6.1. §Æc ®iÓm cña s¶n phÈm 159 5.6.2. Thùc nghiÖm vµ kÕt qu¶ nghiªn cøu 159 Ch−¬ng 6: TÝnh to¸n lùa chän thiÕt bÞ vµ thiÕt kÕ, chÕ t¹o trang bÞ c«ng nghÖ 6.1. M¸y Ðp thñy tÜnh 6.1.1. TÝnh to¸n lùa chän m¸y Ðp thñy lùc 300T 6.1.2. B¶n vÏ thiÕt kÕ chÕ t¹o trang bÞ c«ng nghÖ 6.1.3. Tµi liÖu quy tr×nh c«ng nghÖ 6.2. Trang bÞ c«ng nghÖ Ðp thñy ®éng 6.2.1. Tµi liÖu thiÕt kÕ 6.2.2. Tµi liÖu quy tr×nh c«ng nghÖ 163 KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ Lêi c¶m ¬n Tµi liÖu tham kh¶o 180 182 183 11 163 163 165 165 173 173 175 B¶ng mét sè ký hiÖu quy −íc vµ ch÷ viÕt t¾t KÝ hiÖu Tªn gäi §¬n vÞ ®o ETT Ðp thñy tÜnh ETD Ðp thñy ®éng A, Ai DiÖn tÝch mm2, cm2 D §−êng kÝnh lµm viÖc mm, cm v ChiÒu dÇy mm, cm h ChiÒu cao mm, cm Lùc N, kG F, Fn kG/cm2 , N/mm2 P, Pn , Pi ¸p suÊt MPa σ kG/cm2 , N/mm2 øng suÊt MPa UR KÝch th−íc chu vi tiÕt diÖn k HÖ sè khuyÕch ®¹i η HiÖu suÊt βA HÖ sè h×nh d¹ng mm ν §é nhít ®éng häc mPas γ Khèi l−îng riªng g/cm3 , kg/dm3 12 tãm t¾t Nh÷ng thö nghiÖm sö dông ¸p lùc thñy tÜnh vµo môc ®Ých kü thuËt ®· cã tõ rÊt l©u tr−íc khi ng−êi ta ph¸t hiÖn ra ¶nh h−ëng to lín cña nã ®Õn tÝnh chÊt c¬ häc cña kim lo¹i vµ hîp kim. Trªn thÕ giíi, nhiÒu c«ng tr×nh khoa häc trong lÜnh vùc nµy ®· ®−îc c¸c nhµ khoa häc cïng c¸c c«ng sù nghiªn cøu, cho thÊy d−íi t¸c dông cña ¸p suÊt thñy, tÜnh tÝnh dÎo cña vËt liÖu t¨ng lªn, nhÊt lµ trong qu¸ tr×nh gia c«ng cã phèi hîp c¸c ®iÒu kiÖn kh¸c nh−: nhiÖt ®é, tèc ®é biÕn d¹ng... th× cã thÓ ®−a mét vËt liÖu gißn vÒ tr¹ng th¸i dÎo. C¸c nghiªn cøu trªn ®· më ra h−íng øng dông c«ng nghÖ Ðp thñy tÜnh vµ thuû ®éng (ETT-TD) vµo lÜnh vùc gia c«ng ¸p lùc. ë trong n−íc, hiÖn nay ch−a cã c¬ së nµo ®Çu t− nghiªn cøu c¬ b¶n hoÆc ¸p dông c«ng nghÖ ETT-TD trong gia c«ng biÕn d¹ng. §Ó ®¸p øng yªu cÇu vÒ hiÖn ®¹i ho¸ trong c«ng nghiÖp Quèc phßng vµ d©n dông, ph¸t huy néi lùc, lµm chñ c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸c s¶n phÈm khã, c«ng nghÖ chÕ t¹o vò khÝ, khÝ tµi qu©n sù hiÖn ®¹i, §Ò tµi KC.05.23 ®· nghiªn cøu c«ng nghÖ ETT-TD, néi dung cña §Ò tµi cã ý nghÜa khoa häc, c«ng nghÖ vµ thùc tiÔn phï hîp víi nÒn c«ng nghiÖp quèc phßng vµ d©n dông n−íc nhµ. C«ng nghÖ ETT-TD lµ mét ph−¬ng ph¸p t¹o h×nh s¶n phÈm trong ®ã m«i tr−êng thuû lùc ¸p suÊt cao t¸c dông lªn bÒ mÆt cña vËt liÖu tõ mäi phÝa víi c−êng ®é nh− nhau, tu©n theo ®Þnh luËt Pascal vÒ tÝnh ®¼ng h−íng cña m«i tr−êng chÊt láng vµ khÝ. §Ó t¹o ra ¸p suÊt thñy tÜnh ng−êi ta cã thÓ nÐn m«i tr−êng truyÒn ¸p suÊt trong khu«n kÝn hoÆc hë b»ng hÖ thèng t¹o ¸p suÊt cao hoÆc nÐn trùc tiÕp b»ng m¸y Ðp thuû lùc, m¸y dËp .... Trang bÞ c«ng nghÖ ETT l¾p trªn m¸y Ðp 300 TÊn ®Ó Ðp t¹o h×nh s¶n phÈm trong luyÖn kim bét vµ trang bÞ c«ng nghÖ ETD l¾p trªn m¸y Ðp thuû lùc 630 tÊn ®Ó triÓn khai c«ng nghÖ ETD do §Ò tµi thiÕt kÕ chÕ t¹o, ®· gi¶i quyÕt c¬ b¶n nh÷ng vÊn ®Ò mµ c¸c ph−¬ng ph¸p c«ng nghÖ kh¸c khã ®¹t ®−îc. 13 Trªn c¬ së c¸c th«ng tin khoa häc c«ng nghÖ míi trong vµ ngoµi n−íc vµ kinh nghiÖm ®−îc tÝch luü, kÕ thõa tõ c¸c c«ng tr×nh nghiªn cøu trong c«ng nghÖ chÕ t¹o vò khÝ cña Bé Quèc phßng liªn quan ®Õn c«ng nghÖ ETT-TD, §Ò tµi ®· nghiªn cøu c¸c vÊn ®Ò c¬ b¶n cña lý thuyÕt, thiÕt bÞ, c«ng nghÖ, nghiªn cøu ®Æc tr−ng vËt liÖu, tÝnh n¨ng cña mét sè d¹ng s¶n phÈm còng nh− øng xö cña vËt liÖu trong m«i tr−êng ¸p suÊt cao. Tõ ®ã lùa chän gi¶i ph¸p c«ng nghÖ, x©y dùng ph−¬ng ¸n thiÕt kÕ, chÕ t¹o trang bÞ c«ng nghÖ, thiÕt bÞ phô trî ®Ó chÕ thö mét sè s¶n phÈm ®Æc thï cña c«ng nghÖ nµy trong s¶n xuÊt Quèc phßng. Trong qu¸ tr×nh nghiªn cøu ®· gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò n¶y sinh. Th«ng qua chÕ thö, kh¶o nghiÖm sau chÕ thö ®Ó ®¸nh gi¸ s¶n phÈm. C¸c s¶n phÈm c«ng nghÖ do §Ò tµi t¹o ra gåm: C«n tèng kh−¬ng tuyÕn ®· ®−îc kh¶o nghiÖm vµ ¸p dông vµo chÕ t¹o nßng sóng 12,7mm t¹i nhµ m¸y Z111; Bi nghiÒn chÕ t¹o tõ vËt liÖu gèm - ®· ®−îc kh¶o nghiÖm t¹i Trung t©m C«ng NghÖ; Nãn ®ång trong ®¹n chèng t¨ng B41 - ®· ®−îc kh¶o nghiÖm t¹i nhµ m¸y Z131 Tæng Côc CNQP, Ph«i èng dÉn sãng ra®a - ®−îc sö dông cho §Ò tµi cÊp BQP: “ChÕ t¹o èng dÉn sãng ra®a PRV-16”; C¸c s¶n phÈm kh¸c nh− ph«i b¸nh r¨ng moduyn nhá, èng ®ång thµnh máng ®−îc ®¸nh gi¸ trong phßng thÝ nghiÖm cña Trung t©m C«ng NghÖ, ®¹t chØ tiªu kü thuËt ®· ®Ò ra. KÕt qu¶ ®¸nh gi¸ vµ kh¶o nghiÖm cho thÊy: c¸c trang thiÕt bÞ vµ s¶n phÈm cña §Ò tµi cã thÓ phôc vô tèt c«ng t¸c nghiªn cøu, cã thÓ ¸p dông trong chÕ t¹o c¸c chi tiÕt cã h×nh d¹ng phøc t¹p, tÝnh chÊt c¬ lý cao, ®Æc biÖt lµ c¸c chi tiÕt trong vò khÝ vµ dông cô ®Æc chñng trong s¶n xuÊt Quèc phßng. 14 Ch−¬ng 1 Tæng quan vÒ c«ng nghÖ Ðp thñy tÜnh vµ thuû ®éng t¹o h×nh s¶n phÈm 1.1. tæng quan vÒ C«ng nghÖ Ðp thuû tÜnh C«ng nghÖ gèm (hoÆc c«ng nghÖ luyÖn kim bét) lµ c«ng nghÖ trong ®ã tõ c¸c vËt liÖu v« c¬ phi kim (hoÆc kim lo¹i) ban ®Çu ë d¹ng hÖ h¹t ®a ph©n t¸n cã c¸c ®Æc tÝnh l−u biÕn x¸c ®Þnh, ng−êi ta t¹o c¸c chi tiÕt cã h×nh d¹ng mong muèn, sau ®ã b»ng t¸c ®éng nhiÖt cña qu¸ tr×nh thiªu kÕt lµm ®Æc xÝt chóng vµ do nh÷ng biÕn ®æi vËt chÊt mµ chi tiÕt ®¹t ®−îc c¸c tÝnh chÊt ®Æc biÖt. Trong c«ng nghÖ gèm vµ c«ng nghÖ luyÖn kim bét, t¹o h×nh lµ mét trong 4 c«ng ®o¹n chÝnh cña qu¸ tr×nh s¶n xuÊt, trong ®ã t¹o h×nh b»ng ph−¬ng ph¸p Ðp lµ ph−¬ng ph¸p t¹o h×nh chÝnh trong c«ng nghÖ luyÖn kim bét. 1. T¹o vµ chuÈn bÞ bét 2. T¹o h×nh 3. Thiªu kÕt 4. Hoµn thiÖn C¸c ph−¬ng ph¸p t¹o h×nh th−êng ¸p dông trong luyÖn kim bét: - Ðp trong khu«n kÝn - Ðp thuû tÜnh - Ðp phun trong khu«n - Ðp ®ïn - Ðp ®éng n¨ng (dïng n¨ng l−îng næ, ®iÖn tõ...) - C¸n bét - §óc rãt - C¸c ph−¬ng ph¸p t¹o h×nh kh¸c. T¹o h×nh b»ng ph−¬ng ph¸p Ðp ®−îc tiÕn hµnh chñ yÕu trong khu«n thÐp kÝn, ®©y lµ ph−¬ng ph¸p phæ biÕn nhÊt trong c«ng nghÖ luyÖn kim bét, v× nã dÔ c¬ khÝ hãa, tù ®éng hãa, cho n¨ng suÊt cao, h×nh d¸ng, kÝch th−íc chi tiÕt cã ®é 15 chÝnh x¸c cao, song ph−¬ng ph¸p Ðp bét trong khu«n kÝn còng cã nhiÒu nh−îc ®iÓm nh−: mËt ®é ph©n bè kh«ng ®Òu trong toµn bé vËt Ðp, nhÊt lµ ®èi víi vËt Ðp lín, h×nh d¸ng phøc t¹p, vËt Ðp cã tØ lÖ chiÒu dµi trªn ®−êng kÝnh lín. §Ó kh¾c phôc c¸c nh−îc ®iÓm nªu trªn vµ tr¸nh ph¶i sö dông c¸c m¸y Ðp cã c«ng suÊt ®ñ lín cho Ðp t¹o h×nh ng−ßi ta ®· ®−a ra nhiÒu gi¶i ph¸p, mét trong nh÷ng gi¶i ph¸p h÷u hiÖu ®ã lµ ph−¬ng ph¸p Ðp thuû tÜnh (ETT), ph−¬ng ph¸p nµy cho vËt Ðp cã mËt ®é ®ång nhÊt cao, vËt Ðp kh«ng cã texture mµ kh«ng cÇn m¸y Ðp cã c«ng suÊt lín. 1.1.1. Nguyªn lý Ðp thñy tÜnh Ðp thuû tÜnh (Hydrostatic Press) lµ mét ph−¬ng ph¸p t¹o h×nh trong ®ã m«i tr−êng thuû lùc, ¸p suÊt cao t¸c dông lªn bÒ mÆt cña vËt liÖu tõ mäi phÝa víi c−êng ®é nh− nhau, tu©n theo ®Þnh luËt Pascal vÒ tÝnh ®¼ng h−íng cña m«i tr−êng chÊt láng vµ khÝ. M«i tr−êng truyÒn ¸p suÊt trong ETT th−êng lµ chÊt láng, trong mét sè tr−êng hîp ng−êi ta sö dông chÊt khÝ, chÊt r¾n hoÆc vËt liÖu ®µn håi. §Ó t¹o ra ¸p suÊt thñy tÜnh ng−êi ta cã thÓ nÐn m«i tr−êng truyÒn ¸p suÊt trong buång kÝn - buång Ðp thñy tÜnh (ETT), hay buång ¸p suÊt cao b»ng c¸ch dïng b¬m cao ¸p kÕt hîp thiÕt bÞ khuyÕch ®¹i ¸p suÊt, hoÆc dïng lùc cña m¸y (vÝ dô nh− m¸y Ðp thñy lùc) nÐn trùc tiÕp lªn chµy Ðp (H×nh 1.1). 1.1.2. Vµi nÐt vÒ lÞch sö ph¸t triÓn c«ng nghÖ Ðp thuû tÜnh C¬ së cña c«ng nghÖ (ETT) lµ lùc Ðp qua mét m«i tr−êng (th−êng lµ chÊt láng) ®−îc nÐn víi ¸p suÊt cao truyÒn ®Õn chi tiÕt cÇn biÕn d¹ng, ®−îc b¾t nguån tõ mét Patent cña Anh n¨m 1893. ViÖc cÇn t¹o ®−îc ¸p suÊt thñy tÜnh cao ®Õn 300 MPa, lµm cho viÖc ¸p dông thêi ®ã kh«ng thÓ thùc hiÖn ®−îc v× vÊn ®Ò lµm kÝn. N¨m 1913 b¶n quyÒn patent víi tiªu ®Ò "Ph−¬ng ph¸p chÕ t¹o c¸c lo¹i g¹ch h×nh tõ vËt liÖu chÞu löa" ®−îc trao cho H. D. Madden. ¤ng ®· sö dông nguyªn lý nµy ®Ó chÕ t¹o c¸c chi tiÕt cã mËt ®é cao tõ c¸c kim lo¹i khã nãng ch¶y nh− wolfram, molipden. Sau ®ã ng−êi ta ®· øng dông ETT ®Ó chÕ t¹o 16 c¸c chi tiÕt cã h×nh d¸ng phøc t¹p tõ c¸c lo¹i vËt liÖu kh¸c. ViÖc ¸p dông nguyªn lý ETT ®Ó t¹o h×nh vµ lµm ®Æc xÝt vËt liÖu bét ®¹t ®−îc tiÕn bé ®¸ng kÓ vµo nh÷ng n¨m 30 vµ 40 cña thÕ kû tr−íc do hoµn thiÖn ®−îc trang thiÕt bÞ t¹o ¸p suÊt cao vµ t¹o ®−îc c¸c chi tiÕt cã ®é bÒn lín. 1. Chµy Ðp 2. Khu«n ¸p suÊt cao 3. M«i tr−êng truyÒn ¸p suÊt 4. VËt liÖu Ðp 5 5. Khu«n vá máng ®µn håi H×nh 1.1- S¬ ®å nguyªn lý Ðp thñy tÜnh Trong Ðp t¹o h×nh s¶n phÈm tõ vËt liÖu bét h−íng ph¸t triÓn vµ c¸c øng dông sau ®©y ®· ®−îc thùc hiÖn • Ðp thuû tÜnh c¸c s¶n phÈm chÞu nhiÖt cã kÝch th−íc lín nh− g¹ch x©y lß bÓ, nåi nÊu thñy tinh, kim lo¹i v.v... T¹o h×nh c¸c chi tiÕt cã h×nh d¸ng phøc t¹p, ®Æc biÖt c¸c chi tiÕt cã gi¸ trÞ sö dông cao nh− miÖng rãt thÐp hoÆc hÖ thèng cÊp liÖu cho bÓ nÊu thñy tinh. • T¹o h×nh c¸c èng cã kÝch th−íc kh¸c nhau tõ c¸c vËt liÖu chÞu nhiÖt. • Ðp t¹o h×nh c¸c chi tiÕt b»ng gèm ®Æc biÖt vµ c¸c s¶n phÈm nhá, mËt ®é vµ ®é bÒn ®ång ®Òu vµ cao víi n¨ng suÊt lín nh− bugi cho «t«, xe m¸y. • Ðp t¹o h×nh c¸c khèi trô trßn kÝch th−íc lín ®Ó gia c«ng tiÕp thµnh c¸c sø c¸ch ®iÖn. • Cuèi nh÷ng n¨m 70 ®Çu nh÷ng n¨m 80 cña thÕ kû 20 mét ph−¬ng ph¸p ETT míi ra ®êi - Ph−¬ng ph¸p Ðp nãng thuû tÜnh (Hot isostatic Pressing - HIP), 17 sau ®ã lµ ph−¬ng ph¸p thiªu kÕt b»ng Ðp nãng ®¼ng tÜnh (Sinter- HIP method). Trong c¸c ph−¬ng ph¸p nµy ng−êi ta t¹o ®−îc nhiÖt ®é trªn 20000C vµ ¸p suÊt trªn 2000 at trong buång kÝn ®Ó chÕ t¹o c¸c vËt liÖu ®Æc biÖt nh−: vËt liÖu gèm, composite, hîp kim ®Æc biÖt. Song song víi viÖc ph¸t triÓn kh¶ n¨ng øng dông, viÖc ph¸t triÓn m¸y mãc vµ thiÕt bÞ kü thuËt ®Æc biÖt cho c¸c hÖ thèng ¸p suÊt cao còng ®−îc quan t©m vµ ®¹t ®−îc c¸c thµnh tùu to lín. 1.1.3. Ph©n lo¹i trong c«ng nghÖ Ðp thñy tÜnh HiÖn nay ETT ®−îc ¸p dông trong hai lÜnh vùc chñ yÕu lµ Ðp t¹o h×nh c¸c lo¹i vËt liÖu bét vµ Ðp biÕn d¹ng t¹o h×nh s¶n phÈm tõ kim lo¹i vµ hîp kim. C«ng nghÖ ETT t¹o h×nh c¸c s¶n phÈm tõ vËt liÖu bét cßn ®−îc gäi lµ ph−¬ng ph¸p Ðp ®¼ng tÜnh (Isostatic Press). Th«ng th−êng cã mét sè ph−¬ng ¸n ph©n lo¹i nh− sau: a. Theo m«i tr−êng truyÒn ¸p: - Ðp thñy tÜnh m«i tr−êng khÝ. - Ðp thñy tÜnh m«i tr−êng chÊt láng - Ðp thñy tÜnh m«i tr−êng gi¶ láng (th−êng lµ chÊt láng cã ®é nhít rÊt cao hoÆc c¸c chÊt cã ®é ®µn håi lín nh− mì kho¸ng, cao su, nhùa PVC, PE, PU...). b. Theo nhiÖt ®é lµm viÖc: - Ðp thñy tÜnh nguéi (Cold Isostatic Pressing CIP): Qu¸ tr×nh tiÕn hµnh kh«ng cã gia nhiÖt ph«i vµ m«i tr−êng ¸p suÊt . - Ðp thñy tÜnh Êm (Warm Isostatic Pressing): Qu¸ tr×nh tiÕn hµnh ë nhiÖt ®é 800 C÷5000 C - Ðp nãng thñy tÜnh: Qu¸ tr×nh tiÕn hµnh ë nhiÖt ®é cao cã thÓ ®Õn 15000 C hoÆc cao h¬n n÷a. c. Theo d¹ng cña dông cô ®−îc sö dông: - Ph−¬ng ph¸p khu«n −ít (wet bag)-H×nh 1.2. 18 Tho¸t khÝ 1. N¾p buång ¸p suÊt 2. VËt liÖu bét 3. M«i tr−êng truyÒn ¸p (dÇu cao ¸p) 4. Buång ¸p suÊt 5. Khu«n ®µn håi 6. §¸y buång ¸p suÊt DÇu cao ¸p vµo X¶ E H×nh 1.2- Khu«n Ðp thuû tÜnh −ít Khu«n ®µn håi ®−îc ®iÒn ®Çy vËt liÖu Ðp, ®−îc lµm kÝn, vµ ®−îc Ðp. Do ¸p suÊt ®¼ng tÜnh cña m«i tr−êng Ðp t¸c ®éng lªn vá khu«n tõ mäi phÝa nªn vËt liÖu ®−îc t¹o h×nh. Ph−¬ng ph¸p nµy phï hîp víi ¸p suÊt Ðp cao (hµng tr¨m MPa) vµ vËt Ðp lín. Nã còng rÊt thÝch hîp cho ®iÒu kiÖn t¹o h×nh thay ®æi. Thêi gian thao t¸c cã thÓ ®Õn nhiÒu phót. - Ph−¬ng ph¸p khu«n kh« (dry bag) - H×nh 1.3 Khu«n ®µn håi ®−îc g¾n chÆt vµo buång Ðp. VËt liÖu ®−îc ®iÒn ®Çy khu«n trong buång Ðp. ¸p suÊt ®−îc t¹o ra trong kho¶ng kh«ng gian phï hîp víi h×nh d¸ng cña vËt Ðp, ¸p suÊt nµy nhá h¬n ë vïng hÖ thèng lµm kÝn khu«n, tøc lµ vïng chµy Ðp. Nh− vËy ®· x¸c lËp ®iÒu kiÖn gÇn nh− Ðp kh«. B»ng ph−¬ng ph¸p khu«n kh« ta cã thÓ ®¹t ®−îc vËt Ðp thµnh t−¬ng ®èi máng. Trong ph−¬ng ph¸p kh«, tr¸i víi ph−¬ng ph¸p −ít, víi cïng mét ¸p suÊt Ðp cã thÓ ®¹t ®−îc mËt ®é Ðp cao h¬n. 19 DÇu cao ¸p 1- Bét 2- Buång ¸p suÊt 3- Tói ®µn håi 4- Chµy ®èi ¸p 5- M«i tr−êng truyÒn ¸p (DÇu cao ¸p) 6- S¶n phÈm 7- Van cao ¸p H×nh 1.3- S¬ ®å Ðp thuû tÜnh khu«n kh« 1.1.4. C¸c −u nh−îc ®iÓm cña c«ng nghÖ Ðp thuû tÜnh −u ®iÓm cña c«ng nghÖ ETT: - §¹t ®−îc ®é ®ång nhÊt cao vÒ mËt ®é trong vËt Ðp. - Kh¶ n¨ng t¹o h×nh c¸c vËt liÖu bét khã Ðp, mµ c¸c ph−¬ng ph¸p t¹o h×nh truyÒn thèng ®· bÞ giíi h¹n vÒ n¨ng suÊt vµ chÊt l−îng. - ViÖc sö dông c¸c h¹t rêi víi ®é Èm nhá sÏ gi¶m qu¸ tr×nh sÊy. ViÖc ®ã sÏ gi¶m ®−îc thêi gian vµ chi phÝ ®Ó s¶n xuÊt c¸c chi tiÕt gèm mét c¸ch ®¸ng kÓ. - ViÖc ®¹t ®−îc mËt ®é cao trong qu¸ tr×nh Ðp sÏ dÉn ®Õn viÖc gi¶m ®¸ng kÓ hiÖn t−îng nøt khi sÊy vµ hiÖn t−îng nøt khi nung. Cïng víi −u ®iÓm ®ã ph−¬ng ph¸p ETT cho phÐp t¨ng ®−îc khèi l−îng vµ ®é phøc t¹p cña vËt Ðp. - Do ¸p suÊt t¸c dông ®Òu trong qu¸ tr×nh Ðp, nªn qóa tr×nh ®Æc xÝt vËt Ðp ®¹t ®−îc ®Òu, lµm cho vËt Ðp cã tÝnh ®ång nhÊt vµ hÇu nh− kh«ng cã texture. - Ngoµi ra cã thÓ chÕ t¹o ®−îc c¸c chi tiÕt rÊt ®Æc xÝt cã h×nh d¹ng bÊt kú. 20 Nh−îc ®iÓm cña c«ng nghÖ ETT: ThÓ tÝch vËt liÖu khi t¹o h×nh trong vá khu«n ®µn håi ®èi víi vËt liÖu gèm h¹t mÞn gi¶m 20-40% cßn ®èi víi vËt liÖu gèm h¹t th« gi¶m 10-20%. §iÒu ®ã cã thÓ dÉn ®Õn sù sai kh¸c vÒ h×nh d¹ng cña vËt Ðp. Nãi chung trong lÜnh vùc vá khu«n ®µn håi, kh«ng t¹o ®−îc s¶n phÈm cã biªn d¹ng s¾c nÐt. §èi víi vËt liÖu h¹t th«, thËm chÝ bÒ mÆt vËt Ðp kh«ng ph¼ng nh½n, cã thÓ lo¹i trõ nh−îc ®iÓm ®ã b»ng c¸ch gia c«ng l¹i vËt Ðp. Giíi h¹n cña c«ng nghÖ ETT: Do ¸p suÊt thuû tÜnh cao ¸p ®−îc t¹o ra trong buång kÝn th«ng qua m«i tr−êng lµ dÇu thuû lùc hoÆc mét sè lo¹i m«i tr−êng gi¶ láng kh¸c, viÖc t¨ng ¸p suÊt th−êng giíi h¹n d−íi 500MPa v× vËy ETT ®−îc øng dông trong c«ng nghÖ gèm, c«ng nghÖ luyÖn kim bét hoÆc øng dông trong biÕn d¹ng t¹o h×nh mét sè lo¹i s¶n phÈm cã h×nh d¹ng phøc t¹p tõ ph«i d¹ng tÊm hoÆc d¹ng èng máng. 1.1.5. C¸c hiÖn t−îng xÈy ra trong qua tr×nh Ðp thuû tÜnh. 1.1.5.1. Qu¸ tr×nh ®Æc xÝt vµ c¸c ®Æc tÝnh ®Æc xÝt cña vËt Ðp. Do t¸c dông ®Òu ë mäi ph−¬ng cña ¸p suÊt trong ph−¬ng ph¸p ETT dÉn ®Õn viÖc ®Æc xÝt ®ång ®Òu cña vËt Ðp. ThÊt thoÊt ¸p suÊt do ma s¸t gi÷a bét vµ thµnh khu«n lµ kh«ng ®¸ng kÓ, kh¸c c¬ b¶n víi ph−¬ng ph¸p Ðp trong khu«n kÝn. Sù thÊt tho¸t ¸p suÊt do ma s¸t trong gi÷a c¸c h¹t bét lµ hiÖn h÷u vµ cã thÓ dÉn ®Õn gradient ¸p suÊt gi÷a phÇn ngoµi vµ phÇn trong cña vËt Ðp vµ dÉn ®Õn sù khÊc nhau vÒ mËt ®é gi÷a c¸c vïng. Tuy nhiªn do sù tr−ît kh«ng ®¸ng kÓ cña c¸c h¹t r¾n trong qóa tr×nh Ðp, kÕt qu¶ xoay h¹t ®Òu theo h−íng t©m vËt Ðp mµ ma s¸t trong lµ nhá v× vËy sù sai kh¸c vÒ mËt ®é kh«ng lín. VÝ dô vËt Ðp tõ caolin hoÆc tõ vËt liÖu sø sau khi ETT ë ¸p suÊt >100 MPa cã sù kh¸c biÖt vÒ mËt ®é ®o ®−îc < 0,01g/cm3 n»m trong sai sè cña phÐp ®o. Cho thªm c¸c chÊt b«i tr¬n vµo vËt liÖu Ðp lµm gi¶m tiÕp sù sai kh¸c vÒ mËt ®é. Ngoµi ra trong Ðp t¹o h×nh b»ng c«ng nghÖ ETT kh«ng gÆp hoÆc hÇu nh− kh«ng cã vÕt cña sù h×nh thµnh texture. §ã lµ do kh«ng cã sù kh¸c nhau vÒ mËt ®é còng nh− sù ®Þnh h−íng cña c¸c h¹t r¾n dÞ h−íng. 21 §−êng cong xÝt chÆt vËt Ðp cho phÐp kh¼ng ®Þnh: ngay ®èi víi viÖc Ðp b»ng c«ng nghÖ ETT vËt liÖu gèm, víi ¸p suÊt t¨ng dÇn ta còng gÆp sù gi¶m dÇn cña møc ®é t¨ng mËt ®é. §· cã hµng lo¹t c¸c c«ng tr×nh m« t¶ hµm sè c¸c ®−êng cong ®Æc xÝt vµ nhiÒu ph−¬ng tr×nh thùc nghiÖm ®· ®−îc x¸c lËp - B¶ng 1.1 vµ 1.2 tr×nh bµy mét sè trong c¸c ph−¬ng tr×nh ®ã. Ph−¬ng tr×nh cña Heckel thÓ hiÖn kh¸ tèt quan hÖ hµm sè cho tr−êng hîp ETT ph−¬ng ph¸p −ít khi ¸p suÊt Ðp lín h¬n 20 MPa. ln ( vp vp − v∞ ) = c1.p + c 2 §èi víi ph−¬ng ph¸p ETT kh« ph−¬ng tr×nh cña Kawakita víi c¸c h»ng sè c¶i tiÕn C3 vµ C4 cho kÕt qu¶ tèt h¬n c¶: v − vp p 1 p = + ; cv = 0 c v c3 .c 4 c3 v0 B¶ng 1.1- Tæng hîp c¸c ®¼ng thøc tÝnh cho quan hÖ mËt ®é/¸p suÊt T¸c gi¶ §¼ng thøc (ph−¬ng tr×nh) Ballhasen ln Heckel v∞ = c1.p + c 2 vp − v∞ ln Fuhrer vp v p -v∞ =c3 .p + c4 (vp-v∞) (p+c5) = C6 Cooper vµ Eaton c7 .exp(- Kawakita c8 e10 v 0 -v p )+c9.exp()= p p v 0 -v ∞ v 0 -v p v0 = c11.c12 -p 1+c12 .p Ghi chó: P: ¸p suÊt Ðp, Vp : thÓ tÝch vËt Ðp ë ¸p suÊt P, V∝ thÓ tÝch vËt Ðp ë ¸p suÊt v« cïng lín, Vo thÓ tÝch ®èng cña vËt liÖu Ðp. c1- c12 c¸c h»ng sè thùc nghiÖm. 22 B¶ng 1.2- TËp hîp c¸c ph−¬ng tr×nh tÝnh to¸n cho quan hÖ gi÷a b−íc tiÕn cña chµy vµ ¸p suÊt T¸c gi¶ Ph−¬ng tr×nh tÝnh to¸n Ballhausen ln( Fuhrer x )=c13 .p+c14 1-x (p+c15 ).(x-c16 )=c17 Bouchner h c18 ) =const h0 h lnp = c18 .ln( ) =lnc19 h0 p.( p = c20.x C21 Montgomery Jones vp 2 ) +c 23 v∞ vp lnp = −c 24 .( ) + c 25 v∞ ln=-c 22 .( Balshin Ghi chó: c13-c25 c¸c h»ng sè thùc nghiÖm, h-chiÒu cao ®ong, h0 chiÒu cao vËt Ðp C¸c tÝnh chÊt cña vËt Ðp nh− mËt ®é vµ ®é bÒn phô thuéc vµo ®é lín cña ¸p suÊt thuû tÜnh. Trong kho¶ng ¸p suÊt 100-200 MPa cã thÓ ®¹t ®−îc 65-75% mËt ®é lý thuyÕt ®èi víi vËt liÖu gèm qu¾c- ®Êt sÐt phô thuéc vµo ®é Èm cña vËt liÖu Ðp. Trong ®ã vÒ c¬ b¶n, ®å bÒn uèn lín h¬n 2 MPa ®ñ ®Ó gia c«ng tiÕp theo. §Ó Ðp vËt liÖu h¹t th« cÇn ¸p suÊt 100-400 MPa, trong ®ã nÕu cã ®−îc sù ph©n bè h¹t hîp lý cña vËt liÖu Ðp, th× cã thÓ ®¹t ®−îc mËt ®é tíi 85% mËt ®é lý thuyÕt. §−êng cong ®Æc xÝt còng gièng nh− trong tr−êng hîp Ðp kh« vµ phô thuéc vµo hµng lo¹t c¸c th«ng sè. NhiÒu khi tÝnh chÊt cña vËt liÖu Ðp cã ¶nh h−ëng rÊt lín thÝ dô nh− ®é Èm. §èi víi mçi vËt liÖu Ðp cã mét kho¶ng ®é Èm tèi −u. ViÖc thªm c¸c phô gia Ðp nh− chÊt b«i tr¬n lµm t¸ch h¹t cã ý nghÜa quan träng. T¸c dông cña ®é Èm vµ phô gia Ðp phï hîp víi kÕt qu¶ ®o ®¹c vµ tÝnh to¸n theo ph−¬ng tr×nh cña Jones (xem b¶ng 1.2). Ph−¬ng tr×nh tÝnh to¸n nµy cho phÐp ph©n biÖt râ ®−êng cong Ðp phô thuéc c¸c th«ng sè ®é Èm vµ chÊt b«i tr¬n. Quan hÖ phô thuéc cô thÓ ®−îc tr×nh bµy trong b¶ng 1.3. Ph−¬ng ph¸p ®Ó tÝnh quan hÖ ®−êng cong Ðp dùa trªn c¬ së vËt lý ®−îc tr×nh bµy trong c«ng tr×nh cña Thomson. 23 B¶ng 1.3- Sè liÖu cho ph−¬ng tr×nh tÝnh to¸n theo Jones ®èi víi bét gèm cã ®é Èm vµ phô gia kh¸c nhau: 2 ⎛v ⎞ lp Ph−¬ng tr×nh tÝnh to¸n: ⎜ p ⎟ = a 0 - n a1 ⎝ v¥ ⎠ Th«ng sè HÖ sè HÖ sè kÕt nèi a0 a1 r2 0.2 6,00 0,98 0,992 1.0 6,14 1,30 0,996 2.5 6,09 1,49 0,999 0.3 PVA 6,05 1,24 0,997 0.5 oxidwachs 6,15 1,57 0,997 0.2 PVA+0.5 oxidwachs 6,10 1,49 0,996 §é Èm [%] ChÊt phô gia [%] 1.1.5.2. ¶nh h−ëng cña ®iÒu kiÖn Ðp C¸c ®iÒu kiÖn Ðp nh− trang bÞ Ðp, thêi gian Ðp, thêi gian gi÷ ¸p cã ¶nh h−ëng ®Õn ®−êng cong Ðp. Sù thay ®æi tèc ®é Ðp, kh«ng cã ¶nh h−ëng ®¸ng kÓ ®Õn kÕt qu¶ Ðp. Trang bÞ Ðp vÒ c¬ b¶n do thiÕt bÞ vµ vËt Ðp quy ®Þnh. T¨ng ¸p ®Õn kho¶ng 30 MPa ®é ®Æc xÝt ®¹t gÇn 75%. Sù gi¶m thÓ tÝch lín nhÊt x¶y ra trong kho¶ng ¸p suÊt nµy. Sù t¨ng ¸p suÊt Ðp cã ý nghÜa quan träng ®èi víi tÝnh chÊt vËt Ðp. Tèc ®é t¨ng ¸p l¹i phô thuéc vµo l−îng kh«ng khÝ hoÆc l−îng khÝ chøa trong ®èng h¹t vËt liÖu Ðp. Trong qu¸ tr×nh ETT, vËt liÖu Ðp chøa trong vá khu«n Ðp kÝn, kh«ng khÝ chøa trong vËt liÖu Ðp, kh«ng tho¸t ra ngoµi ®−îc, bÞ nÐn l¹i. Cã thÓ gi¶m hoÆc lo¹i trõ kh«ng khÝ trong c¸c lç xèp b»ng c¸c biÖn ph¸p sau: • Gi¶m ®é Èm cña vËt liÖu • T¨ng mËt ®é l¾c cña vËt liÖu trong khu«n b»ng c¸ch ®Çm tr−íc c¸c h¹t trong khu«n, l¾c hoÆc chän ph©n bè cÊp h¹t tèi −u. • Hót ch©n kh«ng vá khu«n ®· ®iÒn ®Çy. 24 Do kh«ng thÓ lo¹i trõ hoµn toµn khÝ trong c¸c lç xèp v× vËy viÖc chän tèc ®é t¨ng vµ x¶ ¸p ®ãng vai trß quan träng. §Ó lùa chän ®−îc ®−êng cong Ðp vµ x¶ ¸p ph¶i chó ý hai kho¶ng ¸p suÊt ë c¸c thêi ®iÓm: • Khi tho¸t khu«n ®µn håi khái bÒ mÆt cña vËt Ðp, v× khi ®ã bÒ mÆt vËt Ðp sÏ cã øng suÊt c¾t vµ g©y vÕt nøt. • Khö øng suÊt trong vËt Ðp do kh«ng khÝ bÞ nÐn sÏ në ra khi gi¶m ¸p suÊt. ¸p suÊt khÝ trong lç xèp ®−îc ®Þnh nghÜa lµ: Ptw =P’’ – P’. Trong ®ã: P’’ ¸p suÊt kh«ng khÝ trong lç xèp ë gi÷a vËt Ðp. P’ ¸p suÊt kh«ng khÝ trong lç xèp ë r×a vËt Ðp t−¬ng øng víi ¸p suÊt ®¼ng ¸p t¸c dông tõ phÝa ngoµi. Thêi gian cùc trÞ tE ®Ó gi¶i ¸p cã thÓ x¸c ®Þnh nh− sau: tE = Trong ®ã: va vm Va : ThÓ tÝch kh«ng khÝ tho¸t ra khái lç xèp. Vm : ThÓ tÝch tho¸t khÝ trung b×nh trong qu¸ tr×nh gi¶m ¸p. Thêi gian cùc trÞ tE t¨ng ®èi víi vËt Ðp lín vµ gi¶m khi ¸p suÊt thuû tÜnh t¨ng §é gi¶m ¸p ®−îc ®iÒu chØnh trong kho¶ng ¸p suÊt < 5 MPa lµ cÇn thiÕt khi kh«ng hót khÝ tr−íc khi Ðp. B»ng c¸ch gi÷ ¸p suÊt l©u cã thÓ t¨ng ®−îc mËt ®é vµ c¬ tÝnh cña vËt Ðp. Nh−ng hiÖu qu¶ ®ã cßn phô thuéc vµo tÝnh chÊt cña vËt liÖu Ðp vµ ®é lín cña ¸p suÊt. Thêi gian gi÷ ¸p kÐo dµi t¸c ®éng lµm t¨ng mËt ®é, ®iÒu ®ã ®Æc biÖt ®óng víi vËt liÖu dÎo. §èi víi vËt liÖu lµm sø kh¶ n¨ng ®¹t ®−îc hiÖu qña cao trong kho¶ng gi÷ ¸p suÊt Ðp kh«ng lín. Thêi gian gi÷ ¸p th−êng kh«ng v−ît 60s. §èi víi c¸c chi tiÕt nhá nh− phÇn sø c¸ch ®iÖn cña bugi thêi gian gi÷ ¸p d−íi 1s. 1.1.5.3. HiÖn t−îng në trë l¹i cña vËt Ðp. HiÖn t−îng në l¹i sau khi ETT ®ã lµ hiÖn t−îng t¨ng thÓ tÝch cña vËt Ðp sau khi x¶ ¸p, hiÖn t−îng nµy xÈy ra do c¸c nguyªn nh©n sau: - TÝnh ®µn håi cña vËt Ðp ngay khi th¸o vËt Ðp ra khái khu«n gièng nh− khi 25 Ðp trong khu«n kÝn. - HiÖn t−îng në trë l¹i ®µn håi kÐo dµi theo thêi gian ®Æc biÖt trong tr−êng hîp Ðp b»ng ®¼ng tÜnh. Nã chiÕm tíi 25% cña ®é në trë l¹i ®µn håi tæng. X¸c dÞnh ®é në trë l¹i cña vËt Ðp ®ãng vai trß quan träng trong viÖc t¹o vËt Ðp cã h×nh d¸ng vµ kÝch th−íc chÝnh x¸c. §é në trë l¹i ®−îc x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm. Theo Mc. Entire ®é në trë l¹i cña vËt liÖu gèm n»m trong kho¶ng 0,1% – 0,3% kÝch th−íc danh ®Þnh. 1.2. Tæng quan vÒ c«ng nghÖ Ðp thuû ®éng 1.2.1. Gia c«ng biÕn d¹ng b»ng c«ng nghÖ Ðp thñy ®éng Mét d¹ng gia c«ng biÕn d¹ng kh¸c còng ®−îc sö dông phæ biÕn ®èi víi c¸c nhãm chi tiÕt kiÓu thiÕt diÖn ®Òu vµ dµi. Theo c«ng nghÖ truyÒn thèng c¸c chi tiÕt d¹ng èng, d¹ng trôc, d¹ng sîi m¶nh, b¸nh r¨ng... ®−îc gia c«ng b»ng ph−¬ng ph¸p Ðp ®ïn, Ðp ch¶y th«ng th−êng hoÆc gia c«ng c¾t gät. Víi c¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng nµy kh«ng tiÕt kiÖm ®−îc vËt liÖu, kinh phÝ chÕ t¹o cao, tuæi thä cña khu«n mÉu thÊp do ma s¸t gi÷a khu«n vµ vËt liÖu gia c«ng lín. §Ó kh¾c phôc nh−îc ®iÓm nªu trªn ng−êi ta ®· sö dông ph−¬ng ph¸p Ðp ®ïn trong khu«n Ðp thñy ®éng (ETD) ®Ó t¹o ra s¶n phÈm. Sau khi t¹o ph«i s¬ bé, cho ph«i vµo trong buång Ðp, d−íi t¸c dông cña ¸p suÊt cao trong buång Ðp vËt liÖu ®−îc Ðp ®Òu tõ c¸c h−íng vµ ®−îc ®ïn ra ngoµi qua khu«n víi Profin tïy theo h×nh d¹ng cña lç khu«n (h×nh 1.4b). 1.2.2. C¸c ®Æc ®iÓm cña Ðp thñy ®éng Trong ETD ph«i kh«ng tiÕp xóc trùc tiÕp víi khu«n còng nh− buång ¸p suÊt, m«i tr−êng truyÒn ¸p kh«ng nh÷ng t¹o ra ¸p suÊt cao ®Ó Ðp lªn ph«i mµ cßn t¹o ra mµng ng¨n c¸ch gi÷a s¶n phÈm vµ lç h×nh, lµm gi¶m ma s¸t mét c¸ch ®¸ng kÓ. Lùc ma s¸t kh«ng phô thuéc vµo chiÒu dµi ph«i Ðp (theo ph−¬ng ph¸p Ðp ®ïn b×nh th−êng lùc ma s¸t t¨ng theo ®é dµi cña ph«i Ðp). Cã thÓ thÊy râ tÝnh −u viÖt cña ph−¬ng ph¸p gia c«ng míi nµy trªn c¬ së so s¸nh hai ph−¬ng ph¸p nªu trªn (xem h×nh 1.4). 26 F (lùc Ðp) F (lùc Ð ) a) 1. Chµy Ðp 2. VËt liÖu 3. Khu«n 4. M«i tr−êng truyÒn ¸p F F b) H×nh 1.4- So s¸nh ph−¬ng ph¸p Ðp ®ïn trong khu«n Ðp th«ng th−êng (a) vµ ph−¬ng ph¸p Ðp ®ïn theo c«ng nghÖ Ðp thñy ®éng (b) Ngoµi ra víi tØ lÖ biÕn d¹ng cao cì 90% cã thÓ t¹o ra mµng dÇu b«i tr¬n thñy ®éng gi÷a bÒ mÆt ph«i vµ khu«n h×nh, lç h×nh do vËy n©ng cao ®é bÒn mßn cña khu«n lªn nhiÒu lÇn, t¨ng chÊt l−îng bÒ mÆt cña s¶n phÈm, gi¶m ma s¸t. §Æc biÖt víi ph−¬ng ph¸p Ðp thñy ®éng, ¸p lùc Ðp lªn s¶n phÈm gi¶m kho¶ng 40%, c¬ tÝnh cña s¶n phÈm t¨ng kho¶ng 35% so víi Ðp ®ïn th«ng th−êng. Ph−¬ng ph¸p Ðp thñy ®éng cßn cho phÐp Ðp ®ïn c¸c chi tiÕt cã ®é dµi bÊt kú vµ h×nh d¹ng s¶n phÈm phøc t¹p, cã r·nh xo¾n vµ nghiªng. Tïy thuéc vµo thiÕt kÕ c«ng nghÖ vµ khu«n Ðp, b»ng c«ng nghÖ nµy cã thÓ Ðp ra c¸c chi tiÕt d¹ng ®Æc (H×nh 1.5) vµ d¹ng rçng (H×nh 1.6). 1.2.3. S¶n phÈm cña ph−¬ng ph¸p Ðp thñy ®éng S¶n phÈm cña ph−¬ng ph¸p Ðp thñy ®éng kh¸ ®a d¹ng nh−: Thanh thiÕt diÖn ngang phøc t¹p víi chiÒu réng b=0,7-0,8 mm, tØ lÖ gi÷a chiÒu réng vµ chiÒu cao cña mÆt c¾t ®¹t tíi 40-50 lÇn. èng nhá cã Φmin≈20mm, δ=0,5 - 1mm. 27 H·ng ASEA (Thôy ®iÓn) vµ KOBE (NHËt) ®· tiÕn hµnh c¸c nghiªn cøu thùc nghiÖm vµ ®· ®−a ra kÕt qu¶ b»ng då thÞ biÓu diÔn mèi quan hÖ gi÷a ¸p suÊt vµ tØ lÖ biÕn d¹ng cho tõng lo¹i vËt liÖu kh¸c nhau. Khi ¸p suÊt cña chÊt láng ®¹t tíi >1000 MPa th× vËt liÖu nh«m Ðp theo ph−¬ng ph¸p Ðp thñy ®éng cã thÓ biÕn d¹ng víi hÖ sè µ=Fo/F1=10.000, hîp kim nh«m khã biÕn d¹ng nh− nh«m 7075 cã thÓ Ðp víi hÖ sè µ=200. Ph−¬ng ph¸p Ðp thñy ®éng cßn ®−îc thùc hiÖn ë m«i tr−êng nhiÖt ®é cao (gäi lµ ph−¬ng ph¸p Ðp thñy ®éng nãng). Cã thÓ Ðp c¸c ph«i ®· nung nãng cì 550 - 6000C, dïng chÊt láng lµ dÇu Kacmpoboc pha thªm Metalnol ®Ó lµm m«i tr−êng truÒn ¸p. M«i tr−êng ®−îc lùa chän lµ m«i tr−êng gi¶ láng ®é nhít cao sÏ gi¶m bít khã kh¨n cho viÖc bÞt kÝn. C¸c s¶n phÈm h×nh d¹ng vµ cÊu t¹o phøc t¹p nh−: b¸nh r¨ng th¼ng, nghiªng ®−êng kÝnh nhá, ph«i dao phay doa, mòi khoan, èng ®ång nhá cã Φmin ≈ 20 mm, δ = 0,5 – 1.5 mm ®−îc chÕ t¹o b»ng ph−¬ng ph¸p Ðp thñy ®éng. C¸c ph«i s¶n phÈm trªn ®−îc chÕ t¹o b»ng ph−¬ng ph¸p c¾t gät hoÆc Ðp ®ïn truyÒn thèng g©y l·ng phÝ vËt t− quý hiÕm, c«ng gia c«ng, dÉn ®Õn gi¸ thµnh s¶n phÈm cao, chÊt l−îng s¶n phÈm kh«ng cao. Sau gÇn 40 n¨m nghiªn cøu ph¸t triÓn, ph−¬ng ph¸p thñy ®éng ®· dÇn ®−îc hoµn thiÖn vµ ph¸t triÓn. Ph−¬ng ph¸p Ðp thñy ®éng th−êng ®−îc ¸p dông ®Ó chÕ t¹o ra c¸c chi tiÕt thái ®Æc, thái rçng hoÆc d©y tõ vËt liÖu hîp kim, hîp kim nh«m, kim lo¹i hiÕm. Tõ nh÷ng n¨m 70 ph−¬ng ph¸p nµy ®−îc tiÕp tôc ¸p dông cho c¸c lo¹i hîp kim vµ thÐp. Víi ph−¬ng ph¸p nµy cã thÓ biÕn d¹ng t¹o h×nh cho nh÷ng vËt liÖu cøng, gißn, khã biÕn d¹ng t¹o h×nh nh−: gang, molipden, Beryli, vËt liÖu composite. ë c¸c n−íc tiÕn tiÕn c«ng nghÖ nµy ®−îc ph¸t triÓn, hoµn thiÖn theo h−íng: ThiÕt kÕ chÕ t¹o c¸c m¸y Ðp chuyªn dông víi c¸c møc ®é tù ®éng hãa cao. ViÖc thiÕt kÕ m¸y ®−îc ph©n theo c¸c gam m¸y kh¸c nhau tïy thuéc vµo ph−¬ng ¸n c«ng nghÖ, hoÆc quy m« cña s¶n phÈm cÇn t¹o ra. 28 1.2.4. Ph©n lo¹i c¸c ph−¬ng ph¸p Ðp thñy ®éng HiÖn nay cã mét sè ph−¬ng ¸n Ðp thñy ®éng nh− sau: - Ðp thñy ®éng tèc ®é thÊp: Tèc ®é trong kho¶ng 2-150 mm/gi©y (cßn gäi lµ Ðp ®ïn thñy tÜnh). - Ðp thñy ®éng: tèc ®é trong kho¶ng 200-1000 mm/gi©y (ë d¶i tèc ®é nµy xuÊt hiÖn líp b«i tr¬n æn ®Þnh (hiÖu øng thñy ®éng). - Ðp thñy ®éng tèc ®é rÊt cao vµ xung: tèc ®é kho¶ng 10.000 mm/gi©y. (CÇn ph¶i nhÊn m¹nh thªm lµ theo chiÒu t¨ng cña tèc ®é biÕn d¹ng ®é dµy vµ tÝnh æn ®Þnh cña mµng b«i tr¬n t¨ng lªn. §iÒu ®ã t¸c dông tÝch cùc ®Õn ®éng häc qu¸ tr×nh biÕn d¹ng, lµm gi¶m hoÆc triÖt tiªu hiÖu øng nhÈy vät ¸p lùc khi b¾t ®Çu biÕn d¹ng vµ hiÖu øng stick-sleep kim lo¹i chuyÓn ®éng theo tõng b−íc nhÈy sãng,...) Theo h×nh d¹ng s¶n phÈm: ETD ph«i ®Æc, ETD ph«i rçng, ETD ph«i d©y... Ðp thñy ®éng ph«i ®Æc: Ph−¬ng ph¸p Ðp ®ïn thñy ®éng ®−îc nghiªn cøu vµ ¸p dông nhiÒu nhÊt hiÖn nay lµ Ðp ®ïn ph«i ®Æc (H×nh 1.5). 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Chµy Ðp Gio¨ng M«i tr−êng truyÒn ¸p DÉn h−íng Ph«i Khu«n h×nh Gio¨ng Buång ¸p suÊt H×nh 1.5- M« h×nh ETD c¸c chi tiÕt d¹ng ®Æc 29 Ðp thñy ®éng ph«i rçng: §Ó Ðp s¶n phÈm rçng (h×nh 1.6) ph¶i sö dông mét lâi ®Æt trong lç t¹o tr−íc cña ph«i Ðp, nhiÖm vô cña lâi lµ t¹o ra lç cña s¶n phÈm vµ lµm kÝn m«i tr−êng truyÒn ¸p suÊt cao, khi thiÕt kÕ lâi cÇn chó ý kÕt cÊu phï hîp vµ chÕ ®é b«i tr¬n gi÷a lâi vµ ph«i ®Ó gi¶m thiÓu ma s¸t. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. a) Chµy Ðp Buång ¸p suÊt cao Gio¨ng DÉn h−íng M«i tr−êng truyÒn ¸p Ph«i Lâi Khu«n h×nh b) H×nh 1.6- M« h×nh Ðp thñy ®éng c¸c chi tiÕt rçng víi lâi tÜnh (a) vµ lâi ®éng (b) Ðp thñy ®éng ph«i d©y: 1 1. Chµy Ðp 2. M«i tr−êng truyÒn ¸p 3. Buång ¸p suÊt cao 4. Cuén d©y ph«i 5. Gi¸ ®ì ph«i 6. Khu«n h×nh 7. §Õ khu«n 8. S¶n phÈm ETD 2 3 4 5 6 7 8 H×nh 1. 7- M« h×nh Ðp thñy ®éng ph«i d©y 30 1.2.5. Qu¸ tr×nh Ðp thñy ®éng Ðp thñy ®éng ngµy nay ®−îc tiÕn hµnh trong c«ng nghiÖp ë nhiÖt ®é phßng (Ðp ®ïn nguéi), vµ ë nhiÖt ®é cao h¬n (Ðp ®ïn Êm). Tõ qu¸ tr×nh chung ng−êi ta ph¸t triÓn theo nhiÒu h−íng, mét h−íng nh»m sao cho ¸p suÊt thñy ®éng kh«ng phô thuéc vµ h−íng biÕn d¹ng, mét h−íng nh»m Ðp liªn tôc hoÆc gi¸n ®o¹n ra c¸c s¶n phÈm cã ®é dµi bÊt kú tõ c¸c khèi ng¾n trong buång ¸p lùc cao. M« t¶ qu¸ tr×nh Ðp thñy ®éng H×nh 1.5 m« t¶ c«ng nghÖ Ðp thñy ®éng ph«i ®Æc. Ph«i (5) sau khi ®· ®−îc s¬ chÕ phï hîp víi gãc më vµ kÕt cÊu khu«n h×nh ®−îc ®Æt vµo khu«n h×nh (6) trong buång ¸p suÊt (8), ph«i kh«ng tiÕp xóc víi thµnh cña buång ¸p suÊt nhê dÉn h−íng (4) l¾p ë ®Çu trªn ph«i. Cho m«i tr−êng truyÒn ¸p vµo buång ¸p suÊt, c¸c gio¨ng ¸p suÊt cao gi÷a ®Õ khu«n vµ buång ¸p suÊt, gi÷a chµy Ðp vµ buång ¸p suÊt ®¶m b¶o bÞt kÝn khi lµm viÖc. D−íi t¸c dông cña lùc Ðp lªn chµy (1) ¸p suÊt trong buång ¸p suÊt t¨ng dÇn ®Õn ¸p suÊt giíi h¹n sÏ ®Èy s¶n phÈm ra khái buång. H×nh d¹ng vµ kÝch th−íc cña s¶n phÈm phô thuéc vµo h×nh d¹ng vµ kÝch th−íc cña khu«n h×nh. Khi s¬ chÕ ph«i ph¶i ®¶m b¶o l¾p chÝnh x¸c vµo khu«n h×nh ®¶m b¶o ®é kÝn ban ®Çu, cÇn chó ý gi÷a ph«i vµ buång ¸p suÊt kh«ng nh÷ng kh«ng ®−îc tiÕp xóc víi nhau mµ cßn kho¶ng hë cÇn thiÕt ®Ó chÊt truyÒn ¸p cã thÓ ®iÒn ®Çy tÊt c¶ c¸c khe hÑp trong buång ¸p suÊt. Ngoµi ra ®−êng kÝnh cña ph«i ph¶i nhá h¬n ®−êng kÝnh lín nhÊt cña phÇn c«n dÉn vµo khu«n h×nh nÕu kh«ng khi Ðp sÏ dÉn ®Õn sù c¾t phÇn ph«i n»m ngoµi vïng c«n dÉn. §Ó ®¹t sù æn ®Þnh h×nh d¹ng ph«i ph¶i lµ trô ®Òu, nãi c¸ch kh¸c ph«i kh«ng ®−îc cã tiÕt diÖn thay ®æi trªn toµn bé chiÒu dµi ph«i. V× kh«ng cã ma s¸t víi thµnh khu«n nªn cã thÓ Ðp ®ïn ®−îc c¸c s¶n phÈm mÆt c¾t phøc t¹p hoÆc d¹ng xo¾n, h¬n n÷a chiÒu dµi cña ph«i chØ bÞ giíi h¹n bëi kÝch th−íc cña buång ¸p suÊt vµ hµnh tr×nh lµm viÖc cña chµy Ðp. VÝ dô khi ETD ph«i d©y (h×nh 1.7), bªn trong buång ¸p suÊt ®Æt mét cuén d©y lµm ph«i th× tû lÖ chiÒu dµi ph«i cã thÓ lín gÊp ®−êng kÝnh ®Õn 105 lÇn 31 Sau khi ®Æt ph«i vµo buång ¸p suÊt, buång ¸p suÊt ®−îc ®æ ®Çy m«i tr−êng truyÒn ¸p. M«i tr−êng truyÒn ¸p ®ång thêi ®ãng vai trß truyÒn ¸p ®ång thêi ®ãng vai trß chÊt b«i tr¬n ë c¸c bÒ mÆt tiÕp xóc gi÷a s¶n phÈm vµ ph«i. Mét sè lo¹i vËt liÖu cã thÓ tù b«i tr¬n v× vËy vËt liÖu r¾n d¹ng parafin hoÆc kim lo¹i dÔ biÕn d¹ng (kim lo¹i mÒm) còng ®−îc sö dông lµm m«i tr−êng truyÒn ¸p lùc. ViÖc t¨ng ¸p suÊt m«i tr−êng truyÒn ¸p vµ qu¸ tr×nh Ðp ch¶y lµ phô thuéc lÉn nhau, th«ng th−êng ¸p suÊt ®−îc t¹o b»ng mét chµy Ðp Ðp trùc tiÕp vµo buång ¸p suÊt cao (h×nh 1.5). Ng−êi ta còng cã thÓ t¹o ¸p suÊt trong mét buång riªng ngoµi buång ¸p suÊt cao hoÆc b»ng b¬m ¸p suÊt cao, ph−¬ng ph¸p nµy kh«ng thÓ t¹o ra ¸p suÊt cao tuú ý. Trong qu¸ tr×nh Ðp ®ïn thñy ®éng do ¶nh h−ëng cña hiÖn t−îng stick-slip xuÊt hiÖn nguy c¬ s¶n phÈm ra nhanh h¬n dù kiÕn nªn c¶ s¶n phÈm vµ chÊt láng tho¸t ra khái khu«n víi ®éng n¨ng lín cã thÓ g©y tiÕng næ, hoÆc lµm háng s¶n phÈm. ViÖc thu håi s¶n phÈm lµ mét vÊn ®Ò lín cÇn gi¶i quyÕt. 1.2.6. S¶n phÈm vµ ph¹m vi øng dông cña c«ng nghÖ Ðp thñy ®éng 1.2.6.1. VËt liÖu vµ ®é biÕn d¹ng trong Ðp thñy ®éng Th«ng th−êng khi ETD víi ¸p suÊt ~1000 MPa cã thÓ ®¹t ®−îc sù thay ®æi tiÕt diÖn rÊt lín. Ch¼ng h¹n ë nhiÖt ®é phßng, nh− trªn h×nh 1.8 biÓu diÔn, tû lÖ tiÕt diÖn Ao/A1 kho¶ng 1500 víi nh«m s¹ch (Al 99,5%), lµ 80 víi ®ång (99,9% Cu) lµ 10 víi thÐp c¸c bon thÊp (0,15% C) vµ kho¶ng 3,5 víi thÐp hîp kim. §èi víi Mo, W, vµ hîp kim niken bÒn nhiÖt cao Ao/A1 tõ 3 ÷ 5. ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é cao h¬n th× gi¸ trÞ nµy t¨ng lªn h¬n n÷a, trong ®ã ®Ó c¶i thiÖn kh¶ n¨ng biÕn d¹ng cña hîp kim ®ång, nh«m bÒn cao hoÆc thÐp th× Ðp ®ïn nãng cã ý nghÜa h¬n c¶ vµ ®−îc øng dông trong c«ng nghiÖp. §é biÕn d¹ng ®¹t ®−îc phô thuéc vµo øng suÊt ch¶y cña vËt liÖu vµ kh¶ n¨ng thay ®æi h×nh d¹ng cña chóng. Khi Ðp ®ïn d©y nh«m tû lÖ tiÕt diÖn Ao/A1=1500/1 tèc ®é ra d©y rÊt cao g©y nhiÒu khã kh¨n cho viÖc thu håi s¶n phÈm. ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é cao h¬n khi Ðp ®ïn chØ cã ý nghÜa nÕu ta muèn ®¹t ®−îc sù biÕn ®æi tiÕt diÖn lín h¬n víi c¸c vËt liÖu cã ®é cøng lín. 32 H×nh 1.8- Mèi quan hÖ gi÷a ¸p suÊt vµ tû lÖ tiÕt diÖn AO/A1 (a) gi÷a ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é ph«i (b)-(1 kbar=100MPa=100N/mm2) 1.2.6.2. Mét sè s¶n phÈm trong Ðp ®ïn thñy ®éng Th«ng th−êng øng dông qu¸ tr×nh Ðp ®ïn cho c¸c lÜnh vùc sau: - S¶n xuÊt d©y víi tû lÖ tiÕt diÖn rÊt lín trong 1 b−íc biÕn d¹ng, vÝ dô Ðp d©y nhiÒu sîi (h×nh 1.9) hoÆc ®Ó s¶n xuÊt d©y tõ c¸c vËt liÖu ®é cøng cao cã tû lÖ tiÕt diÖn thÊp th× ETD lµ mét kh¶ n¨ng míi (Ðp biÕn d¹ng thay cho kÐo biÕn d¹ng). - Ngoµi ra ETD còng thÝch hîp cho viÖc s¶n xuÊt c¸c èng cã thµnh rÊt máng (vÝ dô thµnh cã s= 0,15mm, ®−êng kÝnh ngßai da = 10mm) vËt liÖu Al 99,5 hoÆc èng thµnh rÊt dµy (s=0,9mm, da=2mm). 33 H×nh 1.9- D©y nh«m nhiÒu sîi-s¶n phÈm cña c«ng nghÖ Ðp ®ïn thñy ®éng (ASEA) H×nh 1.10- S¶n phÈm cña c«ng nghÖ Ðp ®ïn thñy ®éng (ASEA) 34 H×nh 1.11- S¶n phÈm cña c«ng nghÖ Ðp ®ïn thñy ®éng nãng (Kobe Steel) - Ðp thñy ®éng còng ¸p dông ®Ó chÕ t¹o c¸c s¶n phÈm cã Profil bÊt kú víi chiÒu dµi lín mµ b»ng c¸c ph−¬ng ph¸p kh¸c kh«ng thÓ chÕ t¹o ®−îc (H×nh 1.10; 1.11). Trong Ðp ®ïn thÐp viÖc øng dông ETD cã thÓ thay cho c«ng nghÖ Ðp ®ïn nãng hoÆc c«ng nghÖ kÐo nguéi nhiÒu b−íc. - H×nh d¸ng cña ph«i vµ h×nh d¹ng s¶n phÈm kh«ng phô thuéc vµo nhau nªn ng−êi ta cã thÓ Ðp ®−îc c¸c s¶n phÈm cã h×nh d¹ng bÊt kú. Do ma s¸t trong buång ¸p lùc kh«ng ®¸ng kÓ nªn øng dông c«ng nghÖ nµy cã kh¶ n¨ng Ðp ®−îc c¸c ph«i dµi gÊp nhiÒu lÇn so víi ®uêng kÝnh. Ðp thñy ®éng Êm t¹o kh¶ n¨ng biÕn d¹ng c¸c vËt liÖu vµ hîp kim cã ®é cøng cao víi tû lÖ tiÕt diÖn lín ë ¸p suÊt nhá. Ch¼ng h¹n èng ®ång cã thÓ s¶n xuÊt tõ c¸c block víi tû lÖ tiÕt diÖn kho¶ng 500 ®−îc Ðp ®ïn ë 500oC. C¸c Profil nh«m ®−îc bäc ®ång lµm c¸c thanh dÉn trong kü thuËt ®iÖn còng ®−îc s¶n xuÊt 35 theo ph−¬ng ph¸p nµy. T−¬ng tù mét chi tiÕt hîp kim nh«m cã thÓ ®−îc bäc b»ng mét hîp kim nh«m kh¸c. TÝnh chÊt cña vËt liÖu lâi vµ kÕt hîp víi tÝnh chÊt cña vËt liÖu bäc ngoµi ®Ó t¹o nªn mét vËt liÖu cã tÝnh chÊt tèi −u. Ch¼ng h¹n víi vá bäc ngoµi lµ hîp kim nh«m sÏ lµm cho s¶n phÈm dÔ hµn h¬n, chÞu ¨n mßn,... C¸c kh¶ n¨ng nµy ®· ®−îc h·ng Kobe Steel cña NhËt øng dông trong c«ng nghiÖp, b»ng ETD nãng kÕt hîp víi kÐo tr−ît l¹nh lÇn 2 ®Ó s¶n xuÊt èng ®ång bãng tõ n¨m 1975. 1.2.6.3. TÝnh chÊt biÕn d¹ng trong Ðp thñy ®éng Còng gièng nh− ë c¸c qu¸ tr×nh biÕn d¹ng l¹nh kh¸c, khi ETD ®é cøng cña s¶n phÈm t¨ng lªn. Khi ®é biÕn d¹ng lín vµ tèc ®é biÕn d¹ng cao nhiÖt ®é sÏ t¨ng lªn cao, cïng víi qu¸ tr×nh biÕn d¹ng nguéi cã c¸c qu¸ tr×nh nh− t¸i kÕt tinh, nghØ xuÊt hiÖn. Khi biÕn d¹ng nãng th× phÇn biÕn d¹ng bÞ nung nãng lªn, nªn kh«ng cã hoÆc cã rÊt Ýt sù t¨ng ®é cøng. Do sù biÕn d¹ng khi Ðp thñy tÜnh gÇn nh− lµ ®ång ®Òu nªn s¶n phÈm cã tÝnh chÊt c¬ vµ kim t−¬ng gÇn nh− nhau trong suèt tiÕt diÖn. Víi c¸c nghiªn cøu b»ng ®o ®é cøng tÕ vi vµ Visioplastic ng−êi ta chøng minh ®−îc r»ng kh«ng cã sù kh¸c biÖt tÝnh chÊt gi÷a s¶n phÈm ETD vµ Ðp ®ïn th«ng th−êng nÕu c¶ 2 tr−êng hîp cã cïng ®é lín gãc më khu«n, ®é biÕn d¹ng vµ c¸c tÝnh chÊt kh¸c gièng nhau. TÝnh chÊt bÒ mÆt cña c¸c chi tiÕt ETD phô thuéc chÝnh vµo chiÒu dµy líp b«i tr¬n, ®é nhít cña m«i tr−êng Ðp, ¸p lùc ¸p suÊt cÇn thiÕt, nhiÖt ®é, vËt liÖu vµ chÊt l−îng bÒ mÆt ph«i. Nh×n chung so víi Ðp ®ïn th«ng th−êng s¶n phÈm cña ETD cã bÒ mÆt Ýt khuyÕt tËt. Sau ®©y lµ s¬ ®å ph©n bè ®é cøng cña s¶n phÈm ETD: VËt liÖu CK15; §é biÕn d¹ng ϕ =ln(Ao/A1)=1,39; Gãc më khu«n 2α=90O; ChÊt b«i tr¬n Grafit; Ph«i ®· ®−îc phosphat hãa. 36 H×nh 1.12- Sù ph©n bè ®é cøng trong Ðp ®ïn thñy ®éng (a) vµ trong Ðp ®ïn th«ng th−êng (b) 1.3. C¸c nghiªn cøu vÒ Ðp thñy tÜnh vµ thñy ®éng trong n−íc LÇn ®Çu tiªn ph−¬ng ph¸p ETT nguéi ®· ®−îc sö dông trong ®Ò tµi cÊp Nhµ n−íc "Nghiªn cøu chÕ t¹o gèm c¾t gät", sè 48E-02-02 thuéc ch−¬ng tr×nh vËt liÖu n¨m 1986. T¸c gi¶ Lý Ngäc Do·n-ViÖn C«ng NghÖ - Bé quèc phßng vµ céng sù thùc hiÖn. N¨m 1995 ë ®Ò tµi " ChÕ t¹o vËt liÖu siªu cøng Nitrua Bo vµ kim c−¬ng nh©n t¹o" T¸c gi¶ TrÇn Sü Kh¸ng vµ c¸c céng sù (ViÖn C«ng nghÖ - Bé Quèc phßng) ®· nghiªn cøu tæng hîp kim c−¬ng trong khu«n ETT ¸p suÊt cao mµ m«i tr−êng truyÒn ¸p lµ ®¸ Pirophilite. N¨m 1998 t¸c gi¶ NguyÔn §øc Kim-ViÖn C«ng nghÖ x¹ hiÕm vµ céng sù còng ®· sö dông ph−¬ng ph¸p ETT nguéi trong ®Ò tµi ”Nghiªn cøu chÕ t¹o vËt liÖu gèm trªn c¬ së ZrO2”- m· sè CB96-07. 37 N¨m 1999 §Ò tµi “M« h×nh øng xö vËt liÖu bét biÕn d¹ng ë tr¹ng th¸i nguéi” cña Trung t©m ThÈm ®Þnh C«ng nghÖ, ®· sö dông ph−¬ng ph¸p ETT nguéi ®èi víi vËt liÖu Composite: §ång-grafit. Tõ n¨m 1997 ®Õn n¨m 2002 Trung t©m ThÈm ®Þnh C«ng nghÖ ®· thùc hiÖn 08 ®Ò cÊp Tæng côc vµ Bé vÒ lÜnh vùc nghiªn cøu chÕ t¹o vò khÝ cã ¸p dông nguyªn lý Ðp thñy tÜnhETT. §iÓn h×nh lµ c¸c ®Ò tµi: §Ò tµi: “Nghiªn cøu hoµn thiÖn c«ng nghÖ chÕ t¹o ®ai ®ång cho ®Çu ®¹n ph¸o 105”. CÊp bé quèc phßng, n¨m 1998-1999 §Ò tµi: “Nghiªn cøu chÕ t¹o vá ®Çu ®¹n 105”. CÊp bé quèc phßng, n¨m 1998-2000. §Ò tµi: “Nghiªn cøu chÕ t¹o èng liÒu ®¹n 105 ”. CÊp bé quèc phßng, n¨m 1998-2000. §Ò tµi: “Nghiªn cøu chÕ t¹o èng liÒu, vá ®Çu ®¹n ph¸o 122-D74”. CÊp bé quèc phßng, 2001-2002. §Ò tµi: “Nghiªn cøu thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o m¸y ghÐp ®ai ®ång ®¹n ph¸o 105”. CÊp bé quèc phßng 2000. §Ò tµi: “Nghiªn cøu thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o m¸y ghÐp ®ai ®ång cho 3 lo¹i ®¹n ph¸o chiÕn dÞch”. CÊp bé quèc phßng, n¨m 2001. TÊt c¶ c¸c ®Ò tµi trªn chñ yÕu øng dông c«ng nghÖ ETT ¸p suÊt cì 20002500 kG/cm2, lµm biÕn d¹ng kim lo¹i, t¹o h×nh s¶n phÈm trong khu«n kÝn. Cho ®Õn nay ch−a cã mét c¬ së nµo ë trong n−íc ®Çu t− nghiªn cøu ¸p dông c«ng nghÖ ETD trong gia c«ng biÕn d¹ng. §Ó ®¸p øng yªu cÇu vÒ hiÖn ®¹i ho¸ trong c«ng nghiÖp Quèc phßng vµ d©n dông, cÇn ph¸t huy néi lùc, lµm chñ c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸c s¶n phÈm khã, c«ng nghÖ chÕ t¹o nh÷ng vò khÝ, khÝ tµi qu©n sù hiÖn ®¹i. ViÖc ®Çu t− nghiªn cøu øng dông c¸c c«ng nghÖ tiªn tiÕn ®ãng vai trß quan träng trong sù ph¸t triÓn ®Êt n−íc. 38 Ch−¬ng 2 m« h×nh vµ ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n trong Ðp thñy tÜnh vµ thñy ®éng 2.1. M« h×nh vµ ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n trong Ðp thñy tÜnh 2.1.1. M« h×nh øng xö cña vËt liÖu bét kim lo¹i biÕn d¹ng ë tr¹ng th¸i nguéi vµ ph−¬ng ph¸p nhËn d¹ng C«ng nghÖ t¹o h×nh b»ng ph−¬ng ph¸p Ðp hçn hîp bét ë tr¹ng th¸i nguéi ®−îc sö dông réng r·i trong nhiÒu ngµnh c«ng nghiÖp kh¸c nhau. Trong c«ng nghÖ t¹o h×nh vËt liÖu bét, ®é xèp cña ph«i sau khi Ðp t¹o h×nh cã ¶nh h−ëng lín ®Õn tÝnh chÊt cña vËt liÖu sau thiªu kÕt. VÊn ®Ò x¸c ®Þnh ph©n bè ®é xèp trong thÓ tÝch cña vËt liÖu trong qu¸ tr×nh Ðp t¹o h×nh, ®Æc biÖt ®èi víi c¸c chi tiÕt cã h×nh d¹ng phøc t¹p nh−: nãn ®ång cho ®¹n B41, c«n tèng kh−¬ng tuyÕn vv..., ®ßi hái gi¶i bµi to¸n tèi −u ¶nh h−ëng cña c¸c th«ng sè c«ng nghÖ ®Õn sù ph©n bè øng suÊt vµ biÕn d¹ng trong vËt thÓ. Trong t¹o h×nh c«ng nghiÖp, ®©y lµ bµi to¸n phøc t¹p, dung l−îng tÝnh to¸n lín, cÇn ®−îc thùc hiªn víi sù trî gióp cña m¸y tÝnh hiÖu n¨ng cao trªn c¬ së øng dông c¸c m« h×nh cã kh¶ n¨ng m« t¶ ®Çy ®ñ c¸c hiÖn t−îng vËt lý x¶y ra trong thÓ tÝch vËt liÖu khi biÕn d¹ng. §é chÝnh x¸c cña m« h×nh còng nh− ®é chÝnh x¸c cña kÕt qu¶ m« pháng sè mét qu¸ tr×nh c«ng nghÖ cô thÓ ®−îc quyÕt ®Þnh chñ yÕu bëi ph−¬ng tr×nh thuéc tÝnh cña vËt liÖu biÓu diÔn mèi quan hÖ gi÷a biÕn d¹ng vµ øng suÊt. §©y lµ ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n cña m« h×nh vµ lµ ®èi t−îng nghiªn cøu cña nhiÒu t¸c gi¶. §èi víi mçi vËt liÖu cô thÓ, m« h×nh cÇn ®−îc nhËn d¹ng, hay nãi mét c¸ch kh¸c, c¸c hÖ sè phô thuéc vËt liÖu cña m« h×nh cÇm ®−îc x¸c ®Þnh d−íi d¹ng hµm cña c¸c biÕn néi lµ ®é xèp vµ tØ lÖ hµm l−îng c¸c cÊu tö. Ph−¬ng ph¸p nhËn d¹ng vµ ®é chÝnh x¸c cña kÕt qu¶ thùc nghiÖm nhËn d¹ng lµ mét trong nh÷ng yÕu tè quan träng quyÕt ®Þnh ®é chÝnh x¸c cña m« h×nh. 39 Chuyªn ®Ò nµy tr×nh bµy m« h×nh biÕn d¹ng cña vËt liÖu bét gåm hai cÊu tö ®−îc x©y dùng dùa trªn c¬ së c¸c kh¸i niÖm vµ nguyªn lý cña c¬ häc m«i tr−êng liªn tôc. 2.1.1.1. X©y dùng m« h×nh a) Ph−¬ng ph¸p tiÕp cËn m«i tr−êng xèp liªn tôc. Xem m«i tr−êng xèp lµ m«i tr−êng liªn tôc cÊu thµnh tõ c¸c ph©n tè ®Æc tr−ng (chÊt ®iÓm ), cã kÝch th−íc ®ñ nhá so víi thang ®o biÕn d¹ng vµ ®ñ lín so víi kÝch th−íc h¹t. C¸c ®¹i l−îng øng suÊt ( σ) , biÕn d¹ng ( ε ) , hµm l−îng cÊu tö (fi), ®é xèp ( γ )... ®−îc coi lµ b×nh qu©n cho mçi chÊt ®iÓm. H×nh d−íi m« t¶ ph−¬ng ph¸p tiÕp cËn m«i tr−êng xèp liªn tôc. §Æt V, Vx, Vi t−¬ng øng lµ thÓ tÝch cña hçn hîp bét, thÓ tÝch khoang xèp vµ thÓ tÝch cña cÊu tö i, ta cã n V = V x + ∑ Vi , i n trong ®ã ∑ Vi = VR lµ thÓ tÝch pha r¾n. i Hµm l−îng pha r¾n, cÊu tö i vµ ®é xèp ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau: fR = Ta cã: VR , V αi = fi = Vi , V γ= Vx . V fi V = i fR VR Ta dÔ dµng nhËn thÊy γ, αi lµ c¸c biÕn néi ®éc lËp nhau vµ cïng víi biÕn d¹ng ε t¹o thµnh tËp hîp c¸c biÕn x¸c ®Þnh tr¹ng th¸i cña hÖ ( c¸c biÕn tr¹ng th¸i ). d−íi ®©y, ®Ó tiÖn cho viÖc viÕt c¸c ph−¬ng tr×nh, ta ký hiÖu c¸c biÕn néi lµ ηi . §èi víi tr−êng hîp hçn hîp bét gåm hai cÊu tö, ®Ó gi¶m sè l−îng biÕn ta ®Æt: α= f1 V = 1 . f2 V2 40 b) M« h×nh øng xö Trªn c¬ së c¸c sè liÖu thùc nghiÖm nhËn d¹ng thuéc tÝnh vµ c¸c th«ng tin tõ c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu cña nhiÒu t¸c gi¶, ta cã thÓ chÊp nhËn c¸c gi¶ thiÕt c¬ b¶n sau ®©y ®èi víi vËt liÖu bét kim lo¹i biÕn d¹ng ë tr¹ng th¸i nguéi: - Cã thuéc tÝnh dÎo tøc thêi, σ = σ ( ε ) ; - §¼ng h−íng ban ®Çu còng nh− trong suèt qu¸ tr×nh biÐn d¹ng; - NÐn ®−îc, div ( v ) ≠ 0 ( v lµ tèc ®é chuyÓn vÞ ); - Bá qua biÕn d¹ng ®µn håi ( biÕn d¹ng dÎo ε p b»ng biÕn d¹ng tæng ε ) . M« h×nh øng xö ( hay ph−¬ng tr×nh quan hÖ gi÷a øng suÊt vµ biÕn d¹ng ) cña vËt liÖu bét ph¶i bao hµm tÝnh nÐn ®−îc vµ ë ®iÒu kiÖn tíi h¹n khi , khi ®é xèp b»ng 0, ph ¶i thÓ hiÖn thuéc tÝnh cña vËt liÖu ®Æc. Hµm chÊt t¶i ( mÆt dÎo ) f cã d¹ng tæng qu¸t sau: f = f ( σ , ηi , R ), trong ®ã R lµ biÕn liªn kÕt biÓu biÓu thÞ sù ho¸ bÒn ®¼ng h−íng cña vËt liÖu, phô thuéc vµo c¸c biÕn néi, R = K ( ηi ). Víi gi¶ thiÕt ®¼ng h−íng, hµm chÊt t¶i d¹ng von – Misses ( bá qua ¶nh h−ëng kh«ng ®¸ng kÓ cña bÊt biÕn bËc 3 cña ten x¬ øng suÊt J3 ) cã d¹ng sau: f = σ eq ( ηi ) − K ( ηi ) , ( 2.1 ) trong ®ã σeq (η i ) lµ øng suÊt t−¬ng ®−¬ng, phô thuéc vµo c¸c biÕn néi, cã d¹ng: [ σeq = A (η i ) J '2 + B (ηi ) J 12 ] 1 2 ( 2.2 ) Víi A vµ B lµ c¸c hÖ sè phô thuéc vµo vËt liÖu vµ c¸c biÕn tr¹ng th¸i ηi, A = A ( ηi ), ; B = B ( ηi ) J1 lµ bÊt biÕn bËc mét cña ten x¬ øng suÊt J1 = tr ( σ ) = σii ; J’2 lµ bÊt biÕn bËc hai cña ten x¬ øng suÊt lÖch J '2 = 1 ' ' 1 1 σ ij . σ ij = σij . σij − σ kk . σ kk 2 2 6 41 Hay d−íi d¹ng ten x¬: J '2 = 1 ' 1 1 σ : σ ' = ( σ : σ ) − [tr ( σ )] 2 2 2 6 Trong ®ã: 1 tr ( σ ) . 1 . 3 σ' = σ − Theo ®Þnh luËt ch¶y dÎo ph¸p tuyÕn ta cã: d ε p = dλ ∂f ∂f ∂σeq = dλ , ∂σ ∂σeq ∂ σ ( 2.3 ) Trong ®ã dλ lµ ®é gia t¨ng hÖ sè nh©n dÎo λ. Thay c¸c gi¸ trÞ cña c¸c biÓu thøc vµo ( 2.2 ) vµ thÕ (2.2 ) vµo ( 2.3 ), lµm mét sè biÕn ®æi ta nhËn ®−îc d ε = dλ p 1 ⎡ A ( ηi ) 6 B ( ηi ) − A ( ηi ) ⎤ σ + tr ( σ) .1⎥ ⎢ σeq ⎣ 2 6 ⎦ [ ] ( 2.4 ) BiÓu thøc ( 2.4 ) cã thÓ viÕt l¹i d−íi d¹ng sau: dε = p 1 σ eq 6 B ( ( η i) − A ( η i) ⎡ A ( η i) ' A ( η i) 1 ⎤ tr ( σ ) .1 ⎥ ( 2.5 ) ⎢ 2 σ + 2 . 3 tr ( σ ) .1 + 6 ⎣ ⎦ dε = p hay: ⎤ dλ ⎡ A ( ηi ) ' σ + B ( ηi ) tr ( σ ) .1⎥ ⎢ σ eq ⎣ 2 ⎦ ( 2.6 ) Ph−¬ng tr×nh ( 2.6 ) cã thÓ ph©n tÝch thµnh hai thµnh phÇn t−¬ng øng biÕn d¹ng thÓ tÝch ( d ε vp ) vµ biÕn d¹ng h×nh d¹ng ( d ε' p ) . dε vp = dλ B ( ηi ) tr ( σ ), σeq ( 2.7a ); vµ d ε 'p = dλ A ( ηi ) ( σ ') 2 σ eq ( 2.7b ) C¸c biÓu thøc (2.7) cho thÊy biÕn d¹ng thÓ tÝch chØ phô thuéc trùc tiÕp vµo hÖ sè B (ηi ) vµ øng suÊt thuû tÜnh tr ( σ ) , cßn biÕn d¹ng h×nh d¹ng chØ phô thuéc trùc tiÕp vµo hÖ sè A (ηi ) vµ øng suÊt lÖch. Tuy nhiªn, trong qu¸ tr×nh biÕn d¹ng phøc t¹p, lu«n lu«n tån t¹i mèi quan hÖ t−¬ng hç gi÷a hai lo¹i biÕn d¹ng trªn. Mèi quan hÖ ¶nh h−ëng t−¬ng hç ®ã ®−îc thÓ hiÖn d¸n tiÕp qua σeq . 42 Møc ®é gia t¨ng hÖ sè nh©n dÎo ®−îc x¸c ®Þnh tõ ®iÒu kiÖn t−¬ng thÝch: df = 0 → dσ eq – dK (ηi) = 0. ( 2.8 ) Trong qu¸ tr×nh t¹o h×nh mét chi tiÕt, tØ lÖ hµm l−îng c¸c cÊu tö kh«ng thay ®æi (α = const). Sù thay ®æi øng suÊt chØ phô thuéc vµo ®é xèp γ cña vËt liÖu. Do vËy ta cã: dσ eq – dK’ (ηi) . dγ = 0. ( 2.9 ) Tõ (2.9 ) ta cã: d σeq dγ = ( 2.10 ) K ' ( ηi ) MÆt kh¸c, v× R = K (ηi) lµ lùc nhiÖt ®éng häc liªn kÕt víi biÕn néi γ , theo ®Þnh luËt ch¶y dÎo ph¸p tuyÕn ta còng cã: dγ = − d λ ∂f = dλ ∂ K ( ηi ) ( 2.11 ) Tõ (2.10 ) vµ (2.11 ) ta cã: d σeq dλ = ( 2.12 ) K' ( ηi ) Thay (2.12 ) vµo ( 2.4 ) ta nhËn ®−îc: dε = p d σeq 6 B ( η i) − A ( η i) ⎡ A ( η i) ⎤ σ+ tr ( σ ) .1⎥ ⎢ 6 σeq K ( η i ) ⎣ 2 ⎦ ' ( 2.13 ) BiÓu thøc (2.13) chÝnh lµ m« h×nh øng xö cña hçn hîp bét kim lo¹i gåm hai cÊu tö biÕn d¹ng ë tr¹ng th¸i nguéi. HÖ sè K’ (ηI) cã vai trß cña m« ®un ho¸ bÒn do sù gi¶m dÇn cña ®é xèp trong qu¸ tr×nh biÕn d¹ng g©y nªn. HÖ sè nµy cïng víi c¸c hÖ sè A(ηI), B (ηI) ®−îc x¸c ®Þnh cho tõng vËt liÖu cô thÓ theo ph−¬ng ph¸p nhËn d¹ng tr×nh bµy trong mét tµi liÖu kh¸c. 2.1.1.2. Ph−¬ng ph¸p nhËn d¹ng m« h×nh. §èi víi vËt liÖu cô thÓ, c¸c hÖ sè cña m« h×nh trªn cã thÓ ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch kÕt hîp hai d¹ng thÝ nghiÖm sau ®©y: 43 a) ThÝ nghiÖm Ðp mét chiÒu trong khu«n trô §èi víi qu¸ tr×nh Ðp bét trong khu«n trô víi ma s¸t víi thµnh khu«n kh«ng ®¸ng kÓ, ten x¬ øng suÊt σ vµ biÕn d¹ng ε cã d¹ng sau: σzz σ= ε = 0 0 0 0 σrr 0 0 σθθ ε zz 0 0 0 0 0 0 0 0 dσ = ⇒ ⇒ dε = dσ zz 0 0 0 0 dσ rr 0 0 dσ θθ d ε zz 0 0 0 0 0 0 0 0 (2.14) (2.15) Víi ( 2.14 vµ 2.15 ), tõ ( 2.13 ) ta suy ra: σ rr = σθθ = A − 6B σ zz . A + 12 B C¸c thµnh phÇn cña ten x¬ øng suÊt lÖch sÏ ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau: σ'zz = σ zz − A 12 B σ zz = σ zz A + 12 B A + 12 B σ'rr = σ' θθ = − 6B σ zz A + 12 B BiÕt c¸c ten x¬ øng suÊt vµ øng suÊt lÖch ta cã thÓ dÔ dµng x¸c ®Þnh gi¸ trÞ cña øng suÊt t−¬ng ®−¬ng theo (2.2). Ta cã: J1 = tr (σ) = vµ: J '2 = 3A σ zz A +12 B 1 ' ' 108 B2 σ :σ = σ 2zz 2 2 (A + 12 B) biÓu thøc (2.2) cã d¹ng: σ eq = 3 σ zz AB A + 12 B ⇒ dσ eq = 3 d σ zz AB A + 12 B (2.16) Tõ ph−¬ng tr×nh øng xö ( 2.13 ), víi ( 2.16), ta cã: d ε zz = d σeq 1 ⎡ A ' ⎤ d σ zz 9 A B σ zz + B tr ( σ )⎥ = ' ⎢ σeq K ⎣ 2 K ' A + 12 B ⎦ 44 (2.17) b) ThÝ nghiÖm Ðp thuû tÜnh Ten x¬ øng suÊt trong tr−êng hîp Ðp thuû tÜnh cã d¹ng: σ 0 0 σ= 0 σ 0 0 0 σ D−íi t¸c dông cña tr¹ng th¸i øng suÊt trªn, mÉu chØ biÕn d¹ng thÓ tÝch mµ kh«ng cã biÕn d¹ng h×nh d¹ng, ta cã: J '2 = 0, J 1 = tr ( σ ) = 3 σ (2.18) øng suÊt t−¬ng ®−¬ng cã d¹ng: σeq = 3 B σ ⇒ d σeq = 3 B d σ (2.19) Tõ ( 2.7a ) vµ (2.7b ) víi dλ =d γ = d σeq K' Ph−¬ng tr×nh (2.7a) trong tr−êng hîp Ðp thuû tÜnh cã d¹ng: d ε vp = d λ. B = d γ . B . (2.20) Cuèi cïng ta suy ra: 2 ⎛ d ε vp ⎞ ⎟⎟ . B = ⎜⎜ ⎝ dγ ⎠ (2.21) 3d σ B. d ε vp (2.22) K' = Nh− vËy b»ng c¸ch kÕt hîp hai d¹ng thÝ nghiÖm: Ðp mét chiÒu trong khu«n trô vµ Ðp thuû tÜnh ta cã thÓ dÔ dµng x¸c ®Þnh c¸c hÖ sè B, K’ theo (2.21, 2.22) vµ A theo (2.17). c) KÕt luËn. Víi gi¶ thiÕt vËt liÖu cã thuéc tÝnh dÎo tøc thêi vµ ®¼ng h−íng, b»ng ph−¬ng ph¸p tiÕp cËn dùa trªn c¬ së c¸c kh¸i niÖm vµ nguyªn lý cña c¬ häc m«i tr−êng liªn tôc kÕt hîp víi lý thuyÕt dÎo ®· x©y dùng ®−îc ph−¬ng tr×nh øng xö 45 cña vËt liÖu bét biÕn d¹ng ë tr¹ng th¸i nguéi. M« h×nh cho phÐp m« t¶ ®Æc tÝnh nÐn ®−îc vµ sù ho¸ bÒn cña vËt liÖu trong qu¸ tr×nh biÕn d¹ng. VÒ mÆt lý thuyÕt, ë tr¹ng th¸i tíi h¹n, khi ®é xèp kh¾c phôc hoµn toµn, m« h×nh trë vÒ d¹ng quen thuéc ®èi víi vËt liÖu tiªu chuÈn Von- mises. Hai d¹ng thÝ nghiÖm Ðp mét chiÒu trong khu«n trô vµ Ðp thuû tÜnh cho phÐp nhËn d¹ng mét c¸ch dÔ dµng m« h×nh øng xö cña hçn hîp bét kim lo¹i biÕn d¹ng ë tr¹ng th¸i nguéi. Ph−¬ng tr×nh øng xö kÕt hîp víi ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vµ ph−¬ng tr×nh liªn tôc cho ta m« h×nh biÕn d¹ng tæng qu¸t cña hçn hîp bét kim lo¹i, cã thÓ ¸p dông cho m« pháng sè tèi −u c«ng nghÖ t¹o h×nh vËt liÖu bét tr−íc thiªu kÕt. Tuy nhiªn, ®èi víi mçi vËt liÖu cô thÓ, c¸c hÖ sè tham gia vµo ph−¬ng tr×nh øng xö cÇn ®−îc nhËn d¹ng. ViÖc ¸p dông m« h×nh nµy cho kÕt qu¶ tÝnh víi ®é chÝnh x¸c cao nh−ng ®ßi hái ph¶i tÝnh to¸n chi tiÕt cô thÓ ®Ó ¸p ®Æt c¸c ®iÒu kiÖn biªn phï hîp nh−: h×nh d¹ng, kÝch th−íc vv....ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n dµi mÊt nhiÒu thêi gian. §èi víi c¸c s¶n phÈm kh«ng ®ßi hái c¸c yªu cÇu qu¸ cao ng−êi ta ®−a ra hai m« h×nh to¸n häc ®iÓn h×nh trong lÜnh vùc luyÖn kim bét m« t¶ qu¸ tr×nh Ðp lµ: M« h×nh HECKEL vµ m« h×nh KAWAKITA. Trong m« h×nh m« t¶ ¶nh h−ëng cña lùc Ðp ®Õn mËt ®é vËt Ðp, nhê ®ã cã thÓ tÝnh to¸n ®−îc ¸p lùc Ðp ®Ó ®¹t mËt ®é cÇn thiÕt. 2.1.2. M« h×nh HECKEL NÕu coi qu¸ tr×nh Ðp bét t−¬ng tù ph¶n øng ho¸ häc bËc mét th× "®éng häc" cña qu¸ tr×nh cã thÓ ®−îc biÓu diÔn b»ng tû sè gi÷a sù thay ®æi mËt ®é vËt Ðp vµ l−îng lç xèp trong vËt Ðp, khi ®ã ph−¬ng tr×nh m« t¶ quan hÖ nµy lµ: dD = k (1 − D) dP (2.23) Trong ®ã D lµ mËt ®é t−¬ng ®èi cña vËt Ðp, P-¸p lùc Ðp, k- h»ng sè. Víi D0 lµ mËt ®é t−¬ng ®èi khi ¸p lùc Ðp b»ng 0 sÏ cã: ln 1 = A + kP 1− D 46 (2.24) ë ®©y A= ln (1/ 1-D0) lµ h»ng sè tÝnh ®Õn kÝch th−íc phÇn tö bét vµ ®é cÇu ho¸ cña chóng. Nh− vËy ®å thÞ ln (1/ 1-D0) = f(P) lµ ®−êng th¼ng cã ®é nghiªng b»ng gi¸ trÞ cña h»ng sè k vµ c¾t trôc tung ë ®iÓm ln (1/ 1-D0). Heckel ®· chøng minh ®−îc r»ng k~1/ 3σ0 víi σ0 lµ giíi h¹n ®µn håi cña vËt liÖu. 2.1.3. M« h×nh KAWAKITA Ph−¬ng tr×nh biÓu thÞ quan hÖ gi÷a thÓ tÝch vËt Ðp vµ lùc Ðp ®−îc Kawakita thiÕt lËp: V0 − V abP = 1 + bP V0 (2.25) 1 V0 1 1 1 = = + . C V0 − V a ab P (2.26) C= hoÆc: Víi C- Møc ®é gi¶m t−¬ng ®èi cña thÓ tÝch bét V0- ThÓ tÝch bét ban ®Çu V- ThÓ tÝch bét khi Ðp ë ¸p lùc P a,b- H»ng sè §å thÞ biÓu diÔn sù phô thuéc cña 1/C vµo 1/P lµ ®−êng th¼ng. Khi P→∞ th× a= 1-V∞/ V0 víi V∞ lµ thÓ tÝch vËt Ðp khi Ðp ë ¸p suÊt lín v« cïng. Bracpool b»ng thùc nghiÖm ®· chøng minh r»ng hÖ sè a trong m« h×nh Kawakita lµ t−¬ng ®−¬ng víi ®é xèp cña vËt Ðp ë thêi ®iÓm ban ®Çu. 2.2. M« h×nh vµ ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n trong Ðp thñy ®éng 2.2.1. Kh¶o s¸t thuéc tÝnh biÕn d¹ng cña vËt liÖu S¶n phÈm nghiªn cøu øng dông c«ng nghÖ Ðp thñy ®éng ®−îc chÕ t¹o tõ ®ång ®á M1. §Ó cã ®−îc c¸c th«ng tin cÇn thiÕt cho viÖc nghiªn cøu, thiÕt kÕ trang bÞ c«ng nghÖ nh− buång t¹o ¸p suÊt cao, chµy Ðp, khu«n h×nh, ¸p lùc Ðp cÇn thiÕt vµ c¸c b−íc c«ng nghÖ, viÖc nghiªn cøu, kh¶o s¸t thuéc tÝnh biÕn d¹ng vËt liÖu cña c¸c s¶n phÈm vµ trang bÞ c«ng nghÖ lµ cÇn thiÕt. Néi dung cña 47 chuyªn môc nµy lµ nghiªn cøu kh¶o s¸t thuéc tÝnh biÕn d¹ng cña thÐp giã P18, thÐp 40X cho chÕ t¹o trang bÞ c«ng nghÖ vµ ®ång ®á M1 cho chÕ t¹o s¶n phÈm. Tr−íc tiªn cÇn ph¶i kh¼ng ®Þnh r»ng bÊt kú lo¹i vËt liÖu nµo khi cã t¸c dông cña ngo¹i lùc ®Òu ph¸t sinh biÕn d¹ng.Tuú thuéc vµo ®é lín cña ngo¹i lùc, ph−¬ng thøc t¸c dông lùc mµ vËt liÖu cã thÓ biÕn d¹ng ë tr¹ng th¸i ®µn håi, ch¶y d·o, bß hoÆc ph¸ huû. C¸c vËt liÖu kh¸c nhau th× tÝnh chÊt vµ kh¶ n¨ng biÕn d¹ng còng kh¸c nhau. V× vËy ®Ó cã thÓ ®−a ra ®−îc c¸c sè liÖu chÝnh x¸c theo chóng t«i cÇn ph¶i tiÕn hµnh 2 b−íc ph©n tÝch. B−íc thø nhÊt: ph©n tÝch chÝnh x¸c thµnh phÇn ho¸ häc cña c¸c m¸c thÐp, ®ång, tr¹ng th¸i ban ®Çu cña chóng. B−íc thø hai: trªn c¬ së c¸c m¸c vËt liÖu ®· ®−îc ph©n tÝch vµ ph−¬ng ¸n Ðp ®ïn ®· ®−îc lùa chän ®Þnh ra ®−îc m« h×nh thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh thuéc tÝnh biÕn d¹ng cña vËt liÖu. Sau ®©y xin lÇn l−ît tr×nh bÇy c¸c b−íc trªn. 2.2.1.1. X¸c ®Þnh thuéc tÝnh biÕn d¹ng cña thÐp giã P18 ThÐp giã nãi chung ®−îc xÕp vµo lo¹i vËt liÖu dÎo. Khi thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè vÒ ®é bÒn, ®é d·n dµi ng−êi ta th−êng sö dông ph−¬ng ph¸p thö kÐo. Tuy nhiªn nh− ®· tr×nh bÇy trong ®Ò c−¬ng, c¸c lo¹i ph«i s¶n phÈm mòi khoan, dao doa, taro ®−îc chÕ t¹o b»ng ph−¬ng ph¸p Ðp ®ïn tõ vËt liÖu thÐp giã ë tr¹ng th¸i nguéi th× m« h×nh thö kÐo sÏ kh«ng ®¸p øng ®−îc. Qu¸ tr×nh Ðp ®ïn lùc Ðp t¸c dông lªn ph«i trong kh«ng gian buång Ðp theo c¸c h−íng lµ nh− nhau, chØ duy nhÊt cã mét h−íng lùc Ðp b»ng kh«ng - ®ã lµ h−íng tho¸t ra cña s¶n phÈm qua khu«n h×nh. V× vËy trong ®iÒu kiÖn ch−a cã m« h×nh thÝ nghiÖm chÝnh x¸c th× m« h×nh thÝch hîp nhÊt ®Ó thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh thuéc tÝnh biÕn d¹ng cña vËt liÖu trong tr−êng hîp nµy lµ thö nÐn mét chiÒu. Nhãm ®Ò tµi ®· tiÕn hµnh thö nÐn cho mÉu thÐp giã P18 cã thµnh phÇn ph©n tÝch ®−îc nh− sau: 73,23 % Fe ; 0,78 % C ; 19,68 % W ; 4,23 % Cr ; 1,19 % V ; 0,26 % Si ; 0,24 % Mn ; 0,035 % Ni ; 0,23 Mo ; 0,043 % Co ; 0,087 % Cu ; 0,005 % Al. §é cøng 244 HB. §Ó gi¶m tèi ®a lùc Ðp vµ t¨ng kh¶ n¨ng biÕn d¹ng mÉu thÐp ph¶i ë tr¹ng th¸i ñ cã tæ chøc c©n b»ng nh− tr×nh bµy trªn h×nh. §©y lµ tæ chøc peclit+cacbit, 48 c¸c phÇn tö c¸cbit ph©n bè ®Òu trªn nÒn peclit, cì h¹t võa ph¶i ®¹t cÊp 6/8. Tæ chøc nµy cã ®é cøng 244 HB vµ cã kh¶ n¨ng gia c«ng b»ng biÕn d¹ng dÎo. C¸c mÉu thö nÐn ®−îc tiÕn thµnh mÉu tiªu chuÈn cã ®−êng kÝnh 10 mm vµ chiÒu cao 10 mm, ®¹t ®é bãng Ra2.5. TiÕn hµnh nÐn trªn m¸y thö kÐo nÐn ZD – 40 cña §øc, thang ®o 40 tÊn, gi¸ trÞ v¹ch chia 200 kg, ®é chÝnh x¸c 1% t¹i phßng §o l−êng – Trung t©m ThÈm ®Þnh C«ng nghÖ – Bé Quèc phßng. TiÕn hµnh thö nÐn trong bé ®å g¸ nÐn cã l¾p thªm ®ång hå so 10-2 mm ®Ó theo dâi vµ tr×nh bµy trong b¶ng 2.1 ghi l¹i qu¸ tr×nh biÕn d¹ng cña mÉu. §Ó cã c¸i nh×n tæng qu¸t vÒ bøc tranh biÕn d¹ng cña thÐp giã P18 tiÕn hµnh x©y dùng ®−êng cong øng suÊt - biÕn d¹ng vµ chôp ¶nh tæ chøc tÕ vi vËt liÖu ë c¸c møc ®é biÕn d¹ng kh¸c nhau (xem h×nh 2.1) C¨n cø vµo h×nh 2.1 cã thÓ thÊy r»ng thÐp giã lµ lo¹i vËt liÖu rÊt khã biÕn d¹ng ë tr¹ng th¸i nguéi. Tuy nhiªn víi mét ¸p suÊt ®ñ lín vÉn cã thÓ biÕn d¹ng ®−îc nh−ng víi l−îng biÕn d¹ng kh«ng lín. Quan s¸t trªn h×nh 3a vµ 3b víi møc ®é biÕn d¹ng 40% xuÊt hiÖn vÕt nøt tÕ vi ch¹y vßng theo líp biªn ngoµi cña mÉu, chiÒu dµy cña líp nµy vµo kho¶ng 0,2 mm. Møc ®é biÕn d¹ng t¨ng sè l−îng vÕt nøt tÕ vi còng t¨ng lªn t¹o ra sù ph©n líp trªn líp biªn. Khi biÕn d¹ng ®¹t 50% t¹o ra rÊt nhiÒu vÕt nøt tÕ vi, mÉu coi nh− bÞ ph¸ huû hoµn toµn. Khi t¨ng møc ®é biÕn d¹ng, chiÒu dÇy cña líp xuÊt hiÖn vÕt nøt t¨ng lªn mét c¸ch nhanh chãng ( biÕn d¹ng 50% chiÒu dÇy líp vÕt nøt kho¶ng 0,6 mm ). Quan s¸t h×nh 2.1 còng cho thÊy mét c¸ch gÇn ®óng giíi h¹n ®µn håi cña mÉu n»m trong kho¶ng (1200 ÷1300) MPa, biÕn d¹ng ®µn håi trong kho¶ng (6 ÷ 8) %. Tõ nh÷ng nhËn xÐt trªn ®©y cã thÓ rót ra kÕt luËn: - Khi møc ®é biÕn d¹ng t¨ng th× ¸p lùc Ðp ph¶i t¨ng lªn theo. V× vËy cã thÓ lùa chän l−îng biÕn d¹ng phï hîp råi tõ ®ã tÝnh ra ¸p lùc Ðp. - ¸p suÊt Ðp nªn chän trong kho¶ng (1500÷2000) MPa Møc ®é biÕn d¹ng t−¬ng ®èi chØ nªn chän trong kho¶ng (15÷25) %. 49 B¶ng 2.1: C¸c sè liÖu thö nÐn thÐp giã P18 STT BiÕn d¹ng (%) øng suÊt (MPa) MÉu 1 MÉu 2 MÉu 3 MÉu 4 1 2 242 726 611 2 4 688 1006 955 706 3 6 981 1108 1159 968 4 8 1159 1261 1219 1134 5 10 1261 1350 1350 1248 6 12 1363 1414 1439 1338 7 14 1427 1490 1465 1414 8 16 1516 1554 1541 1478 9 18 1567 1618 1605 1554 10 20 1631 1669 1682 1605 11 22 1694 1732 1720 1682 12 24 1771 1796 1771 1745 13 26 1834 1813 1847 1809 14 28 1898 1949 1911 1873 15 30 1975 2013 1975 1936 16 32 2051 2089 2013 17 34 2127 2166 2076 18 36 2229 2255 2166 19 38 2318 2344 2242 20 40 2382 2420 21 42 2497 2535 2433 22 44 2573 2637 2522 23 46 2713 2752 2624 24 48 2841 2879 27390 50 2369 2331 øng suÊt (x10 MPa) 350 300 250 200 150 100 50 0 0 10 20 30 40 50 60 BiÕn d¹ng % H×nh 2.1- §−êng cong øng suÊt-biÕn d¹ng thÐp giã P18 tr¹ng th¸i ñ 2.2.1.2. X¸c ®Þnh thuéc tÝnh biÕn d¹ng cña thÐp 40X. Còng gièng nh− thÐp giã thÐp 40X ®−îc xÕp vµo lo¹i vËt liÖu dÎo. Lµ vËt liÖu kÕt cÊu nªn ng−êi ta còng th−êng ®−a ra c¸c chØ tiªu c¬ tÝnh ë tr¹ng th¸i t«i kÕt hîp víi ram vµ còng ®−îc x¸c ®Þnh b»ng ph−¬ng ph¸p thö kÐo. Trong tr−êng hîp nµy ph«i b¸nh r¨ng còng ®−îc chÕ t¹o b»ng ph−¬ng ph¸p Ðp ®ïn nªn còng gièng nh− thÐp giã nhãm ®Ò tµi ®· sö dông b»ng ph−¬ng ph¸p nÐn mét chiÒu ®Î kh¶o s¸t thuéc tÝnh biÕn d¹ng cña thÐp 40X. TiÕn hµnh thö nÐn cho mÉu thÐp 40X cã thµnh phÇn ph©n tÝch ®−îc nh− sau: 0,4 %C; 0,72 %Mn ; 0,95 %Cr; 0,30 % Si ; §é cøng 224 HB. 0,25% Ni; 0,18 % Cu ; 0,03 % P; 0,03 % S. §Ó gi¶m tèi ®a lùc Ðp vµ t¨ng kh¶ n¨ng biÕn d¹ng mÉu thÐp ph¶i ë tr¹ng th¸i ñ, cã tæ chøc c©n b»ng nh− tr×nh bÇy trªn h×nh 2.2. §©y lµ tæ chøc pherit +peclit, pherit cã mµu tr¾ng s¸ng ph©n bè t¹i vïng biªn cña c¸c h¹t peclit, cì 51 h¹t võa ph¶i cÊp 6/8. Tæ chøc nµy cã ®é cøng 224 HB vµ cã kh¶ n¨ng gia c«ng b»ng biÕn d¹ng dÎo. C¸c b−íc chuÈn bÞ mÉu vµ m¸y thö tiÕn hµnh gièng nh− ®èi víi thÐp giã. C¸c sè liÖu thÝ nghiÖm ®−îc tr×nh bµy trong b¶ng 2.2. B¶ng 2.2: C¸c sè liÖu thö nÐn thÐp 40X STT øng suÊt (MPa) BiÕn d¹ng MÊu 1 MÊu 2 MÊu 3 1 2 535 511 546 2 3 637 623 651 3 5 828 821 834 4 7,5 994 980 1000 5 10 1045 1031 1063 6 12,5 1146 1140 1170 7 15 1210 1200 1226 8 17,5 1299 1278 1317 9 20 1350 1336 1378 10 22,5 1427 1415 1451 11 25 1478 1468 1492 12 27,5 1554 1552 1568 13 30 1618 1613 1629 14 32,5 1694 1682 1711 15 35 1783 1791 1802 16 37,5 1873 1865 1896 17 40 1924 1900 1955 18 42,5 2038 2031 2065 19 45 2153 2146 2178 20 47,5 2255 2255 2283 21 50 2395 2390 2418 22 52,5 2548 2541 2558 52 §Ó cã c¸i nh×n tæng qu¸t vÒ bøc tranh biÕn d¹ng cña thÐp 40X tiÕn hµnh x©y dùng ®−êng cong øng suÊt – biÕn d¹ng vµ chôp ¶nh tæ chøc tÕ vi vËt liÖu ë c¸c møc ®é biÕn d¹ng kh¸c nhau. Xem h×nh 2.2. Còng gièng nh− thÐp giã, thÐp 40X lµ lo¹i vËt liÖu khã biÕn d¹ng ë tr¹ng th¸i nguéi. Tuy nhiªn c¨n cø vµo c¸c ®−êng cong m« t¶ trong h×nh 5 thÐp 40X tá ra dÔ biÕn d¹ng h¬n thÐp giã: ¸p lùc cÇn thiÕt nhá h¬n vµ l−îng biÕn d¹ng ®−îc nhiÒu h¬n. Víi møc ®é biÕn d¹ng 40% vÉn ch−a thÊy xuÊt hiÖn vÕt nøt. Khi møc ®é biÕn d¹ng t¨ng lªn sÏ xuÊt hiÖn vÕt nøt tÕ vi vµ khi ®¹t ®−îc 53 % sè l−îng vÕt nøt t¨ng lªn ®¸ng kÓ. Quan s¸t ¶nh tÕ vi thÊy t¹i vïng chÞu biÕn d¹ng nhiÒu nhÊt (vïng biªn) cã xuÊt hiÖn c¸c ®iÓm t¹o ra c¸c vÕt xo¸y. c¸c vÕt xo¸y nµy cã kh¶ n¨ng ®−îc h×nh thµnh trong qu¸ tr×nh tr−ît cña vËt liÖu gÆp c¸c vËt c¶n cøng lµm thay ®æi h−íng tr−ît trong ph¹m vi nhá. Sù t¹o thµnh c¸c vïng xo¸y nµy sÏ kh«ng cã lîi vÒ lùc trong qu¸ tr×nh biÕn d¹ng nh−ng cã t¸c dông rÊt tèt lµm t¨ng tÝnh bÒn, kh¶ n¨ng øng suÊt (x10 MPa) chÞu va ®Ëp vµ gi¶m kh¶ n¨ng ph¸ huû gißn cña vËt liÖu. 300 250 200 150 100 50 0 0 10 20 30 40 50 60 BiÕn d¹ng % H×nh 2.2- §−êng cong øng suÊt- biÕn d¹ng cña thÐp 40X 53 Quan s¸t trªn h×nh 2.2 còng cho thÊy mét c¸ch gÇn ®óng giíi h¹n ®µn håi cña thÐp 40X vµo kho¶ng 1000 MPa vµ biÕn d¹ng ®µn håi vµo kho¶ng (6÷8)%. Tõ nh÷ng nhËn xÐt trªn ®©y cã thÓ rót ra kÕt luËn: So víi thÐp giã, thÐp 40X cã kh¶ n¨ng biÕn d¹ng tèt h¬n vµ còng tu©n theo quy luËt: khi møc ®é biÕn d¹ng t¨ng th× ¸p lùc Ðp còng t¨ng lªn theo. Cã thÓ lùa chän l−îng biÕn d¹ng phï hîp råi tõ ®ã tÝnh ra ¸p lùc Ðp. - ¸p suÊt Ðp nªn chän trong kho¶ng (1200÷2000) MPa. - Møc ®é biÕn d¹ng t−¬ng ®èi chän trong kho¶ng (15÷40)%. 2.2.1.3. X¸c ®Þnh thuéc tÝnh biÕn d¹ng cña ®ång ®á M1 §ång ®á M1 lµ lo¹i vËt liÖu dÎo, dÔ biÕn d¹ng kÐo, ®µn, d¸t máng. Do hiÖn t−îng biÕn cøng nªn ®ßi hái ¸p lùc Ðp t¨ng lªn míi cã thÓ tiÕp tôc biÕn d¹ng ®−îc. èng sãng ra ®a tr−íc khi Ðp ®−îc uèn tõ èng cã tiÕt diÖn trßn theo kh«ng gian 3 chiÒu sau ®ã ®−a vµo trong khu«n h×nh ®Ó Ðp t¹o tiÕt diÖn h×nh ch÷ nhËt 16x38mm. Qu¸ tr×nh biÕn d¹ng tõ tiÕt diÖn trßn sang tiÕt diÖn ch÷ nhËt vËt liÖu chÞu kÐo v× vËy m« h×nh thÝ nghiÖm ®−îc lùa chän ®Ó x¸c ®Þnh lµ m« h×nh thö kÐo. MÉu ®Ó tiÕn hµnh thö kÐo ®−îc lÊy tõ èng ®ång ®á Φ18 dÇy 3mm. Sau khi gia c«ng thµnh mÉu thö kÐo ®em ñ ë nhiÖt ®é (440÷460)0C trong thêi gian 60 phót, ®é cøng ®¹t ®−îc 40HB. Thµnh phÇn ho¸ häc cña ®ång ph©n tÝch ®−îc lµ: 99,90 % Cu ; 0,001 % Bi ; 0,001 % Sb ; 0,003 % Fe; 0,003 % Pb ; 0,004 % Zn; 0,004 % Zn ; 0,002 % Ni ; 0,002 % Sn . Tæ chøc tÕ vi cña ®ång ®á lµ tæ chøc ®ång mét pha ®· qua biÕn d¹ng vµ ñ, cÊp h¹t 7/15. Tæ chøc nµy cã ®é cøng thÊp, ®é dÎo cao kh¶ n¨ng biÕn d¹ng tèt. Qu¸ tr×nh thö kÐo tiÕn hµnh trªn m¸y thö kÐo – nÐn FM – 1000 cña §øc, thang ®o 500 kg, gi¸ trÞ v¹ch chia 2 kg, ®é chÝnh x¸c 1% t¹i phßng §o l−êng – Trung T©m ThÈm ®Þnh C«ng nghÖ – Bé Quèc phßng. C¸c sè liÖu vÒ qu¸ tr×nh thö kÐo ®−îc tr×nh bµy trong b¶ng 2.3. 54 §−êng cong øng suÊt-biÕn d¹ng khi thö kÐo ®ång ®á M1 ®−îc tr×nh bÇy trªn h×nh 2.3. B¶ng 2.3- C¸c sè liÖu thö kÐo ®ång M1 øng suÊt (MPa) STT BiÕn d¹ng (%) MÉu 1 MÉu 2 MÉu 3 1 2,5 10,8 10,6 10,7 2 5 20,8 20,5 20,5 3 7,5 33,3 32,1 32,2 4 10 51,7 51,0 51,2 5 12,5 70,0 72,0 71,0 6 15 101,7 10,2 101,2 7 17,5 131,7 12,8 129,8 8 20 154,2 15,6 154,4 9 22,5 174,2 17,9 173,4 10 25 190,0 195,6 191,2 11 27,5 205,8 206,4 204,5 12 30 219,2 216,6 215,9 13 32,5 231,7 232,2 234,5 14 35 243,3 243,8 243,5 15 37,5 254,2 254,4 254,1 16 40 264,2 265,8 2544 17 42,5 279,2 278,8 279,8 18 45 291,7 298,6 291,8 19 47,5 300,0 302,1 301,2 20 50 307,5 306,8 305,8 21 52,5 314,2 312,6 315,9 55 22 55 324,2 314,2 314,7 23 57,5 330,0 331,2 332,3 24 60 335,8 335,2 335,4 25 62,5 343,3 342,6 343,5 26 65 346,7 348,0 346,9 27 67,5 351,7 352,4 352,2 28 70 355,0 355,6 355,8 29 72,5 358,3 358,9 358,9 30 75 360,8 361,5 361,2 31 77,5 364,2 365,4 364,7 32 80 365,8 368,9 369,9 33 82,5 366,7 367,8 367,7 34 85 367,5 359,8 358,5 35 87,5 365,0 367,8 364,5 36 90 362,5 361,8 362,4 øng suÊt (x10 MPa) 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 20 40 60 80 100 BiÕn d¹ng % H×nh 2.3-§−êng cong øng suÊt- biÕn d¹ng cña ®ång ®á M1 56 Tõ h×nh 2.3 cã thÓ thÊy ®ång ®á M1 rÊt dÔ biÕn d¹ng. ¸p lùc biÕn d¹ng thÊp vµ møc ®é biÕn d¹ng ®¹t ®−îc rÊt cao. Cã thÓ tuú ý chän møc ®é biÕn d¹ng trong kho¶ng tõ (20÷70) %, ¸p suÊt Ðp chän tõ (150÷350) MPa. KÕt luËn: Tõ nh÷ng ph©n tÝch vµ nhËn xÐt trªn cã thÓ ®i ®Õn kÕt luËn: * CÇn ph¶i ph©n tÝch chÝnh x¸c thµnh phÇn vµ tr¹ng th¸i ®Çu vµo cña vËt liÖu. * C¸c vËt liÖu ®· lùa chän cho s¶n phÈm cña ®Ò tµi ®Òu cã thÓ biÕn d¹ng ®−îc b»ng ETD. Møc ®é biÕn d¹ng cña c¸c vËt liÖu nªn chän trong kho¶ng sau: §èi víi thÐp giã P18 §èi víi thÐp 40X §èi víi ®ång ®á M1 (15÷25) % (15÷40) % (20÷70) % * T−¬ng øng víi møc ®é biÕn d¹ng ®· nªu, nªn chän øng suÊt t¸c dông lªn vËt liÖu nh− sau: §èi víi thÐp giã P18 §èi víi thÐp 40X §èi víi ®ång ®á M1 (1500÷2000) MPa (1200÷2000) MPa (150 ÷350) MPa C¨n cø vµo nh÷ng thay ®æi trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn ®Ò tµi s¶n phÈm cÇn tËp trung nghiªn cøu sö dông vËt liÖu M1 v× vËy c¸c trang bÞ c«ng nghÖ chØ thiÕt kÕ ®ñ n¨ng lùc ®Ó nghiªn cøu chÕ t¹o c¸c s¶n phÈm nµy. 57 Ch−¬ng 3 Nghiªn cøu c¸c ¶nh h−ëng trong Ðp thñy tÜnh vµ thñy ®éng 3.1. Mét sè hiÖn t−îng xÈy ra trong c«ng nghÖ Ðp thñy tÜnh 3.1.1. ¶nh h−ëng cña ®Æc tr−ng bét Ðp TÝnh chÊt ®Æc tr−ng cña bét khi Ðp cã mét gi¸ trÞ ý nghÜa lín h¬n so víi chÝnh tÝnh chÊt cña kim lo¹i t¹o nªn chóng. Ph©n bè kÝch th−íc h¹t vµ h×nh d¹ng cña chóng lµ hai ®Æc tr−ng quan träng nhÊt cña bét. Râ rµng r»ng khi Ðp, chóng liªn quan kh«ng nh÷ng ®Õn sù biÕn d¹ng phÇn tö bét mµ cßn liªn quan tíi kh¶ n¨ng dÝnh, liªn kÕt ë bÒ mÆt. Khi kh¶o s¸t tÝnh chÊt cña bét, thÊy r»ng do h×nh d¹ng bÒ mÆt phÇn tö vµ lç xèp cña bét kh¸c nhau nªn bÒ mÆt riªng cña chóng kh«ng nhÊt thiÕt phô thuéc vµo thµnh phÇn ®é h¹t cña bét. §Ó hiÓu râ tÝnh chÊt cña bét cÇn ph¶i x¸c ®Þnh ®−îc bÒ mÆt riªng cña chóng. Gi÷a thµnh phÇn ®é h¹t thÝch hîp vµ bÒ mÆt riªng cña bét cÇn ph¶i cã sù phèi hîp tèi −u v× chóng cã ¶nh h−ëng tr¸i ng−îc nhau: T¨ng bÒ mÆt riªng th−êng lµm gi¶m khèi l−îng ®èng, t¨ng vïng dÝnh nguéi vµ t¨ng ®é bÒn cña vËt Ðp. MÆt kh¸c, khèi l−îng ®èng nhá g¾n liÒn víi thÓ tÝch khu«n Ðp lín h¬n (chiÒu cao ®æ bét lín h¬n), khi ®ã chµy Ðp chuyÓn dÞch còng lín h¬n vµ kÐo theo ®ã lµ mËt ®é trong thÓ tÝch vËt Ðp cµng ph©n t¸n h¬n. Sù t¨ng khèi l−îng ®èng kh«ng h¼n sÏ t¨ng mËt ®é vËt Ðp. Víi bét cã khèi l−îng ®èng nhá, cã thÓ t¨ng mËt ®é vËt Ðp b»ng ¸p lùc Ðp cao h¬n, nh−ng nh− vËy còng t¨ng ®é mµi mßn khu«n Ðp. Trong vËt Ðp tõ bét rÊt mÞn sÏ t¹o ra nh÷ng lç xèp mÞn, lç xèp nµy sÏ ®−îc lo¹i trõ khi thiªu kÕt, nh−ng bét mÞn nµy th−êng tÝnh ch¶y kÐm, do vËy qu¸ tr×nh ®iÒn ®Çy khu«n Ðp còng kÐm. Bét th« h¬n sÏ cã tÝnh ch¶y tèt h¬n 58 nh−ng còng t¹o ra lç xèp lín h¬n vµ cã thÓ chóng kh«ng ®−îc ®iÒn ®Çy kÝn trong qu¸ tr×nh thiªu kÕt. ChÝnh v× vËy, trong thùc tÕ Ðp cÇn cã sù ®ång nhÊt vÒ kÝch th−íc phÇn tö bét ®Ó t¹o vËt Ðp cã mËt ®é ®ång ®Òu cao. Trong qu¸ tr×nh Ðp nãng, do cã ¸p lùc Ðp vµ ë nhiÖt ®é cã xuÊt hiÖn pha láng nªn phÇn lín lç xèp ®−îc lo¹i trõ, tuy nhiªn sù ®ång nhÊt vÒ kÝch th−íc phÇn tö bét vÉn lµ ®iÒu kiÖn quan träng ®Ó t¹o chi tiÕt cã mËt ®é cao. Khi sö dông bét rÊt mÞn, ®Ó Ðp cÇn ph¶i t¨ng tÝnh ch¶y b»ng c¸ch t¹o h¹t nhê ®−a thªm chÊt liªn kÕt h÷u c¬ vµo. C¸c phÇn tö bét cã h×nh d¹ng bÊt kú, kh«ng tu©n theo mét d¹ng cè ®Þnh nµo sÏ t¹o nªn liªn kÕt tèt h¬n khi Ðp so víi bét cã d¹ng h×nh cÇu, tr¬n nh½n; VËt Ðp tõ nh÷ng phÇn tö bét kiÓu nµy cã ®é bÒn lín h¬n nhê t¨ng diÖn tÝch tiÕp xóc gi÷a c¸c phÇn tö. TuyÓn chän kü nh÷ng phÇn tö bét theo yªu cÇu mong muèn sÏ t¹o nªn vËt Ðp cã tÝnh chÊt tèt h¬n nh−ng kÌm theo ®ã còng lµm t¨ng gi¸ thµnh s¶n phÈm. 3.1.2. §Æc tr−ng cña c«ng nghÖ Ðp thñy tÜnh t¹o h×nh s¶n phÈm d¹ng bét Ng−êi ta sö dông c¸c h¹t dÔ ch¶y víi ®é Èm < 8% th«ng th−êng 1 – 3% ®Ó Ðp t¹o h×nh ®¼ng tÜnh. C¬ së ®Ó viÖc øng dông ngµy cµng t¨ng ph−¬ng ph¸p t¹o h×nh nµy trong c«ng nghÖ gèm lµ: - §¹t ®−îc ®é ®ång nhÊt cao trong vËt Ðp. - Ph−¬ng ph¸p nµy cã kh¶ n¨ng t¹o h×nh c¸c vËt liÖu bét khã Ðp, mµ c¸c ph−¬ng ph¸p t¹o h×nh truyÒn thèng ®· ®¹t ®−îc giíi h¹n vÒ n¨ng suÊt vµ chÊt l−îng. C¸c −u ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p Ðp t¹o h×nh ®¼ng tÜnh cã thÓ tæng kÕt ë nh÷ng ®iÓm sau: 59 - ViÖc sö dông c¸c h¹t rêi víi ®é Èm nhá sÏ gi¶m qu¸ tr×nh sÊy. ViÖc ®ã sÏ gi¶m ®−îc thêi gian ®Ó s¶n xuÊt c¸c chi tiÕt gèm mét c¸ch ®¸ng kÓ. - ViÖc lµm ®Æc xÝt cao trong qu¸ tr×nh Ðp sÏ dÉn ®Õn viÖc gi¶m ®¸ng kÓ hiÖn t−îng nøt khi sÊy vµ hiÖn t−îng nøt khi nung. Cïng víi −u ®iÓm ®ã t¨ng ®−îc khèi l−îng vµ ®é phøc t¹p cña vËt Ðp. - Do ¸p suÊt t¸c dông ®Òu trong qu¸ tr×nh Ðp, nªn qóa tr×nh ®Æc xÝt vËt Ðp ®¹t ®−îc ®Òu; lµm cho vËt Ðp cã tÝnh ®ång nhÊt vµ hÇu nh− kh«ng cã texture. Ngoµi ra cã thÓ chÕ t¹o ®−îc c¸c chi tiÕt rÊt ®Æc xÝt cã h×nh d¹ng hÇu nh− bÊt kú. - Cã thÓ gia c«ng ®−îc c¸c vËt liÖu rÊt khã t¹o h×nh (kh«ng cã tÝnh chÊt t¹o h×nh). - Qu¸ tr×nh chÕ t¹o ®−îc rót ng¾n ®¸ng kÓ. Nh−îc ®iÓm cña ph−¬ng phÊp Ðp ®¼ng tÜnh cã thÓ lµ thÓ tÝch cña khèi l−îng c«ng t¸c khi t¹o h×nh trong vá khu«n ®µn håi ®èi víi vËt liÖu gèm h¹t mÞn gi¶m 20 – 40% cßn ®èi víi vËt liÖu gèm h¹t th« gi¶m 10 – 20%. §iÒu ®ã cã thÓ dÉn ®Õn sù sai kh¸c vÒ h×nh d¹ng cña vËt Ðp. Nãi chung trong lÜnh vùc vá khu«n ®µn håi, kh«ng t¹o ®−îc h×nh s¾c nÐt. §èi víi vËt liÖu h¹t th«, thËm chÝ bÒ mÆt vËt Ðp kh«ng ph¼ng nh½n cã thÓ lo¹i trõ nh−îc ®iÓm ®ã b»ng c¸ch gia c«ng l¹i vËt Ðp. 3.1.3. Qui luËt Ðp Ðp bét kim lo¹i lµ qu¸ tr×nh t¹o h×nh chi tiÕt cã h×nh d¹ng, ®é bÒn nhÊt ®Þnh ®Ó tham gia vµo c¸c giai ®o¹n c«ng nghÖ tiÕp theo. D−íi t¸c dông cña lùc Ðp, thÓ tÝch ban ®Çu cña bét trong khu«n Ðp sÏ gi¶m vµ h×nh thµnh mÉu Ðp cã kÝch th−íc vµ h×nh d¹ng mong muèn. Sù thay ®æi thÓ tÝch lµ do sù chuyÓn dÞch vµ biÕn d¹ng cña c¸c h¹t bét còng nh− do qu¸ tr×nh ®iÒn ®Çy c¸c lç trèng trong thÓ tÝch bét s¾p xÕp ë d¹ng tù do ban ®Çu. C¸c c«ng tr×nh nghiªn cøu ®· c«ng bè ®Òu thèng nhÊt cho r»ng c¸c qu¸ tr×nh x¶y ra khi Ðp bét kim lo¹i gåm cã: 60 - C¸c h¹t s¾p xÕp l¹i nhê chuyÓn ®éng tr−ît vµ xoay; - BiÕn d¹ng ®µn håi ë c¸c ®iÓm tiÕp xóc gi÷a c¸c h¹t; - BiÕn d¹ng dÎo cña c¸c h¹t; - BiÕn d¹ng cña c¶ khèi vËt liÖu khi ¸p suÊt Ðp lín vµ cã kh¶ n¨ng x¶y ra ph©n líp. Cã thÓ chia qu¸ tr×nh Ðp lµm 3 giai a, b, c nh− h×nh 3.1 Giai ®o¹n ®Çu (vïng a), mËt ®é t¨ng nhanh v× c¸c phÇn tö bét chuyÓn dÞch t−¬ng ®èi tù do vµ ®iÒn ®Çy lç trèng bªn c¹nh. §Õn cuèi giai ®o¹n nµy, c¸c phÇn tö bét hÇu nh− ®· ®−îc lÌn chÆt ë møc tèi ®a. Giai ®o¹n hai (vïng b), v× lùc c¶n chèng l¹i sù dÞch chuyÓn bét, biÕn d¹ng bét lín, do vËy lùc Ðp t¨ng nh−ng thÓ tÝch khèi bét kh«ng gi¶m. ChØ khi lùc Ðp v−ît qu¸ lùc c¶n th× c¸c phÇn tö bét míi b¾t ®Çu biÕn d¹ng, giai ®o¹n ba b¾t ®Çu vµ thÓ tÝch vËt Ðp tiÕp tôc gi¶m. Trong thùc tÕ, qu¸ tr×nh Ðp x¶y ra hÇu nh− ®ång thêi c¶ ba giai ®o¹n. 60 MËt ®é b c a 0 Lùc Ð 2 H×nh 3.1- Sù phô thuéc cña mËt ®é vËt Ðp vµo ¸p lùc Ðp D−íi t¸c dông cña lùc Ðp, bét cã hµnh vi gièng nh− chÊt láng, cã chiÒu h−íng ch¶y vÒ mäi phÝa, do vËy xuÊt hiÖn ¸p suÊt Ðp t¸c dông lªn thµnh khu«n; Tuy nhiªn bét kh¸c chÊt láng ë chç lµ chÊt láng th× ¸p suÊt ph©n bè ®Òu mäi h−íng, cßn víi bét th× ¸p suÊt ph©n bè kh«ng ®Òu. Lùc Ðp t¸c dông lªn thµnh 61 khu«n sÏ nhá h¬n so víi t¸c dông theo h−íng Ðp, do ®ã mËt ®é trong thÓ tÝch vËt Ðp sÏ kh«ng ®ång ®Òu. Trong qu¸ tr×nh Ðp t¹o h×nh, mËt ®é cña vËt Ðp phô thuéc nhiÒu vµo tÝnh Ðp cña bét vµ ¸p lùc Ðp. §é bÒn c¬ häc cña vËt Ðp theo Hutting lµ do lùc hót gi÷a c¸c nguyªn tö cña c¸c phÇn tö bét khi chóng tiÕp xóc víi nhau. Thùc tÕ khi Ðp bét kim lo¹i, liªn kÕt t¹o thµnh chñ yÕu do sù ®an xen lÉn nhau cña c¸c bÒ mÆt kh«ng ®ång nhÊt cña c¸c h¹t bét, v× thÕ rÊt khã t¹o h×nh vËt Ðp tõ phÇn tö bét h×nh cÇu hoÆc kh«ng cã d¹ng nh¸nh c©y. 3.1.4. ¶nh h−ëng cña ®iÒu kiÖn Ðp. C¸c ®iÒu kiÖn Ðp nh− trang bÞ Ðp, thêi gian Ðp, thêi gian gi÷ ¸p cã ¶nh h−ëng ®Õn ®−êng cong Ðp. Sù thay ®æi tèc ®é Ðp, kh«ng cã ¶ng h−ëng ®¸ng kÓ vÒ kü thuËt ®Õn kÕt qu¶ Ðp. Trang bÞ Ðp vÒ c¬ b¶n do thiÕt bÞ vµ vËt Ðp quy ®Þnh. Trong qu·ng t¨ng ¸p ®Òu kho¶ng 30 MPa ®é ®Æc xÝt ®¹t gÇn 75%. Sù gi¶m thÓ tÝch lín nhÊt x¶y ra trong kho¶ng ¸p suÊt nµy. Sù t¨ng ¸p suÊt Ðp cã ý nghÜa quan träng ®èi víi tÝnh chÊt vËt Ðp. Ng−îc l¹i, tèc ®é t¨ng ¸p l¹i cã ý nghÜa kh¸c. §iÒu ®ã phô thuéc vµo l−îng kh«ng khÝ hoÆc l−îng khÝ chøa trong ®èng h¹t vËt liÖu Ðp. Trong qu¸ tr×nh Ðp ®¼ng tÜnh, vËt liÖu Ðp chøa trong vá khu«n Ðp kÝn. Kh«ng khÝ chøa trong vËt liÖu Ðp, trong qu¸ tr×nh Ðp chØ cã thÓ chøa trong c¸c lç xèp cña vËt Ðp bÞ nÐn l¹i. Kh«ng khÝ bÞ nÐn ®¼ng nhiÖt ¸p suÊt khÝ lín nhÊt trong lç xèp cã thÓ tÝnh ®−îc: P0V0 = p1V1 Trong ®ã: p1: ¸p suÊt kh«ng khÝ trong lç xèp cña vËt Ðp vµ ¸p suÊt Ðp Px. P0: ¸p suÊt khÝ quyÓn. V1: ThÓ tÝch lç xèp ë ¸p lùc Ðp px V0: ThÓ tÝch lç xèp ë tr¹ng th¸i ban ®Çu 62 ThÓ tÝch cã thÓ tÝnh nh− sau: 1 1 vo = ρ ρR v1 = Trong ®ã: 1 1 ρF ρR ρR: MËt ®é tinh cña vËt liÖu Ðp ρS: MËt ®é ®ong hoÆc mËt ®é l¾c cña vËt liÖu Ðp ρF: MËt ®é cña vËt Ðp Tõ ®ã cã thÓ suy ra ¸p suÊt kh«ng khÝ trong lç xèp: ρ1 = (ρ R-ρs ).ρ F ρo (ρ R -ρ F ).ρS Cã thÓ gi¶m hoÆc lo¹i trõ ¸p suÊt kh«ng khÝ cao trong c¸c lç xèp b»ng c¸c biÖn ph¸p sau: • Gi¶m ®é Èm cña vËt liÖu • T¨ng mËt ®é l¾c cña vËt liÖu trong khu«n b»ng c¸ch ®Çm tr−íc c¸c h¹t trong khu«n, l¾c hoÆc chän ph©n bè cÊp h¹t tèi −u. • Hót ch©n kh«ng vá khu«n ®· ®iÒn ®Çy. Khi ¸p su¸t t¹o thµnh trong c¸c lç xèp v−ît h¬n ®é bÒn cña vËt Ðp, c¸c vÕt nøt hoÆc vì vËt Ðp cã thÓ xuÊt hiÖn sau khi x¶ ¸p. Ngay c¶ viÖc gi·n në nhanh cña kh«ng khÝ x¶ ¸p sÏ cã thÓ dÉn ®Õn h×nh thµnh c¸c vÕt nøt trong c¸c vËt ®óc. V× vËy viÖc chän tèc ®é t¨ng ¸p ®ãng vai trß quan träng. §Ó lùa chän ®−îc ®−êng cong Ðp vµ x¶ ¸p ph¶i chó ý hai kho¶ng ¸p suÊt cùc trÞ • Khi th¸o khu«n ®µn håi khái bÒ mÆt cña vËt Ðp, v× khi th¸o khu«n ®µn håi khái bÒ mÆt vËt Ðp sÏ cã øng suÊt c¾t vµ g©y vÕt nøt. • Khö øng suÊt trong vËt Ðp do kh«ng khÝ bÞ nÐn khi gi¶m ¸p suÊt. 63 Trong qu¸ tr×nh gi¶m ¸p còng nh− qóa tr×nh tho¸t kh«ng khÝ ¸p suÊt thùc cña khÝ trong lç xèp bao giê còng ph¶i nhá h¬n ®é bÒn cña vËt Ðp. ¸p suÊt khÝ trong lç xèp ®−îc ®Þnh nghÜa lµ: Ptw =p’’ – P’. Trong ®ã: p’’: ¸p suÊt kh«ng khÝ trong lç xèp ë gi÷a vËt Ðp. p’: ¸p suÊt kh«ng khÝ lç xèp ë r×a vËt Ðp t−¬ng øng víi ¸p suÊt ®¼ng ¸p t¸c dông tõ phÝa ngoµi. Thêi gian cùc trÞ tE ®Ó gi¶i ¸p cã thÓ x¸c ®Þnh nh− sau: tE = Trong ®ã: va vm Va : ThÓ tÝch kh«ng khÝ tho¸t ra khái lç xuyªn. Vm : ThÓ tÝch tho¸t khÝ trung b×nh trong qu¸ tr×nh gi¶m ¸p theo kho¶ng thêi gian. Thêi gian cùc trÞ tE t¨ng ®èi víi vËt Ðp lín vµ gi¶m khi ¸p suÊt thuû tÜnh 3.2. Mét sè hiÖn t−îng xÈy ra trong c«ng nghÖ Ðp thñy ®éng 3.2.1. Dßng vËt liÖu Ðp ®ïn thñy tÜnh ®Æc tiÕn lµ mét qu¸ tr×nh biÕn d¹ng gi¶ dõng (quasistationary). HiÖn t−îng kh«ng dõng (Instattionary) nh− ®· quan s¸t ®−îc ë phÇn vai cña khu«n Ðp khi Ðp ch¶y theo ph−¬ng ph¸p th«ng th−êng kh«ng xuÊt hiÖn khi Ðp ®ïn vµ Ðp ch¶y thñy tÜnh do ph«i ®· ®−îc lµm nhän cÈn thËn. Khi Ðp ®ïn thñy tÜnh ng−êi ta ¸p dông quy t¾c gãc më khu«n nhá (2α ≤ 45o). H¬n n÷a do ®iÒu kiÖn b«i tr¬n tèt trong khu«n nªn tæn hao do ma s¸t nhá. Khi gãc vai nhá tæn hao do dÞch chuyÓn nhá, dßng vËt liÖu ®−îc biÕn d¹ng mét c¸ch lý t−ëng víi gi¶ thiÕt r»ng dßng vËt liÖu ®i ra khái lç khu«n ®Òu ®Æn theo tõng líp (H×nh 3.2). 64 B»ng thÝ nghiÖm Ðp chÊt dÎo quan s¸t ®−îc sù biÕn d¹ng ®Òu ®Æn víi gãc më khu«n tèi −u. Khi gi¸ trÞ gãc vai lÖch khái gi¸ trÞ tèi −u nµy dßng vËt liÖu kh«ng ®ång ®Òu n÷a, khi gãc nhá do bÞ cä s¸t nhiÒu, khi gãc lín do dÞch chuyÓn nhiÒu. Quy luËt nµy ®óng cho tÊt c¶ mäi qu¸ tr×nh kÓ c¶ qu¸ tr×nh Ðp ch¶y nguéi th«ng th−êng, chØ cã sù kh¸c nhau lµ ë Ðp ®ïn th«ng th−êng xuÊt hiÖn tæn hao do ma s¸t lín nªn gãc më khu«n tèi −u th−êng lín h¬n. H×nh 3.2- Sù t¹o thµnh thí khi Ðp ch¶y thñy ®éng ph«i nh«m 9,5 ®Æc gãc më khu«n 20o, 45o vµ 90o 3.2.2. HiÖn t−îng stick-slip Khi Ðp ch¶y thñy ®éng chÊt truyÒn ¸p bao quanh ph«i Ðp, ®ång thêi lµ chÊt b«i tr¬n. Cã nhiÒu lo¹i chÊt b«i tr¬n ®−îc sö dông. C¸c c«ng tr×nh nghiªn cøu ®· kh¼ng ®Þnh: chÊt láng ë trong vïng biÕn d¹ng chØ víi mét tèc ®é nhÊt ®Þnh cña ph«i th× míi t¹o nªn sù b«i tr¬n thñy ®éng. §Ó t¹o ra mµng b«i tr¬n gi÷a ph«i vµ khu«n th× tèc ®é tèi thiÓu ph¶i lµ: v> k f .s.tg (α) 6η (4.1) 65 Cßn ®Ó t¹o ra mµng b«i tr¬n thñy ®éng tèc ®é giíi h¹n lµ: v> k f .s.tg (α) .2. 6η A0 A1 (4.2) Trong ®ã: kf : øng suÊt ch¶y (MPa) s: §é dÇy líp b«i tr¬n (µm) (b»ng ®é nhÊp nh« bÒ mÆt ph«i Ðp) α: 1/2 gãc më khu«n η: §é nhít ®éng häc Ao/A1 Tû lÖ tiÕt diÖn (mPas) H×nh 3.3- Sù dao ®éng cña ¸p lùc do hiÖn t−îng stick-slip khi Ðp ch¶y thñy tÜnh ë ®©y bá qua sù phô thuéc cña ®é nhít vµo ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é. C¸c c«ng thøc nµy cho thÊy tham sè nµo cÇn ph¶i chó ý khi chän chÊt b«i tr¬n ®Ó ®¹t ®−îc ®iÒu kiÖn tèi −u. 66 B¶ng 3.1- ¶nh h−ëng cña h×nh d¹ng h×nh häc ®Õn ¸p suÊt Ðp ®ïn thñy ®éng STT Ao/A1 βA PS/pR 1 8,9 1,17 1,03 2 12,0 1,52 1,12 3 7,6 1,06 1,10 4 3,8 1,76 1,33 5 3,0 4,22 1,61 VËt liÖu 1100 Al, gãc më khu«n 2α = 45o, chÊt b«i tr¬n: s¸p ong Ao/A1 - Tû lÖ tiÕt diÖn βA= US/UR - hÖ sè h×nh d¹ng UR - Chu vi tiÕt diÖn trßn US - Chu vi tiÕt diÖn kh«ng trßn PR - ¸p lùc Ðp ®ïn tiÕt diÖn trßn PS - ¸p lùc Ðp ®ïn tiÕt kh«ng diÖn trßn Nguyªn nh©n ban ®Çu g©y sù xuÊt hiÖn hiÖn t−îng stick-slip lµ sù b«i tr¬n kh«ng ®Çy ®ñ ë ®Çu qu¸ tr×nh. Cã thÓ khi ®ã ch−a cã mµng b«i tr¬n ®−îc t¹o ra. ¸p suÊt cÇn thiÕt ®Ó biÕn d¹ng sÏ t¨ng tõ tõ, ®Õn khi th¾ng lùc ma s¸t víi thµnh khu«n th× s¶n phÈm ®ét ngét bÞ Ðp tho¸t ra ngoµi, ngay sau ®ã ¸p suÊt t¨ng ®ét gi¶m (h×nh 3.2) vµ qu¸ tr×nh biÕn d¹ng bÞ ngõng l¹i. HiÖn t−îng nµy ®−îc gäi lµ hiÖn t−îng stick-slip d¹ng 1 (chuyÓn ®éng tr−ît ng−îc). Qu¸ tr×nh nµy cã sù dao ®éng lín vÒ ¸p lùc (h×nh 3.2) nªn tèc ®é s¶n phÈm ra kh«ng ®Òu t¹o nªn c¸c vÕt g»n trªn bÒ mÆt s¶n phÈm. ViÖc t¹o nªn ¸p suÊt ®Ønh cña mét sù dao ®éng t¾t dÇn phô thuéc vµo ®é nhít cña chÊt b«i tr¬n vµ l−îng chÊt truyÒn ¸p cã trong buång ¸p suÊt. Víi l−îng chÊt truyÒn ¸p lín, hÖ thèng cµng dÔ dao ®éng vµ khi gi¶m ¸p lùc th× sù dao ®éng cña ¸p lùc cµng lín. B»ng c¸ch dïng chÊt b«i tr¬n cã ®é nhít cao cã 67 thÓ tr¸nh ®−îc hiÖn t−îng stick-slip vµ khi ë tèc ®é biÕn d¹ng nhá ®· t¹o nªn mµng b«i tr¬n ®éng häc. Qu¸ tr×nh b«i tr¬n tèt còng cã thÓ bÞ ph¸ háng do tèc ®é Ðp qu¸ cao. NÕu mµng b«i tr¬n ®−îc t¹o nªn trong phÇn c«n cña khu«n th× sù biÕn d¹ng ë ®©y lµ vµ kh«ng phô thuéc vµo bÒ mÆt khu«n n÷a. Th«ng qua sù ®Þnh h−íng cña tæ chøc h¹t lµm cho bÒ mÆt cña s¶n phÈm trë nªn xï x×. Sù thu hÑp dÇn tiÕt diÖn b«i tr¬n cã nghÜa lµ sù t¨ng dÇn ¸p lùc ë ®Çu ra, sù t¨ng ¸p lùc nµy còng gièng nh− sù t¨ng ma s¸t tr−ît t¹o nªn mét qu¸ tr×nh stick-slip lo¹i 2 vµ cã thÓ cã c¸c dÊu vÕt ®Æc tr−ng trªn bÒ mÆt s¶n phÈm. HiÖn t−îng stick-slip tån t¹i phô thuéc vµo tr¹ng th¸i b«i tr¬n kh«ng æn ®Þnh. Qu¸ tr×nh nµy cµng dÔ x¶y ra ë c¸c qu¸ tr×nh cã sù qu¸ t¶i cho líp b«i tr¬n trong khu«n, nh− khi Ðp ch¶y vËt liÖu cã ®é cøng cao, khi ®é biÕn d¹ng lín vµ gãc më khu«n lín. VËt liÖu truyÒn ¸p, ®é nhít vµ l−îng chÊt truyÒn ¸p còng nh− chÊt phô gia b«i tr¬n cã kh¶ n¨ng ¶nh h−ëng ®Õn ®é dèc cña hiÖn t−îng stick-slip. H×nh 3.3- ¶nh h−ëng cña gãc nhän cña ph«i ®Õn qu¸ tr×nh ¸p lùc. 2α - gãc më khu«n, 2α' - gãc nhän cña ph«i (1 kbar=100MPa=100N/mm2) 68 Ngoµi c¸c yÕu tè ®· nªu trªn h×nh d¸ng cña ph«i còng ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh t¹o ¸p lùc, ®Æc biÖt ë ®Çu qu¸ tr×nh. Víi c¸c ph«i kh«ng cã phÇn c«n ë ®Çu, qu¸ tr×nh Ðp sÏ xuÊt hiÖn mét ®Ønh nhän ¸p lùc. §Ønh nhän nµy cã thÓ bÞ bá qua nÕu ta lµm c«n ®Çu ph«i víi mét gãc nhá h¬n gãc më cña khu«n 1-2o (h×nh 3.3). 3.2.3. VËt liÖu truyÒn ¸p trong Ðp thñy ®éng Trong qu¸ tr×nh Ðp ch¶y thñy ®éng viÖc chän m«i tr−êng truyÒn ¸p suÊt rÊt quan träng, kh«ng chØ ¸p suÊt cÇn thiÕt ®Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh biÕn d¹ng ch¶y cña kim lo¹i mµ c¶ chÊt l−îng s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh Ðp sÏ qui ®Þnh viÖc lùa chän ®óng m«i tr−êng truyÒn ¸p. M«i tr−êng truyÒn ¸p ph¶i cã tÝnh æn ®Þnh nhiÖt, kh«ng ®éc h¹i, ®é dÉn nhiÖt thÊp, tÝnh thñy tÜnh tèt ë nhiÖt ®é Ðp ch¶y ®¼ng ¸p, cã kh¶ n¨ng b«i tr¬n tèt vµ dÔ t¸ch bá khái bÒ mÆt vËt Ðp. C¸c nghiªn cøu cho thÊy m«i tr−êng truyÒn ¸p graphit- bét thñy tinh cã thÓ ®¸p øng tèt nhÊt c¸c yªu cÇu trªn. Thµnh phÇn cña m«i tr−êng truyÒn ¸p cÇn chän sao cho trong qu¸ tr×nh Ðp ch¶y ®¼ng ¸p, m«i tr−êng nµy cã ®é nhít trong kho¶ng 103 ÷ 104 Puaz, phô thuéc vµo c¸c th«ng sè cña qu¸ tr×nh c«ng nghÖ. Bëi vËy trong viÖc t×m kiÕm mét hçn hîp truyÒn ¸p ®¸p øng ®−îc c¸c yªu cÇu trªn trong mét kho¶ng réng nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt Ðp ng−êi ta ®· nghiªn cøu c¸c tæ hîp vËt liÖu chøa bét graphit nghiÒn mÞn tíi ®é h¹t nhá h¬n 74 µm vµ bét thñy tinh c¸c lo¹i ®−îc nghiÒn mÞn tíi ®é h¹t nhá h¬n 100 µm . Thµnh phÇn vµ ®é nhít cña vËt liÖu truyÒn ¸p Nh− trªn ta ®· nªu, vËt liÖu truyÒn ¸p trong c«ng nghÖ Ðp ch¶y ®¼ng ¸p kim lo¹i th−êng lµ hçn hîp bét thñy tinh vµ bét graphit. ViÖc x¸c ®Þnh lo¹i bét thñy tinh, sè l−îng bét thñy tinh trong hçn hîp truyÒn ¸p, ¸p dông cho tõng tr−êng hîp c«ng nghÖ cô thÓ nh− nhiÖt ®é, ¸p suÊt ®Ó ®¶m b¶o ®é nhít cña vËt 69 liÖu truyÒn ¸p n»m trong kho¶ng 103 ÷ 104 Puaz lµ v« cïng quan träng ®Ó ®¶m b¶o ®−îc tiÕn tr×nh c«ng nghÖ vµ chÊt l−îng s¶n phÈm Ðp. ViÖc x¸c ®Þnh ®é nhít cña hçn hîp bét thñy tinh graphit phô thuéc vµo thµnh phÇn, nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt ®−îc tiÕn hµnh b»ng thùc nghiÖm trªn thiÕt bÞ ®Æc chñng. §Ó chän ®−îc m«i tr−êng truyÒn ¸p tèi −u, c«ng viÖc thùc nghiÖm nµy ®ßi hái nhiÒu thêi gian. §Ó gi¶m ®−îc sè l−îng thÝ nghiÖm ng−êi ta ¸p dông ph−¬ng ph¸p qui ho¹ch thùc nghiÖm, nhê ®ã ®èi víi mçi tæ hîp th«ng sè, sè l−îng thÝ nghiÖm gi¶m tõ xuèng cßn 20%. Sau khi tiÕn hµnh tÊt c¶ c¸c thÝ nghiÖm ®· ®−îc qui ho¹ch, ng−êi ta xö lý to¸n häc c¸c kÕt qu¶ thu ®−îc vµ rót ra c¸c kÕt luËn sau: * NhiÖt ®é cã ¶nh h−ëng m¹nh nhÊt ®èi víi ®é nhít cña hçn hîp bét thñy tinh-graphit. NhiÖt ®é t¨ng, ®é nhít cña hçn hîp gi¶m râ rÖt chñ yÕu do ®é nhít cña pha thñy tinh trong hçn hîp gi¶m m¹nh. * T¨ng hµm l−îng bét thñy tinh trong hçn hîp còng lµm gi¶m ®¸ng kÓ ®é nhít cña hçn hîp do c¸c h¹t graphit ®−îc lµm dÎo hãa bëi pha thñy tinh. * T¨ng ¸p suÊt trong buång Ðp lµm t¨ng ®é nhít cña hçn hîp truyÒn ¸p, ®iÒu ®ã phï hîp víi qui luËt cña c¬ häc chÊt láng. Song kh¸c víi chÊt láng, ®é nhít hçn hîp truyÒn ¸p thñy tinh-graphit phô thuéc Ýt h¬n vµo ¸p suÊt ®iÒu ®ã cã lîi cho qu¸ tr×nh Ðp ch¶y, nã ®¶m b¶o tÝnh æn ®Þnh cña qu¸ tr×nh Ðp ë c¸c ¸p suÊt kh¸c nhau vµ kÕt qu¶ lµ tÝnh æn ®Þnh kÝch th−íc cña s¶n phÈm Ðp. Do ®é nhít cña hçn hîp bét thñy tinh- graphit phô thuéc rÊt nhiÒu vµo pha thñy tinh, mµ ®é nhít cña pha thñy tinh l¹i phô thuéc rÊt m¹nh vµo nhiÖt ®é, do vËy ®Ó ®¶m b¶o ®é nhít cña hçn hîp ë møc 103÷104 Puaz ë c¸c kho¶ng nhiÖt ®é kh¸c nhau, ng−êi ta sö dông c¸c lo¹i bét thñy tinh kh¸c nhau. Trªn c¬ së qui ho¹ch thùc nghiÖm vµ xö lý to¸n häc c¸c kÕt qu¶ thùc nghiÖm c¸c t¸c gi¶ ®· ®−a ra ®−îc biÓu thøc tÝnh ®é nhít cña hçn hîp truyÒn ¸p bét thñy tinh- graphit phô thuéc vµo nhiÖt ®é c«ng t¸c (t0); hµm l−îng bét thñy tinh trong hçn hîp (Vtt % theo thÓ tÝch). 70 B¶ng 3.2: Thµnh phÇn hãa häc cña bét thñy tinh Thñy tinh SiO2 B2O3 CaO Na2O K 2O Al2O3 MgO M¸c 15 33,7 35,6 7,5 16,7 - 1,7 4,8 M¸c 269 40,0 10,0 5,0 - 2,5 - - M¸c 4-11 55,0 13,0 16,0 2,0 - 14,0 - * §èi víi hçn hîp I (graphit + bét thñy tinh sè liÖu 15-B¶ng 3.2) lgη = 0,735 [exp (2,24- 2,68.10-3 t0)- 4,5.10-3 t0 + 4,05] (1,967-1,57.10Vtt) +3,310-2 P-1,2. 3 * §èi víi hçn hîp II (graphit + bét thñy tinh sè liÖu 269-B¶ng 3.2) lgη = 0,5 [12,18 exp (- 0,17.10-3 t0) - 4,4.103 t0 + 4,28] (2,59 - 0,01.Vtt) +1,75.10-2 P- 0,81. * §èi víi hçn hîp III (graphit + bét thñy tinh sè liÖu 4-11-B¶ng 3.2) lgη = 0,41 (14,82- 1,09.10-3 t0) (3,96 –3,74.10-2Vtt) + 0,02P-1,25 §ång thêi víi viÖc tÝnh ®é nhít cña c¸c hçn hîp truyÒn ¸p, ng−êi ta còng x¸c ®Þnh hÖ sè m trong c«ng thøc τ = mp biÓu thÞ quan hÖ gi÷a øng suÊt tr−ît τ vµ ¸p suÊt nÐn p trong líp vËt liÖu truyÒn ¸p graphit- bét thñy tinh. B»ng thùc nghiÖm, ng−êi ta ®· x¸c ®Þnh ®−îc mèi t−¬ng quan ®¬n vÞ gi÷a hÖ sè m vµ ®é nhít η (trong kho¶ng η = 10 105 Puaz) theo c«ng thøc: m = 0,037.lgη 71 Ch−¬ng 4 tÝnh to¸n thiÕt kÕ thiÕt bÞ Ðp thñy tÜnh vµ trang bÞ Ðp thñy ®éng 4.1. TÝnh to¸n thiÕt kÕ thiÕt bÞ Ðp thñy tÜnh 4.1.1. C¸c c«ng thøc tÝnh to¸n khu«n Ðp vµ c¸c th«ng sè Ðp. Qu¸ tr×nh c«ng nghÖ chÓ t¹o c¸c s¶n phÈm tõ bét tr¶i qua 4 c«ng ®o¹n nh− ®· nªu ë phÇn më ®Çu: ChuÈn bÞ bét, Ðp, thiªu kÕt, hoµn thiÖn. Tr¶i qua 3 giai ®o¹n sau, khi vËt liÖu lóc ®Çu nhËn h×nh d¹ng vµ kÝch th−íc cña khu«n nh− mét chÊt láng (vËt liÖu bét cã tÝnh chÊt gi¶ láng theo ®Æc tÝnh l−u biÕn cña c¸c ph©n tö rêi r¹c), sau ®ã nã sÏ thay ®æi kÝch th−íc vµ h×nh d¹ng do t¸c ®éng cña lùc Ðp, cña nhiÖt ®é, cña gia c«ng sau c¸c c«ng ®o¹n Ðp, thiªu kÕt vµ hoµn thiÖn ®Ó ®¹t h×nh d¸ng kÝch th−íc, c¬ lÝ tÝnh cuèi cïng. §Ó cã thÓ thiÕt kÕ ®−îc khu«n Ðp tõ c¸c kÝch th−íc h×nh d¸ng cho tr−íc cña chi tiÕt, nhµ thiÕt kÕ cÇn n¾m ®−îc c¸c c«ng thøc tÝnh vµ c¸c th«ng sè cña tõng c«ng ®o¹n. D−íi ®©y sÏ tr×nh bµy c¸c c«ng thøc tÝnh c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña tõng c«ng ®o¹n, trªn c¬ së ®ã cã thÓ thiÕt kÕ khu«n Ðp phï hîp víi c¸c chi tiÕt chÕ t¹o: 4.1.1.1. HÖ sè co ngãt khi thiªu kÕt (shringkage coefficient): lµ tØ sè gi÷a l−îng gi¶m kÝch th−íc ban ®Çu do thiªu kÕt vµ kÝch th−íc ban ®Çu cña vËt Ðp: αs = Trong ®ã lc − ls lc lc: KÝch th−íc ban ®Çu cña vËt Ðp ls: KÝch th−íc cña vËt sau khi thiªu kÕt 4.1.1.2. TØ phÇn co tuyÕn tÝnh (Fractional linear shringkage): lµ tØ sè gi÷a kÝch th−íc cña vËt Ðp sau thiªu kÕt vµ kÝch th−íc ban ®Çu cña nã. ∆l s = ls lc gi÷a hÖ sè co ngãt vµ tØ phÇn co ngãt tuyÕn tÝnh cã quan hÖ nh− sau: ∆ls= 1-αs 72 4.1.1.3. TØ phÇn hao khi thiªu (Fractional ignition loss): lµ tØ sè khèi l−îng chi tiÕt sau thiªu kÕt vµ khèi l−îng vËt Ðp chi tiÕt ®ã ∆w = ms mc Trong ®ã ms: Khèi l−îng chi tiÕt (sau thiªu kÕt) mc: Khèi l−îng vËt Ðp cña chi tiÕt 4.1.1.4. HÖ sè në trë l¹i (Springback factor): HiÖn t−îng në trë l¹i cña vËt Ðp lµ hiÖn t−îng t¨ng ®µn håi kÝch th−íc cña vËt Ðp sau khi x¶ ¸p. HÖ sè në trë l¹i ®−îc ®Þnh nghÜa lµ tØ sè gi÷a sù thay ®æi kÝch th−íc vËt Ðp sau khi x¶ ¸p vµ kÝch th−íc cña vËt Ðp trong khu«n d−íi ¸p suÊt Ðp. HÖ sè nµy phô thuéc vµo ®Æc tÝnh cña bét, lo¹i vµ l−îng chÊt kÕt dÝnh, c¸c nh©n tè hãa dÎo ... §èi víi ®a sè c¸c vËt liÖu bét hÖ sè në trë l¹i S n»m trong kho¶ng 0,1~0,3 %. S= lc − lc' lc Trong ®ã l’c : KÝch thø¬c cña vËt Ðp trong khu«n d−íi ¸p suÊt Ðp lc : KÝch th−íc cña vËt Ðp khi x¶ ¸p (®· lÊy ra khái khu«n) 4.1.1.5. TØ phÇn nÐn co tuyÕn tÝnh (Fractional linear compaction shringkage): Lµ tØ sè gi÷a kÝch th−íc cña vËt Ðp vµ kÝch th−íc t−¬ng øng cña lßng khu«n. ∆lc = lc lf Trong ®ã lc: KÝch th−íc cña vËt Ðp lf: KÝch th−íc cña lßng khu«n t−¬ng øng 4.1.1.6. TØ phÇn co tuyÕn tÝnh toµn phÇn (Total fractional linear shringkage): Lµ tØ sè gi÷a kÝch th−íc cña chi tiÕt (sau thiªu kÕt) ls vµ kÝch th−íc t−¬ng øng cña lßng khu«n lf : ∆lΣ = ls ls .lc = = ∆ls .∆lc l f lc .l f 73 4.1.1. 7. MËt ®é ®iÒn ®Çy khu«n (Fill density), cßn gäi lµ mËt ®é ®ong, mËt ®é l¾c, mËt ®é ®Çm (tïy theo c«ng nghÖ ®iÒn ®Çy khu«n) lµ tØ sè gi÷a khèi l−îng vËt liÖu ®−îc ®iÒn ®Çy trong khu«n vµ thÓ tÝch lßng khu«n. Df = mf Vf 4.1.1. 8. MËt ®é vËt Ðp (Formling density): lµ tØ sè gi÷a khèi l−îng vµ thÓ tÝch cña vËt Ðp Dc = mc Vc MËt ®é vËt Ðp Dc liªn hÖ víi mËt ®é chi tiÕt (sau thiªu kÕt) Ds nh− sau: Dc = ∆s. (∆ls)3 4.1.1. 9. TØ sè nÐn thÓ tÝch ( Volumetric compaction ratio) lµ tØ sè gi÷a thÓ tÝch chi tiÕt vµ thÓ tÝch lßng khu«n : β= Vs Vf TØ sè nÐn cã thÓ biÓu diÔn qua mËt ®é vËt Ðp Dc mËt ®é chi tiÕt Ds, mËt ®é ®iÒn ®Çy khu«n Df vµ tØ phÇn co tuyÕn tÝnh ∆ls nh− sau: β= Dc Ds = .(∆ls )3 Df Df 4.1.2. TÝnh to¸n thiÕt kÕ m¸y Ðp thñy tÜnh 4.1.2.1. Nguyªn lý vµ c¬ së tÝnh to¸n hÖ thuû lùc m¸y ETT M¸y Ðp thñy tÜnh ®−îc thiÕt kÕ trªn c¬ s¬ cña m¸y Ðp thñy lùc 300TÊn. ViÖc tÝnh to¸n hÖ thuû lùc cña m¸y c¨n cø vµo c¸c c¬ so sè liÖu sau: • C¸c lý thuyÕt c¬ b¶n vÒ tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ hÖ thuû lùc. • øng suÊt cho phÐp cña vËt liÖu buång ¸p suÊt cao: σm=250 MPa • øng suÊt lµm viÖc cao nhÊt cña buång ¸p suÊt: σn=250 MPa • Lùc Ðp lín nhÊt cña m¸y Ðp thñy lùc: Fmax=300 TÊn 74 4.1.2.2. TÝnh to¸n thiÕt kÕ buång ¸p suÊt a) TÝnh ®−êng kÝnh lµm viÖc cña buång ¸p suÊt H×nh 4.1- M« h×nh buång ¸p suÊt cao trong Ðp thñy tÜnh Mét sè kÝ hiÖu sö dông khi tÝnh to¸n: A : DiÖn tÝch phÇn n¾p buång ¸p suÊt chÞu t¸c dông cña ¸p suÊt P(cm2) D : §−êng kÝnh lµm viÖc cña buång ¸p suÊt (cm) v : ChiÒu dÇy cña buång ¸p suÊt (cm) F : Lùc Ðp max cña m¸y Ðp thñy lùc (300.000 kG); (Fn = 0.8 F) P : ¸p suÊt max cña buång ¸p suÊt 2500 kG/cm2 (250MPa) σm: øng suÊt cho phÐp cña vËt liÖu buång ¸p suÊt: 2500 kG/cm2 (250MPa) Ta cã c«ng thøc : P= Fn A (4.1) A= 1 π D2 4 (4.2) P= 4Fn πD 2 (4.3) D2 = 4Fn 4x 240.000 = = 122.23 (cm) πP πx 2.500 (4.4) D = 11 (cm) 75 b) TÝnh to¸n th«ng sè h×nh häc cña buång ¸p suÊt cao Th«ng sè: Cho p1 = 250 MPa vµ p2 = 0 MPa r1 = 112 cm; E = 2*10^6 MPa ; [σ] = 400 MPa Chän èng hai líp víi c¸c kÝch th−íc hîp lý vµ kiÓm tra ®é bÒn cña nã theo lý thuyÕt bÒn ba DiÔn gi¶i tÝnh to¸n: Gi¶ thiÕt: Do c¸c èng chÕ t¹o b»ng cïng mét vËt liÖu th×: E1 = E2 = E vµ µ1 = µ2 = µ (4.5) Trong ®ã: E1, E2 vµ µ1, µ2: lµ mo®un ®µn håi däc vµ hÖ sè Po¸tx«ng cña vËt liÖu èng trong vµ èng ngoµi. Theo tµi liÖu. §èi víi tæ hîp èng ghÐp chÕ t¹o b»ng vËt liÖu cã ®é bÒn kÐo vµ nÐn nh− nhau th× theo lý thuyÕt bÒn thø ba quan hÖ cã lîi nhÊt gi÷a c¸c b¸n kÝnh vµ ®é d«i theo c«ng thøc: B¸n kÝnh mÆt ghÐp cña tæ hîp èng ghÐp ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: r2 = r1r3 (4.6) §é d«i cÇn thiÕt x¸c ®Þnh theo c«ng thøc. ∆= 2r2 ( p1 − p2 ) E (4.7) ¸p lùc d− lín nhÊt ë trong x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: max( p1 − p2 ) = Trong ®ã: r3 − r1 [σ ] r3 p1: ¸p lùc h−íng t©m ph©n bè ®Òu ë bªn trong. p2: ¸p lùc h−íng t©m ph©n bè ®Òu ë bªn trong. r1: B¸n kÝnh trong cña èng trong 76 (4.8) r2: B¸n kÝnh mÆt ghÐp cña tæ hîp èng r1: B¸n kÝnh ngoµi cña èng ngoµi ∆: §é d«i cÇn thiÕt cña èng ghÐp [σ]: lµ øng suÊt cña vËt liÖu lµm èng ghÐp. Tõ c«ng thøc (4.7). max( p1 − p2 ) = r3 − r1 [σ ] r3 Ta x¸c ®Þnh b¸n kÝnh ngoµi cña èng tæ hîp theo c«ng thøc: r3 = ⎛ 1 − ⎜⎜ ⎝ r1 p1 − p 2 ⎞ ⎟ [σ ] ⎟⎠ (4.9) Khi ¸p lùc trong cao ng−êi ta dïng c¸c èng tæ hîp b»ng c¸ch Ðp hay l¾p r¸p nãng hai hay nhiÒu èng h×nh trô l¹i víi nhau. §é bÒn cña mèi ghÐp c¸c èng vµ sù xuÊt hiÖn øng suÊt ban ®Çu ë thµnh èng lµm cho ®−êng kÝnh trong èng ngoµi nhá h¬n ®−êng kÝnh ngoµi cña èng liÒn nã mét ®é d«i ∆ (h×nh 4.2) H×nh 4.2- Hai èng ghÐp lång nhau Khi chiÒu dµi nh− nhau ¸p lùc tiÕp xóc ë mÆt trô nèi ghÐp ph©n bè ®Òu trªn mÆt vµ cã gi¸ trÞ: 77 Po = ∆ 2r2 1 r22 + r12 1 r32 + r22 ( 2 − µ ) + ( − µ2 ) 1 E1 r2 − r12 E2 r32 − r22 (4.10) Trong ®ã: E1, E2, µ1 vµ µ2 lµ mo®un ®µn håi däc vµ hÖ sè Poatx«ng cña vËt liÖu èng trong vµ èng ngoµi. Do c¸c èng chÕ t¹o b»ng cïng mét lo¹i vËt liÖu v× vËy: E1 = E2 = E vµ µ1 = µ2 = µ ¸p lùc tiÕp xóc ë mÆt trô nèi ghÐp ph©n bè ®Òu trªn mÆt vµ cã gi¸ trÞ: ∆E (r32 − r22 )(r22 − r12 ) Po = 3 . 4r2 (r32 − r12 ) (4.11) Khi ch−a cã ¸p lùc t¸c dông ë thµnh cña c¸c èng ghÐp. Khi ®ã ta coi po lµ ¸p lùc ngoµi ®èi víi èng trong vµ po lµ ¸p lùc trong ®èi víi èng ngoµi. Ta x¸c ®Þnh øng suÊt ban ®Çu do ¸p lùc tiÕp xóc Po, ë thµnh èng trong khi ch−a cã ¸p suÊt t¸c dông vµo èng trong: Khi ®ã p1 = 0; p2 = po Do p1 < 2 p2 (7) th× [σ t ] < 0 . r12 1+ 2 r2 C¸c gi¸ trÞ lín nhÊt vµ bÐ nhÊt cña øng suÊt σr vµ σt ®−îc tÝnh theo c«ng thøc ë trong c«ng thøc lµ: r1 = r1; r2 = r2. max σ r = σ r ( ρ =r1 ) = − p1 min σ r = σ r ( ρ =r2 ) = − p2 max σ t = σ t ( ρ =r2 ) = 2 p1r12 − p 2 (r12 + r22 ) r22 − r12 78 min σ t = σ t ( ρ =r1 ) = p1 (r12 + r22 ) − 2 p2 r22 r22 − r12 C¸c biÓu ®å σt vµ σr vÏ trªn h×nh 2 b»ng nÐt ®øt ab Ta x¸c ®Þnh øng suÊt ban ®Çu do ¸p lùc tiÕp xóc Po, ë thµnh cña èng ngoµi khi ch−a cã ¸p suÊt t¸c dông vµo thµnh èng trong. Khi ®ã p1 = po vµ p2 = 0 Do p1 > p2 r22 ( + 1) (12) th× σt > 0. 2 r12 (4.12) C¸c gi¸ trÞ lín nhÊt vµ bÐ nhÊt cña øng suÊt σr vµ σt ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: ë trong c«ng thøc lµ: r1 = r2; r2 = r3. max σ r = σ r ( ρ =r2 ) = − p2 (4.13) min σ r = σ r ( ρ =r1 ) = − p1 (4.14) max σ t = σ t ( ρ =r1 ) = p1 (r12 + r22 ) − 2 p2 r22 r22 − r12 (4.15) min σ t = σ t ( ρ =r3 ) = 2 p1r12 − p2 (r12 + r22 ) r22 − r12 (4.16) C¸c biÓu ®å σt vµ σr vÏ trªn h×nh 2 b»ng nÐt ®øt cd Ta x¸c ®Þnh øng suÊt ë thµnh khèi gåm hai èng (nh− mét èng nguyªn) do t¸c dông cña ¸p lùc trong p1. Khi ®ã p1 = 300 MPa p2 = 0 MPa NÕu p1 > p2 r22 ( + 1) (17) th× σt > 0 2 r12 (4.17) 79 C¸c gi¸ trÞ lín nhÊt vµ bÐ nhÊt cña øng suÊt σr vµ σt ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: ë trong c«ng thøc lµ: r1 = r1; r2 = r3. max σ r = σ r ( ρ =r2 ) = − p 2 (4.18) min σ r = σ r ( ρ =r1 ) = − p1 (4.19) max σ t = σ t ( ρ =r1 ) = p1 (r12 + r22 ) − 2 p2 r22 r22 − r12 (4.20) min σ t = σ t ( ρ =r2 ) = 2 p1r12 − p2 (r12 + r22 ) r22 − r12 (4.21) Khi ®ã p1 = 300 MPa p2 = 0 MPa th× øng suÊt σr vµ σt t¹i bÒ mÆt nèi ghÐp ®−îc tÝnh b»ng c«ng thøc tÝnh øng suÊt t¹i mét ®iÓm bÊt kú cña thµnh èng cã kho¶ng c¸ch ρ ®Õn t©m ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc ë trong c«ng thøc lµ: r1 = r1; r2 = r3. p r (1 + σ σ t , ρ =r2 r , ρ = r2 = = 2 1 1 r22 ρ2 ) − p r (1 + 2 2 2 r12 ρ2 ) (4.22) r22 − r12 p1r12 (1 − r22 ρ ) − p2 r22 (1 − 2 r12 ρ2 ) (4.23) r22 − r12 C¸c biÓu ®å øng suÊt σr vµ σt cho trªn h×nh 2 b»ng ®−êng nÐt liÒn ef. Ta t×m øng suÊt tæng hîp ë thµnh èng trong: σ t ,ρ = r1 = min σ t ,ρ = r1 + max σ t ,ρ = r1 (4.24) σ t ,ρ = r2 = max σ t ,ρ = r2 + σ t ,ρ = r2 (4.25) σ r ,ρ = r1 = max σ r ,ρ = r1 + min σ r ,ρ = r1 (4.26) σ r ,ρ = r2 = min σ r ,ρ = r2 + min σ r ,ρ = r2 (4.27) 80 Vµ øng suÊt tæng hîp ë thµnh èng ngoµi lµ: σ t ,ρ = r2 = max σ t ,ρ = r2 + σ t ,ρ = r2 (4.28) σ r ,ρ = r2 = min σ r ,ρ = r2 + σ r ,ρ = r2 (4.29) σ t ,ρ = r3 = min σ t ,ρ = r3 + σ t ,ρ = r3 (4.30) σ r ,ρ = r3 = max σ r ,ρ = r3 + σ r ,ρ = r3 (4.31) øng suÊt tæng hîp trong èng nhiÒu líp t×m theo ph−¬ng ph¸p céng øng suÊt biÓu thÞ b»ng biÓu ®å ab, cd, ef. BiÓu ®å øng suÊt σr vµ σt tæng hîp vÏ trªn h×nh 2 b»ng cã g¹ch g¹ch. øng suÊt t−¬ng ®−¬ng theo lý thuyÕt bÒn thø ba nh− sau: ë c¸c ®iÓm t¹i mÆt trong cña èng trong σ td III = σ t ,ρ = r1 − σ r ,ρ = r1 (4.32) ë c¸c ®iÓm t¹i mÆt trong cña èng ngoµi σ td III = σ t ,ρ = r2 − σ r ,ρ = r2 (4.33) §iÒu kiÖn bÒn σ td = [σ ] xem nh− ®−îc ®¶m b¶o v× øng suÊt v−ît t¶i nhá III h¬n 5%. Lùc däc trôc cña xilanh ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: F = π * r12 * p1 (4.34) v = rH - rK (4.35) C¸c øng suÊt t¸c dông lªn èng [5]: - øng suÊt h−íng kÝnh: σ r = −P (4.36) - øng suÊt tiÕp tuyÕn: σT = P rk2 + rH2 rk2 − rH2 (4.37) rk2 - øng suÊt däc trôc: σ z = P 2 rH − rk2 81 (4.38) H×nh 4..3- BiÓu ®å øng suÊt σr vµ σt Dïng thuyÕt bÒn 2 (biÕn d¹ng dµi lín nhÊt) ta cã: E.ε max = σ τ − µ.(σ r + σ z ) ≤ σ P = [σ] v = rH − rK ≥ rK 3σ P − P 4P − 3σ P (4.39) (4.40) 82 Tõ c¸c c«ng thøc (5), (6), (7), (8) vµ (9) ta cã: v = rH − rK ≥ rK 3σ P − P 4P − 3σ P (4.41) Trong ®ã: rK: b¸n kÝnh trong cña buång ¸p: rK = D/2 (12) rH: b¸n kÝnh ngoµi cña buång ¸p: rH = D/2+v (4.42) ε max : ®é d·n dµi lín nhÊt [σ] : øng suÊt cho phÐp E: m«dul ®µn håi µ : hÖ sè Poatx«ng Thay gi¸ trÞ vµo c«ng thøc (4.41) ®Ó t×m v. KÕt qu¶ tÝnh to¸n xem b¶ng tÝnh (Tham kh¶o thªm ch−¬ng tr×nh tÝnh èng dµy – phô lôc kÌm theo b¸o c¸o nµy) Ta cã: v = 8,6 (cm); Chän chiÒu dÇy cña buång ¸p suÊt: v =10 (cm) Chän chiÒu cao cña buång ¸p suÊt (phÇn lµm viÖc) h = 20 cm 4.1.2.3 TÝnh to¸n th«ng sè cña bé khuyÕch ®¹i ¸p suÊt Bé khuyÕch ®¹i ¸p suÊt ®−îc thiÕt kÕ theo s¬ ®å sau: H×nh 4.4- M« h×nh tÝnh bé khuyÕch ®¹i ¸p 83 A1: DiÖn tÝch lµm viÖc cña Xilanh thÊp ¸p A2: DiÖn tÝch lµm viÖc cña Xilanh cao ¸p P1: ¸p suÊt lµm viÖc cña xilanh thÊp ¸p P2: ¸p suÊt lµm viÖc cña xilanh cao ¸p k: HÖ sè khuyÕch ®¹i cña bé khuyÕch ®¹i (k = 2 ÷ 20) HÖ sè khuyÕch ®¹i k ®−îc thÓ hiÖn trong quan hÖ sau: A1 = k A2 ⇒ 2 2 (R 12 − r 2 ) A1 (D1 − d ) k= = = A2 D 22 R 22 (4.43) F=PA ⇒ P1 A1 = P2 A2 (4.44) P2 = k P1 NÕu chän D1=160 mm, D2=40 mm, d=25 mm th×: k= ⇒ P1 = (16012 − 252 ) 40 22 = (25600 − 625) = 15.6 1600 P2 2.500 = = 16 MPa k 15.1 (4.45) 4.1.2.4. TÝnh to¸n lùa chän b¬m vµ c¸c linh kiÖn cho hÖ thñy lùc ¸p suÊt cÇn thiÕt cña hÖ thÊp ¸p lµ 16 MPa , nh− vËy ¸p suÊt b¬m thuû lùc hÖ thÊp ¸p sÏ lµ: Pb = P η (4.46) §èi víi b¬m b¸nh r¨ng th−êng chän η = 0.9 ÷ 0.95 ) Pb = 17.8 MPa 84 §Ó b¶o ®¶m an toµn cho b¬m vµ c¸c linh kiÖn thñy lùc cña hÖ thÊp ¸p lµm viÖc ë chÕ ®é liªn tôc, nªn chän b¬m vµ c¸c linh kiÖn cã th«ng sè ¸p suÊt lµ: 21 MPa 4.2. TÝnh to¸n thiÕt kÕ trang bÞ Ðp thñy ®éng 4.2.1. Nguyªn lý vµ c¬ së tÝnh to¸n: ViÖc tÝnh to¸n c¨n cø vµo c¸c c¬ so sè liÖu chÝnh sau: • øng suÊt cho phÐp cña vËt liÖu buång ¸p suÊt cao: σm=1.000 MPa • øng suÊt lµm viÖc cao nhÊt cña buång ¸p suÊt: σn=800 MPa • Lùc Ðp lín nhÊt cña m¸y Ðp thñy lùc: Fmax=4.000.000 N Nguyªn lý lµm viÖc cña trang bÞ Ðp thuû ®éng ®−îc thÓ hiÖn trong h×nh: Toµn bé buång ¸p suÊt cao, côm chµy Ðp vµ khu«n h×nh ®−îc l¾p trªn m¸y Ðp thñy lùc 400 TÊn. Ph«i ®−îc s¬ chÕ phï hîp yªu cÇu c«ng nghÖ vµ l¾p vµo buång ¸p suÊt. Lùc cña m¸y Ðp nÐn m«i tr−êng truyÒn ¸p lµm cho ¸p suÊt trong buång ¸p suÊt t¨ng dÇn ®Õn giíi h¹n lµm biÕn d¹ng vËt liÖu ph«i. S¶n phÈm tho¸t ra víi tèc ®é cao t¹o lªn qu¸ tr×nh Ðp thñy ®éng. H×nh d¹ng, c¬ tÝnh vµ chÊt l−îng bÒ mÆt s¶n phÈm phô thuéc thµnh phÇn, tr¹ng th¸i cña vËt liÖu ph«i vµ chÞu ¶nh h−ëng rÊt lín vµo h×nh d¸ng vµ vËt liÖu khu«n h×nh . 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Chµy Ðp Gio¨ng M«i tr−êng truyÒn ¸p DÉn h−íng Ph«i Khu«n h×nh Gio¨ng 8. Buång ¸p suÊt H×nh 4.5- S¬ ®å nguyªn lý trang bÞ Ðp thñy ®éng 85 4.2.2. TÝnh to¸n thiÕt kÕ buång ¸p suÊt cao cho c«ng nghÖ Ðp thñy ®éng 4.2.2.1. TÝnh to¸n ®èi víi èng dµy mét líp H×nh 4.6- S¬ ®å tÝnh èng dµy + øng suÊt ph¸p t¹i mét ph©n tè c¸ch t©m kho¶ng ρ (r1 ≤ ρ ≤ r2): ⎛ ⎛ r2 ⎞ r2 ⎞ p1 .r12 ⎜⎜ 1 − 2 2 ⎟⎟ − p 2 .r22 ⎜⎜ 1 − 1 2 ⎟⎟ ρ ⎠ ρ ⎠ ⎝ ⎝ σr = 2 2 r2 − r1 (4.47) + øng suÊt tiÕp t¹i mét ph©n tè c¸ch t©m kho¶ng ρ: ⎛ ⎛ r2 ⎞ r2 ⎞ p1 .r12 ⎜⎜ 1 + 2 2 ⎟⎟ − p 2 .r22 ⎜⎜ 1 + 1 2 ⎟⎟ ρ ⎠ ρ ⎠ ⎝ ⎝ στ = 2 2 r2 − r1 trong ®ã: (4.48) p1 - ¸p suÊt bªn trong èng MPa p2 - ¸p suÊt bªn ngoµi èng MPa r1 - b¸n kÝnh trong (mm) r2 - b¸n kÝnh ngoµi (mm) Víi vËt liÖu dù kiÕn chän lµ vËt liÖu dÎo, ta nghiÖm bÒn khu«n, buång chÞu ¸p lùc theo thuyÕt bÒn thø IV- gi¶ thuyÕt thÕ n¨ng biÕn ®æi h×nh d¹ng riªng: σ tdIV = σ 12 + σ 22 + σ 32 − σ 1σ 2 − σ 2σ 3 − σ 1σ 3 ≤ [σ K ] 86 (4.49) Trong ®ã: [σ K ]: giíi h¹n kÐo cho phÐp Khi èng chÞu ¸p lùc trong lín ngêi ta sö dông ph−¬ng ¸n ghÐp èng ®Ó gi¶m gi¸ trÞ thµnh phÇn øng suÊt tiÕp, tõ ®ã gi¶m thµnh phÇn øng suÊt t−¬ng ®−¬ng, tiÕt kiÖm vËt liÖu ®¾t tiÒn. 4.2.2.2. TÝnh to¸n ®èi víi èng dµy nhiÒu líp Gi¶ sö xÐt èng h×nh trô 2 líp, gi¶ thiÕt ®−êng kÝnh trong cña èng ngoµi nhá h¬n ®−êng kÝnh ngoµi cña èng trong mét ®é d«i ∆. Khi ®ã, ¸p lùc tiÕp xóc ë ®o¹n nèi ghÐp cã gi¸ trÞ: p0 = ∆ / 2r2 ⎞ 1 1 ⎛r +r ⎜⎜ − µ1 ⎟⎟ + E1 ⎝ r − r ⎠ E2 2 2 2 2 2 1 2 1 ⎞ ⎛ r32 + r22 ⎜⎜ 2 + µ 2 ⎟⎟ 2 ⎠ ⎝ r3 − r2 (4.50) Trong ®ã E1, E2, µ1, µ2 – m« ®un ®µn håi däc vµ hÖ sè Poatx«ng cña vËt liÖu èng trong vµ èng ngoµi. - Tr−êng hîp 1: GhÐp 2 èng, gi¶ thiÕt ghÐp víi ®é d«i lín nhÊt H/z Gi¶ sö chän ®−êng kÝnh ngoµi èng 1 lµ 10,5; suy ra ®−êng kÝnh ngoµi cña èng theo c«ng thøc: r3 = r22 r1 ⇒ r3 =31,5cm; Thay vµo c«ng thøc trªn ta cã biÓu ®å øng suÊt tiÕp vµ ph¸p cña èng ghÐp (H×nh 4.7) -øng suÊt t−¬ng ®−¬ng t¹i c¸c ph©n tè líp trong cïng cña èng trong: σ tdIV = 23,023.10 3 (MPa) -øng suÊt t−¬ng ®−¬ng t¹i c¸c ph©n tè líp trong cïng cña èng ngoµi: σ tdIV = 4,276.103 (MPa) 87 H×nh 4.7- BiÓu ®å øng suÊt cña èng ghÐp NhËn xÐt: èng ngoµi cã thÓ chØ cÇn lµm b»ng thÐp 45 ®ñ gióp kÕt cÊu bÒn. So víi tr−êng hîp sö dông mét èng Φ630/70 th× tiÕt kiÖm ®−îc vËt liÖu lµm èng quý hiÕm vµ vÒ mÆt øng suÊt líp trong cïng cã lîi h¬n (khi sö dông 1 èng th× øng suÊt t−¬ng ®−¬ng t¹i líp trong cña èng lµ: σ tdIV = 24,552.10 3 (MPa). - Tr−êng hîp 2: GhÐp 3 èng, gi¶ thiÕt ghÐp èng trong víi èng trung gian víi ®é d«i lín nhÊt H/z; mèi ghÐp gi÷a èng trung gian víi èng ngoµi theo kiÓu H/u; + Gi¶ thiÕt vÉn gi÷ l¹i kÝch th−íc ®−êng kÝnh ngoµi èng trong cïng Φ210 (V× nÕu cµng gi¶m kÝch th−íc ®−êng kÝnh nµy, th× cho dï ®−êng kÝnh ngoµi èng trung gian cã t¨ng ®Õn v« cïng th× øng suÊt líp trong cïng cña èng trong cµng t¨ng lªn). + KÝch th−íc tèi ®a cña èng trung gian nhá h¬n Φ630, th× øng suÊt tiÕp vµ theo ®ã øng suÊt t−¬ng ®−¬ng t¹i c¸c ph©n tè líp bÒ mÆt bªn trong cña èng nhá nhÊt sÏ lín h¬n tr−êng hîp ghÐp 2 èng ph©n tÝch ë trªn (gi¸ trÞ nµy kh«ng phô thuéc vµo sù ghÐp gi÷a èng trung gian vµ èng ngoµi), gi¸ trÞ v−ît dao ®éng 88 trong kho¶ng 130 MPa (Khi ®−êng kÝnh ngoµi èng nhá nhÊt Φ330) ®Õn 70 MPa (Khi ®−êng kÝnh ngoµi èng nhá nhÊt Φ400). Nh− vËy, nÕu chÊp nhËn gi¸ trÞ øng suÊt t−¬ng ®−¬ng t¨ng nh− trªn-gi¶i quyÕt b»ng c¸c biÖn ph¸p xö lý bÒ mÆt, ta cã thÓ t¨ng kh¶ n¨ng t×m kiÕm vËt liÖu. §Ó cã thÓ lùa chän ph−¬ng ¸n ta tra b¶ng 4.1 + Nh− vËy, qua b¶ng 4.1 ta thÊy nÕu chÊp nhËn gi¸ trÞ øng suÊt t−¬ng ®−¬ng líp bÒ mÆt cña èng trong cïng t¨ng lªn tõ 70 MPa ÷130 MPa th× ta sÏ cã nhiÒu ph−¬ng ¸n lùa chän ph«i gia c«ng c¸c èng ngoµi. C¸c èng ngoµi tõ èng thø hai trë ra chØ cÇn lµm b»ng thÐp c¸cbon th«ng th−êng nh− thÐp 45. B¶ng 4.1: øng suÊt t−¬ng ®−¬ng (MPa) §−êng kÝnh T¹i mÆt trong T¹i mÆt ngoµi T¹i mÆt trong T¹i mÆt ngoµi T¹i mÆt trong T¹i mÆt ngoµi danh nghÜa vµ cña èng sè 1 cña èng sè 1 cña èng sè 2 cña èng sè 2 cña èng sè 3 cña èng sè 3 kiÓu ghÐp Φ210H8/z8 243.3 270.3 336.7 141.5 153.1 94.6 Φ330H8/u8 Φ450 Φ210H8/z8 Φ400H8/u8 Φ450 237.4 265.4 386.5 113.3 191.4 158.9 + Víi ®iÒu kiÖn ghÐp 3 èng Φ210H8/z8, Φ330H8/u8, Φ450, ch−a tÝnh ®Õn kh¶ n¨ng t¨ng bÒn líp bÒ mÆt b»ng c¸c ph−¬ng ph¸p cã thÓ, víi vËt liÖu lµm èng trong cïng chän b»ng thÐp hîp kim chÊt l−îng tèt, th× ¸p suÊt tèi ®a trong buång chÞu ¸p lùc kh«ng lµm biÕn d¹ng dÎo hay ph¸ huû côc bé líp bÒ mÆt cña èng trong cïng (xem b¶ng 4.2) - Tr−êng hîp ghÐp nhiÒu h¬n 3 èng: th× cho kÕt qu¶ hoµn toµn theo kÕt luËn ®· chØ ra ë trªn. NghÜa lµ nÕu cµng gi¶m kÝch th−íc ®−êng kÝnh èng trong cïng th× cã nghÜa lµ øng suÊt tiÕp, theo ®ã øng suÊt t−¬ng ®−¬ng cña c¸c ph©n tè líp trong cña èng nµy sÏ t¨ng lªn, ®©y lµ ®iÒu kh«ng thÓ chÊp nhËn. NÕu gi÷ nguyªn kÝch th−íc èng trong th× c¸c èng tiÕp theo ë bªn ngoµi quy luËt biÕn B¶ng 4.2 89 TT KÕt cÊu VËt liÖu Giíi h¹n ch¶y (MPa) [σ K ] (MPa) Pmax (MPa) 30XΓCHA 1 Φ210H8/z8 Φ330H8/u8 Φ450 45XHMΦA 30XPA 1.300 1.000 663 1.100 846 585 1.300 1.000 6.920 1.100 8.460 611 40XΓP 38XH3MΦA 30XΓT 30XΓCHA Φ210H8/z8 2 Φ400H8/u8 Φ450 45XHMΦA 30XPA 40XΓP 38XH3MΦA 30XΓT thiªn gi¸ trÞ vµ kho¶ng gi¸ trÞ øng suÊt t−¬ng ®−¬ng (theo thuyÕt bÒn IV) trong ph¹m vi 400MPa÷100MPa. Víi kho¶ng gi¸ trÞ nµy ta dÔ dµng chän ®−îc vËt liÖu vµ cã nhiÒu kh¶ n¨ng lùa chän ph«i ®Ó gia c«ng h¬n. KÕt luËn: 1. Ta cã thÓ lùa chän kÕt cÊu lµ 2 èng ghÐp (kÝch th−íc chØ ra ë trªn lµ kÝch th−íc tèi −u trong ghÐp 2 èng); hoÆc kÕt cÊu ghÐp tõ 3 èng (ë trªn ta ®· chØ ra qui luËt biÕn thiªn øng suÊt theo biÕn chiÒu dµy cña èng trung gian vµ èng ngoµi cïng). §Ó ghÐp cÇn nung èng ngoµi ®Õn nhiÖt ®é 300÷350oC, kÕt hîp víi Ðp. 2. Ph¶i xö lý bÒ mÆt ®Ó t¨ng bÒn líp bÒ mÆt trong cïng cña èng trong: Mét vµi ph−¬ng ph¸p vµ kh¶ n¨ng t¨ng bÒn cña nã cÇn t×m hiÓu tiÕp: + Hãa nhiÖt luyÖn: ThÊm nit¬-c¸cbon (xyanua), thÊm c¸c bon-nit¬- l−u huúnh (sunfua xyanua)... + C¸c c«ng nghÖ lµm biÕn cøng bÒ mÆt. 90 4.2.3. TÝnh bÒn khu«n t¹o h×nh 4.2.3.1. TÝnh bÒn phÇn c«n cña khu«n γ H×nh 4.8- S¬ ®å tÝnh khu«n t¹o h×nh B¾t ®Çu qu¸ tr×nh Ðp, ®o¹n c«n ®Çu ph«i tiÕp xóc víi ®o¹n c«n cña khu«n theo mét vµnh. §Õn khi ph«i b¾t ®Çu chuyÓn ®éng- x¶y ra qu¸ tr×nh biÕn d¹ng dÎo líp bÒ mÆt ph«i, t¹i thêi ®iÓm nµy ¸p lùc tõ chµy t¸c dông lªn khu«n lµ lín nhÊt, theo gi¶ thiÕt ¸p suÊt lín nhÊt t−¬ng øng khi ®ã lµ 1.400 MPa. Bµi to¸n nghiÖm bÒn khu«n víi m« h×nh khu«n nh h×nh 2 Ph©n tÝch ¸p suÊt tiÕp xóc t¸c dông lªn phÇn c«n cña khu«n thµnh hai thµnh phÇn: + P0' : thµnh phÇn theo ph−¬ng h−íng kÝnh P0' =P0 . sin(γ/2) + P0'' : thµnh phÇn theo ph−¬ng däc trôc P0'' = P0 . cos(γ/2) T¹i líp ngoµi h×nh trô cña khu«n lu«n chÞu ¸p suÊt h−íng kÝnh P0 (theo kÕt cÊu cña khu«n) ¸p dông c«ng thøc (1), (2) ta cã: Ta ph¶i nghiÖm bÒn phÇn c«n cã chiÒu dµy nhá nhÊt Tr−êng hîp 1: Gi¶ thiÕt t¹i ®ã: r1 = 2,6 cm r2 = 3,0 cm 91 p1 = P0' = P0 . sin(γ/2) = 14.102. sin (44o/2) = 5,25.102 (MPa) p2 = P0 = 14.102 MPa vµ mét ¸p suÊt däc trôc p3 = P0'' = P0 . cos(γ/2) 14.102. cos(44o/2) = 12,98.102 (MPa) Ta ®−îc: * T¹i ph©n tè thuéc líp trong cïng ρ=r1 σ r = −5,25.10 2 MPa σ τ = −75,56.10 2 MPa vµ thµnh phÇn øng suÊt thø ba-øng suÊt däc trôc σl = -1,298 MPa Theo thuyÕt bÒn thø IV, øng suÊt t−¬ng ®−¬ng σ tdV = 66,784.10 2 MPa * T¹i ph©n tè líp ngoµi cïng ρ=r2: σ r = −14.10 2 MPa σ τ = −20,26.10 2 MPa øng suÊt t−¬ng ®−¬ng theo thuyÕt bÒn IV: σ tdIV = 17,96.10 2 MPa Tr−êng hîp 2: Gi¶ thiÕt r1 = 1,5 cm r2 = 3,0 cm p1 = P0' = P0 . sin(γ/2) = 14.102. sin (44o/2) = 5,25.102 (MPa) p2 = P0 = 14.102 MPa vµ mét ¸p suÊt däc trôc p3 = P0'' = P0 . cos(γ/2) 14.102. cos(44o/2) = 12,98.102 (MPa) * T¹i ph©n tè thuéc líp trong cïng ρ=r1 σ r = −5,25.10 3 MPa σ τ = −27,68.10 3 MPa 92 vµ thµnh phÇn øng suÊt thø ba-øng suÊt däc trôc σl = -1.298 MPa Theo thuyÕt bÒn thø IV, øng suÊt t−¬ng ®−¬ng σ tdV = 19,73.10 2 MPa * T¹i ph©n tè líp ngoµi cïng ρ=r2: σ r = −14.10 2 MPa σ τ = −18,28.10 2 MPa øng suÊt t−¬ng ®−¬ng theo thuyÕt bÒn IV: σ tdIV = 16,47.10 2 MPa Nh− vËy, vËt liÖu khu«n ph¶i cã giíi h¹n bÒn líp bÒ mÆt: σ b ≥ 19,73.10 2 MPa . ë ®©y ta ph¶i t×m c¸ch t¨ng ®é cøng vµ bÒn líp bÒ mÆt c«n nh− thÊm c¸cbon-nit¬, chiÒu s©u líp thÊm dù kiÕn lµ ≈1,2mm. 4.2.3.2. TÝnh to¸n bÒn phÇn trô t¹o h×nh a/ TÝnh cho tr−êng hîp trô ngoµi kh«ng chÞu ¸p lùc nµo Gi¶ thiÕt phÇn trô bªn ngoµi t−¬ng øng víi phÇn trô t¹o h×nh trong kh«ng chÞu ¸p lùc nµo. Coi ¸p lùc tiÕp xóc gi÷a vËt liÖu ph«i vµ bÒ mÆt cèi lµ 14.103 at Suy ra c¸c th«ng sè ®Çu vµo ®Ó tÝnh øng suÊt: r1 = 1 cm; r2 = 3,5 cm; p1 = 14. 102 MPa; p2 = 0 MPa. Trong tr−êng hîp nµy ta chØ cÇn nghiÖm bÒn ®èi víi c¸c ph©n tè líp trong cïng, thay vµo c«ng thøc (1), (2) ta ®−îc: σ r = −14.10 2 MPa σ τ = 16,49.10 2 MPa øng suÊt t−¬ng ®−¬ng theo thuyÕt bÒn IV 93 σ tdIV = 26,43.10 2 MPa Nh− vËy, ta khã cã thÓ chän m¸c thÐp hîp kim nµo tho¶ m·n ®iÒu kiÖn bÒn trªn. Thùc tÕ chøng minh ta cÇn t¹o ¸p lùc tiÕp xóc bªn ngoµi phÇn trô t−¬ng øng víi phÇn trô trong b/ T¹o ¸p lùc th«ng qua chÝnh ¸p suÊt m«i tr−êng truyÒn ¸p + ¸p lùc th«ng qua chÝnh ¸p suÊt cña m«i tr−êng truyÒn ¸p trong khu«n, ta lµm bËc ®Æt gio¨ng bÞt kÝn thÊp xuèng. Theo ph−¬ng ¸n nµy øng suÊt t−¬ng ®−¬ng t¹i c¸c ph©n tè líp bÒ mÆt bªn trong còng nh ngoµi gi¶m ®i trong cèi nhá, ta dÔ dµng chän ®−îc vËt liÖu. KÕt cÊu khu«n nh− h×nh 3.7: γ H×nh 4.9- KÕt cÊu khu«n h×nh c©n b»ng ¸p lùc Khi ®ã: p1 = p2 =14. 102 MPa * T¹i ph©n tè thuéc líp trong cïng hay ngoµi cïng: ρ=r1, ρ=r2; cã tr¹ng th¸i øng suÊt nh nhau: σ r = −14.10 2 MPa σ τ = −14.10 2 MPa 94 øng suÊt t−¬ng ®−¬ng theo thuyÕt bÒn IV σ tdIV = 14.10 2 MPa H×nh 4.10- BiÓu ®å øng suÊt tiÕp ( σ τ ) vµ øng suÊt ph¸p ( σ r ) + T¹o líp ¸o bao ngoµi, l¾p ghÐp cã ®é d«i ∆- t¹o øng suÊt d thµnh ngoµi cèi. c/ TÝnh to¸n khi líp trô ngoµi chÞu ¸p lùc- l¾p ghÐp cã ®é d«i víi líp ¸o cña buång chÞu ¸p lùc. T¹o líp ¸o bao ngoµi, gi¶ sö l¾p ghÐp gi÷a cèi vµ ¸o khu«n bªn ngoµi cã ®é d«i theo kiÓu Φ70H8/z8 (khi l¾p ph¶i gia nhiÖt, kÕt hîp víi Ðp), suy ra: ∆min= 0,154mm ∆max= 0,256mm §é d«i trung b×nh cña kiÓu l¾p: ∆TB= ∆ =0,205mm = 0,0205cm Gi¶ thiÕt b¸n kÝnh líp ¸o khu«n ngoµi r3 = 6 cm. Coi cèi vµ ¸o khu«n lµm tõ hai lo¹i vËt liÖu E1 ≈ E2 ; µ1≈µ2 Thay vµo (4), ta cã ¸p lùc bªn ngoµi cèi: p2 = p0 = 1,96. 102 MPa Khi ®ã, theo (1), (2) t¹i c¸c ph©n tè líp trong cïng cña khu«n t¹o h×nh (®o¹n h×nh trô): σ r = −14.10 2 MPa σ τ = 12,22.10 2 MPa 95 øng suÊt t−¬ng ®−¬ng theo thuyÕt bÒn IV σ tdIV = 22,72.10 2 MPa Víi gi¸ trÞ nµy ta khã chän ®−îc vËt liÖu lµm khu«n t¹o h×nh. Nh− vËy, ®Ó gi¶m øng suÊt t−¬ng ®−¬ng ta kh«ng thÓ t¨ng ®é d«i (rÊt khã cho qu¸ tr×nh l¾p r¸p), chØ cß c¸ch t¨ng chiÒu dµy cña líp ¸o. Theo c«ng thøc r3 = r22 ; ⇒ r3 = 12,25cm; r1 TÝnh to¸n ta ®−îc: P2=po= 246,85 MPa T¹i ph©n tè líp trong cïng r1=1cm σ r = −14.10 2 MPa σ τ = 11,11.10 2 MPa σ tdIV = 17,75.10 2 MPa Nh− vËy, còng vÉn khã cã thÓ chän ®−îc vËt liÖu tho¶ m·n. C¸ch kh¾c phôc, ph¶i t¨ng cøng vµ giíi h¹n bÒn bÒ mÆt b»ng c¸c chÕ ®é ho¸ nhiÖt luyÖn ®Ó ®¶m b¶o líp bÒ mÆt kh«ng bÞ ph¸ huû. Mét vµi m¸c thÐp chÊt l−îng cao mµ ta cÇn quan t©m lµ: vËt liÖu thÐp Cr«m Mangan, vÝ dô: 30XPA (sau khi nhiÖt luyÖn th× σb=16.122 MPa) 30XΓT hay 40XΓP (sau nhiÖt luyÖn, σB=15.102 MPa). KÕt luËn: Nh− vËy, ë ®©y ta chän ph−¬ng ¸n t¹o ¸p lùc bªn ngoµi t−¬ng øng víi phÇn trô t¹o h×nh Φ20 nhê ¸p lùc cña m«i chÊt truyÒn ¸p suÊt. +Khi ®ã, xÐt ®Õn c¶ yÕu tè nhiÖt (do gia nhiÖt ban ®Çu hoÆc do ma s¸t trªn bÒ mÆt tiÕp xóc) mét vµi m¸c vËt liÖu cã thÓ xÐt ®Ó chän xem b¶ng 4.3 96 B¶ng 4.3: STT M¸c vËt liÖu σT(MPa) σB(MPa) 1 30XΓCHA 1300 1650 2 38XH3MΦA 1100 1200 3 45XHMΦA 1300 1450 4 30XPA 1300 1600 5 30XΓT 1100 1500 6 40XΓP 1300 1500 + Cßn c¸c bé phËn chÞu ¸p lùc kh¸c nh−: th©n buång chÞu ¸p lùc (nh÷ng líp trong cïng), ®Õ, gi¸ cã thÓ chän c¸c m¸c vËt liÖu theo b¶ng 4.4 B¶ng 4.4: STT M¸c vËt liÖu σT(MPa) σB(MPa) 1 27XΓP 1200 1400 2 40XC 1100 1200 3 20X2H4A 1100 1300 4 20XΓHP 1100 1300 4.2.4. TÝnh gãc më khu«n tèi −u Theo lý thuyÕt ®é dÎo th× lùc biÕn d¹ng cÇn thiÕt còng nh− ¸p suÊt thñy tÜnh cÇn thiÕt cho qu¸ tr×nh Ðp ®ïn ®Æc trªn bao gåm phÇn biÕn d¹ng lý t−ëng, phÇn tr−ît vµ phÇn ma s¸t (H×nh 4.11). Trong khi lùc biÕn d¹ng lý t−ëng kh«ng phô thuéc vµo ®é lín cña gãc më khu«n th× tæn hao tr−ît gi¶m ®i víi gãc më gi¶m, ng−îc l¹i tæn hao do ma s¸t l¹i t¨ng lªn do diÖn tÝch ma s¸t t¨ng lªn. Do ®ã vÒ nguyªn t¾c sÏ cã mét gãc më khu«n mµ khi biÕn d¹ng yªu cÇu ¸p suÊt thñy lùc mét gia trÞ nhá nhÊt. 97 Gi¸ trÞ cña gãc tèi −u nµy phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn biÕn d¹ng, ë ®ã nh×n chung víi lùc hay ¸p suÊt biÕn d¹ng lín th× gãc më tèi −u còng t¨ng lªn. Khi ë ¸p suÊt cao th× vËt liÖu cøng h¬n hay ®é biÕn d¹ng lín h¬n kh«ng ®ãng vai trß g×. T−¬ng øng khi øng suÊt ë bÒ mÆt bÞ lùc t¸c dông t¨ng lªn, sù t¸c ®éng lªn mµng b«i tr¬n còng t¨ng lªn vµ do ®ã tæn hao do ma s¸t còng t¨ng lªn. Víi sau thay ®æi m«i tr−êng Ðp, chÊt b«i tr¬n, ®iÒu kiÖn b«i tr¬n bÞ thay ®æi, do ®ã mµ gãc më tèi −u còng thay ®æi. H×nh 4.11. X¸c ®Þnh gãc më khu«n tèi −u tõ c¸c lùc riªng (1 kbar=100MPa=100N/mm2) 4.2.5. TÝnh to¸n lùc Ðp ®ïn Sù phô thuéc tuyÕn tÝnh gi÷a ¸p lùc Ðp vµ ®é biÕn d¹ng khi Ðp ch¶y vµ Ðp ®ïn th«ng th−êng ®· ®−îc Pugh chøng minh, còng ®Æc tr−ng cho Ðp ®ïn, Ðp ch¶y thñy tÜnh. Gi¶ sö ®é cøng cña c¸c ph«i lµ H lµ gi¸ trÞ ®Æc tr−ng cho vËt liÖu, theo Pugh ¸p lùc Ðp cÇn thiÕt cho Ðp ®ïn tiÕn ®Æc víi khu«n 45o; ë nhiÖt ®é phßng, ph−¬ng tr×nh thùc nghiÖm sau cho kÕt qu¶ t−¬ng ®«i chÝnh x¸c: HoÆc lµ: P = ϕ(0,0579H + 0,617) [kbar] (4.51) P = ϕ(5,79H + 61,7) (4.52) 98 [MPa] H×nh 4.12- Sù phô thuéc cña ¸p suÊt Ðp ®ïn vµo gãc më khu«n 2α vµ vµo vËt liÖu (a) còng nh− vµo gãc më kh«n 2α vµ tû lÖ tiÕt diÖn Ao/A1 (b)-(1kbar=100MPa=100N/mm) C¸c ph−¬ng tr×nh nµy ®óng cho c¸c vËt liÖu kim lo¹i kh¸c nhau, nh−ng trong ®iÒu kiÖn b«i tr¬n thñy ®éng vµ h×nh d¹ng vËt thÓ ®· chän. Trong ®ã: P - ¸p suÊt Ðp ®ïn H - §é cøng cña ph«i (Vicker) ϕ - ln(Ao/A1) §é biÕn d¹ng Ao - TiÕt diÖn ph«i A1 - TiÕt diÖn vËt sau biÕn d¹ng C¸c quan hÖ thùc nghiÖm t−¬ng tù còng ®−îc nhiÒu t¸c gi¶ ®−a ra. Mét sè kÕt qu¶ thùc nghiÖm ®¸nh gi¸ c¸c qu¸ tr×nh kh¸c nhau vµ ®· cho thÊy ph−¬ng tr×nh cña Pugh cho kÕt qu¶ tÝnh to¸n lùc Ðp ®ïn lµ t−¬ng ®èi chÝnh x¸c. Trong h×nh 13 ®· biÓu diÔn quan hÖ gi¸ trÞ thùc nghiÖm cña nhiÒu lo¹i vËt liÖu P/ϕ víi ®é cøng cña vËt liÖu. Sù trïng hîp gi÷ kÕt qu¶ tÝnh to¸n theo Pugh vµ gi¸ trÞ ®o ®−îc lµ tèt. Lùc Ðp ®ïn cÇn thiÕt so víi gi¸ trÞ tÝnh to¸n lµ ®é dao ®éng ±25%. 99 ¸p suÊt tÝnh to¸n th−êng nhá h¬n ¸p suÊt tÜnh khi b¾t ®Çu qu¸ tr×nh, sù t¨ng lªn cña ¸p suÊt tÜnh còng cã thÓ bá qua nÕu ph«i Ðp ®−îc t¹o c«n tr−íc ®ã. ViÖc tÝnh theo lý thuyÕt ®é dÎo còng cã thÓ tiÕn hµnh nh− cho Ðp ®ïn th«ng th−êng. C¸c ®¹i l−îng ®Çu vµo lµ kÝch th−íc s¶n phÈm, ®é biÕn d¹ng, gãc më khu«n 2α vµ sè ma s¸t µ. Nh−ng cÇn chó ý r»ng khi Ðp ®ïn vµ Ðp ch¶y thñy tÜnh gãc më khu«n 2α nhá h¬n, tæn hao do ma s¸t rÊt nhá (Sè ma s¸t µ nhá h¬n 0,05). H×nh 4.13. T−¬ng quan gi÷a ¸p lùc Ðp ®ïn P, ®é biÕn d¹ng ϕ vµ ®é cøng cña ph«i H cña c¸c vËt liÖu kh¸c nhau - 1kbar=100MPa=100N/mm C¸c qu¸ tr×nh gÇn ®óng sÏ cho kÕt qu¶ chÝnh x¸c h¬n, ®Æc biÖt lµ qu¸ tr×nh giíi h¹n trªn. §Æc biÖt ®èi víi Ðp ch¶y thñy tÜnh ®Æc tiÕn th× Pugh vµ Avitor cho kÕt qu¶ tèt nhÊt. C¸c hiÖu chØnh cña Avitor ®−îc ph¸t triÓn trong víi sù chó ý ®Õn ®iÒu kiÖn b«i tr¬n thñy ®éng. Qu¸ tr×nh giíi h¹n ®· cho c¸c kÕt qu¶ nh− lùc Ðp cÇn thiÕt, h×nh d¹ng khu«n còng nh− ¶nh h−ëng cña c¸c tham sè nh− nhiÖt ®é ®Õn qu¸ tr×nh Ðp. C¸c kh¶o s¸t Ðp chÊt dÎo cho kÕt qu¶ vÒ øng suÊt tõng vïng, sù thay ®æi h×nh d¹ng vµ ph©n bè nhiÖt ®é. 100 Ch−¬ng 5 kÕt qu¶ nghiªn cøu vµ mét sè h×nh ¶nh vÒ s¶n phÈm 5.1. ChÕ t¹o ph«i con tèng kh−¬ng tuyÕn nßng sóng 12,7mm 5.1.1. §Æc ®iÓm cña s¶n phÈm Khi chÕ t¹o nßng sóng, sau khi t¹o lç nßng sóng b»ng ph−¬ng ph¸p khoan s©u hoÆc rÌn, ng−êi ta ph¶i t¹o ®−îc lç nßng sóng cã ®é cøng, ®é bãng cao vµ cã r·nh kh−¬ng tuyÕn ®Ó viªn ®¹n khi bay trong lßng sóng nhËn ®−îc chuyÓn ®éng quay vµ æn ®Þnh ®−êng bay khi ra khái nßng sóng. §Ó lµm ®−îc c«ng viÖc trªn cÇn cã dông cô gäi lµ con tèng. Con tèng nßng sóng th−êng ®−îc chÕ t¹o tõ hîp kim cøng víi ®é chÝnh x¸c kÝch th−íc vµ ®é bãng bÒ mÆt cao tõ c¸c ph«i h×nh trô. C¸c ph«i nµy th−êng cã tØ lÖ chiÒu cao trªn ®−êng kÝnh H/Ø >3. §Ó tr¸nh viÖc ph©n bè ¸p suÊt Ðp kh«ng ®Òu theo chiÒu cao thái Ðp, dÉn ®Õn ph«i sau thiªu kÕt th−êng bÞ cong vªnh vµ ®−êng kÝnh kh«ng ®Òu, ng−êi ta ®· dïng ph−¬ng ph¸p Ðp theo chiÒu h−íng kÝnh trong khu«n kÝn, mÆc dï vËy vÉn kh«ng tr¸nh khái sù ph©n bè ¸p suÊt Ðp kh«ng ®Òu g©y phÕ phÈm nhiÒu khi thiªu kÕt. Ph−¬ng ¸n tèt nhÊt ®Ó chÕ t¹o ph«i lo¹i nµy lµ ph−¬ng ¸n Ðp thñy tÜnh H×nh 5.1- Ph«i con tèng12,7mm H×nh 5.2- Con tèng 12,7mm 5.1.2. TÝnh to¸n khu«n Ðp thñy tÜnh ph«i con tèng nßng sóng 12,7mm a/ C¸c d÷ liÖu ban ®Çu: * KÝch th−íc s¶n phÈm: Φ = 15mm, H = 42mm. 101 * VËt liÖu chÕ t¹o: BK10XOM. * HÖ sè co ngãt cña vËt liÖu (theo sè liÖu Phßng VL§C) αs = 0,2 (20%) => ∆ls = 0,8 • TØ phÇn nÐn tuyÕn tÝnh ∆lc = 0,7 • MËt ®é s¶n phÈm: Ds = 14,35 g/cm3. • MËt ®é ®iÒn ®Çy: Df = 2,5 g/cm3 • TØ phÇn hao khi thiªu : ∆W = 0,98 • HÖ sè në trë l¹i : S = 0,0015 b/ TÝnh to¸n kÝch th−íc khu«n vµ kÝch th−íc vËt Ðp 1. Lång ®ì (support cage) 2. Tói ®µn håi (Elastic bag) 3.N¾p trªn n¾p d−íi ®µn håi (Elastic covers) 4. Bét hîp kim H×nh 5.3- Khu«n Ðp thñy tÜnh con tèng nßng sóng 12,7mm §Ó Ðp ®−îc ph«i h×nh trô theo yªu cÇu cña chi tiÕt ta chän ph−¬ng ph¸p −ít (wet bag), tói co (collapsing bag) nh− h×nh vÏ trªn. • TÝnh to¸n kÝch th−íc khu«n Ðp: - §−êng kÝnh trong khu«n Ðp: XuÊt ph¸t tõ ®iÒu kiÖn vÒ tÝnh b¶o tån khèi l−îng ta cã: 102 mf. ∆w = ms mÆt kh¸c mf = Df . πR2f . Hf ms = Ds . πR2s . Hs Df. πRf 2. ∆w = Ds. πR2s .Hs do ®ã: Tõ ®ã rót ra : R f = Rs Ds .H s D f .∆w.H f trong ®ã Hs = ∆lΣ = 0.7 x0.8 = 0.56 Hf thay sè liÖu vµo ta cã: R f = 7.5 do ®ã 14.35 x0.56 = 13.58mm 2.5 x0.98 Øk = 13,58 x 2 = 27,17mm Hk = Hs 42 = = 75mm ∆lΣ 0.56 • TÝnh to¸n ph«i Ðp: Rc = Rs : ∆ls = 7,5:0,8 = 9,375mm Øc = 9,375 x 2 = 18,75mm Hc = H s 42 = = 52.5mm ∆ls 0.8 • TÝnh to¸n khèi l−îng vËt liÖu vµ mËt ®é ph«i Ðp: - Khèi l−îng chi tiÕt: ms = Ds. πR2s.Hs = 14,35 . 3,1416 . 0,752 . 4,20 = 106,5 g - Khèi l−îng bét cho 1 chi tiÕt mf = ms: ∆w= 106,5 : 0,98 = 108,6g - MËt ®é ph«i Ðp: Dc = Ds .( ∆ls)3 = 14,35 . 0,83 = 7,347 g/cm3 103 - TØ sè nÐn thÓ tÝch: β = Dc 7.347 = = 2.939 Df 2 .5 B¶ng 5.1- KÝch th−íc s¶n phÈm Ðp vµ ph«i Ðp Ø(mm) H(mm) MËt ®é D Träng l−îng vËt liÖu (g) Lßng khu«n 27,12 75 2,452 108,6 Ph«i Ðp 18,75 52,5 7,347 108,6 Chi tiÕt 15 42 14,35 106,5 H×nh 5.4- Khu«n Ðp ph«i con tèng nßng sóng 12,7mm 5.1.3. TiÕn tr×nh c«ng nghÖ C«ng nghÖ chÕ t¹o ph«i con tèng cho nßng sóng 12,7mm theo tiÕn tr×nh sau a/ ChuÈn bÞ nguyªn vËt liÖu: - BK10XOM: Thµnh phÇn phèi liÖu nh− sau - WC: §é tinh khiÕt lín h¬n 99,5%, kÝch th−íc h¹t d <10µm : 89% - Co: §é tinh khiÕt lín h¬n 99,5%, kÝch th−íc h¹t d <5µm : 10% - Cr3C2: §é tinh khiÕt lín h¬n 99,5%, kÝch th−íc h¹t d <5µm : 1% 104 * NghiÒn trén −ít (cån tuyÖt ®èi 99%) trong b×nh thÐp kh«ng gØ, bi b»ng hîp kim cøng, m¸y nghiÒn bi quay: TØ lÖ bi bét/ bét lµ 5:1 ; tØ lÖ cho¸n chç 1/3, tèc ®é 70 v/phót, thêi gian nghiÒn trén: 72 giê. * SÊy kh« trong tñ sÊy ch©n kh«ng, nhiÖt ®é 600C, thêi gian 24h. *Trén keo: Keo cao su (70g crÕp trong 1 lÝt x¨ng ch−ng cÊt) 150ml cho 1000 g bét hîp kim * T¹o h¹t: T¹o h¹t qua r©y 0,2mm. Sau ®ã ®ùng trong tói PE d¸n kÝn. b/ Ðp thñy tÜnh * N¹p bét vµo khu«n: - Dïng mét èng phô, t¨ng chiÒu cao khu«n lªn 125mm ®æ ®ñ l−îng bét ®· tÝnh to¸n vµo khu«n (®æ 1 lÇn) - L¾p khu«n lªn m¸y ®Çm rung: tÇn sè 1Hz (~50 lÇn / phót) biªn ®é rung 10mm, rung cho ®Õn khi l−îng bét n»m toµn bé trong khu«n. - L¾p tÊm bÞt khu«n trªn. - Xoay chiÒu khu«n, l¾p l¹i trªn m¸y ®Çm rung, ®Çm tiÕp 1 phót. * Ðp thñy tÜnh §−a khu«n ®· n¹p bét vµo buång Ðp thñy tÜnh vµ Ðp theo s¬ ®å ¸p suÊt thñy tÜnh nh− sau: P (MPa) 10 30 10 1 H×nh 5.5- Gi¶n ®å ¸p suÊt Ðp thñy tÜnh 105 c/ Thiªu kÕt s¶n phÈm: MÉu sau khi th¸o khái khu«n Ðp ®−îc sÊy trong tñ sÊy ch©n kh«ng, nhiÖt ®é sÊy 600 C, thêi gian 12h, sau ®ã ®−îc xÕp vµo thuyÒn nung b»ng graphit, phñ b»ng hçn hîp bét gåm 80% Al2O3 vµ 20% bét graphit, tiÕn hµnh thiªu kÕt trong lß Taman, khÝ b¶o vÖ: hydro kh« theo gi¶n ®å nhiÖt sau: T 1430 500 90 120 200 240 t (phót) H×nh 5.6- Gi¶n ®å nhiÖt thiªu kÕt ph«i con tèng 5.1.4. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn a/ KÕt qu¶ ®o c¸c th«ng sè h×nh häc cña ph«i Ðp vµ chi tiÕt: B¶ng 5.2- KÕt qu¶ ®o c¸c th«ng sè h×nh häc tr−íc hiÖu chØnh ¸p suÊt L−îng No Ðp (MPa) bét (g) Øc (mm) Hc ∆lØc (%) (mm) ∆lHc (%) Øs Hs (mm) (mm) ∆lØs (%) ∆lHs (%) 1 100 108,5 18,3~18,5 67,72 52,5 80,43 14,6 42,5 80,43 80,35 2 120 107,5 18,3~18,4 67,53 52,3 80,65 14,8 42 80,65 80,3 3 150 52,3 80,65 14,8 42 80,65 80,3 106 18,3~18,4 67,53 Øc, Øs: §−êng kÝnh ph«i Ðp vµ ®−êng kÝnh s¶n phÈm Hc, Hs: ChiÒu cao ph«i Ðp vµ chiÒu cao s¶n phÇm ∆lØc, ∆lØs: TØ phÇn co tuyÕn tÝnh cña ph«i Ðp vµ s¶n phÈm theo ®−êng kÝnh ∆lHc, ∆lHs: TØ phÇn co tuyÕn tÝnh chiÒu cao cña ph«i Ðp vµ s¶n phÈm 106 NhËn xÐt: Qua sè liÖu cña b¶ng trªn, nhËn thÊy ¸p suÊt Ðp chØ cÇn 100 MPa lµ ®ñ, kÝch th−íc Ø cña ph«i Ðp ch−a ®¹t kÝch th−íc yªu cÇu, v× vËy cÇn hiÖu chØnh l¹i kÝch th−íc lßng khu«n lªn Øf = 28mm.D−íi ®©y lµ kÕt qu¶ ®o kÝch th−íc h×nh häc cña ph«i Ðp vµ s¶n phÈm sau khi ®· söa khu«n. B¶ng 5.3- KÕt qu¶ ®o c¸c th«ng sè h×nh häc sau hiÖu chØnh ∆lØc (%) Hc (mm) ∆lHc (%) Øs (mm) ∆lØs (%) 108,5 18,6~18,65 66,52 52,5 70 15,1 81,07 42,5 80,95 100 107,5 18,5~18,6 66,25 52,3 69,73 14,9 80,32 42,1 80,3 100 106,5 18,7~18,8 66,96 52,2 69.37 15,0 80,0 80,45 No P (MPa) 1 100 2 3 m (g) Øc (mm) Hs (mm) 42 ∆lHs (%) Sau khi söa khu«n, kÝch th−íc cña s¶n phÈm ®¹t yªu cÇu ®Ò ra. b/ KÕt qu¶ kiÓm tra c¬ lÝ tÝnh. KÕt qu¶ kiÓm tra khèi l−îng riªng b»ng ph−¬ng ph¸p c©n Archimed, ®o ®é cøng trªn m¸y ®o ®é cøng Rockwel thang A (HRA) vµ ®o ®é bÒn uèn trªn m¸y kÐo nÐn FM-1000 ®−îc tr×nh bµy trong b¶ng d−íi ®©y: B¶ng 5.4- C¬ lÝ tÝnh cña s¶n phÈm No Khèi l−îng riªng (g/cm3) §é cøng HRA §é bÒn uèn σu (MPa) 1 14,36 89 1900 2 14,33 89 1850 3 14,30 90 1850 4 14,36 89 1920 5 14,42 89 1920 TB 14,354 89 1888 C¸c th«ng sè trªn ®¹t c¸c chØ tiªu theo tiªu chuÈn cña Nga GOST 3882-74 107 H×nh 5.7- A: Ph«i Ðp trong khu«n thÐp sau thiªu kÕt bÞ nøt B: Ph«i Ðp trong khu«n thÐp vµ Ðp l¹i thñy tÜnh kh«ng bÞ nøt H×nh 5.8- Ph«i con tèng nßng sóng 12,7mm 108 KÕt luËn: Dïng ph−¬ng ph¸p Ðp thñy tÜnh thay thÕ cho ph−¬ng ph¸p Ðp trong khu«n kÝn trong c«ng nghÖ chÕ t¹o ph«i con tèng nßng sóng 12,7mm cho phÐp tr¸nh ®−îc phÕ phÈm ë d¹ng nøt, cong vªnh do trong ph−¬ng ph¸p Ðp thñy tÜnh, ¸p suÊt Ðp ®−îc ph©n bè ®ång ®Òu trªn toµn bé bÒ mÆt s¶n phÈm Ðp. ChÊt l−îng cña s¶n phÈm còng tèt h¬n, ®iÒu ®ã ®−îc chøng minh trªn thùc tÕ sö dông ph«i con tèng chÕ t¹o b»ng ph−¬ng ph¸p ETT ®Ó chÕ t¹o con tèng nßng sóng 12,7 mm ë nhµ m¸y Z111, Tæng côc C«ng NghiÖp Quèc Phßng (phô lôc: phiÕu kÕt qu¶ ph©n tÝch). MÆc dï thêi gian thao t¸c Ðp dµi h¬n nhiÒu so víi ph−¬ng ph¸p Ðp trong khu«n kÝn, ®−a ®Õn n¨ng suÊt lao ®éng thÊp, song víi qui m« s¶n xuÊt nhá, gi¸ thµnh nguyªn vËt liÖu ®Æc biÖt cao th× ph−¬ng ph¸p Ðp thñy tÜnh ®−a l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ cao h¬n nhiÒu do tr¸nh ®−îc phÕ phÈm vµ n©ng cao chÊt l−îng s¶n phÈm. KÕt qu¶ cña nh÷ng nghiªn cøu nµy cho phÐp khuyÕn nghÞ dïng ph−¬ng ph¸p ETT thay cho ph−¬ng ph¸p Ðp trong khu«n kÝn trong c«ng nghÖ chÕ t¹o ph«i con tèng nßng sóng c¸c cì vµ c¸c chi tiÕt cã h×ng d¸ng t−¬ng tù. Mét trong nh÷ng biÖn ph¸p n©ng cao chÊt l−îng cña nãn ®ång ®Æc biÖt lµ lo¹i trõ hiÖn t−îng t¹o thµnh “texture” khi dïng c«ng nghÖ dËp lµ ph−¬ng ph¸p t¹o h×nh nãn ®ång b»ng ph−¬ng ph¸p Ðp thñy tÜnh ®i tõ bét ®ång. 5.2. ChÕ t¹o nãn ®ång cho ®¹n chèng t¨ng 5.2.1. §Æc ®iÓm s¶n phÈm Nãn ®ång cho c¸c lo¹i ®¹n dïng nguyªn lÝ ®¹n lâm lµ mét chi tiÕt quan träng trong ®Çu ®¹n xuyªn dïng trong qu©n sù nh− ®¹n chèng t¨ng hoÆc ®¹n trong c«ng nghiÖp nh− ®¹n gäi dÇu (trong kü thuËt më réng lç khoan dÇu khÝ). Tr−íc ®©y vµ hiÖn nay ë n−íc ta vÉn chÕ t¹o nãn ®ång b»ng ph−¬ng ph¸p dËp nhiÒu b−íc tõ c¸c tÊm ®ång M0 vµ M1. Qu¸ tr×nh dËp ph¶i tr¶i qua nhiÒu b−íc c«ng nghÖ, l−îng ®Ò xª kh¸ lín, nh−ng quan träng h¬n lµ c«ng nghÖ dËp kh«ng cho phÐp lo¹i ®−îc “texture” lµm cho cÊu tróc tÕ vi cña nãn ®ång kh«ng ®ång nhÊt dÉn ®Õn ®é xuyªn cña nãn ®ång kh«ng cao. 109 H×nh 5.8- Nãn ®ång ®¹n B41-K 5.2.2. Chän gi¶i ph¸p c«ng nghÖ. §Ó Ðp ®−îc ph«i nãn ®ång tõ bét ®ång ®¹t c¸c kÝch th−íc cho trong b¶n vÏ chóng t«i ®· chän ph−¬ng ph¸p −ít (wet bag) tói co (collapsing bag) víi lâi c«n b»ng thÐp (with conic mandrel). S¬ ®å khu«n Ðp ®−îc tr×nh bµy trªn v¨n b¶n vÏ d−íi ®©y: 1. Lång ®ì 2. Tói cao su 3. Lâi c«n 4. Bét ®ång H×nh 5.9- CÊu t¹o cña khu«n Ðp nãn ®ång 110 5.2.3. TÝnh to¸n c¸c kÝch th−íc c¬ b¶n cña khu«n Theo kinh nghiÖm thiªu kÕt c¸c chi tiÕt cã h×nh c«n th× gãc c«n kh«ng thay ®æi trong qu¸ tr×nh, do ®ã gãc t¹o c«n nãn 550 vÉn gi÷ nguyªn - TÝnh chiÒu dµy cña s¶n phÈm Ðp: ChiÒu dµy cña nãn ®ång d = 2mm. ChiÒu dµy cña vËt Ðp dc = d: ∆ls §èi víi bét ®ång khi thiªu kÕt, tØ phÇn co tuyÕn tÝnh ∆ls th−êng dao ®éng trong kho¶ng 0,70 ~0,80, ë ®©y chän ∆ls =0,75 do ®ã chiÒu dµy thµnh vËt Ðp : dc = d:∆ls = 2 : 0,75 = 2,67mm - TÝnh chiÒu cao cña s¶n phÈm Ðp: ChiÒu cao s¶n phÈm Ðp ®−îc quyÕt ®Þnh bëi ®−êng sinh cña vËt Ðp ; do vËt Ðp khi thiªu kÕt sÏ co theo ®−êng sinh §−êng sinh nãn ls ®−îc tÝnh tõ chiÒu cao Hs: ls = Hs cos α 2 = 75 75 = = 84.55mm 55 0.887 cos 2 VËy ®−êng sinh cña ph«i nãn lc sÏ lµ lc = ls : ∆ls = 84,55 : 0,75 =112,73mm Tõ ®ã tÝnh ra chiÒu cao cña ph«i Ðp Hc = lc . cos α/2 = 112,73. 0,887 = 99,99 mm~ 100mm vµ b¸n kÝnh trong cña miÖng nãn ph«i Ðp lµ Rc= lc . sin α/2 = 112,73. 0,4617 = 52,05mm §−êng kÝnh trong cña ph«i Ðp : Øc = 2Rc = 52,05 x 2 = 104,1mm. - KÝch th−íc trong cña ph«i Ðp còng lµ kÝch th−íc cña lâi c«n, cho nªn kÝch th−íc cña lâi c«n sÏ lµ: ChiÒu cao Hc = 100mm 111 §−êng kÝnh ®¸y Øc = 104mm Gãc ®Ønh αc = 550 - TÝnh kÝch th−íc cña tói ®µn håi Víi gi¶ thiÕt tØ phÇn nÐn tuyÕn tÝnh ∆lc lµ 0,7 ta cã thÓ tÝnh ®−îc kho¶ng c¸ch gi÷a lßng trong cña tói ®µn håi vµ lâi nh− sau: df = dc : ∆lc = 2.67 : 0.7 = 3.81mm §−êng kÝnh cña miÖng tói ®µn håi lµ; φ f = 2( Rc + df cos α ) = 2(52 + 3.81 ) = 112.6mm 0.887 2 Tõ ®ã cã thÓ tÝnh ra chiÒu cao cña lßng c«n tói ®µn håi Hf = φf 2tg α 2 = 56.3 = 108mm 0.5206 Nh− vËy tói ®µn håi cã kÝch th−íc lßng trong nh− sau ChiÒu cao Hf = 108 mm §−êng kÝnh ®¸y Øf = 112,6 mm ChiÒu dµy tói chän 0,7mm Trªn c¬ së tÝnh to¸n trªn khu«n Ðp th¼ng tÝnh nãn ®ång cã kÝch th−íc nh− sau: H×nh 5.10- KÝch th−íc c¬ b¶n cña khu«n Ðp nãn ®ång 112 5.2.4. TiÕn tr×nh c«ng nghÖ a/ Ðp thñy tÜnh: - ChuÈn bÞ nghuyªn liÖu : Bét ®ång ®iÖn ph©n ®é s¹ch Cu≥ 99% ChÊt kÕt dÝnh : dung dÞch parafin trong x¨ng TØ lÖ trén: 170ml / 1000g bét ®ång T¹o h¹t qua r©y 0,2mm - §iÒn ®Çy bét trong khu«n: V× lßng khu«n hÑp, bét ®ång l¹i cã ®é ch¶y thÊp nªn ®· chän ph−¬ng ph¸p ®iÒn ®Çy khu«n b»ng c¸ch ®Çm ®Òu - Ðp theo s¬ ®å t¨ng t¨ng gi¶m ¸p nh− sau : P (MPa) 30 150 10 10 H×nh 5.11- Gi¶n ®å ¸p suÊt Ðp ®¼ng tÜnh nãn ®ång b/ Thiªu kÕt: Nãn ®ång ®−îc chôp lªn ®å g¸ cã d¹ng h×nh chãp, ®Ønh cã gãc 550 lµm b»ng sÐt chÞu nhiÖt + graphit ®¶m b¶o cho nãn ®ång kh«ng bÞ søt vì khi ®Æt trong bao nung vµ ®−îc phñ b»ng than ho¹t tÝnh, còng nh− lo¹i trõ ®−îc hiÖn t−îng mÐo khi thiªu kÕt . Bao nung b»ng graphit, qu¸ tr×nh thiªu kÕt ®−îc tiÕn hµnh trong lß giÕng dïng thanh ®èt SiC, theo gi¶n ®å nhiÖt d−íi ®©y 113 TC 1000 250 3 60 120 180 t (phót) H×nh 5.12- Gi¶n ®å nhiÖt thiªu kÕt nãn ®ång trong lß MTF-2000 5.2.5. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn C¸c ph«i Ðp nãn ®ång ®−îc kiÓm tra kÝch th−íc vµ träng l−îng tr−íc vµ sau khi thiªu kÕt ; kÕt qu¶ ®−îc tr×nh bµy trong b¶ng d−íi ®©y B¶ng 5.5- KÝch th−íc cña ph«i Ðp vµ nãn ®ång thµnh phÈm Ph«i Ðp No Hc(mm) Øc(mm) Nãn ®ång thµnh phÈm dc(mm) m(g) Hs Øs ds m 1 101 104 2,76 205 75,8 87,3 2,1 198 2 100 103,5 2,71 207 75,3 87,5 2,0 201 3 101,5 104,5 2,78 217 76,1 87,2 2,15 205 §Ó ®¸nh gi¸ ®é ®ång nhÊt cña vËt liÖu ®· tiÕn hµnh ®o khèi l−îng riªng cña 3 mÉu c¾t ra tõ 3 vÞ trÝ n»m theo ®−êng sinh cña nãn ®ång, kÕt qu¶ cho thÊy sù sai lÖch vÒ khèi l−îng riªng lµ kh«ng ®¸ng kÓ, khèi l−îng riªng ®¹t 92% so víi khèi l−îng riªng lý thuyÕt cña ®ång (γ= 8,94g / cm3) t−¬ng ®−¬ng víi khèi l−îng riªng cña ®ång ë tr¹ng th¸i ®óc (xem phô lôc: phiÕu kÕt qu¶ ph©n tÝch). 114 H×nh 5.13- Nãn ®ång ®¹n chèng t¨ng B41-K (trªn) Nãn ®ång ®¹n gäi dÇu (d−íi) KÕt luËn: B»ng ph−¬ng ph¸p Ðp thñy tÜnh ®· ®−a ra ®−îc ph−¬ng ph¸p chÕ t¹o nãn ®ång b»ng ph−¬ng ph¸p luyÖn kim bét, kh¸c h¼n víi ph−¬ng ph¸p chÕ t¹o nãn ®ång ®ang hiÖn hµnh ë c¸c nhµ m¸y quèc phßng. Ph−¬ng ph¸p nµy cho phÐp t¹o ®−îc c¸c nãn ®ång cã ®é ®ång nhÊt cao vÒ tÝnh chÊt c¬ lý trªn toµn s¶n phÈm, ®Æc biÖt tr¸nh ®−îc hiÖn t−îng “texture” hËu qu¶ ®−¬ng nhiªn cña ph−¬ng ph¸p dËp tõ ph«i tÊm. §Ó cã thÓ ®−a vµo s¶n xuÊt, cÇn hoµn thiÖn thªm vÒ dông cô Ðp vµ c«ng nghÖ Ðp, thiªu kÕt ®Ó s¶n phÈm ®¹t ®−îc ®é chÝnh x¸c yªu cÇu vµ tiÕn hµnh thö nghiÖm thùc tÕ ®Ó ®¸nh gi¸ chÊt l−îng cña s¶n phÈm s¶n xuÊt b»ng ph−¬ng ph¸p luyÖn kim bét. 5.3. ChÕ t¹o bi nghiÒn b»ng gèm Al2O3 5.3.1. §Æc ®iÓm s¶n phÈm: Bi nghiÒn b»ng gèm kÕt cÊu nÒn Al2O3 dïng ®Ó nghiÒn s¹ch nguyªn liÖu ®Çu vµo cho ngµnh c«ng nghiÖp gèm sø, còng nh− cho viÖc s¶n xuÊt c¸c vËt liÖu gèm cao cÊp dïng cho chÕ t¹o m¸y. N−íc ta cã nghµnh c«ng nghiÖp gèm sø rÊt 115 ph¸t triÓn, song l¹i ch−a s¶n xuÊt ®−îc bi gèm cao cÊp b»ng Al2O3 nªn vÉn ph¶i nhËp ngo¹i mçi n¨m hµng tr¨m tÊn. Bi gèm Al2O3 cã d¹ng h×nh cÇu víi ®−êng kÝnh tïy theo yªu cÇu cña thiÕt bÞ nghiÒn. §−êng kÝnh bi gèm cã thÓ tõ vµi mm ®Õn 20mm dïng trong c¸c thiÕt bÞ nghiÒn tinh trong phßng thÝ nghiÖm ®Õn kÝch th−íc 30mm, 40mm, 50mm dïng trong c¸c m¸y nghiÒn bi c«ng nghiÖp. §é cøng cña bi gèm Al2O3 rÊt cao th−êng lín h¬n 10GPa vµ ®ång ®Òu, t¹o cho viªn bi cã tÝnh chèng mßn cao, ®ång thêi vÉn gi÷ nguyªn ®−îc d¹ng h×nh cÇu khi bÞ mßn trong qu¸ tr×nh sö dông l©u dµi. Khèi l−îng riªng cña bi gèm Al2O3 kh¸ cao th−êng tõ 3,2g/cm3 ®Õn 4,5g/cm3 tïy theo thµnh phÇn kho¸ng cña bi ; t¹o cho bi cã ®éng n¨ng lín ®Ó ®¹t hiÖu qu¶ nghiÒn cao. 5.3.2. Chän ph−¬ng ¸n tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ khu«n Ðp Bét Al2O3 Nung chuyÓn hãa γ => α NghiÒn trén Phô gia t¨ng bÒn MgO, ZrO2(Y2O3) TÈm keo t¹o h¹t Dung dÞch keo PVA Ep t¹o h×nh Thiªu kÕt S¶n phÈm H×nh 5.14- S¬ ®å c«ng nghÖ chÕ t¹o bi gèm 116 Qui tr×nh c«ng nghÖ chÕ t¹o bi nghiÒn b»ng gèm Al2O3 cã thÓ tãm t¾t trong s¬ ®å c«ng nghÖ (h×nh 5.14) Trong s¬ ®å c«ng nghÖ trªn, Ðp t¹o h×nh lµ 1 trong 3 c«ng ®o¹n chÝnh cña qu¸ tr×nh c«ng nghÖ. Cã nhiÒu ph−¬ng ph¸p t¹o h×nh trong c«ng nghÖ gèm nh−ng ®èi víi viÖc s¶n xuÊt bi gèm, ph−¬ng ph¸p t¹o h×nh b»ng Ðp ®¼ng tÜnh nguéi lµ ph−¬ng ph¸p thÝch hîp nhÊt. §Ó nghiªn cøu Ðp ®¼ng tÜnh ph«i bi nghiÒn chóng t«i chän ph−¬ng ph¸p Ðp gi¶ ®¼ng tÜnh (quasi- isostatic) trong khu«n cao su, lµ ph−¬ng ph¸p cho n¨ng suÊt vµ chÊt l−îng ph«i cao. a/ TÝnh b¸n kÝnh cña ph«i Ðp: * D÷ liÖu ban ®Çu; . §−êng kÝnh bi thµnh phÈm Øc : Ø10, Ø20, Ø30 . Khèi l−îng riªng = 3,6 g/cm3 . HÖ sè co ngãt khi thiªu kÕt: αs=15% (theo “Nghiªn cøu c¸c biÖn ph¸p t¨ng bªn gèm kÕt cÊu nÒn Al2O3 “) . MËt ®é l¾c cña bét Al2O3 : Df =0,47Ds (theo A. Eksi vµ S. Saritas) . • B¸n kÝnh cña ph«i Ðp: Rc = trong ®ã : Ro ; ∆ls ∆ls = 1 − α s Thay sè liÖu vµo ta cã - §èi víi bi Ø10 Rc = 5 = 5.88mm; 1 − 0.15 Φc =2Rc=11.76mm - §èi víi bi Ø20  Rc = 10 = 11.76mm; 1 − 0.15 Φc =2Rc=23.53mm 117 - §èi víi bi Ø30 Rc =  15 = 17.65mm; 1 − 0.15 Φc =2Rc=35.3mm b/ TÝnh b¸n kÝnh cña khu«n Ðp: Rf = Ro ; ∆lΣ D f = Ds .(∆lΣ )3 − −− > (∆lΣ )3 = Df Ds − −− > ∆lΣ = 3 Df Ds Theo d÷ liÖu ban ®Çu D f = 0.47 Ds − −− > Df Ds = 0.47 − −− > 3 Df Ds Tõ ®ã tÝnh ra b¸n kÝnh trong cña khu«n Ðp: - §èi víi bi Ø10 Rf = 5 = 6.43mm; 0.7775 Φf =2Rf=12.86mm - §èi víi bi Ø20 Rf = 10 = 12.86mm; 0.7775 Φf =2Rf=25.72mm - §èi víi bi Ø30 Rf = 15 = 19.29mm; 0.7775 Φf =2Rf=38.58mm 5.3.3. TiÕn tr×nh c«ng nghÖ chÕ t¹o bÞ nghiÒn a/ ChuÈn bÞ nguyªn vËt liÖu: - α Al2O3 ®é s¹ch 98,5%, ®é h¹t < 10µm: tØ lÖ: 100% 118 = 0.7775 H×nh 5.15- Khu«n cao su Ðp gi¶ ®¼ng tÜnh bi gèm - MgO ®é s¹ch 99%, ®é h¹t 5µm, tØ lÖ 0,5% so víi Al2O3 - NghiÒn trén trong m¸y li t©m hµnh tinh, b×nh nghiÒn b»ng gèm Al2O3, bi nghiÒn b»ng gèm ZrO2; tØ lÖ bi : bét lµ 5 : 1, tèc ®é 1200 vßng/phót, thêi gian nghiÒn trén: 5 giê. - SÊy kh« trong tñ sÊy hót ë nhiÖt ®é 1200C trong 5 giê - Trén keo: dung dÞch 5% PVA trong n−íc: víi liÒu l−îng lµ 170ml/1000g bét - T¹o h¹t qua r©y 0,5mm - §ùng trong tói PE d¸n kÝn b/ Ðp gi¶ ®¼ng tÜnh: * X¸c ®Þnh l−îng bét cho tõng lo¹i khu«n theo c«ng thøc m = γ.V/ ∆w trong ®ã V : thÓ tÝch viªn bi γ : khèi l−îng riªng viªn bi = 3,6 g/ cm3 ∆w : tØ phÇn hao khi thiªu ∆w= 0,97 119 - §èi víi bi Ø10 th× m10 = 1,95g - §èi víi bi Ø20 th× m20= 15,55 g - §èi víi bi Ø30 th× m30 = 52,46 g * §iÒn ®Çy lßng khu«n cña tõng lo¹i bi b»ng l−îng bét t−¬ng øng * Ðp trªn m¸y Ðp thñy lùc theo gi¶n ®å t¨ng gi¶m ¸p nh− h×nh 4.16 P (MPa) 10s 120 2s 10 H×nh 5.16- Gi¶n ®å ¸p suÊt Ðp bi gèm c/ Thiªu kÕt: TC 1650 1200 250 2 2,5 3,5 5,3 6,3 t(h) H×nh 5.17- Gi¶n ®å nhiÖt thiªu kÕt bi gèm trong lß Nabertherm 120 * Bi sau khi Ðp vµ lÊy khái khu«n ®−îc xÕp vµo khay thÐp kh«ng gØ, ®−a vµo tñ sÊy hót, sÊy ë 1200C trong vßng 8 giê * XÕp bi vµo lß thiªu kÕt Nabertherm: trªn tÊm gèm cña lß cã phñ líp oxyt nh«m dµy 0,5cm, råi xÕp bi lªn trªn. * TiÕn hµnh thiªu kÕt theo gi¶n ®å nhiÖt sau: 5.3.4. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn * Bi ®−îc ®o kÝch th−íc tr−íc vµ sau khi thiªu kÕt, kÕt qu¶ ®−îc tr×nh bµy trong b¶ng 4.6 d−íi ®©y: B¶ng 5.6- KÝch th−íc ph«i Ðp vµ bi thµnh phÈm No Lo¹i bi Ph«i Ðp S¶n phÈm mc (g) Øc (mm) αc (%) ms (g) Øs (mm) αs (%) 1,90 11,9 8,5 1,85 10,1 15,12 2,05 12,0 7,7 1,90 10,2 15,0 3 1,93 11,8 9,3 1,83 9,9 16,1 4 16,0 23,5 9,6 15,5 20,3 13,62 15,3 23,1 11,15 14,9 20,1 12,98 6 15,6 23,2 10,8 15,3 20,2 12,93 7 52,5 35,1 12,25 52,1 30,2 13,96 53,1 35,5 11,25 52,4 31,5 11,26 52,2 34,8 13,0 50,1 30,1 13,50 1 2 5 8 Ø10 Ø20 Ø30 9 * ViÖc x¸c ®Þnh c¬ lÝ tÝnh ®−îc tiÕn hµnh t¹i phßng §o l−êng Trung t©m C«ng nghÖ, Tæng côc C«ng nghiÖp Quèc phßng. - X¸c ®Þnh khèi l−îng riªng b»ng ph−¬ng ph¸p c©n Archimed trªn c©n ®iÖn tö ®é nhËy 10-4 g. 121 - X¸c ®Þnh ®é cøng Vicker Hv20 trªn m¸y ®o ®é cøng HPO – 250 (§øc). KÕt qu¶ ®−îc tr×nh bµy trong b¶ng 5.7 d−íi ®©y: B¶ng 5.7- Khèi l−îng riªng vµ ®é cøng cña bi gèm MÉu bi Khèi l−îng riªng γ (g/cm3) §é cøng Hv20 (GPa) BG-1 (Ø10) 3,62 10,22 BG-2 (Ø20) 3,65 10,53 BG-3 (Ø30) 3,57 10,12 H×nh 5.18- Bi nghiÒn b»ng gèm Al2O3 KÕt luËn B»ng ph−¬ng ph¸p Ðp gi¶ ®¼ng tÜnh cã thÓ Ðp ®−îc c¸c viªn bi gèm h×nh cÇu víi kÝch th−íc mong muèn. Bi gèm Al2O3 s¶n xuÊt b»ng ph−¬ng ph¸p nµy cã tØ träng ,®é cøng t−¬ng ®−¬ng víi bi nhËp ngo¹i. 122 5.4. ChÕ t¹o ph«i èng dÉn sãng ra®a PRV-16 5.4.1. §Æc ®iÓm s¶n phÈm Theo c¸c tµi liÖu kh¶o s¸t ban ®Çu èng dÉn sãng ra ®a PRV-16 cho thÊy: vËt liÖu ®Ó chÕ t¹o èng dÉn sãng Ra®a PRV-16 ®a sè lµ ®ång M0; M1, hoÆc lat«ng. §©y lµ c¸c lo¹i vËt liÖu cã ®é dÎo cao, dÔ gia c«ng biÕn d¹ng. MÆt trong èng dÉn sãng ®−îc phñ mét líp b¹c dÇy 20µm liªn kÕt tèt víi kim lo¹i nÒn. VÒ h×nh d¸ng vµ kÝch th−íc h×nh häc èng dÉn sãng Ra®a PRV-16: èng dÉn sãng nµy lµ chi tiÕt d¹ng èng máng, uèn theo kh«ng gian 3 chiÒu (xem h×nh 5.19), tuy kh«ng qu¸ kh¾t khe vÒ kÝch th−íc vµ dung sai, nh−ng b»ng c¸c c«ng nghÖ th«ng th−êng rÊt khã ®¹t c¸c yªu cÇu vÒ t¹o h×nh èng sãng. Th©n èng dÉn sãng ®o¹n èng cong Th©n èng dÉn sãng ®o¹n èng th¼ng BÝch a) b) H×nh 5.19- èng dÉn sãng ra®a PRV-16 (a), ph«i èng dÉn sãng (b) 5.4.2. C¸c b−íc c«ng nghÖ chÝnh ®Ó chÕ t¹o èng dÉn sãng: 1- ChuÈn bÞ vËt liÖu ®Çu vµo, chuÈn bÞ ph«i. 2- T¹o h×nh èng dÉn sãng vµ chØnh söa c¸c kÝch th−íc. 3- Gia c«ng c¬ bÝch vµ c¸c chi tiÕt kh¸c. 123 4- Hµn, ghÐp bÝch víi èng. 5- M¹ bÒ mÆt trong èng. 6- S¬n mÆt ngoµi. 7- §o ®¹c, kiÓm tra. Trong c¸c b−íc c«ng nghÖ trªn, b−íc t¹o h×nh èng dÉn sãng (b−íc 2) lµ khã kh¨n nhÊt. Trªn thÕ giíi ®· sö dông mét sè ph−¬ng ph¸p t¹o h×nh èng dÉn sãng nh− sau: Ph−¬ng ph¸p 1: Ðp ®ïn hoÆc kÐo èng t¹o èng tiÕt diÖn ch÷ nhËt, sau ®ã dïng ®å g¸ uèn èng theo biªn d¹ng mong muèn. §©y lµ ph−¬ng ph¸p truyÒn thèng, ¸p dông ph−¬ng ph¸p nµy ®Ó uèn èng tiÕt diÖn ch÷ nhËt thµnh máng sÏ gÆp rÊt nhiÒu vÊn ®Ò phøc t¹p cÇn ph¶i gi¶i quyÕt nh−: tiÕt diÖn thay ®æi, gÊp nÕp, lâm bÒ mÆt èng, r¹n nøt... Ph−¬ng ph¸p 2: Ph−¬ng ph¸p ®óc ®iÖn ph©n cã thÓ chÕ t¹o ®−îc s¶n phÈm cã h×nh d¸ng phøc t¹p, ®é chÝnh x¸c cao, nh−ng gi¸ thµnh chÕ t¹o rÊt cao vµ cho n¨ng suÊt thÊp. Cã thÓ ¸p dông ph−¬ng ph¸p nµy ®Ó chÕ t¹o c¸c èng dÉn sãng ®Æc biÖt phøc t¹p. Ph−¬ng ph¸p 3: Ph−¬ng ph¸p Ðp thñy tÜnh lµ ph−¬ng ph¸p c«ng nghÖ dïng ¸p suÊt thñy tÜnh ®−a vËt liÖu vÒ tr¹ng th¸i dÎo vµ biÕn d¹ng ®Ó ®iÒn ®Çy lßng khu«n. §èi víi èng dÉn sãng, sau khi t¹o ph«i èng tiÕt diÖn trßn, uèn èng theo biªn d¹ng mong muèn, ®−a èng vµo trong khu«n. D−íi t¸c dông cña ¸p suÊt thñy tÜnh t¸c dông ®Òu lªn mÆt trong cña èng lµm cho èng biÕn d¹ng vµ ®Þnh h×nh theo h×nh d¸ng cña khu«n. §Æc tr−ng cña ph−¬ng ph¸p nµy lµ cÇn t¹o ra mét ¸p suÊt thuû tÜnh ®ñ lín ®Ó g©y biÕn d¹ng t¹o h×nh s¶n phÈm, ¸p suÊt nµy phô thuéc vµo c¬ tÝnh cña vËt liÖu cÇn biÕn d¹ng, h×nh d¸ng s¶n phÈm (còng lµ h×nh d¸ng lßng khu«n), ®é bãng bÒ mÆt khu«n vµ ph«i cÇn Ðp… Tïy theo tõng lo¹i vËt liÖu vµ h×nh d¹ng s¶n phÈm mµ lùa chän ¸p suÊt thñy tÜnh vµ thiÕt kÕ khu«n cho phï hîp. Ph−¬ng ph¸p nµy th«ng th−êng chØ ¸p dông cho c¸c s¶n phÈm thµnh máng chÕ t¹o tõ vËt liÖu cã ®é dÎo cao, kh¶ n¨ng biÕn d¹ng lín (®ång, nh«m, thÐp c¸c bon thÊp…). 124 C¸c ®Æc ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p nµy lµ: - Kh¾c phôc ®−îc c¸c nh−îc ®iÓm ®· nªu ë ph−¬ng ph¸p thø nhÊt. - §èi víi ng−êi vËn hµnh: thao t¸c ®¬n gi¶n, kh«ng ®ßi hái tr×nh ®é cao. - ChÊt l−îng bÒ mÆt trong èng tèt. - Cã thÓ ¸p dông trong söa ch÷a c¸c èng dÉn sãng bÞ háng nhÑ. - Cã thÓ ¸p dông ®Ó t¹o ph«i èng tiÕt diÖn ch÷ nhËt cho ph−¬ng ph¸p 1. - GÝa thµnh chÕ t¹o kh«ng cao. Ph¹m vi cña ®Ò tµi chØ nghiªn cøu chÕ thö ®Õn nguyªn c«ng t¹o ph«i th¼ng phôc vô cho chÕ t¹o èng dÉn sãng ra®a PRV-16 (ph«i xem h×nh 5.19-b). 5.4.3. Yªu cÇu vÒ vËt liÖu, dung sai, ®é nh¸m vµ sai sè h×nh d¸ng Yªu cÇu vÒ vËt liÖu: • èng dÉn sãng: VËt liÖu: §ång ®á M1 Giíi h¹n bÒn σb = 200 .... 240 MPa Giíi h¹n ch¶y σc = 75 .... 150 MPa Co th¾t tØ ®èi: 44 .... 55% §é gi·n dµi: 65 ...75% §é cøng HB = 40 ... 50 Träng l−îng riªng γ = 8,94 g/cm3 HÖ sè dÉn nhiÖt 0,941 calo/cm2xgi©y ®é • BÝch hai ®Çu èng dÉn sãng: VËt liÖu: §ång vµng 62 Giíi h¹n bÒn σb = 330 MPa Giíi h¹n ch¶y σc = 150 MPa Co th¾t tØ ®èi 49% §é gi·n dµi: 65 ...66% 125 Yªu cÇu vÒ dung sai, ®é nh¸m vµ sai sè h×nh d¸ng Dung sai vÒ kÝch th−íc (sai sè vÒ chiÒu dµi, ®é dµy, b¸n kÝnh gãc uèn, ®é vu«ng gãc gi÷a c¸c ph−¬ng) 0,1.... 0,15 mm. Dung sai vÒ chiÒu dµi t−¬ng quan gi÷a c¸c vÞ trÝ còng kh«ng cao, cã thÓ n»m trong miÒn dung sai 0,2.... 0,5 mm. §é ph¼ng côc bé mÆt ngoµi Rz20. §é ph¼ng tæng thÓ mÆt ngoµi kh«ng ®¸nh gi¸ ®−îc v× cã nhiÒu nÕp, vÕt h»n s©u kho¶ng 0.5 ÷ 0.8 mm do ph−¬ng ph¸p gia c«ng. §é nh¸m mÆt trong lµ Ra =2.5 KÕt cÊu s¶n phÈm rÊt phøc t¹p èng uèn theo nhiÒu ph−¬ng thµnh máng, vËt liÖu mÒm, t¹i mét mÆt c¾t bÊt kú tØ lÖ gi÷ chiÒu réng vµ chiÒu cao kho¶ng 2 lÇn, ®ßi hái ph¶i chän ph−¬ng ¸n c«ng nghÖ phï hîp, trang thiÕt bÞ phï hîp míi cã thÓ t¹o h×nh ®−îc. 5.4.4. Lùa chän gi¶i ph¸p c«ng nghÖ, tiÕn tr×nh c«ng nghÖ Qua kÕt qu¶ kh¶o s¸t, ph©n tÝch ®¸nh gi¸ trªn, §Ò tµi ®· lùa chän ph−¬ng ¸n c«ng nghÖ sè 3 - Môc 5.5.2 ®Ó t¹o h×nh èng dÉn sãng PRV-16. Toµn bé tiÕn tr×nh c«ng nghÖ chÕ t¹o hoµn chØnh èng dÉn sãng ra®a PRV16 ®−îc thÓ hiÖn trong s¬ ®å (h×nh 5.20). TiÕn tr×nh c«ng nghÖ chÕ t¹o ph«i èng dÉn sãng ®−îc ®¸nh dÊu ®Ëm trªn s¬ ®å (h×nh 5.20). Ph«i ®−îc lùa chän ®Ó chÕ t¹o èng dÉn sãng cã ®−êng kÝnh > φ28 mm, chiÒu dµy èng > 1,8 mm. Sau khi ñ æn ®Þnh vµ ®ång ®Òu, chuèt ®¹t kÝch th−íc φ28 x 1,8 mm, ®¹t ®é nh¸m trong vµ ngoµi èng theo b¶n vÏ thiÕt kÕ ph«i. TiÕn hµnh c¸c nguyªn c«ng tiÕp: theo b¶n vÏ thiÕt kÕ vµ tµi liÖu quy tr×nh c«ng nghÖ 5.4.5. TÝnh to¸n thiÕt kÕ khu«n Ðp èng dÉn sãng 5.4.5.1. TÝnh to¸n ¸p suÊt trong qu¸ tr×nh Ðp Kh¶o s¸t èng cã tiÕt diÖn nh− h×nh 5.21. èng ®−îc ®Æt trong khu«n cã tiÕt diÖn axb, ban ®Çu cã Rn=a/2, chÞu ¸p lùc ph©n bè ®Çu bªn trong p. Gi¶ thiÕt 126 xem vËt liÖu èng lµ kh«ng nÐn ®−îc (ν=0.5) cho c¶ miÒn ®µn håi vµ miÒn dÎo, èng lµ èng dµi vµ khu«n kh«ng bÞ biÕn d¹ng trong qu¸ tr×nh Ðp. BiÕn d¹ng cña èng lµ trang th¸i biÕn d¹ng ph¼ng, ban ®Çu èng cã chiÒu dµy lµ s, biÕn d¹ng chñ yÕu tËp trung t¹i 4 gãc cña èng, ë c¸c vÞ trÝ ®ã bÒ mÆt bªn trong cña èng chÞu ¸p lùc p vµ bÒ mÆt ngoµi lµ tù do. ViÖc kh¶o s¸t biÕn d¹ng chØ ®−îc tÝnh to¸n ë c¸c vÞ trÝ ®ã. ChuÈn bÞ vËt liÖu ChuÈn bÞ khu«n Chuèt chØnh söa kÝch th−íc ngoµi L¾p ph«i trßn vµo khu«n Gia c«ng c¬ c¸c chi tiÕt kh¸c Chuèt chØnh söa kÝch th−íc trong Ðp s¬ bé, t¹o «van Hµn bÝch Tum ®Çu b−íc 1 L¾p r¸p ®ång bé khu«n Lµm s¹ch, ®o ®¹c kiÓm tra toµn bé Xö lý nhiÖt ETT t¹o h×nh SP M¹ mÆt trong èng Tum ®Çu b−íc 2 Th¸o khu«n S¬n b¶o vÖ ngoµi Uèn biªn d¹ng Th¸o SP, kiÓm tra chuyÓn nguyªn c«ng sau Bao gãi SP, ®−a ®i kh¶o nghiÖm Lµm s¹ch kiÓm H×nh 5.20- TiÕn tr×nh c«ng nghÖ chÕ t¹o èng dÉn sãng Ra®a PRV-16 127 Ph«i èng Khu«n H×nh 5.21- TiÕt diÖn ngang cña ph«i èng dÉn sãng trong khu«n Ðp Trong qu¸ tr×nh biÕn d¹ng, kim lo¹i chuyÓn dÞch vÒ phÝa 4 gãc khu«n vµ c¸c gi¸ trÞ Rt vµ Rn gi¶m dÇn. Coi èng kh«ng bÞ biÕn máng trong qu¸ tr×nh biÕn d¹ng v× vËy Rn=Rt+s. Khi vËt liÖu cßn lµm viÖc ë trong miÒn ®µn håi, c¸c thµnh phÇn øng suÊt ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (kÕt qu¶ tÝnh to¸n lý thuyÕt ®µn håi): σr = p.Rt2 Rn2 ( 1 − ) Rn2 − Rt2 r2 p.Rt2 Rn2 σθ = 2 (1 + 2 ) Rn − Rt2 r 5.1 1 2 σ z = (σ r + σ θ ) Trong ®ã r lµ b¸n kÝnh líp cã phÇn tö ®ang xÐt. Tr¹ng th¸i dÎo b¾t ®Çu ph¸t sinh t¹i mÆt trong cña èng khi tho¶ m·n ®iÒu kiÖn dÎo. Theo ®iÒu kiÖn dÎo MizÐt ta cã: (σ1-σ2)2+(σ2-σ3)2+(σ3-σ1)2=2σT2 Trong ®ã σ1=σθ ; σ2=σz ; σ3=σr 128 Thay c¸c gi¸ trÞ t−¬ng øng cña øng suÊt tÝnh ®−îc theo c«ng thøc (5.1) vµo ®iÒu kiÖn dÎo MizÐt ë trªn ta nhËn ®−îc trÞ sè ¸p lùc p cÇn thiÕt ®Ó èng b¾t ®Çu ch¶y dÎo: pT = σT 3 (1 − Rt2 ) Rn2 (5.2) Khi miÒn dÎo ®¹t tíi mÆt víi b¸n kÝnh rT th×: * Trong miÒn rT ≤ r ≤ Rn, vËt liÖu lµm viÖc trong miÒn ®µn håi vµ øng suÊt trong miÒn nµy x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (5.1), trong ®ã thay b¸n kÝnh trong Rt=rT vµ ¸p lùc trong b»ng øng suÊt h−íng kÝnh trªn ®−êng ph©n chia miÒn ®µn håi vµ miÒn dÎo (p=σr⏐r=rT). * Trong miÒn Rt ≤ r ≤ rT lµ miÒn dÎo, c¸c thµnh phÇn øng suÊt ph¶i tho¶ m·n ph−¬ng tr×nh vi ph©n c©n b»ng: dσ r σ r − σ θ + =0 dr r Thay σ z = (5.3) 1 (σ r + σ θ ) vµo ®iÒu kiÖn dÎo MizÐt: 2 (σr-σθ)2+(σθ-σz)2+(σz-σr)2=2σT2 ta x¸c ®Þnh ®−îc: σθ − σ r = 2σ T 3 (5.4) Thay (5.4) vµo ph−¬ng tr×nh vi ph©n c©n b»ng (5.3) ta cã: r dσ r 2σ T = dr 3 (5.5) TÝch ph©n (5.5) thu ®−îc: σr = 2 σ T ln r + C 3 Trong ®ã h»ng sè C ®−îc x¸c ®Þnh tõ ®iÒu kiÖn biªn: σr = - p khi r = a 129 Sö dông ®iÒu kiÖn biªn nµy suy ra: σr = 2 σ T ln r − p 3 (5.6) Trªn biªn ph©n chia miÒn ®µn håi vµ miÒn dÎo r=rT tho¶ m·n ®iÒu kiÖn liªn tôc cña øng suÊt σr σr = 2 3 σ T ln r − p = σ T rT2 ( 2 − 1) 3 Rn hoÆc: rT 1 rT2 3 p ln + (1 − ) = . 2 σT Rt 2 Rn (5.7) Tõ c«ng thøc x¸c ®Þnh ®−îc rT t−¬ng øng víi ¸p lùc p. BiÕt b¸n kÝnh rT, ta x¸c ®Þnh ®−îc σr t−¬ng øng víi b¸n kÝnh r = rT: σt r = rT = q, q chÝnh lµ ¸p lùc ph©n bè bªn trong cña miÒn ®µn håi. Thay q vµo vÞ trÝ p, rT vµo vÞ trÝ Rt trong (3.6) ta ®−îc øng suÊt trong miÒn ®µn håi (rT ≤ r ≤ Rn). * Tr¹ng th¸i giíi h¹n: TÊt c¶ vËt liÖu ë 4 gãc èng chuyÓn sang tr¹ng th¸i dÎo khi rT=Rn, khi ®ã tõ c«ng thøc (5.7) x¸c ®Þnh ®−îc ¸p lùc bªn trong øng víi tr¹ng th¸i giíi h¹n: p gh = R 2 σ T ln n Rt 3 (5.8) Trong qu¸ tr×nh biÕn d¹ng Rn vµ Rt lu«n lµ c¸c biÕn gi¶m dÇn vµ tho¶ m·n (theo gi¶ thiÕt) Rn=Rt+s. Thay vµo (5.8) ta cã: p gh = 2 s σ T ln(1 + ) Rt 3 (5.9) ¸p suÊt cÇn thiÕt Víi vËt liÖu lµm èng lµ M1 ë tr¹ng th¸i ñ th× σT = 120 MPa. s =1,5 mm 130 Rt=0,5mm Thay vµo c«ng thøc (3.9) ta ®−îc: P = 1124 kG/cm2, lµm trßn: P = 1200 kG/cm2 (5.10) KÕt hîp víi c¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n ë trªn vÒ nhu cÇu vÒ ¸p suÊt ®Ó chÕ thö c«ng nghÖ lµ: P = 1200 kG/cm2 5.4.5.2. TÝnh to¸n thiÕt kÕ khu«n Ðp èng dÉn sãng a) Lùc t¸c dông lªn khu«n M« h×nh khu«n Ðp thuû tÜnh t¹o h×nh ph«i èng dÇn sãng ra ®a PRV-16 theo h×nh 5.22. Khi ¸p suÊt trong lßng ph«i èng t¨ng, èng sÏ bÞ biÕn d¹ng theo khu«n. VËt liÖu ®ång sÏ dÇn ®iÒn ®Çy vµo c¸c gãc s¾c. Theo c«ng thøc (5.9) ¸p suÊt cÇn thiÕt P phô thuéc vµo Rt; Rt cµng nhá th× P cµng ph¶i lín. Trong tÝnh to¸n bÒn khu«n chØ quan t©m ®Õn tr¹ng th¸i ¸p suÊt lín nhÊt: Pmax = 1200 kG/cm2, kh«ng quan t©m qu¸ tr×nh biÕn d¹ng ph«i èng trßn. V× vËy lùc xuÊt hiÖn trªn hai nöa khu«n lµ: F=PA A=bL 5.11 5.12 H×nh 5.22- M« h×nh tÝnh khu«n Ðp thuû tÜnh t¹o h×nh ph«i èng dÉn sãng 131 Trong ®ã: b: ChiÒu réng lßng èng sau khi Ðp (b=3,6cm) l: ChiÒu dµi ®¬n vÞ khu«n (l=1 cm) Thay c¸c gi¸ trÞ vµo (5.11) vµ (5.12) ®−îc: F = 4.200 (kG) Nh− vËy mçi cm theo chiÒu dµi khu«n ph¶i chÞu lùc Ðp lµ 4.200 kG b) TÝnh sè bul«ng ghÐp khu«n vµ bul«ng nèi khu«n NÕu chän bul«ng ghÐp khu«n lµ M16, bul«ng nèi khu«n lµ M12. Chóng ta tÝnh ®−îc trªn mçi 100 mm chiÒu dµi khu«n cÇn 8 bul«ng M16 ®Ó ghÐp hai nöa khu«n l¹i víi nhau, mçi vÞ trÝ nèi c¸c ®o¹n khu«n víi nhau, hay nèi khu«n víi bÝch cÇn 8 bul«ng M12. 5.4.6. B¶n vÏ thiÕt kÕ khu«n Ðp èng dÉn sãng 1 2 3 4 1- M¸y Ðp thñy tÜnh 2- Xilanh thñy lùc 3- Khèi chÆn khu«n 4- Khu«n Ðp èng dÉn sãng H×nh 5.23- Khu«n Ðp èng dÉn sãng l¾p trªn m¸y Ðp thñy tÜnh 132 Khu«n Ðp èng dÉn sãng ®−îc l¾p trªn m¸y Ðp thñy tÜnh, cã thÓ sö dông Xilanh thñy lùc ®Ó kÑp nöa khu«n trªn hoÆc cã thÓ dïng c¸c bulong M16 ®Ó ghÐp hai nöa khu«n l¹i víi nhau. B¶n vÏ thiÕt kÕ chÕ t¹o khu«n, m¸y Ðp thñy tÜnh ®−îc tr×nh bµy chi tiÕt ë phÇn phô lôc. Cã thÓ xem b¶n vÏ tæng thÓ ë h×nh 5.24. B¶n vÏ khu«n xem môc 6.1.3 5.4.7. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn 5.4.7.1. Khu«n Ðp èng dÉn sãng ra®a PRV-16 H×nh 5.24- Khu«n Ðp èng dÉn sãng ra®a PRV-16 5.4.7.2. S¶n phÈm èng dÉn sãng ra®a PRV-16 H×nh 5.25- Ph«i èng dÉn sãng ra®a PRV-16 133 5.4.7.3. Kh¶o s¸t ®é cøng (HB) ThiÕt bÞ dïng ®Ó thö nghiÖm: M¸y ®o ®é cøng HPO-250 (§øc) VÞ trÝ ®o ®é cøng: Theo s¬ ®å h×nh 5.26 KÕt qu¶: Theo b¶ng 5.8 H×nh 5.26- S¬ ®å vÞ trÝ ®o ®é cøng B¶ng 5.8- B¶ng kÕt qu¶ kh¶o s¸t ®é cøng mÉu èng dÉn sãng ra®a STT MÆt c¾t 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14 A15 A16 A17 VÞ trÝ ®o 1 70 71 70 71 72 71 71 71 70 71 70 71 72 71 71 70 72 2 71 70 70 71 71 72 71 70 71 70 72 70 71 71 70 71 72 3 71 71 71 70 71 72 71 70 70 71 70 71 72 71 71 72 71 134 4 71 70 71 70 71 70 71 70 71 72 71 70 71 72 71 70 70 Ghi chó 18 19 20 21 A18 A19 A20 A21 70 70 71 70 71 70 71 70 71 71 70 71 71 70 71 70 5.4.7.4. X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè h×nh häc Tr¹ng th¸i: MÉu d¹ng èng tiÕt diÖn ch÷ nhËt, sau Ðp thuû tÜnh. X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè a, b, R, nh¸m bÒ mÆt t¹i c¸c vÞ trÝ theo b¶n vÏ 5.27. ThiÕt bÞ ®Ó thö nghiÖm: KÝnh hiÓn vi v¹n n¨ng, m¸y ®o ®é nh¸m Suftest 402 KÕt qu¶ kh¶o s¸t theo b¶ng 5.9 H×nh 5.27- S¬ ®å vÞ trÝ ®o kÝch th−íc, nh¸m ph«i ODS B¶ng 5.9- B¶ng kÕt qu¶ ®o kÝch th−íc, nh¸m cña ph«i èng dÉn sãng sau Ðp thñy tÜnh STT MÆt c¾t 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 VÞ trÝ ®o a b Ra 35,1 35,2 35,1 35 35,1 35,2 35,1 35 35,1 15 15,1 15 15,1 15,2 15,1 15,1 15,2 15,1 0.5 0.5 0.6 0.5 0.6 0.6 0.5 0.5 0.5 135 Ghi chó 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 A10 A11 A12 A13 A14 A15 A16 A17 A18 A19 A20 A21 35,2 35,1 35,1 35,2 35,1 35 35,1 35,1 35,2 35,1 35,1 35,2 15 15 15,1 15 15 15,1 15,2 15,1 15 15,1 15,2 15,1 0.6 0.6 0.6 0.5 0.5 0.5 0.6 0.5 0.6 0.5 0.6 0.5 Nh− vËy so víi c¸c sè liªu kh¶o s¸t ban ®Çu: Dung sai vÒ kÝch th−íc ®é dµy, b¸n kÝnh gãc uèn n»m trong kho¶ng < 0,2 mm, t−¬ng ®−¬ng dung sai cña mÉu ( 0,1.... 0,15 mm). Dung sai vÒ kÝch th−íc dµi n»m trong kho¶ng < 0,2 mm, n»m trong miÒn dung sai cña mÉu (0,2.... 0,5 mm). §é nh¸m bÒ mÆt ®Ò nhá h¬n mÉu (Rz20) §é ph¼ng tæng thÓ mÆt ngoµi: kh«ng cã nhiÒu nÕp, vÕt h»n do ph−¬ng ph¸p gia c«ng. §é nh¸m mÆt trong nhá h¬n Ra2.5 KÕt luËn: B»ng c«ng nghÖ Ðp thñy tÜnh cã thÓ chÕ t¹o ®−îc ph«i èng dÉn sãng ra®a víi c¸c tÝnh n¨ng t−¬ng ®−¬ng mÉu Nga, ®©y lµ ph−¬ng ph¸p c«ng nghÖ míi ch−a ®−îc ¸p dông t¹i ViÖt nam. Ph−¬ng ph¸p nµy cho phÐp t¹o ph«i cã h×nh d¹ng phøc t¹p h¬n cã ®é ®ång nhÊt cao vÒ tÝnh chÊt c¬ lý trªn toµn s¶n phÈm, ®Æc biÖt c¶i thiÖn ®¸ng kÓ vÒ ®é cøng cña s¶n phÈm. CÇn cã ®Çu t− nghiªn cøu thÝch ®¸ng ®Ó chÕ t¹o hoµn chØnh èng dÉn sãng ra®a PRV-16. 136 5.5. ChÕ t¹o èng thµnh máng b»ng c«ng nghÖ Ðp thñy ®éng Theo môc 1.2.4 (Ch−¬ng1) §Ò tµi sÏ tËp trung nghiªn cøu c«ng nghÖ Ðp ®ïn thñy ®éng ë d¶i tèc ®é 200-1000 mm/s vµ ~10.000 mm/s ë ®ã xuÊt hiÖn mµng b«i tr¬n æn ®Þnh, theo chiÒu t¨ng cña tèc ®é biÕn d¹ng ®é dµy vµ tÝnh æn ®Þnh cña mµng b«i tr¬n còng t¨ng lªn lµm triÖt tiªu hiÖu øng stick-sleep. VÒ h×nh d¹ng s¶n phÈm §Ò tµi sÏ thö nghiÖm Ðp ®ïn ph«i ®Æc vµ ph«i rçng §Ó cã c¬ së cho viÖc tÝnh to¸n thiÕt kÕ c¸c khu«n vµ trang bÞ c«ng nghÖ §Ò tµi ®· kh¶o s¸t hai lo¹i vËt liÖu lµ hîp kim nh«m (HKN) vµ ®ång ®á M1. 5.5.1. Kh¶o s¸t ph«i ®Çu vµo 5.5.1.1. Kh¶o s¸t ph«i hîp kim nh«m Hîp kim nh«m ®Çu vµo ®−îc sö dông ®Ó Ðp thuû ®éng cã thµnh phÇn ®−îc ghi trong b¶ng 5.10 B¶ng 5.10- Thµnh phÇn hîp kim nh«m Hµm l−îng % TT Tªn mÉu Cu Mg Si Mn Cr Fe Zn Al 1 MÉu sè 1 0,31 0,58 0,50 0,04 0,05 0,18 0,20 98,13 2 MÉu sè 2 0,30 0,51 0,52 0,05 0,04 0,17 0,19 98,21 3 MÉu sè 3 0,32 0,50 0,51 0,04 0,05 0,18 0,20 98,19 KÕt qu¶ ph©n tÝch thµnh phÇn ho¸ häc cña c¸c mÉu hîp kim nh«m cho thÊy vËt liÖu t−¬ng ®−¬ng víi m¸c AB theo “Θnοaβµϖληι Λεθ⎯ϕϕηπθ⎯”, θµκ 2, θ⎯α 59. §©y lµ hîp kim nh«m dïng trong kü thuËt hµng kh«ng, th−êng ®−îc cung cÊp d−íi d¹ng èng, c©y hÆc tÊm. Hîp kim nµy cã thÓ ho¸ bÒn b»ng ph−¬ng ph¸p nhiÖt luyÖn (t«i kÕt hîp víi ho¸ giµ). Sau t«i+ho¸ giµ tù nhiªn hîp kim AB cã giíi h¹n bÒn ®¹t trªn 180 MPa, 137 ®é d·n dµi t−¬ng ®èi ®¹t trªn 14%. Sau t«i vµ ho¸ giµ nh©n t¹o cã giíi h¹n bÒn ®¹t trªn 300 MPa, ®é d·n dµi t−¬ng ®èi α5 ®¹t trªn 10%. Ph«i ®−îc ®−a vµo Ðp thuû ®éng ®−îc gia c«ng thµnh d¹ng èng, ®−êng kÝnh ngoµi 35 mm, ®−êng kÝnh trong 17mm. Tæ chøc kim t−¬ng cña vËt liÖu ®−îc kh¶o s¸t t¹i hai vÞ trÝ: trong lâi vµ vïng s¸t biªn. H×nh 2.8 vµ 5.29 lµ ¶nh tæ chøc tÕ vi t¹i hai vïng kh¶o s¸t, ®−îc chôp trªn kÝnh hiÓn vi kim lo¹i Axiover-25 cña NhËt víi ®é phãng ®¹i 500 lÇn. Trªn c¶ hai vïng ®Òu cã tæ chøc nh«m hîp kim ®a pha: dung dÞch r¾n α, cïng tinh Al-Si vµ c¸c liªn kim gi÷a nh«m víi silic, magiª vµ c¸c t¹p chÊt kh¸c. Kh«ng quan s¸t thÊy biÕn d¹ng trªn c¶ hai vïng. Cì h¹t rÊt nhá mÞn. Do cã tæ chøc cïng tinh vµ c¸c pha liªn kim cã ®é ph©n t¸n cao nªn tæ chøc nµy cã hÖ sè biÕn d¹ng kh«ng cao, kh¶ n¨ng xuÊt hiÖn vÕt nøt lín. H×nh 5.28- Tæ chøc hîp kim nh«m tr−íc khi Ðp (trong lâi), X500 MÉu ®Ó kh¶o s¸t tÝnh chÊt c¬-lý cña hîp kim nh«m ®Çu vµo ®−îc c¾t tõ ph«i vµ gia c«ng thµnh c¸c mÉu tiªu chuÈn theo TCVN 179-85. Qu¸ tr×nh ®o ®é cøng vµ thö kÐo ®−îc tiÕn hµnh trªn m¸y ®o ®é cøng HPO-250 vµ m¸y thö kÐo ZD-40 cña §øc. KÕt qu¶ kh¶o s¸t ®−îc ghi trªn b¶ng 5.11. 138 H×nh 5.29- Tæ chøc hîp kim nh«m tr−íc khi Ðp (líp biªn), X500 B¶ng 5.11- KÕt qu¶ kh¶o s¸t c¬-lý tÝnh hîp kim nh«m ®Çu vµo STT Tªn mÉu HB σb (MPa) δ5 % 1 MÉu 1 42.5 135 39 2 MÉu 1 43.0 140 38 3 MÉu 1 43.0 145 38 TB 43.0 140 38 KÕt qu¶ kh¶o s¸t c¬-lý tÝnh cho thÊy ®é cøng vµ ®é bÒn cña HKN so víi nh«m s¹ch kü thuËt cao h¬n nhiÒu (nh«m s¹ch kü thuËt cã giíi h¹n bÒn 50 MPa, ®é gi·n dµi t−¬ng ®èi δ5 ®¹t 50%). Giíi h¹n bÒn cña HKN ®Çu vµo gÇn ®¹t ®Õn gi¸ trÞ cña tr¹ng th¸i t«i vµ ho¸ giµ tù nhiªn. Nh− vËy trong tr¹ng th¸i nµy HKN t−¬ng ®èi khã biÕn d¹ng vµ khi biÕn d¹ng sÏ cã tèc ®é ho¸ bÒn biÕn d¹ng t−¬ng ®èi nhanh. 139 5.5.1.2. Kh¶o s¸t ph«i ®ång Thµnh phÇn cña ®ång ®−îc sö dông ®Ó Ðp thuû ®éng ®−îc tr×nh bµy trong b¶ng 5.12. B¶ng 5.12- Thµnh phÇn ®ång T T Tªn mÉu 1 Hµm l−îng % Cu Pb Zn MÉu sè 1 99,91 0,005 0,005 2 MÉu sè 2 99,92 0,004 3 MÉu sè 3 99,91 0,005 Bi Sb Ni S As Ag 0,001 0,002 0,002 0,004 0,002 0,003 0,005 0,001 0,002 0,002 0,004 0,002 0,002 0,005 0,002 0,001 0,003 0,003 0,002 0,002 KÕt qu¶ ph©n tÝch thµnh phÇn ho¸ häc cho thÊy c¸c mÉu ®ång ®Çu vµo cña Ðp thuû ®éng lµ ®ång M1 theo ∆ΝΘΡ 761-70. M¸c ®ång M1 th−êng ®−îc dïng trong kü thuËt ®iÖn lµm d©y dÉn hoÆc c¸c tiÕp ®iÓm. Trong c¸c khÝ tµi qu©n sù ®ång M1 ®−îc dïng ®Ó chÕ t¹o èng sãng ra ®a, c¸c ®−êng èng dÉn x¨ng ,dÇu trong xe qu©n sù…Trong tr¹ng th¸i c¸n vµ ñ, ®ång M1 cã giíi h¹n bÒn 200 ®Õn 250 MPa, ®é gi·n dµi t−¬ng ®èi ®¹t 30 ®Õn 35%. Sau biÕn d¹ng nguéi giíi h¹n bÒn cña ®ång cã thÓ lªn ®Õn 700 MPa, tuy nhiªn ®é gi·n dµi gi¶m xuèng chØ cßn 1 ®Õn 3%. Ph«i ®ång ®Ó tiÕn hµnh Ðp thuû ®éng cã d¹ng èng ®−êng kÝnh ngoµi 35 mm, ®−êng kÝnh trong 17mm. Tæ chøc kim t−¬ng cña vËt liÖu ®−îc kh¶o s¸t t¹i hai vÞ trÝ: trong lâi vµ vïng s¸t biªn. H×nh 5.30 vµ 5.31 lµ ¶nh tæ chøc tÕ vi t¹i hai vïng kh¶o s¸t, ®−îc chôp trªn kÝnh hiÓn vi kim lo¹i Axiover-25 cña NhËt víi ®é phãng ®¹i 100 lÇn. Tæ chøc cña c¶ hai vïng ®Òu lµ ®ång mét pha, cì h¹t rÊt lín (trªn cÊp 15/15), ë vïng s¸t biªn cì h¹t nhá h¬n chót Ýt. C¸c v¹ch song tinh th¼ng, kh«ng cã dÊu vÕt cña biÕn d¹ng. Do cã tæ chøc h¹t rÊt lín nªn vËt liÖu ®ång M1 nµy rÊt dÔ biÕn d¹ng, hÖ sè biÕn d¹ng lín. Còng chÝnh do ®Æc ®iÓm nµy nªn tèc ®é ho¸ bÒn biÕn cøng kh«ng cao. 140 H×nh 5.30- Tæ chøc ®ång ®á M1 tr−íc khi Ðp (trong lâi), X100 H×nh 5.31- Tæ chøc ®ång ®á M1 tr−íc khi Ðp (líp biªn), X100 Còng gièng nh− nh«m, mÉu ®Ó kh¶o s¸t tÝnh chÊt c¬-lý cña ®ång ®Çu vµo ®−îc c¾t tõ ph«i èng vµ gia c«ng thµnh c¸c mÉu tiªu chuÈn theo TCVN 179-85. Qu¸ tr×nh ®o ®é cøng vµ thö kÐo ®−îc tiÕn hµnh trªn m¸y ®o ®é cøng HPO-250 vµ m¸y thö kÐo ZD-40 cña §øc. KÕt qu¶ kh¶o s¸t ®−îc ghi trªn b¶ng 5.13 141 B¶ng 5.13- KÕt qu¶ kh¶o s¸t c¬-lý tÝnh ®ång M1 ®Çu vµo STT Tªn mÉu HB σb (MPa) δ5 (%) 1 MÉu 1 52 222 37 2 MÉu 1 53 231 37 3 MÉu 1 55 225 40 TB 53 226 38 KÕt qu¶ kh¶o s¸t c¬ tÝnh cña ®ång ®Çu vµo cho thÊy rÊt phï hîp víi c¸c tµi liÖu tra cøu vÒ ®ång M1. 5.5.2. C¸c b−íc c«ng nghÖ chÝnh ®Ó chÕ t¹o èng ®ång §iÒn ®Çy chÊt truyÒn ¸p vµo buång a/s ChuÈn bÞ vËt liÖu TiÖn t¹o h×nh ph«i Ðp s¬ bé, x¶ E Xö lý nhiÖt (ñ) Ðp TT t¹o h×nh s¶n phÈm L¾p ty vµ dÉn h−íng vµo ph«i Th¸o SP, kiÓm tra N¹p ph«i H×nh 5.32- TiÕn tr×nh c«ng nghÖ chÕ t¹o èng ®ång 142 5.5.3. ThiÕt kÕ khu«n t¹o h×nh Theo c¸c sè liÖu tÝnh bÒn khu«n t¹o h×nh ë môc 4.2.3, gãc më khu«n tèi −u 4.2.4, lùc Ðp ®ïn 4.2.5 (ch−¬ng 4). §Ò tµi ®· x©y dùng b¶n vÏ thiÕt kÕ tæng thÓ trang bÞ Ðp thñy ®éng (h×nh 5.33) 1- Bµn ®éng m¸y Ðp TL 400T 2- Côm chµy Ðp 3- Côm ®Þnh vÞ 4- Ph«i 5- Khu«n h×nh 6- Côm buång ¸p suÊt 7- S¶n phÈm 8- Bµn m¸y Ðp TL 400T H×nh 5.33- Trang bÞ Ðp thñy ®éng Khu«n t¹o h×nh (5) ®−îc chÕ t¹o tõ vËt liÖu hîp kim cøng BK8. Gãc më α = 440; Gãc tho¸t β = 300; §é nh¸m mÆt ngoµi mµi ®¹t Ra=0,32 ®é nh¸m toµn bé mÆt trong Ra=0,16 sö dông c«ng nghÖ ®¸nh bãng b»ng siªu ©m. Khu«n t¹o h×nh sau khi gia c«ng hoµn chØnh ®−îc l¾p chÆt vµo phÝa d−íi buång ¸p suÊt b»ng Ðp nguéi ®¶m b¶o chÕ ®é l¾p ghÐp chÆt (H7/p6) t¹o ra øng suÊt d− cho khu«n ë gÇn vïng cã øng suÊt khi lµm viÖc cao nhÊt (vïng trô φ20). Ngoµi ra vïng c«n 440 vµ vïng trô φ20 ®−îc thiÕt kÕ theo nguyªn t¾c c©n b»ng ¸p suÊt v× vËy khi lµm viÖc khu«n lu«n chÞu øng suÊt nÐn nªn ph¸t huy ®−îc kh¶ n¨ng chÞu nÐn cña vËt liÖu BK8 (xem h×nh 5.34): 143 H×nh 5.34- Khu«n t¹o h×nh 5.5.4. ChuÈn bÞ ph«i ®Ó chÕ t¹o èng Ph«i ®Æc sau khi c¾t ®ñ chiÒu dµi L theo tÝnh to¸n, tiÕn hµnh ñ ®ång ®Òu vµ gi¶m ®é cøng. ChÕ ®é ñ ®èi víi ®ång M1 lµ: T = 5600C, thêi gian gi÷ nhiÖt t = 45 ph. Sau khi lÊy ph«i ra khái lß th¶ vµo n−íc l¹nh 300C ®Õn khi ph«i nguéi hoµn toµn. TiÕn hµnh tiÖn ®¹t kÝch th−íc theo b¶n vÏ thiÕt kÕ ph«i (xem h×nh 5.35). Trong qóa tr×nh chÕ thö kÝch th−íc ®−êng kÝnh φ30 cã thÓ thay ®æi tïy thuéc n¨ng lùc cña thiÕt bÞ. §é nh¸m bÒ mÆt trong vµ ngoµi cña ph«i ¶nh h−ëng ®Õn chÊt l−îng s¶n phÈm v× vËy sau khi tiÖn tinh ph«i cÇn ®¸nh bãng ®¹t ®é nh¸m. Dung sai cña kÝch th−íc φ20 ®iÒu chØnh phï hîp lç khu«n h×nh ®Ó ®¶m b¶o bÞt kÝn m«i tr−êng truyÒn ¸p ë tr¹ng th¸i b¾t ®Çu Ðp. 144 H×nh 5.35- Ph«i èng sau s¬ chÕ 5.5.5. Nghiªn cøu vËt liÖu truyÒn ¸p Theo môc 3.2.3 (Ch−¬ng 3) vËt liÖu truyÒn ¸p bao quanh ph«i ph¶i thùc hiÖn hai chøc n¨ng: 1. T¹o ra m«i tr−ßng ¸p suÊt thuû tÜnh cao trong buång ¸p suÊt vµ t¸c ®éng lªn bÒ mÆt cña ph«i. M«i tr−êng ph¶i ph¶i lµ mét lo¹i chÊt láng hoÆc øng xö nh− mét chÊt láng ë tr¹ng th¸i ¸p suÊt cao (m«i tr−êng gi¶ láng). 2. B«i tr¬n vïng tiÕp xóc gi÷a c¸c bÒ mÆt ma s¸t cña ph«i vµ khu«n Ng−êi ta ®· t×m ra m«i tr−êng truyÒn ¸p hiÖu qu¶ ®èi víi tõng gi¶i ¸p suÊt cÇn thiÕt ®Ó Ðp ch¶y hoÆc Ðp ®ïn . - §Õn ¸p suÊt 1100MPa th−êng dïng dÇu kho¸ng SAE30 cã chøa 10% disunfit Molipden (MoS2), ë vïng ¸p suÊt cao h¬n, chÊt láng truyÒn ¸p nµy kh«ng thÝch hîp v× cã xu h−íng ®Æc qu¸nh l¹i. - §Õn ¸p suÊt 1520MPa ng−êi ta dïng dÇu víi 10% cån etylic cã chøa gèc metyl. - §Õn 3100 MPa ng−êi ta dïng igpentan vµ x¨ng tr¾ng. Th−êng nh÷ng chÊt truyÒn ¸p nµy cã kh¶ n¨ng b«i tr¬n kÐm, viÖc t×m kiÕm c¸c phô gia b«i tr¬n cho c¸c chÊt láng nµy gÆp nhiÒu khã kh¨n, nªn ng−êi ta t¸ch chøc n¨ng b«i tr¬n ra khái vËt liÖu truyÒn ¸p vµ sö dông c¸c chÊt b«i tr¬n ®Æc cho ph«i vÝ dô nh−: graphogen, disunphit m«lip®en, xµ phßng, nhùa, latex, teflon, trong nhiÒu tr−êng hîp ng−êi ta m¹ ph«i b»ng nh÷ng kim lo¹i mµu. 145 Nh÷ng nghiªn cøu s©u vÒ ¶nh h−ëng cña chÊt b«i tr¬n vµ m«i tr−êng truyÒn ¸p ®Õn ¸p suÊt Ðp ch¶y c¸c lo¹i vËt liÖu kh¸c nhau nh− thÐp AISI4340, hîp kim titan (Ti-6Al-4V), nh«m, ®ång thau... cña phirentirro, Sabfeov, Buldfer, Bersnev,Bolravski cho thÊy b¶n chÊt cña chÊt truyÒn ¸p, ®é nhít cña chóng kh«ng ¶nh h−ëng ®Õn chÊt b«i tr¬n còng t−¬ng tù nh− vËy kh«ng xÈy ra c¸c hiÖn t−îng ph¸ huû líp b«i tr¬n còng nh− kh«ng bÞ ®«ng cøng chÊt truyÒn ¸p. Tõ ®ã cã thÓ rót ra c¸c kÕt luËn lµ ¸p suÊt Ðp ch¶y phô thuéc chñ yÕu vµo b¶n chÊt vµ tr¹ng th¸i cña vËt liÖu Ðp vµ lµ mét ®Æc tr−ng rÊt Ýt nh¹y c¶m víi m«i tr−êng truyÒn ¸p vµ chÊt b«i tr¬n. VËy ¸p suÊt Ðp ch¶y chØ lµ mét th«ng sè ®¸nh gi¸ th«, cho phÐp ph©n biÖt chÊt truyÒn ¸p vµ chÊt b«i tr¬n thµnh nhãm thÝch hîp mµ th«i. §Æc tr−ng ®ã cña ¸p suÊt Ðp ch¶y cho thÊy râ lµ ma s¸t chØ lµ mét phÇn ¶nh h−ëng kh«ng lín vµo tæng ¸p suÊt Ðp ch¶y trong ®iÒu kiÖn Ðp ch¶y cã b«i tr¬n tèt . Tõ nh÷ng ph©n tÝch trªn, ®Ó nghiªn cøu Ðp ®ïn víi nh«m, hîp kim nh«m, ®ång vµ vµ hîp kim ®ång ë nhiÖt ®é th−êng, chóng t«i ®· sö dông m«i tr−êng truyÒn ¸p lµ dÇu CN30+10% graphit v¶y c¸ cÊp h¹t nhá h¬n 74µm. Tr−íc khi sö dông dÇu ®−îc l¾c m¹nh ®Ó c¸c h¹t graphit ph©n bè ®Òu trong chÊt láng, do cã cÊp h¹t mÞn, tû träng riªng thÊp nªn tr¹ng th¸i ph©n bè ®Òu nµy gi÷ ®−îc trong nhiÒu giê ®¶m b¶o cho thêi gian c«ng nghÖ theo yªu cÇu. ViÖc sö dông m«i tr−êng ¸p lµ chÊt láng cã mét khã kh¨n lín lµ vÊn ®Ò lµm kÝn buång Ðp ë ¸p suÊt cao vµ thu håi dÇu sau khi kÕt thóc qu¸ tr×nh Ðp trong tr−êng hîp ph¶i sö dông thiÕt bÞ ®a dông. §Ó gi¶m bít c¸c khã kh¨n nªu trªn, chóng t«i ®· nghiªn cøu ®iÒu chÕ m«i tr−êng truyÒn ¸p ë d¹ng nh·o gåm mì láng+10% bét grapit vÈy c¸ mÞn <74µm. ChÊt truyÒn ¸p trªn ®ång thêi gi¶i quyÕt kh©u b«i tr¬n rÊt hiÖu qu¶. ViÖc trén grapit vµo trong mì láng ®−îc tiÕn hµnh trªn m¸y trén trôc vÝt ba lÇn ®¶m b¶o ®é ®ång nhÊt cao. 146 B¶ng 5.14- TÝnh chÊt cña s¶n phÈm Ðp ch¶y thñy ®éng VËt liÖu Hîp kim nh«m A/FLS Zira Tantal MPa kG/cm2 MPa kG/cm2 §é d·n dµi % 71 216 2207 272,5 2777 15 29 Ðp, β = 6,25 111 370,5 3775 462,3 4710 7 29 Cung cÊp 169 401,6 4091 549,2 5596 29 45 Ðp β = 6,25 190 555,4 5659 779,0 7937 14 42 Thiªu kÕt vµ rÌn nãng 120 370,5 3775 382,9 3902 12 39 340 959,1 9772 1359, 3 13849 21 60 370 1190,2 12127 1621, 5 16520 14 49 254 710,7 7241 1066, 0 10861 27 45 Ðp, β = 2 340 959,1 9772 1186, 8 12091 9 32 Cung cÊp 617 1055,7 10756 - - 35 41 1680,1 17119 - - 10 30 Tr¹ng th¸i vËt liÖu §é cøng Cung cÊp (ñ gi¶m ®é cøng ñ mÒn) ThÐp hîp kim ñ rex -448 Ðp, β = 2 Hîp kim titan ñ mÒn T/AM Nir..... 80A (hîp kim ®ång+Niken) Giíi h¹n bÒn øng suÊt ph¸ huû §é th¾t % (62,8)∗ Ðp, β = 2,25 1605 (163,5) Qu¸ tr×nh thö nghiÖm chÊt truyÒn ¸p d¹ng nh·o nµy ®Ó Ðp ch¶y nh«m vµ ®ång cho thÊy c¸c −u ®iÓm sau: - Hoµn toµn thÝch hîp víi ph−¬ng ph¸p c«ng nghÖ ®· lùa chän. - §· gi¶i quyÕt ®−îc khã kh¨n trong kh©u lµm kÝn buång Ðp ë ¸p suÊt cao. - Thao t¸c dÔ dµng (kÓ c¶ khi n¹p m«i tr−êng vµ thu håi sau chu tr×nh Ðp) - DÔ vÖ sinh sau mçi lÇn chÕ thö. - Cho chÊt l−îng bÒ mÆt vËt Ðp tèt vµ Ýt tæn hao sau khi qu¸ tr×nh Ðp kÕt thóc. 147 5.5.6. Kh¶o nghiÖm ®¸nh gi¸ kÕt qu¶ 5.5.6.1. S¶n phÈm èng hîp kim nh«m a) Kh¶o s¸t s¶n phÈm trung gian ë tr¹ng th¸i trung gian, khi ph«i Ðp ®· n»m trong buång Ðp vµ chÞu ¸p suÊt t−¬ng ®èi cao (kho¶ng 500 MPa) trong vËt liÖu ®· cã sù dån nÐn nhÊt ®Þnh, mËt ®é t¨ng lªn lµm cho tæ chøc vËt liÖu cã thay ®æi chót Ýt. ¶nh tæ chøc kim t−¬ng vËt liÖu ®−îc tr×nh bµy trªn h×nh 5.30 vµ 5.31. MÉu ®Ó ph©n tÝch kh¶o s¸t còng ®−îc lÊy t¹i c¸c vÞ trÝ gièng nh− khi kh¶o s¸t vËt liÖu ®Çu vµo. quan s¸t ¶nh kim t−¬ng cã nhËn xÐt: trªn c¶ hai vïng ®Òu cã tæ chøc nh«m hîp kim ®a pha: dung dÞch r¾n α, cïng tinh Al-Si vµ c¸c liªn kim gi÷a nh«m víi silic, magiª vµ c¸c t¹p chÊt kh¸c. §· quan s¸t thÊy biÕn d¹ng trªn c¶ hai vïng nh−ng víi møc ®é kh«ng lín. ë vïng biªn møc ®é biÕn d¹ng lín h¬n so víi trong lâi. Cì h¹t vµ sù ph©n bè cña c¸c pha t−¬ng tù víi hîp kim nh«m ®Çu vµo. Nh− vËy cã thÓ thÊy vÒ mÆt tæ chøc vËt liÖu gi÷a chÆng trung gian vµ ®Çu vµo kh«ng cã sù kh¸c nhau ®¸ng kÓ. H×nh 5.36- Tæ chøc hîp kim nh«m Ðp chÆng trung gian (trong lâi) (X500) 148 H×nh 5.37- Tæ chøc hîp kim nh«m Ðp chÆng trung gian (líp biªn), X500 KÕt qu¶ kiÓm tra c¬ tÝnh hîp kim nh«m Ðp chÆng trung gian ®−îc tr×nh bµy trªn b¶ng 5.15. C¸c mÉu ®Ó kiÓm tra tÝnh chÊt c¬-lý ®−îc chÕ t¹o theo TCVN 197-85, gièng nh− ®èi víi vËt liÖu ®Çu vµo. B¶ng 5.15- KÕt qu¶ kh¶o s¸t c¬ tÝnh hîp kim nh«m chÆng trung gian STT Tªn mÉu HB σb (MPa) δ5 (%) 1 MÉu 1 55 217 24,4 2 MÉu 1 55 223 23,6 3 MÉu 1 55 225 23,4 TB 55 222 23,8 KÕt qu¶ kh¶o s¸t tÝnh chÊt c¬-lý trªn b¶ng 5.15 cho thÊy d−íi t¸c dông cña ¸p suÊt Ðp 500 MPa, mÆc dï biÕn d¹ng ch−a x¶y ra râ rÖt nh−ng bªn trong vËt liÖu ®· cã sù thay ®æi vÒ mËt ®é c¸c khuyÕt tËt, lÖch m¹ng dÉn ®Õn ®é cøng vµ ®é bÒn ®Òu t¨ng lªn, ®é dÎo gi¶m xuèng. 149 Gi¸ trÞ giíi h¹n bÒn ®· t¨ng v−ît qu¸ gi¸ trÞ ®¹t ®−îc khi t«i vµ ho¸ giµ tù nhiªn. Nh− vËy ë ®©y ®· thÊy cã ¶nh h−ëng râ rÖt cña ¸p suÊt Ðp ®Õn tÝnh chÊt c¬ häc cña vËt liÖu. NhËn xÐt nµy sÏ ®−îc minh chøng râ nÐt h¬n khi kh¶o s¸t c¸c chØ tiªu c¬ tÝnh vËt liÖu trong tr¹ng th¸i sau Ðp. b) Kh¶o s¸t s¶n phÈm sau Ðp thñy ®éng S¶n phÈm sau Ðp lµ c¸c ®o¹n èng nh«m hîp kim cã ®−êng kÝnh ngoµi 20mm, chiÒu dµy thµnh èng 1 mm vµ c¸c ®o¹n h×nh trô (h×nh 5.35-b; vÞ trÝ 1). §Ó kh¶o s¸t kh¶ n¨ng biÕn d¹ng cña vËt liÖu vµ møc ®é ho¸ bÒn biÕn cøng ®· sö dông c¸c ph«i vËt liÖu ®Çu vµo lµ thái nh«m hîp kim m¸c AB cã ®−êng kÝnh kho¶ng 30mm. C¸c chØ tiªu c¬ tÝnh gièng nh− trong b¶ng 5.11. S¶n phÈm sau Ðp thuû ®éng lµ c¸c ®o¹n th¼ng h×nh trô cã ®−êng kÝnh 20mm. Nh− vËy tû lÖ biÕn d¹ng lµ 225% diÖn tÝch. KÕt qu¶ kiÓm tra c¬ tÝnh ë tr¹ng th¸i sau Ðp ®−îc tr×nh bµy trong b¶ng 5.16. B¶ng 5.16: KÕt qu¶ kh¶o s¸t c¬ tÝnh hîp kim nh«m sau Ðp STT Tªn mÉu HB σb (MPa) δ5 (%) 1 MÉu 1 110 3410 7,2 2 MÉu 1 112 3480 6,4 3 MÉu 1 113 3560 6,4 TB 112 3480 6,6 KÕt qu¶ kiÓm tra c¬ tÝnh trªn b¶ng 5.16 cho thÊy sau khi Ðp thuû ®éng vËt liÖu cã ®é cøng vµ ®é bÒn rÊt cao, ®é dÎo gi¶m. So víi tr¹ng th¸i ch−a qua Ðp ®é cøng t¨ng 2,6 lÇn; giíi h¹n bÒn t¨ng 2,5 lÇn; ®é dÎo gi¶m 5,8 lÇn. So víi tr¹ng th¸i t«i vµ ho¸ giµ nh©n t¹o ®é bÒn còng cao h¬n vµ ®é dÎo thÊp h¬n. Nh− vËy cã thÓ thÊy rÊt râ t¸c ®éng cña c«ng nghÖ Ðp thuû ®éng ®Õn c¬ 150 tÝnh cña vËt liÖu. Víi tèc ®é Ðp rÊt nhanh, tû lÖ biÕn d¹ng lín, trong hîp kim nh«m AB ®· x¶y ra qu¸ tr×nh biÕn d¹ng tr−ît vµ lÌn chÆt lµm cho cÊu tróc h¹t trë nªn nhá mÞn vµ mËt ®é lÖch trong nã t¨ng nhanh ®¹t tíi tr¹ng th¸i b·o hoµ hoÆc xÊp xØ b·o hoµ. §©y lµ nguyªn nh©n chÝnh lµm t¨ng ®é cøng vµ giíi h¹n bÒn cña vËt liÖu. Sù thay ®æi tæ chøc sau khi Ðp ®−îc quan s¸t trªn c¸c h×nh 5.31 vµ 5.32 Quan s¸t c¸c h×nh 5.31 vµ 5.32 cho thÊy trªn c¶ hai vïng ®Òu cã tæ chøc nh«m hîp kim ®a pha: dung dÞch r¾n α, cïng tinh Al-Si vµ c¸c liªn kim gi÷a nh«m víi silic, magiª vµ c¸c t¹p chÊt kh¸c. VÒ thµnh phÇn pha so víi tæ chøc nh«m ®Çu vµo vµ trung gian kh«ng cã g× thay ®æi nh−ng vÒ cÊu tróc h¹t tr¹ng th¸i nµy cã cì h¹t mÞn h¬n nhiÒu vµ c¸c pha liªn kim xuÊt hiÖn râ nÐt vµ th« h¬n. Tr¹ng th¸i nµy cã ®é cøng rÊt cao nh−ng tÝnh dÎo kÐm. H×nh 5.38: Tæ chøc hîp kim nh«m sau khi Ðp (trong lâi), X500 151 H×nh 5.39: Tæ chøc hîp kim nh«m sau khi Ðp (líp biªn), X500 c) KÕt luËn: Sau Ðp thuû ®éng c¬ tÝnh cña hîp kim nh«m m¸c AB cã sù thay ®æi lín. §é cøng vµ giíi h¹n bÒn kÐo t¨ng lªn rÊt cao vµ ®é dÎo còng gi¶m xuèng ®¸ng kÓ. C¬ chÕ cña sù thay ®æi nµy lµ ho¸ bÒn biÕn cøng. S¶n phÈm cña qu¸ tr×nh Ðp thuû ®éng cã d¹ng èng, ®Üa, thanh cã thÓ sö dông ngay sau khi gia c«ng c¬ khÝ kh«ng cÇn qua nhiÖt luyÖn mµ vÉn ®¶m b¶o c¬ tÝnh cÇn thiÕt. 152 5.5.5.2. S¶n phÈm èng ®ång a) H×nh ¶nh vÒ s¶n phÈm H×nh 5.40- S¶n phÈm èng chÕ t¹o b»ng c«ng nghÖ ETD 1 2 b a H×nh 5.41- S¶n phÈm a) èng ®ång b) èng nh«m 1- VÞ trÝ kh¶o s¸t s¶n phÈm sau Ðp thñy ®éng 2- VÞ trÝ kh¶o s¸t s¶n phÈm trung gian 153 b) Kh¶o s¸t s¶n phÈm trung gian ë tr¹ng th¸i trung gian (h×nh 5.35-a; vÞ trÝ 2), khi ph«i Ðp ®· n»m trong buång Ðp vµ chÞu ¸p suÊt t−¬ng ®èi cao (kho¶ng 700 MP) trong vËt liÖu ®· cã sù dån nÐn nhÊt ®Þnh, mËt ®é t¨ng lªn lµm cho tæ chøc vËt liÖu cã thay ®æi chót Ýt. ¶nh tæ chøc kim t−¬ng vËt liÖu ®−îc tr×nh bµy trªn h×nh 5.36 vµ 5.37. MÉu ®Ó ph©n tÝch kh¶o s¸t còng ®−îc lÊy t¹i c¸c vÞ trÝ gièng nh− khi kh¶o s¸t vËt liÖu ®Çu vµo. Tæ chøc kim t−¬ng trong tr¹ng th¸i nµy vÒ c¬ b¶n kh«ng cã g× kh¸c so víi tr¹ng th¸i ®Çu vµo. §ã lµ tæ chøc ®ång mét pha, cì h¹t rÊt lín (trªn cÊp 15/15), c¸c v¹ch song tinh th¼ng. B¾t ®Çu cã hiÖn t−îng biÕn d¹ng nh−ng víi møc ®é rÊt nhá kÓ c¶ vïng biªn d¹ng cña b¸n thµnh phÈm. Tæ chøc nµy vÉn cßn kh¶ n¨ng biÕn d¹ng rÊt lín. H×nh 5.42- Tæ chøc ®ång ®á M1 ë tr¹ng th¸i trung gian (trong lâi), X100 154 H×nh 5.43- Tæ chøc ®ång ®á M1 ë tr¹ng th¸i trung gian (líp biªn), X100 KÕt qu¶ kiÓm tra c¬ tÝnh ®ång sau Ðp chÆng trung gian ®−îc tr×nh bµy trªn b¶ng 2.3. C¸c mÉu ®Ó kiÓm tra tÝnh chÊt c¬-lý ®−îc chÕ t¹o theo TCVN 197-85, gièng nh− ®èi víi vËt liÖu ®Çu vµo. B¶ng 5.17- KÕt qu¶ kiÓm tra c¬ tÝnh ®ång M1 Ðp chÆng trung gian STT Tªn mÉu HB σb (MPa) δ5 (%) 1 MÉu 1 87 263 23 2 MÉu 1 85 257 24 3 MÉu 1 85 249 25 TB 86 256 24 KÕt qu¶ kh¶o s¸t tÝnh chÊt c¬-lý trªn b¶ng 5.17 cho thÊy d−íi t¸c dông cña ¸p suÊt Ðp 500 MPa, mÆc dï biÕn d¹ng ch−a x¶y ra râ rÖt nh−ng bªn trong vËt liÖu ®· cã sù thay ®æi vÒ mËt ®é c¸c khuyÕt tËt, lÖch m¹ng dÉn ®Õn ®é cøng vµ ®é bÒn ®Òu t¨ng lªn, ®é dÎo gi¶m xuèng. Tuy nhiªn trong tr−êng 155 hîp nµy, ®é cøng t¨ng lªn t−¬ng ®èi nhanh nh−ng giíi h¹n bÒn t¨ng chËm, ®é dÎo còng gi¶m kh¸ nhanh, ®iÒu nµy hoµn toµn phï hîp víi b¶n chÊt cña vËt liÖu ®ång M1 vµ kÕt qu¶ ph©n tÝch tæ chøc kim t−¬ng ®· tr×nh bµy á trªn. c) Kh¶o s¸t s¶n phÈm sau Ðp thñy ®éng S¶n phÈm sau Ðp lµ c¸c ®o¹n èng ®ång cã ®−êng kÝnh ngoµi 20mm, chiÒu dµy thµnh èng 1mm vµ c¸c ®o¹n h×nh trô (h×nh 5.35-a; vÞ trÝ 1). §Ó kh¶o s¸t kh¶ n¨ng biÕn d¹ng cña vËt liÖu vµ møc ®é ho¸ bÒn biÕn cøng ®· sö dông c¸c ph«i vËt liÖu ®Çu vµo lµ thái ®ång cã ®−êng kÝnh kho¶ng 30mm. C¸c chØ tiªu c¬ tÝnh gièng nh− trong b¶ng 5.14. S¶n phÈm sau Ðp thuû ®éng lµ c¸c ®o¹n th¼ng h×nh trô cã ®−êng kÝnh 20mm. Nh− vËy tû lÖ biÕn d¹ng lµ 225% diÖn tÝch. KÕt qu¶ kiÓm tra c¬ tÝnh ë tr¹ng th¸i sau Ðp ®−îc tr×nh bµy trong b¶ng 5.18. B¶ng5.18- KÕt qu¶ kiÓm tra c¬ tÝnh ®ång M1 sau Ðp STT Tªn mÉu HB σb (MPa) δ5 (%) 1 MÉu 1 107 341 17 2 MÉu 1 105 335 18 3 MÉu 1 105 338 17 TB 106 338 17 Víi tû lÖ Ðp 225% diÖn tÝch, ®é cøng cña ®ång t¨ng 2 lÇn, giíi h¹n bÒn kÐo t¨ng 1,5 lÇn vµ ®é dÎo gi¶m 2,23 lÇn. So víi c¸c tµi liÖu tra cøu, giíi h¹n bÒn vÉn ch−a ®¹t ®−îc tèi ®a vµ ®é dÎo vÉn ch−a ®Õn møc thÊp nhÊt. Nh− vËy vËt liÖu cßn cã thÓ biÕn d¹ng tiÕp ®−îc n÷a. §iÒu nµy ®−îc thÓ hiÖn râ nÐt h¬n khi quan s¸t tæ chøc kim t−¬ng sau Ðp ë c¸c vÞ trÝ kh¸c nhau trªn h×nh 5.38, 5.39, 5.40. 156 H×nh 5.44- Tæ chøc ®ång ®á M1sau khi Ðp (trong lâi), X100 H×nh 5.45- Tæ chøc ®ång ®á M1sau khi Ðp (líp trung gian), X100 157 H×nh 5.46- Tæ chøc ®ång ®á M1 sau khi Ðp (líp biªn), X100 Tæ chøc kim t−¬ng cña ®ång ®á M1 sau Ðp thuû ®éng lµ tæ chøc ®ång mét pha, cì h¹t rÊt lín vµ kh«ng ®Òu nhau (trªn cÊp 15/15), c¸c v¹ch song tinh bÞ uèn cong, dÊu vÕt biÕn d¹ng thÓ hiÖn kh¸ râ trªn toµn mÉu, tuy nhiªn møc ®é biÕn d¹ng trªn tõng h¹t vµ tõng vïng kh¸c nhau. Vïng gÇn t©m mÉu cã sè l−îng h¹t bÞ biÕn d¹ng t−¬ng ®èi Ýt, chØ cã nh÷ng h¹t cã ®Þnh h−íng thuËn lîi cho biÕn d¹ng bÞ biÕn d¹ng nhiÒu cßn c¸c h¹t kh¸c chØ thÓ hiÖn dÊu vÕt. ë vÞ trÝ trung gian (líp gi÷a) møc ®é biÕn d¹ng ®· t¨ng lªn, sè h¹t bÞ biÕn d¹ng chiÕm ®a sè. Líp s¸t biªn c¸c h¹t bÞ biÕn d¹ng 100% víi møc ®é biÕn d¹ng rÊt lín. Quan s¸t ¶nh kim t−¬ng vËt liÖu líp s¸t biªn ®· bÞ biÕn d¹ng theo nhiÒu h−íng, cã xu h−íng xo¾n trén lÊy nhau. MÆc dï biÕn d¹ng rÊt lín nh−ng vÉn kh«ng quan s¸t thÊy vÕt nøt tÕ vi. §iÒu nµy cho thÊy vËt liÖu cßn kh¶ n¨ng biÕn d¹ng tiÕp. d) KÕt luËn: Sau Ðp thuû ®éng c¬ tÝnh cña ®ång ®á M1 t¨ng lªn theo møc ®é biÕn d¹ng. Víi møc ®é biÕn d¹ng 225% giíi h¹n bÒn kÐo cña ®ång M1 ®¹t t−¬ng ®−¬ng thÐp CT3 trong tr¹ng th¸i c¸n nãng. Nh− vËy ph«i ®ång ®á M1 sau Ðp thuû ®éng cã c¬ tÝnh cao, cã thÓ ®−îc dïng ®Ó chÕ t¹o c¸c chi tiÕt cÇn ®é dÉn ®iÖn cao, t¶i träng trung b×nh. 158 5.6. ChÕ t¹o ph«i b¸nh r¨ng m« duyn nhá 5.6.1. §Æc ®iÓm cña s¶n phÈm B¸nh r¨ng lµ mét trong nhiÒu lo¹i chi tiÕt ®−îc chÕ t¹o b»ng ph−¬ng ph¸p luyÖn kim bét. C«ng ®o¹n quan träng trong d©y chuyÒn c«ng nghÖ chÕ t¹o b¸nh r¨ng lµ ETT t¹o h×nh chi tiÕt. PhÇn r¨ng lµ phÇn lµm viÖc chÞu mµi mßn vµ cÇn ®é bÒn cao, tuy nhiªn nÕu b»ng ph−¬ng ph¸p Ðp th«ng th−êng th× mËt ®é s¶n phÈm Ðp ë vïng nµy kh«ng ®ång ®Òu, chÊt l−îng s¶n phÈm sau thiªu kÕt kh«ng cao v× thÕ ¸p dông ph−¬ng ph¸p Ðp thuû tÜnh sÏ kh¾c phôc ®−îc hiÖn t−îng nµy. B¸nh r¨ng ®−îc chän trong phÇn thùc nghiÖm lµ b¸nh r¨ng modun nhá chÕ t¹o tõ vËt liÖu bét t−¬ng ®−¬ng víi m¸c thÐp 45. Thµnh phÇn vËt liÖu: 0,42-0,45% C; 0,5-0,8% Mn; 0,17-0,31% Si; Pmax 0,04; Smax 0,04; Crmax 0,04; Nimax 0,04. Bét hîp kim dïng ®Ó chÕ t¹o b¸nh r¨ng lµ hçn hîp bét thÐp hîp kim cã bæ sung bét s¾t, bét mangan. Hçn hîp ®−îc nghiÒn trén. Cì h¹t bét sau khi nghiÒn: 25-30 µm. Ðp thñy tÜnh thùc hiÖn trong trong buång ¸p suÊt cao cña m¸y ETT do ®Ò tµi chÕ t¹o. Thiªu kÕt ph«i Ðp trong lß èng grafit víi m«i tr−êng b¶o vÖ lµ khÝ hidro. S¶n phÈm sau thiªu kÕt ®−îc ®em nhiÖt luyÖn ®Ó c¶i thiÖn c¬ tÝnh. S¶n phÈm ®−îc kiÓm tra ®é cøng, tû träng vµ so s¸nh víi tiªu chuÈn hiÖn cã vÒ thÐp hîp kim c¸cbon trung b×nh chÕ t¹o b¸nh r¨ng. 5.6.2. Thùc nghiÖm vµ kÕt qu¶ nghiªn cøu a/ ChuÈn bÞ bét: - Bét thÐp hîp kim ®−îc chÕ t¹o b»ng ph−¬ng ph¸p nghiÒn v¶y c¸n, sau ®ã hoµn nguyªn trong m«i tr−êng hidr« ë nhiÖt ®é 800-8500C. - Bét mangan chÕ t¹o b»ng ph−¬ng ph¸p ®iÖn ph©n, sau ®ã nghiÒn vµ r©y. - Bæ sung cacbon cho vËt liÖu b»ng muéi than s¹ch, mÞn. - Hçn hîp bét nghiÒn trén trong m¸y nghiÒn bi víi tèc ®é 60 vg/ph b/ Ðp thuû tÜnh Ph«i Ðp: B¸nh r¨ng ®−îc chÕ t¹o tõ bét thÐp kÕt cÊu cã thµnh phÇn t−¬ng ®−¬ng m¸c thÐp 45. mËt ®é cña chi tiÕt 7,57 g/ cm 3, co ngãt khi thiªu kÕt 25-30%. 159 TÝnh Ðp: Dngoµi = 73,6 mm; Dtrong = 36 mm H 19,5 mm; Khèi l−îng bét 175 g Víi tû träng ®èng cña bét 3,8 g/ cm 3, tÝnh ®−îc kÝch th−íc khoang Ðp nh− cho ë b¶n vÏ víi nh÷ng kÝch th−íc chÝnh: Dk.ngoµi = 73,6 mm, Dk.trong = 36 mm; H = 40 mm QTCN Ðp ph«i b¸nh r¨ng: Mñ cao su Bét thÐp hîp kim, bét Fe, Mn Tr¸ng, phñ nhiÒu líp trªn lâi khu«n ®¹t chiÒu dµy 0,3 mm NghiÒn trén TÈm keo, t¹o h¹t Gia nhiÖt trong n−íc ®Õn 80-90 0C, thêi gian 15 ph Th¸o khu«n cao su, l¾p khu«n Ðp §Þnh l−îng, cho vµo khu«n vµ rung Ðp thuû tÜnh (150 MPa) Gia c«ng s¬ bé Thiªu kÕt NhiÖt luyÖn Gia c«ng c¬ khÝ S¶n phÈm b¸nh r¨ng H×nh 5.47. S¬ ®å c«ng nghÖ chÕ t¹o b¸nh r¨ng b»ng ph−¬ng ph¸p ETT . 160 Thao t¸c vµ Ðp mÉu b¸nh r¨ng Vá khu«n b»ng cao su. Ruét b»ng thÐp. Khu«n sau khi l¾c bét ®ñ theo ®Þnh l−îng sÏ ®−îc lµm kÝn ®Ó tr¸nh dÇu lät vµo s¶n phÈm. L¾p vá khu«n cao su víi vá ®Þnh h×nh b»ng nhùa cøng. L¾p ruét. §æ bét vµo khu«n. L¾c bét theo ®Þnh l−îng. Lµm kÝn khu«n. Treo mÉu trong buång Ðp thuû tÜnh. Ðp víi ¸p lùc 150 MPa. Th¸o mÉu vµ gia c«ng c¬ khÝ s¬ bé. Ph−¬ng ¸n khu«n Ðp c/ Thiªu kÕt Ph«i Ðp b¸nh r¨ng ®−îc xÕp trong thuyÒn grafit vµ thiªu kÕt trong m«i tr−êng hidr« ë nhiÖt ®é 1400-1450 0C, thêi gian 1h. S¶n phÈm b¸nh r¨ng sau thiªu kÕt cho thÊy: chi tiÕt gi÷ nguyªn ®−îc h×nh d¹ng tr−íc khi thiªu kÕt, co ngãt ®Òu, tuy nhiªn h×nh d¹ng cña biªn d¹ng r¨ng kh«ng râ, biªn d¹ng nµy cÇn gia c«ng c¬ khÝ míi cã thÓ sö dông. C¬ tÝnh cña s¶n phÈm sau thiªu kÕt ®¹t: §é cøng: 120-125 HB; Tû träng: 7,69 g/ cm3. Víi c¬ tÝnh cña vËt liÖu sau thiªu kÕt, cã thÓ thÊy r»ng c¸c gi¸ trÞ nµy cßn thÊp h¬n so víi s¶n phÈm chÕ t¹o tõ ph«i thÐp ®óc, c¸n vµ gia c«ng c¬ khÝ. §Ó c¶i thiÖn c¬ tÝnh, cÇn gia c«ng Ðp l¹i chi tiÕt ë tr¹ng th¸i nãng. d/ Xö lý nhiÖt B¸nh r¨ng sau thiªu kÕt ®−îc ®em nhiÖt luyÖn: t«i ë nhiÖt ®é 800 0C, m«i tr−êng n−íc, sau ®ã ram cao. Biªn d¹ng r¨ng ®−îc nhiÖt luyÖn sau cïng b»ng ph−¬ng ph¸p t«i cao tÇn. §é cøng ®¹t ®−îc sau khi t«i lµ 45-48 HRC. e/ Gia c«ng c¬ khÝ Ph«i b¸nh r¨ng sau t«i ®−îc ®em gia c«ng c¬ khÝ t¹o cÆp b¸nh r¨ng theo tiªu chuÈn cña viÖt nam. B¸nh r¨ng ®−îc l¾p vµ thö nghiÖm trªn gi¸ thö. KÕt qu¶ thö nghiÖm b¸nh r¨ng so s¸nh ®èi chøng víi mÉu b¸nh r¨ng chÕ t¹o 161 b»ng ph−¬ng ph¸p th«ng th−êng cho thÊy: kh¶ n¨ng chÞu mµi mßn vµ tuæi thä cña b¸nh r¨ng chÕ t¹o b»ng ph−¬ng ph¸p luyÖn kim bét vµ Ðp thuû tÜnh cßn thÊp , chØ ®¹t ~ 85%; §©y lµ vÊn ®Ò cÇn nghiªn cøu tiÕp ®Ó c¶i thiÖn c¬ tÝnh b»ng c¸c biÖn ph¸p gia c«ng t¨ng c−êng kh¸c nh− Ðp nãng hoÆc dËp nãng. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn: B»ng ph−¬ng ph¸p luyÖn kim bét vµ Ðp thuû tÜnh, cã thÓ chÕ t¹o ®−îc chi tiÕt b¸nh r¨ng víi n¨ng suÊt vµ hiÖu qu¶ sö dông nguyªn vËt liÖu cao. Tuy nhiªn ®Ó n©ng cao c¬ tÝnh, t¨ng tuæi thä cña s¶n phÈm, cÇn cã nh÷ng nghiªn cøu triÓn khai tiÕp víi nh÷ng biÖn ph¸p gia c«ng bæ sung t¨ng c−êng. Qua nghiªn cøu §Ò tµi nhËn thÊy ph−¬ng ph¸p luyÖn kim bét kh«ng thÝch hîp cho chÕ t¹o c¸c lo¹i b¸nh r¨ng th«ng th−êng. 162 Ch−¬ng 6 tÝnh to¸n lùa chän thiÕt bÞ vµ ThiÕt kÕ, chÕ t¹o trang bÞ c«ng nghÖ 6.1. M¸y Ðp thñy tÜnh M¸y Ðp thñy tÜnh ®−îc thiÕt kÕ trªn c¬ së cña m¸y Ðp thñy lùc 300 tÊn. Theo c¸c tÝnh to¸n ch−¬ng 4, môc 4.1.2, lùc Ðp 300 tÊn ®ñ ®Ó gi÷ n¾p buång ¸p suÊt cã ®−êng kÝnh 110 mm hay ®ñ lùc ®Ó kÑp khu«n èng dÉn sãng thay cho c¸c bulong ghÐp khu«n M16. HÖ thñy lùc thÊp ¸p, cao ¸p vµ bé khuyÕch ®¹i ®−îc thiÕt kÕ ®éc lËp thµnh m«dun riªng, l¾p ë phÝa sau m¸y ®Ó cung cÊp ¸p suÊt cao ¸p cho buång ¸p suÊt cao hay khu«n Ðp èng dÉn sãng. Cã thÓ sö dông nguån cao ¸p nµy phôc vô cho c¸c môc ®Ých kh¸c (vÝ dô ®Ó thö ¸p suÊt c¸c chi tiÕt vò khÝ cã ®é bÒn cao, thö ph¸ hñy chi tiÕt ®Ó nghiÖm bÒn ...). M¸y Ðp thñy tÜnh ®−îc thiÕt kÕ theo s¬ ®å nguyªn lý h×nh 4.1 (ch−¬ng 4). Gåm c¸c côm chÝnh: M¸y Ðp thñy lùc 300T, Côm thñy lùc thÊp ¸p, Côm thñ lùc cao ¸p, Bé khuyÕch ®¹i ¸p suÊt, Hé tiªu thô ¸p suÊt cao (buång ¸p suÊt, khu«n Ðp èng dÉn sãng...). Th«ng sè kü thuËt chÝnh cña m¸y Ðp thñy tÜnh: - Lùc kÑp khu«n Max: 300TÊn - ¸p suÊt b¬m TL hÖ s¬ cÊp: Pmax= 21 MPa - L−u l−îng b¬m thñy lùc hÖ s¬ cÊp: 15 l/ph - C«ng suÊt ®éng c¬ hÖ thñy lùc s¬ cÊp: 3 KW - ¸p suÊt cao ¸p (thø cÊp): 200 MPa - HÖ sè khuyÕch ®¹i bé khuyÕch ®¹i ¸p suÊt - Lo¹i dÇu: CN 20 hoÆc Bp-Cs32 Sau ®©y lµ c¸c thiÕt kÕ, th«ng sè kü thuËt cña c¸c côm chÝnh. 163 6.1.1. TÝnh to¸n lùa chän m¸y Ðp thñy lùc 300T a) Th«ng sè kü thuËt chÝnh cña m¸y Ðp thñy lùc 300 tÊn: - Xi lanh hai chiÒu, Ðp tõ trªn xuèng - Lùc Ðp: 300 TÊn - Hµnh tr×nh bµn m¸y: 700 mm - B¬m thñy lùc chÝnh: Pmax = 31 MPa Qmax = 75 l/ph - B¬m ®iÒu khiÓn: Pmax = 10 MPa Qmax = l5/ph - KÝch th−íc bµn m¸y: 800 x 870 mm; Kho¶ng hë khung m¸y 1000 mm - Kho¶ng c¸ch gi÷a 2 bµn m¸y: (Min-Max) 500-1200 mm - Bµn cã kÕt cÊu g¸ khu«n vµ cã dÉn h−íng - Sö dông dÇu thñy lùc: CN-20; BpCs-32; hoÆc c¸c lo¹i dÇu thñy lùc cã ®é nhít t−¬ng ®−¬ng. - C¸c yªu cÇu kh¸c theo yªu cÇu cña m¸y Ðp thñy lùc th«ng th−êng. b) KÕt cÊu m¸y: Bè trÝ c¸c côm theo h×nh 6.1 1- HÖ thñy lùc chÝnh 2- §ång hå cao ¸p 3- Khung, bµn m¸y 4- Xilanh thñy lùc 300T 5- §ång hå thÊp ¸p 6- Tñ ®iÒu khiÓn 7- Côm van ®iÒu khiÓn thñy lùc H×nh 6.1- M¸y Ðp thñy lùc 300 tÊn 164 6.1.2. B¶n vÏ thiÕt kÕ chÕ t¹o trang bÞ c«ng nghÖ (B¶n vÏ thiÕt kÕ chi tiÕt xem thªm phÇn phô lôc 1-5) - Bé khuyÕch ®¹i ¸p suÊt (Phô lôc 1-B¶n vÏ KC.05.23-ETT.02.00) - Buång ¸p suÊt cao (Phô lôc 2-B¶n vÏ KC.05.23-ETT.05.00) - Khu«n Ðp èng dÉn sãng (Phô lôc 3-B¶n vÏ KC.05.23-ETT.06.00) ThiÕt bÞ ETT ®· ®−îc chÕ t¹o, nghiÖm thu vµ chÕ thö c«ng nghÖ. S¶n phÈm do ThiÕt bÞ ETT t¹o ra ®· ®−îc tr×nh bµy ë ch−¬ng 5, kÕt ®¸nh gi¸, kh¶o nghiÖm thÓ hiÖn trong c¸c phiÕu ®¸nh gi¸ kh¶o nghiÖm (xem phô lôc) 6.1.3. Tµi liÖu quy tr×nh c«ng nghÖ §Ò tµi ®· chän mét sè chi tiÕt ®iÓn h×nh khã vÒ vÒ h×nh d¸ng h×nh häc hoÆc khã vÒ c«ng nghÖ gia c«ng c¬ khÝ còng nh− chÕ ®é nhiÖt luyÖn ®Ó x©y dùng QTCN. Sau khi chÕ t¹o l¾p r¸p, hiÖu chØnh ch¹y thö c¸c tµi liÖu QTCN ®ã ®· ®−îc hiÖu chØnh, hoµn chØnh hå s¬, thÈm ®Þnh. C¸c QTCN ®−îc x©y dùng theo ®óng TCVN hiÖn hµnh (Phô lôc 6) 165 6.2. Trang bÞ Ðp thñy ®éng 6.2.1. Tµi liÖu thiÕt kÕ Trang bÞ Ðp thñy ®éng (TB ET§) ®−îc thiÕt kÕ nh− mét m«dun ®éc lËp cã thÓ l¾p trªn c¸c m¸y thñy lùc kh¸c nhau, kÕt cÊu cña (TB ET§) ®−îc thÓ hiÖn trong h×nh 6.2; 6.3 Gåm c¸c côm chÝnh: - Côm chµy Ðp - Buång ¸p suÊt - Côm khu«n 1- Bµn ®éng m¸y Ðp TL 400T 2- Côm chµy Ðp 3- M«i tr−êng truyÒn ¸p 4- Cuém khu«n 5- Buång ¸p suÊt 6- S¶n phÈm 7- Bµn m¸y Ðp TL 400T H×nh 6.3- Trang bÞ Ðp thñy ®éng Th«ng sè kü thuËt chÝnh cña TB ET§ - KÝch th−íc bao: 800 x 800 x 800 mm - Lùc Ðp t−¬ng ®−¬ng cña m¸y Ðp thñy lùc: 320 T - KÝch th−íc h÷u Ých trong buång ¸p suÊt: φ70 x 300 - ¸p suÊt max trong buång: 1000 MPa - Träng l−îng toµn bé: ~1500 kg 173 H×nh 6.3- Trang bÞ Ðp thñy ®éng l¾p trªn may Ðp TL 400T H×nh 6.4- Chµy Ðp thñy ®éng (VËt liÖu X12M) C¸c bé tµi liÖu thiÕt kÕ chi tiÕt cña TB ET§ vµ c¸c côm: - Trang bÞ c«ng nghÖ Ðp thñy ®éng (Phô lôc 6-B¶n vÏ KC.05.23-ETD.00.000) - Côm chµy Ðp (Phô lôc 6-B¶n vÏ KC.05.23-ETD.01.000) - Côm khu«n (Phô lôc 6-B¶n vÏ KC.05.23-ETT.02.000) - Buång ¸p suÊt (Phô lôc 6-B¶n vÏ KC.05.23-ETD.03.000) 174 TB ET§ ®· ®−îc chÕ t¹o, nghiÖm thu vµ chÕ thö c«ng nghÖ. S¶n phÈm do TB ET§ t¹o ra ®· ®−îc tr×nh bµy ë ch−¬ng 5, kÕt ®¸nh gi¸, kh¶o nghiÖm thÓ hiÖn trong c¸c phiÕu ®¸nh gi¸ kh¶o nghiÖm (xem phô lôc) 6.2.2. Tµi liÖu quy tr×nh c«ng nghÖ §Ò tµi ®· x©y dùng QTCN cho c¸c chi tiÕt chÝnh. §Æc biÖt chó träng QTCN ghÐp nãng buång ¸p suÊt. Sau khi chÕ t¹o, ch¹y thö c¸c tµi liÖu QTCN ®ã ®· ®−îc hiÖu chØnh, hoµn chØnh hå s¬, thÈm ®Þnh. C¸c QTCN ®−îc x©y dùng theo ®óng TCVN hiÖn hµnh (Phô lôc 7). 175 kÕt luËn vµ kiÕn nghÞ 1. Qua nghiªn cøu tæng quan vÒ c«ng nghÖ ETT vµ ETD còng nh− nghiªn cøu t×nh h×nh thùc tiÔn trong n−íc, chóng t«i ®· x©y dùng m« h×nh ETT vµ ETD, b−íc ®Çu ®· øng dông ®−îc cho s¶n xuÊt Quèc phßng. 2. §· x©y dùng c¸c ph−¬ng ph¸p, m« h×nh nghiªn cøu, gi¶i quyÕt c¸c hiÖn t−îng xÈy ra trong qu¸ tr×nh ETT vµ ETD. §· x©y dùng vµ gi¶i c¸c bµi to¸n liªn quan ®Õn thiÕt bÞ vµ c«ng nghÖ trong ®ã ®Æc biÖt chó ý ®Õn c¸c bµi to¸n t¹o ¸p suÊt cao, thiÕt kÕ buång chÞu ¸p suÊt cao nhiÒu líp vµ xö lý bÞt kÝn. 3. VÒ c«ng nghÖ ETT: - §· tÝnh to¸n lùa chän m¸y Ðp 300T, lùa chän ph−¬ng ph¸p t¹o ¸p suÊt thuû tÜnh b»ng bé khuÕch ®¹i ¸p suÊt 200MPa. - §· tÝnh to¸n thiÕt kÕ trang bÞ c«ng nghÖ ®Ó nghiªn cøu chÕ t¹o ph«i con tèng kh−¬ng tuyÕn nßng sóng 12,7mm; nãn ®ång cho ®¹n B41M; bi nghiÒn chÕ t¹o tõ vËt liÖu gèm; ph«i ODS ra®a; b¸nh r¨ng mo®uyn nhá. Khi chÕ t¹o c¸c s¶n phÈm cña ®Ò tµi chØ sö dông ®Õn ¸p suÊt 150MPa, s¶n phÈm t¹o ra ®· ®¹t c¸c chØ tiªu kü thuËt mµ b»ng ph−¬ng ph¸p truyÒn thèng Ðp trong khu«n kim lo¹i ph¶i cÇn thiÕt bÞ ¸p suÊt cì 200MPa. 4. VÒ c«ng nghÖ ETD: - §· sö dông m¸y Ðp thñy lùc CRU 630 cña Nhµ m¸y Z183. - §· thiÕt kÕ, chÕ t¹o trang bÞ ETD gåm: buång ¸p suÊt cao nhiÒu líp, côm chµy Ðp t¹o ¸p suÊt cao, côm khu«n t¹o h×nh s¶n phÈm. Trong nghiªn cøu thiÕt kÕ ®· chó ý gi¶i c¸c bµi to¸n vÒ buång ¸p suÊt cao 1000MPa. - §· lùa chän vµ chÕ t¹o m«i tr−êng truyÒn ¸p suÊt cao d¹ng nh·o tõ bét grapit vµ mì chÞu nhiÖt, víi m«i tr−ßng nµy ®· gi¶i quyÕt ®−îc vÊn ®Ò bÞt kÝn, ®¹t yªu cÇu c«ng nghÖ. - S¶n phÈm cña c«ng nghÖ ETD t¹o ra lµ èng ®ång vµ èng hîp kim nh«m thµnh máng, ®é bÒn cña s¶n phÈm t¹o ra t−¬ng ®−¬ng vËt liÖu sau nhiÖt luyÖn ho¸ giµ. 5. S¶n phÈm cña ®Ò tµi: - §· h−íng dÉn 1 häc viªn cao häc vÒ c«ng nghÖ ETT, ®ang h−íng dÉn 01 häc viªn cao häc vÒ c«ng nghÖ ETD. 176 - §· chÕ thö 06 lo¹i s¶n phÈm cña §Ò tµi, trong ®ã: C«n tèng kh−¬ng tuyÕn 10 c¸i; Bi nghiÒn 2 kg; Nãn ®ång 10 c¸i; Ph«i b¸nh r¨ng 10 c¸i; èng dÉn sãng ra®a 5 c¸i; èng ®ång thµnh máng 40m. C¸c s¶n phÈm ®¹t sè l−îng vµ chÊt l−îng theo néi dung ®¨ng ký, mét sè s¶n phÈm ®· ®−îc kh¶o nghiÖm qua thùc tÕ øng dông cho s¶n xuÊt ®−îc c¬ së ®¸nh gi¸ tèt . §Ò tµi ®· hoµn thµnh c¸c néi dung vµ môc tiªu nghiªn cøu ®· ®−îc phª duyÖt. KiÕn nghÞ: Cho phÐp Trung t©m C«ng NghÖ qu¶n lý vµ tiÕp tôc sö dông thiÕt bÞ ETT &ETD ®Ó chÕ t¹o c¸c s¶n phÈm phôc vô cho s¶n xuÊt Quèc phßng. TiÕp tôc nghiªn cøu kÕt cÊu chµy chÞu ¸p lùc cao trong c«ng nghÖ ETD. 177 lêi c¶m ¬n TËp thÓ t¸c gi¶ thùc hiÖn §Ò tµi KC.05.23 xin tr©n träng bµy tá sù biÕt ¬n s©u s¾c ®èi víi c¸c c¬ quan, ®¬n vÞ vµ c¸ nh©n, cïng tÊt c¶ c¸c céng t¸c viªn, ®Æc biÖt lµ: ™ Bé Khoa häc vµ C«ng nghÖ . ™ Ban chñ nhiÖm ch−¬ng tr×nh KC.05, V¨n phßng ch−¬ng tr×nh KC.05. ™ Côc KHCN&MT Bé Quèc phßng. ™ Tæng côc C«ng nghiÖp quèc phßng, Bé quèc phßng. ™ Trung t©m C«ng nghÖ, Bé quèc phßng- C¬ quan chñ tr× §Ò tµi. ™ C¸c phßng nghiªn cøu, c¬ quan thuéc Trung t©m C«ng nghÖ, Bé quèc phßng. ™ Nhµ m¸y Z183 vµ c¸c nhµ m¸y kh¸c thuéc Tæng Côc CNQP, Bé Quèc phßng ®· tham gia trong chÕ t¹o thiÕt bÞ, chÕ thö c«ng nghÖ, kh¶o nghiÖm s¶n phÈm. ™ C¸c thµnh viªn Héi ®ång nghiÖm thu cÊp c¬ së vµ Nhµ n−íc. §· cïng tham gia còng nh− hç trî thùc hiÖn ®Ó hoµn thµnh c¸c néi dung nghiªn cøu khoa häc cña §Ò tµi. Chñ nhiÖm §Ò tµi KC.05.23 TS. NguyÔn M¹nh Long 178 Tµi liÖu tham kh¶o 1. Shuler, Metal forming handbook , Berlin - 1998. 2. Festo Hydraulikus - Pneumatic elemek, Bp. 1985. 3. Szilardsagtan - Muszaki Konyvkiadã, Bp. 1981. 4. GÐprajzi Alapismeretek - Mószaki Kãnyvkiadã, Budapest 1979. 5. Romanopxki V. P - Sæ tay dËp nguéi (tµi liÖu tiÕng Nga)-1979. 6. A.P.Cmiragin - Sæ tay kim lo¹i mµu vµ hîp kim (tµi liÖu tiÕng Nga)-1973 7. Giups«p M. E. DËp tÊm (tµi liÖu tiÕng Nga), 1970. 8. St«r«jev M.V - S¸ch tra cøu rÌn vµ dËp thÓ tÝch (tµi liÖu tiÕng Nga)-1968. 9. Norman levy Associaltes, INC. Production process for sale 105mm HE M1, Michigan USA. 10. Ph¹m V¨n NghÖ - §ç V¨n Phóc, M¸y bóa vµ m¸y thñy lùc, Nxb.Gi¸o Dôc-2005. 11. Ph¹m V¨n NghÖ - NguyÔn Nh− Huynh, Ma s¸t vµ b«i tr¬n, Nxb §HQG Hµ néi-2005. 12. Ph¹m V¨n NghÖ - §ç V¨n Phóc, ThiÕt bÞ dËp t¹o h×nh-M¸y Ðp c¬ khÝ, Nxb KH&KT-2004. 13. Sæ tay c«ng nghÖ chÕ t¹o m¸y tËp I, II, III, NXB KH&KT-2000, 2003. 14. C«ng nghÖ khai th¸c thiÕt bÞ c¬ khÝ, Nxb. KH&KT-2001. 15. ChÕ ®é c¾t gia c«ng c¬ khÝ, NXB §µ n½ng 2001 16. §inh V¨n Phong, C¬ së lý thuyÕt dËp tÊm, Häc viÖn KTQS-1999 17. §inh B¸ Trô, C¬ së lý thuyÕt biÕn d¹ng dÎo, Häc viÖn KTQS-1998. 18. §inh V¨n Phong, C«ng nghÖ dËp tÊm, Häc viÖn KTQS-1997. 19. NhiÒu t¸c gi¶, Sæ tay thiÕt kÕ c¬ khÝ , Nxb. KH&KT-1979. 20. NhiÒu t¸c gi¶, KiÓm tra s¶n phÈm trong chÕ t¹o m¸y, Nxb. KH&KT-1979. 21. NhiÒu t¸c gi¶, Sæ tay nhiÖt luyÖn, Nxb. KH&KT-1979. 22. KiÓm tra s¶n phÈm trong chÕ t¹o m¸y, Nxb. KH&KH-1979. 23. T«n Yªn, C«ng nghÖ dËp nguéi, Nxb KH&KT-1974. 24. Hµ V¨n Vui, Dung sai vµ chuçi kÝch th−íc trong thiÕt kÕ c¬ khÝ, Nxb. KH&KT-1973. 179 B¸o c¸o tãm t¾t §Ò tµi Nghiªn cøu øng dông c«ng nghÖ Ðp thñy tÜnh vµ thñy ®éng ®Ó chÕ t¹o c¸c s¶n phÈm cã h×nh d¹ng phøc t¹p tõ vËt liÖu khã biÕn d¹ng, ®é bÒn cao TS. NguyÔn M¹nh Long Môc lôc Danh s¸ch nh÷ng ng−êi thùc hiÖn ®Ò tµi Môc lôc Lêi më ®Çu Ch−¬ng 1: Tæng quan vÒ c«ng nghÖ Ðp thñy tÜnh thuû ®éng 1.1. Tæng quan vÒ c«ng nghÖ Ðp thuû tÜnh 1.1.1. Nguyªn lý Ðp thñy tÜnh 1.1.2. Ph©n lo¹i c¸c ph−¬ng ph¸p Ðp thñy tÜnh 1.1.3. C¸c −u nh−îc ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p Ðp ®¼ng tÜnh nguéi 1.1.4. C¸c hiÖn t−îng xÈy ra trong qua tr×nh Ðp ®¼ng tÜnh. 1.2. Tæng quan vÒ c«ng nghÖ Ðp thuû ®éng 1.2.1. Gia c«ng biÕn d¹ng b»ng c«ng nghÖ Ðp ®ïn vµ Ðp ch¶y thñy ®éng 1.2.2. C¸c ®Æc ®iÓm cña Ðp thñy ®éng 1.2.3. S¶n phÈm cña ph−¬ng ph¸p Ðp thñy ®éng 1.2.4. Ph©n lo¹i c¸c ph−¬ng ph¸p Ðp thñy ®éng 1.2.5. Qu¸ tr×nh Ðp ®ïn vµ Ðp ch¶y thñy ®éng 1.2.6. S¶n phÈm vµ ph¹m vi øng dông cña c«ng nghÖ Ðp ®ïn thñy ®éng 1.3. C¸c nghiªn cøu vÒ Ðp thñy tÜnh thñy ®éng trong n−íc Ch−¬ng 2: M« h×nh vµ ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n trong Ðp thñy tÜnh thñy ®éng 2.1. M« h×nh m« h×nh vµ ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n trong Ðp thñy tÜnh 2.1.1. M« h×nh øng xö cña vËt liÖu bét kim lo¹i biÕn d¹ng ë tr¹ng th¸i nguéi 2.1.2. M« h×nh HECKEL 2.1.3. M« h×nh KAWAKITA 2.2. M« h×nh vµ ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n trong Ðp thñy ®éng Ch−¬ng 3: Nghiªn cøu c¸c ¶nh h−ëng trong Ðp thñy tÜnh vµ thñy ®éng 3.1. Mét sè hiÖn t−îng xÈy ra trong c«ng nghÖ Ðp thñy tÜnh 3.1.1. ¶nh h−ëng cña ®Æc tr−ng bét Ðp 3.1.2. §Æc tr−ng cña c«ng nghÖ Ðp thñy tÜnh t¹o h×nh s¶n phÈm d¹ng bét 3.1.3. Qui luËt Ðp 3.1.4. ¶nh h−ëng cña ®iÒu kiÖn Ðp 3.2. Mét sè hiÖn t−îng xÈy ra trong c«ng nghÖ Ðp thñy ®éng 3.2.1. Dßng vËt liÖu trong Ðp thñy ®éng 3.2.2. HiÖn t−îng stick-slip 3.2.3. VËt liÖu truyÒn ¸p trong Ðp thuû ®éng Ch−¬ng 4: TÝnh to¸n thiÕt kÕ thiÕt bÞ Ðp thñy tÜnh vµ trang bÞ Ðp thñy ®éng 4.1. TÝnh to¸n thiÕt kÕ thiÕt bÞ Ðp thñy tÜnh 4.1.1. C¸c c«ng thøc tÝnh to¸n khu«n Ðp vµ c¸c th«ng sè Ðp 4.1.2. TÝnh to¸n thiÕt kÕ m¸y Ðp thñy tÜnh 4.2. TÝnh to¸n thiÕt kÕ trang bÞ Ðp thñy ®éng 4.2.1. Nguyªn lý vµ c¬ së tÝnh to¸n 4.2.2. TÝnh to¸n thiÕt kÕ buång ¸p suÊt cao cho c«ng nghÖ Ðp thñy ®éng Trang 1 1 2 3 3 3 3 4 4 4 4 4 5 5 5 6 7 9 9 9 9 10 10 11 11 11 11 12 12 13 13 13 14 15 15 15 15 17 17 17 4.2.3. TÝnh bÒn khu«n t¹o h×nh 4.2.4. TÝnh to¸n lùc Ðp ®ïn Ch−¬ng 5: KÕt qu¶ nghiªn cøu vµ mét sè h×nh ¶nh vÒ s¶n phÈm 5.1. ChÕ t¹o ph«i con tèng kh−¬ng tuyÕn nßng sóng 12,7mm 5.1.1. §Æc ®iÓm cña s¶n phÈm 5.1.2. TÝnh to¸n khu«n Ðp thñy tÜnh ph«i con tèng nßng sóng 12,7mm 5.1.3. TiÕn tr×nh c«ng nghÖ 5.1.4. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn 5.2. ChÕ t¹o nãn ®ång cho ®¹n chèng t¨ng 5.2.1. §Æc ®iÓm s¶n phÈm 5.2.2. Chän gi¶i ph¸p c«ng nghÖ 5.2.3. TÝnh to¸n c¸c kÝch th−íc c¬ b¶n cña khu«n 5.2.4. TiÕn tr×nh c«ng nghÖ 5.2.5. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn 5.3. ChÕ t¹o bi nghiÒn b»ng gèm Al2O3 5.3.1. §Æc ®iÓm s¶n phÈm 5.3.2. Chän ph−¬ng ¸n tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ khu«n Ðp 5.3.3. TiÕn tr×nh c«ng nghÖ chÕ t¹o bÞ nghiÒn 5.3.4. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn 5.4. ChÕ t¹o ph«i èng dÉn sãng ra®a 5.4.1. §Æc ®iÓm s¶n phÈm 5.4.2. C¸c b−íc c«ng nghÖ chÝnh ®Ó chÕ t¹o èng dÉn sãng 5.4.3. Yªu cÇu vÒ vËt liÖu, dung sai, ®é nh¸m vµ sai sè h×nh d¸ng 5.4.4. TÝnh to¸n thiÕt kÕ khu«n Ðp èng dÉn sãng 5.4.5. B¶n vÏ thiÕt kÕ khu«n Ðp èng dÉn sãng 5.4.6. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn 5.5. ChÕ t¹o ph«i èng ®ång b»ng c«ng nghÖ Ðp thñy ®éng 5.5.1. Kh¶o s¸t ph«i ®Çu vµo 5.5.2. C¸c b−íc c«ng nghÖ chÝnh ®Ó chÕ t¹o èng 5.5.3. ThiÕt kÕ khu«n t¹o h×nh 5.5.4. ChuÈn bÞ ph«i ®Ó chÕ t¹o èng 5.5.5. Nghiªn cøu, chÕ t¹o vËt liÖu truyÒn ¸p cho ETD ph«i ®ång M1 vµ nh«m 5.5.6. Kh¶o nghiÖm ®¸nh gi¸ kÕt qu¶ Ch−¬ng 6: ThiÕt kÕ, chÕ t¹o thiÕt bÞ 6.1. M¸y Ðp thñy tÜnh 6.1.1. M¸y Ðp thñy lùc 300T 6.1.2. B¶n vÏ thiÕt kÕ chÕ t¹o c¸c côm chÝnh 6.2. Trang bÞ c«ng nghÖ Ðp thñy ®éng 6.2.1. Tµi liÖu thiÕt kÕ 6.2.2. Tµi liÖu c«ng nghÖ KÕt luËn Tµi liÖu tham kh¶o 18 19 20 20 20 20 21 21 22 22 22 22 23 23 23 23 24 24 24 25 25 26 26 27 28 28 29 29 30 30 31 31 31 34 34 34 34 34 34 35 36 37 lêi më ®Çu Nh÷ng thö nghiÖm sö dông ¸p lùc thñy tÜnh, thñy ®éng vµo môc ®Ých kü thuËt ®· cã tõ rÊt l©u tr−íc khi ng−êi ta ph¸t hiÖn ra ¶nh h−ëng to lín cña nã ®Õn tÝnh chÊt c¬ häc cña kim lo¹i vµ hîp kim. Trªn thÕ giíi, nhiÒu c«ng tr×nh khoa häc trong lÜnh vùc nµy ®· ®−îc c¸c nhµ khoa häc cïng c¸c c«ng sù nghiªn c−ó, trong ®ã ph¶i kÓ ®Õn: C«ng tr×nh nghiªn cøu biÕn d¹ng ®¸ mable, muèi d¹ng ®¸ vµ c¸c vËt liÖu gißn kh¸c víi viÖc sö dông c¸c miÕng ®Öm, vßng ®Öm mÒm ®Ó truyÒn ¸p suÊt trong khÝ nÐn vµ Ðp ®ïn cña nhµ B¸c häc F.Kick; C«ng tr×nh nghiªn cøu biÕn d¹ng ®¸ mable b»ng c¸ch Ðp trong m«i tr−êng ¸p lùc ®¼ng tÜnh cã m« t¶ tû mû bµi to¸n biÕn d¹ng cña nhµ B¸c häc T.Carman; Mét lo¹t c¸c c«ng tr×nh nghiªn cøu trong lÜnh vùc sö dông ¸p suÊt thuû tÜnh cña c¸c T¸c gi¶ : C.I Gubkin, I.M.Pavlov, B.I. Berexnhev, L.F.Vereshaghin, Beregikovxki, L.V.Prozorov, A.I. Kolpashnikov, N.I.Kornhev, V.P.Xeverdenco, P.J.Thomson, V.Jonhson, Kh.Kudo, P.Bridzman, R.Geiger, H. D. Madden, E. Markel, W.D. Coolidge... C¸c c«ng tr×nh trªn cho thÊy d−íi t¸c dông cña ¸p suÊt thñy tÜnh, thñy ®éng tÝnh dÎo cña vËt liÖu t¨ng lªn, nhÊt lµ khi trong qu¸ tr×nh gia c«ng thñy tÜnh, thñy ®éng cã phèi hîp thªm c¸c ®iÒu kiÖn kh¸c nh−: nhiÖt ®é, tèc ®é biÕn d¹ng....... th× cã thÓ ®−a mét vËt liÖu gißn vÒ tr¹ng th¸i dÎo. C¸c nghiªn cøu trªn ®· më ra h−íng øng dông c«ng nghÖ Ðp thñy tÜnh, thñy ®éng vµo c«ng nghÖ gia c«ng ¸p lùc. ViÖc nghiªn cøu øng dông c«ng nghÖ Ðp thñy tÜnh vµ thñy ®éng ®Ó chÕ t¹o c¸c s¶n phÈm cã h×nh d¹ng phøc t¹p, ®é bÒn cao më ra h−íng c«ng nghÖ míi nh»m gi¶i quyÕt nh÷ng vÊn ®Ò khoa häc. §Ò tµi cã tÝnh cÊp thiÕt, cã ý nghÜa khoa häc, c«ng nghÖ vµ thùc tiÔn ®èi víi nÒn c«ng nghiÖp quèc phßng vµ d©n dông n−íc nhµ. Ch−¬ng 1 Tæng quan vÒ c«ng nghÖ Ðp thñy tÜnh Vµ thuû ®éng t¹o h×nh s¶n phÈm 1.1. Tæng quan vÒ C«ng nghÖ Ðp thuû tÜnh Trong c«ng nghÖ gèm vµ c«ng nghÖ luyÖn kim bét, t¹o h×nh lµ mét trong 4 c«ng ®o¹n chÝnh cña qu¸ tr×nh s¶n xuÊt, trong ®ã t¹o h×nh b»ng ph−¬ng ph¸p Ðp lµ ph−¬ng ph¸p t¹o h×nh chÝnh trong c«ng nghÖ luyÖn kim bét. C¸c ph−¬ng ph¸p t¹o h×nh th−êng ¸p dông trong luyÖn kim bét: - Ðp trong khu«n kÝn - Ðp thuû tÜnh (ETT) - Ðp phun trong khu«n - Ðp ®ïn - Ðp ®éng n¨ng (dïng n¨ng l−îng næ, ®iÖn tõ...) - C¸n bét - §óc rãt T¹o h×nh b»ng ph−¬ng ph¸p Ðp ®−îc tiÕn hµnh chñ yÕu trong khu«n (thÐp) kÝn, ®©y lµ ph−¬ng ph¸p phæ biÕn nhÊt trong c«ng nghÖ luyÖn kim bét, nh−îc ®iÓm lµ: mËt ®é ph©n bè kh«ng ®Òu trong toµn bé vËt Ðp, nhÊt lµ ®èi víi vËt Ðp lín, h×nh d¸ng phøc t¹p, vËt Ðp cã tØ lÖ chiÒu dµi trªn ®−êng kÝnh lín... §Ó kh¾c phôc c¸c nh−îc ®iÓm nªu trªn ng−êi ta ®· ®−a ra nhiÒu gi¶i ph¸p, trong ®ã cã ph−¬ng ph¸p ETT, ph−¬ng ph¸p nµy cho s¶n phÈm cã mËt ®é ®ång nhÊt cao, kh«ng cã texture mµ kh«ng cÇn m¸y Ðp c«ng suÊt lín. 1.1.1. Nguyªn lý Ðp thñy tÜnh Ðp thuû tÜnh lµ mét ph−¬ng ph¸p t¹o h×nh trong ®ã m«i tr−êng thuû lùc ¸p suÊt cao t¸c dông lªn bÒ mÆt cña vËt liÖu tõ mäi phÝa víi c−êng ®é nh− nhau, tu©n theo ®Þnh luËt Pascal vÒ tÝnh ®¼ng h−íng cña m«i tr−êng chÊt láng vµ khÝ (h×nh 1.1). M«i tr−êng truyÒn ¸p suÊt trong Ðp thuû tÜnh th−êng lµ chÊt láng trong mét sè tr−êng hîp ng−êi ta sö dông chÊt khÝ, chÊt r¾n hoÆc vËt liÖu ®µn håi. §Ó t¹o ra ¸p suÊt thñy tÜnh ng−êi ta cã thÓ nÐn m«i tr−êng truyÒn ¸p suÊt trong buång kÝn b»ng b¬m cao ¸p kÕt hîp thiÕt bÞ khuyÕch ®¹i ¸p suÊt, hoÆc dïng lùc cña m¸y (vÝ dô m¸y Ðp thñy lùc) Ðp trùc tiÕp lªn chµy Ðp. 5 1. Chµy Ðp 2. Khu«n ¸p suÊt cao 3. M«i tr−êng truyÒn ¸p suÊt 4. VËt liÖu Ðp 5. Khu«n vá máng ®µn håi H×nh 1.1- S¬ ®å nguyªn lý Ðp thñy tÜnh 2 1.1.2. Ph©n lo¹i c¸c ph−¬ng ph¸p Ðp thñy tÜnh Th«ng th−êng cã mét sè ph−¬ng ¸n ph©n lo¹i c¸c ph−¬ng ph¸p Ðp thñy tÜnh: a) Theo m«i tr−êng truyÒn ¸p: m«i tr−êng khÝ, chÊt láng, gi¶ láng. b) Theo nhiÖt ®é lµm viÖc: Ðp thñy tÜnh nguéi, Êm, nãng. c) Theo d¹ng cña dông cô ®−îc sö dông: ph−¬ng ph¸p khu«n −ít, khu«n kh«. 1.1.3. C¸c −u nh−îc ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p ETT - §¹t ®−îc ®é ®ång nhÊt cao vÒ mËt ®é trong vËt Ðp. - Kh¶ n¨ng t¹o h×nh c¸c vËt liÖu bét khã Ðp, mµ c¸c ph−¬ng ph¸p t¹o h×nh truyÒn thèng ®· ®¹t ®−îc giíi h¹n vÒ n¨ng suÊt vµ chÊt l−îng. - ViÖc sö dông c¸c h¹t rêi víi ®é Èm nhá sÏ gi¶m qu¸ tr×nh sÊy. ViÖc ®ã sÏ gi¶m ®−îc thêi gian vµ chi phÝ ®Ó s¶n xuÊt c¸c chi tiÕt gèm mét c¸ch ®¸ng kÓ. - ViÖc ®¹t ®−îc mËt ®é cao trong qu¸ tr×nh Ðp sÏ dÉn ®Õn viÖc gi¶m ®¸ng kÓ hiÖn t−îng nøt khi sÊy vµ hiÖn t−îng nøt khi nung. Ph−¬ng ph¸p ETT cho phÐp t¨ng ®−îc khèi l−îng vµ ®é phøc t¹p cña vËt Ðp. - Do ¸p suÊt t¸c dông ®Òu trong qu¸ tr×nh Ðp, nªn qu¸ tr×nh ®Æc xÝt vËt Ðp ®¹t ®−îc ®Òu lµm cho vËt Ðp cã tÝnh ®ång nhÊt vµ hÇu nh− kh«ng cã texture. Ngoµi ra cã thÓ chÕ t¹o ®−îc c¸c chi tiÕt rÊt ®Æc xÝt cã h×nh d¹ng hÇu nh− bÊt kú. Nh−îc ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p ETT cã thÓ lµ thÓ tÝch vËt liÖu khi t¹o h×nh trong vá khu«n ®µn håi ®èi víi vËt liÖu gèm h¹t mÞn gi¶m 20 – 40% cßn ®èi víi vËt liÖu gèm h¹t th« gi¶m 10 – 20%. §iÒu ®ã cã thÓ dÉn ®Õn sù sai kh¸c vÒ h×nh d¹ng cña vËt Ðp. Ngoµi ra ETT kh«ng t¹o ®−îc h×nh s¾c nÐt, ®èi víi vËt liÖu h¹t th«, bÒ mÆt vËt Ðp kh«ng ph¼ng nh½n. §Ó lo¹i trõ nh−îc ®iÓm ®ã cÇn gia c«ng l¹i vËt Ðp. Trong qu¸ tr×nh nghiªn cøu vÒ ETT cÇn chó ý mét sè hiÖn t−îng: - Qu¸ tr×nh ®Æc xÝt vµ c¸c ®Æc tÝnh ®Æc xÝt cña vËt Ðp. - C¸c ¶nh h−ëng cña ®iÒu kiÖn Ðp ®Õn s¶n phÈm Ðp. - HiÖn t−îng në trë l¹i cña vËt Ðp. 1.2. Tæng quan vÒ c«ng nghÖ Ðp thuû ®éng 1.2.1. Gia c«ng biÕn d¹ng b»ng c«ng nghÖ Ðp ®ïn vµ Ðp ch¶y thñy ®éng (ETD) Mét d¹ng gia c«ng biÕn d¹ng kh¸c còng ®−îc sö dông phæ biÕn ®èi víi c¸c nhãm chi tiÕt kiÓu thiÕt diÖn ®Òu vµ dµi. Theo c«ng nghÖ truyÒn thèng c¸c chi tiÕt d¹ng èng, d¹ng trôc, d¹ng sîi m¶nh, b¸nh r¨ng ..... ®−îc gia c«ng b»ng ph−¬ng ph¸p Ðp ®ïn, Ðp ch¶y th«ng th−êng hoÆc gia c«ng c¾t gät. Víi c¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng nµy kh«ng tiÕt kiÖm ®−îc vËt liÖu, kinh phÝ chÕ t¹o cao, tuæi thä cña khu«n mÉu thÊp do ma s¸t gi÷a khu«n vµ vËt liÖu gia c«ng lín. §Ó kh¾c phôc nh−îc ®iÓm nªu trªn ng−êi ta ®· sö dông ph−¬ng ph¸p Ðp ®ïn trong khu«n Ðp thñy ®éng ®Ó t¹o ra s¶n phÈm. Sau khi t¹o ph«i s¬ bé, cho ph«i vµo trong khu«n. D−íi t¸c dông cña ¸p suÊt cao trong khu«n vËt liÖu ®−îc Ðp ®Òu ë 3 h−íng vµ ®−îc ®ïn ra ngoµi qua víi Profin tïy theo biªn d¹ng cña miÖng khu«n h×nh. 3 1.2.2. C¸c ®Æc ®iÓm cña Ðp thñy ®éng Trong qu¸ tr×nh ETD ph«i kh«ng tiÕp xóc trùc tiÕp víi khu«n, m«i tr−êng truyÒn ¸p kh«ng nh÷ng t¹o ra ¸p suÊt thñy tÜnh ®Ó Ðp lªn s¶n phÈm mµ cßn t¹o ra mµng ng¨n c¸ch gi÷a s¶n phÈm vµ lç h×nh, lµm gi¶m ma s¸t mét c¸ch ®¸ng kÓ. Lùc ma s¸t kh«ng phô thuéc vµo chiÒu dµi ph«i Ðp. Cã thÓ thÊy râ tÝnh −u viÖt cña ph−¬ng ph¸p gia c«ng míi nµy trªn c¬ së so s¸nh hai ph−¬ng ph¸p nªu trªn (Xem h×nh 1.1). Ngoµi ra víi tØ lÖ biÕn d¹ng cao cã thÓ t¹o ra mµng dÇu b«i tr¬n thñy ®éng gi÷a bÒ mÆt ph«i vµ khu«n h×nh do vËy n©ng cao ®é bÒn mßn cña khu«n lªn nhiÒu lÇn, t¨ng chÊt l−îng bÒ mÆt cña s¶n phÈm, gi¶m ma s¸t. §Æc biÖt víi ph−¬ng ph¸p ETD ¸p lùc Ðp lªn s¶n phÈm gi¶m kho¶ng 40%, c¬ tÝnh cña s¶n phÈm t¨ng kho¶ng 35% so víi Ðp ®ïn th«ng th−êng. Ph−¬ng ph¸p Ðp thñy ®éng cßn cho phÐp Ðp ®ïn c¸c chi tiÕt cã ®é dµi bÊt kú vµ h×nh d¹ng s¶n phÈm phøc t¹p, cã r·nh xo¾n vµ nghiªng. Tïy thuéc vµo thiÕt kÕ c«ng nghÖ vµ khu«n Ðp, b»ng c«ng nghÖ nµy cã thÓ Ðp ra c¸c chi tiÕt d¹ng ®Æc hoÆc rçng. F (lùc F (lùc a) F b) 1. Chµy Ðp 2. VËt liÖu 3. Khu«n 4. M«i tr−êng truyÒn ¸p F H×nh 1.1- So s¸nh 2 ph−¬ng ph¸p Ðp th«ng th−êng (a) vµ ETD (b) 1.2.3. S¶n phÈm cña ph−¬ng ph¸p Ðp thñy ®éng S¶n phÈm cña ph−¬ng ph¸p Ðp thñy tÜnh vµ thñy ®éng kh¸ ®a d¹ng nh−: - Thanh thiÕt diÖn ngang phøc t¹p víi chiÒu réng b=0,7-0,8 mm, tØ lÖ gi÷a chiÒu réng vµ chiÒu cao cña mÆt c¾t ®¹t tíi 40-50 lÇn. - èng nhá cã Φmin≈20mm, δ=0,5 - 1mm. - C¸c s¶n phÈm h×nh d¹ng vµ cÊu t¹o phøc t¹p nh−: b¸nh r¨ng th¼ng, nghiªng ®−êng kÝnh nhá, èng ®ång nhá cã Φmin≈20mm, δ=0,5 - 1mm. 1.2.4. Ph©n lo¹i c¸c ph−¬ng ph¸p Ðp thñy ®éng a) Theo tèc ®é ra cña s¶n phÈm: - Ðp thñy ®éng tèc ®é thÊp: Tèc ®é trong kho¶ng 2-150 mm/gi©y 4 - Ðp thñy ®éng tèc ®é trung b×nh: Tèc ®é trong kho¶ng 200-1000 mm/gi©y. - Ðp thñy ®éng tèc ®é rÊt cao vµ xung: Tèc ®é kho¶ng 10.000 mm/gi©y. b) Theo h×nh d¹ng s¶n phÈm: Cã ETD ph«i ®Æc, ph«i rçng, ph«i d©y ..... 1.2.5. Qu¸ tr×nh Ðp ®ïn vµ Ðp ch¶y thñy ®éng (h×nh 1.2) Ph«i (5) sau khi ®· ®−îc s¬ chÕ phï hîp víi gãc më vµ kÕt cÊu khu«n h×nh ®−îc ®Æt vµo khu«n h×nh (6) trong buång ¸p suÊt (8), ph«i kh«ng tiÕp xóc víi thµnh cña buång ¸p suÊt nhê dÉn h−íng (4) l¾p ë ®Çu trªn ph«i. Cho m«i tr−êng truyÒn ¸p vµo buång ¸p suÊt, c¸c gio¨ng ¸p suÊt cao gi÷a ®Õ khu«n vµ buång ¸p suÊt, gi÷a chµy Ðp vµ buång ¸p suÊt ®¶m b¶o bÞt kÝn khi lµm viÖc. D−íi t¸c dông cña lùc Ðp lªn chµy (1) ¸p suÊt trong buång ¸p suÊt t¨ng dÇn ®Õn ¸p suÊt giíi h¹n sÏ ®Èy s¶n phÈm ra khái buång. H×nh d¹ng vµ kÝch th−íc cña s¶n phÈm phô thuéc vµo h×nh d¹ng vµ kÝch th−íc cña khu«n h×nh. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Chµy Ðp Gio¨ng M«i tr−êng truyÒn ¸p DÉn h−íng Ph«i Khu«n h×nh Gio¨ng 8. Buång ¸p suÊt H×nh 1.2 - M« h×nh Ðp ®ïn thñy ®éng c¸c chi tiÕt d¹ng ®Æc M«i tr−êng truyÒn ¸p ®ång thêi ®ãng vai trß truyÒn ¸p ®ång thêi ®ãng vai trß chÊt b«i tr¬n ë c¸c bÒ mÆt tiÕp xóc gi÷a s¶n phÈm vµ ph«i. Mét sè lo¹i vËt liÖu cã thÓ tù b«i tr¬n v× vËy vËt liÖu r¾n d¹ng parafin hoÆc kim lo¹i dÔ biÕn d¹ng (kim lo¹i mÒm) còng ®−îc sö dông lµm m«i tr−êng truyÒn ¸p lùc. ë cuèi qu¸ tr×nh Ðp ®ïn thñy ®éng do ¶nh h−ëng cña hiÖn t−îng stick-slip xuÊt hiÖn nguy c¬ s¶n phÈm ra nhanh h¬n dù kiÕn nªn c¶ s¶n phÈm vµ chÊt láng tho¸t ra khái khu«n víi ®éng n¨ng lín cã thÓ g©y tiÕng næ, hoÆc lµm háng s¶n phÈm. ViÖc thu håi s¶n phÈm còng lµ mét vÊn ®Ò lín cÇn gi¶i quyÕt. 1.2.6. S¶n phÈm vµ ph¹m vi øng dông cña c«ng nghÖ Ðp ®ïn thñy ®éng Mét sè s¶n phÈm trong Ðp ®ïn thñy ®éng: (xem h×nh 1.3; 1.4; 1.5) - D©y nhiÒu sîi - C¸c èng cã thµnh rÊt máng - S¶n phÈm cã Profil bÊt kú víi chiÒu dµi lín 5 TÝnh chÊt biÕn d¹ng trong Ðp ®ïn thñy ®éng: - §é cøng cña s¶n phÈm t¨ng lªn. - Do sù biÕn d¹ng khi Ðp thñy tÜnh gÇn nh− lµ ®ång ®Òu nªn s¶n phÈm cã tÝnh chÊt c¬ vµ kim t−¬ng gÇn nh− nhau trong suèt tiÕt diÖn. - §é cøng ®é biÕn d¹ng vµ c¸c tÝnh chÊt kh¸c phô thuéc vµo ®é lín gãc më khu«n. - TÝnh chÊt bÒ mÆt cña c¸c chi tiÕt Ðp thñy tÜnh phô thuéc chÝnh vµo chiÒu dµy líp b«i tr¬n, ®é nhít cña m«i tr−êng Ðp vµ ¸p lùc thñy tÜnh cÇn thiÕt, nhiÖt ®é, vËt liÖu. Nh×n chung so víi Ðp ®ïn th«ng th−êng s¶n phÈm cã bÒ mÆt kh«ng cã khuyÕt tËt. H×nh 1.4- S¶n phÈm Ðp ®ïn thñy ®éng H×nh 1.3- D©y nh«m nhiÒu sîi H×nh 1.5- S¶n phÈm cña c«ng nghÖ ETD 6 Ch−¬ng 2 m« h×nh vµ ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n trong Ðp thñy tÜnh vµ thñy ®éng 2.1. M« h×nh vµ ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n trong ETT 2.1.1. M« h×nh øng xö cña vËt liÖu bét kim lo¹i biÕn d¹ng ë tr¹ng th¸i nguéi Trªn c¬ së c¸c sè liÖu thùc nghiÖm nhËn d¹ng thuéc tÝnh vµ c¸c th«ng tin tõ c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu cña nhiÒu t¸c gi¶, b»ng c¸c ph−¬ng ph¸p biÕn ®æi thuËt to¸n ta cã ph−¬ng tr×nh: dε = p d σeq 6 B ( η i) − A ( η i) ⎡ A ( η i) ⎤ σ+ tr ( σ ) .1⎥ ⎢ σeq K ( η i ) ⎣ 2 6 ⎦ ' §©y chÝnh lµ m« h×nh øng xö cña hçn hîp bét kim lo¹i gåm hai cÊu tö biÕn d¹ng ë tr¹ng th¸i nguéi. HÖ sè K’ (ηI) cã vai trß cña m« ®un ho¸ bÒn do sù gi¶m dÇn cña ®é xèp trong qu¸ tr×nh biÕn d¹ng g©y nªn. a) M« h×nh øng xö tr−êng hîp Ðp mét chiÒu trong khu«n trô Tõ ph−¬ng tr×nh øng xö, thay c¸c ®iÒu kiÖn biªn ta cã: d ε zz = d σeq 1 ⎡ A ' ⎤ d σ zz 9 A B σ zz + B tr ( σ )⎥ = ' ⎢ σeq K ⎣ 2 K ' A + 12 B ⎦ b) M« h×nh øng xö trong Ðp thuû tÜnh Trong tr−êng hîp ETT ph−¬ng tr×nh øng xö cã d¹ng: d ε vp = d λ. B = d γ . B . 2 Trong ®ã: ⎛ d ε vp ⎞ ⎟⎟ . B = ⎜⎜ ⎝ dγ ⎠ K' = 3d σ B. d ε vp M« h×nh cho phÐp m« t¶ ®Æc tÝnh nÐn ®−îc vµ sù ho¸ bÒn cña vËt liÖu trong qu¸ tr×nh biÕn d¹ng. ViÖc ¸p dông m« h×nh nµy cho kÕt qu¶ tÝnh víi ®é chÝnh x¸c cao nh−ng ®ßi hái ph¶i tÝnh to¸n chi tiÕt cô thÓ ®Ó ¸p ®Æt c¸c ®iÒu kiÖn biªn phï hîp nh−: h×nh d¹ng, kÝch th−íc vv....ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n dµi mÊt nhiÒu thêi gian. 2.1.2. M« h×nh HECKEL Qu¸ tr×nh Ðp bét cã thÓ biÓu diÔn b»ng tû sè gi÷a sù thay ®æi mËt ®é vËt Ðp vµ l−îng lç xèp trong vËt Ðp: dD = k (1 − D) dP Trong ®ã D lµ mËt ®é t−¬ng ®èi cña vËt Ðp, P-¸p lùc Ðp, k- h»ng sè. Víi D0 lµ mËt ®é t−¬ng ®èi khi ¸p lùc Ðp b»ng 0 sÏ cã: 7 ln 1 = A + kP 1− D ë ®©y A= ln (1/ 1-D0) lµ h»ng sè tÝnh ®Õn kÝch th−íc phÇn tö bét vµ ®é cÇu ho¸ cña chóng. Nh− vËy ®å thÞ ln (1/ 1-D0) = f(P) lµ ®−êng th¼ng. Heckel ®· chøng minh ®−îc r»ng k~1/ 3σ0 víi σ0 lµ giíi h¹n ®µn håi cña vËt liÖu. 2.1.3. M« h×nh KAWAKITA Theo Kawakita: C= V0 − V abP = V0 1 + bP hoÆc: 1 V0 1 1 1 = = + . C V0 − V a ab P Víi C- Møc ®é gi¶m t−¬ng ®èi cña thÓ tÝch bét V0- ThÓ tÝch bét ban ®Çu V- ThÓ tÝch bét khi Ðp ë ¸p lùc P a,b- H»ng sè §å thÞ biÓu diÔn sù phô thuéc cña 1/C vµo 1/P lµ ®−êng th¼ng. Khi P→∞ th× a= 1V∞/ V0 víi V∞ lµ thÓ tÝch vËt Ðp khi Ðp ë ¸p suÊt lín v« cïng, hÖ sè a t−¬ng ®−¬ng víi ®é xèp cña vËt Ðp ë thêi ®iÓm ban ®Çu. 2.2. M« h×nh vµ ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n trong Ðp thñy ®éng Theo ®¨ng ký s¶n phÈm cña ®Ò tµi, c¸c s¶n phÈm chÕ t¹o b»ng c«ng nghÖ ETD ®−îc chÕ t¹o tõ ®ång ®á M1. §Ó cã ®−îc c¸c th«ng tin cÇn thiÕt cho viÖc nghiªn cøu, thiÕt kÕ trang bÞ c«ng nghÖ nh− buång t¹o ¸p suÊt cao, chµy Ðp, khu«n h×nh, ¸p lùc Ðp cÇn thiÕt vµ c¸c b−íc c«ng nghÖ, viÖc nghiªn cøu, kh¶o s¸t thuéc tÝnh biÕn d¹ng vËt liÖu cña c¸c s¶n phÈm vµ vËt liÖu cho chÕ t¹o trang bÞ c«ng nghÖ. §Ò tµi ®· nghiªn cøu kh¶o s¸t thuéc tÝnh biÕn d¹ng cña mét sè lo¹i vËt liÖu: ThÐp giã P18, thÐp 40X vµ ®ång ®á M1. Møc ®é biÕn d¹ng ®èi víi ®ång ®á M1 nªn chän trong kho¶ng: 20÷70 %; t−¬ng øng víi møc ®é biÕn d¹ng, øng suÊt t¸c dông lªn vËt liÖu chän: 150÷350 MPa C¨n cø vµo nh÷ng thay ®æi trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn ®Ò tµi s¶n phÈm cÇn tËp trung nghiªn cøu sö dông vËt liÖu M1 v× vËy c¸c trang bÞ c«ng nghÖ thiÕt kÕ ®ñ n¨ng lùc ®Ó nghiªn cøu chÕ t¹o c¸c s¶n phÈm. 8 Ch−¬ng 3 Nghiªn cøu c¸c ¶nh h−ëng trong Ðp thñy tÜnh vµ thñy ®éng 3.1. Mét sè hiÖn t−îng xÈy ra trong c«ng nghÖ Ðp thñy tÜnh 3.1.1. ¶nh h−ëng cña ®Æc tr−ng bét Ðp TÝnh chÊt ®Æc tr−ng cña bét khi Ðp cã mét gi¸ trÞ ý nghÜa lín h¬n so víi chÝnh tÝnh chÊt cña kim lo¹i t¹o nªn chóng. Ph©n bè kÝch th−íc h¹t vµ h×nh d¹ng cña chóng lµ hai ®Æc tr−ng quan träng nhÊt cña bét. Râ rµng r»ng khi Ðp, chóng liªn quan kh«ng nh÷ng ®Õn sù biÕn d¹ng phÇn tö bét mµ cßn liªn quan tíi kh¶ n¨ng dÝnh, liªn kÕt ë bÒ mÆt. §Ó hiÓu râ tÝnh chÊt cña bét cÇn ph¶i x¸c ®Þnh ®−îc bÒ mÆt riªng cña chóng. T¨ng bÒ mÆt riªng th−êng lµm gi¶m khèi l−îng ®èng, t¨ng vïng dÝnh nguéi vµ t¨ng ®é bÒn cña vËt Ðp. MÆt kh¸c, khèi l−îng ®èng nhá g¾n liÒn víi thÓ tÝch khu«n Ðp lín h¬n, khi ®ã chµy Ðp chuyÓn dÞch còng lín h¬n vµ kÐo theo ®ã lµ mËt ®é trong thÓ tÝch vËt Ðp cµng ph©n t¸n h¬n. Sù t¨ng khèi l−îng ®èng kh«ng h¼n sÏ t¨ng mËt ®é vËt Ðp. Víi bét cã khèi l−îng ®èng nhá, cã thÓ t¨ng mËt ®é vËt Ðp b»ng ¸p lùc Ðp cao h¬n, nh−ng nh− vËy còng t¨ng ®é mµi mßn khu«n Ðp. Trong vËt Ðp tõ bét rÊt mÞn sÏ t¹o ra nh÷ng lç xèp mÞn, lç xèp nµy sÏ ®−îc lo¹i trõ khi thiªu kÕt, nh−ng bét mÞn nµy th−êng tÝnh ch¶y kÐm, do vËy qu¸ tr×nh ®iÒn ®Çy khu«n Ðp còng kÐm. Bét th« h¬n sÏ cã tÝnh ch¶y tèt h¬n nh−ng còng t¹o ra lç xèp lín h¬n vµ cã thÓ chóng kh«ng ®−îc ®iÒn ®Çy kÝn trong qu¸ tr×nh thiªu kÕt. ChÝnh v× vËy, trong thùc tÕ Ðp cÇn cã sù ®ång nhÊt vÒ kÝch th−íc phÇn tö bét ®Ó t¹o vËt Ðp cã mËt ®é ®ång ®Òu cao. Trong qu¸ tr×nh Ðp nãng, do cã ¸p lùc Ðp vµ ë nhiÖt ®é cã xuÊt hiÖn pha láng nªn phÇn lín lç xèp ®−îc lo¹i trõ, tuy nhiªn sù ®ång nhÊt vÒ kÝch th−íc phÇn tö bét vÉn lµ ®iÒu kiÖn quan träng ®Ó t¹o chi tiÕt cã mËt ®é cao. C¸c phÇn tö bét cã h×nh d¹ng bÊt kú, kh«ng tu©n theo mét d¹ng cè ®Þnh nµo sÏ t¹o nªn liªn kÕt tèt h¬n khi Ðp so víi bét cã d¹ng h×nh cÇu, tr¬n nh½n. VËt Ðp tõ nh÷ng phÇn tö bét kiÓu nµy cã ®é bÒn lín h¬n nhê t¨ng diÖn tÝch tiÕp xóc gi÷a c¸c phÇn tö. 3.1.2. Qui luËt Ðp Cã thÓ chia qu¸ tr×nh Ðp lµm 3 giai ®o¹n nh− h×nh 3.1 Giai ®o¹n a: MËt ®é t¨ng nhanh v× c¸c phÇn tö bét chuyÓn dÞch t−¬ng ®èi tù do vµ ®iÒn ®Çy lç trèng bªn c¹nh. Giai ®o¹n b: BiÕn d¹ng bét lín, do vËy lùc Ðp t¨ng nh−ng thÓ tÝch khèi bét kh«ng gi¶m. Giai ®o¹n c: ThÓ tÝch vËt Ðp tiÕp tôc gi¶m. Trong thùc tÕ, qu¸ tr×nh Ðp x¶y ra hÇu nh− ®ång thêi c¶ ba giai ®o¹n. D−íi t¸c dông cña lùc Ðp, bét cã hµnh vi gièng nh− chÊt láng, cã chiÒu h−íng ch¶y vÒ mäi phÝa, do vËy xuÊt hiÖn ¸p suÊt Ðp t¸c dông lªn thµnh khu«n. Lùc Ðp t¸c 9 dông lªn thµnh khu«n sÏ nhá h¬n so víi t¸c dông theo h−íng Ðp, do ®ã mËt ®é trong thÓ tÝch vËt Ðp sÏ kh«ng ®ång ®Òu. 60 MËt ®é b c a 0 Lùc Ð 2 H×nh 3.1- Sù phô thuéc cña mËt ®é vËt Ðp vµo ¸p lùc Ðp 3.1.3. ¶nh h−ëng cña ®iÒu kiÖn Ðp. C¸c ®iÒu kiÖn Ðp nh− trang bÞ Ðp, thêi gian Ðp, thêi gian gi÷ ¸p cã ¶nh h−ëng ®Õn ®−êng cong Ðp. Sù thay ®æi tèc ®é Ðp, kh«ng cã ¶nh h−ëng ®¸ng kÓ vÒ kü thuËt ®Õn kÕt qu¶ Ðp. Trang bÞ Ðp vÒ c¬ b¶n do thiÕt bÞ vµ vËt Ðp quy ®Þnh. Trong qu·ng t¨ng ¸p ®Òu kho¶ng 30 MPa ®é ®Æc xÝt ®¹t gÇn 75%. Sù gi¶m thÓ tÝch lín nhÊt x¶y ra trong kho¶ng ¸p suÊt nµy. Sù t¨ng ¸p suÊt Ðp cã ý nghÜa quan träng ®èi víi tÝnh chÊt vËt Ðp. Ng−îc l¹i, tèc ®é t¨ng ¸p l¹i cã ý nghÜa kh¸c. §iÒu ®ã phô thuéc vµo l−îng kh«ng khÝ hoÆc l−îng khÝ chøa trong vËt liÖu Ðp. Tõ ®ã cã thÓ suy ra ¸p suÊt kh«ng khÝ trong lç xèp: ρ1 = (ρ R-ρs ).ρ F ρo (ρ R -ρ F ).ρS Cã thÓ gi¶m hoÆc lo¹i trõ ¸p suÊt kh«ng khÝ cao trong c¸c lç xèp b»ng: • Gi¶m ®é Èm cña vËt liÖu • T¨ng mËt ®é l¾c cña vËt liÖu trong khu«n b»ng c¸ch ®Çm tr−íc c¸c h¹t trong khu«n, l¾c hoÆc chän ph©n bè cÊp h¹t tèi −u. • Hót ch©n kh«ng vá khu«n ®· ®iÒn ®Çy. Thêi gian cùc trÞ tE ®Ó gi¶i ¸p cã thÓ x¸c ®Þnh nh− sau: tE = va vm Trong ®ã: Va ThÓ tÝch kh«ng khÝ tho¸t ra. Vm ThÓ tÝch tho¸t khÝ trung b×nh trong qu¸ tr×nh gi¶m ¸p theo thêi gian. Thêi gian cùc trÞ tE t¨ng ®èi víi vËt Ðp lín vµ gi¶m khi ¸p suÊt thuû tÜnh 3.2. Mét sè hiÖn t−îng xÈy ra trong c«ng nghÖ ETD 3.2.1. Dßng vËt liÖu 10 Khi Ðp ®ïn thñy tÜnh ng−êi ta ¸p dông quy t¾c gãc më khu«n nhá (2α ≤ 45o). H¬n n÷a do ®iÒu kiÖn b«i tr¬n tèt trong khu«n nªn tæn hao do ma s¸t nhá. Khi gãc vai nhá tæn hao do dÞch chuyÓn nhá, dßng vËt liÖu ®−îc biÕn d¹ng mét c¸ch lý t−ëng víi gi¶ thiÕt r»ng dßng vËt liÖu ®i ra khái lç khu«n ®Òu ®Æn theo tõng líp. 3.2.2. HiÖn t−îng stick-slip Khi Ðp ch¶y thñy ®éng chÊt truyÒn ¸p bao quanh ph«i Ðp, ®ång thêi lµ chÊt b«i tr¬n. Cã nhiÒu lo¹i chÊt b«i tr¬n ®−îc sö dông. C¸c c«ng tr×nh nghiªn cøu ®· kh¼ng ®Þnh: chÊt láng ë trong vïng biÕn d¹ng chØ víi mét tèc ®é nhÊt ®Þnh cña ph«i th× míi t¹o nªn sù b«i tr¬n thñy ®éng. §Ó t¹o ra mµng b«i tr¬n gi÷a ph«i vµ khu«n th× tèc ®é tèi thiÓu ph¶i lµ: v> k f .s.tg (α) 6η Cßn ®Ó t¹o ra mµng b«i tr¬n thñy ®éng tèc ®é giíi h¹n lµ: v> k f .s.tg (α) .2. 6η A0 A1 (MPa) Trong ®ã: kf : øng suÊt ch¶y s : §é dÇy líp b«i tr¬n (µm) α : 1/2 gãc më khu«n η : §é nhít ®éng häc (mPas) Tû lÖ tiÕt diÖn Ao/A1 Nguyªn nh©n ban ®Çu g©y sù xuÊt hiÖn hiÖn t−îng stick-slip lµ sù b«i tr¬n kh«ng ®Çy ®ñ ë ®Çu qu¸ tr×nh, khi ®ã ch−a cã mµng b«i tr¬n ®−îc t¹o ra. Qu¸ tr×nh nµy cã sù dao ®éng lín vÒ ¸p lùc nªn tèc ®é s¶n phÈm ra kh«ng ®Òu t¹o nªn c¸c vÕt g»n trªn bÒ mÆt s¶n phÈm. ¸p suÊt ®Ønh cña mét sù dao ®éng t¾t dÇn phô thuéc vµo ®é nhít cña chÊt b«i tr¬n vµ l−îng chÊt truyÒn ¸p cã trong buång ¸p suÊt. B»ng c¸ch dïng chÊt b«i tr¬n cã ®é nhít cao cã thÓ tr¸nh ®−îc hiÖn t−îng stick-slip vµ khi ë tèc ®é biÕn d¹ng nhá ®· t¹o nªn mµng b«i tr¬n ®éng häc. Qu¸ tr×nh b«i tr¬n tèt còng cã thÓ bÞ ph¸ háng do tèc ®é Ðp qu¸ cao. Th«ng qua sù ®Þnh h−íng cña tæ chøc h¹t lµm cho bÒ mÆt cña s¶n phÈm trë nªn xï x×. Sù thu hÑp dÇn tiÕt diÖn b«i tr¬n cã nghÜa lµ sù t¨ng dÇn ¸p lùc ë ®Çu ra, còng gièng nh− sù t¨ng ma s¸t tr−ît t¹o nªn mét qu¸ tr×nh stick-slip lo¹i 2 cã thÓ ®Ó l¹i dÊu vÕt ®Æc tr−ng trªn bÒ mÆt s¶n phÈm. HiÖn t−îng stick-slip tån t¹i phô thuéc vµo tr¹ng th¸i b«i tr¬n kh«ng æn ®Þnh. 3.2.3. VËt liÖu truyÒn ¸p trong Ðp ch¶y thuû ®éng Ng−êi ta ®· nghiªn cøu c¸c tæ hîp vËt liÖu chøa bét graphit nghiÒn mÞn tíi ®é h¹t nhá h¬n 74 µm vµ bét thñy tinh c¸c lo¹i ®−îc nghiÒn mÞn tíi ®é h¹t nhá h¬n 100 µm . 11 §é nhít cña vËt liÖu truyÒn ¸p n»m trong kho¶ng 103 -104 Puaz. NhiÖt ®é cã ¶nh h−ëng m¹nh nhÊt ®èi víi ®é nhít cña hçn hîp bét thñy tinhgraphit. NhiÖt ®é t¨ng, ®é nhít cña hçn hîp gi¶m râ rÖt chñ yÕu do ®é nhít cña pha thñy tinh trong hçn hîp gi¶m m¹nh. T¨ng hµm l−îng bét thñy tinh trong hçn hîp còng lµm gi¶m ®¸ng kÓ ®é nhít cña hçn hîp do c¸c h¹t graphit ®−îc lµm dÎo hãa bëi pha thñy tinh. T¨ng ¸p suÊt trong buång Ðp lµm t¨ng ®é nhít cña hçn hîp truyÒn ¸p, ®iÒu ®ã phï hîp víi qui luËt cña c¬ häc chÊt láng. Trªn c¬ së qui ho¹ch thùc nghiÖm vµ xö lý to¸n häc c¸c kÕt qu¶ thùc nghiÖm c¸c t¸c gi¶ ®· ®−a ra ®−îc biÓu thøc tÝnh ®é nhít cña hçn hîp truyÒn ¸p bét thñy tinhgraphit phô thuéc vµo nhiÖt ®é c«ng t¸c (t0); hµm l−îng bét thñy tinh trong hçn hîp (Vtt % theo thÓ tÝch) vµ ¸p suÊt §ång thêi víi viÖc tÝnh ®é nhít cña c¸c hçn hîp truyÒn ¸p, ng−êi ta còng x¸c ®Þnh hÖ sè m trong c«ng thøc τ = mp biÓu thÞ quan hÖ gi÷a øng suÊt tr−ît τ vµ ¸p suÊt nÐn p trong líp vËt liÖu truyÒn ¸p graphit- bét thñy tinh. B»ng thùc nghiÖm, ng−êi ta ®· x¸c ®Þnh ®−îc: m = 0,037.lgη Ch−¬ng 4 tÝnh to¸n thiÕt kÕ thiÕt bÞ Ðp thñy tÜnh vµ trang bÞ Ðp thñy ®éng 4.1. TÝnh to¸n thiÕt kÕ thiÕt bÞ Ðp thñy tÜnh 4.1.1. C¸c c«ng thøc tÝnh to¸n khu«n Ðp vµ c¸c th«ng sè Ðp. • HÖ sè co ngãt khi thiªu kÕt αs = lc − ls lc Trong ®ã lc: KÝch th−íc ban ®Çu cña vËt Ðp ls: KÝch th−íc cña vËt sau khi thiªu kÕt • TØ phÇn co tuyÕn tÝnh ∆ls = ls ; ∆ls= 1-αs lc • TØ phÇn hao khi thiªu ∆w = ms mc Trong ®ã ms: Khèi l−îng chi tiÕt (sau thiªu kÕt) mc: Khèi l−îng vËt Ðp cña chi tiÕt • HÖ sè në trë l¹i: S= lc − lc' = 0,1~0,3 %. lc Trong ®ã l’c : KÝch th−íc cña vËt Ðp trong khu«n d−íi ¸p suÊt Ðp lc : KÝch th−íc cña vËt Ðp khi x¶ ¸p (®· lÊy ra khái khu«n) • TØ phÇn nÐn co tuyÕn tÝnh ∆lc = Trong ®ã lc: KÝch th−íc cña vËt Ðp 12 lc lf lf: KÝch th−íc cña lßng khu«n t−¬ng øng ∆lΣ = ls ls .lc = = ∆ls .∆lc l f lc .l f • MËt ®é ®iÒn ®Çy khu«n Df = mf Vf • MËt ®é vËt Ðp: Dc = mc ; Vc • TØ sè nÐn thÓ β= TØ phÇn co tuyÕn tÝnh toµn phÇn Vs ; Vf Dc = ∆s. (∆ls)3 β= Dc Ds = .(∆ls )3 Df Df 4.1.2. TÝnh to¸n th«ng sè trang bÞ ETT C¬ së tÝnh to¸n hÖ thuû lùc: • øng suÊt cho phÐp cña vËt liÖu buång ¸p suÊt cao: σm=250 MPa • øng suÊt lµm viÖc cao nhÊt cña buång ¸p suÊt: σn=250 MPa • Lùc Ðp lín nhÊt cña m¸y Ðp thñy lùc: Fmax=3.000.000 N (Fn=2.000.000 N) TÝnh to¸n thiÕt kÕ buång ¸p suÊt: • §−êng kÝnh lµm viÖc cña buång ¸p suÊt D2 = 4Fn ≅ 12740 (mm2) πP ⇒ D = 110 (mm) Trong ®ã: D : §−êng kÝnh lµm viÖc cña buång ¸p suÊt (mm) P : ¸p suÊt max cña buång ¸p suÊt (200 MPa) • Th«ng sè h×nh häc cña buång ¸p suÊt cao KÕt qu¶ tÝnh cho phÐp: Chän chiÒu dÇy cña buång ¸p suÊt: v =10 (cm) Chän chiÒu cao cña buång ¸p suÊt : h = 20 cm TÝnh to¸n th«ng sè cña bé khuyÕch ®¹i ¸p suÊt Bé khuyÕch ®¹i ¸p suÊt ®−îc thiÕt kÕ theo c«ng thøc: A1 = k A2 ⇒ 2 2 2 2 A1 (D1 − d ) (R 1 − r ) = = k= A2 D 22 R 22 Trong ®ã A1: DiÖn tÝch lµm viÖc cña Xilanh thÊp ¸p A2: DiÖn tÝch lµm viÖc cña Xilanh cao ¸p P1: ¸p suÊt lµm viÖc cña xilanh thÊp ¸p P2: ¸p suÊt lµm viÖc cña xilanh cao ¸p (P2=P) 13 k: HÖ sè khuyÕch ®¹i cña bé khuyÕch ®¹i (k = 2 ÷ 20) NÕu chän D1=160 mm, D2=40 mm, d=25 mm th×: k = 16 ⇒ P1 = 200 P2 = = 12.5 (MPa) k 16 TÝnh to¸n lùa chän b¬m vµ c¸c linh kiÖn cho hÖ thñy lùc ¸p suÊt cÇn thiÕt cña hÖ thÊp ¸p lµ 160 kG/cm2, nh− vËy ¸p suÊt b¬m thuû lùc hÖ thÊp ¸p sÏ lµ: Pb = P η §èi víi b¬m b¸nh r¨ng th−êng chän η = 0.9 ÷ 0.95 ) Pb = 134 MPa ; Chän b¬m hÖ 21 MPa 4.2. TÝnh to¸n thiÕt kÕ trang bÞ Ðp thñy ®éng 4.2.1. C¬ së tÝnh to¸n: • øng suÊt cho phÐp cña vËt liÖu buång ¸p suÊt cao: σm=1000 MPa • øng suÊt lµm viÖc cao nhÊt cña buång ¸p suÊt: σn=800 MPa • Lùc Ðp lín nhÊt cña m¸y Ðp thñy lùc: Fmax=4.000.000 N 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Chµy Ðp Gio¨ng M«i tr−êng truyÒn ¸p DÉn h−íng Ph«i Khu«n h×nh Gio¨ng 8. Buång ¸p suÊt (¸o khu«n) H×nh 4.1- S¬ ®å nguyªn lý trang bÞ Ðp thñy ®éng 4.2.2. TÝnh to¸n thiÕt kÕ buång ¸p suÊt cao cho c«ng nghÖ Ðp thñy ®éng C¸c bµi to¸n ®∙ gi¶i: - TÝnh to¸n ®èi víi èng dµy mét líp - TÝnh to¸n ®èi víi èng dµy nhiÒu líp KÕt qu¶ tÝnh ®−îc thÓ hiÖn trong b¶ng (xem b¶ng 4-1; 4-2): 14 B¶ng 4-1 (øng suÊt t−¬ng ®−¬ng – MPa) §−êng kÝnh danh øng suÊt t¹i øng suÊt t¹i øng suÊt t¹i øng suÊt t¹i øng suÊt t¹i øng suÊt t¹i nghÜa vµ kiÓu ghÐp mÆt trong cña mÆt ngoµi cña mÆt trong cña mÆt ngoµi cña mÆt trong cña mÆt ngoµi cña èng sè 1 èng sè 1 èng sè 2 èng sè 2 èng sè 3 èng sè 3 Φ210H8/z8 Φ330H8/u8 Φ450 Φ210H8/z8 Φ400H8/u8 Φ450 2432 270 336 141 153 95 2374 265 387 113 192 159 B¶ng 4-2 TT 1 2 KÕt cÊu Φ210H8/z8 Φ330H8/u8 Φ450 Φ210H8/z8 Φ400H8/u8 Φ450 VËt liÖu 30XΓCHA 45XHMΦA 30XPA 40XΓP 38XH3MΦA 30XΓT 30XΓCHA 45XHMΦA 30XPA 40XΓP 38XH3MΦA 30XΓT [σ K ] (MPa) Pmax (MPa) 1300 1000 663 1100 846 585 1300 1000 692 1100 846 611 Giíi h¹n ch¶y (MPa) KÕt luËn: - Cã thÓ lùa chän kÕt cÊu èng ghÐp nhiÒu líp. §Ó ghÐp, cÇn nung èng ngoµi ®Õn nhiÖt ®é 300÷350oC, kÕt hîp víi Ðp trong ®å g¸. - Ph¶i xö lý bÒ mÆt ®Ó t¨ng bÒn líp bÒ mÆt trong cïng cña èng trong b»ng: Hãa nhiÖt luyÖn, thÊm nit¬-c¸cbon, thÊm c¸c bon-nit¬- l−u huúnh, c¸c c«ng nghÖ lµm biÕn cøng bÒ mÆt. 4.2.3. TÝnh bÒn khu«n t¹o h×nh + TÝnh øng suÊt t−¬ng ®−¬ng xuÊt hiÖn khi Ðp: σ tdIV = 164,7.10 3 (MPa) Nh− vËy, vËt liÖu khu«n ph¶i cã giíi h¹n bÒn líp bÒ mÆt: σ b ≥ 1,973.10 3 MPa . VËy ph¶i t¨ng ®é cøng vµ lµm bÒn líp bÒ mÆt c«n b»ng thÊm c¸cbon-nit¬, chiÒu s©u líp thÊm dù kiÕn lµ ≈1,2mm. + TÝnh to¸n bÒn phÇn trô t¹o h×nh 15 + KÕt luËn: qua tÝnh to¸n cã thÓ chän mét sè m¸c vËt liÖu phï hîp cho chÕ t¹o khu«n t¹o h×nh (xem b¶ng 4-3) th©n buång, líp trong cïng, ®Õ, gi¸ (xem b¶ng 4-4). B¶ng 4-3 STT M¸c vËt liÖu σB(MPa) σT(MPa) 1300 1650 1 30XΓCHA 1100 1200 2 38XH3MΦA 1300 1450 3 45XHMΦA 1300 1600 4 30XPA 1100 1500 5 30XΓT 1300 1500 6 40XΓP B¶ng 4-4 STT M¸c vËt liÖu 1 2 3 4 27XΓP 40XC 20X2H4A 20XΓHP σT(MPa) 1200 1100 1100 1100 σB(MPa) 1400 1200 1300 1300 4.2.4. TÝnh to¸n lùc Ðp ®ïn H×nh 4.2. T−¬ng quan gi÷a ¸p lùc Ðp ®ïn P, ®é biÕn d¹ng ϕ vµ ®é cøng cña ph«i H cña c¸c vËt liÖu kh¸c nhau. Lùc Ðp ®ïn cÇn thiÕt ®−îc tÝnh to¸n dùa trªn biÓu ®å (H×nh 4-2). KÕt qu¶ thùc nghiÖm so víi gi¸ trÞ tÝnh to¸n ®é dao ®éng ±25%. ¸p suÊt tÝnh to¸n th−êng nhá h¬n ¸p suÊt tÜnh khi b¾t ®Çu qu¸ tr×nh, sù t¨ng lªn cña ¸p suÊt tÜnh còng cã thÓ bá qua nÕu ph«i Ðp ®−îc t¹o c«n tr−íc ®ã. 16 Ch−¬ng 5: kÕt qu¶ nghiªn cøu vµ mét sè h×nh ¶nh vÒ s¶n phÈm 5.1. ChÕ t¹o ph«i con tèng kh−¬ng tuyÕn nßng sóng 12,7mm 5.1.1. §Æc ®iÓm, b¶n vÏ thiÕt kÕ s¶n phÈm Khi chÕ t¹o nßng sóng, sau khi t¹o lç nßng sóng b»ng ph−¬ng ph¸p khoan s©u hoÆc rÌn, ng−êi ta ph¶i t¹o ®−îc lç nßng sóng cã ®é cøng, ®é bãng cao vµ cã r·nh kh−¬ng tuyÕn ®Ó viªn ®¹n khi bay trong lßng sóng nhËn ®−îc chuyÓn ®éng quay vµ æn ®Þnh ®−êng bay khi ra khái nßng sóng. §Ó lµm ®−îc c«ng viÖc trªn cÇn cã dông cô gäi lµ c«n tèng kh−¬ng tuyÕn. C«n tèng th−êng ®−îc chÕ t¹o tõ hîp kim cøng víi ®é chÝnh x¸c kÝch th−íc vµ ®é bãng bÒ mÆt cao. C¸c ph«i nµy th−êng cã tØ lÖ chiÒu cao trªn ®−êng kÝnh H/Ø >3. Ph−¬ng ¸n tèt nhÊt ®Ó chÕ t¹o ph«i lµ ph−¬ng ¸n Ðp thñy tÜnh, H×nh 5.1- Ph«i con tèng12,7mm H×nh 5.2- Con tèng 12,7mm 5.1.2. TÝnh to¸n khu«n Ðp thñy tÜnh ph«i con tèng nßng sóng 12,7mm a/ th«ng sè kü thuËt * KÝch th−íc s¶n phÈm: φ = 15mm, H = 42mm. * VËt liÖu chÕ t¹o: BK10XOM. * HÖ sè co ngãt cña vËt liÖu (theo sè liÖu Phßng VL§C) αs = 0,2 (20%) => ∆ls = 0,8 • TØ phÇn nÐn tuyÕn tÝnh ∆lc = 0,7 • MËt ®é s¶n phÈm: Ds = 14,35 g/cm3. • MËt ®é ®iÒn ®Çy: Df = 2,5 g/cm3 • TØ phÇn hao khi thiªu : ∆W = 0,98 • HÖ sè në trë l¹i : S = 0,0015 b/ TÝnh to¸n kÝch th−íc khu«n vµ kÝch th−íc vËt Ðp B¶ng 5-1: KÕt qu¶ tÝnh to¸n MËt ®é D Träng l−îng vËt liÖu (g) Ø(mm) H(mm) Lßng khu«n 27,12 75 2,452 108,6 Ph«i Ðp 18,75 52,5 7,347 108,6 Chi tiÕt 15 42 14,35 106,5 17 1. Lång ®ì (support cage) 2. Tói ®µn håi (Elastic bag) 3.N¾p trªn n¾p d−íi ®µn håi (Elastic covers) 4. Bét hîp kim H×nh 5.3- Khu«n Ðp thñy tÜnh con tèng nßng sóng 5.1.3. TiÕn tr×nh c«ng nghÖ • ChuÈn bÞ nguyªn vËt liÖu: • Ðp thñy tÜnh • Thiªu kÕt s¶n phÈm: 5.1.4. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn a/ KÕt qu¶ ®o c¸c th«ng sè h×nh häc cña ph«i Ðp vµ chi tiÕt: B¶ng 5.2- KÕt qu¶ ®o c¸c th«ng sè h×nh häc sau hiÖu chØnh ∆lØc Hc P m Øc ∆lHc Øs (mm) (%) (mm) (MPa) (g) (mm) (%) 100 107,5 18,5~18,6 66,52 52,5 70 14,9 ∆lØs ∆lHs Hs (%) (mm) (mm) 80,32 42,5 80,45 b/ KÕt qu¶ kiÓm tra c¬ lÝ tÝnh. B¶ng 5.4- C¬ lÝ tÝnh cña s¶n phÈm §é bÒn uèn σu (MPa) 14,354 89 188,8 C¸c th«ng sè trªn ®¹t c¸c chØ tiªu theo tiªu chuÈn cña Nga GOST 3882-74 Khèi l−îng riªng (g/cm3) §é cøng HRA KÕt luËn: Dïng ph−¬ng ph¸p Ðp thñy tÜnh thay thÕ cho ph−¬ng ph¸p Ðp trong khu«n kÝn trong c«ng nghÖ chÕ t¹o ph«i con tèng nßng sóng 12,7mm cho phÐp tr¸nh ®−îc phÕ phÈm ë d¹ng nøt, cong vªnh do trong ph−¬ng ph¸p Ðp thñy tÜnh, ¸p suÊt Ðp ®−îc ph©n bè ®ång ®Òu trªn toµn bé bÒ mÆt s¶n phÈm Ðp. ChÊt l−îng cña s¶n phÈm tèt ®¹t yªu cÇu thiÕt kÕ, ®−îc thÓ hiÖn qua phiÕu kÕt qu¶ ®o t¹i Phßng §o l−êng Trung t©m C«ng NghÖ vµ biªn b¶n kh¶o nghiÖm s¶n phÈm ®Ó chÕ t¹o con tèng nßng sóng 12,7mm t¹i nhµ m¸y Z111, Tæng côc C«ng NghiÖp Quèc Phßng (xem phô lôc). KÕt qu¶ cña nh÷ng nghiªn cøu nµy cho phÐp khuyÕn nghÞ dïng ph−¬ng ph¸p Ðp ®¼ng tÜnh thay cho ph−¬ng ph¸p Ðp 18 trong khu«n kÝn trong c«ng nghÖ chÕ t¹o ph«i con tèng nßng sóng c¸c cì vµ c¸c chi tiÕt cã h×nh d¸ng t−¬ng tù. 5.2. ChÕ t¹o nãn ®ång cho ®¹n chèng t¨ng 5.2.1. §Æc ®iÓm, b¶n vÏ thiÕt kÕ s¶n phÈm Nãn ®ång cho c¸c lo¹i ®¹n dïng nguyªn lÝ ®¹n lâm lµ mét chi tiÕt quan träng trong ®Çu ®¹n xuyªn dïng trong quan sù nh− ®¹n chèng t¨ng hoÆc ®¹n trong c«ng nghiÖp nh− ®¹n gäi dÇu (trong kü thuËt më réng lç khoan dÇu khÝ). Tr−íc ®©y vµ hiÖn nay ë n−íc ta vÉn chÕ t¹o nãn ®ång b»ng ph−¬ng ph¸p dËp nhiÒu b−íc tõ c¸c tÊm ®ång M0 vµ M1. Qu¸ tr×nh dËp ph¶i tr¶i qua nhiÒu b−íc c«ng nghÖ, l−îng ®Ò xª kh¸ lín, nh−ng quan träng h¬n lµ c«ng nghÖ dËp kh«ng cho phÐp lo¹i ®−îc “texture” lµm cho cÊu tróc tÕ vi cña nãn ®ång kh«ng ®ång nhÊt dÉn ®Õn ®é xuyªn cña nãn ®ång kh«ng cao. H×nh 5.4- Nãn ®ång ®¹n B41-K 5.2.2. Chän gi¶i ph¸p c«ng nghÖ. §Ó Ðp ®−îc ph«i nãn ®ång tõ bét ®ång ®¹t c¸c kÝch th−íc cho trong b¶n vÏ chóng t«i ®· chän ph−¬ng ph¸p −ít (wet bag) tói co (collapsing bag) víi lâi c«n b»ng thÐp (with conic mandrel). S¬ ®å khu«n Ðp (Xem phô lôc): 5.2.3. TÝnh to¸n c¸c kÝch th−íc c¬ b¶n cña khu«n - TÝnh chiÒu dµy cña s¶n phÈm Ðp: ChiÒu dµy cña nãn ®ång d = 2mm. ChiÒu dµy cña vËt Ðp dc = d: ∆ls chän ∆ls =0,75 dc = d:∆ls = 2 : 0,75 = 2,67mm - TÝnh chiÒu cao cña s¶n phÈm Ðp: ls = Hs cos α 2 = 75 75 = = 84.55mm 55 0.887 cos 2 VËy ®−êng sinh cña ph«i nãn lc sÏ lµ: Tõ ®ã tÝnh ra chiÒu cao cña ph«i Ðp B¸n kÝnh trong cña miÖng nãn ph«i Ðp lµ 19 lc =112,73mm Hc = 99,99 mm~ 100mm Rc= lc . sin α/2 = 52,05mm §−êng kÝnh trong cña ph«i Ðp : Øc=104,1mm. - KÝch th−íc cña lâi c«n: ChiÒu cao Hc = 100mm §−êng kÝnh ®¸y Øc = 104mm Gãc ®Ønh αc = 550 - TÝnh kÝch th−íc cña tói ®µn håi ChiÒu cao Hf = 108mm §−êng kÝnh ®¸y Øf = 112,6mm ChiÒu dµy tói chän 0,7mm 5.2.4. TiÕn tr×nh c«ng nghÖ a/ Ðp thñy tÜnh: - ChuÈn bÞ nguyªn liÖu : - §iÒn ®Çy bét trong khu«n - Ðp theo s¬ ®å t¨ng t¨ng gi¶m ¸p suÊt b/ Thiªu kÕt: 5.2.5. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn B¶ng 5.5- KÝch th−íc cña ph«i Ðp vµ nãn ®ång thµnh phÈm Ph«i Ðp Nãn ®ång thµnh phÈm dc(mm) m(g) Hs Øs ds No Hc(mm) Øc(mm) 1 101 104 2,76 205 75,8 87,3 2,1 2 100 103,5 2,71 207 75,3 87,5 2,0 3 101,5 104,5 2,78 217 76,1 87,2 2,15 m 198 201 205 ChÊt l−îng cña s¶n phÈm tèt ®¹t yªu cÇu thiÕt kÕ, ®−îc thÓ hiÖn qua phiÕu kÕt qu¶ ®o t¹i Phßng §o l−êng Trung t©m C«ng NghÖ vµ biªn b¶n kh¶o nghiÖm s¶n phÈm t¹i nhµ m¸y Z131, Tæng côc C«ng NghiÖp Quèc Phßng (xem phô lôc). §é ®ång nhÊt cña vËt liÖu: kÕt qu¶ ®o ®¹c cho thÊy sù sai lÖch vÒ khèi l−îng riªng lµ kh«ng ®¸ng kÓ, khèi l−îng riªng ®¹t 92% so víi khèi l−îng riªng lý thuyÕt cña ®ång (γ= 8,94g / cm3) t−¬ng ®−¬ng víi khèi l−îng riªng cña ®ång ë tr¹ng th¸i ®óc. Ph−¬ng ph¸p nµy cho phÐp t¹o ®−îc c¸c nãn ®ång cã ®é ®ång nhÊt cao vÒ tÝnh chÊt c¬ lý trªn toµn s¶n phÈm, ®Æc biÖt tr¸nh ®−îc hiÖn t−îng “texture” cña ph−¬ng ph¸p dËp tõ ph«i tÊm. 5.3. ChÕ t¹o bi nghiÒn b»ng gèm Al2O3 5.3.1. §Æc ®iÓm s¶n phÈm: Bi nghiÒn b»ng gèm nÒn Al2O3 dïng ®Ó nghiÒn s¹ch nguyªn liÖu ®Çu vµo cho ngµnh c«ng nghiÖp gèm sø, còng nh− cho viÖc s¶n xuÊt c¸c vËt liÖu gèm cao cÊp dïng cho chÕ t¹o m¸y. N−íc ta cã ngµnh c«ng nghiÖp gèm sø ph¸t triÓn, nh−ng ch−a s¶n xuÊt ®−îc bi gèm cao cÊp b»ng Al2O3 vÉn ph¶i nhËp ngo¹i mçi n¨m hµng tr¨m tÊn. 20 5.3.2. Ph−¬ng ¸n tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ khu«n Ðp a/ TÝnh b¸n kÝnh cña ph«i Ðp: Th«ng sè s¶n phÈm : • §−êng kÝnh bi thµnh phÈm Øc : Ø10, Ø20, Ø30 • Khèi l−îng riªng = 3,6 g / cm3 • HÖ sè co ngãt khi thiªu kÕt: αs = 15% • VËt liÖu nÒn Al2O3 • MËt ®é l¾c cña bét Al2O3 : Df =0,47Ds Ph«i Ðp: - §èi víi bi Ø10: Φc =2Rc=11.76mm Φc =2Rc=23.53mm Φc =2Rc=35.3mm - §èi víi bi Ø20:  - §èi víi bi Ø30:  b/ TÝnh b¸n kÝnh cña khu«n Ðp: - §èi víi bi Ø10: - §èi víi bi Ø20: - §èi víi bi Ø30: Φf =2Rf=12.86mm Φf =2Rf=25.72mm Φf =2Rf=38.58mm 5.3.3. TiÕn tr×nh c«ng nghÖ chÕ t¹o bÞ nghiÒn a/ ChuÈn bÞ nguyªn vËt liÖu: b/ Ðp gi¶ ®¼ng tÜnh: c/ Thiªu kÕt: 5.3.4. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn B¶ng 5.6- KÝch th−íc ph«i Ðp vµ bi thµnh phÈm No Lo¹i bi Ph«i Ðp S¶n phÈm mc (g) Øc (mm) αc (%) ms (g) Øs (mm) αs (%) 1,90 11,9 8,5 1,85 10,1 15,12 2,05 12,0 7,7 1,90 10,2 15,0 3 1,93 11,8 9,3 1,83 9,9 16,1 4 16,0 23,5 9,6 15,5 20,3 13,62 15,3 23,1 11,15 14,9 20,1 12,98 6 15,6 23,2 10,8 15,3 20,2 12,93 7 52,5 35,1 12,25 52,1 30,2 13,96 53,1 35,5 11,25 52,4 31,5 11,26 52,2 34,8 13,0 50,1 30,1 13,50 1 2 5 8 9 Ø10 Ø20 Ø30 21 B¶ng 5.7- Khèi l−îng riªng vµ ®é cøng cña bi gèm MÉu bi Khèi l−îng riªng γ (g/cm3) BG-1 (Ø10) BG-2 (Ø20) BG-3 (Ø30) §é cøng Hv20 (gpa) 3,62 3,65 3,57 10,22 10,53 10,12 KÕt qu¶ kiÓm tra c¬ lÝ tÝnh, x¸c ®Þnh khèi l−îng riªng, x¸c ®Þnh ®é cøng Vicker Hv20 ®−îc tiÕn hµnh t¹i phßng §o l−êng. KÕt qu¶ kh¶o nghiÖm x¸c ®Þnh ®é mµi mßn thùc hiÖn trªn m¸y nghiÒn hµnh tinh cña Phßng VËt liÖu, Trung t©m C«ng nghÖ, Tæng côc C«ng nghiÖp Quèc phßng ®¹t th«ng sè thiÕt kÕ, t−¬ng ®−¬ng víi bi nhËp ngo¹i. 5.4. ChÕ t¹o ph«i èng dÉn sãng ra®a PRV-16 5.4.1. §Æc ®iÓm s¶n phÈm Ph«i chÕ t¹o èng dÉn sãng ®a sè lµ ®ång M0, M1, hoÆc lat«ng. §©y lµ c¸c lo¹i vËt liÖu cã ®é dÎo cao, dÔ gia c«ng biÕn d¹ng. VÒ h×nh d¸ng vµ kÝch th−íc h×nh häc ph«i èng dÉn sãng lµ chi tiÕt d¹ng èng máng, tiÕt diÖn ch÷ nhËt, uèn theo kh«ng gian 3 chiÒu, tuy kh«ng kh¾t khe vÒ kÝch th−íc vµ dung sai, nh−ng b»ng c¸c c«ng nghÖ th«ng th−êng rÊt khã ®¹t c¸c yªu cÇu vÒ t¹o h×nh. Th©n èng dÉn sãng ®o¹n èng cong Th©n èng dÉn sãng ®o¹n èng th¼ng BÝch a) b) H×nh 5.5- èng dÉn sãng ra®a PRV-16 (a), ph«i èng dÉn sãng (b) 5.4.2. C¸c b−íc c«ng nghÖ chÝnh ®Ó chÕ t¹o èng dÉn sãng: 1- ChuÈn bÞ vËt liÖu ®Çu vµo, chuÈn bÞ ph«i. 2- T¹o h×nh èng dÉn sãng. 3- Gia c«ng c¬ bÝch vµ c¸c chi tiÕt kh¸c. 4- Hµn, ghÐp bÝch víi èng. 5- M¹ bÒ mÆt trong èng. 22 6- S¬n mÆt ngoµi. 7- §o ®¹c, kiÓm tra. Trong ®ã: B−íc 1 vµ 2 ®Ó chÕ t¹o ph«i ODS C¸c b−íc cßn l¹i chÕ t¹o hoµn chØnh ODS T¹o h×nh ph«i ODS b»ng ph−¬ng ph¸p ETT lµ dïng ¸p suÊt cao ®−a vËt liÖu vÒ tr¹ng th¸i dÎo vµ biÕn d¹ng ®Ó ®iÒn ®Çy lßng khu«n. §èi víi ph«i èng dÉn sãng cong 3 chiÒu, sau khi t¹o ph«i èng tiÕt diÖn trßn, uèn èng theo biªn d¹ng mong muèn, ®−a èng vµo trong khu«n. D−íi t¸c dông cña ¸p suÊt thñy tÜnh t¸c dông ®Òu lªn mÆt trong cña èng lµm cho èng biÕn d¹ng vµ ®Þnh h×nh theo h×nh d¸ng cña khu«n. §Æc tr−ng cña ph−¬ng ph¸p nµy lµ t¹o ra mét ¸p suÊt thuû tÜnh ®ñ lín ®Ó g©y biÕn d¹ng t¹o h×nh s¶n phÈm, ¸p suÊt nµy phô thuéc vµo c¬ tÝnh cña vËt liÖu cÇn biÕn d¹ng, h×nh d¸ng s¶n phÈm còng lµ h×nh d¸ng lßng khu«n, ®é bãng bÒ mÆt khu«n vµ ph«i cÇn Ðp… Tïy theo tõng lo¹i vËt liÖu vµ h×nh d¹ng s¶n phÈm mµ lùa chän ¸p suÊt thñy tÜnh vµ thiÕt kÕ khu«n cho phï hîp. Ph−¬ng ph¸p nµy th«ng th−êng chØ ¸p dông cho c¸c s¶n phÈm thµnh máng chÕ t¹o tõ vËt liÖu cã ®é dÎo cao, kh¶ n¨ng biÕn d¹ng lín (®ång, nh«m, thÐp c¸c bon thÊp…). Ph¹m vi cña ®Ò tµi chØ nghiªn cøu chÕ thö ®Õn nguyªn c«ng t¹o ph«i th¼ng phôc vô cho chÕ t¹o èng dÉn sãng ra®a PRV-16. 5.4.3. Yªu cÇu vÒ vËt liÖu, dung sai, ®é nh¸m vµ sai sè h×nh d¸ng Yªu cÇu vÒ vËt liÖu: §ång ®á : M1 Giíi h¹n ch¶y δc = 75 .... 150 MPa Giíi h¹n bÒn δb = 200 .... 240 MPa §é gi·n dµi ψ = 44 .... 55% §é bÒn nÐn δn = 65 ...75% §é cøng HB = 40 ... 50 Träng l−îng riªng γ = 8,94 g/cm3 HÖ sè dÉn nhiÖt 0,941 calo/cm2xgi©y ®é BÝch hai ®Çu : §ång vµng 62 Giíi h¹n bÒn δb = 330 MPa HÖ sè d·n dµi ψ = 49% Giíi h¹n ch¶y δc = 150 MPa §é bÒn nÐn δn = 66% Yªu cÇu vÒ dung sai, ®é nh¸m vµ sai sè h×nh d¸ng Dung sai vÒ kÝch th−íc (sai sè vÒ chiÒu dµi, ®é dµy, b¸n kÝnh gãc uèn, ®é vu«ng gãc gi÷a c¸c ph−¬ng) 0,1.... 0,15 mm. Dung sai vÒ chiÒu dµi t−¬ng quan gi÷a c¸c vÞ trÝ còng kh«ng cao, cã thÓ n»m trong miÒn dung sai 0,2.... 0,5 mm. 23 §é ph¼ng côc bé mÆt ngoµi Rz20. §é ph¼ng tæng thÓ mÆt ngoµi kh«ng ®¸nh gi¸ ®−îc v× cã nhiÒu nÕp, vÕt h»n s©u kho¶ng 0.5 ÷ 0.8 mm do ph−¬ng ph¸p gia c«ng. §é nh¸m mÆt trong lµ Ra =2.5 5.4.4. TÝnh to¸n thiÕt kÕ khu«n Ðp èng dÉn sãng • TÝnh to¸n ¸p suÊt trong qu¸ tr×nh Ðp Ph«i Khu«n H×nh 5.6- TiÕt diÖn ngang cña ph«i èng dÉn sãng trong Trong qu¸ tr×nh biÕn d¹ng, kim lo¹i chuyÓn dÞch vÒ phÝa 4 gãc khu«n vµ c¸c gi¸ trÞ Rt vµ Rn gi¶m dÇn. Coi èng kh«ng bÞ biÕn máng trong qu¸ tr×nh biÕn d¹ng v× vËy Rn=Rt+s. Khi vËt liÖu cßn lµm viÖc ë trong miÒn ®µn håi, c¸c thµnh phÇn øng suÊt ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (kÕt qu¶ tÝnh to¸n lý thuyÕt ®µn håi): σr = 2 σ T ln r − p 3 σr = 2 3 σ T ln r − p = σ T rT2 ( 2 − 1) 3 Rn hoÆc: rT 1 rT2 3 p ln + (1 − ) = . 2 σT Rt 2 Rn ¸p lùc bªn trong øng víi tr¹ng th¸i giíi h¹n: p gh = 2 s σ T ln(1 + ) Rt 3 Víi vËt liÖu lµm èng lµ M1 ë tr¹ng th¸i ñ th× σT=120 MPa. s =1,5mm 24 Rt=0,5mm P = 112,4 MPa, lµm trßn: P = 120 MPa • TÝnh to¸n thiÕt kÕ khu«n Ðp èng dÉn sãng a) Lùc t¸c dông lªn khu«n F=PA A=bL Trong ®ã: b: ChiÒu réng lßng èng sau khi Ðp (b=3,6cm) l: ChiÒu dµi ®¬n vÞ khu«n (l=1 cm) Thay c¸c gi¸ trÞ vµo ®−îc: F = 4.200 (kG) Nh− vËy mçi cm theo chiÒu dµi khu«n ph¶i chÞu lùc Ðp lµ 4.200 kG b) TÝnh sè bul«ng ghÐp khu«n vµ bul«ng nèi khu«n NÕu chän bul«ng ghÐp khu«n lµ M16, bul«ng nèi khu«n lµ M12. Chóng ta tÝnh ®−îc trªn mçi 100 mm chiÒu dµi khu«n cÇn 8 bul«ng M16 ®Ó ghÐp hai nöa khu«n víi nhau, mçi vÞ trÝ nèi c¸c ®o¹n khu«n, hay nèi khu«n víi bÝch cÇn 8 bul«ng M12. B¶n vÏ thiÕt kÕ khu«n Ðp èng dÉn sãng (Xem phô lôc) 5.4.5. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn (KÕt qu¶ ®o thùc hiÖn t¹i Phßng §o l−êng Trung t©m C«ng NghÖ, Bé quèc phßng) KÕt qu¶ kh¶o s¸t ®é cøng theo b¶ng 5.8 ®¹t 70-72 HB KÕt qu¶ ®o th«ng sè h×nh häc theo b¶ng 5.9: Dung sai vÒ kÝch th−íc ®é dµy, b¸n kÝnh gãc uèn n»m trong kho¶ng < 0,2 mm, t−¬ng ®−¬ng dung sai cña mÉu ( 0,1.... 0,15 mm). Dung sai vÒ kÝch th−íc dµi n»m trong kho¶ng < 0,2 mm, n»m trong miÒn dung sai cña mÉu (0,2.... 0,5 mm). §é nh¸m bÒ mÆt ®Ò nhá h¬n mÉu (Rz20) §é ph¼ng tæng thÓ: kh«ng cã nÕp, vÕt h»n do ph−¬ng ph¸p gia c«ng. §é nh¸m mÆt trong nhá h¬n Ra2.5 Nh− vËy b»ng c«ng nghÖ ETT cã thÓ chÕ t¹o ®−îc ph«i èng dÉn sãng ra®a víi c¸c tÝnh n¨ng t−¬ng ®−¬ng mÉu Nga, ®©y lµ ph−¬ng ph¸p c«ng nghÖ míi ch−a ®−îc ¸p dông t¹i ViÖt nam. Ph−¬ng ph¸p nµy cho phÐp t¹o ph«i cã h×nh d¹ng phøc t¹p h¬n cã ®é ®ång nhÊt cao vÒ tÝnh chÊt c¬ lý trªn toµn s¶n phÈm, ®Æc biÖt c¶i thiÖn ®¸ng kÓ vÒ ®é cøng cña s¶n phÈm. 5.5. ChÕ t¹o èng thµnh máng b»ng c«ng nghÖ Ðp thñy ®éng Theo môc 1.2.4 (ch−¬ng1) §Ò tµi tËp trung nghiªn cøu c«ng nghÖ Ðp ®ïn thñy ®éng ë d¶i tèc ®é 200-1000 mm/s vµ ~10.000 mm/s ë ®ã xuÊt hiÖn mµng b«i tr¬n æn ®Þnh, theo chiÒu t¨ng cña tèc ®é biÕn d¹ng ®é dµy vµ tÝnh æn ®Þnh cña mµng b«i tr¬n còng t¨ng lªn lµm triÖt tiªu hiÖu øng stick-sleep. 25 VÒ h×nh d¹ng s¶n phÈm: Thö nghiÖm Ðp ®ïn ph«i ®Æc vµ ph«i rçng, giíi h¹n bÒn trªn 18 kgl/mm2, ®é d·n dµi t−¬ng ®èi ®¹t trªn 14%. Sau t«i vµ ho¸ giµ giíi h¹n bÒn ®¹t trªn 30 kgl/mm2, ®é d·n dµi t−¬ng ®èi ®¹t trªn 10%. §Ó cã c¬ së cho viÖc tÝnh to¸n thiÕt kÕ c¸c khu«n vµ trang bÞ c«ng nghÖ §Ò tµi ®· kh¶o s¸t hai lo¹i vËt liÖu lµ hîp kim nh«m (HKN) vµ ®ång ®á M1. 5.5.1. Kh¶o s¸t ph«i ®Çu vµo Kh¶o s¸t ph«i hîp kim nh«m B¶ng 5.8- Thµnh phÇn hîp kim nh«m Cu 0,30 Mg 0,51 Hµm l−îng % Si Mn Cr 0,52 0,05 0,04 Fe 0,17 Zn 0,20 Al 98,20 §©y lµ hîp kim nh«m dïng trong kü thuËt hµng kh«ng, th−êng ®−îc cung cÊp d−íi d¹ng èng, c©y hÆc tÊm. Hîp kim nµy cã thÓ ho¸ bÒn b»ng ph−¬ng ph¸p nhiÖt luyÖn (t«i kÕt hîp víi ho¸ giµ). Ph«i ®−îc ®−îc gia c«ng thµnh d¹ng èng, ®−êng kÝnh ngoµi 35 mm, ®−êng kÝnh trong 17mm, ph«i ®−îc kh¶o s¸t tæ chøc kim t−¬ng tr−íc khi Ðp. B¶ng 5.11- KÕt qu¶ kh¶o s¸t c¬-lý tÝnh hîp kim nh«m ®Çu vµo HB σb (MPa) δ5 (%) 43,0 140 38 KÕt qu¶ kh¶o s¸t c¬-lý tÝnh cho thÊy ®é cøng vµ ®é bÒn cña HKN so víi nh«m s¹ch kü thuËt cao h¬n nhiÒu (Giíi h¹n bÒn cña HKN ®Çu vµo gÇn ®¹t ®Õn gi¸ trÞ cña tr¹ng th¸i t«i vµ ho¸ giµ tù nhiªn. Nh− vËy trong tr¹ng th¸i nµy HKN t−¬ng ®èi khã biÕn d¹ng vµ khi biÕn d¹ng sÏ cã tèc ®é ho¸ bÒn biÕn d¹ng t−¬ng ®èi nhanh. Kh¶o s¸t ph«i ®ång B¶ng 5.12- Thµnh phÇn ®ång Cu 99,92 Pb 0,005 Zn 0,005 Hµm l−îng % Bi Sb Ni 0,001 0,002 0,002 S 0,004 As 0,002 Ag 0,002 Trong c¸c khÝ tµi qu©n sù ®ång M1 ®−îc dïng ®Ó chÕ t¹o èng sãng ra ®a, c¸c ®−êng èng dÉn x¨ng ,dÇu trong xe qu©n sù…Trong tr¹ng th¸i c¸n vµ ñ, ®ång M1 cã giíi h¹n bÒn 2000 ®Õn 2500kG/cm2, ®é gi·n dµi t−¬ng ®èi ®¹t 30 ®Õn 35%. Sau biÕn d¹ng nguéi giíi h¹n bÒn cña ®ång cã thÓ lªn ®Õn 700 MPa tuy nhiªn ®é gi·n dµi gi¶m xuèng chØ cßn 1 ®Õn 3%. Ph«i ®ång d¹ng èng ®−êng kÝnh ngoµi 35 mm, ®−êng kÝnh trong 17mm. Tæ chøc kim t−¬ng cña vËt liÖu ®−îc kh¶o s¸t t¹i Trung t©m C«ng cho thÊt vËt liÖu ®ång M1 nµy 26 rÊt dÔ biÕn d¹ng, hÖ sè biÕn d¹ng lín. Còng chÝnh do ®Æc ®iÓm nµy nªn tèc ®é ho¸ bÒn biÕn cøng kh«ng cao. KÕt qu¶ ®o ®é cøng vµ thö kÐo ®−îc tiÕn hµnh trªn m¸y ®o ®é cøng HPO-250 vµ m¸y thö kÐo ZD-40 cña §øc B¶ng 5.13- KÕt qu¶ kh¶o s¸t c¬-lý tÝnh ®ång M1 ®Çu vµo σb (MPa) 226 HB 53 δ5 (%) 38 5.5.2. C¸c b−íc c«ng nghÖ chÝnh - ChuÈn bÞ vËt liÖu - TiÖn t¹o h×nh ph«i - Xö lý nhiÖt (ñ) - L¾p ty vµ dÉn h−íng vµo ph«i - N¹p ph«i, §iÒn ®Çy chÊt truyÒn ¸p vµo buång a/s, Ðp s¬ bé, X¶ E - Ðp TT t¹o h×nh s¶n phÈm - Th¸o SP vµ KiÓm tra 5.5.3. ThiÕt kÕ khu«n t¹o h×nh H×nh 5.7- Khu«n t¹o h×nh Theo c¸c sè liÖu tÝnh khu«n t¹o h×nh vµ lùc Ðp ë môc 4.2.3, 4.2.4, 4.2.5 (ch−¬ng 4). §Ò tµi ®· x©y dùng b¶n vÏ thiÕt kÕ tæng thÓ trang bÞ Ðp thñy ®éng vµ khu«n t¹o h×nh. Khu«n t¹o h×nh ®−îc chÕ t¹o tõ vËt liÖu hîp kim cøng BK8. sö dông c«ng nghÖ ®¸nh bãng b»ng siªu ©m, ®−îc l¾p chÆt vµo phÝa d−íi buång ¸p suÊt, chÕ ®é l¾p ghÐp (H7/p6) t¹o øng suÊt d− vïng trô φ20. Vïng c«n 440 vµ vïng trô φ20 cßn ®−îc thiÕt kÕ theo nguyªn t¾c c©n b»ng ¸p suÊt, khi lµm viÖc khu«n lu«n chÞu øng suÊt nÐn nÐn ph¸t huy ®−îc kh¶ n¨ng chÞu nÐn cña vËt liÖu BK8 (h×nh 5.14) 27 5.5.4. ChuÈn bÞ ph«i ®Ó chÕ t¹o èng Ph«i ®Æc sau khi c¾t ®ñ chiÒu dµi, tiÕn hµnh ñ ®ång ®Òu vµ gi¶m ®é cøng. ChÕ ®é ñ lµ: T = 5600C, thêi gian gi÷ nhiÖt t=45’, th¶ vµo n−íc 300C ch¶y trµn. TiÖn ®¹t kÝch th−íc theo b¶n vÏ thiÕt kÕ ph«i. Trong qu¸ tr×nh chÕ thö kÝch th−íc ®−êng kÝnh cã thÓ thay ®æi tïy thuéc n¨ng lùc cña thiÕt bÞ, sau khi tiÖn tinh ph«i cÇn ®¸nh bãng ®¹t ®é nh¸m. Dung sai cña kÝch th−íc φ20 ®iÒu chØnh phï hîp lç khu«n h×nh ®Ó ®¶m b¶o bÞt kÝn m«i tr−êng truyÒn ¸p ë tr¹ng th¸i b¾t ®Çu Ðp. 5.5.5. Nghiªn cøu, chÕ t¹o vËt liÖu truyÒn ¸p cho ETD ph«i ®ång M1 vµ nh«m §Ò tµi ®· sö dông m«i tr−êng truyÒn ¸p lµ dÇu CN30+10% graphit v¶y c¸ cÊp h¹t nhá h¬n 74µm. ViÖc sö dông m«i tr−êng ¸p lµ chÊt láng cã mét khã kh¨n lín lµ vÊn ®Ò lµm kÝn buång Ðp ë ¸p suÊt cao vµ thu håi dÇu sau khi kÕt thóc qu¸ tr×nh Ðp trong tr−êng hîp ph¶i sö dông thiÕt bÞ ®a dông. §Ó kh¾c phôc nh−îc ®iÓm nªu trªn, §Ò tµi ®· nghiªn cøu ®iÒu chÕ m«i tr−êng truyÒn ¸p ë d¹ng nh·o gåm mì láng+10% bét grapit vÈy c¸ mÞn <74µm. Qu¸ tr×nh thö nghiÖm chÊt truyÒn ¸p d¹ng nh·o cho thÊy: - Hoµn toµn thÝch hîp víi ph−¬ng ph¸p c«ng nghÖ ®· lùa chän. - §· gi¶i quyÕt ®−îc khã kh¨n trong kh©u lµm kÝn buång Ðp ë ¸p suÊt cao. - Thao t¸c dÔ dµng (kÓ c¶ khi n¹p m«i tr−êng vµ thu håi sau chu tr×nh Ðp) - DÔ vÖ sinh sau mçi lÇn chÕ thö. - Cho chÊt l−îng bÒ mÆt vËt Ðp tèt vµ Ýt tæn hao sau khi qu¸ tr×nh Ðp kÕt thóc. 5.5.6. Kh¶o nghiÖm ®¸nh gi¸ kÕt qu¶ S¶n phÈm èng HKN a) Kh¶o s¸t s¶n phÈm trung gian ë tr¹ng th¸i trung gian, khi ph«i Ðp ®· n»m trong buång Ðp vµ chÞu ¸p suÊt t−¬ng ®èi cao (kho¶ng 5000 kg/cm2), ¶nh tæ chøc kim t−¬ng vËt liÖu cho thÊy: ®· cã biÕn d¹ng nh−ng møc ®é kh«ng lín, ë vïng biªn møc ®é biÕn d¹ng lín h¬n so víi trong lâi. KÕt qu¶ kiÓm tra c¬ tÝnh chÆng trung gian ®−îc thùc hiÖn t¹i Phßng §o l−êng, Trung t©m C«ng NghÖ. B¶ng 5.12- KÕt qu¶ kh¶o s¸t c¬ tÝnh hîp kim nh«m chÆng trung gian HB 55 σb (MPa) 222 δ5 (%) 23,8 KÕt qu¶ kh¶o s¸t tÝnh chÊt c¬-lý trªn b¶ng 5.12 cho thÊy d−íi t¸c dông cña ¸p suÊt Ðp 500MPa, mÆc dï biÕn d¹ng ch−a x¶y ra râ rÖt nh−ng bªn trong vËt liÖu ®· cã sù thay ®æi vÒ mËt ®é c¸c khuyÕt tËt, lÖch m¹ng dÉn ®Õn ®é cøng vµ ®é bÒn ®Òu t¨ng lªn, ®é dÎo gi¶m xuèng. Gi¸ trÞ giíi h¹n bÒn ®· t¨ng v−ît qu¸ gi¸ trÞ ®¹t ®−îc khi t«i vµ ho¸ giµ tù nhiªn. Nh− vËy á ®©y ®· thÊy cã ¶nh h−ëng râ rÖt cña ¸p suÊt Ðp ®Õn tÝnh chÊt c¬ häc cña vËt liÖu. b) Kh¶o s¸t s¶n phÈm sau ETD 28 S¶n phÈm sau Ðp lµ c¸c ®o¹n èng nh«m hîp kim cã ®−êng kÝnh ngoµi 20mm, chiÒu dµy thµnh èng 1 mm c¸c ®o¹n h×nh trô ®Æc ®−êng kÝnh 20mm. Nh− vËy tû lÖ biÕn d¹ng lµ 225% diÖn tÝch. KÕt qu¶ kiÓm tra c¬ tÝnh ë tr¹ng th¸i sau Ðp ®−îc tr×nh bµy trong b¶ng 5.13. B¶ng 5.13: KÕt qu¶ kh¶o s¸t c¬ tÝnh hîp kim nh«m sau Ðp HB 112 σb (MPa) 348 δ5 (%) 6,6 KÕt qu¶ kiÓm tra c¬ tÝnh trªn cho thÊy sau khi ETD vËt liÖu cã ®é cøng vµ ®é bÒn rÊt cao, ®é dÎo gi¶m. So víi tr¹ng th¸i ch−a qua Ðp ®é cøng t¨ng 2,6 lÇn; giíi h¹n bÒn t¨ng 2,5 lÇn; ®é dÎo gi¶m 5,8 lÇn. So víi tr¹ng th¸i t«i vµ ho¸ giµ nh©n t¹o ®é bÒn còng cao h¬n vµ ®é dÎo thÊp h¬n. Nh− vËy cã thÓ thÊy rÊt râ t¸c ®éng cña c«ng nghÖ ETD ®Õn c¬ tÝnh cña vËt liÖu. Víi tèc ®é Ðp rÊt nhanh, tû lÖ biÕn d¹ng lín, trong hîp kim nh«m AB ®· x¶y ra qu¸ tr×nh biÕn d¹ng tr−ît vµ lÌn chÆt lµm cho cÊu tróc h¹t trë nªn nhá mÞn vµ mËt ®é lÖch trong nã t¨ng nhanh ®¹t tíi tr¹ng th¸i b·o hoµ hoÆc xÊp xØ b·o hoµ. §©y lµ nguyªn nh©n chÝnh lµm t¨ng ®é cøng vµ giíi h¹n bÒn cña vËt liÖu. c) KÕt luËn: S¶n phÈm cña qu¸ tr×nh ETD cã d¹ng èng, ®Üa, thanh cã thÓ sö dông ngay sau khi gia c«ng c¬ khÝ kh«ng cÇn qua nhiÖt luyÖn mµ vÉn ®¶m b¶o c¬ tÝnh cÇn thiÕt. S¶n phÈm èng ®ång a) Kh¶o s¸t s¶n phÈm trung gian ë tr¹ng th¸i trung gian, khi ph«i Ðp ®· n»m trong buång Ðp vµ chÞu ¸p suÊt t−¬ng ®èi cao (kho¶ng 700 MPa) trong vËt liÖu ®· cã sù dån nÐn nhÊt ®Þnh, mËt ®é t¨ng lªn lµm cho tæ chøc vËt liÖu cã thay ®æi chót Ýt. MÉu ®Ó ph©n tÝch kh¶o s¸t còng ®−îc lÊy t¹i c¸c vÞ trÝ gièng nh− khi kh¶o s¸t vËt liÖu ®Çu vµo. Tæ chøc kim t−¬ng trong tr¹ng th¸i nµy vÒ c¬ b¶n kh«ng cã g× kh¸c so víi tr¹ng th¸i ®Çu vµo. §ã lµ tæ chøc ®ång mét pha, cì h¹t rÊt lín (trªn cÊp 15/15), c¸c v¹ch song tinh th¼ng. B¾t ®Çu cã hiÖn t−îng biÕn d¹ng nh−ng víi møc ®é rÊt nhá kÓ c¶ vïng biªn d¹ng cña b¸n thµnh phÈm. Tæ chøc nµy vÉn cßn kh¶ n¨ng biÕn d¹ng rÊt lín. KÕt qu¶ kiÓm tra c¬ tÝnh ®ång sau Ðp chÆng trung gian ®−îc tr×nh bµy trªn b¶ng 2.3. C¸c mÉu ®Ó kiÓm tra tÝnh chÊt c¬-lý ®−îc chÕ t¹o theo TCVN 197-85, gièng nh− ®èi víi vËt liÖu ®Çu vµo. B¶ng 5.15- KÕt qu¶ kiÓm tra c¬ tÝnh ®ång M1 Ðp chÆng trung gian HB 86 σb (MPa) 256 δ5 (%) 24 KÕt qu¶ kh¶o s¸t tÝnh chÊt c¬-lý trªn b¶ng 5.15 cho thÊy d−íi t¸c dông cña ¸p suÊt Ðp 500(MPa), mÆc dï biÕn d¹ng ch−a x¶y ra râ rÖt nh−ng bªn trong vËt liÖu ®· cã 29 sù thay ®æi vÒ mËt ®é c¸c khuyÕt tËt, lÖch m¹ng dÉn ®Õn ®é cøng vµ ®é bÒn ®Òu t¨ng lªn, ®é dÎo gi¶m xuèng. Tuy nhiªn trong tr−êng hîp nµy, ®é cøng t¨ng lªn t−¬ng ®èi nhanh nh−ng giíi h¹n bÒn t¨ng chËm, ®é dÎo còng gi¶m kh¸ nhanh, ®iÒu nµy hoµn toµn phï hîp víi b¶n chÊt cña vËt liÖu ®ång M1 vµ kÕt qu¶ ph©n tÝch tæ chøc kim t−¬ng ®· tr×nh bµy á trªn. b) Kh¶o s¸t s¶n phÈm sau ETD S¶n phÈm sau Ðp gièng nh− s¶n phÈm èng nh«m, kÕt qu¶ kiÓm tra c¬ tÝnh ë tr¹ng th¸i sau Ðp ®−îc tr×nh bµy trong b¶ng 5.16. B¶ng5.16- KÕt qu¶ kiÓm tra c¬ tÝnh ®ång M1 sau Ðp HB 106 σb (MPa) 338 δ5 (%) 17 Víi tû lÖ Ðp 225% diÖn tÝch, ®é cøng cña ®ång t¨ng 2 lÇn, giíi h¹n bÒn kÐo t¨ng 1,5 lÇn vµ ®é dÎo gi¶m 2,23 lÇn. Tæ chøc kim t−¬ng cña ®ång ®á M1 sau ETD, ë vÞ trÝ líp gi÷a møc ®é biÕn d¹ng ®· t¨ng lªn, sè h¹t bÞ biÕn d¹ng chiÕm ®a sè, líp s¸t biªn c¸c h¹t bÞ biÕn d¹ng 100% víi møc ®é biÕn d¹ng rÊt lín, theo nhiÒu h−íng, cã xu h−íng xo¾n trén lÊy nhau. MÆc dï biÕn d¹ng rÊt lín nh−ng vÉn kh«ng quan s¸t thÊy vÕt nøt tÕ vi. §iÒu nµy cho thÊy vËt liÖu cßn kh¶ n¨ng biÕn d¹ng tiÕp. c) KÕt luËn: Sau ETD c¬ tÝnh cña ®ång ®á M1 t¨ng lªn theo møc ®é biÕn d¹ng. Víi møc ®é biÕn d¹ng 225% giíi h¹n bÒn kÐo cña ®ång M1 ®¹t t−¬ng ®−¬ng thÐp CT3 trong tr¹ng th¸i c¸n nãng. Nh− vËy ph«i ®ång ®á M1 sau ETD cã c¬ tÝnh cao, cã thÓ ®−îc dïng ®Ó chÕ t¹o c¸c chi tiÕt cÇn ®é dÉn ®iÖn cao, t¶i träng trung b×nh. 5.6. ChÕ t¹o ph«i chÕ t¹o b¸nh r¨ng m« duyn nhá 5.6.1. §Æc ®iÓm cña s¶n phÈm B¸nh r¨ng ®−îc chän trong phÇn thùc nghiÖm lµ b¸nh r¨ng modun nhá chÕ t¹o tõ vËt liÖu bét t−¬ng ®−¬ng víi m¸c thÐp 45. Thµnh phÇn vËt liÖu: 0,42-0,45% C; 0,5-0,8% Mn; 0,17-0,31% Si; Pmax 0,04; Smax 0,04; Crmax 0,04; Nimax 0,04. 5.6.2. Thùc nghiÖm vµ kÕt qu¶ nghiªn cøu a/ ChuÈn bÞ bét: - Bét thÐp hîp kim ®−îc chÕ t¹o b»ng ph−¬ng ph¸p nghiÒn v¶y c¸n, sau ®ã hoµn nguyªn trong m«i tr−êng hidr« ë nhiÖt ®é 800-8500C. - Bét mangan chÕ t¹o b»ng ph−¬ng ph¸p ®iÖn ph©n, sau ®ã nghiÒn vµ r©y. - Bæ sung cacbon cho vËt liÖu b»ng muéi than s¹ch, mÞn. - Hçn hîp bét nghiÒn trén trong m¸y nghiÒn bi víi tèc ®é 60 vg/ph b/ Ðp thuû tÜnh Ph«i Ðp: 30 B¸nh r¨ng ®−îc chÕ t¹o tõ bét thÐp kÕt cÊu cã thµnh phÇn t−¬ng ®−¬ng m¸c thÐp 45, mËt ®é cña chi tiÕt 7,57 g/ cm 3, co ngãt khi thiªu kÕt 25-30%. Dtrong = 36 mm TÝnh Ðp: Dngoµi = 73,6 mm; H 19,5 mm; Khèi l−îng bét 175 g 3 Víi tû träng ®èng cña bét 3,8 g/ cm , tÝnh ®−îc kÝch th−íc khoang Ðp nh− cho ë b¶n vÏ víi nh÷ng kÝch th−íc chÝnh: H = 40 mm Dk.ngoµi = 73,6 mm, Dk.trong = 36 mm; QTCN Ðp ph«i b¸nh r¨ng: Thao t¸c vµ Ðp mÉu b¸nh r¨ng Vá khu«n b»ng cao su. Ruét b»ng thÐp. Khu«n sau khi l¾c bét ®ñ theo ®Þnh l−îng sÏ ®−îc lµm kÝn ®Ó tr¸nh dÇu lät vµo s¶n phÈm. L¾p vá khu«n cao su víi vá ®Þnh h×nh b»ng nhùa cøng. L¾p ruét. §æ bét vµo khu«n. L¾c bét theo ®Þnh l−îng. Lµm kÝn khu«n. Treo mÉu trong buång Ðp thuû tÜnh. Ðp víi ¸p lùc 150 MPa. Th¸o mÉu vµ gia c«ng c¬ khÝ s¬ bé. Ph−¬ng ¸n khu«n Ðp c/ Thiªu kÕt Thiªu kÕt trong m«i tr−êng hidr« ë nhiÖt ®é 1400-1450 0C, thêi gian 1h. S¶n phÈm b¸nh r¨ng sau thiªu kÕt cho thÊy: chi tiÕt gi÷ nguyªn h×nh d¹ng tr−íc khi thiªu kÕt, co ngãt ®Òu, tuy nhiªn h×nh d¹ng cña biªn d¹ng r¨ng kh«ng râ, biªn d¹ng nµy cÇn gia c«ng c¬ khÝ míi cã thÓ sö dông. C¬ tÝnh cña s¶n phÈm sau thiªu kÕt ®¹t: §é cøng: 120-125 HB; Tû träng: 7,69 g/ cm3. Víi c¬ tÝnh cña vËt liÖu sau thiªu kÕt, cã thÓ thÊy r»ng c¸c gi¸ trÞ nµy cßn thÊp h¬n so víi s¶n phÈm chÕ t¹o tõ ph«i thÐp ®óc, c¸n vµ gia c«ng c¬ khÝ. §Ó c¶i thiÖn c¬ tÝnh, cÇn gia c«ng Ðp l¹i chi tiÕt ë tr¹ng th¸i nãng. 31 Mñ cao su Bét thÐp hîp kim, bét Fe, Mn Tr¸ng, phñ nhiÒu líp trªn lâi khu«n ®¹t chiÒu dµy 0,3 mm NghiÒn trén TÈm keo, t¹o h¹t Gia nhiÖt trong n−íc ®Õn 80-90 0C, thêi gian 15 ph Th¸o khu«n cao su, l¾p khu«n Ðp §Þnh l−îng, cho vµo khu«n vµ rung Ðp thuû tÜnh (150 MPa) Gia c«ng s¬ bé . Thiªu kÕt NhiÖt luyÖn Gia c«ng c¬ khÝ S¶n phÈm b¸nh r¨ng H×nh 5.8. S¬ ®å c«ng nghÖ chÕ t¹o b¸nh r¨ng b»ng ph−¬ng ph¸p ETT d/ Xö lý nhiÖt T«i ë nhiÖt ®é 800 0C, m«i tr−êng n−íc, sau ®ã ram cao. Biªn d¹ng r¨ng ®−îc nhiÖt luyÖn sau cïng b»ng ph−¬ng ph¸p t«i cao tÇn. §é cøng ®¹t sau khi t«i lµ 45-48 HRC. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn: B»ng ph−¬ng ph¸p Ðp thuû tÜnh, cã thÓ chÕ t¹o ®−îc ph«i b¸nh r¨ng víi n¨ng suÊt vµ hiÖu qu¶ sö dông nguyªn vËt liÖu cao. Tuy nhiªn ®Ó n©ng cao c¬ tÝnh, t¨ng tuæi thä cña s¶n phÈm, cÇn cã nh÷ng nghiªn cøu triÓn khai tiÕp víi nh÷ng biÖn ph¸p gia c«ng bæ sung t¨ng c−êng. Qua nghiªn cøu §Ò tµi nhËn thÊy ph−¬ng ph¸p nµy kh«ng thÝch hîp cho chÕ t¹o c¸c lo¹i b¸nh r¨ng th«ng th−êng. 32 Ch−¬ng 6: ThiÕt kÕ, chÕ t¹o thiÕt bÞ 6.1. M¸y Ðp thñy tÜnh M¸y ETT ®−îc thiÕt kÕ trªn c¬ së cña m¸y Ðp thñy lùc 300 tÊn. HÖ thñy lùc thÊp ¸p, cao ¸p vµ bé khuyÕch ®¹i ®−îc thiÕt kÕ ®éc lËp thµnh m«dun riªng, l¾p ë phÝa sau m¸y ®Ó cung cÊp ¸p suÊt cao ¸p cho buång ¸p suÊt cao hay khu«n Ðp èng dÉn sãng. Cã thÓ sö dông nguån cao ¸p nµy phôc vô cho c¸c môc ®Ých kh¸c (vÝ dô ®Ó thö ¸p suÊt c¸c chi tiÕt vò khÝ cã ®é bÒn cao, thö ph¸ hñy chi tiÕt ®Ó nghiÖm bÒn ...). M¸y ETT ®−îc thiÕt kÕ gåm c¸c côm chÝnh: M¸y Ðp thñy lùc 300T, Côm thñy lùc thÊp ¸p, Côm thñy lùc cao ¸p, Bé khuyÕch ®¹i ¸p suÊt, Hé tiªu thô ¸p suÊt cao (buång ¸p suÊt, khu«n Ðp èng dÉn sãng...). Th«ng sè kü thuËt chÝnh cña m¸y ETT: - Lùc kÑp khu«n Max: 300TÊn - ¸p suÊt b¬m TL hÖ s¬ cÊp: Pmax= 210 KG/cm2 - L−u l−îng b¬m thñy lùc hÖ s¬ cÊp: 15 l/ph - C«ng suÊt ®éng c¬ hÖ thñy lùc s¬ cÊp: 3 KW - ¸p suÊt cao ¸p (thø cÊp): 2000 kG/cm2 - HÖ sè khuyÕch ®¹i bé khuyÕch ®¹i ¸p suÊt - Lo¹i dÇu: CN 20 hoÆc Bp-Cs32 6.1.1. B¶n vÏ thiÕt kÕ chÕ t¹o c¸c côm chÝnh (B¶n vÏ thiÕt kÕ chi tiÕt xem thªm phÇn phô lôc 1-5) - Bé khuyÕch ®¹i ¸p suÊt (Phô lôc 1-B¶n vÏ KC.05.23-ETT.02.00) - Buång ¸p suÊt cao (Phô lôc 2-B¶n vÏ KC.05.23-ETT.05.00) - Khu«n Ðp èng dÉn sãng (Phô lôc 3-B¶n vÏ KC.05.23-ETT.06.00) ThiÕt bÞ ETT ®· ®−îc chÕ t¹o, nghiÖm thu vµ chÕ thö c«ng nghÖ. 6.1.2. Tµi liÖu quy tr×nh c«ng nghÖ C¸c QTCN ®−îc x©y dùng theo ®óng TCVN hiÖn hµnh (Xem phô lôc 6) 6.2. Trang bÞ Ðp thñy ®éng 6.2.1. Tµi liÖu thiÕt kÕ Trang bÞ Ðp thñy ®éng (TB ET§) ®−îc thiÕt kÕ nh− mét m«dun ®éc lËp cã thÓ l¾p trªn c¸c m¸y thñy lùc kh¸c nhau, kÕt cÊu cña (TB ET§) ®−îc thÓ hiÖn trong h×nh 6.1 gåm c¸c côm chÝnh: - Côm chµy Ðp - Buång ¸p suÊt - Côm khu«n Th«ng sè kü thuËt chÝnh cña TB ET§: - KÝch th−íc bao: 800 x 800 x 800 mm - Lùc Ðp t−¬ng ®−¬ng cña m¸y Ðp thñy lùc: 320 T 33 - KÝch th−íc h÷u Ých trong buång ¸p suÊt: φ70 x 300 - ¸p suÊt max trong buång: 10.000 kG/cm2 - Träng l−îng toµn bé: ~1500 kg 1- Bµn ®éng m¸y Ðp TL 400T 2- Côm chµy Ðp 3- M«i tr−êng truyÒn ¸p 4- Cuém khu«n 5- Buång ¸p suÊt 6- S¶n phÈm 7- Bµn m¸y Ðp TL 400T H×nh 6.1- Trang bÞ Ðp thñy C¸c bé tµi liÖu thiÕt kÕ chi tiÕt cña TB ET§ vµ c¸c côm: - Trang bÞ c«ng nghÖ Ðp thñy ®éng (Phô lôc 6-B¶n vÏ KC.05.23-ETD.00.000) - Côm chµy Ðp (Phô lôc 6-B¶n vÏ KC.05.23-ETD.01.000 - Côm khu«n (Phô lôc 6-B¶n vÏ KC.05.23-ETT.02.000) - Buång ¸p suÊt (Phô lôc 6-B¶n vÏ KC.05.23-ETD.03.000) TB ET§ ®· ®−îc chÕ t¹o, nghiÖm thu vµ chÕ thö c«ng nghÖ. S¶n phÈm do TB ET§ t¹o ra ®· ®−îc tr×nh bµy ë ch−¬ng 5, kÕt ®¸nh gi¸, kh¶o nghiÖm thÓ hiÖn trong c¸c phiÕu ®¸nh gi¸ kh¶o nghiÖm (xem phÇn phô lôc) 6.2.2. Tµi liÖu quy tr×nh c«ng nghÖ - Xem phô lôc 7 34 kÕt luËn vµ kiÕn nghÞ 1. Qua nghiªn cøu tæng quan vÒ c«ng nghÖ ETT vµ ETD còng nh− nghiªn cøu t×nh h×nh thùc tiÔn trong n−íc, chóng t«i ®· x©y dùng m« h×nh ETT vµ ETD, b−íc ®Çu ®· øng dông ®−îc cho s¶n xuÊt Quèc phßng. 2. §· x©y dùng c¸c ph−¬ng ph¸p, m« h×nh nghiªn cøu, gi¶i quyÕt c¸c hiÖn t−îng xÈy ra trong qu¸ tr×nh ETT vµ ETD. §· x©y dùng vµ gi¶i c¸c bµi to¸n liªn quan ®Õn thiÕt bÞ vµ c«ng nghÖ trong ®ã ®Æc biÖt chó ý ®Õn c¸c bµi to¸n t¹o ¸p suÊt cao, thiÕt kÕ buång chÞu ¸p suÊt cao nhiÒu líp vµ xö lý bÞt kÝn. 3. VÒ c«ng nghÖ ETT: - §· tÝnh to¸n lùa chän m¸y Ðp 300T, lùa chän ph−¬ng ph¸p t¹o ¸p suÊt thuû tÜnh b»ng bé khuÕch ®¹i ¸p suÊt 200MPa. - §· tÝnh to¸n thiÕt kÕ trang bÞ c«ng nghÖ ®Ó nghiªn cøu chÕ t¹o ph«i con tèng kh−¬ng tuyÕn nßng sóng 12,7mm; nãn ®ång cho ®¹n B41M; bi nghiÒn chÕ t¹o tõ vËt liÖu gèm; ph«i ODS ra®a; b¸nh r¨ng mo®uyn nhá. Khi chÕ t¹o c¸c s¶n phÈm cña ®Ò tµi chØ sö dông ®Õn ¸p suÊt 150MPa, s¶n phÈm t¹o ra ®· ®¹t c¸c chØ tiªu kü thuËt mµ b»ng ph−¬ng ph¸p truyÒn thèng ph¶i cÇn thiÕt bÞ ¸p suÊt cì 200MPa. 4. VÒ c«ng nghÖ ETD: - §· sö dông m¸y Ðp thñy lùc CRU 630 cña Nhµ m¸y Z183. - §· thiÕt kÕ, chÕ t¹o trang bÞ ETD gåm: buång ¸p suÊt cao nhiÒu líp, côm chµy Ðp t¹o ¸p suÊt cao, côm khu«n t¹o h×nh s¶n phÈm. Trong nghiªn cøu thiÕt kÕ ®· chó ý gi¶i c¸c bµi to¸n vÒ buång ¸p suÊt cao 1000MPa. - §· lùa chän vµ chÕ t¹o m«i tr−êng truyÒn ¸p suÊt cao d¹ng nh·o tõ bét grapit vµ mì chÞu nhiÖt, víi m«i trßng nµy ®· gi¶i quyÕt ®−îc vÊn ®Ò bÞt kÝn, ®¹t yªu cÇu c«ng nghÖ. - S¶n phÈm cña c«ng nghÖ ETD t¹o ra lµ èng ®ång vµ èng hîp kim nh«m thµnh máng, ®é bÒn cña s¶n phÈm t¹o ra t−¬ng ®−¬ng vËt liÖu sau nhiÖt luyÖn ho¸ giµ. 5. S¶n phÈm cña ®Ò tµi: - §· h−íng dÉn 1 häc viªn cao häc vÒ c«ng nghÖ ETT, ®ang h−íng dÉn 01 häc viªn cao häc vÒ c«ng nghÖ ETD. - §· chÕ thö 06 lo¹i s¶n phÈm cña §Ò tµi, trong ®ã: C«n tèng kh−¬ng tuyÕn 10 c¸i; Bi nghiÒn 2 kg; Nãn ®ång 10 c¸i; Ph«i b¸nh r¨ng 10 c¸i; èng dÉn sãng ra®a 5 c¸i; èng ®ång thµnh máng 40m. C¸c s¶n phÈm ®¹t sè l−îng vµ chÊt l−îng theo néi dung ®¨ng ký, mét sè s¶n phÈm ®· ®−îc kh¶o nghiÖm qua thùc tÕ øng dông cho s¶n xuÊt, ®−îc c¬ së ®¸nh gi¸ tèt . - §Ò tµi ®· hoµn thµnh c¸c néi dung vµ môc tiªu nghiªn cøu ®· ®−îc phª duyÖt. KiÕn nghÞ: Cho phÐp Trung t©m C«ng NghÖ qu¶n lý vµ tiÕp tôc sö dông thiÕt bÞ ETT &ETD ®Ó chÕ t¹o c¸c s¶n phÈm phôc vô cho s¶n xuÊt Quèc phßng. TiÕp tôc nghiªn cøu kÕt cÊu chµy chÞu ¸p lùc cao trong c«ng nghÖ ETD. 35 Tµi liÖu tham kh¶o 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Shuler, Metal forming handbook , Berlin - 1998. Festo Hydraulikus - Pneumatic elemek, Bp. 1985. Szilardsagtan - Muszaki Konyvkiadã, Bp. 1981. GÐprajzi Alapismeretek - Mószaki Kãnyvkiadã, Budapest 1979. Romanopxki V. P - Sæ tay dËp nguéi (tµi liÖu tiÕng Nga)-1979. A.P.Cmiragin - Sæ tay kim lo¹i mµu vµ hîp kim (tµi liÖu tiÕng Nga)-1973 Giups«p M. E. DËp tÊm (tµi liÖu tiÕng Nga), 1970. St«r«jev M.V - S¸ch tra cøu rÌn vµ dËp thÓ tÝch (tµi liÖu tiÕng Nga)-1968. Norman levy Associaltes, INC. Production process for sale 105mm HE M1, Michigan USA. 10. Ph¹m V¨n NghÖ - §ç V¨n Phóc, M¸y bóa vµ m¸y thñy lùc, Nxb.Gi¸o Dôc-2005. 11. Ph¹m V¨n NghÖ - NguyÔn Nh− Huynh, Ma s¸t vµ b«i tr¬n, Nxb §HQG Hµ néi-2005. 12. Ph¹m V¨n NghÖ - §ç V¨n Phóc, ThiÕt bÞ dËp t¹o h×nh-M¸y Ðp c¬ khÝ, Nxb KH&KT-2004. 13. Sæ tay c«ng nghÖ chÕ t¹o m¸y tËp I, II, III, NXB KH&KT-2000, 2003. 14. C«ng nghÖ khai th¸c thiÕt bÞ c¬ khÝ, Nxb. KH&KT-2001. 15. ChÕ ®é c¾t gia c«ng c¬ khÝ, NXB §µ n½ng 2001 16. §inh V¨n Phong, C¬ së lý thuyÕt dËp tÊm, Häc viÖn KTQS-1999 17. §inh B¸ Trô, C¬ së lý thuyÕt biÕn d¹ng dÎo, Häc viÖn KTQS-1998. 18. §inh V¨n Phong, C«ng nghÖ dËp tÊm, Häc viÖn KTQS-1997. 19. NhiÒu t¸c gi¶, Sæ tay thiÕt kÕ c¬ khÝ , Nxb. KH&KT-1979. 20. NhiÒu t¸c gi¶, KiÓm tra s¶n phÈm trong chÕ t¹o m¸y, Nxb. KH&KT-1979. 21. NhiÒu t¸c gi¶, Sæ tay nhiÖt luyÖn, Nxb. KH&KT-1979. 22. KiÓm tra s¶n phÈm trong chÕ t¹o m¸y, Nxb. KH&KH-1979. 23. T«n Yªn, C«ng nghÖ dËp nguéi, Nxb KH&KT-1974. 24. Hµ V¨n Vui, Dung sai vµ chuçi kÝch th−íc trong thiÕt kÕ c¬ khÝ, Nxb. KH&KT-1973. 36