Phân tích toàn diện công nghệ tạo hình xoắn: Phân loại, Đặc điểm và Triển vọng trong tương lai

　　Nguyên lý kỹ thuật
　　Ép xoắn là một quy trình sử dụng các dụng cụ như con lăn để tạo áp lực lên phôi kim loại quay (tấm kim loại hoặc ống) trên máy tiện, gây ra biến dạng dẻo cục bộ liên tục. Quy trình này cuối cùng tạo ra chi tiết quay rỗng cần thiết và là một quy trình gia công cắt thấp/không cắt. Công nghệ này không chỉ có lực tạo hình thấp và dụng cụ đơn giản, mà còn có dung sai kích thước nhỏ, tỷ lệ sử dụng vật liệu cao và chi phí thấp, trong khi hiệu suất sản phẩm cũng khá tốt. Điều này đã dẫn đến việc ứng dụng rộng rãi công nghệ ép xoắn trong nhiều lĩnh vực sản xuất như hàng không vũ trụ, thiết bị quân sự, xe cộ và đồ gia dụng.
　　Phân loại
　　Phân loại công nghệ ép xoắn truyền thống chủ yếu dựa trên đặc điểm biến dạng của vật liệu kim loại, vị trí tương đối của con lăn và phôi, và có cần gia nhiệt hay không. Cụ thể, nó có thể được chia thành hai loại: ép xoắn thông thường và tạo hình tốc độ cao năng lượng.
　　Trong quá trình ép xoắn thông thường, phôi kim loại chủ yếu tạo ra sự co hoặc giãn đường kính, trong khi độ dày thành vẫn giữ nguyên hoặc chỉ thay đổi nhẹ. Quy trình này đặc biệt thích hợp để chế tạo các chi tiết hình trụ, bán cầu và các sản phẩm hình dạng đơn giản khác, vì vậy nó đã được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực dân dụng như đồ dùng, dụng cụ ăn uống và sản xuất một số chi tiết có yêu cầu độ chính xác thấp.
　　Ngược lại, trong quá trình tạo hình tốc độ cao năng lượng, phôi kim loại không chỉ thay đổi hình dạng đáng kể mà độ dày thành cũng giảm hoặc tăng đáng kể. Quy trình này phù hợp hơn để chế tạo các sản phẩm có hình dạng phức tạp khác nhau, chẳng hạn như vỏ hình trụ, hình nón và hình dạng không đều, chủ yếu để đáp ứng nhu cầu sản xuất các chi tiết quay mỏng thành chính xác quy mô lớn trong ngành hàng không vũ trụ, đóng tàu, công nghiệp hạt nhân và hóa chất.
　　(2) Vị trí tương đối của con lăn và phôi quyết định loại ép xoắn. Theo tiêu chuẩn phân loại này, ép xoắn có thể được chia thành ép xoắn trong và ép xoắn ngoài. Trong các phương pháp ép xoắn truyền thống, khuôn thường được đặt bên trong phôi, trong khi con lăn được sử dụng để ép xoắn từ bên ngoài phôi, làm cho nó biến dạng. Đây là phương pháp ép xoắn ngoài. Tuy nhiên, trong một số trường hợp cụ thể, chúng ta cần thay đổi vị trí của khuôn và con lăn, do đó tạo thành phương pháp ép xoắn trong. Phương pháp ép xoắn trong này được sử dụng rộng rãi trong các quá trình ép xoắn mở rộng, ép xoắn phồng và ép xoắn gân.
　　(3) Tùy theo việc có sử dụng gia nhiệt trong quá trình ép xoắn hay không, ép xoắn có thể được chia thành ép xoắn nguội (ép xoắn ở nhiệt độ phòng) và ép xoắn nóng. Ở nhiệt độ phòng, hầu hết các vật liệu kim loại đều có thể được ép xoắn và các tính chất cơ học của phôi được tạo ra sẽ được cải thiện đáng kể, đặc biệt là độ bền kéo, độ bền mỏi, độ bền chảy và độ cứng, nhưng độ dẻo sẽ giảm. Ép xoắn nóng chủ yếu được sử dụng cho các kim loại chịu lửa có độ dẻo kém ở nhiệt độ thường, chẳng hạn như titan, vonfram, molypden và hợp kim của chúng. Ngoài ra, một số quy trình ép xoắn đặc biệt, chẳng hạn như việc đóng kín và tạo đáy của bình khí, phải được thực hiện trong điều kiện gia nhiệt.
　　(4) Nhìn về tương lai, sự tiến bộ không ngừng của công nghệ ép xoắn đã cải thiện đáng kể khả năng sản xuất và trình độ công nghệ của các vỏ mỏng thành phức tạp. Để đáp ứng nhu cầu cấp thiết của các lĩnh vực cao cấp như hàng không vũ trụ, quốc phòng và quân sự, và công nghiệp hạt nhân đối với các linh kiện hiệu suất cao, công nghệ và thiết bị ép xoắn không ngừng phát triển theo hướng nhẹ, hiệu suất cao và độ tin cậy cao. Trong vài năm tới, nghiên cứu về công nghệ hợp tác đa thông số quy trình sẽ trở thành một chủ đề quan trọng, sẽ bao gồm nhiều yếu tố như quỹ đạo chuyển động của con lăn, tốc độ ép xoắn và điều khiển nhiệt độ, để tối ưu hóa kích thước và hiệu suất tạo hình của các chi tiết được ép xoắn. Đồng thời, sự hiểu biết sâu sắc hơn về cơ chế tạo hình của các chi tiết ép xoắn cũng sẽ tạo ra sự hỗ trợ mạnh mẽ cho tiến bộ công nghệ.
　　(2) Khám phá sâu rộng dòng chảy vật liệu đa tỷ lệ trong điều kiện ghép nhiều trường năng lượng. Hiện nay, lý thuyết biến dạng dẻo của ép xoắn chủ yếu bị giới hạn ở các cấu phần lý thuyết mặt phẳng hai chiều, rất khó để đối phó với những thách thức ép xoắn ngày càng phức tạp. Trên thực tế, quá trình ép xoắn chịu tác động ghép của nhiều trường năng lượng như nhiệt và lực, và cơ chế dòng chảy vật liệu cực kỳ phức tạp. Đồng thời, sự phát triển động của vi cấu trúc bên trong chi tiết ép xoắn có tác động sâu sắc đến hình dạng và hiệu suất sản phẩm cuối cùng. Do đó, việc xây dựng mô hình ép xoắn đa tỷ lệ vĩ mô - trung mô - vi mô - nano, ghép nhiều trường năng lượng để làm rõ cơ chế tạo hình và tạo hình trong quá trình ép xoắn là đặc biệt quan trọng. Điều này không chỉ giúp cải thiện trình độ công nghệ sản xuất ép xoắn mà còn cung cấp hỗ trợ lý thuyết cho nghiên cứu và phát triển các linh kiện ép xoắn hiệu suất cao.
　　(3) Thúc đẩy nghiên cứu và phát triển thiết bị ép xoắn cỡ lớn, chính xác cao và kỹ thuật số. Với nhu cầu cấp thiết về các linh kiện ép xoắn cỡ lớn, chính xác cao và hiệu suất cao trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, thiết bị ép xoắn trong tương lai sẽ phát triển theo hướng cỡ lớn, chính xác cao và kỹ thuật số. Thiết bị tiên tiến sẽ được trang bị các thiết bị kỹ thuật số quan trọng như hệ thống giám sát trực tuyến kích thước dựa trên thị giác máy tính, hệ thống gia nhiệt và điều khiển nhiệt độ linh kiện hiệu quả cao và hệ thống mô phỏng số và ra quyết định quy trình ép xoắn. Bằng cách liên tục cải thiện độ chính xác chuyển động và độ ổn định thực hiện của các cơ chế khác nhau của thiết bị, hiệu suất sản xuất của thiết bị ép xoắn sẽ được cải thiện hiệu quả để đáp ứng nhu cầu ứng dụng của các lĩnh vực cao cấp.