Báo cáo Nghiên cứu ứng dụng công nghệ ép thủy tĩnh và thủy động để chế tạo các sản phẩm có hình dạng phức tạp từ vật liệu khó biến dạng đồ bền cao

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 tÜnh-

thuû ®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

Häc hµm, häc vÞ, hä vµ tªn

Chñ nhiÖm ®Ò tµi:

Ch÷ ký

1

TS. NguyÔn M¹nh Long, Trung t©m C«ng nghÖ - BQP

Phã chñ nhiÖm ®Ò tµi:

2

KS. §ç V¨n Hång, Trung t©m C«ng nghÖ - BQP

TS. NguyÔn Tµi Minh, Trung t©m C«ng nghÖ - BQP

TS. TrÇn ThÕ Ph−¬ng, Trung t©m C«ng nghÖ - BQP

Ths. Bïi Do·n §ång, Trung t©m C«ng nghÖ - BQP

TS. Bïi ViÕt Dòng, Trung t©m C«ng nghÖ - BQP

TS. TrÇn V¨n Dòng, Trung t©m C«ng nghÖ - BQP

ThS. Ng« Gia C−êng, Trung t©m C«ng nghÖ - BQP

PGS.TS. §inh V¨n Phong, Häc viÖn KTQS - BQP

TS. L¹i Anh TuÊn, Häc viÖn KTQS - BQP

ThS. NguyÔn V¨n Th¾ng, Nhµ m¸y Z183,

Tæng Côc CNQP - BQP

3

4

5

6

7

8

9

10

11

THñ tr−ëng c¬ quan chñ tr× ®Ò tµi

(Hä, tªn, ch÷ ký, vµ ®ãng dÊu)

6

Môc lôc

Trang

6

7

Danh s¸ch nh÷ng ng−êi thùc hiÖn ®Ò tµi

Môc lôc

12

13

B¶ng mét sè ký hiÖu quy −íc vµ ch÷ viÕt t¾t

Tãm t¾t

15

Ch−¬ng 1: Tæng quan vÒ c«ng nghÖ Ðp thñy tÜnh vµ thñy ®éng

t¹o h×nh s¶n phÈm

15

16

18

20

21

25

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

1.1.5.2. ¶nh h−ëng cña ®iÒu kiÖn Ðp

1.1.5.3. HiÖn t−îng në trë l¹i cña vËt Ðp

25

26

27

29

31

32

33

36

37

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

39

Ch−¬ng 2: M« h×nh vµ ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n trong Ðp thñy tÜnh

vµ thñy ®éng

39

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

40

43

46

47

48

51

54

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

58

Ch−¬ng 3: Nghiªn cøu c¸c ¶nh h−ëng trong Ðp thñy tÜnh

vµ thñy ®éng

58

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

59

60

62

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

64

65

69

3.2.2. HiÖn t−îng stick-slip

3.2.3. VËt liÖu truyÒn ¸p trong Ðp thuû ®éng

72

Ch−¬ng 4: TÝnh to¸n thiÕt kÕ thiÕt bÞ Ðp thñy tÜnh vµ trang bÞ

Ðp thñy ®éng

72

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

8

4.1.1.3. TØ phÇn hao khi thiªu

73

74

75

83

84

85

86

87

91

93

97

98

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

101

104

106

109

110

111

113

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

9

5.2.5. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn

114

115

116

118

121

123

125

126

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

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. Lùa chän gi¶i ph¸p c«ng nghÖ, tiÕn tr×nh c«ng nghÖ

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

5.4.7.2. S¶n phÈm èng dÉn sãng ra®a PRV-16

5.4.7.3. Kh¶o s¸t ®é cøng

133

134

135

137

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

137

5.5.1. Kh¶o s¸t ph«i ®Çu vµo

137

140

142

143

144

145

148

153

5.5.1.1. Kh¶o s¸t ph«i hîp kim nh«m

5.5.1.2. Kh¶o s¸t ph«i ®ång

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 vËt liÖu truyÒn ¸p

5.5.6. Kh¶o nghiÖm ®¸nh gi¸ kÕt qu¶

5.5.6.1. S¶n phÈm èng hîp kim nh«m

5.5.6.2. S¶n phÈm èng ®ång

10

159

5.6. ChÕ t¹o ph«i b¸nh r¨ng m« duyn nhá

5.6.1. §Æc ®iÓm cña s¶n phÈm

5.6.2. Thùc nghiÖm vµ kÕt qu¶ nghiªn cøu

163

Ch−¬ng 6: TÝnh to¸n lùa chän thiÕt bÞ vµ thiÕt kÕ, chÕ t¹o

trang bÞ c«ng nghÖ

163

165

173

175

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

180

182

183

KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ

Lêi c¶m ¬n

Tµi liÖu tham kh¶o

11

B¶ng mét sè ký hiÖu quy −íc vµ ch÷ viÕt t¾t

KÝ hiÖu

Tªn gäi

§¬n vÞ ®o

ETT

ETD

Ðp thñy tÜnh

Ðp thñy ®éng

A, A_i

D

DiÖn tÝch

mm², cm²

mm, cm

N, kG

§−êng kÝnh lµm viÖc

ChiÒu dÇy

v

h

ChiÒu cao

F, F_n

Lùc

P, P_n, P_i¸p suÊt

kG/cm², N/mm²

MPa

øng suÊt

kG/cm², N/mm²

MPa

σ

U_R

KÝch th−íc chu vi tiÕt diÖn

mm

k

HÖ sè khuyÕch ®¹i

HiÖu suÊt

η

HÖ sè h×nh d¹ng

§é nhít ®éng häc

Khèi l−îng riªng

β_A

ν

mPas

g/cm³, kg/dm³

γ

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 80⁰C÷500⁰C

- Ðp nãng thñy tÜnh: Qu¸ tr×nh tiÕn hµnh ë nhiÖt ®é cao cã thÓ ®Õn 1500⁰C

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

5- M«i tr−êng truyÒn ¸p

(DÇu cao ¸p)

2- Buång ¸p suÊt

3- Tói ®µn håi

4- Chµy ®èi ¸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/cm³n»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.

v_p

ln (

) = c₁.p + c₂

v_p− v_∞

§èi víi ph−¬ng ph¸p ETT kh« ph−¬ng tr×nh cña Kawakita víi c¸c h»ng

sè c¶i tiÕn C₃vµ C₄cho kÕt qu¶ tèt h¬n c¶:

v₀− v_p

p

1

p

=

+

; c_v=

c_vc₃.c₄c₃

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)

v_∞

Ballhasen

ln

= c₁.p + c₂

v_p− v_∞

v_p

Heckel

ln

=c₃.p + c₄

v_p-v_∞

Fuhrer

(v_p-v_∞) (p+c₅) = C₆

v₀-v_p

v₀-v_∞

Cooper vµ Eaton

c8

e10

p

c₇.exp(- )+c9.exp(-

p

)=

v₀-v_p

Kawakita

c₁₁.c₁₂-p

1+c₁₂.p

=

v₀

Ghi chó: P: ¸p suÊt Ðp, V_p: thÓ tÝch vËt Ðp ë ¸p suÊt P, V_∝thÓ tÝch vËt Ðp ë

¸p suÊt v« cïng lín, V_othÓ tÝch ®èng cña vËt liÖu Ðp. c₁- c₁₂c¸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

x

Ballhausen

ln(

)=c₁₃.p+c₁₄

1-x

(p+c₁₅).(x-c₁₆)=c₁₇

Fuhrer

h

Bouchner

p.( )^c18=const

h₀

h

lnp = c₁₈.ln( ) =lnc₁₉

h₀

Montgomery

Jones

p = c₂₀.x ^C21

vp

ln=-c₂₂.( )²+c₂₃

v_∞

v_p

lnp = −c₂₄.( ) + c₂₅

v∞

Balshin

Ghi chó: c₁₃-c₂₅c¸c h»ng sè thùc nghiÖm, h-chiÒu cao ®ong, h₀chiÒu 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

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

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

⎛

⎜

⎝

⎞

⎟

⎠

l_np

a₁

p

Ph−¬ng tr×nh tÝnh to¸n:

= a₀-

v_¥

Th«ng sè

HÖ sè

HÖ sè kÕt nèi

r²

a₀

a₁

0.2

1.0

2.5

6,00

6,14

6,09

0,98

1,30

1,49

0,992

§é Èm [%]

0,996

0,999

ChÊt phô gia [%]

0.3 PVA

6,05

6,15

6,10

1,24

1,57

1,49

0,997

0,996

0.5 oxidwachs

0.2 PVA+0.5 oxidwachs

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

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

• 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:

P_tw=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 t_E®Ó gi¶i ¸p cã thÓ x¸c ®Þnh nh− sau:

v_a

t_E=

v_m

Trong ®ã:

V_a: ThÓ tÝch kh«ng khÝ tho¸t ra khái lç xèp.

V_m: ThÓ tÝch tho¸t khÝ trung b×nh trong qu¸ tr×nh gi¶m ¸p.

Thêi gian cùc trÞ t_Et¨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.

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

- 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

a)

b)

1. Chµy Ðp

2. VËt liÖu

3. Khu«n

4. M«i tr−êng truyÒn ¸p

F

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

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 Φ_min≈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

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

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

ph−¬ng ¸n c«ng nghÖ, hoÆc quy m« cña s¶n phÈm cÇn t¹o ra.

28

HiÖn nay cã mét sè ph−¬ng ¸n Ðp thñy ®éng nh− sau:

lµ Ðp ®ïn thñy tÜnh).

xuÊt hiÖn líp b«i tr¬n æn ®Þnh (hiÖu øng thñy ®éng).

(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,...)

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. Chµy Ðp

2. Gio¨ng

3. M«i tr−êng truyÒn ¸p

4. DÉn h−íng

5. Ph«i

6. Khu«n h×nh

7. Gio¨ng

8. 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. Chµy Ðp

2. Buång ¸p suÊt cao

3. Gio¨ng

4. DÉn h−íng

5. M«i tr−êng truyÒn ¸p

6. Ph«i

7. Lâi

8. Khu«n h×nh

a)

b)

H×nh 1.6- M« h×nh Ðp thñy ®éng c¸c chi tiÕt rçng

víi lâi tÜnh (a) vµ lâi ®éng (b)

1

2

1. Chµy Ðp

2. M«i tr−êng truyÒn ¸p

3. Buång ¸p suÊt cao

5. Gi¸ ®ì ph«i

3

4

5

6. Khu«n h×nh

6

7

7. §Õ khu«n

8. S¶n phÈm ETD

8

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

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

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 A_o/A₁kho¶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 M_o, W, vµ hîp kim niken bÒn nhiÖt cao A_o/A₁tõ 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¶

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