Высокопроизводительные методы обработки металлов давлением (стр. 4 из 5)
На рис.14 показаны основные схемы магнитно-импульсного формоизменения.
Рис.14. Основные схемы магнитно-импульсного формоизменения: 1 - индуктор; 2 - заготовка; 3 - матрица (оправка)
Магнитно-импульсные установки характеризуются высокой производительностью, возможностью легкой автоматизации и механизации технологического процесса, широкими технологическими возможностями, отсутствием передаточной среды, простой и дешевой оснасткой, возможностью получения высоких давлений (до 108 Н/м без разрушения индуктора и до 109 Н/м при использовании одноразового индуктора), высокой культурой производства и простотой обслуживания, положительным влиянием на характеристики отдельных обрабатываемых материалов и др.
4.3 Технологические возможности магнитно-импульсной обработки металлов
В результате применения магнитно-импульсной обработки представляется возможной штамповка листовых и трубчатых заготовок толщиной до 5 мм.
Размеры заготовок (диаметр, обрабатываемая площадь) обуславливаются запасом энергии установки, толщиной обрабатываемого материала, конструктивными возможностями индуктора и технологической оснастки.
Наиболее эффективно магнитно-импульсным методом обрабатываются заготовки из меди, алюминия, магния и их сплавов.
Заготовки из углеродистых (Ст3, Ст10) и легированных (1Х18Н9Т, 30ХГСА) сталей, а также из титановых сплавов можно обрабатывать только о применением прокладок-"спутников", изготовленных, например, из отожженной меди марки М1.
По типу применяемого инструмента и по характеру деформации обрабатываемой заготовки все операции, выполняемые на МИУ, можно разделить на три схемы: раздача, листовая формовка и обжим.
Установлено, что с использованием магнитно-импульсной обработки возможно получение биметаллических соединений, изготовление шарнирных соединений, сварка трубчатых заготовок, запрессовка труб в дисках, трубных досках и т.д., соединение двух изоляционных или металлических деталей путем раздачи трубы с одновременной отбортовкой, поперечная волнистая и плоская в сечении рифтовка, формообразование выступа, продольная рифтовка, формообразование конуса, концевая раздача труб, отбортовка, пуклевка, изготовление резьбы, рифление, калибровка, пробивка отверстий, вырубка, порезка.
При использовании магнитно-импульсной обработки для листовой штамповки применяются плоские спиральные индукторы.
Технологические операции, выполняемые по схеме "листовая формовка": сборка диска с осью, отбортовка диска, сварка двух листов металла, напрессовка втулок на оси и запрессовка вкладышей в трубках, изготовление деталей типа тарелки или днища, кольцевая заготовка, продольная и поперечная зиговка, пуклевка, неглубокая отбортовка по периферии диска, прямоугольника, круглых и прямоугольных отверстий, формовка тороидальных крышек, рельефная формовка с одновременной рихтовкой недеформируемой части заготовок, калибровка листовых заготовок, пробивка отверстий, вырубка и порезка.
С помощью магнитно-импульсной обработки по схеме "обжим" можно выполнить следующие технологические операции: соединение металлических деталей с керамикой, стеклом, пластмассой и другими неметаллическими материалами, опрессовка кабельных наконечников, соединение двух проводов соединительной трубкой, опрессовка наконечников на канаты и др., шлангов высокого давления, опрессовка труб на металлические наконечники, сварка трубчатых заготовок, поперечная волнистая, поперечная плоская в сечении и продольная рифтовка, формообразование впадины, формообразование конуса, редуцирование труб, отбортовка, пуклевка, изготовление резьбы, рифление, калибровка, пробивка отверстий и вырубка, порезка труб.
К недостаткам метода и установок можно отнести трудность получения деталей с глубокой вытяжкой обрабатываемого материала; необходимость в промежуточных металлических прокладках-"спутниках" для металлов с низкой электропроводностью, ограниченность формы и геометрических размеров обрабатываемых заготовок для магнитно-импульсной обработки; низкая стойкость индукторов, особенно при обработке стальных заготовок.
5. Ударная штамповка
Рис.15. Принципиальная схема ударной штамповки на пресс-пушке:
1 - патрон; 2 - боек; 3 - ствол; 4 - заготовка; 5 - жидкость
Сущность ударной штамповки заключается в деформировании заготовки импульсом давления, созданного в ограниченном объеме жидкости ударом по ней твердого тела (бойка), предварительно разогнанного до высокой скорости. В качестве передающей среды возможно использование эластичного материала.
Принципиальная схема ударной штамповки при помощи пресс-пушки, использующей энергию пороховых газов, показана на рис.15. В верхней части ствола 3 расположен патрон 1 и боек 2. В нижней части над заготовкой 4 возвышается столб жидкости 5. При срабатывании патрона пороховые газы разгоняют боек до определенной скорости и бьют им по жидкости, создавая мощный импульс давления" который деформирует заготовку.
В двух следующих схемах энергоносителем является сжатый газ. Схема процесса ударной штамповки, в котором в качестве передающей среды используется жидкость, показана на рис.16, а. На матрицу 1 установлена камера 2, внутренний объем которой заполнен водой. На камере крепится ствол 3 гидроударного пресса так, чтобы внутренние диаметры ствола и матрицы совпадали. Внутри ствола перемещается боек 4. Соосно стволу расположен аккумулятор 5, в котором размещен сжатый газ. Заготовка 6 уложена на матрице и прижимается сверху камерой.
Рис.16. Схема процесса ударной штамповки жидкостью (a) и эластичной средой (б): 1 - матрица; 2 - камера; 3 - ствол; 4 - боек; 5 - аккумулятор; 6 – заготовка
Накопленный в аккумуляторе 5 сжатый газ, расширяясь, разгоняет по стволу 3 боек 4. Скорость движения бойка достигает 150 м/с. В результате боек создает мощный импульс давления, который штампует заготовку на матрице. Энергия удара регулируется изменением давления сжатого газа в аккумуляторе.
На рис.16, б показана схема процесса ударной штамповки, где роль передающей среды выполняет эластичный материал, например полиуретан. От предыдущей схемы она отличается только передающей средой.
По сравнению с традиционной ударная штамповка имеет следующие преимущества: возможность получения деталей сложной формы из трудно деформируемых материалов за один переход; легкость управления формой импульса давления; простота конструкции и низкая себестоимость оснастки; низкая металлоемкость оборудования и др.
По сравнению с другими импульсными методами ударная штамповка имеет следующие преимущества: простой и доступный энергоноситель (например, сжатый воздух заводской пневмосети); высокий КПД процесса (до 40%); проще решаются вопросы техники безопасности, лучше санитарно-гигиенические условия.
Ударный метод позволяет выполнять практически все операции листовой штамповки (формовку, вырубку, вытяжку, калибровку, чеканку, раздачу, пробивку-вырубку и др.).
6. Использование сверхпластичности в процессах деформации металлов
6.1. Характеристика сверхпластичности металлов и сплавов
Сверхпластичность определяется как способность поликристаллических (ультрамелкозернистых) материалов равномерно пластически деформироваться на очень большие степени (до Ек > 200%) при относительно высоких температурах и малых напряжениях (2...8 МПа) и соответственно малых скоростях деформации, к которым напряжение течения крайне чувствительно.
Состояние сверхпластичности определяется совокупностью ряда признаков: повышенная чувствительность напряжения течения материала к изменению скорости деформации; крайне незначительное деформационное упрочнение; аномально высокий ресурс деформационной способности; напряжение течения металла в состоянии сверхпластичности в несколько раз меньше предела текучести, характеризующего пластическое состояние данного материала.
Наиболее существенный из этих признаков - первый, остальные в определенной мере можно рассматривать как его следствия.
Признаки сверхпластичности проявляются в определенных условиях, среди которых принципиальное значение имеют структурное состояние деформируемого материала, температура и скорость деформации.
По структурному признаку принято различать две разновидности сверхпластичности: сверхпластичность у металлов и сплавов с особо мелким (сверхмелким) зерном (d < 10 мкм) и сверхпластичность полиморфных металлов и сплавов, проявляющуюся при деформировании их в процессе фазовых превращений, при этом исходный размер зерен не имеет значения.
Первую разновидность сверхпластичности называют структурной. Ее отличительными особенностями являются зависимость эффекта от исходного размера зерен (чем меньше зерно, тем больше склонность материала к скоростному упрочнению, соответственно больше его деформационная способность и меньше напряжение течения) и почти неизменное структурное состояние материала в процессе деформации. При этом необходимо, чтобы зерна имели приблизительно равноосную форму, в процессе нагрева до температуры деформации обладали достаточной устойчивостью против роста. Наилучшие условия для предотвращения роста зерна - у двухфазных сплавов. В сверхмелкозернистое состояние сплавы приводят обычно предварительной термической или термомеханической обработкой.
Вторая структурная разновидность сверхпластичности, наблюдающаяся при деформации материала в процессе фазового превращения, характеризуется, в отличие от структурной свёрхпластичности, постоянным изменением фазового состава и структуры материалов в процессе деформации.