Công nghệ tạo hình thủy lực

Công nghệ tạo hình thủy lực

Dập tạo hình thủy lực là công nghệ sử dụng nguồn chất lỏng công tác có áp suất cao tác dụng trực tiếp vào phôi tấm hoặc phôi ống để tạo hình chi tiết. Chất lỏng công tác được sử dụng ở đây có thể là dầu, nước hoặc emunxi. 

Phương pháp dập thủy cơ (Hydromechanical deep drawing) 

Dập thủy cơ là phương pháp tạo hình vật liệu có sử dụng nguồn chất lỏng áp suất cao kết hợp với các chuyển động cơ khí của khuôn do máy tạo ra. 

   

Về cơ bản, phương pháp này hoàn toàn giống với phương pháp dập vuốt thông thường, chỉ khác là có thêm đối áp trong lòng khuôn tạo ra sự bôi trơn thủy động. Có 2 cách tạo ra đối áp: chất lỏng được đổ đầy vào lòng khuôn, khi đầu trượt đi xuống chất lỏng sẽ bị nén lại và tạo ra đối áp; cách thứ 2 là bơm trực tiếp chất lỏng có áp suất vào lòng cối, giá trị áp suất sẽ được điều khiển bởi van giảm áp sao cho phù hợp. Đối áp làm tăng ma sát giữa phôi và chày (tránh được hiện tượng mất ổn định), giảm ma sát giữa phôi và cối (chất lỏng ở đây có tác dụng bôi trơn), phôi không tiếp xúc với góc lượn cối nên chất lượng bề mặt tốt hơn, đồng thời chiều dày thành cũng đồng đều hơn. 

a. Phần vành phôi: Cả dập thủy cơ và dập vuốt thông thường đều có trạng thái ứng suất khối (hai chiều nén và một chiều kéo), trạng thái biến dạng là biến dạng khối (hai chiều kéo và một chiều nén). Thành phần biến dạng +ε3 làm cho phôi trên phần vành bị biến dày, dễ gây ra sự mất ổn định và làm xuất hiện nhăn, rách phôi. Do đó, trong dập thủy cơ cần thiết phải có chặn, chặn ngoài tác dụng bịt kín khe hở giữa phôi và vành cối còn có tác dụng chống nhăn đồng thời tăng sự ổn định của phôi. Trong đó, lực chặn và phương pháp chặn phải hợp lý vì đây là thông số ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm. 

b. Phần chuyển tiếp giữa vành phôi và dụng cụ (phần bán kính góc lượn của cối): Phần này chịu ảnh hưởng của trạng thái ứng suất – biến dạng khối phức tạp. Điểm khác biệt so với dập vuốt thông thường là thành phần ứng suất nén σ3 do áp lực q của chất lỏng chịu nén gây ra, nên đã làm gia tăng đáng kể tính ổn định của phôi cũng như khả năng biến dạng dẻo của vật liệu, đồng thời giảm thiểu tác dụng không có lợi của ma sát như trong trường hợp dập vuốt trên chày cứng – cối cứng. Với dập vuốt thông thường, xảy ra hiện tượng biến mỏng phôi trên phần bán kính lượn của cối, do đó có thể dẫn đến sự kéo đứt phôi trong quá trình vuốt. Trong dập thủy cơ, thành phần ứng suất nén σ3 do áp lực q của chất lỏng chịu nén gây ra cùng với không có sự kéo căng phôi trên phần bán kính lượn của cối sẽ làm giảm ảnh hưởng xấu xuất hiện ở trên. 

c. Phần thành trụ (phôi tiếp xúc với mặt trụ của chày): Trong dập thủy cơ có trạng thái ứng suất hai chiều (một chiều kéo và một chiều nén), còn trong dập vuốt thông thường chỉ có một trạng thái ứng suất (một chiều kéo). Qua thực nghiệm cho thấy phôi hầu như không bị biến dạng, tức là không xảy ra sự biến mỏng phôi như trong trường hợp dập vuốt thông thường. Do không có sự tiếp xúc trực tiếp giữa phôi và bề mặt của cối nên chất lượng bề mặt của sản phẩm được tăng lên. 

d. Phần bán kính lượn đầu chày: Trong trường hợp dập vuốt thông thường, đây là phần quan trọng nhất do có sự biến mỏng đáng kể của phôi, hơn nữa khi đó phôi nằm trong trạng thái ứng xuất kéo hai chiều, làm giảm tính dẻo của vật liệu, vì thế đây là vùng nguy hiểm nhất, phôi dễ bị kéo đứt. Với dập vuốt thủy cơ, do có tác dụng của chất lỏng nên phôi nằm trong trạng thái ứng suất nén một chiều σ3 = q, còn các thành phần biến dạng đều có giá trị rất nhỏ (có thể coi bằng không). Chính vì vậy, tính dẻo của vật liệu trong vùng này tăng lên, phôi hoàn toàn không bị phá hủy. 

e. Phần đáy chày (phôi tiếp xúc với đáy của chày dập vuốt): Phần này nằm trong trạng thái ứng suất đơn σ3 = q, các thành phần ứng suất chính khác có giá trị nhỏ hơn rất nhiều so với thành phần σ3 nên có thể coi bằng 0, phôi trong phần này hầu như không biến dạng. Trong quá trình dập vuốt thông thường có trạng thái ứng suất hai chiều (hai chiều kéo) và trạng thái biến dạng khối (+ε1, +ε2 và -ε3) nên phôi trong trường hợp này bị biến mỏng. 

==>

Khác biệt giữa dập thủy cơ và dập vuốt thông thường: Khi dập thủy cơdo tác dụng của ứng suất thủy tĩnh làm thay đổi sơ đồ trạng thái ứng suất - biến dạng của phôi dập chủ yếu nằm trong trạng thái ứng suất nén. Chính vì thế mà khả năng biến dạng dẻo của vật liệu được tăng lên và đặc biệt thành phần ứng suất σ3 luôn ép phôi vào bề mặt của chày nên làm giảm sự trượt tương đối giữa phôi và chày. 

*Ưu nhược điểm của phương pháp dập thủy cơ

Ưu điểm 

- Giảm số lần dập (1 lần dập có thể ra sản phẩm) → tiết kiệm số lượng 

khuôn tạo hình.

- Tạo ra biến dạng đồng đều, giảm hiện tượng biến mỏng cục bộ

- Ma sát tiếp xúc thấp hơn và bôi trơn tốt hơn 17 

- Nâng cao độ chính xác chi tiết dập 

- Tránh được trày xước trên bề mặt 

- Giảm mòn cho chày và cối → tiết kiệm chi phí phục hồi khuôn 

- Thích hợp cho việc tạo hình các chi tiết có kích thước lớn và phức tạp (công nghiệp ôtô, hàng không, tàu thủy, thiết bị quân sự…) 

- Hiệu quả kinh tế cao, vì có thể tạo hình những chi tiết có kích thước và hình dạng khác nhau ở cùng một thiết bị mà chỉ việc thay đổi kích thước của chày 

- Có thể tạo hình những chi tiết mà không thể thực hiện được bằng tạo hình truyền thống… Lợi thế chủ yếu của dập thủy cơ so với dập vuốt thông thường là tăng tỉ sốdập vuốt, điều đó dẫn đến những lợi thế về kinh tế như giảm các bước tạo hình và giảm chi phí. 

Nhược điểm 

- Dụng cụ gia công phải có độ chính xác cao và được chế tạo từ vật liệu có cơ tính ổn định trong điều kiện áp suất lớn 

- Trang thiết bị thủy lực cho dập thủy cơ được thiết kế và chế tạo phức tạp nên chi phí ban đầu khá cao.