TPS-4_6 (Обработка давлением)

4.6. Высокоэнергетические импульсные методы штамповки.

Применение высокоэнергетических методов штамповки позволяет экономично изготовлять абаботкой давлением такие детали и заготовки, которых ранее невозможно было изготовлять или для изготовления которых ранее требовалось дорогостоящее мощное оборудование. Эти методы деформирования используют в условиях мелкосерийного и серийного производства, как для листовой так и для объемной штамповки.

Штамповка листового металла.

Гидровзрывная штамповка. При гидровзрывном формоизменении энергии, образующаяся при взрыве, передается штампуемой заготовки через ударную волну, давление и сопутствующий ей гидропоток. В качестве среды, передающей энергию взрыва, используют жидкость, сыпучую, вязкую или твердую среду.

Деформируемые листовые или трубчатые заготовки можно подвергать различным операциям: резке, вытяжке, рельефной формовке, раздаче, обжиму, отбортовке и др.. Причем возможно формоизменение с нагревом заготовки с помощью передающей среды (песком).

Для взрывной штамповки используют бризантные и метательные взрывчатые вещества. Взрыв может производиться в стационарном или съемном (разовом) бассейне. Для формоизменения заготовки в зависимости от выполняемой операции чаще всего используют только матрицу или пуансон; для вытяжки, рельефной формовки, отбортовки - матрицу, для обжима - пуансон. При вытяжке обычно получают за один переход меньшую предельную величину коэффициента вытяжки, чем в обычных условиях:

Матрицы для вытяжки могут быть металлические цельнолитые или составные, железобетонные, из льда.

Точность деталей изготовленных взрывной штамповкой по сравнению с обычной вытяжкой значительно выше.

Электрогидравлическая штамповка по сравнению со взрывной имеет ряд преимуществ: а) возможность применения в обычных условиях, б)простота дозирования энергии, в)возможность осуществления серии разрядов, следующих друг за другом, г) легкость автоматизации процесса. Однако установки для электрогидравлической штамповки дороже установок для штамповки взрывом, а размеры и стоимость электрогидравлических установок ограничивают энергетические возможности метода.

Сущность метода. При высоковольтном электрическом разряде между электродами, помещенными в жидкость, возникает токопроводящий искровой канал, мгновенное расширение которого приводит к возникновению в жидкости ударной волны. Деформация заготовки происходит, как и при гидровзрывной штамповке, под действием ударной волны, давление и сопутствующего гидропотока. Более эффективному использованию энергии разряда по сравнению с открытой емкостью для формоизменения способствует размещение рабочих электродов в замкнутой камере или внутри трубчатой заготовки, закрытой с двух сторон крышками.

Рассматриваемым методом выполняют операции вытяжки деталей из плоских заготовок, отбортовку, раздачу трубчатых заготтовок, оформление сложного контура на листовых и трубчатых заготовках, калибровку, пробивку и некоторые другие операции. Этим методом получают детали из цветных металлов, стали и высокопрочных сплавов. Толщина штампуемых деталей <4-10 мм, а габариты большинства деталей в плане достигают 1200*2000 мм.

Инструмент. Обычно для электрогидравлической штамповки используют матрицы, которые изготовляют из стали (иногда и других материалов-цинковых, алюминевых сплавов, литьевых эпоксидных смол). Основной рабочий инструмент- электроды, которые изготовляют из стали, латуни, однако найбольшей электроэрозийной стойкостью обладает металлокерамическая композиция на основе вольфрама ВНМ-3-2.

Для электрогидравлической штамповки используют отечественные установки “Удар 12м” и “ Удар 20” , ” Удар 20с”, “ Удар 150”, “Удар-II”, позволяющие изготовлять детали размером от 400*400 мм до 2000*1200 мм с толщиной стенки от 3 до 10 мм или соответственно диаметром заготовки от 300 мм до 1500 мм с толщиной стенки от 3 до 10 мм. Запасаемая энергия указанных установок изменяется соответственно от 10 до 160 Кдж.

Штамповка импульсным магнитным полем. Основные преимущества метода в сравнении с взрывной и электрогидравлической штамповкой : а)большая скорость формоизменения заготовки и высокая призводительность, б) возможность точнее регулировать параметры процесса, в) возможность широко механизировать и автоматизировать операции процесса, г) возможность легкого встраивания устоновки импульсной магнитной штамповки в автоматические линии.

Сущность метода.При помещении заготовки в импульсное магнитное поле, создавемое с помощью разряда энергии, накопленной в конденсаторной батарее, на катушку индуктивности (рабочий индуктр), в заготовке индуцируются вихревые токи, взаимодействие которых с токами индуктора приводит к возникновению усилий, деформирующих заготовку.

Этот метод штамповки применяют в основном для таких операций, как обжим и раздача трубчатых заготовок, калибровка трубчатых изделий, получение на деталях различных рифлений, штамповка деталей из плоских заготовок, пробивка отверствий в плоских и трубчатых деталях из различных металлов и сплавов, сборка. Преимущественное распостранение имеет обработка металлов и сплавов, обладающих высокой электропроводностью. Деформирование заготовок из материалов с недостаточно высокой электропроводностью (углеродистых и нержавеющих сталей) осуществляется через передающую среду или через так называемый “спутник”- промежуточный материал с высокой электропроводностью, помещаемый на обрабатываемую заготовку. Максимальная толщина стенки детали составляет 1,5-2 мм для стали, 1,7-2,5 мм -для латуни и 2-3 мм - для алюминевых и медных сплавов.

Инструмент. Рабочим инструментом в этом случае является индуктор и оправка (матрица). В установках магнитно-импульсного деформирования используют индукторы однократного и многократного использования: первые применяют в условиях единичного производства, вторые-в условиях серийного производства. Для увеличения прочности индукторов и придания им универсальности служат концентраторы магнитного поля.

Оборудование. Для магнитн-импульсной штамповки используют отечественные магнитно-импульсные установки и установки изготовляемые в ГДР , ЧССР , которые обладают максимальной запасаемой энергией от 4,1 до 22,5 Кдж.

Объемная штамповка.

Высокоскоростная объемная штамповка позволяет максимально приблизить форму и размеры поковки к форме и размерам деталей, что обеспечивает экономию металла и сводит к минимуму механическую обработку. Этим методом изготовляют поковки с тонкими стенками из алюминия, меди, различных сталей и сплавов. Поковки получают с мелкозернистой структурой и высокими механическими свойствами; значительно улучшается структура и свойства сплавов на основе молибдена, никеля и титана. Улучшение структуры и увеличение прочности в несколько раз увеличивает стойкость деталей (шестерен в 2-10 раз).

Высокоскоростная объемная штамповка выполняется со скоростями движения инструмента 9-18 м/сек для изготовления поковок методом горячего и холодного выдавливания.

Экономически целесообразно применять высокоскоростную штамповку в условиях крупносерийного производства для поковок, которые могут быть получены на обычном горячештамповочном оборудовании.

Для нагрева сталей, жаропрочных сплавов, титана рекомендуют индукционные печи или печи с инертной атмосферой, алюминевых сплавов - печи с принудительной циркуляцией воздуха. Во всех случаях рекомендуют безокислительный нагрев.

Перед началом работы пуансон и матрицу следует подогреть до 180 град.С и поддерживать температуру в этом пределе в процесе штамповки во избежание перегрева и потере стойкости штампа.

Смазки выбирают с учетом штампуемого материала. Суспензию графита в воде применяют в качестве смазки при штамповке большинства металлов; при штамповке труднодеформируемых металлов предпочтительнее суспензия графита в масле. При тяжелых условиях работы применяют дисульфид молибдена (при температуре штамповки < 650град.С).

Штампы для высокоскоростной штамповки изготовляют из сталей 4Х5В2ФС (ГОСТ 5950-63) и 4Х4М2ВФС.

Оборудование для высокоскоростной штамповки высокоскоростные молоты с пневматическим приводом и энергией удара 2,5-60 кн.м (2,5-60 тс м).