Phân tích sự phân bố ứng suất trong quá trình ép thuỷ cơ, nhận thấy phôi chịu một trạng thái ứng suất - biến dạng phức tạp, có nhiều điểm khác biệt so với ép vuốt thông thường (chày cứng cối cứng). Đặc biệt là khi ép vuốt thuỷ cơ có thêm thành phần ứng suất nén σ3 của chất lỏng, chúng luôn có hướng vuông góc với bề mặt phôi làm cho vật liệu biến dạng nén. Thành phần ứng suất σ3 này có ảnh hưởng lớn đến tính dẻo của kim loại, làm thay đổi sơ đồ trạng thái ứng suất - biến dạng trong phôi (xem hình 2.1 và 2.2).
* Phần vành phôi nằm trong trạng thái ứng suất khối (một chiều kéo, hai
chiều nén) giống như trường hợp khi ép vuốt bình thường có chặn. Trạng thái biến dạng là biến dạng khối (hai chiều kéo và một chiều nén). Chính sự xuất hiện của thành phần biến dạng ε3 có dấu (+) làm cho phôi trên phần vành bị biến dày, dễ gây ra sự mất ổn định làm xuất hiện nhăn, rách phôi. Vì vậy, đối với ép vuốt thuỷ cơ, cần thiết phải có chặn. Khi đó, 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. Tuy nhiên, lực chặn phải có độ lớn hợp lí, nếu không sẽ xảy ra kéo đứt phôi do ma sát quá lớn giữa vành phôi và dụng cụ.
* Phần chuyển tiếp giữa vành phôi và dụng cụ (bán kính góc lượn của cối)
nằm trong trạng thái ứng suất - biến dạng khối phức tạp. Điểm khác biệt cơ bản so với ép vuốt bình thường là có sự xuất hiện thêm thành phần ứng suất nén σ3 do áp lực q của chất lỏng chịu nén gây ra. Điều này 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 hại của ma sát như trong trường hợp ép vuốt trên chày cứng, cối cứng. Khi ép vuốt thông thường, xảy ra sự biến mỏng phôi trên phần bán kính lượn của cối, do vậy có
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
thể dẫn đến sự kéo đứt phôi trong quá trình vuốt. Với sự xuất hiện của thành phần ứng suất nén σ3 trong ép thuỷ cơ và không có sự kéo căng phôi trên bán kính lượn của cối sẽ làm giảm ảnh hưởng xấu nêu ở trên.
* Phần thành trụ (phôi tiếp xúc với mặt trụ của chày) có trạng thái ứng suất hai chiều (một chiều kéo, một chiều nén). Thành phần ứng suất theo hướng tiếp tuyến σ2 rất nhỏ có thể coi bằng không. 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 ép 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.
* Phần bán kính lượn đầu chày trong trường hợp ép vuốt thông thường
(chày cứng cối cứng), đây là phần nguy hiểm nhất do có sự biến mỏng đáng kể của phôi, hơn nữa khi đó phôi nằm trong trạng thái ứng suất kéo hai chiều, làm giảm tính dẻo của vật liệu, vì vậy đây là vùng nguy hiểm nhất, phôi dễ bị kéo đứt. Trong trường hợp ép vuốt thuỷ cơ, do có tác dụng của chất lỏng nên phôi nằm trong trạng thái ứng suất nén một chiều, 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 trong phần này.
* Phần đáy chày (phôi tiếp xúc với đáy của chày ép vuốt) nằm trong trạng thái ứng suất đơn, có thành phần 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 không. Phôi trong phần này hầu như không biến dạng.
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hình 2.1. Sơđồ trạng thái ứng suất biến dạng khi dập vuốt trên chày cứng cối cứng
Hình 2.2. Sơđồ trạng thái ứng suất biến dạng khi dập thuỷ cơ
Như vậy, khi ép thuỷ cơ, do có tác dụng của áp suất thuỷ tĩnh chất lỏng đã làm thay đổi sơ đồ cơ học ứng suất - biến dạng của phôi ép, phôi chủ yếu nằm trong trạng thái ứng suất nén. Nhờ đó, khả năng biến dạng dẻo của vật liệu được tăng lên và đặc biệt xuất hiện thành phần ứng suất σ3 luôn ép phôi vào bề mặt của chày làm giảm sự trượt tương đối giữa phôi và chày.
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC