Диссертация (Электрогидроимпульсная вытяжка-формовка тонколистовых металлов в закрытую матрицу), страница 4

Одной из важных характеристик эластичной среды является твердость,которая определяет эффективность метода и возможность осуществления тогоили иного процесса [47, 60]. Эластичная среда ограничивает давление, котороебудет передано на заготовку, поскольку при превышении предельной нагрузкиполиуретановый блок охрупчивается, теряет эластичность и рассыпается [47]. Сэкономической точки зрения процесс довольно эффективен, однако необеспечивает предельных возможностей и имеет ряд недостатков.Неустойчивое по периметру течение фланца в различных участках из-заанизотропии механических свойств может привести к односторонней утяжкефланца [39].

Недостатком данного метода также является необходимость20применения большого давления и излишняя затрата работы пресса [102].Тонколистовые заготовки, получаемые с использованием эластичной среды,отличаются большим утонением стенок и выраженной разнотолщиностью,котораядостигает30–40%иможетбытьустраненазасчетмалопроизводительной и трудоемкой обработки [47].Кроме того, при квазистатической вытяжке полиуретаном из-за низкойскорости нагружения заготовки не всегда удается достичь требуемой предельнойстепени формоизменения заготовки, которая ниже, по сравнению с вытяжкой вжестких штампах.1.1.5. Ударно-импульсная вытяжка эластичными средамиПринципиальноеквазистатическогоотличиезаключаетсяударно-импульсноговвысокихскоростяхвоздействиядеформацииотикраткосрочном воздействии на заготовку.

Сущность ударно-импульснойвытяжки эластичными средами заключается в деформировании заготовкиимпульсом давления, создаваемого в результате удара быстродвижущегосябойка по передающей среде (жидкости или полиуретану), заполняющей рабочуюкамеру оборудования [93, 121]. Боек массой до нескольких кг разгоняется встволе 2 до скоростей 50 – 150 м/с. При ударе о поверхность передающей средыкинетическая энергия бойка преобразуется в работу деформирования заготовкии происходит заполнение матрицы.Влитературевариацииметодавстречаютсяподназваниями"гидроударная", "пневмоударная", "ударно-импульсная" обработка металловдавлением [46, 93, 111, 120].Существует несколько разновидностей ударно-импульсной вытяжки.Основные различия заключаются в передающей среде, в качестве которойиспользуют полиуретан (рисунок 1.5, а), жидкость (рисунок 1.5, б) иликомбинацию двух сред (рисунок 1.5, в) [116].21Данным методом можно изготавливать детали из различных сталей исплавов, в том числе цветных, габаритами до 500 – 800 мм и толщиной от 0.5 –0.8 мм до 2.5 – 4.0 мм в зависимости от оборудования [46, 65, 93, 111, 120].Степень вытяжки ударно-импульсного формоизменения находится в пределах = з ⁄ = (1.3 ÷ 1.43).Рисунок 1.5 – Схемы ударно-импульсной вытяжки подвижными средами:а – полиуретаном; б – жидкостью; в – комбинированная: 1 – боек; 2 – ствол;3 – заготовка; 4 – матрица; 5 – жидкость; 6 – эластичный блок (полиуретан)Основным недостатком метода ударно-импульсной вытяжки являетсянизкая точность дозирования энергии, из-за чего применение данного методанеэффективно для формоизменения тонколистовых металлов, толщина которыхсоставляет менее 0.2 – 0.4 мм.1.1.6.

Вытяжка с применением электромагнитного поляВытяжка с использованием электромагнитного поля относится к группеимпульсных методов обработки металлов давлением, который характеризуетсякратковременностью силового воздействия (~ 40 мкс), высокими скоростямидеформирования и точностью дозирования энергии (до 1%) [20]. Силовоевоздействиеосуществляетсядавлениеммагнитногополя,создаваемыминдуктором [51].

Можно выделить два вида процессов: магнитно-импульсные имагнитно-эластоимпульсные методы.22Магнитно-импульсная обработка металлов давлением (МИОМ) основанана преобразовании электрической энергии, запасенной в накопителе, впеременное магнитное поле, выполняющее работу пластической деформациизаготовки [52].Принципиальная схема цепи электромагнитной установки показана нарисунке 1.6.

Установка состоит из повышающего трансформатора ТР,выпрямителя В, конденсаторной батареи С, коммутирующего устройства –разрядника Р и индуктора И. Заряд конденсаторной батареи осуществляетсячерез трансформатор и выпрямитель. Затем производится разряд черезразрядник на индуктор, в результате чего через индуктор проходит импульсныйток, который приводит к возникновению вокруг его витков мощногозатухающего электромагнитного поля. Воздействие электромагнитного поляиндуктора с электромагнитным полем наведенных токов вызывает появлениепандемоторных сил, деформирующих заготовку.

Таким образом, электрическаяэнергия преобразуется в механическую работу деформировании заготовки [60].Для магнитно-импульсного деформирования листовых заготовок применяютплоские спиральные индукторы (рисунок 1.7).Методом МИОМ можно получать детали площадью до 0.2 м2, из стали,латуни, алюминия, магниевых и других сплавов [107]. Рекомендуетсяиспользовать металлы с высокой проводимостью, такие как медь, алюминий илатунь[23].Минимальнаятолщиналистаограничиваетсяусловиямипросачивания магнитного поля и расплавления деформируемого металла исоставляет 0.1 – 0.2 мм. Максимальная толщина ограничивается прочностьюиндуктора [51] и варьируется от 1.2 до 5 мм [20, 92, 97].

Степень вытяжки МИОМварьируется в диапазоне = з ⁄ = (1.16 ÷ 1.43) в зависимости от толщиныматериала [94].Применение электромагнитного поля в качестве источника энергии,обуславливает некоторые специфические недостатки метода и накладываетсущественные ограничения. Эффективность метода МИОМ зависит отудельногосопротивленияобрабатываемогоматериала[92].Удельное23сопротивление не должно быть ниже, чем 15 мкОм×см [20, 37]. Материалы снедостаточно высокой электрической проводимостью (например, углеродистыеи коррозионностойкие стали) деформируют через передаточную среду или"спутник" [107].Рисунок 1.6 – Принципиальнаясхема цепи электромагнитнойустановкиРисунок 1.7 – Схема магнитноимпульсной обработки листового металла:1 – спиральный индуктор; 2 – листовойметалл; 3 – матрицаПри деформировании заготовки в металлическую матрицу может возникнутьэффект "магнитной подушки", при котором обратное давление не позволитзаготовке принять точную форму матрицы [92]. Сжатие магнитного поля вызываетнаведение тока на поверхности заготовки, обращенной к матрице, что вызываетинтенсивный нагрев поверхности заготовки и может привести к ее оплавлению[51].

Оба эффекта существенно влияют на выбор толщины заготовки, непозволяя деформировать особо тонколистовые металлы.К недостаткам МИОМ также относят трудоемкость и сложностьвыполнения глубокой вытяжки. Для осуществления этой операции заготовкапредварительно обрабатывается несколькими индукторами, форма каждого изкоторых соответствует измененной форме заготовки [20, 47, 92].Магнитно-эластоимпульсная штамповка (МЭИШ) также основана напреобразовании электромагнитной энергии в переменное поле и, в сущности,является частным случаем МИОМ с применением "спутника".Принципиальная схема МЭИШ представлена на рисунке 1.8.

При разрядеконденсаторной батареи на плоский индуктор 1 по спирали индуктора протекаетсильный импульсный ток, который создает в зазоре между индуктором и24подвижным элементом 2 из хорошо проводящего материала импульсноемагнитное поле. Подвижный элемент с большой скоростью перемещается кэластичному блоку 3. При ударе осуществляется формоизменение заготовки 4 поформе матрицы 5 [45, 97].Рисунок 1.8 – Схема магнитно-эластоимпульсной обработки листового металла:1 – плоский спиральный индуктор; 2 – подвижный элемент; 3 – эластичный блок(полиуретан); 4 – листовая заготовка; 5 – матрица; 6 – контейнерМетод МЭИШ позволяет получать детали от 100 до 200 мм в плане, изматериалов толщиной от 0.02 – 0.05 мм до 1.0 – 1.5 мм [5, 97].

Степень вытяжкиМЭИШ, также, как и МИОМ варьируется в диапазоне = з ⁄ = (1.16 ÷ 1.43).Использованиепромежуточнойэластичнойсредыпозволяетформоизменять материалы как с высокой, так и низкой электропроводимостьюи позволяет нивелировать эффект "магнитной подушки", однако в целом методМЭИШ обладает теми же недостатками, что и МИОМ. Главным недостаткомметода является невозможность получения глубоких формовок из-за разрушенияэластичной среды, так как в процессе формообразования заготовки, она каждыйраз должна принимать его форму [121].1.1.7.

Вытяжка с применением энергии электрического разрядаЭлектроимпульсные технологии основываются на электрогидравлическомэффекте (ЭГЭ) – комплексе физических явлений, связанных с высоковольтнымразрядом в жидкости и преобразовании электрической энергии в механическую25[70, 92, 130]. При электрогидроимпульсной (ЭГИ) вытяжке одна из половинштампазаменяетсяпередающейсредойиявляетсяуниверсальныминструментом [50].

При этом механическое воздействие на заготовкуосуществляется именно передающей средой и возбужденными в нейинтенсивными упругопластическими волнами [58, 119, 130].Принципиальная схема цепи ЭГИ установки показана на рисунке 1.9.Разрядная цепь предусматривает собой колебательный контур, образованныйемкостьюконденсаторнойбатареи,индуктивностьюпроводниковисопротивлением канала разряда [45, 60].Рисунок 1.9 – Принципиальная схема цепи ЭГИ установки: D – разрядник;С – конденсаторная батарея; R – ограничивающее сопротивление;Tr – трансформатор; Re – выпрямительВконденсаторнойбатареедозаданнойвеличинынакапливаетсяэлектрическая энергия.