Làm thế nào để kiểm soát hiệu quả biến dạng thứ cấp do giải phóng ứng suất dư trong quá trình gia công chính xác vật đúc thủy lực

Đúc thủy lực là các thành phần thiết yếu trong hệ thống kiểm soát chất lỏng có độ chính xác cao, đòi hỏi mức độ chính xác khắt khe trong các quy trình phay, doa và mài giũa. Trong các hoạt động này, Ứng suất dư vốn có trong vật đúc được phân phối lại và giải phóng khi vật liệu bị loại bỏ. Hiện tượng này gây ra Biến dạng thứ cấp, làm ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác về vị trí, dung sai hình học và hiệu suất bịt kín cuối cùng của các đường dẫn dầu bên trong và lỗ van. Kiểm soát biến dạng này là một trong những thách thức kỹ thuật quan trọng nhất trong sản xuất linh kiện thủy lực.

Phân tích nguồn gốc của ứng suất dư trong vật đúc

Hiểu cách hình thành ứng suất dư là bước cơ bản trong việc kiểm soát biến dạng thứ cấp. Ứng suất dư trong vật đúc thủy lực chủ yếu bắt nguồn từ ba giai đoạn:

1. Quá trình hóa rắn đúc: Tốc độ làm nguội không nhất quán giữa các mặt cắt dày và mỏng dẫn đến tốc độ co ngót và thời gian chuyển pha khác nhau ở các khu vực khác nhau. Ứng suất nhiệt chênh lệch này là nguồn chính của ứng suất dư.

2. Hạn chế lõi và khuôn: Các đường dẫn dầu phức tạp bên trong thường đòi hỏi cấu trúc lõi phức tạp. Lực cản cứng do lõi tác dụng lên kim loại khi nó đông đặc lại sẽ cản trở sự co lại tự do của vật đúc, thiết lập một hệ thống tự cân bằng ứng suất kéo và ứng suất nén bên trong bộ phận.

3. Xử lý sau: Các hoạt động như lắc, loại bỏ cát, mài không đủ và xử lý nhiệt không đúng cách cũng có thể gây thêm căng thẳng cho cấu trúc đúc.

Điều trị trước: Chìa khóa để loại bỏ hoặc ổn định căng thẳng còn sót lại

Trước khi bắt đầu bất kỳ quá trình gia công chính xác nào, bắt buộc phải tối đa hóa việc loại bỏ hoặc ổn định ứng suất dư bên trong thông qua các phương pháp như xử lý nhiệt hoặc lão hóa tự nhiên.

1. Giảm căng thẳng

Ủ giảm ứng suất là phương pháp hiệu quả nhất và được áp dụng rộng rãi để giảm thiểu ứng suất dư của vật đúc.

• Cơ chế hoạt động: Ở nhiệt độ cao này, cường độ chảy của vật liệu giảm đáng kể và quá trình khuếch tán nguyên tử tăng tốc. Điều này cho phép các ứng suất bên trong giảm bớt thông qua biến dạng dẻo vi mô.

• Tốc độ làm nguội: Phải thực thi quy trình làm nguội lò cực kỳ chậm và có kiểm soát. Làm mát nhanh có thể tạo ra lại các ứng suất nhiệt mới, làm giảm nghiêm trọng hoặc thậm chí vô hiệu hóa tác dụng giảm căng thẳng.

2. Lão hóa tự nhiên và rung động

• Lão hóa tự nhiên: Liên quan đến việc bảo quản vật đúc ở nhiệt độ phòng trong thời gian dài (vài tháng hoặc thậm chí một năm). Phương pháp này dựa vào tính không ổn định nhiệt động lực học và độ rão của vật liệu để giải phóng ứng suất từ ​​từ. Mặc dù kết quả ổn định nhưng thời lượng là không thực tế đối với hoạt động sản xuất hiện đại có hiệu suất cao.

• Giảm căng thẳng bằng rung (VSR): Một kỹ thuật sử dụng năng lượng rung động để hỗ trợ thư giãn căng thẳng. Bằng cách cho vật đúc chịu các rung động có tần số và năng lượng cụ thể, các ứng suất bên trong sẽ được giúp hướng tới trạng thái cân bằng mới. Phương pháp này hiệu quả nhưng đòi hỏi phải khớp chính xác các thông số rung với hình dạng của vật đúc.

Chiến lược kiểm soát ứng suất trong quá trình gia công chính xác

Ngay cả sau khi xử lý trước, một số ứng suất còn sót lại có thể vẫn còn. Các chiến lược cụ thể phải được sử dụng trong quá trình cắt để kiểm soát việc giải phóng ứng suất.

1. Phân chia gia công thô và gia công tinh

• Gia công theo giai đoạn: Chia quy trình thành giai đoạn gia công thô và gia công tinh. Mục tiêu chính của gia công thô là loại bỏ nhanh chóng phần lớn lượng vật liệu dư thừa, bộc lộ và cho phép giải phóng một phần ứng suất bên trong.

• Giảm ứng suất trung gian: Đối với các vật đúc thủy lực quan trọng có yêu cầu biến dạng cực kỳ chặt chẽ, chẳng hạn như thân van nhiều giai đoạn, có thể lắp một bộ ủ giảm ứng suất trung gian ở nhiệt độ thấp sau khi gia công thô loại bỏ 80% nguyên liệu. Điều này đảm bảo trường ứng suất được cân bằng tối đa trước khi bắt đầu gia công tinh.

2. Cắt đối xứng và loại bỏ lớp

• Cắt đối xứng: Sử dụng đường cắt đối xứng hoặc cân bằng bất cứ khi nào có thể. Tránh loại bỏ vật liệu quá mức hoặc cục bộ ở một bên, điều này sẽ phá vỡ nghiêm trọng trạng thái cân bằng ứng suất và có thể khiến vật đúc bị uốn cong hoặc xoắn.

• Độ sâu nhỏ, nhiều đường chạy: Trong giai đoạn gia công tinh, áp dụng độ sâu cắt và tốc độ tiến dao nhỏ, loại bỏ vật liệu còn lại trong nhiều đường chạy. Điều này cho phép giải phóng ứng suất dư một cách mượt mà hơn, mức tăng nhỏ hơn, ngăn chặn sự thay đổi kích thước đột ngột liên quan đến việc giải phóng ứng suất đột ngột.

3. Thiết kế cố định và điều khiển kẹp

• Đồ đạc linh hoạt: Thiết kế đồ đạc phải tuân thủ nguyên tắc biến dạng tối thiểu. Sử dụng các thiết bị cố định linh hoạt có hỗ trợ đa điểm và diện tích tiếp xúc lớn, tránh tạo ra ứng suất kẹp mới trên vật đúc.

• Giám sát lực kẹp: Lực kẹp cho các bộ phận thủy lực chính xác phải được điều khiển chính xác bằng cờ lê mô-men xoắn hoặc cảm biến lực. Điều này đảm bảo lực kẹp đủ để cố định phôi nhưng không đủ mạnh để tạo ra biến dạng đàn hồi mới.

Kỹ thuật đo và bù biến dạng

Trong suốt quá trình gia công, thiết bị đo có độ chính xác cao rất quan trọng để theo dõi biến dạng theo thời gian thực hoặc không liên tục.

• Công cụ đo lường: Các dụng cụ thường được sử dụng bao gồm Máy đo tọa độ (CMM), máy quét laze và đồng hồ đo quay số có độ chính xác cao. Chúng được sử dụng để đánh giá chính xác những thay đổi về dung sai hình học như vị trí lỗ khoan quan trọng, độ phẳng và độ song song.

• Phản hồi dữ liệu: Nếu phát hiện thấy biến dạng vượt quá ngưỡng dung sai đã chỉ định, dữ liệu phải được phản hồi ngay lập tức cho máy công cụ hoặc kỹ sư xử lý để thực hiện bù động hoặc điều chỉnh các tham số cắt tiếp theo (ví dụ: đường chạy dao, độ sâu cắt). Điều này tạo ra một hệ thống điều khiển khép kín đảm bảo sự ổn định trong sản xuất hàng loạt.