Высокопроизводительные методы обработки металлов давлением (стр. 3 из 5)

В зависимости от мощности трансформатора время зарядки конденсаторов может быть от десяти долей секунды до десятков секунд. При этом время разряда измеряется микросекундами. В связи с этим процесс приобретает характер взрыва. При сравнительно небольшой мощности генератора импульсных токов в канале разряда возникают высокие температуры (десятки тысяч градусов) и гидравлические давления до десятков тысяч атмосфер.

При этом возможен непосредственный пробой жидкости 6 или взрыв проводника 3. Последний случай наиболее часто применяется при развальцовке труб 7 в трубной доске 9 с использованием специальных патрончиков 10 (рис.8, б).

Как видно из рис.8, а, заготовка 11 в процессе деформирования принимает форму матрицы 12. Электрогидравлическая штамповка характеризуется рядом последовательно происходящих стадий: формирование проводящего канала между электродами; выделение в зоне канала основной доли энергии, запасенной в конденсаторах; образование волн сжатия и пульсация газового пузыря после разряда; взаимодействие ударной волны и гидропотока с заготовкой.

По сравнению с традиционными методами обработки металлов давлением электрогидравлическая штамповка имеет следующие преимущества:

упрощается и удешевляется технологическая оснастка, что способствует сокращению сроков технологической подготовки производства и уменьшению затрат на освоение новых изделий;

повышается точность штампуемых деталей из-за уменьшения пружинения и увеличения скорости деформирования;

появляется дополнительная возможность совмещения ряда операций, выполняемых в одном штампе;

увеличивается предельная глубина штамповки и критическая степень деформации из-за локализации воздействия и высоких скоростей деформирования; расширяются технологические возможности процесса.

По сравнению со штамповкой взрывом электрогидравлическая штамповка более предпочтительна, поскольку процесс может выполняться в обычных цеховых условиях. Кроме того, более просто решаются вопросы техники безопасности, обеспечиваются точная регулировка энергии и многократное воздействие на заготовку с одной установки.

3.2 Электрогидравлические установки для штамповки деталей

Одной из первых электрогидравлических установок является установка "Молния-3" (рис 9), которая имеет энергию в импульсе 7,5 кДж, рабочее напряжение 5 кВ и емкость конденсаторной батареи 600 мкФ. При помощи минимальных массогабаритных установок "Молнии-3" обрабатываются плоские заготовки размером 0,2x0,2 м, а также цилиндрические заготовки диаметром и высотой до 0,150 м. Кроме того, на этой установке можно выполнять запрессовку труб в трубных досках теплообменных аппаратов. Установка состоит из генератора импульсов тока и технологического узла.

Рис.9. Установка "Молния-3"

Генератор импульсов тока включает в себя конденсаторы, высоковольтный трансформатор, выпрямитель и схему управления.

Технологический узел установки включает в себя основание о двумя вертикальными направляющими, гидросистему, систему вакуумирования и рабочую камеру. При опускании камеры в конечное положение включаются два гидроцилиндра, которые поворачивают стопорные гайки в горизонтальном направлении, жестко фиксируя камеру, заготовку и матрицу.

Детали, полученные электрогидравлической штамповкой, представлены на рис.10.

Рис.10. Детали, отштампованные на установке "Молния-3"

Рис.11. Схема осевого и радиального нагружения заготовки

На установке "Удар-5" была применена схема, предусматривающая одновременно с внутренним радиальным давлением осевое сжатие цилиндрической заготовки. Как видно из рис.11, деформируемую заготовку 4 устанавливают в полости матрицы 5. Подвижной контейнер 3, связанный с рабочей камерой 2, вводят одним концом в матрицу и с помощью подвижного упора 1 перемещают до соприкосновения с торцом штампуемой заготовки. С другой стороны заготовки вводят заглушку 6.

Если при обычной формовке степень деформации (отношение диаметров готовой детали к заготовке) не превышает 1,2-1,4, то при создании одновременно с внутренним радиальным давлением осевого сжатия заготовки можно подучить детали со степенью деформации 1,8 и более.

Электрогидравлическая установка "Удар-1" предназначена для штамповки плоских крупногабаритных деталей путем последовательного перемещения рабочей камеры по поверхности заготовки. Благодаря оригинальности конструкции установка позволяет штамповать детали практически неограниченных размеров.

Установка состоит из технологического узла, генератора импульсов тока, системы подачи воды, устройства подачи инициирующей проволочки в зону разряда и пульта управления. На рис.12 показана схема этого технологического узла (соответственно вид в плане и поперечный разрез). Технологический узел содержит основание 1, служащее одновременно резервуаром для жидкости и местом укладки матрицы 3. На матрице размещена заготовка 5, которая по периметру прижата рамой 6. На последней смонтированы направляющие 4 и 7 для перемещения рабочей камеры 10 соответственно в продольном и поперечном направлениях. Движением рабочей камеры управляют с пульта 11.

Рис.12. Схема технологического узла установки "Удар-1" (в плане и поперечный разрез)

В нижней части рабочей камеры свободно установлено прижимное кольцо 12, выполняющее роль второго электрода и прижимающее одновременно заготовку к матрице в момент штамповки. Электрод 8 установлен в рабочей камере вертикально над прижимным кольцом.

Жидкость по трубопроводу 9 поступает в рабочую камеру 10. Излишки жидкости сливаются в сборник 2, а оттуда стекают в резервуар 1.

После укладки заготовки на матрицу и опускания прижимной рамы рабочую камеру устанавливают в исходную точку и включают насос подачи жидкости из основного резервуара в рабочую камеру. Заполняя рабочую камеру, жидкость свободно проникает в зазор между камерой и заготовкой.

Секционная разборная матрица позволяет штамповать различное количество типоразмеров заготовок. Переналадка матрицы на новый типоразмер производится за 15-20 мин перестановкой отдельных секций,

Электрогидроимпульсный пресс модели T1220 предназначен для операций холодной штамповки из листовых и трубчатых заготовок: неглубокой вытяжки, листовой чеканки, формовки, вырубки, пробивки отверстий в тех случаях, когда получение деталей обычными способами затруднено, невозможно или неэкономично.

Пресс выполнен в виде трех совместно скомпонованных блоков: энергетического блока, технологического узла и пульта управления.

Обработке на установке могут подвергаться заготовки из различных (в том числе и труднодеформируемых) металлов и сплавов.

4. Магнитно-импульсная обработка металлов

4.1 Физические основы процесса

Магнитно-импульсная обработка металлов (МИОМ) основана на непосредственном преобразовании предварительно накопленной электрической энергии в работу пластической деформации.

Сущность МИОМ сострит в том, что запасенная в батарее конденсаторов электрическая энергия разряжается на рабочий инструмент-индуктор, представляющий собой катушку-соленоид. В момент разряда по индуктору импульсный ток в десятки и даже сотни килоампер протекает в течение миллионных долей секунды. Вокруг витков индуктора возникает переменное магнитное поле высокой напряженности. При этом в размещенной в непосредственной близости от витков индуктора металлической заготовке в силу закона электромагнитной индукции наводятся вихревые токи, имеющие противоположное току в индукторе направление. Взаимодействие между противоположно направленными токами приводит к электродинамическому воздействию - возникновению механических сил отталкивания. Прочный индуктор остается неизменным, а заготовка, отталкиваясь от него, деформируется либо в соответствии с профилем поля, либо по оснастке - матрице, оправке, расположенной с противоположной стороны, В зависимости от формы индуктора (цилиндрический соленоид или плоская спираль Архимеда) различают схемы магнитно-импульсной обработки цилиндрических или плоских заготовок. При обработке трубчатых образцов возможны схемы деформирования "на обжим" и "на раздачу". Форма индуктора может быть и более сложной как по сечению, так и по образующей, что позволяет обработать заготовки овальной, конусной, прямоугольной и других конфигураций.

Достоинством МИОМ является относительная несложность оборудования и оснастки (по сравнению с механическими прессами и станками аналогичной производительности) и большая технологическая гибкость (отсутствие передаточной среды, возможность совместить формообразование с нагревом, возможность соединения различных материалов и т.п.).

4.2 Оборудование и оснастка

Основными элементами установок для магнитно-импульсной обработки металлов являются трансформатор, высоковольтный выпрямитель, конденсаторная батарея и технологический блок, включающий рабочий индуктор и матрицу либо оправку. Принципиальная схема установки показана на рис.13.

Рис.13. Принципиальная схема магнитно-импульсной установки: АТр - автотрансформатор; Тр - трансформатор; В - выпрямитель; С - конденсатор; Р - разрядник; U - индуктор; R - зарядное сопротивление