6.2.2. Моделирование процесса эв

Электрический взрыв развивается через несколько этапов (рис. 6.11). На первом этапе происходит разряд конденсаторов, нарастание силы тока. Образуется возрастающее по времени электрическое поле, поэтому ток протекает по наружному слою проволоки (рис. 6.10). При этом плотность тока резко возрастает, происходит разогрев проволоки. Часть тепла поступает в жидкую среду. На втором этапе (рис. 6.11) проволока плавится, окружающая ее жидкость испаряется, возникает газовый пузырь и ударная волна. К центру проволоки идет волна сжимающих напряжений. Возникает тепловой взрыв проволоки, при этом ток резко падает. После того как внешние слои проволоки испаряются, тепло идет внутрь проволоки. Здесь образуется насыщенный пар ( ) или плазма ( ). Возможен также канал разряда через пар (этап III на рис. 6.11).

Рис. 6.11. Основные этапы процесса электрического взрыва

Время разряда при ЭВ больше, чем при разряде в жидкости, что усиливает эффект формообразования. При ЭВ возможно применение спиральной проволоки, что ускоряет взрыв. Далее процесс протекает аналогично разряду в жидкости.

КПД процесса зависит от диаметра и длины проволоки. Он выше, чем при разряде в жидкости. Объем материала проволоки выбирают пропорционально энергии конденсаторов.

6.3. Нанесение покрытий

6.3.1. Особенности процесса

Применяют еще одну разновидность электровзрывной обработ­ки электрический взрыв в вакууме электропроводного материала (обычно металлической проволоки) с целью нанесения покрытия. Покрытия наносят на различные материалы (в том чис­ле керамику и стекло) без предварительного нагрева изделия. Этим способом изготовляют детали рентгеновской аппаратуры и электронных приборов, цилиндров автомобильных двигателей и др.

6.3.2. Физическая модель процесса НП

1. Переход материала проволоки в расплавленное состояние (соответствует этапу II при ЭВ, рис. 6.11).

2. Жидкая перемычка сохраняется за счет поверхностного натяжения, магнитного поля. Идет нагрев жидкой перемычки.

3. Возможен электрический разряд вдоль испарившейся проволоки. Такой вариант нежелателен, т.к. ток резко снижается и взрыва проводника, а значит и нанесения покрытия не происходит.

4. Требуется обеспечить взрывное испарение и разлет частиц проволоки, при котором происходит образование покрытия.

Для получения качественного покрытия следует учесть требования к установкам и материалам для покрытия, для чего необходимы:

1. Высокая плотность разрядного тока (выше ), иначе частицы будут крупными и качество покрытия низким;

2. Диаметр частиц должен быть 10^-6…10^-2 мм (0,001…10 мкм);

3. Необходимо обеспечить высокую скорость подвода энергии в проволоку;

4. Расстояние от проволоки до изделия следует рассчитывать из условия получения равномерного покрытия всего участка поверхности заготовки. Следует учитывать, что при завышенном расстоянии частицы покрытия могут остыть и будет утеряна адгезия, т.е. слой окажется несвязанным с основой.

6.3.3. Расчет толщины покрытия

Средняя толщина покрытия рассчитывается по зависимости [ 2 ]

, (6.21)

где – диаметр проволоки; – длина проволоки; – площадь поверхности под покрытие.

6.3.4. Расчет параметров процесса ЭВ

Для электрогидравлического формообразования с взрывающим­ся проводником оптимальные длину и диаметр проволоки также определяют по эмпирическим формулам [ 2 ] в зависимости от по­казателей установки:

;

,

где – удельная проводимость материала проволоки, См; – плотность проволоки, кг/м³; – теплота, необходимая для нагре­ва и испарения единицы массы проводникового материала, Дж.

6.4. Магнитоимпульсное формообразование (МФ)

6.4.1. Описание процесса

По технологическим параметрам этот вид об­работки близок к электровзрывному формообразованию. Сила, вы­зывающая деформацию, создается за счет электромагнитных эф­фектов непосредственно в самой заготовке, выполненной из элект­ропроводного материала. В данном случае никаких промежуточных рабочих сред для передачи механических воздействий на заготовку не требуется.

Схема метода показана на рис. 6.12. От выпрямителя 1 заря­жается батарея конденсаторов 2, в электрическом поле которых к началу обработки накапливается энергия . Емкость ба­тареи С достигает 100 мкФ, напряжения – десятков киловольт. С помощью переключающих устройств 3 заряженная батарея кон­денсаторов подсоединяется к обмотке 4 возбудителя, предназначен­ного для создания магнитного поля определенной пространственной конфигурации.

Рис. 6.12. Схема магнитоимпульсного формообразования: 1 – выпрямитель, 2 – батарея конденсатора, 3 – переключающее устройство, 4 – обмотка возбудителя, 5 – заготовка, 6 – матрица.

Конденсаторы в течение очень короткого времени разряжаются на обмотку возбудителя, максимальная сила разрядного тока достигает сотен и тысяч килоампер. В окрестности возбудителя, где установлена заготовка 5, создается быстроизменяющееся магнит­ное поле и приводит к возникновению электромагнитной силы . Эта сила вызывает деформацию листовой заготовки, которая при­нимает форму матрицы 6. Таким образом, в данном процессе энер­гия электрического поля конденсаторов преобразуется в энергию магнитного поля возбудителя, а затем в работу деформации заго­товки и частично в теплоту.

Поскольку собственно формообразование протекает очень быст­ро, то время операции определяется в основном длительностью за­рядки конденсаторов и вспомогательным временем на замену заго­товок.

Установка для магнитоимпульсной обработки во время деформа­ции заготовки не взаимодействует с внешней средой – столь крат­ковременным процессом (менее 100 мкс) извне управлять невоз­можно. Магнитоимпульсным формообразованием получают детали из тонких (до 3 мм) листовых заготовок из стали, латуни, алюми­ния, меди и даже из сплавов с малой пластичностью.

Первую установку для получения кратковременных сильных магнитных полей создал акад. П.Л. Капица в 20-х годах. На этой установке удалось достичь напряженности магнитного поля 10⁷ А/м. В конце 50-х и начале 60-х годов были построены иссле­довательские установки, создающие чрезвычайно сильные магнит­ные поля с напряженностью = 10⁹ А/м. Одновременно в СССР и США разрабатывался ряд устройств промышленного назначения, в которых сильные магнитные поля использовались для техноло­гических целей.

Магнитоимпульсному и электровзрывному формообразованиям присущ ряд общих достоинств: простота оборудования; отсутствие инструмента; возможность полу­чать детали сложной конфигура­ции; отсутствие движущихся уз­лов; простота автоматизации про­цесса. У магнитоимпульсного формообразования наряду с этим есть и другие достоинства: обра­ботку можно вести без жидкой рабочей среды, передающей ме­ханическое воздействие на заго­товку; не надо герметизировать рабочее пространство; формообразование можно проводить через непроводящую оболочку, защищающую, например, стерильную или инертную среду, в которой помещена заготовка.

Тем не менее требуется тщательное обоснование применения данного метода, поскольку силы , вызывающие деформацию, су­щественно зависят от физико-химических и геометрических свойств заготовки.