Ƣu điểm cơ bản của phƣơng phỏp gia cụng thuỷ tĩnh núi chung và phƣơng phỏp dập thuỷ cơ núi riờng là khả năng biến dạng dẻo của vật liệu đƣợc tăng lờn rất nhiều do kim loại đƣợc đặt trong trạng thỏi ứng suất thuỷ tĩnh - trạng thỏi rất cú lợi cho tớnh dẻo của kim loại. Việc tăng khả năng biến dạng dẻo của kim loại cho phộp tăng mức độ biến dạng trong mỗi nguyờn cụng, do vậy làm giảm số nguyờn cụng dập cũng nhƣ số lƣợng dụng cụ, thiết bị đi kốm. Đồng thời, phƣơng phỏp này cũn cho phộp chế tạo cỏc chi tiết cú hỡnh dỏng phức tạp, khụng đối xứng, những chi tiết đũi hỏi mức độ biến dạng lớn hoặc làm từ vật liệu khú biến dạng. Để thấy rừ hơn cỏc ƣu điểm này, ta sẽ xem xột trạng thỏi ứng suất - biến dạng của kim loại trong quỏ trỡnh dập thuỷ cơ.
Để đơn giản mà khụng làm mất tớnh tổng quỏt, đề tài tiến hành phõn tớch trạng thỏi ứng suất - biến dạng trong quỏ trỡnh dập thuỷ cơ chi tiết đối xứng cú dạng hỡnh trụ, đồng thời so sỏnh chỳng với trƣờng hợp dập vuốt (chày cứng, cối cứng).
Trong quỏ trỡnh dập thuỷ cơ, phụi mẫu ở trong trạng thỏi ứng suất - biến dạng phức tạp, tƣơng tự nhƣ trạng thỏi ứng suất khi dập vuốt của mỏy dập khuụn. Sự khỏc biệt cơ bản ở chỗ, khi dập vuốt thuỷ cơ sẽ cú thờm thành phần ứng suất nộn 3
cú hƣớng vuụng gúc với bề mặt của phụi. Và chớnh thành phần này cú ảnh hƣởng lớn đến tớnh dẻo của kim loại, làm thay đổi sơ đồ trạng thỏi ứng suất - biến dạng trong phụi.
Cú thể chia phụi ra làm 5 phần với cỏc sơ đồ trạng thỏi ứng suất - biến dạng tƣơng ứng đƣợc thể hiện trờn hỡnh 2.1.
Cỏc phần này cú sơ đồ trạng thỏi ứng suất - biến dạng nhƣ trờn hỡnh 2.2. Để thấy rừ đặc điểm của trạng thỏi ứng suất - biến dạng khi dập thuỷ cơ, ta so sỏnh chỳng với trƣờng hợp dập vuốt bỡnh thƣờng trờn chày cứng, cối cứng.
+ Phần vành phụi: Phần này nằm trong trạng thỏi ứng suất khối (một chiều kộo, hai chiều nộn). Nú cũng giống nhƣ trƣờng hợp khi dập vuốt bỡnh thƣờng cú ộp biờn. Cũn trạng thỏi biến dạng là biến dạng khối (hai chiều kộo và một chiều nộn). Chớnh sự xuất hiện của thành phần biến dạng 3 cú dấu (+) làm cho phụi trờn phần vành bị biến dày, dễ gõy ra sự mất ổn định làm xuất hiện nhăn, rỏch phụi. Chớnh vỡ vậy, đối với dập vuốt thuỷ cơ, cần thiết phải cú ộp biờn. Khi đú, ộp biờn ngoài tỏc dụng bịt kớn giữa phụi và vành cối, cũn cú tỏc dụng chống nhăn, tăng sự ổn định của phụi. Tuy nhiờn, lực ộp biờn phải cú độ lớn hợp lớ, khụng sẽ xảy ra tỡnh trạng kộo đứt phụi do ma sỏt lớn giữa vành phụi và dụng cụ.
Hỡnh 2.1. Sơ đồ phõn tớch trạng thỏi ứng suất khi dập thuỷ cơ a. Trờn phần vành phụi b. Vựng dịch chuyển mặt bớch phụi
a.
b. q
+ Phần chuyển tiếp giữa vành phụi và dụng cụ: Trong phần này, phụi nằm trong trạng thỏi ứng suất - biến dạng ba chiều phức tạp. Điều khỏc biệt cơ bản so với dập vuốt bỡnh thƣờng là cú sự xuất hiện thờm thành phần ứng suất nộn 3 do ỏp lực q củachất lỏng chịu nộn gõy ra. Điều này làm gia tăng đỏng kể tớnh ổn định của
2 1 2 1 3 3 1 2 2 3=q 1 2 1 2 1 1 2 2 1 3 3=q 3 1 1 3 2=0 3=q 1 1=2=3=0 1 1 2 3=q 1=2=3=0 2 2 3 1 3=q 2 1=2=0 3
phụi cũng nhƣ khả năng biến dạng dẻo của vật liệu, đồng thời giảm thiểu tỏc hại của ma sỏt nhƣ trong trƣờng hợp dập vuốt trờn chày cứng, cối cứng. Ta cũng biết rằng, khi dập vuốt bỡnh thƣờng, xảy ra sự biến mỏng phụi trờn phần bỏn kớnh lƣợn của cối, do vậy cú thể dẫn đến sự kộo đứt phụi trong quỏ trỡnh vuốt. Với sự xuất hiện của thành phần ứng suất nộn 3 và khụng cú sự kộo căng phụi trờn bỏn kớnh lƣợn của cối sẽ làm giảm tỏc dụng xấu trờn.
+ Phần thành trụ: Phụi trong phần này cú trạng thỏi ứng suất phẳng (một chiều kộo, một chiều nộn). Thành phần ứng suất theo hƣớng tiếp tuyến 2 rất nhỏ cú thể coi bằng khụng. Qua thực nghiệm cho thấy phụi hầu nhƣ khụng bị biến dạng (1 =
2 = 3 = 0), tức là khụng xảy ra sự biến mỏng phụi nhƣ trong trƣờng hợp dập vuốt bỡnh thƣờng. Do khụng cú sự tiếp xỳc trực tiếp giữa phụi và dụng cụ trong phần này nờn chất lƣợng của sản phẩm đƣợc tăng lờn rất nhiều.
+ Phần bỏn kớnh lƣợn của chày: Trong trƣờng hợp dập vuốt thụng thƣờng trờn chày cứng cối cứng, đõy là phần nguy hiểm nhất do cú sự biến mỏng đỏng kể của phụi, hơn nữa khi đú phụi nằm trong trạng thỏi ứng suất hai chiều kộo - sơ đồ khụng thuận lợi cho tớnh dẻo của vật liệu, vỡ vậy đõy là vựng nguy hiểm nhất, phụi dễ bị kộo đứt. Trong trƣờng hợp dập vuốt thuỷ cơ, phụi nằm trong trạng thỏi ứng suất nộn một chiều, cũn cỏc thành phần biến dạng đều cú giỏ trị rất nhỏ (cú thể coi bằng khụng). Chớnh vỡ vậy, tớnh dẻo của vật liệu trong vựng này tăng đỏng kể.
Theo Иcаченкоб Е. И. [7], khi dập thuỷ cơ, lực ma sỏt giữa phụi và chày dập trong quỏ trỡnh biến dạng sẽ đạt trị số đủ để kẹp chặt cỏc phần của phụi tiếp xỳc với chày và giải phúng cỏc vựng này khỏi tỏc động của ứng suất hƣớng kớnh , truyền chỳng tới gần phần vành phụi và làm cho chỳng đƣợc tăng bền hơn. Trị số lực ma sỏt trờn một đơn vị chiều dài phần hỡnh trụ của chi tiết dập cú thể đƣợc xỏc định theo cụng thức:
= 2Rn qM = 2Rn (q- q) (2.1) Trong đú:
Rn – Bỏn kớnh của phần thành trụ q - ỏp suất của chất lỏng
qM = q - q - ỏp suất do chày tỏc động vào phụi
- hệ số ma sỏt giữa phụi và dụng cụ (chày)
Để thấy rừ, ta xột vớ dụ: khi dập vuốt chi tiết cú đƣờng kớnh 100 mm và = 0,6 (hệ số ma sỏt khụ giữa nhụm - thộp) và q = 400 (kG/cm2
- 40 MPa), ta thấy cứ trờn mỗi đơn vị chiều dài của phần thành trụ cú = 754 kG, hay cứ mỗi đơn vị chiều dài phần thành trụ của chi tiết cú chiều dày 1 mm, cú sự giảm ứng suất kộo là 2,5 kG/mm2 (25 N/mm2). Nhƣ vậy, đó cú sự xuất hiện thành phần ma sỏt cú ớch giữa phụi và chày vuốt mà ở dập vuốt thụng thƣờng khụng cú đƣợc. Chớnh vỡ vậy, sự phỏ huỷ phụi khi dập thuỷ cơ do biến dạng đến giỏ trị tới hạn khụng xảy ra ở gần phần đỏy mà ở tiết diện cỏch khụng xa mặt bớch của chi tiết dập.
+ Phần đỏy phụi: Đỏy phụi nằm trong trạng thỏi ứng suất đơn, cú thành phần
3 = q; cỏc thành phần ứng suất chớnh khỏc cú giỏ trị nhỏ hơn rất nhiều so với thành phần này cú thể coi bằng 0. Biến dạng của phụi trong phần này rất nhỏ, cú thể coi bằng khụng.
Nhƣ vậy, khi dập thuỷ cơ, do cú sự tỏc động của ỏp suất thuỷ tĩnh của chất lỏng mà đó làm thay đổi sơ đồ cơ học biến dạng của phụi dập. Nhờ đú, khả năng biến dạng dẻo của vật liệu đƣợc tăng lờn rất nhiều, và đặc biệt xuất hiện thành phần ma sỏt cú ớch giữa phụi và dụng cụ (chày vuốt).