Деформирование и сборка деталей импульсным магнитным полем

Магнитно-импульсная штамповка основана на силовом взаимодействии сильного переменного кратковременного магнитного поля индуктора с вихревыми токами в поверхностном слое заготовки, индуцированными данным полем.

Магнитное поле в индукторе возникает при разряде конденсаторной батареи. предварительно заряженной при помощи высоковольтного зарядного устройства.

Δ Рр Rз

dە do

Тр

dв

L dн С

В К do

3 2 1

1- магнитно-импульсная установка; 2- спиральный цилиндрический индуктор; 3- деформируемая установка; 4 – оправка.

В поверхностном слое заготовки, куда проникает вследствии диффузии магнитное поле, действует объемная электромагнитная сила, определяемая законом Лоренца:

Р мv = j х Β,

где В – векор индукции магнитного поля; j – вектор плотности индуцированных токов.

Если кривизна линий магнитной индукции незначительна, то объемные силы можно заменить эквивалентными поверхностными силами, равными плотности энергии магнитного поля:

рм = Wм /V,

где рм – магнитное давление на стенку заготовки; Wм – Энергия магнитного поля в объеме действующим на деформируемую заготовку.

р_м =[Lизuo²exp(-3,14 γ)]/[6,28ωo²L²(dн +Δ)ΔL],

где uo- начальное напряжение зарядки конденсаторной батареи; γ =R/ (ωo 2 L);

ωo- круговая частота разрядного тока; ωo= 6,68(LС)½; Δ-зазор между индуктором и заготовкой.

При расчете технологических процессов магнитоимпульсной штамповки необходимо определять давление магнитного поля на деформируемую заготовку:

рд=Ơθh/R,

где Ơθ – напряжение в стенке трубы в окружном направлении; h- толщина стенки трубы; R – радиус трубы.

Ơθ = βkдВ(lndв/dо)^m;

где β = 1…1,15 коэффициент Лоде, характеризующий напряженное состояние;

kд, В и m – параметры динамической кривой упрочнения материала заготовки.

Так как при импульсном деформировании необходимо преодолевать также и инерционные силы, то для эффективного деформирования необходимо, чтобы выполнялось соотношение:

р _м /р_д > 1.

Для получения качественного соединения величина относительного давления должна составлять 2,5…6.

С помощью этого метода можно осуществлять раздачу или опрессовку труб, листовую штамповку и другие операции.

Использование металлических переходников расширяет магнитно-импульсную обработку на неметаллические материалы.

переходник

заготовка

полиуретан

матрица

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.