приховати рекламу

Вибуховий формоутворення трубчастих деталей

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.


Нажми чтобы узнать.
скачати

ВСТУП
У рішенні задач технічного переозброєння народного господарства на основі широкого впровадження у виробництво новітніх досягнень науки і техніки, що має привести до збільшення обсягу випуску продукції, підвищення її якості та експлуатаційної надійності, зниження собівартості [1]. Важливе місце належить впровадженню малоопераційних і безвідходних технологічних процесів, застосуванню багатофункціональних машин і устаткування, переналагоджуваних при зміні технологічних процесів, що дозволяють створювати гнучкі автоматизовані виробництва [2].
У сучасних конструкціях літальних апаратів і двигунів широке застосування знайшли листові і трубчасті деталі зі сталей і сплавів. Їх основними характеристиками є високі міцнісні, жароміцні та антикорозійні властивості. Складна форма і високі вимоги до точності виготовлених виробів, а також знижена пластичність, ставлять перед фахівцями в області штампування ряд проблем по створенню принципово нових технологічних процесів і обладнання.
У вітчизняній і закордонній промисловості все ширше застосовують методи листового штампування, засновані на використанні енергії вибуху бризантних речовин, пороху і вибухових газових сумішей, електричних розрядів у рідині, імпульсного електромагнітного поля та інших імпульсних енергоносіїв, які відносяться до числа нових і основних методів удосконалення технологічних процесів заготівельно-штампувальних цехів у виробництві літальних апаратів та їх двигунів.
У становлення і розвиток таких методів великий внесок внесли вітчизняні вчені Я. Б. Зельдович, Р. В. Піхтовніков, Ю. М. Алексєєв, О. Д. Антоненков, М. А. Анучин, К. М. Богоявленський, В.К . Борисевич, М. М. Горбунов, В. І. Зав 'ялова, В. Г. Кононенко, В. М. Кудінов, М. А. Лаврентьєв, В. Т. Мещерін, Ю. А. Навагін, І. А. Норіцін , Є. О. Попов, С. М. Поляк, І. П. Ренне, О. В. Роман, В. Г. Степанов, А. Д. томління і зарубіжні Дж.Райнхарт, Дж.Пірсон, Р. Коул, П. В. Бріджмен, В. Джонсон, Г. Хадсон, Р. Кечч.
Високошвидкісна обробка металів з використанням імпульсних навантажень одержує все більше поширення в області листового штампування й штампування тонкостінних деталей з труб завдяки ряду основних переваг високошвидкісного деформування: відсутність пружіненія при обробці більшості труднодеформіруемих матеріалів; збільшення межі міцності деяких металів майже на 50% і збільшення межі плинності ряду сталей при стисканні майже на 300%; підвищений зміцнення в порівнянні з холодною прокаткою при однаковому ступені деформації; підвищена точність виготовлення деталей, які економічно не вигідно або фізично неможливо формувати іншими методами.
Відмінною рисою високошвидкісних способів штампування є також те, що при їх застосуванні відпадає потреба в пресовому обладнанні, яке необхідне при здійсненні будь-яких способів штампування. В якості технологічного оснащення тут необхідна лише матриця або пуансон, а роль відповідної частини штампу, зокрема, грає передає середовище, в якому проводиться вибух і через яку енергія вибуху у вигляді ударної хвилі впливає на заготівлю, деформуючи її за формою інструменту (пуансона або матриці ). Такий технологічний процес універсальний і для нього не потрібна тривала підготовка виробництва, тому високошвидкісні високоенергетичні способи застосовуються для штампування деталей, виготовлення яких іншими методами при дослідному і дрібносерійному виробництві недоцільно.
У виробництві сучасних газотурбінних двигунів до 15% від загальної трудомісткості виготовлення двигуна займає виготовлення деталей з трубчастих заготовок. Крім того, одним з найважливіших параметрів надійності двигуна є надійність роботи трубопровідних систем, і, перш за все, забезпечення надійного з'єднання трубопроводів.
Відповідні методи виготовлення трубчастих деталей і з'єднань трубопроводів, особливо у зв'язку з застосуванням нових високоміцних труднодеформіруемих сталей і сплавів, мають суттєві недоліки, пов'язані з експериментальною обробкою параметрів формоутворення через можливе руйнування заготовки в процесі деформування, а також з наявністю великого обсягу ручних доводочних робіт .
Тому досить актуальним є створення технологічних процесів і обладнання, що виключають наявні недоліки.

ХАРАКТЕРИСТИКА ВИБУХОВИХ процесу формоутворення ДЕТАЛЕЙ
Всі способи штампування вибухом можна розділити на дві групи. До першої групи належать ті способи, при яких заряд вибухової речовини (ВР) розташовується на відстані від заготівлі. За таких безконтактних операціях енергія заряду виділяється на деякій відстані від оброблюваної деталі й поширюється переважно у вигляді імпульсу тиску через проміжне середовище. Максимальні питомі тиску на деталь досягають значень (10 2 ÷ 10 4) МПа, причому більшість технологічних операцій виконуються при нижній межі тисків. Робочий час зазвичай вимірюється мілісекундами, а швидкості переміщення металу десятками метрів в секунду. Розгін і подальша деформація заготовки визначаються головним чином зовнішніми силами. Хвилі напруг і деформацій у металі у цьому випадку досить незначні або зовсім відсутні. Формоутворення пов'язано, в основному, з дією хвилі тиску.
До другої групи належать так звані контактні способи штампування, при яких заряд ВР розташовується безпосередньо на поверхні заготовки. Тиску, які у цьому випадку на поверхню заготовки, досягають 10 5 МПа, а робочий час вимірюється мікросекундах. Величина імпульсу тиску залежить від співвідношення розмірів заряду і заготівлі та взаємного з розташування. При більшості контактних операцій у заготівлі виникають несталі хвилі напруження високої інтенсивності, які поширюються в металі. Формоутворення металу при таких операціях пов'язано як з безпосереднім впливом прикладених навантажень, так і з наступним впливом вторинних хвиль напруг.
В якості джерела енергії пери штампуванні вибухом використовуються: детонують (бризантні) вибухові речовини - тротил порошкоподібний і литий, амоній порошкоподібний і пресований, трінітролезол, тетрил, пентоліт і рідкі ВР; пороху - піроксилінові, нитроглицериновом, димні.
Бризантні ВВ відрізняються великою питомою концентрацією енергії і великими швидкостями детонації до 7000 м / сек. [3], тому перетворення речовини в газоподібні продукти і обчислюється мікросекунд; тиску ж у поверхні заряду можуть доходити до 2 ∙ 10 5 МПа.
Пороху відносяться до палаючих вибухових речовин: горіння поширюється зі швидкістю 1-3 м / сек. Утворюються при згорянні пороху гази, розширюючись, чинять тиск на передавальну середовище або безпосередньо на заготівлю, виробляючи корисну роботу деформування.
Найбільше застосування в даний час отримала штампування вибухом з використанням води в якості середовища, що передає тиск від заряду ВР до заготівлі (гідровзривная штампування).
Відомо кілька способів (схем) гідровзривной штампування. Традиційна схема штампування показана на малюнку 1-а [3]. Штампувало листову заготовку 1 укладають на матрицю 6 і притискають до її фланця за допомогою притискного кільця 5. на певній відстані над заготівлею та встановленим над нею зарядом опускають в басейн 3 з водою 4. частина енергії, що вивільняється під дією високого тиску деформується, приймаючи форму матриці. Для того, щоб повітря не перешкоджав переміщенню заготовки, що відбувається з великою швидкістю, що могло б відбитися на якості готової деталі, робочу порожнину матриці під заготівлею вакуумміруют за допомогою вакуумної системи 7.
Можливі два різновиди способу штампування вибухом у басейні. У першому випадку площа дзеркала басейну практично дорівнює площі заготівлі, завдяки чому вся енергія ударної хвилі використовується для формування заготовки. У другому випадку площа дзеркала басейну значно перевищує площу заготівлі, і заготівля у своєму формозміни як би навантажується двічі: спочатку прямий ударною хвилею, а після - відбитої від стінок басейну.
При формоутворенні - роздачі трубчастих заготовок (рис. 1-б) воду заливають безпосередньо всередину заготівлі, куди поміщають потім також і заряд ВР.
Для виготовлення невеликих партій деталей часто замість стаціонарного басейну використовують разові ємності з водою, руйновані при вибуху (мал. 1-в). Таку ємність, виготовлену з картону або тонколистового металу, встановлюють безпосередньо на матрицю і заповнюють водою, в якій і здійснюють вибух заряду ВР.
Якщо деталі типу днищ прості за формою і не вимагають високої точності виготовлення, то замість матриці іноді застосовують спрощену оснащення, що складається з витяжного і притискного кілець (рис. 1-г), між якими розміщують штампувало заготовку. виникає при підриві заряду імпульс тиску великої інтенсивності поширюється в рідині з високою швидкістю і впливає на заготовку. У районі розташування заряду утворюється газовий міхур, який, пульсуючи (розширюючись і стискаючись), викликає додаткові імпульси тиску; величина останніх менше основного імпульсу тиску. Під час пульсації газовий міхур переміщається поверхні рідини, а решта енергія міхура виділяється в атмосферу. Це явище супроводжується сплеском рідини. За даними Коула [4], при підриві заряду ВР приблизно 60% виділилася енергії припадає на основний імпульс тиску, 25% - на перші коливання газового міхура і інші 15% - на наступні. Наведені величини можуть змінюватися в залежності від розміру заряду та типу ВВ. однак енергія, яка перетворюється на механічну роботу деформації, знаходиться в залежності від розміру заряду та типу ВВ. Проте енергія, яка перетворюється на механічну роботу деформації, знаходиться в залежності від взаєморозташування заготівлі, заряду і поверхні рідини, оскільки газовий міхур для кожного заряду має цілком певні розміри. проведені дослідження показали, що при розміщенні заготовки на відстані менше радіуса газового міхура можна домогтися збільшення енергії формоутворення на 60 - 80%.
При підриві заряду на відносно невеликій глибині газовий міхур розбивається об поверхню рідини. Утворені при цьому відображені ударні хвилі послаблюють імпульс тиску, що йде до заготівлі. Тому глибину занурення заряду застосовують більше максимального радіуса газового міхура, який відповідає першому періоду коливань.
Штампування вибухом проводиться у спеціальних установках [3 ÷ 21,24], що представляють собою підземні або наземні басейни, обладнані підйомно-транспортними засобами, вакуумними установками і відповідною апаратурою управління та контролю. Стінки басейнів (вертикальні і похилі) бетонують і опоряджують листовою сталлю.
Стінки і дно басейнів ізольовані енергопоглинаючими середовищами для запобігання поширення ударної хвилі на фундаменти близько розташованих будівель [19,21 ÷ 24]. У таких басейнах можна штампувати деталі діаметром у кілька метрів.
У відкритих басейнах заготівля деформується зі швидкістю до 30 - 50 м / сек., А в зонах прилягання до крайок матриці місцеві швидкості деформування можуть досягати 100 - 150 м / сек. [4]
Високі швидкості деформування і питомі тиску забезпечують одержання точних, фактично відкаліброваних деталей, що знижує до 60% обсяг трудомістких ручних доводочних робіт.


Рис. 1. Основні схеми штампування вибухом бризантних ВВ:
а - гідровзривная штампування в стаціонарному басейні;
б - гідровзривная штампування деталі з трубчастої заготовки;
в - гідровзривная штампування в знімному басейні (разової ємності);
г - гідровзривная штампування на спрощеній оснащенні.
У ряді випадків при виготовленні великогабаритних деталей звичайними способами через недостатню потужність обладнання, що застосовується або складної конструктивної форми деталь розчленовується на окремі заготовки, які після формоутворення підганяються і зварюються, утворюючи замкнутий контур.
Вибуховою штампуванням [25] избегается розчленування, так як вибухова речовина замінює всю енергетичну систему, створює більш високі тиски, діючі на практично необмежену площа оброблюваного виробу. Завдяки цьому різко знижуються витрати на капітальне обладнання й доводочні роботи.
Однією з переваг вибуховий штампування є скорочення циклу технологічної підготовки виробництва в 3 - 5 разів при освоєнні нових виробів або випадку дрібносерійного виробництва за рахунок застосування дешевої, з невеликою трудомісткістю виготовлення, оснащення [3,6 ÷ 8, 17 ÷ 22, 26 ÷ 40, 164 ÷ 167].
За допомогою гідровзривной штампування можна здійснювати і формоутворення нагрітого металу. Схема однієї з установок [41], призначених для цих цілей, показана на рис. 2.
Матриця, що складається з 2-х половин 1, розміщена в корпусі 2. заготівлю притискають у матриці за допомогою кільця 4 і клинового пристрою 10. воду 7 наливають в гумовий мішок 8, між стінками якого і піротехнічним складом 11 укладають азбест 9. заряд 6, змонтований з листового і шнурового ВВ, повторює форму заготівки. Шнур 5 використовують для запалення піротехнічного складу, за допомогою якого нагрівають заготовку. За цією схемою штампують деталі з молібденового сплаву.
Штампування попередньо нагрітих заготовок здійсненна також в установках, що використовують схему «метання води», при якій заготівка перед штампуванням відокремлена від води повітряним зазором [42]. При цьому заготовку можна нагрівати або безпосередньо в установці електроконтактні способом, або в нагрівальному пристрої з подальшою подачею в установку.

Рис. 2. Схема установки для гідровзривной штампування з нагріванням.
При штампуванні деталей незамкненого контуру, а також при штампуванні труднодеформіруемих металів з нагріванням у деяких випадках в якості середовища, що передає тиск від заряду ВР до заготівлі, застосовують пісок [43, 168]. Можливі схеми процесу вказані на рис. 3.
У матрицю 4 з укладеною на неї заготівлею 1 засипають пісок 3, в якому здійснюють вибух заряду ВР 2 (рис. 3-а). Згідно з іншими схемами необхідну форму деталей отримують штампуванням за пуансону 5, причому заготівля може бути як плоскої (рис. 3-б), так і попередньо звареної у вигляді конструкції складної форми (мал. 3-в).
Пісок зазвичай засипають у руйнується (разову) місткість, причому засипку піску здійснюють до висоти розташування заряду ВР. Після цього встановлюють заряд і продовжують заповнювати ємність піском поверх заряду. Пісок для штампування повинен володіти дрібної однорідною структурою. При штампуванні без нагріву деталей застосовують зволожений пісок. Властивості піску, його щільність, вологість і розмір зерен безпосередньо впливають на силові параметри процесу штампування.

Рис. 3. Схеми штампування вибухом в піску:
а - штампування в матриці;
б - штампування деталей з плоскою заготовки по пуансону;
в - штампування деталей складної форми з заготівлі - конічні труби.
На малюнку 4-а [44] показана схема установки для штампування вольфрамової заготівлі 3, нагрітої гарячим піском 8, одночасно службовцям і передавальної середовищем. Пісок попередньо нагрівають в печі, а потім насипають на заготівлю, закріплену в штампі 1-2. штамп також попередньо нагрівають в печі або пальниками. Для того щоб штамп швидко не остигав, його поміщають в контейнер 9 з гарячим піском. На гарячий пісок, розташований над заготівлею, укладають азбестовий коло 4, на який потім встановлюють заряд ВР 7, забезпечений електродетонатором, після чого в ємність засипають холодний пісок 6.
Ефективна вибухова штампування, поєднується з нагрівом заготівлі за допомогою нанесеного на її поверхню порошкоподібного піротехнічного складу, розміщеного в 2-х процентному розчині нітропленкі [45]. Нанесений на заготівлю піротехнічний склад підпалюють вогнепровідні шнуром або електрозапалювачі, після чого через певний проміжок часу вибухає заряд ВР. На малюнку 4-б показана схема вибухової штампування вольфрамової заготовки 1, що нагрівається піротехнічним складом 2 з використанням в якості середовища піску 4, насипаний поверх азбестового прокладки 3. Температура нагрівання заготовки через 25 секунд після запалення піротехнічного складу сягає 940 - 1000 ° С. Поверхні деталей після штампування практично не мали слідів окислення.
З аналізу випливає, що використання бризантних вибухових речовин для формоутворення трубчастих заготовок, особливо малого діаметра, за наведеними схемами холодної та гарячої штампування, зокрема через високі питомих тисків, виявляється скрутним.

Рис. 4. Схеми вибуховий штампування з нагріванням:
а - гарячим піском;
б - піротехнічним складом.
Вибухова штампування порохами може бути здійснено лише в закритих ємностях. При цьому енергія передається заготівлі безпосередньо, або через проміжне середовище. Безпосередній вплив тиску порохових газів застосовують, в основному, для роздачі і калібрування порожнистих деталей із заготовок циліндричної, конічної і бочкообразной форми [46]. Формозміна здійснюється у рознімній матриці, причому заряд пороху, розміщений всередині порожнистої заготовки, опиняється в замкнутому об'ємі, обмеженому її стінками і заглушками, які закривають обидва торці матриці.
Великого поширення отримала і штампування з використанням тиску порохових газів на листову заготовку через передавальну середовище (воду, гуму та ін) [47]. Наявність між зарядом пороху і листовий заготівлею пружною передавальної середовища сприяє більш рівномірному розподілу тиску по заготівлі в процесі формоутворення і оберігає поверхню металу від пошкодження і забруднення пороховими газами.
Конструкція однієї з установок для штампування тиском, який утворюється при згорянні порохового заряду, показана на рис. 5.
Установка складається з двох основних частин - рухливою верхньою і нерухомою нижньої. У корпусі 1 верхній частині установки знаходиться камера, заповнена водою 3, над якою розміщено пороховий заряд 2 в патроні. Матриця 8 з витяжним кільцем 6 встановлена ​​в матріцедержателе 7 нижній частині установки. Повітря з формующей порожнини матриці віддаляється за допомогою системи вакуумування 9. Між верхньою і нижньою частинами установки знаходиться ущільнювальна прокладка 4. Тиск газів, що утворюються при згорянні пороху, передається через воду штампувало заготівлі 5, викликаючи її деформацію. Оскільки маса рухомої частини установки значно перевищує масу штампувало заготівлі, процес деформування встигає закінчиться до початку переміщення корпусу 1 вгору під дією сил реакції. Як тільки верхня частина встановлення починає переміщатися, камера відкривається, і тиск у ній падає.

Рис. 5. Схема установки для штампування тиском порохових газів.
Найбільше застосування у вітчизняній промисловості отримали установки на пороховому енергоносії, звані прес-гарматами (рис. 6) [48,169], малогабаритні пристрої [134].

Рис. 6. Схема прес-гармати на пороховому енергоносії.
Установка працює в такий спосіб. При спуску ударного механізму 1 відбувається накол капсуля-запальника порохового заряду 2, розміщеного в патроннику 3 казенної частини ствола і закритого затвором 4. При досягненні в патроннику певного тиску зрізається чека 5 або звільняються спеціальні фіксатори, і снаряд 6 під дією тиску порохових газів з великою швидкістю переміщається по гладкому стовбурі каналу 7 і вдаряє по рідини 9, що знаходиться в перехіднику 10, з'єднаний зі стволом центрирующей муфтою 8. При цьому кінетична енергія рухомого снаряда повідомляється рідини, яка здійснює деформування заготовки 11 в матриці 12. За допомогою різної технологічної оснастки, що приєднується до перехідника стовбура, на прес-гармати здійснюють операції роздачі і формоутворення деталей з трубчастих циліндричних і конічних заготовок, штампування-витяжку деталей з плоских заготовок, калібрування, пробивання отворів і багато інших лістоштамповочние операції. На прес-гарматах можлива також і об'ємне штампування.
По відношенню до трубчастих деталей схема прес-гармати є найбільш ефективною і використовується автором для створення устаткування.

Електроімпульсний та електромагнітної
Штампування
Поряд зі штампуванням вибухом все більше застосування знаходить штампування високовольтним електричним розрядом в рідині (електрогідравлічна, електроімпульсна штампування).
Формування деталей електрогідравлічним способом характеризується потужним короткочасним електричним розрядом в рідкому середовищі, яка створює ударну хвилю, що впливає на заготівлю [25, 43, 49, 170 ÷ 181].
На малюнку 7 показано схема установки для електрогідравлічної штампування. Змінний струм трансформується у ток більш високої напруги, потім пропускається через випрямляч 9 і потрапляє у так званий розрядний контур, що складається з конденсаторів 2 і робочого іскрового зазору між електродами 4, що знаходяться в резервуарі 5 із водою. Як тільки на конденсаторах досягається потенціал певної величини, відбувається пробій зазору в повітряному розряднику 3 та накопичена в конденсаторах електроенергія дуже швидко виділяється у вигляді іскрового розряду в робочому зазорі між електродами. Потужний іскровий розряд подібний до вибуху. У результаті розряду в рідині виникає ударна хвиля, яка, дійшовши до заготівлі 8, утримуваної притискним кільцем 6, робить на неї силовий вплив і здійснює деформування заготовки по матриці 7. Якщо для повного деформування заготовки одного імпульсу недостатньо, то робочий цикл може бути повторений. Як і при штампуванні вибухом, під заготівлею в порожнині матриці створюється вакуум. Електрогідравлічна штампування застосовується на багатьох операціях листового штампування для виготовлення таких невеликих і середніх розмірів (до 1000 - 1500 мм , Товщиною до 3 мм ) Деталей, як різні елементи жорсткості, окантовки, полупатрубкі, закінцівки, обичайки, обтічники і т.д. Процес відрізняється імпульсним характером і високою швидкістю прикладення навантаження. Конденсатори розряджаються протягом 40-50 мксек. і виділяють електроенергію величезної потужності, що обчислюється мільйонами джоулів в секунду; в робочому проміжку розрядника виникають тиску, рівні сотням МПа; ударна хвиля, що розповсюджується в рідині з високою швидкістю, несе в собі велику енергію, частина якої витрачається на корисну роботу деформування.
З точки зору фізичної суті силового впливу на заготівлю електрогідравлічна штампування аналогічна штампуванні вибухом у воді. Змінювати форму ударної хвилі в цьому випадку можна шляхом зміни взаємного розташування електродів і застосування так званої ініціації зволікання, яка з'єднує електроди в робочому зазорі розрядника. У залежності від того, застосовується або не застосовується ініціює зволікання, електрогідравлічна штампування поділяється на два способи [49 ÷ 50, 182 ÷ 184].

Рис. 7. Схема установки для електрогідравлічної штампування.
Якщо електроди з'єднані дротиком [51], то при розряді компенсаторів внаслідок великої потужності енергії, що виділяється «вибухає» зволікання, по якій проходить струм в декілька тисяч ампер, і перетворюється на пару за час, обчислювана мікросекундах. При цьому вздовж осі дроту виникає газовий канал з величезним тиском, що обумовлює миттєве розширення парів і виникнення потужної ударної хвилі, яка аналогічна хвилі, що виникає при підриві заряду лінійної форми. Вибухають зволікання дає можливість управляти напрямком і формою ударної хвилі. Застосування ініціаторів розряду у вигляді зволікання (з алюмінію, вольфраму, танталу, плотів та інших металів) дозволяє, крім того, в кілька разів зменшити робочі напруги [52]. Але слід зауважити, що підключення зволікання до електродів подовжує робочий цикл.
При виготовленні деталей з листових матеріалів отримали розповсюдження преси для електрогідравлічної штампування, розроблені НІАТ [53]. На рисунку 8 представлені преси та установки різної потужності, найбільш широко використовувані в авіаційній промисловості.
З метою подальшої інтенсифікації процесу електрогідравлічної штампування [54] проведено роботи зі штампування з нагріванням. На малюнку 9 представлена ​​схема технологічного блоку преса ПЕГ - 60 модернізованого для штампування з нагріванням [Р5]. розрядна камера 1 з встановленим електродом 2 відокремлена від заготівлі 9 гумової діафрагмою 3, притискним кільцем 13 із вмонтованим у нього теплоізоляційним шаром 4 і теплоізоляційної прокладкою 14. Матриця 7, встановлена ​​на столі преса 8, має знімне кільце 12, в якому змонтована спіраль для нагріву 10, ізолюється від корпусу матриці кільцем 6.
Знімне кільце з метою виключення тепловтрат захищено теплоізоляційним шаром 5, поміщеним у кожусі 11. Проведена робота по штампуванню з нагріванням, особливо таких титанових сплавів труднодеформіруемих як ВТ - 20, показано великі можливості розширення області використання електрогідравлічної штампування.
Вимоги до технологічної оснастки при електрогідравлічної штампуванні приблизно такі ж, як і при штампуванні вибухом. Для великосерійного виробництва або для штампування деталей з калібруванням, матриці та інші елементи установок повинні бути виконані з міцних сталей. Для досвідченого і дрібносерійного виробництва можна застосовувати більш дешеві і легко оброблювані матеріали.
Головними недоліками електрогідроімпульсній штампування є обмежена енергоємність установки, невисока стійкість електродів, велике розсіювання енергії ударної хвилі.

Рис. 8. Преси і установки для електрогідравлічної штампування листових деталей літальних апаратів та їх двигунів.

Рис. 9. Схема технологічного блоку преса ПЕГ - 60, модернізованого для електрогідравлічної штампування з нагріванням.
Електросхема установок для електромагнітної штампування аналогічна електросхемі установок для електрогідравлічної штампування, проте, принцип перетворення електричної енергії, накопиченої в конденсаторах, в необхідну для штампування механічну енергію відрізняється. Електромагнітна штампування заснована на перетворенні електричної енергії в механічну за рахунок імпульсного розряду конденсаторів через соленоїд, навколо якого при цьому виникає магнітне поле високої потужності, яка наводить вихрові струми в трубчастою або листової струмопровідне заготівлі. взаємодія вихрових струмів з магнітним полем створює механічні сили, які виробляють деформування заготовки по пуансону або матриці. На рис. 10 - 13 наведені схеми формозміни за допомогою імпульсних магнітних полів [43, 56 ÷ 65, 185 ÷ 191].

Рис. 10. Основні схеми магнітно-імпульсного формозміни.

Рис. 11. Концентрація магнітного потоку в двох зонах АА круглої заготовки:
1 - індуктор;
2 - конденсатор;
3 - заготовка.
Застосовувані для електромагнітної штампування установки пристосовані, головним чином, для деформування трубчастих заготовок і виготовлення різних з'єднань труб, проте головним недоліком електромагнітної штампування є низька стійкість індукторів. З проведеного аналізу в області динамічних високошвидкісних процесів із застосуванням різних енергоносіїв видно, що використання порохових установок для формоутворення деталей з листових заготовок і труб є одним з важливих напрямків в галузі машинобудування.

Рис. 12. Роздача трубчастої заготовки шляхом імпульсного пропускання струму:
1 - заготовка; 2 - струмопровідний стрижень; 3-ізоляція.

Рис. 13. Принципова схема магнітно-імпульсної штамповки через проміжне середовище (воду): 1 - корпус; 2 - індуктор; 3 - поршень; 4 - вода; 5 - заготовка; 6 - матриця.

АНАЛІЗ ТЕОРЕТИЧНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ В ОБЛАСТІ ВИБУХОВИХ процесу формоутворення
У процесі формоутворення деталей з трубчастих заготовок, матеріал останніх відчуває напружено-деформований стан, який може наближатися до критичного. Для ведення процесів необхідний попередній аналіз теоретичних розрахунків з метою збірки ефективного методу.
Останнім часом у будівельній механіці пластинок і оболонок знаходить широке застосування для розрахунків напружено-деформованого стану метод кінцевих елементів (МКЕ), що зводиться до апроксимації суцільного середовища з нескінченним числом ступенів свободи сукупністю підобластей або елементів, що мають кінцеве число ступенів свободи [66]. Як елементи для плоских заготовок застосовують трикутники, а для просторових тетраедри. У осесиметричних оболонках обертання кінцевими елементами можуть бути частини оболонки, утворені з початкової перерізами, перпендикулярними до її осі обертання.
Усередині кожного елемента задаються функції форми, що дозволяють визначити переміщення точок елемента за переміщенням у вузлах. За координатні функції приймаються функції, тотожно рівні нулю, всюди, крім одного кінцевого елементу, усередині якого вони збігаються з функціями форми. В якості невідомих коефіцієнтів методу Рітца (МСЕ часто трактується як метод Рітца) беруться вузлові переміщення. Після мінімізації функціоналу енергії виходить алгебраїчна система рівнянь (основна система), яка може бути вирішена методами обчислювальної математики на ЕОМ.
Розрахунку великих динамічних пружнопластичних деформацій типу балок і кілець методом кінцевих елементів з урахуванням зміцнення і залежності характеристик матеріалу від швидкості деформації присвячені роботи [66, 68].
Проблемам пластичного течії тонколистового металу при імпульсному формоутворенні присвячені роботи [69 ÷ 71]. У цих роботах розглядаються процеси імпульсного формоутворення тонколистовий заготівлі в кругле витяжний вікно матриці; співвідношення між швидкостями руху заготовки, деформаціями та переміщеннями; між швидкостями пластичних хвиль вигину і розтягування, визначено їх рівність. Дан спосіб оцінки критичної швидкості удару, перевищення якої призводить до вирубки металу замість формоутворення. Процеси деформування заготовок описуються системою диференціальних рівнянь.
Велика кількість робіт присвячена теоретичним питанням геометрично нелінійної теорії пружності в застосуванні до тонких осесиметричним оболонок [72 ÷ 85].
Методи рішення фізично нелінійних задач теорії пластичності та загальні питання теорії пластичності розглянуті в роботах [66, 86 ÷ 114].
Інженерні методи дослідження ударних процесів, динаміка споруд, розрахунок їх на дію короткочасних сил, коливання деформівних систем представлені в роботах [115 ÷ 121].
У монографії [122] враховується геометрична нелінійність при вирішенні задач механіки суцільних середовищ методом кінцевих елементів без урахування фізичної нелінійності та в статичній постановці.
Методи рішення систем алгебраїчних рівнянь, до яких зводяться задачі, що описуються звичайно-елементними моделями в лінійній постановці, запропоновані в роботах [123, 124].
Питання динамічної штампування місцевих отбортовок і законцовок на трубах великої довжини імпульсним методом розглянуті в роботі [125].
Алгоритм розрахунку динамічної поведінки плоскої заготовки з урахуванням різних граничних умов, а також поданням матеріалу заготовки пружнопластичних з деформаційних зміцненням в залежності від швидкості деформації, пропонується в дослідженнях [126].
У роботі [127] розроблено загальний вигляд рівнянь зв'язку напруг і деформацій в матеріалі при одноосьовому напруженому стані з урахуванням впливу швидкості деформації та історії попереднього навантаження. Тут же використовуються квазистатическим експериментальні результати про механічне поведінці матеріалу для опису високошвидкісного навантаження.
У роботах [128 ÷ 132] враховані фізична і геометрична нелінійності при вирішенні завдання імпульсного пружнопластичного деформування плоскої заготівки методом кінцевих елементів. Тут же враховуються й інші фактори навантаження та поведінки металу при динамічному впливі: утонение, довільна діаграма напруг-деформацій, інерційні сили, складність навантаження, початкові деформації і напруження.
Проте в останніх роботах рішення отримані тільки для деталей з плоских заготовок. При формуванні заготовок з труб завдання ускладнюється, тому що необхідно застосовувати інші кінцеві елементи, потрібно більш простий облік фізичної нелінійності для поліпшення збіжності фізично нелінійного рішення, змінюються граничні та початкові умови.
У роботі [133] з точки зору механіки деформівного твердого тіла розглянута безмоментна циліндрична оболонка. Траєкторія деформування, побудована в двовимірному просторі А. А. Ільюшина, зберігає квазілінійний характер до інтенсивностей деформацією близько 25%. Потім траєкторії викривляються, що вказує на необхідність коригування визначальних співвідношень. У тій же роботі відзначається, що у меншій мірі досліджені постановки та вирішення завдань при нестаціонарному (зі зміною характеристики процесу в точках ейлерова простору) кінцевому формозміни з урахуванням зміцнення матеріалу. У роботі застосовано метод кінцевих елементів.
Аналіз, наведених у цьому параграфі робіт, показує, що при визначенні технологічних параметрів вибухового способу формоутворення деталей з трубчастих заготовок на основі розгляду динаміки і напружено-деформованого стану заготівлі-деталі можна застосувати найбільш потужний метод чисельного аналізу - метод кінцевих елементів, який потребує свого подальшого розвитку стосовно до розглянутого класу задач.

НОМЕНКЛАТУРА Трубчасті ДЕТАЛЕЙ ВМД
У конструкціях сучасних газотурбінних двигунів, особливо великого ресурсу, широке застосування отримали деталі з листових і трубчастих заготовок, що виготовляються з високоміцних нержавіючих і титанових сплавів [64].
На малюнку 14 зображено схематичний розріз газотурбінного двигуна сімейства НК-8, що використовується для літаків Ту-154, Іл-62 та Іл-86.
Розглянемо номенклатуру двох найбільш поширених груп деталей, які займають до 15% від трудомісткості виготовлення всього двигуна: трубчасті з'єднання (рис. 14-а) і трубчасті деталі, одержувані з листових заготовок (рис. 14-б).

Рис. 14. Схематичний розріз газотурбінного двигуна сімейства НК-8:
а - трубчасті з'єднання;
б - трубчасті деталі, одержувані з листових заготовок.
У двигунах сімейства НК-8 знаходять широке застосування трубчасті ніпельні з'єднання зі сферичною і конусної розвальцьовуванням, телескопічні та інші (рис.15).
У цих типах з'єднань, як правило, є елемент, що містить місцеві кільцеві опуклості-зиги або розвальцювання за формою сфери або конуса.

Рис. 15. Ніпельні з'єднання.
На малюнку 16 зображено ніпельні з'єднання трубопроводів. Герметичність в цій схемі забезпечується за рахунок пружного контакту зовнішньою поверхнею ніпеля 2 з відповідної внутрішньої конічною поверхнею штуцера 4. При цьому необхідно забезпечувати щільне прилягання труби 1 до поверхні ніпеля 2, частина якої є поверхнею сфери. Щільне прилягання труби до ніпеля досягається її роздачею без деформації самого ніпеля.

Рис. 16. Ніпельні з'єднання трубопроводів з сферичною розвальцьовуванням в конструкціях двигунів літальних апаратів.
На малюнку 17 показано схему з'єднання трубопроводів з конусної розвальцьовуванням. З'єднання розвальцьованої на конус труби 1 з штуцером 4 виконується при затягуванні гайки 3 через ніпель 2.

Рис. 17. З'єднання трубопроводів з конусної розвальцьовуванням.
Телескопічний з'єднання трубопроводів 1 і 2 (рис. 18) здійснюється за допомогою гайок 4, перехідника 3 та ущільнювальних кілець 5.

Рис. 18. Телескопічний з'єднання трубопроводів.
Виготовлення та монтаж трубопроводів, їх з'єднання виконуються на Казанському моторобудівному виробничому об'єднанні з ТУ 01.251. Номенклатура законцовок трубопроводів КМПО представлена ​​в таблиці 1. З неї видно, що операція конусної розвальцьовування решт трубопроводів є найбільш часто застосовується операцією при виготовленні рознімних ніпельні сполук трубопровідних систем двигунів літальних апаратів.
Процес утворення конічної частини труби здійснюється роликовим інструментом на верстаті TP1-3M, що обумовлює низьку якість одержуваних деталей і високий відсоток браку (до 15%) через залишаються слідів контакту жорсткого інструменту з трубою і появи тріщин від дії локальних навантажень. Крім того, найбільш часто зустрічаються загальними недоліками в конусної розвальцьовування трубопроводів є наступні: освіта гострого кута в місці переходу циліндричної частини труби в конічну, утонение на кромці конуса до 30%, неможливість обробки високоміцних матеріалів, поява тріщин у районі максимального діаметру конуса.
Таблиця 1
Найменування
операції
Розмір труби, мм
Кількість законцовок по виробах, шт.
Матеріал
Тву
М
ТМ (рем)
Сферична
розвальцьовування
Конусна
розвальцьовування
Зіговка
16х0, 8
22х0, 8
27х0, 8
34х0, 8
8х0, 6
12х0, 6
16х0, 8
22х0, 8
16х0, 8
22х0, 8
27х0, 8
34х0, 8
1
24
2
2
64
18
23
5
-
1
-
2
-
38
8
5
119
37
32
2
4
-
1
1
1
20
1
2
68
28
14
-
2
-
-
2
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
Операція сферичної розвальцьовування здійснюється в спеціальній оснастці за рахунок видавлювання сфери за допомогою гумового пуансона. Процес формоутворення є трудомістким, включає значну кількість ручних робіт при роботі з оснащенням. Посилення формоутворення, створюване пресів моделі П-37, призводить до частої зміни гумових пуансонів і не завжди забезпечує необхідну якість готових деталей. Використання еластичного пуансона дає великий відсоток недоштамповкі по внутрішній поверхні ніпеля, швидкий знос еластичного матеріалу, утруднений з'їм його з труби після штампування.
Операція зіговка труб діаметром більше 18 мм здійснюється на роликовому верстаті моделі Д-7690-75-00-000, виготовленому в об'єднанні, а зіговка труб діаметром 16 мм і менш здійснюється вручну.
Процесу роликової обкатки притаманні такі недоліки: поява утонения (до 40%) на стінках зігов, отримання недеформованому зигу, нечітке оформлення радіусів переходу, елліпсность труби і поява тріщин в районі максимальної роздачі.
Як видно з вищевикладеного найбільш поширені методи розвальцьовування на конус, сферичної розвальцьовування і зіговка мають істотні недоліки і обмеженими можливостями. Це викликає необхідність пошуку нових методів виготовлення законцовок труб і розробки відповідного обладнання, що забезпечують більш високу якість отримуваних деталей, простоту застосовуваного обладнання та інструменту, можливість формоутворення труднодеформіруемих матеріалів, економічність процесу.
Формоутворення трубчастих деталей з листових заготовок по існуючим технологічним процесам також є трудомісткою операцією із застосуванням значної частки ручних доводочних робіт.
Так, трубчаста деталь «перехідник» (рис. 19-а) з листової сталі Х18Н10Т товщиною 1 мм за колишньою технології штампувати на гідравлічному пресі в пристосуванні з розтискні пуансоном в 2-3 прийоми. Недоліком такого способу є нерівномірність деформації заготовки по периметру при розтягуванні на пуансоні і значна ограновування, яка тільки частково зменшується при збільшенні кількості прийомів формоутворення. Це було причиною частого шлюбу та неякісної зборки з стикується деталлю.
Деталі типу «патрубок» (рис. 19-б, в, г) з матеріалу BT1-0 товщиною 1,2 - 1,5 мм виготовлялися з двох половинок, попередньо відформованих в штампі з ручною підганянням та зварюванням цих половинок. Недоліком такої технології є велика трудомісткість і нераціональна витрата листового матеріалу.
Виготовлення деталі «кожух» (рис. 19-д) з матеріалу ЕІ-696А товщиною 1,5 мм за колишньою технології включало гибку в циліндр і наступну зварювання стикового шва, а також вибивання вручну двох бобишек та освіта 14 отворів з відбортовки.
Деталь типу «циліндр» (рис. 19-е) з листової сталі Х18Н10Т товщиною 1,5 мм виготовлялася ручної слюсарним обробленням, що вимагає значної підгонки при складанні в вузлі по відбортовка і зрізу.
Деталь «середина бака» (рис. 19-ж) з матеріалу BT1-0 товщиною 1 мм виготовлялася за колишньою технології шляхом згортання листа в циліндр і зварювання, ручний вибивача чотирьох круглих майданчиків і формоутворенням кільцевого рифту.
Зазначені недоліки існуючих технологічних процесів отримання трубчастих деталей з високоміцних труднодеформіруемих матеріалів визначили завдання створення нових технологічних процесів і обладнання, які б дозволили значно зменшити частку ручних доводочних робіт, зменшити кількість переходів і забезпечили більш високу якість виготовлення деталей, оскільки система показників якості, прийнята при виробництві авіаційних газотурбінних двигунів має взаємозв'язок з критеріями ефективності в експлуатації цих двигунів [143].

Рис. 19. Трубчасті деталі:
а - «перехідник»; б, в, г - «патрубок»;
д - «кожух»; е - «циліндр», ж - «середина бака.

Рис. 20. Схема високошвидкісного молота вибухового дії [141,145, 155 ÷ 160]:
1 - заряд пороху; 2 - станина; 3 - силова рама, 4 - амортизатори; 5 - основа силовий рами; 6 - перехідні конуса; 7 - змінні матриці; 8 - стовбур; 9 - шток; 10 - снаряд-бойок; 11 - гайка; 12 - гідромеханічний замок; 13 - гідроциліндри; 14 - вибухова камера;
15 - затвор; 16 - штампове оснащення; 17 - штоки; 18 - букса; А - конічне гніздо;
В - гідравлічний порожнину.

РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ ВИБУХОВИЙ Формоутворення Трубчасті ДЕТАЛЕЙ
Пропоновані техпроцеси передбачають можливість проведення операції калібрування, зіговка, конусного та сферичної розвальцьовування трубопроводів діаметрами 8 ÷ 60 мм на порохових установках моделей УП-1 і УФКТП-16/60, а також діаметрами 60 - 600 мм на високошвидкісному молоті вибухового дії, замість використовуваного обладнання у вигляді трубовальцовочного верстата ТР1-3М, преса П-37, роликового верстата Д 7690-75-00-000, оскільки найбільш трудомісткими є процеси сферичної розвальцьовування, а найбільша номенклатура по виробах ТМ, тву, М, У припадає на конічну розвальцювання. Трудомісткості формоутворення труб і номенклатура трубопроводів наведені в таблицях 2 - 4.
Таблиця 2
Трудомісткість формоутворення труб
Найменування операції
Обладнання
Трудомісткість, н / хв
1
2
3
1. Калібрування
2. Зіговка
3. Розвальцьовування сфери
4. Розвальцьовування на конус
5. Торцювання
Прес П-37, штампи
Роликовий верстат
Д 7690-75-00-000
Прес П-37, штампи
Труборазвальцовочний верстат ТР1-3
Пристосування торцювальні Д-5352-0492 (вручну)
3
5
17
5
6

Таблиця 3
Номенклатура трубопроводів по конусної розвальцьовування
Виріб
Кількість найменувань за діаметрами
Всього найменувань на виріб
Кількість кінців труб на виріб
Ø 8,0 х0, 6
Ø 12,0 х0, 6
Ø 16,0 х0, 8
«ТМ»
«Тву»
«М»
«У»
42
42
62
43
13
18
30
29
10
13
20
18
65
73
112
90
103
115
188
149
Таблиця 4
Номенклатура трубопроводів по сферичній розвальцьовування і зіговка
Виріб
Кількість найменувань за діаметрами
Всього найменувань на виріб
Кількість кінців труб на виріб
Ø 16
Ø 22
Ø 27
Ø 34
«ТМ»
«Тву»
«М»
«У»
4
1
3
-
9
14
17
5
1
1
4
5
1
1
4
13
15
17
28
23
25
31
52
46
З цієї номенклатури був проведений вибір типових представників законцовок діаметрами 8, 12, 16 мм для конусної розвальцьовування і діаметрами 16, 22, 27, 34 для зіговка і сферичної розвальцьовування.
Розробка конструкцій оснащення - матриць під типові представники проведена на основі технічних умов підприємства, що пред'являються до готових деталей. При цьому враховувалося, що при розвальцьовування формування труби здійснюється у ніпель, вкладений у внутрішню порожнину матриці, яка повторює його зовнішні розміри і розміри каліброваного ділянки труби. Зіговка здійснюється безпосередньо в матрицю.
Матеріал матриць 30ХГСА, твердість НС 45-50, діаметр 50 мм , Довжина 45 - 58 мм . Розробляються технологічні процеси є проміжними операціями діючої на підприємстві серійної технології виготовлення за ТУ 01.251; ТУ 86.500.000 і ТУ 152.800.000.
Техпроцес включає в себе наступні етапи:
- Підготовка обладнання та встановлення труби в відповідну матрицю, яка попередньо введена в технологічний блок установки;
- Гідравлічний затиск матриці при тиску 9,8 МПа (100 кгс / см 2);
- Засипання навішення пороху і затвор камери згоряння;
- Електроподжіганіе пороху з дистанційного пульта;
- Формування і з'їм деталі;
- Вентиляція;
- Гідрораз'ем матриць;
- Знімання готової деталі;
- Контроль деталі в БТК цеху;
- Випробування.
У результаті обробки процесів, контролю геометрії деталей і гідровипробувань були встановлені технологічні параметри процесів, які поміщені в таблицю 5.
З метою узагальнення результатів відпрацювання технологічних процесів була складена таблиця 6 потрібної маси зарядів для формоутворення труб з матеріалу АМ Г - 2М, 12Х18Н10Т і титанового сплаву 7М для діаметрів 8 ÷ 34 мм.
Таблиця 5
Режими технологічних процесів
Найменування
операції
Розмір
труби Ø, мм
Марки
матеріалу
Тиск затиску матриці, МПа
Навішення пороху, м
Установка
УП-1
Установка УФКТП-16/60
Конусна
розвальцьовування
Зіговка,
калібрування
Сферична
розвальцьовування
8х0, 6
12х0, 6
16х0, 8
16х0, 8
22х0, 8
27х0, 8
34х0, 8
16х0, 8
22х0, 8
27х0, 8
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
10
10
10
10-20
10-20
10-20
10-20
10-20
10-20
10-20
0,7
0,8
0,9
1,8
2,0
2,3
2,6
2,0
2,2
2,4
-
-
-
8,0
8,0
9,0
9,0
8,0
9,0
9,0
Таблиця 6
Потрібна маса зарядів
Найменування
операції
Розмір
труби Ø, мм
Марки
матеріалу
Навішення пороху, м
Установка
УП-1
Установка УФКТП-16/60
Конусна
розвальцьовування
Зіговка,
калібрування
Сферична
розвальцьовування
8,0 х0, 6
12,0 х0, 6
16,0 х0, 8
16,0 х0, 8
18,0 х1, 0
20,0 х1, 0
22,0 х0, 8
25,0 х0, 5
27,0 х0, 8
28,0 х1, 5
30,0 х0, 5
34,0 х0, 8
36,0 х0, 8
42,0 х1, 0
16,0 х1, 0
22,0 х0, 8
27,0 х0, 8
34,0 х0, 8
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
АМ Г - 2М
АМ Г - 2М
12Х18Н10Т

12Х18Н10Т
АМ Г - 2М

12Х18Н10Т

АМ Г - 2М
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
0,7
0,8
1,0
1,8
1,4
1,5
2,0
2,2
2,2
1,8
2,5
2,6
2,8
2,3
2,0
2,2
2,4
2,8
-
-
-
8,0
-
-
8,0
-
9,0
-
-
9,0
-
-
8,0
9,0
9,0
-
Типові деталі, що виготовляються за цим техпроцесу, далі показані на малюнках.
Можливості впроваджуваних техпроцесів наступні:
- Проведення технологічних операцій калібрування, зіговка, сферичної та конусної розвальцьовування на одній установці;
- Формоутворення деталей з високоміцних матеріалів і титанових сплавів діаметрами 8 ÷ 60 мм з коефіцієнтами роздачі 1,1 ÷ 1,3;
- Ремонт і монтаж трубопровідних систем в польових умовах;
- Проведення пробивки отворів в трубопроводах, необхідних для відгалужень.
Таким чином, можна зробити висновок, що розроблені техпроцеси для деталей 22 найменувань можна застосовувати як на підприємствах галузі, так і загального машинобудування.
На високошвидкісному молоті вибухового дії відштамповані трубчасті деталі з високоміцних матеріалів діаметром до 600 мм і висотою до 550 мм (Рис. 21).

Рис. 21. Відштамповані на молоті вибухового дії трубчасті деталі.
При штампуванні деталі «патрубок» за 1 удар снаряда-бойка виходять 4 готові деталі з однієї циліндричної заготовки (рис. 22). Матриця виготовлена ​​таким чином, що при ударі снаряда-бойка вода, що використовується в якості середовища, формует заготовку по заглиблень у матриці діаметром 85 мм , Утворюючи відбортовки і просіках з гострих виступів; вона одночасно просікає заготівлю і по кутах канавок глибиною 5 мм , Виконаних по радіусу 304 мм . Виходять 4 готові деталі, у яких необхідно притупити лише гострі кромки.

Рис. 22. Схема отримання 4-х деталей типу «патрубок» за один удар на молоті вибухової дії.
Повне формоутворення і поділ на деталі здійснюються зарядом пороху масою 25 г .
Враховуючи можливий швидкий знос ріжучих крайок, штамп виготовлений зі знімними вставками.
Техпроцеси на молоті вибухового дії відпрацьовані для виготовлення 10 найменувань великогабаритних трубчастих деталей.

РОЗРОБКА ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ВИБУХОВИЙ
Формоутворення
Для свідомості оптимальних умов виготовлення якісних деталей вибуховим формоутворенням необхідно забезпечити задані швидкості снаряда-бойка і енергії удару, які в свою чергу визначаються фізико-механічними характеристиками матеріалу оброблюваної заготовки, а також її геометрією.
У відомих молотах необхідна енергія удару може бути досягнута підбором відповідних компонентів вибухової речовини та величини тиску, під яким його подають у вибухову камеру. Однак забезпечити порівняно високу швидкість удару при відносно невеликій величині енергії удару, які необхідні при обробці малогабаритних деталей, неможливо внаслідок порівняно великої величини маси елементів, які впливають на заготівлю при її деформації. Так само як при порівняно великій швидкості удару - забезпечити порівняно малу енергію удару при обробці тих самих деталей. Тому на відомих молотах виключена можливість обробки деталей різних типорозмірів, що обмежує технологічні можливості молота.
В основу розробки було поставлено завдання створити високошвидкісний молот вибухового дії з ударним тілом такої конструкції, яка дозволила б при постійній величині енергії удару змінювати в широких межах величину швидкості удару, що значно розширить технологічні можливості молота.
Це завдання вирішується тим, що у високошвидкісному молоті вибухового дії, в нерухомій станині якого змонтована силова рама, що несе нижній інструмент і силовий циліндр, надпоршневий порожнину якого служить вибуховою камерою, і на підлогою штоку поршня якого співвісно з нижнім інструментом розміщено ударне тіло з верхнім інструментом , ударне тіло встановлено в порожнині штока з можливістю незалежних від нього осьових переміщень за допомогою розміщеного в цій же порожнини бойка, переміщуваного тиском газів, що утворюються в процесі вибуху у вибуховій камері, сполученої з порожниною штока через центральний отвір, виконане в поршні.
При цьому доцільно, щоб ударне тіло являло собою поршень додаткового силового циліндра, закріпленого на підлогою штоку поршня основного силового циліндра таким чином, що надпоршневий порожнину додаткового силового циліндра є продовженням порожнини зазначеного штока і має можливість повідомлення з пневмомагистраль для повернення бойка у вихідне положення, а подпоршневую порожнину додаткового силового циліндра повідомлена з пневмомагистраль для повернення його поршня в початкове положення. При цьому, основний силовий циліндр змонтований з можливістю осьових настановних переміщень його корпусу. Для цього циліндра є кільцевої бурт, а у силовий рами на поверхні, поєднаної з поверхнею корпусу цього силового циліндра, виконана кільцева проточка для розміщення кільцевого бурту, що розділяє її на дві порожнини для розміщення текучого середовища, з якої здійснюються осьові настановні переміщення корпусу основного силового циліндра .
Таке технічне рішення дозволяє значно зменшити величину маси, що впливає на заготівлю при її деформації, і повідомляти ударному тілу за допомогою порівняно легкого бойка задані швидкість та енергію удару. При цьому підбором відповідної кількості вибухової речовини та величини тиску, під яким його подають у вибухову камеру, можна ударному тілу повідомляти задану енергію удару при заданій швидкості удару. Тим самим забезпечується можливість обробки на пропонованому молоті деталей різних типорозмірів, а, отже, значно розширюються його технологічні можливості.
Можливість здійснення осьових настановних переміщень корпусу основного силового циліндра дозволяє підводити верхній інструмент до заготівлі, розміщеної на нижньому інструменті, на відстань, меншу величини ходу поршня додаткового силового циліндра.
Крім того, таке технічне рішення повернення ударного тіла у вихідне положення дозволяє виключити з конструкції молота гідроциліндри, змонтовані в нижній частині силовий рами, і звільнити тим самим зону деформування заготовки.
Доцільно, щоб у надпоршневому порожнини додаткового силового циліндра було розміщено пружне тіло для впливу через нього бойка на поршень цього силового циліндра.
Це дає можливість застосовувати поршні додаткового силового циліндра з площею поперечного перерізу дорівнює або суттєво відмінною від площі поперечного перерізу бойка для забезпечення можливості варіювання величиною енергії удару постійної швидкості удару.
Крім того, наявність пружного тіла між бойком і поршнем додаткового силового циліндра забезпечує зменшення напружень у бойку і згаданому поршні при їх зіткненні, що знижує знос бойка і поршня і підвищує надійність молота.
Доцільно в якості пружного тіла взяти рідина. У даному технічному рішенні полягає простота забезпечення заданої форми пружного тіла, зручніше заповнення порожнини з перемінним перетином, а також незначний коефіцієнт тертя.
Відношення маси поршня додаткового силового циліндра з верхнім інструментом до маси бойка дорівнює відношенню квадратів площ поперечних перерізів поршня і бойка.
При цьому доцільно, щоб площа поперечного перерізу поршня додаткового силового циліндра була дорівнює площі поперечного перерізу бойка, а також істотно більше або менше її.
Такі технічні рішення дають можливість повідомляти поршню додаткового силового циліндра енергію удару, величину якої можна змінювати в широких межах при незмінній швидкості удару верхнього інструменту по заготівлі шляхом зміни кінетичної енергії і швидкості переміщення бойка. У результаті цього, застосовуючи поршні з різною площею поперечного перерізу, на одному і тому ж молоті можна обробляти заготовки різних типорозмірів, що значно розширює технологічні можливості молота.
Відповідно до поставленої задачі необхідно щоб відношення маси поршня додаткового силового циліндра з верхнім інструментом до маси бойка було менше відносини квадратів площ поперечних перерізів поршня і бойка, що має в результаті цього можливість повідомлення верхньому інструменту додаткового імпульсу тиску.
Це дозволяє обробляти деталі і здвоєним ударом з малою паузою між ударами. Можливість зміни ставлення величин енергії цих ударів також розширює технологічні можливості молота.
Доцільно також, щоб відношення маси поршня додаткового силового циліндра з верхнім інструментом до маси бойка було більше відношення квадратів площ поперечних перерізів поршня і бойка, при цьому порожнина штока основного силового циліндра повідомлена з атмосферою каналом, виконаним в стінці зазначеного штока на відстані від його торця, дещо більшому довжини бойка.
При такому технічному рішенні бойок одержує можливість повернутися у вихідне положення під дією пружних сил, що виникають у пружному тілі при взаємодії бойка з поршнем додаткового силового циліндра через зазначене кругле тіло. Бойок, опускаючись нижче вказаного каналу, дає можливість повідомлення порожнини штока з атмосферою, в результаті чого гази з вибухової камери і порожнини штока викидаються через цей канал в атмосферу, тиск над бойком падає і не перешкоджає поверненню бойка у вихідне положення. Це призводить, крім того, до підвищення продуктивності молота.
Бойок і порожній шток із закріпленим на ньому додатковим силовим циліндром встановлені з можливістю спільного переміщення в основному силовому циліндрі, подпоршневую порожнину якого повідомлена з пневмомагистраль, де вмонтовано відоме пристрій для зниження тиску в цій подпоршневую порожнини, і в результаті такого спільного переміщення здійснюється попередній підведення верхнього інструменту до заготівлі і високошвидкісне її деформування при впливі бойка на поршень додаткового силового циліндра через пружне тіло. Це дозволяє здійснити високошвидкісне деформування заготовки зі швидкістю, що зростають від нуля до заданої.
Таке технічне рішення дає можливість здійснювати на пропонованому молоті обробку трубчастих, листових заготовок, а також інші види обробки.
Колективом спільно з автором розроблений і створений багатоцільовий високошвидкісний молот вибухового дії, який запатентований за кордоном у шести країнах [155 ÷ 160].
Високошвидкісний молот вибухового дії включає в себе (мал. 20) жорстко закріплену на фундаменті станину 2 з двома стійками-кронштейнами і підставою.
У напрямних станини 2 на гідрогазових амортизаторах 4 рухомо з можливістю вертикальних переміщень встановлена ​​силова рама 3. Остання має підставу 5 із конічним гніздом А і перехідними конусами 6, призначеними для установки та замикання змінних матриць 7 різних габаритів.
У верхній частині силовий рами 3 різьбовий гайкою 11 і гідромеханічним замком 12 фіксується спрямовує стовбур з порожнистим робочим штоком 9 і снаряд-бойком 10. Він може переміщатися гідроциліндрами 13 і включає вибухову камеру 14 із зазором 15, призначеними для установки і підриву заряду пороху 1.
Перед пострілом снаряд-бойок 10 фіксується у вибуховій камері у вихідному положенні пружинними стопорами.
У нижній частині штока на буксе кріпиться ущільнювальний елемент робочої штампового оснащення 16.
Шляхом простих наладок штампового оснащення 7 і 16, вибору необхідної дози заряду пороху 1 і маси снаряда-бойка 10 молот налаштовується на виконання технологічних процесів обробки трубчастих деталей.
При штампуванні трубчастих деталей (рис. 23) заготівлю 19 встановлюють в матрицю 7 з ущільнюючої оснащенням 16.

Рис. 23. Схема штампування трубчастих деталей:
7 - змінна матриця; 8 - стовбур;
16 - ущільнювальна штампове оснащення;
18 - букса; 19 - заготовка деталі.
Стовбур 8 гідроциліндром 13 опускається до упору в матрицю 7 і фіксується в цьому положенні гайкою 11 і гідромеханічним замком 12.
При цьому штоки 17 гідроциліндрів 13 впроваджуються у гідравлічні порожнини В амортизаторів 4, внаслідок чого силова рама 3 піднімається над станиною 2 на відстань, що забезпечує гасіння ударних навантажень на фундамент і плавну зупинку рухомих елементів молота після удару.
Внутрішня порожнина заготівлі заповнюється водою до зливних отворів у буксе 18, одночасно у вибухову камеру 14 встановлюють заряд пороху 1 і замикають затвор 15. Після цього проводиться підрив заряду пороху і під дією тиску порохових газів снаряд-бойок 10 розганяється по стовбуру до необхідної швидкості і наприкінці ходу вдаряє по дзеркалу води, створюючи в ній високий тиск, який, впливаючи на заготівлю, деформує її по внутрішньої порожнини матриці, утворюючи, таким чином, потрібну деталь.
Після цього стравлюють залишився тиск порохових газів з камери згорання, відкривають затвор 15 і повертають снаряд-бойок 10 в початкове положення, відкриваючи гідромеханічний замок 12, піднімають стовбур 8 вгору. Виштовхнувши штамп 7 з конічного гнізда технологічного блоку, розкривають його і витягають готову деталь.

ТЕХНОЛОГІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА МОЛОТ
Максимальна енергія удару, кгс ∙ м 25000
Швидкість зіткнення, м / с до 300
Максимальна вага заряду, кг 0,25
Діаметр снаряд-бойка, мм 84
Маса снаряд-бойка, кг від 1 до 22
Зусилля затягування матриць, кг 50000
Енергоносій порох «Сокіл»
Тривалість циклу, хв 1-3
Габаритні розміри в плані, мм 2200х1500
Висота молота над рівнем підлоги, мм 4500
Маса молота, кг 10500
Створено також порохова установка для формоутворення решт трубопроводів - УФКТП-16/60, яка має такі технічні характеристики:
1. Найбільший тиск порохових газів
порожнини камери згоряння, н / см 2 40000
2. Найбільша маса порохового заряду, г 5
3. Розміри якi формуються труб, мм
зовнішній діаметр 16 ÷ 60
товщина стінки 0,5 ÷ 2,5
4. Найбільше зусилля на штоку гідроциліндра
герметизації внутрішньої порожнини заготівлі, н 40000
5. Зусилля на штоку гідроциліндра затиску
матриць, н 11500
6. Об'єм камери згоряння, см 3 20 ÷ 80
7. Габаритні розміри установки без
пульта керування, мм
довжина 1130
ширина 720
висота 2000
8. Маса установки, кг 1180
На установці УФКТП-16/60 (рис. 24) заготівля труби 1 монтується на кінець оправлення 17 з еластичної втулкою 19 до упору в опорну шайбу 6 і затискається за допомогою циліндра затиску полуматріц 18, клина 5, рамки 4 в полуматріцах 3 і 2. Еластична втулка 19 попередньо затягується циліндром попереднього затиску ущільнення 14.
Порох з бункера 13, встановленого на корпусі 23, заповнює порожнину мірної шайби 20 і при відкриванні затвора 10 за допомогою циліндра повороту і відкривання затвора 16 шляхом обертання зубчастого сектора 7, переміщення до упору рейки 8, повертає сам затвор 10, а при подальшому русі штока циліндра 16 і повороту важеля затвора 9 виробляється пересування повзуна до затвора дози пороху з мірної шайби 20 через пітатель21 в камеру згоряння 22. потім затвор 10 замикає через ущільнювальне кільце 11 камеру згоряння 22, проводиться підпал пороху зональної свічкою 15 і виділяються при згорянні пороху гази по каналу оправлення 17 через еластичне ущільнення 19 деформуючий заготівлю 1.
Після виконання операції розкривають полуматріци 3 та витягають деталь.

Рис. 24. Схема установки УФКТП-16/60:

1 - заготовка труби;
2, 3 - полуматріци;
4 - рамка;
5 - клин;
6 - опорна шайба;
7 - зубчастий сектор;
8 - рейка;
9 - важіль затвора;
10 - затвор;
11 - кільце ущільнювача;
12 - повзун дозатора пороху;
13 - бункер;
14 - циліндр попереднього затиску ущільнення;
15 - запальний свічка;
16 - циліндр повороту і відкривання затвора;
17 - оправлення;
18 - циліндр повороту і відкривання затвора;
19 - еластична втулка;
20 - мірна шайба;
21 - живильник;
22 - камера згоряння;
23 - корпус.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Диплом
145.3кб. | скачати


Схожі роботи:
Формоутворення деталей литтям
Формоутворення деталей методами лиття
Техпроцеси формоутворення поширених оптичних деталей
Розрахунок деталей розпірного домкрата і розробка ескізів цих деталей
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ імпульсів для метеорологічного застосування
Деякі методи лікування переломів довгих трубчастих кісток
Відня і мікросудини підслизового шару стінки деяких трубчастих внутрішніх органів
Математична модель формоутворення
Формоутворення в жанрі хорового концерту

Нажми чтобы узнать.
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru