phần mở đầu và các mục theo quy định, nội dung nghiên cứu của luận án đƣợc trình bày trong 04 chƣơng và kết luận chung của luận án. - Chƣơng 1: Tổng quan công nghệ ép chảy ngƣợc thép chế tạo ống chịu áp lực. - Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết quá trình biến dạng tạo hình vật liệu trong ép chảy ngƣợc. - Chƣơng 3: Nghiên cứu quá trình ép chảy ngƣợc thép hợp kim trạng thái nóng bằng phần mềm mô phỏng số.
- Chƣơng 4: Nghiên cứu thực nghiệm ép chảy ngƣợc thép hợp kim trạng thái nóng, ứng dụng chế tạo vỏ động cơ đạn chống tăng. - Kết luận và hƣớng nghiên cứu tiếp theo - Danh mục tài liệu tham khảo, các công trình đã công bố, phụ lục của luận án. 4 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ ÉP CHẢY NGƢỢC THÉP CHẾ TẠO ỐNG CHỊU ÁP LỰC 1. Công nghệ chế tạo ống thép chịu áp lực Ống thép chịu áp lực là sản phẩm có yêu cầu kỹ thuật cao, đƣợc chế tạo từ kim loại và hợp kim, nên công nghệ và thiết bị chế tạo ra chúng cũng có những nét đặc thù riêng.
Ngay cả các quốc gia có nền công nghiệp phát triển thì việc sản xuất các loại sản phẩm này thƣờng chỉ tập trung tại một số nhà máy lớn, ví dụ: Ở Đức nhà máy Leico hoặc trong các nhà máy quốc phòng sản xuất các thiết bị quân sự. Căn cứ vào công nghệ sản suất và hình dạng phôi sử dụng để chế tạo, ta chia thành hai nhóm: nhóm ống thép hàn và ống thép chế tạo bằng gia công áp lực. - Ống thép hàn: là ống đƣợc sản xuất bằng phƣơng pháp hàn sau khi đã đƣợc định hình bằng phƣơng pháp gia công áp lực, phôi nguyên liệu chủ yếu sử dụng từ thép tấm và thép lá. Căn cứ vào hình thức hàn chia làm 2 loại là ống hàn thẳng và ống hàn xoắn.
- Ống thép đƣợc chế tạo bằng phƣơng pháp gia công áp lực: là loại ống đƣợc chế tạo từ kim loại và hợp kim dựa trên nguyên lý biến dạng dẻo kim loại. Do vậy, chi tiết nhận đƣợc không chỉ có hình dạng, kích thƣớc nhƣ mong muốn mà còn cải thiện đƣợc cơ tính của vật liệu nhờ hiệu ứng hóa bền biến dạng mà các phƣơng pháp gia công khác không thể có đƣợc. Ống thép hàn có chi phí sản xuất thấp hơn so với ống thép chế tạo bằng phƣơng pháp gia công áp lực và có thể sản xuất đƣợc ống với đƣờng kính, chiều dài lớn. Tuy nhiên, ống thép hàn có độ sai lệch lớn, khả năng chịu áp lực tại các vị trí thành ống không đều trên toàn bộ chu vi ống (kém nhất tại vùng ảnh hƣởng nhiệt của mối hàn), dẫn đến loại ống này chịu áp suất kém hơn so với ống thép sản xuất bằng phƣơng pháp gia công áp lực.
Khả năng sinh ra khuyết tật trong quá trình hàn để chế tạo chi tiết ống thép nhiều hơn so với chế tạo bằng gia công áp lực. Ống thép chế tạo bằng gia công áp lực đạt độ chính xác cao, ít bị khuyết tật trong quá trình chế tạo, khả năng chịu áp lực tốt đồng đều mọi vị trí trên chu vi ống, có sự chuyển biến về cấu trúc tổ chức vật liệu làm tăng cơ tính của sản phẩm. Tuy nhiên, để 5 ống thép chế tạo bằng phƣơng pháp gia công áp lực phải đầu tƣ ban đầu lớn (hệ thống thiết bị, nhà xƣởng. ), đôi khi còn gặp khó khăn trong việc sản xuất các chi tiết ống có đƣờng kính, chiều dài lớn do phải thực hiện trên khuôn và thiết bị lớn, chi phí sản xuất cao hơn so với ống thép hàn.
Qua phân tích đặc điểm các phƣơng pháp trên cho thấy chi tiết ống sản xuất bằng gia công áp lực, nhờ hiện tƣợng hóa bền, chuyển biến tổ chức trong quá trình biến dạng dẻo mà chi tiết này đạt cơ tính tốt, độ bền cao, đáp ứng yêu cầu làm việc trong điều kiện khắc nghiệt về nhiệt độ, áp suất. Do vậy, gia công áp lực là một phƣơng pháp phù hợp cho việc sản xuất chi tiết ống chịu áp lực. Một số phƣơng pháp chế tạo ống bằng gia công áp lực. Gia công áp lực là phƣơng pháp tạo hình vật liệu dựa trên cơ sở biến dạng dẻo của kim loại.
Tùy thuộc vào kích thƣớc sản phẩm, yêu cầu điều kiện làm việc và thiết bị của cơ sở sản xuất có thể chọn phƣơng pháp phù hợp để chế tạo ra các loại ống chịu áp lực khác nhau nhƣ: Dập vuốt, miết, cán, ép chảy. Sau đây là một số phƣơng pháp trong gia công áp lực để chế tạo các loại ống chịu áp lực phục vụ cho công nghiệp dân dụng và quốc phòng. Phƣơng pháp dập vuốt Dập vuốt là một nguyên công nhằm biến đổi phôi phẳng hoặc phôi rỗng để tạo ra các chi tiết có hình dạng và kích thƣớc cần thiết [2, 19, 35]. Các chi tiết dập vuốt thƣờng có hình dạng rất khác nhau và đƣợc chia thành các nhóm nhƣ sau: Nhóm chi tiết hình dạng tròn xoay; hình dạng hình hộp; hình dạng phức tạp.
Trong dập vuốt thƣờng sử dụng hai trƣờng hợp dập vuốt: Dập vuốt biến mỏng thành và dập vuốt không biến mỏng thành. Đối với sản phẩm ống chịu áp lực có thể qua dập vuốt một hay nhiều nguyên công để tạo ra chi tiết [35]. Nguyên công ban đầu phôi phẳng (dạng đĩa) đƣợc dập vuốt để tạo thành phôi rỗng, phôi này tiếp tục đƣợc dập vuốt qua các bƣớc 1, 2, 3 để tăng chiều cao và giảm đƣờng kính (đôi khi giảm cả chiều dày) nhƣ hình 1. Sau khi qua các bƣớc dập vuốt khác nhau chi tiết nhận đƣợc có hình dạng, kích thƣớc đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và cơ tính của vật liệu đƣợc cải thiện do hiện tƣợng hóa bền biến dạng sinh ra.
Sơ đồ quá trình công nghệ dập vuốt từ phôi tấm Chi tiết sau khi dập vuốt tùy thuộc vào yêu cầu về hình dạng, kích thƣớc, mà ta có thể thực hiện thêm các nguyên công nhƣ gia công miệng (tóp, nong, lên vành…), hoặc gia công đáy để đƣợc sản phẩm hoàn chỉnh nhƣ hình 1. a) b) a) Sản phẩm dùng trong công nghiệp b) Sản phẩm dùng trong công nghiệp dân dụng quốc phòng Hình 1. Một số sản phẩm của công nghệ dập vuốt Chế tạo ống bằng phƣơng pháp dập vuốt có năng suất cao tiết kiệm thời gian sản xuất do đó giá thành sản phẩm thấp. Công nghệ dập vuốt ngày càng đƣợc ứng dụng rộng rãi trong việc chế tạo ra các sản phẩm phục vụ cho công nghiệp sản xuất hàng tiêu dùng nhƣ hình 1.2a, công nghiệp quốc phòng nhƣ hình 1.
Sản phẩm có độ chính xác cao, tính lắp lẫn tốt, hệ số sử dụng vật liệu cao hơn so với các phƣơng pháp gia công cơ khí 7 khác. Có thể chế tạo ra đƣợc các chi tiết có hình dạng tƣơng đối phức tạp với cơ tính của sản phẩm đƣợc nâng lên sau khi dập vuốt. Do phải đầu tƣ ban đầu lớn (khuôn, thiết bị) nên phƣơng pháp này chỉ thích hợp cho sản xuất chi tiết ống với số lƣợng lớn (hàng loạt). Tính toán công nghệ phức tạp, yêu cầu đội ngũ kỹ sƣ và công nhân lành nghề, có trình độ để vận hành thiết bị.
Phƣơng pháp miết Miết là một phƣơng pháp gia công kim loại bằng áp lực nhằm tạo hình chi tiết rỗng từ phôi phẳng hoặc phôi rỗng, dựa vào chuyển động quay của phôi dƣới tác dụng của lực công tác làm biến dạng dẻo cục bộ tại một vùng trên phôi quay [6, 16, 26, 54].3 là sơ đồ nguyên lý của công nghệ miết từ phôi tấm trong đó chi tiết đƣợc hình thành theo biên dạng của dƣỡng (trục nòng) dƣới tác dụng lực ép từ con lăn miết. Sơ đồ nguyên lý nguyên công miết từ phôi tấm [6] Công nghệ miết ép đƣợc ứng dụng rộng rãi trong chế tạo các chi tiết ống phục vụ cho công nghiệp dân dụng và quốc phòng chế tạo thiết bị quân sự [16, 35]. Sản phẩm đƣợc chế tạo bằng công nghệ này rất đa dạng, từ các chi tiết ống nhỏ vài mm đến các các chi tiết có đƣờng kính tới 3÷4 m.4 là các loại sản phẩm đƣợc sản xuất từ công nghệ miết có hình dạng, kích thƣớc, vật liệu khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật và tính năng sử dụng của chi tiết đó. Trong quá trình biến dạng tạo hình chi tiết với vật liệu có tổ chức phù hợp, độ bền kết cấu lớn, thớ kim loại hình thành theo chiều xoắn hƣớng tiếp tuyến của ống, do vậy chi tiết ống chế tạo bằng phƣơng pháp này có độ bền cao, đáp ứng đƣợc yêu cầu kỹ thuật của các chi tiết quan trọng dùng trong chế tạo tên 8 lửa, máy bay, vỏ đạn, vỏ động cơ đạn chống tăng… Sử dụng công nghệ miết hoàn toàn có thể tạo ra các chi tiết thay thế cho việc dùng các vật liệu hợp kim đặc biệt với những công nghệ phức tạp.
Một số sản phẩm được chế tạo bằng công nghệ miết Do đặc điểm của công nghệ miết là biến dạng cục bộ từng phần của sản phẩm, nên công suất đòi hỏi của thiết bị miết nhỏ hơn rất nhiều so với công suất của các thiết bị khác dùng để chế tạo (bằng phƣơng pháp biến dạng) cùng một loại sản phẩm đó, khả năng linh hoạt của thiết bị và mức độ tự động hóa cao. Thiết bị đơn giản hơn so với các phƣơng pháp khác giúp ngƣời vận hành có thể khắc phục sự cố hỏng hóc đơn giản, nhanh chóng với chi phí thấp. Có thể chế tạo các chi tiết dạng tròn xoay với chiều dài lớn và biên dạng phức tạp. Chế tạo đƣợc nhiều chi tiết khác nhau với cùng một dụng cụ biến dạng.
Công nghệ miết yêu cầu về sự thích hợp của vật liệu trƣớc khi miết (giới hạn chảy , giới hạn bền với / ≤ 0,65, độ giãn dài tƣơng đối lớn thì khả năng miết càng lớn) [16]. Phôi trƣớc khi miết phải đảm bảo một số yêu cầu nhất định: đồng đều về chiều dày, yêu cầu về mức độ nhẵm của bề mặt, mức độ biến dạng, khả năng phục hồi tính dẻo bằng gia công nhiệt, tổ chức ổn định. Phƣơng pháp cán Cán ống là một phƣơng pháp chế tạo chi tiết ống bằng gia công áp lực dựa trên nguyên lý biến dạng dẻo kim loại giữa các trục cán [11]. Căn cứ vào đặc trƣng biến dạng của vật cán và cách bố trí trục cán mà quá trình cán có thể chia làm ba dạng: Cán dọc, cán ngang, cán nghiêng (cán ngang xoắn).