6. Cấu trúc của nội dung luận án
1.3.1 Các mô hình gia nhiệt trên phôi dập vuốt
❖ Lò gia nhiệt thông thường (lò điện, lò khí đốt).
Lò gia nhiệt con lăn được thể hiện theo sơ đồ Hình 1.23 (a) thường được sử dụng trong dập nóng để làm nóng liên tục các tấm thép. So với lò nhiệt chùm, lò nhiệt con lăn có những ưu điểm là hệ thống nhiệt đồng đều và xử lý phôi dễ dàng. Hệ thống nung bị ảnh hưởng bởi quá trình đốt gas và điện. Quá trình oxy hóa của các tấm không phủ được ngăn chặn bởi nồng độ oxy thấp trong quá trình đốt cháy khí. Để gia nhiệt tuần tự các tấm được sử dụng để dập nóng, lò gia nhiệt cần phải có kích thước khá lớn. Hơn nữa, chiều dài của các lò này tăng lên khi tăng năng suất của các quá trình dập nóng. Tuy nhiên, việc thu hẹp các lò gia nhiệt là cần thiết khi sử dụng công nghiệp. Số lượng tấm được gia nhiệt trong một quy trình trong lò nung hai tầng có thể tăng gấp đôi. Lò nhiều buồng với nhiều buồng sưởi theo tầng (Hình 1.23 (b)) thường được lựa chọn vì có thiết kế nhỏ gọn, nhưng thời gian chuyển đến vị trí khuôn dập mất nhiều thời gian Hình 1.24.
21
Hình 1. 23 (a) Lò nung con lăn được sử dụng chủ yếu trong dập nóng [21] và (b) lò nhiều buồng, nhiều tầng nhỏ gọn để dập nóng
- Phôi được gia nhiệt bằng lò điện và được di chuyển đến khuôn dập.
Hình 1. 24 Phôi được gia nhiệt bằng lò nung [21]
❖ Lò nung hồng ngoại
Tia hồng ngoại là sóng điện từ màu đỏ có bước sóng dài hơn ánh sáng. Các tia cận hồng ngoại có bước sóng ngắn khoảng 0.7 2.5 m và được sử dụng cho các camera hồng ngoại, liên lạc hồng ngoại, điều khiển từ xa và các hàng hóa điện tử khác. Các tia hồng ngoại có bước sóng dài khoảng4 1000 m. Trong gia nhiệt bằng hồng ngoại, các tấm thép được làm nóng bằng bức xạ. Quá trình gia nhiệt hồng ngoại nhanh chóng, sạch sẽ và nhỏ gọn. Các tấm được làm nóng từ bên trong cũng như trên bề mặt. Hiệu suất chuyển đổi cho hệ thống sưởi gần hồng ngoại cao (khoảng 90%). Lee và cộng sự [22] đã giảm hiện tượng đàn hồi ngược trong uốn cong của các tấm thép cường độ cao sử dụng hệ thống gia nhiệt cận hồng ngoại (Hình 1.25) và mô tả của cận gia nhiệt hồng ngoại [23].
Hình 1. 25 (a) Thiết bị nung hồng ngoại (b) Tấm uốn cong với nhiệt độ nung khác nhau [22].
22 ❖ Gia nhiệt bằng phương pháp cảm ứng
Gia nhiệt cảm ứng là một quá trình gia nhiệt nhanh thường được sử dụng cho nguyên công rèn và xử lý nhiệt. Kollek và cộng sự [24] đã sử dụng gia nhiệt cảm ứng cho phôi khi dập nóng, như trong Hình 1.26.
Hình 1. 26 Nguyên lý gia nhiệt cảm ứng và (b) Phôi gia nhiệt cảm ứng cho dập nóng
[24] ❖ Gia nhiệt điện trở
Gia nhiệt điện trở là một phương pháp thay thế mới cho lò gia nhiệt con lăn trong công nghệ dập. Mori và cộng sự [25] đề xuất một quy trình dập nóng bằng cách sử dụng hệ thống gia nhiệt điện trở nhanh để cải thiện năng suất dập. Các tấm được làm nóng chỉ trong 2 giây đến 900 0C. Mori cho thấy quá trình hình thành oxit của các bộ phận hầu như không xảy ra do tốc độ gia nhiệt nhanh. Hiệu quả của hệ thống gia nhiệt điện trở cao hơn so với gia nhiệt cảm ứng được chứng minh bởi Kolleck cùng công sự [24], bởi vì dòng điện trực tiếp đi qua tấm. Gia nhiệt điện trở chỉ cần vài giây. Do đó, nó được đồng bộ hóa với việc chặn phôi khi dập (Hình 1.27) và làm cho thiết bị nhỏ gọn hơn vì không cần lò lớn để đặt phôi gia nhiệt trong sản xuất liên tục [26].
Hình 1. 27 Phôi gia nhiệt điện trở được bố trí tách rời với khuôn dập [27].
Gia nhiệt điện trở rất hữu ích cho việc gia nhiệt một phần phôi, được sử dụng trong dập nóng [28]. Zheng và cộng sự [29] sử dụng gia nhiệt điện trở trong thử nghiệm độ bền kéo cho lá titan. Nghiên cứu [27] hệ thống gia nhiệt điện trở được lắp ráp cùng bộ khuôn để gia nhiệt cho phôi trước khi dập như Hình 1.28.
23
Hình 1. 28 Phôi được gia nhiệt bằng điện trở tích hợp cùng khuôn [27] ❖ Gia nhiệt tiếp xúc
Trong gia nhiệt tiếp xúc, phôi được làm nóng bằng cách kẹp giữa các tấm được gia nhiệt. Landgrebe cùng cộng sự [14] đã phát triển một thiết bị gia nhiệt tiếp xúc của phôi để dập nóng. Phần phôi không chỉ được làm nóng đồng đều mà còn có thể làm nóng theo các vùng (Hình 1.29). Nhiệt độ có thể đạt được lên tới 9500C chỉ mất khoảng 15 giây khi nung bằng thiết bị gia nhiệt tiếp xúc.
Hình 1. 29 Gia nhiệt tiếp xúc [14] ❖ Các tính năng của phương pháp gia nhiệt cho phôi dập
Bảng 1. 2 Các tính năng của phương pháp gia nhiệt được sử dụng để dập nóng.
Hệ thống gia nhiệt Lò gia nhiệt (điện, khí) Hồng ngoại Cám ứng Điện trở Tiếp xúc Thời gian gia nhiệt 2-5 phút Đồng nhất 50-70 giây Đồng nhất 20-30 giây Giới hạn bởi chiều dài cuộn 5-10 giây Không có gia nhiệt của cả hai đầu 15-30 giây Đồng nhất Hình dáng phôi Không giới hạn Không giới hạn Giống hình chữ nhật Chỉ hình chữ nhật Không giới hạn Không gian 100-200m2 100-200m2 5-10m2 5-10m2 5-10m2 Hiệu quả năng suất Thấp Thấp Trung bình Cao Thấp
24