8.5. Изменение металла при импульсном нагружении

При штамповке взрывом скорости деформирования загото­вок в десятки и сотни раз превышают скорости деформирова­ния при обычной штамповке. Поэтому, естественно, возникает вопрос об изменении металлов как в процессе скоростной де­формации, так и в эксплуатации штампованных деталей. Иссле­дования высокоскорост- ного деформирования металлов пока­зали, что с увеличением скорости деформирования повышаются механические характеристи- ки материалов: предел прочности, предел текучести и уровень напряжений вдоль всей кривой текучести. При этом заметное повышение пределов прочности металла уже регистрируется при скоростях 60 70 м/сек.

Для некоторых сталей при скорости деформации 825 м/сек динамический предел текучести на сжатие на 30% выше стати­ческого.

По данным зарубежной периодической печати, при высоко­скоростном деформировании относительное удлинение возра­стает. Ниже приведено значение коэффициента К, представляю­щего собой отношение относительных удлинений при импульс­ной нагрузке к нагрузке, прилагаемой постепенно: для титана — 1,5; углеродистой стали — 2,3; алюминия — 2,5; инструменталь­ной стали — 2,0; магниевых сплавов — 2,0.

Отечественный и зарубежный опыт штамповки листовых металлов подтверждает мнение, что при штамповке взрывом способность металлов, обычно применяемых в штамповочном производстве, к пластической деформации не ухудшается, а для некоторых металлов даже увеличивается. Так, у некоторых нержавеющих сталей при взрывной штамповке допустимые деформации оказались на 25% выше, чем при статической штамповке.

Фирма «Райан» сообщает, что ей удалось из листового ти­тана отштамповать взрывом детали, для получения которых необходима была 75-процентная степень деформации металла.

Такие деформации вполне объяснимы, если учесть, что при давлениях в несколько тысяч атмосфер значительно улучшают­ся пластические свойства металлов. При штамповке взрывом можно создать в направлении толщины материала очень высокие давления и тем самым обеспечить более благоприятную для пластического деформирования схему напряженного состояния.

В настоящее время проведены металлографические исследо­вания металлов, подвергнутых взрывной штамповке. При этом каких-либо изменений, отличающихся от обычных изменений структуры, вызываемых наличием пластической деформации, не наблюдалось.

8.6. Применение электрогидравлического эффекта в качестве источника энергии

Если поместить в ванну с жидкостью, обладающей ионной проводимостью, два электрода (разрядник) и включить их в источник электроэнергии, то через жидкость между электро­дами будет проходить электрический ток (рис. 148, а). При включении разрядника на колебательный контур (рис. 148, б) при определенных значениях напряжения на обкладках конден­сатора между электрода- ми возникает разряд, при котором вокруг его зоны образуется парогазовый пузырь с повышенным давлением. Механическое воздействие жидкости на объекты, расположенные вблизи разряда, незначительно. Это объясняет­ся тем, что канал электрического разряда с присущими ему очень высокими давлениями не соприкасается с жидкостью непосредственно, и газы, расположен- ные вокруг канала элек­трического разряда, амортизируют удар импульса. Если сокра­тить время разряда и одновременно повысить мощность единичного электрического импульса, то это снизит газообразование, высокий импульс разряда будет воздействовать непосредствен­но на воду. Поскольку вода малосжимаема, возникнет гидрав­лический эффект.

Рис. 148. Схема включения разрядника с формирующими искровыми промежутками:

a —без промежутка; б —с одним промежутком; в —с двумя промежутками

Электрические заряды можно накапливать, вводя в схему допол- нительный искровый промежуток (см. схему на рис. 148, б), называемый «формирующим искровым промежутком».

Введением в схему двух формирующих искровых промежут­ков (рис. 148, в) достигают большой маневренности схемы, воз-можности большего сокращения времени разряда и повышения мощности единичного импульса с исключением парогазообразо-вания.

Формирующие искровые промежутки позволяют: 1) нако­пить дозированные количества энергии с импульсной подачей ее на рабочий разрядник; 2) значительно сократить длитель­ность импульса и предотвратить возникновение колебательных процессов, что обеспечит один мощный кратковременный им­пульс; 3) сократить время нарастания импульса и исключить возможность дугового разряда; 4) получить при данном про­межутке на рабочем разряднике различные по величине им пульсы тока при различных напряжениях; 5) изменить харак­тер разряда на основном рабочем разряднике симметричным или асимметричным регулированием формирующих промежут­ков, установить последовательность пробоя промежутков.

Рис. 149. Принципиальная схема промышленной установки:

1 — источник высокого напряжения; 2 — конденсаторная батарея; 3 — электроразрядник; 4 — формирующий искро­вой промежуток

Гидравлические импульсы, возникающие в результате раз­ряда в жидкости, состоят из двух ударов: основного — гидрав­лического и дополнительного — кавитационного. Чем меньше общее время импульса тока, меньше время нарастания им­пульса и больше амплитуда тока, тем сильнее гидравлический удар. Нижний предел устойчивого режима работы схемы опре­деляется длиной формирующих промежутков, обеспечивающих формирование импульсов, а также напряжением, достаточным для пробоя основного промежутка. Верхний предел режима ограничен напряжением источника питания установки, которое должно быть достаточным для пробоя всех трех промежутков.

При электрогидравлическом эффекте электрическая энер­гия преобразуется в механическую без промежуточных звеньев. Мгновенная мощность импульса весьма велика; так, установка мощностью 1 квт при напряжении 50—70 кв дает мощность единичного импульса более 100000 квт.

На рис. 149 приведена принципиальная схема установки для штамповки деталей. Электроразрядник вставляют в матрицу, наполненную водой и оборудованную соответствующей токо-проводящей системой. В матрице возможна установка несколь­ких рабочих разрядников, что обеспечивает равномерность воз­действия импульсов на формоизменяемую заготовку.

Метод штамповки с применением электрогидравлического эффекта имеет следующие преимущества: 1) устраняет случай­ности, возможные при использовании ВВ; 2) исключает приме­нение крупных гидравлических прессов; 3) процесс переналадки установки на штамповку новых номенклатур деталей не требует длительного времени; 4) оснастка (матрица) проста в изготов­лении и не дорога.