Деформирование и сборка деталей импульсным магнитным полем .

Магнитно-импульсная штамповка основана на силовом взаимодействии сильного переменного кратковременного магнитного поля индуктора с вихревыми токами в поверхностном слое заготовки , индуцированными данным полем .

Магнитное поле в индукторе возникает при разряде конденсаторной батареи . предварительно заряженной при помощи высоковольтного зарядного устройства .

Δ Рр Rз

           
   
 
     
 
 


dە do

               
     
   
 
 


Тр

dв

L dн С

 

               
   
   
       
 
 
 

 

 


В К do

 

 
 

 


3 2 1

 

 

1- магнитно-импульсная установка ; 2- спиральный цилиндрический индуктор ; 3- деформируемая установка ; 4 – оправка .

 

В поверхностном слое заготовки , куда проникает вследствии диффузии магнитное поле , действует объемная электромагнитная сила , определяемая законом Лоренца :

 

Рмv = jхΒ ,

где В – векор индукции магнитного поля ;j – вектор плотности индуцированных токов .

Если кривизна линий магнитной индукции незначительна , то объемные силы можно заменить эквивалентными поверхностными силами , равными плотности энергии магнитного поля :

рм = Wм /V ,

где рм – магнитное давление на стенку заготовки ; Wм – Энергия магнитного поля в объеме действующим на деформируемую заготовку .

 

рм =[Lизuo²exp(-3,14 γ)]/[6,28ωo²L²(dн +Δ)ΔL],

 

где uo- начальное напряжение зарядки конденсаторной батареи ; γ =R/ (ωo 2 L);

ωo- круговая частота разрядного тока ; ωo= 6,68(LС)½; Δ-зазор между индуктором и заготовкой .

При расчете технологических процессов магнитоимпульсной штамповки необходимо определять давление магнитного поля на деформируемую заготовку :

рд=Ơθh/R,

где Ơθ – напряжение в стенке трубы в окружном направлении ; h- толщина стенки трубы ; R – радиус трубы .

 

Ơθ = βkдВ(lndв/dо)m ;

 

где β = 1…1,15 коэффициент Лоде , характеризующий напряженное состояние ;

kд, В и m – параметры динамической кривой упрочнения материала заготовки .

Так как при импульсном деформировании необходимо преодолевать также и инерционные силы , то для эффективного деформирования необходимо , чтобы выполнялось соотношение :

р м /рд > 1 .

Для получения качественного соединения величина относительного давления должна составлять 2,5…6 .

С помощью этого метода можно осуществлять раздачу или опрессовку труб , листовую штамповку и другие операции .

Использование металлических переходников расширяет магнитно-импульсную обработку на неметаллические материалы .

 

 
 


переходник

 
 

 

 


заготовка

 
 


полиуретан

 
 

 

 


матрица

 

 

Штамповка с помощью электрогидроимпульсной установки.

 

Принцип действия установки заключается в высоковольтном электрическом разряде в воде . Существуют два вида режимов высоковольтного разряда в воде : лидерный (стримерный ) и тепловой . Первый имеет место при достаточно высокой величине удельной напряженности электрического поля (более 30 Кв/см ) , отличается относительной стабильностью , малой предпробойной паузой и высокой скоростью выделения энергии , что в свою очередь влияет на параметры силового поля в жидкости . Тепловой пробой имеет место при сравнительно низкой напряженности поля ( порядка 3…10 Кв/см ). При этом практически вся выделенная в канале энергия переходит в кинетическую энергию поля . Последний режим характерен сравнительно низким давлением в волне сжатия . Границу режимов можно оценить как :

 

δкр=0,06U²C⅓ ;

где δ – межэлектродный промежуток (мм ) ; U- напряжение (КВ) ; С – емкость конденсаторной батареи (мкФ) .

Примерная эпюра давления в воде при электроразряде :

 
 


Р

 

 

 
 

 


Время

 

Электрическая схема ЭГИ установки :

 

 


1 2 3 4

 

1- энергетический блок ; 2- блок накопления ; 3 – блок управления ; 4 – технологический блок .

 

 
 

 

 


Процесс ЭГИ осуществляется в следующей последовательности :

 

- выдвигается стол с технологической оснасткой ;

- устанавливается заготовка ;

- Задвигается стол с заготовкой под камеру ;

- опускается камера и заполняется водой ;

- производится зарядка конденсатора ;

- осуществляется разряд в камере .

Все эти этапы при необходимости могут быть автоматизированы .

Регулирование величины энергии осуществляется напряжением зарядки конденсаторов в соответствии с формулой энергии накопителя :

Е = СU²/2 .

Время разряда оценивается по формуле :

τ = π ( LC) ½ ;

где L – индуктивность электрической цепи .

В результате высоковольтного пробоя жидкости ,образуется плазменный канал , замыкающий электрическую цепь , через который протекает ток с амплитудой 1000….100000А , плазма разогревается вследствии джоулевых потерь до температур более 10000 градС , давление в канале достигает величины 100…1000 Мпа . Источник с такой концентрацией энергии способен выполнять разные технологические операции и находит практическое применение в различных областях ОМД : штамповке , сварке , снятии остаточных напряжений , очистке литья , очистке поверхностей деталей и узких каналов .

ЭГИШ можно осуществлять основные формообразующие операции (вытяжку , формовку , калибровку , отбортовку , раздачу , обжим ) , а также разделительные операции ( вырубку , пробивку , разрезка , обрезка ) , а также комбинированные операции .

Этим методом получают заготовки и детали из исходных плоских заготовок с габаритами в плане до 2 м . а также из исходных пространственных заготовок диаметром до 1,5 м и высотой до 1 м . Толщина исходных заготовок достигает 3…5 мм . Точность получаемых деталей соответствует 9…12 квалитетам , шероховатость поверхности со стороны рабочей жидкости не выше исходной , а со стороны контакта с жестким инструментом копирует микронеровности последнего .

Для осуществления технологических операций используют электрогидроимпульные установки энергоемкостью до 150кДж , что при длительности разряда порядка 4мкс позволяет создавать давления свыше 100 Мпа при скоростях деформирования до 300 м/с.

Давление в волне сжатия в выходном сечении камеры оценивается зависимостью :

рм = 0,6 Lк-1 10-5(ηаΈо)0,6τ-0,8 ;

return false">ссылка скрыта

где Lк – высота разрядной камеры ; ηа – акустический КПД ( отношение энергии волны сжатия к энергии подведенной к каналу ).

Оптимальной формой камеры , обеспечивающей равномерное распределение давления в выходном сечении камеры является коническая , в вершине которой расположен электрод .

При отсутствии проволочки разряд производится путем высоковольтного пробоя жидкости . При этом потери энергии могут составлять 30…50% , но эта схема обеспечивает достаточно высокую производительность . Однако высоковольтный разряд дает значительный разброс мощности , что вынуждает в ответственных технологиях применять проводник из меди диаметром 0,5…0,7 мм при длине до 20…30 мм .

Штамповка листовых материалов эластичными средами .

 

В настоящее время в качестве подвижной эластичной среды применяют синтетический каучук - полиуретан , обладающий высокой износоустойчивостью и способностью работать при высоких давлениях ( до 1000Мпа ) . Наибольшее распространение в листовой штамповке нашли литьевые полиуретаны СКУ-7Л и СКУ-ПФЛ .

Штамповка полиуретаном производится на механических , гидравлических и гидростатических прессах . Длина штампуемых деталей может достигать 2…4 м., ширина 0,7…1,4 м и толщиной – до 3,5 мм ( для цветных сплавов ) и до 1,0 мм ( для сталей и титановых сплавов ) .

Из разделительных операций чаще всего используют вырубку и пробивку.

 
 


4

       
   
 

 


3

 
 


2

       
   
 
 


1

 

       
 
 
 
   

 

 


При опускании контейнера полиуретановый блок прижимает заготовку к жесткому инструменту – шаблону и отгибает свободные края заготовки , являющиеся припуском , необходимым для качественного получения точной детали . При дальнейшем повышении давления и сжатии полиуретана припуск все больше деформируется , и при достижении необходимого давления отрезается по контуру режущей кромкой шаблона , а на рабочей плоскости шаблона остается искомая деталь .

Таким образом , применяя сменные вырезные шаблоны , представляющие собой выполненные из инструментальной стали пластины с режущими кромками , по форме в плане копирующими вырубаемые детали , и универсальный . общий для всех контейнер , можно быстро и легко переходить от изготовления одной детали к другой .Эластостатическая штамповка является гибкой технологией и позволяет в несколько раз уменьшить стоимость штамповой оснастки и можнт эффективно применяться даже в мелкосерийном производстве . Детали , вырезанные полиуретаном имеют плоскую поверхность . Шероховатость поверхности среза на деталях толщиной до 1мм соответствует Rа 40…20 мкм . Припуск материала , необходимый для осуществления процесса вырезки деталей по контуру , можно рассчитать как :

L=1,4+ h/f ,

где f – коэффициент трения между заготовкой и подштамповой плитой ; h – высота вырезного шаблона .

Давление необходимое для вырезки детали складывается из давления на изгиб припуска по кромке шаблона и давления разрушения материала .

В случае вырезки детали с криволинейным контуром :

qв =2Rtσв/[h(2R+h)] ,

где R – радиус кривизны контура детали ; σв – предел прочности материала .

В случае вогнутого контура : qв =2Rtσв/[h(2R-h)] .

Для прямолинейного контура : qв =tσв/h .

Для деталей с круглыми отверстиями : qо=3tσв/dmin ,

где dmin – диаметр минимального отверстия в детали .

Наибольшее требуемое усилие пресса при штамповке с использованием полиуретана :

Р= к qмах F ,

где F – площадь полиуретановой подушки ; к= 1,2…1,3 – коэффициент запаса ;

qмах = мах { qв , qо} .

Применение полиуретана для рельефной формовки является весьма перспективным вследствии его высокой стойкости при деформировании и благодаря сохранению качества исходной поверхности металла или его покрытия при контакте с эластомером .

 
 

 

 


 

ри эластостатической формовке в первую очередь происходит прижатие плоской заготовки к поверхности рельефа матрицы , а затем , под действием распределенной нагрузки формовка рельефа за счет местного растяжения и соответствующего этому растяжению утонения материала в очаге деформации .

Максимальное давление , необходимое для формовки определяется по формуле :

qф=4tσs/d ,

где σs – предел текучести материала заготовки ; d - минимальный диаметр , оформляемый эластичной средой .

Усилие пресса для формовки : Р= к qф F.

Перед началом формовки необходимо также определить возможность получения заданной конфигурации детали за один переход :

(L1-L)/L<0,76 ,

где L1- длина образующей детали в сечении с наибольшей глубиной рельефа ; L- длина того же участка до деформирования .