2.2.8 Штамповка с помощью электрогидравлического эффекта (электрогидравлическая штамповка)

Электрогидравлическим эффектом называется непосредственное создание, с помощью электрического разряда в жидкости, ударной волны, которая образуется вследствие перехода части жидкости в плазму с мгновенным увеличением начального объема в тысячи раз. Это увеличение имеет характер взрыва, причем ударная волна перемещается со сверхзвуковой скоростью.

Схема формовки из листа сферической детали с помощью электрогидравлического эффекта (электрогидравлической штамповки) дана на рис. 2.21. Заготовка 15 зажимается между матрицей 3 и фланцем 4 корпуса установки. Нижняя часть корпуса представляет собой резервуар 5, заполняемый водой через кран 14, сливается вода через кран 13. Воздух из пространства между матрицей 3 и заготовкой 15 отсасывается с помощью вакуум - линии 16. В резервуаре 5 находятся погруженные в воду электроды 6, с помощью которых образуется дуговой разряд. Электроды могут иметь искровой промежуток или закорачиваются инициирующим проводником 11.

Батарея конденсаторов 9, питаемая от сети промышленного тока через повышающий трансформатор 8 и выпрямитель 7, накапливает заряд, энергия и напряжение которого должны соответствовать требуемой работе формовки детали. На существующих установках напряжение заряда, регулируемое при настройке, достигает 18,5 КВ. При замыкании: по команде с пульта управления цепи разрядником 10, высоковольтный дуговой разряд испаряет и превращает в плазму инициирующий проводник 11, объем которого в контактирующей с ним воды за очень малый промежуток времени возрастает в 104 ... 105 раз. Скорость расширения образовавшегося плазменного канала — около 106 см/с. Частицы воды на границе плазменного канала получают соответствующее ускорение и образуют ударную волну (электрогидравлический эффект). Затем следует пульсирующее чередование сжатия и разрежения, пока энергия, переданная жидкости зарядом, не израсходуется.

Рисунок 2.21. Схема электрогидравлической формовки:

1—плита; 2—пневмозажим; 3—матрица; 4—фланец; 5—резервуар; 6—электрод; 7—выпрямитель; 8—трансформатор; 9—батарея конденсаторов; 10— разрядник; 11—инициирующий проводник; 12—регулятор высоты подъема электродов; 13 и 14—краны; 15—заготовка; 16—вакуум-линия

Под действием пульсирующей ударной волны заготовка получает ускорение и движется к матрице, приобретая сначала форму правильного круга, затем параболоида и, наконец, прилегает к матрице по всей ее поверхности. В этой последней стадии формовки, как и при формовке, взрывом, основную роль играют инерционные силы частиц формуемой заготовки.

При точном расчете заряда конденсаторов энергия заряда конденсаторов к концу формования полностью израсходуется. Деталь, прилегая в последней стадии формования к матрице, не будет передавать на нее значительных усилий и поэтому матрицу можно изготавливать из малопрочных материалов (например, алюминиевых сплавов) даже при формовке деталей из высокопрочных материалов.

Форма волны, образуемой при разряде, должна быть, по возможности, близкой к форме матрицы. Так как разряд, продолжающийся после испарения инициирующего проводника, проходит по плазменному каналу, форма волны определяется и задается конфигурацией проводника. Например, для получения цилиндрической волны проводник изгибается в кольцо. Для получения плоской волны проводнику придают форму паука или нескольких концентрических колец.

Наряду с величиной и напряжением заряда, расстоянием между электродами и их расположением, давление на заготовку регулируется и расстоянием от нее до электродов; для этого на установке предусмотрено соответствующее устройство 12 (рис. 2.21).

Если одним мощным импульсом деталь отформовать не удается (она разрушается или образуются складки), то энергия формования разбивается на несколько импульсов. Процесс формовки зависит не только от перечисленных выше факторов, но и от конфигурации формуемой детали, относительной толщины заготовки и лишь приближенно описывается эмпирическими формулами. Мощность разряда может значительно превысить работу деформации и создать дополнительное нагружение матрицы. Поэтому матрицы и устройства для их крепления на установке (поз. 1 и 2) делаются с запасом прочности.

При небольших размерах формуемых деталей процесс ведется в закрытых установках. При формовке крупногабаритных деталей удобнее установки, у которых поверхность жидкости сообщается с атмосферой. При штамповке в открытых резервуарах для достижения равного результата требуется большая энергия разряда, чем при штамповке в закрытых установках, так как во втором случае эффект отражения ударной волны уменьшает пружинение детали.

Оборудование и оснастка.

Электрогидравлическая штамповка выполняется на специальных установках или специальных прессах, скомпонованных из повышающего трансформатора, выпрямительного устройства, батареи конденсаторов, разрядного устройства, пульта управления, токопроводов (обычно выполняемых в виде коаксиального кабеля) и технологического блока. Технологический блок скомпонован из матрицы, прижимной плиты, прижимов с регулируемым усилием и разрядной камеры. На прессах для электро-гидравлической штамповки фланец заготовки прижимается механизированным прижимным устройством по аналогии с механическими вытяжными прессами. Материалом для изготовления матриц служат алюминиевые сплавы, низкоуглеродистые стали, бетон, эпоксидные композиции.

Область применения: электрогидравлическую штамповку применяют для формовки сплавов алюминия и меди, малопластичных высокопрочных металлов — титана, ниобия, вольфрама, Колумбия и высокопрочных сталей различных марок, в том числе нержавеющей стали. Этим способом можно производить вытяжку, калибровку, пробивку отверстий, отбортовку, раздачу и калибровку деталей из труб, деталей с внутренними уширениями, наружной и внутренней резьбой и т. д. При электрогидравлической штамповке затраты на изготовление оснастки резко снижаются вследствие объединения в один нескольких переходов, необходимых при штамповке на механических прессах, и вследствие упрощения штампа, единственной специальной деталью которого является матрица. Одновременно значительно улучшается точность и чистота поверхности штампуемых деталей. Совершенно отпадают трудоемкие операции ручной доработки деталей, необходимые, например, при штамповке на падающих молотах.