Nghiên cứu ứng dụng công nghệ ép thủy tĩnh và thủy động để chế tạo các sản phẩm có hình dạng phức tạp
- 209 trang
- file: .pdf
đang tải dữ liệu....
Tài liệu bị giới hạn, để xem hết nội dung vui lòng tải về máy tính.
Tải xuống - 209 trangNội dung text: 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 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 Ch÷ ký
1 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 6
Môc lôc 7
B¶ng mét sè ký hiÖu quy −íc vµ ch÷ viÕt t¾t 12
Tãm t¾t 13
Ch−¬ng 1: Tæng quan vÒ c«ng nghÖ Ðp thñy tÜnh vµ thñy ®éng 15
t¹o h×nh s¶n phÈm
1.1. Tæng quan vÒ c«ng nghÖ Ðp thuû tÜnh 15
1.1.1. Nguyªn lý Ðp thñy tÜnh 16
1.1.2. Vµi nÐt vÒ lÞch sö ph¸t triÓn c«ng nghÖ Ðp thñy tÜnh 16
1.1.3. Ph©n lo¹i trong c«ng nghÖ Ðp thñy tÜnh 18
1.1.4. C¸c −u nh−îc ®iÓm cña c«ng nghÖ Ðp thuû tÜnh 20
1.1.5. C¸c hiÖn t−îng xÈy ra trong qóa tr×nh Ðp thñy tÜnh 21
1.1.5.1. Qu¸ tr×nh ®Æc xÝt vµ c¸c ®Æc tÝnh ®Æc xÝt cña vËt Ðp 21
1.1.5.2. ¶nh h−ëng cña ®iÒu kiÖn Ðp 25
1.1.5.3. HiÖn t−îng në trë l¹i cña vËt Ðp 25
1.2. Tæng quan vÒ c«ng nghÖ Ðp thuû ®éng 26
1.2.1. Gia c«ng biÕn d¹ng b»ng c«ng nghÖ Ðp thñy ®éng 26
1.2.2. C¸c ®Æc ®iÓm cña Ðp thñy ®éng 26
1.2.3. S¶n phÈm cña ph−¬ng ph¸p Ðp thñy ®éng 27
1.2.4. Ph©n lo¹i c¸c ph−¬ng ph¸p Ðp thñy ®éng 29
1.2.5. Qu¸ tr×nh Ðp thñy ®éng 31
1.2.6. S¶n phÈm vµ ph¹m vi øng dông cña c«ng nghÖ Ðp thñy ®éng 32
1.2.6.1. VËt liÖu vµ ®é biÕn d¹ng trong Ðp thñy ®éng 32
1.2.6.2. Mét sè s¶n phÈm trong Ðp ®ïn thñy ®éng 33
1.2.6.3. TÝnh chÊt biÕn d¹ng trong Ðp thñy ®éng 36
1.3. C¸c nghiªn cøu vÒ Ðp thñy tÜnh vµ thñy ®éng trong n−íc 37
7
Ch−¬ng 2: M« h×nh vµ ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n trong Ðp thñy tÜnh 39
vµ thñy ®éng
2.1. M« h×nh m« h×nh vµ ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n trong Ðp thñy tÜnh 39
2.1.1. M« h×nh øng xö cña vËt liÖu bét kim lo¹i biÕn d¹ng ë tr¹ng th¸i 39
nguéi vµ ph−¬ng ph¸p nhËn d¹ng
2.1.1.1. X©y dùng m« h×nh 40
2.1.1.2. Ph−¬ng ph¸p nhËn d¹ng m« h×nh. 43
2.1.2. M« h×nh HECKEL 46
2.1.3. M« h×nh KAWAKITA 47
2.2. M« h×nh vµ ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n trong Ðp thñy ®éng 47
2.2.1. Kh¶o s¸t thuéc tÝnh biÕn d¹ng cña vËt liÖu 47
2.2.1.1. X¸c ®Þnh thuéc tÝnh biÕn d¹ng cña thÐp giã P18 48
2.2.1.2. X¸c ®Þnh thuéc tÝnh biÕn d¹ng cña thÐp 40X 51
2.2.1.3. X¸c ®Þnh thuéc tÝnh biÕn d¹ng cña ®ång ®á M1 54
Ch−¬ng 3: Nghiªn cøu c¸c ¶nh h−ëng trong Ðp thñy tÜnh 58
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 58
3.1.2. §Æc tr−ng cña c«ng nghÖ Ðp thñy tÜnh t¹o h×nh s¶n phÈm d¹ng bét 59
3.1.3. Qui luËt Ðp 60
3.1.4. ¶nh h−ëng cña ®iÒu kiÖn Ðp 62
3.2. Mét sè hiÖn t−îng xÈy ra trong c«ng nghÖ Ðp thñy ®éng 64
3.2.1. Dßng vËt liÖu 64
3.2.2. HiÖn t−îng stick-slip 65
3.2.3. VËt liÖu truyÒn ¸p trong Ðp thuû ®éng 69
Ch−¬ng 4: TÝnh to¸n thiÕt kÕ thiÕt bÞ Ðp thñy tÜnh vµ trang bÞ 72
Ðp thñy ®éng
4.1. TÝnh to¸n thiÕt kÕ thiÕt bÞ Ðp thñy tÜnh 72
4.1.1. C¸c c«ng thøc tÝnh to¸n khu«n Ðp vµ c¸c th«ng sè Ðp 72
4.1.1.1. HÖ sè co ngãt khi thiªu kÕt 72
4.1.1.2. TØ phÇn co tuyÕn tÝnh 72
8
4.1.1.3. TØ phÇn hao khi thiªu 73
4.1.1.4. HÖ sè në trë l¹i 73
4.1.1.5. TØ phÇn nÐn co tuyÕn tÝnh 73
4.1.1.6. TØ phÇn co tuyÕn tÝnh toµn phÇn 73
4.1.1. 7. MËt ®é ®iÒn ®Çy khu«n 74
4.1.1. 8. MËt ®é vËt Ðp 74
4.1.1. 9. TØ sè nÐn thÓ tÝch 74
4.1.2. TÝnh to¸n thiÕt kÕ m¸y ETT 74
4.1.2.1. Nguyªn lý vµ c¬ së tÝnh to¸n hÖ thuû lùc m¸y ETT 74
4.1.2.2. TÝnh to¸n thiÕt kÕ buång ¸p suÊt 75
4.1.2.3 TÝnh to¸n th«ng sè cña bé khuyÕch ®¹i ¸p suÊt 83
4.1.2.4. TÝnh to¸n lùa chän b¬m vµ c¸c linh kiÖn cho hÖ thñy lùc 84
4.2. TÝnh to¸n thiÕt kÕ trang bÞ Ðp thñy ®éng 85
4.2.1. Nguyªn lý vµ c¬ së tÝnh to¸n 85
4.2.2. TÝnh to¸n thiÕt kÕ buång ¸p suÊt cao cho c«ng nghÖ Ðp thñy ®éng 86
4.2.2.1. TÝnh to¸n ®èi víi èng dµy mét líp 86
4.2.2.2. TÝnh to¸n ®èi víi èng dµy nhiÒu líp 87
4.2.3. TÝnh bÒn khu«n t¹o h×nh 91
4.2.3.1. TÝnh bÒn phÇn c«n cña khu«n 91
4.2.3.2. TÝnh to¸n bÒn phÇn trô t¹o h×nh 93
4.2.4. TÝnh gãc më khu«n tèi −u 97
4.2.5. TÝnh to¸n lùc Ðp ®ïn 98
Ch−¬ng 5: KÕt qu¶ nghiªn cøu vµ mét sè h×nh ¶nh vÒ s¶n phÈm 101
5.1. ChÕ t¹o ph«i con tèng kh−¬ng tuyÕn nßng sóng 12,7mm 101
5.1.1. §Æc ®iÓm cña s¶n phÈm 101
5.1.2. TÝnh to¸n khu«n Ðp thñy tÜnh ph«i con tèng nßng sóng 12,7mm 101
5.1.3. TiÕn tr×nh c«ng nghÖ 104
5.1.4. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn 106
5.2. ChÕ t¹o nãn ®ång cho ®¹n chèng t¨ng 109
5.2.1. §Æc ®iÓm s¶n phÈm 109
5.2.2. Chän gi¶i ph¸p c«ng nghÖ 110
5.2.3. TÝnh to¸n c¸c kÝch th−íc c¬ b¶n cña khu«n 111
5.2.4. TiÕn tr×nh c«ng nghÖ 113
9
5.2.5. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn 114
5.3. ChÕ t¹o bi nghiÒn b»ng gèm Al2O3 115
5.3.1. §Æc ®iÓm s¶n phÈm 115
5.3.2. Chän ph−¬ng ¸n tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ khu«n Ðp 116
5.3.3. TiÕn tr×nh c«ng nghÖ chÕ t¹o bÞ nghiÒn 118
5.3.4. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn 121
5.4. ChÕ t¹o ph«i èng dÉn sãng ra®a PRV-16 123
5.4.1. §Æc ®iÓm s¶n phÈm 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 126
5.4.5.2. TÝnh to¸n thiÕt kÕ khu«n Ðp èng dÉn sãng 131
5.4.6. B¶n vÏ thiÕt kÕ khu«n Ðp èng dÉn sãng 132
5.4.7. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn 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-16 133
5.4.7.3. Kh¶o s¸t ®é cøng 134
5.4.7.4. X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè h×nh häc 135
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
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 163
trang bÞ c«ng nghÖ
6.1. M¸y Ðp thñy tÜnh 163
6.1.1. TÝnh to¸n lùa chän m¸y Ðp thñy lùc 300T 163
6.1.2. B¶n vÏ thiÕt kÕ chÕ t¹o trang bÞ c«ng nghÖ 165
6.1.3. Tµi liÖu quy tr×nh c«ng nghÖ 165
6.2. Trang bÞ c«ng nghÖ Ðp thñy ®éng 173
6.2.1. Tµi liÖu thiÕt kÕ 173
6.2.2. Tµi liÖu quy tr×nh c«ng nghÖ 175
KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ 180
Lêi c¶m ¬n 182
Tµi liÖu tham kh¶o 183
11
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
F, Fn Lùc N, kG
P, Pn , Pi ¸p suÊt kG/cm2 , N/mm2
MPa
σ øng suÊt kG/cm2 , N/mm2
MPa
UR KÝch th−íc chu vi tiÕt diÖn mm
k HÖ sè khuyÕch ®¹i
η HiÖu suÊt
βA HÖ sè h×nh d¹ng
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
5 4. VËt liÖu Ðp
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 5- M«i tr−êng truyÒn ¸p
2- Buång ¸p suÊt (DÇu cao ¸p)
3- Tói ®µn håi 6- S¶n phÈm
4- Chµy ®èi ¸p 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.
vp
ln ( ) = c1.p + c 2
vp − v∞
§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¶:
p 1 p v − vp
= + ; 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
v∞
= c1.p + c 2
vp − v∞
Heckel vp
ln =c3 .p + c4
v p -v∞
Fuhrer (vp-v∞) (p+c5) = C6
Cooper vµ Eaton c8 e10 v 0 -v p
c7 .exp(- )+c9.exp(- )=
p p v 0 -v ∞
Kawakita v 0 -v p c .c -p
= 11 12
v0 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
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 Ch÷ ký
1 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 6
Môc lôc 7
B¶ng mét sè ký hiÖu quy −íc vµ ch÷ viÕt t¾t 12
Tãm t¾t 13
Ch−¬ng 1: Tæng quan vÒ c«ng nghÖ Ðp thñy tÜnh vµ thñy ®éng 15
t¹o h×nh s¶n phÈm
1.1. Tæng quan vÒ c«ng nghÖ Ðp thuû tÜnh 15
1.1.1. Nguyªn lý Ðp thñy tÜnh 16
1.1.2. Vµi nÐt vÒ lÞch sö ph¸t triÓn c«ng nghÖ Ðp thñy tÜnh 16
1.1.3. Ph©n lo¹i trong c«ng nghÖ Ðp thñy tÜnh 18
1.1.4. C¸c −u nh−îc ®iÓm cña c«ng nghÖ Ðp thuû tÜnh 20
1.1.5. C¸c hiÖn t−îng xÈy ra trong qóa tr×nh Ðp thñy tÜnh 21
1.1.5.1. Qu¸ tr×nh ®Æc xÝt vµ c¸c ®Æc tÝnh ®Æc xÝt cña vËt Ðp 21
1.1.5.2. ¶nh h−ëng cña ®iÒu kiÖn Ðp 25
1.1.5.3. HiÖn t−îng në trë l¹i cña vËt Ðp 25
1.2. Tæng quan vÒ c«ng nghÖ Ðp thuû ®éng 26
1.2.1. Gia c«ng biÕn d¹ng b»ng c«ng nghÖ Ðp thñy ®éng 26
1.2.2. C¸c ®Æc ®iÓm cña Ðp thñy ®éng 26
1.2.3. S¶n phÈm cña ph−¬ng ph¸p Ðp thñy ®éng 27
1.2.4. Ph©n lo¹i c¸c ph−¬ng ph¸p Ðp thñy ®éng 29
1.2.5. Qu¸ tr×nh Ðp thñy ®éng 31
1.2.6. S¶n phÈm vµ ph¹m vi øng dông cña c«ng nghÖ Ðp thñy ®éng 32
1.2.6.1. VËt liÖu vµ ®é biÕn d¹ng trong Ðp thñy ®éng 32
1.2.6.2. Mét sè s¶n phÈm trong Ðp ®ïn thñy ®éng 33
1.2.6.3. TÝnh chÊt biÕn d¹ng trong Ðp thñy ®éng 36
1.3. C¸c nghiªn cøu vÒ Ðp thñy tÜnh vµ thñy ®éng trong n−íc 37
7
Ch−¬ng 2: M« h×nh vµ ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n trong Ðp thñy tÜnh 39
vµ thñy ®éng
2.1. M« h×nh m« h×nh vµ ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n trong Ðp thñy tÜnh 39
2.1.1. M« h×nh øng xö cña vËt liÖu bét kim lo¹i biÕn d¹ng ë tr¹ng th¸i 39
nguéi vµ ph−¬ng ph¸p nhËn d¹ng
2.1.1.1. X©y dùng m« h×nh 40
2.1.1.2. Ph−¬ng ph¸p nhËn d¹ng m« h×nh. 43
2.1.2. M« h×nh HECKEL 46
2.1.3. M« h×nh KAWAKITA 47
2.2. M« h×nh vµ ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n trong Ðp thñy ®éng 47
2.2.1. Kh¶o s¸t thuéc tÝnh biÕn d¹ng cña vËt liÖu 47
2.2.1.1. X¸c ®Þnh thuéc tÝnh biÕn d¹ng cña thÐp giã P18 48
2.2.1.2. X¸c ®Þnh thuéc tÝnh biÕn d¹ng cña thÐp 40X 51
2.2.1.3. X¸c ®Þnh thuéc tÝnh biÕn d¹ng cña ®ång ®á M1 54
Ch−¬ng 3: Nghiªn cøu c¸c ¶nh h−ëng trong Ðp thñy tÜnh 58
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 58
3.1.2. §Æc tr−ng cña c«ng nghÖ Ðp thñy tÜnh t¹o h×nh s¶n phÈm d¹ng bét 59
3.1.3. Qui luËt Ðp 60
3.1.4. ¶nh h−ëng cña ®iÒu kiÖn Ðp 62
3.2. Mét sè hiÖn t−îng xÈy ra trong c«ng nghÖ Ðp thñy ®éng 64
3.2.1. Dßng vËt liÖu 64
3.2.2. HiÖn t−îng stick-slip 65
3.2.3. VËt liÖu truyÒn ¸p trong Ðp thuû ®éng 69
Ch−¬ng 4: TÝnh to¸n thiÕt kÕ thiÕt bÞ Ðp thñy tÜnh vµ trang bÞ 72
Ðp thñy ®éng
4.1. TÝnh to¸n thiÕt kÕ thiÕt bÞ Ðp thñy tÜnh 72
4.1.1. C¸c c«ng thøc tÝnh to¸n khu«n Ðp vµ c¸c th«ng sè Ðp 72
4.1.1.1. HÖ sè co ngãt khi thiªu kÕt 72
4.1.1.2. TØ phÇn co tuyÕn tÝnh 72
8
4.1.1.3. TØ phÇn hao khi thiªu 73
4.1.1.4. HÖ sè në trë l¹i 73
4.1.1.5. TØ phÇn nÐn co tuyÕn tÝnh 73
4.1.1.6. TØ phÇn co tuyÕn tÝnh toµn phÇn 73
4.1.1. 7. MËt ®é ®iÒn ®Çy khu«n 74
4.1.1. 8. MËt ®é vËt Ðp 74
4.1.1. 9. TØ sè nÐn thÓ tÝch 74
4.1.2. TÝnh to¸n thiÕt kÕ m¸y ETT 74
4.1.2.1. Nguyªn lý vµ c¬ së tÝnh to¸n hÖ thuû lùc m¸y ETT 74
4.1.2.2. TÝnh to¸n thiÕt kÕ buång ¸p suÊt 75
4.1.2.3 TÝnh to¸n th«ng sè cña bé khuyÕch ®¹i ¸p suÊt 83
4.1.2.4. TÝnh to¸n lùa chän b¬m vµ c¸c linh kiÖn cho hÖ thñy lùc 84
4.2. TÝnh to¸n thiÕt kÕ trang bÞ Ðp thñy ®éng 85
4.2.1. Nguyªn lý vµ c¬ së tÝnh to¸n 85
4.2.2. TÝnh to¸n thiÕt kÕ buång ¸p suÊt cao cho c«ng nghÖ Ðp thñy ®éng 86
4.2.2.1. TÝnh to¸n ®èi víi èng dµy mét líp 86
4.2.2.2. TÝnh to¸n ®èi víi èng dµy nhiÒu líp 87
4.2.3. TÝnh bÒn khu«n t¹o h×nh 91
4.2.3.1. TÝnh bÒn phÇn c«n cña khu«n 91
4.2.3.2. TÝnh to¸n bÒn phÇn trô t¹o h×nh 93
4.2.4. TÝnh gãc më khu«n tèi −u 97
4.2.5. TÝnh to¸n lùc Ðp ®ïn 98
Ch−¬ng 5: KÕt qu¶ nghiªn cøu vµ mét sè h×nh ¶nh vÒ s¶n phÈm 101
5.1. ChÕ t¹o ph«i con tèng kh−¬ng tuyÕn nßng sóng 12,7mm 101
5.1.1. §Æc ®iÓm cña s¶n phÈm 101
5.1.2. TÝnh to¸n khu«n Ðp thñy tÜnh ph«i con tèng nßng sóng 12,7mm 101
5.1.3. TiÕn tr×nh c«ng nghÖ 104
5.1.4. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn 106
5.2. ChÕ t¹o nãn ®ång cho ®¹n chèng t¨ng 109
5.2.1. §Æc ®iÓm s¶n phÈm 109
5.2.2. Chän gi¶i ph¸p c«ng nghÖ 110
5.2.3. TÝnh to¸n c¸c kÝch th−íc c¬ b¶n cña khu«n 111
5.2.4. TiÕn tr×nh c«ng nghÖ 113
9
5.2.5. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn 114
5.3. ChÕ t¹o bi nghiÒn b»ng gèm Al2O3 115
5.3.1. §Æc ®iÓm s¶n phÈm 115
5.3.2. Chän ph−¬ng ¸n tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ khu«n Ðp 116
5.3.3. TiÕn tr×nh c«ng nghÖ chÕ t¹o bÞ nghiÒn 118
5.3.4. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn 121
5.4. ChÕ t¹o ph«i èng dÉn sãng ra®a PRV-16 123
5.4.1. §Æc ®iÓm s¶n phÈm 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 126
5.4.5.2. TÝnh to¸n thiÕt kÕ khu«n Ðp èng dÉn sãng 131
5.4.6. B¶n vÏ thiÕt kÕ khu«n Ðp èng dÉn sãng 132
5.4.7. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn 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-16 133
5.4.7.3. Kh¶o s¸t ®é cøng 134
5.4.7.4. X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè h×nh häc 135
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
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 163
trang bÞ c«ng nghÖ
6.1. M¸y Ðp thñy tÜnh 163
6.1.1. TÝnh to¸n lùa chän m¸y Ðp thñy lùc 300T 163
6.1.2. B¶n vÏ thiÕt kÕ chÕ t¹o trang bÞ c«ng nghÖ 165
6.1.3. Tµi liÖu quy tr×nh c«ng nghÖ 165
6.2. Trang bÞ c«ng nghÖ Ðp thñy ®éng 173
6.2.1. Tµi liÖu thiÕt kÕ 173
6.2.2. Tµi liÖu quy tr×nh c«ng nghÖ 175
KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ 180
Lêi c¶m ¬n 182
Tµi liÖu tham kh¶o 183
11
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
F, Fn Lùc N, kG
P, Pn , Pi ¸p suÊt kG/cm2 , N/mm2
MPa
σ øng suÊt kG/cm2 , N/mm2
MPa
UR KÝch th−íc chu vi tiÕt diÖn mm
k HÖ sè khuyÕch ®¹i
η HiÖu suÊt
βA HÖ sè h×nh d¹ng
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
5 4. VËt liÖu Ðp
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 5- M«i tr−êng truyÒn ¸p
2- Buång ¸p suÊt (DÇu cao ¸p)
3- Tói ®µn håi 6- S¶n phÈm
4- Chµy ®èi ¸p 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.
vp
ln ( ) = c1.p + c 2
vp − v∞
§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¶:
p 1 p v − vp
= + ; 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
v∞
= c1.p + c 2
vp − v∞
Heckel vp
ln =c3 .p + c4
v p -v∞
Fuhrer (vp-v∞) (p+c5) = C6
Cooper vµ Eaton c8 e10 v 0 -v p
c7 .exp(- )+c9.exp(- )=
p p v 0 -v ∞
Kawakita v 0 -v p c .c -p
= 11 12
v0 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