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=0,06U²C^⅓ ;

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 ;

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 .