1.3 Механизм деформации плоской и цилиндрической заготовки

Энергия ударных волн используется в технологических процессах штамповки для изменения формы исходной заготовки в целях получения детали заданной формы. Процесс штамповки взрывом или иным импульсным источником можно разделить на два этапа. На первом этапе заготовка находится под действием высокого давления, значительно превышающего необходимое давление для развития пластической деформации, т.е. для преодоления сопротивления пластическому деформированию. Под действием этого избыточного давления заготовка разгоняется - в ней возникают большие ускорения и вследствие этого ее скорость деформирования быстро возрастает.

На первом этапе штамповки деформация невелика. Второй этап характеризуется тем, что давление быстро убывает, а заготовка деформируется за счет кинетической энергии, накопленной на первом этапе. Вся энергия, которая несет с собой импульс, будет расходована на работу пластической деформации заготовки, и заготовка не будет нагружать матрицу. Такое описание процесса пластического деформирования возможно для случаев плоской и цилиндрической заготовки, принимая некоторые допущения, касающиеся способа их деформации. Предполагается, что весь деформационный процесс осуществляется благодаря утонению заготовки, так как концы ее неподвижны, что после деформации заготовка приобретает осесимметричную форму. В самом деформационном процессе заготовку рассматривают как оболочку – она не переносит изгибающих моментов и тангенциальных сил. Для большинства реальных случаев эта предпосылка справедлива, так как отношение толщены заготовки h0 ее радиусу R0 меньше 0,05. В первой предпосылке есть небольшие отклонения, так как деформация идет не только вследствие утонения стенок, но и путем уменьшения фланцевой части заготовки.

2. Технологические параметры гидровзрывной штамповки.

2.1 Определение коэффициента вытяжки.

Основной параметр, определяющий способность материала к вытяжки,

это коэффициент, вытяжки m=D0/Dзаг или k=1/m=Dзаг/D0,, когда осуществляется полная вытяжка.

Значение D0 предварительно известно, оно является диаметром готовой детали. Следовательно, правильный подбор коэффициента m(k) связан с точным определением Dзаг. Если это значение недостаточно, то во время вытяжки получается перетяжка. Перетяжку можно устранить увеличением фланцевой части (увеличив Dзаг), но это связано с увеличением расхода материала, утонением готовой детали, необходимостью увеличения прижима и вероятностью появления складок.

Кроме коэффициента вытяжки, важное значение для осуществления процесса без дефектов имеет отношения h0/ D0, Y0 /D0 – относительные толщина и глубина вытяжки. Их значения должны сохраняться в определенных границах, чтобы процесс вытяжки шел без складкообразования и без разрывов материала. Большинством авторов граничная относительная толщина принимается h0/ D0 >0,003. Для относительной глубины встречаются разные значения Y0 /D0 ;<0,03;0,2-00,25;0,5.

Действительные условия штамповки характеризуются тем, что необходимое количество в.в. уточняется методом последовательных приближений. Скорость заготовки самая большая в начальном этапе формоизменения, особенно в окрестности вытяжной кромки, где местные утонения вызывают опасность разрушения. Чем больше количество в.в. или меньше высота подвески, тем больше вероятность сосредоточения деформации в окрестности вытяжного ребра. То же самое получается, когда увеличивается диаметр заготовки.

Для определенных относительных размеров заготовки при сохранении неизменности остальных параметров, существует только одно количество в.в., которое позволяет получить полностью бездефектную штамповку. Чтобы установить связь между количеством в.в. и коэффициентом вытяжки, О.Д. Антоненковым приведены эксперименты по штампуемости стали Ст3 и 2*13 с разными коэффициентами вытяжки. Часть этих результатов показана на рис.2.1. Аналогичные результаты получены М.А. Анученым и для других материалов. На кривых штампуемости видно три зоны: в зоне I вытяжка получается неполной, зона II соответствует такому соотношению между количеством в.в. и коэффициентом вытяжки m(k), при котором имеется полная вытяжка, а для коэффициента вытяжки зоны III количество в.в. так велико, что материал всегда разрушается. Точкой А, общей для трех областей определяется граничный коэффициент вытяжки mгр (kгр), при котором максимальная вытяжка получается на одной операции. Значение граничных коэффициентов вытяжки для некоторых материалов даны ниже:

	ОТ-4	Сталь	2*13	Типа	08кп	АМг-6М
		Ст3		Х18Н10Т
Кгр …….	1,48	1,55	1,56	1,58	1,59	1,64
mгр………..	0,675	0,645	0,64	0,63	0,63	0,61
Кгр стат-кое при Y0/D0	1,32	1,33	1,74	1,75	1,70	1,36

Кривые штампуемости, полученные О.Д. Антоненковым, показывают, что начальному коэффициенту вытяжки соответствует сравнительно широкий диапазон заряда (рис.2.1, зона II), и для каждого заряда вытяжка будет полной. Если имеется связь между относительным количество в.в., то Qi/Qoi и К (рис.2.2), где Qoi – минимальное количество в.в., при котором произойдет полная вытяжка, а Qi – действительное количество в.в., то можно наблюдать, что некоторые материалы, как сталь Ст3, чувствительны к увеличению в.в., а сталь 08 кп и АМг-6м – нечувствительны. Таким образом, увеличение количества в.в. приводит к росту скорости деформации и, следовательно, повышению сопротивления деформированию металла.

На коэффициент вытяжки влияют и другие факторы, такие, как наличие или отсутствие смазки, сила прижима и размеры прижимного кольца. Если во время вытяжки применяется смазка, то деформационный процесс идет легче, и это позволяет уменьшить необходимое количество в.в. на 20%. Существуют исследования, которые указывают на то, что вязкость смазки необходимо увеличивать вместе с повышением сопротивления деформированию и что добавки дисульфида молибдена хорошо сказываются на процессе вытяжки.

Р азмеры прижимного кольца существенного влияния на процесс вытяжки не оказывают, но практика показала, что внутренний диаметр кольца определяется из Dпк=Dо.