изготовлении деталей из титана и высокопрочных сталей, довод­ка которых очень сложна и дорога.

Высокоэнергетические методы формообразования деталей из высокопрочных материалов экономичнее других методов при из­готовлении небольших серий крупногабаритных деталей, а в ря­де случаев конкурируют со штамповкой на прессах и при боль­ших масштабах производства.

8.2. Штамповка взрывом бвв Схема и сущность процесса

Схема формовки взрывом бризантного взрывчатого вещества (БВВ) дана на рис. 8.1. Заготовка 2 устанавливается на жест­кой матрице 1 и прижимается к ней по периметру складкодер-

К насосной, установке

К Вакуум-насосу

Рис. 8. 1. Схема формовки взрывом БВВ в воде:

1—матрица; 2—заготовка; 3—складкодержатель; 4—антисейсмиче­ская прокладка; 5—бетонная стенка; 6—облицовка из стальных ли­стов; 7—заряд; в—набор металлических сеток

жателем 3. Над заготовкой располагается заряд 7, величина которого определяется расчетным путем. Взрывная волна, пере­данная через воду, нагружает заготовку со скоростью, достига­ющей нескольких сотен метров в секунду, формуя и калибруя деталь в матрице.

217-

Вместо воды для передачи и распределения по плоскости заготовки энергии взрывной волны могут быть использованы коллоиды, сыпучие вещества или специальные смеси, состоящие из наполнителя (глина, мел), связующих материалов (солидол, машинное масло) и отвердителей (парафин, канифоль). Процесс формообразования взрывом по характеру нагружения заготовки принципиально отличен от формования на гидравлических и ме- ханических прессах, на которых в течение всего процесса за- готовка нагружена внешними статиче- скими силами, передаваемыми ей ползу- ном пресса через пуансон или резину.

' В начальный момент действия взрыв- ной волны ее действию противостоят не только внутренние силы сопротивления заготовки, но и в значительно большей степени инерционные силы массы заго- товки. При дальнейшем протекании про- цесса давление взрывной волны умень- шается. Начиная с того момента, когда оно становится равным силам внутрен- него сопротивления деформации материа- ла заготовки, дальнейшее деформирова- ние, в том числе и калибровка деталей по матрице, осуществляется, в основном, за счет сил инерции частиц металла за- готовки. Это подтверждается наблюде- ниями за процессом деформации заго- товки при формовке взрывом (рис. 8.2).

Под влиянием взрывной волны с фронтом, близким к плос- кому, заготовка сначала движется параллельно своему началь- ному положению, вытягиваясь за счет фланца (см. рис. 8.2, а). Затем за счет накопленной кинетической энергии она отрыва- ется от волны, вытягивается до соприкосновения с матрицей (см. рис. 8.2, б) и, ударяясь об нее, калибруется, вдавливаясь в мель- чайшие углубления и риски на поверхности матрицы (поэтому при формовке взрывом чистота внутренней поверхности матрицы имеет важное значение).

При определенной скорости (называемой критической), раз- ной для различных металлов, заготовка разрушается в точке удара взрыва, но при скоростях, несколько меньших критичес- ких, металлы приобретают повышенные пластические свойства, что происходит, главным образом благодаря высокому гидро- статическому давлению (до 200 000 кгс/см²). Это дает возмож- ность формовать детали из хрупких материалов, не поддающих- ся формовке методами статического нагружения, и принимать большие степени деформации за один переход.

Из-за незначительного пружинения при калибровке взрывом точность деталей значительно повышается. Так как основная

Рис. 8. 2. Последователь­ность формообразования сферического днища взрывом БВВ в воде:

а—вытяжка под давлением ударной волны; б—вытяжка « калибровка под влияни­ем сил инерции

218-

по величине, заключительная, стадия деформации заготовки про­текает под действием инерционных сил, форма деталей, получае­мых из сварных заготовок, сварными швами не искажается; в зоне шва микротрещин и пористости не образуется.

Штамповка взрывом может применяться для вытяжки и ка­либровки деталей из листа, для кольцевой обтяжки, отбортовки, пробивки отверстий, резки, гибки и т. д., причем некоторые операции можно совмещать. Габариты деталей и усилия при взрывной штамповке почти не ограничены. Наиболее отработа­ны процессы формовки из листа крупногабаритных деталей типа целых сферических днищ, отдельных участков сферических ем­костей, крупногабаритных жесткостей, монолитных панелей (в том числе, сотовых конструкций), тороидальных поверхностей и т. д. При изготовлении крупногабаритных деталей этого типа калибровка взрывом является единственным методом достиже­ния точных размеров.

Экономический эффект замены необходимых для получения перечисленных деталей сверхмощных гидравлических прессов и многотонных штампов недорогой установкой для формовки взры­вом, имеющей лишь одну специальную деталь-матрицу, особен­но заметен. Так, стоимость установки для формовки деталей ти­па сферического днища диаметром 3000 мм в 30 раз дешевле гидравлического пресса соответствующей мощности.

По виду применяемых взрывчатых веществ штамповка взры­вом имеет три основные разновидности; а) штамповка бризант­ными взрывчатыми веществами (БВВ); б) штамповка пороха- ми; в) штамповка взрывчатыми газовыми смесями.

Бризантные взрывчатые вещества (БВВ) характеризуются мгновенным сгоранием (взрывом) со скоростью детонации 5700—6900 м/с. Процесс горения практически по скорости неуп­равляем. БВВ используются, главным образом, для взрыва в от­крытых объемах. К группе БВВ относятся: тротил, аммониты, гексоген, тетранитропентаэритрит и др. Наиболее удобен спрес­сованный в заряды требуемой формы тротил, подрываемый с по­мощью электродетонаторов. Из всех БВВ он наиболее изучен и по нему имеются исчерпывающие расчетные данные.

При штамповке взрывом взрывной волне необходимо придать определенную форму. Это достигается соответствующей конфи­гурацией заряда. Так, цилиндрический заряд создает волну цилиндрической формы, плоский заряд — плоскую волну, сфе­рический заряд — волну сферической формы. Обычно БВВ вы­пускают в виде детонирующих шнуров, зерен или шашек раз­личной величины и формы, из которых и формуются заряды. В отдельных случаях для придания волне нужной, формы приме­няются комбинированные заряды, составленные из разных ВВ, отличающихся скоростью детонации. Форму взрывной волне можно придать также, применяя коммулятивные заряды (имею­щие направленный взрыв) или локализаторы — устройства, ог­-

219-

раничивающие зону действия волны. К взрывчатым веществам предъявляются требования: безопасность в обращении, стабиль­ность свойств, простота возбуждения взрыва, невысокая стои­мость и влагоустойчивость.

Установки для штамповки взрывом БВВ

Крупные и средние детали формуются открытым или полу­закрытым методом на полигонах в бассейнах или в наземных резервуарах. Полигон для формовки взрывом оборудуется бас­сейнами различных габаритов, площадками для открытой штам­повки на воздухе, помещениями для штамповки небольших де­талей порохами, складами ВВ и подсобными помещениями.

Бассейн (см. рис. 8.1) представляет собой цилиндрический или пирамидальный приямок с бетонными стенками 5, облицо­ванными стальными листами 6. Облицовка защищает бетон от раскрашивания. Между облицовкой и бетоном укладывается антисейсмическая прокладка 4 (песок, дерево). Диаметр приям­ка составляет не менее 1,5 диаметра штампа.

Высота столба воды hi над зарядом берется в 1,5—2 раза больше расстояния h2 от заряда до заготовки. Столб воды над заготовкой должен быть достаточно велик, чтобы нейтрализовать действие волны разряжения, отраженной от свободной поверх­ности. Расстояние hz берется равным 0,5—0,6 диаметра форму­емой детали. Для уменьшения выброса воды в бассейн опуска­ется набор восьми металлических сеток. Сетки не мешают вы­ходу газообразных продуктов взрыва, но задерживают массу воды. Для заполнения и слива воды бассейн снабжен насосной установкой. Для отсоса воздуха из пространства между заго­товкой и матрицей установка оборудована вакуум-насосом. Ес­ли при штамповке деталь не касается стенок и дна матрицы, то отсос воздуха не обязателен. Если деталь должна отформоваться по поверхности матрицы, то неотсосанный воздух, не успевая полностью выйти из нее, обжигает деталь и искажает ее форму. Вакуум должен быть не менее Ю^-1 ... Ю^-3 мм рт. ст. Если тол­щина s листа заготовки больше 0,01, ее диаметра D, то отсос воздуха можно заменить сверлением отверстий в теле матрицы для выхода воздуха.

В качестве заполнителя бассейна может быть использована любая жидкость. Чем больше удельный вес передающей среды, тем больше коэффициент использования энергии взрыва. При передаче через воздух этот коэффициент равен 4%, а при пере­даче через воду — до 33%. Обычно используют воду. Разлет ВВ и осколков детонатора при этом минимален и поражение ими обслуживающего персонала исключается. Шум при формов­ке взрывом в воде не превосходит шума от обычного кузнечно- прессового оборудования.

220-

Матрицы для формовки взрывом в зависимости от объема производства материала, толщины заготовки и вида формообра­зования (с калибровкой или без калибровки) делают из стали, чугуна, цинковых сплавов, бетона и других материалов.

Если матрица используется для калибровки, ее рабочая по­верхность должна быть очень чистой, так как малейшие неров­ности, риски и даже капли воды, попавшие на матрицу, отпе­чатываются на поверхности детали. Для получения высокой чистоты поверхности детали в ряде случаев после каждого под-

Рис. 8. 3. Штамп для формовки взрывом БВВ в установке бассейно-

го типа:

а—конструкция штампа; б—формуемая деталь; 1—рым; 2—кольцо; 3—мат­рица; 4—штуцер; 5—выталкиватель; 6—манжета; 7—фиксатор; 8—корпус

рыва поверхность матрицы обрабатывают пескоструйкой и поли­руют абразивным порошком. Рабочие поверхности бетонных матриц облицовываются стекловолокном.

Во избежание искажения при импульсных нагрузках, матри­цы должны иметь значительный (10—13-кратный) запас проч­ности.

Матрицы из цинковых сплавов применяются при штамповке небольших партий деталей из листов малых толщин (не более 3 мм), когда формующие усилия не превышают а_в цинкового сплава. У цинковых сплавов имеется свойство самосмазки, что уменьшает потребное количество смазки на вытяжных радиусах. Минимальная толщина стенок матрицы — 200 мм. Получают матрицы литьем по модели штампуемой детали.

Матрицы из стали и ковкого чугуна применяют, когда пар­тия деталей большая, толщина заготовки доходит до 3 мм, а в теле матрицы имеются участки концентрации напряжений.

Для крупногабаритных матриц применяется среднеуглеродистая и низколегированная стали.

На рис. 8.3, а дан пример конструкции штампа для формов­ки деталей из жаропрочной стали ЭИ878 толщиной 2,5 мм (рис.

221-

222-

8.3, б). Для возможности съема готовой детали, имеющей уши- рение в средней части, матрица 3 собрана из двух половин, вза­имно ориентируемых фиксаторами 7. Своей наружной коничес­кой поверхностью (угол конуса 3°) матрица входит в имеющий ответный конус корпус 8 штампа, откованный, как и матрица 3, из стали 5ХНВ и стянутый кольцами 2.

Для повышения ударной вязкости матрица термически обра­ботана до HRC = 40—45. Воздух из пространства между заго­товкой и матрицей отсасывается через штуцер 4. Верхний торец штампа герметизирован резиновой манжетой 6. Для съема от­формованной детали штамп вынимается из бассейна за рымы Д а матрица выпрессовывается из корпуса выталкивателем 5.

Матрицы из бетона и пластмасс применяются при изготовле­нии деталей по единичным заказам или при формовке тонколи­стового металла с низкими значениями σ_s-

Для предупреждения складкообразования по фланцу формуе­мой детали на матрице устанавливается прижим или вытяжное кольцо. Прижатие осуществляется болтами, гидравлическими скобами, гидравлическими рычажными зажимами или гидроци­линдрами, оттягивающими прижимное кольцо вниз. Если формов­ка должна выполняться с подогревом заготовки, то вместо воды в качестве передающих сред могут быть использованы другие среды.

Определение массы заряда БВВ

Методика расчета величины заряда БВВ разработана недо­статочно и расчет массы заряда может быть выполнен лишь при­ближенно и только для ограниченного числа видов штампуемых деталей. Давление взрывной волны на заготовку зависит от целого ряда факторов, многие из которых трудно учесть рас­четными формулами,— формы ударной волны, определяющей поле давления, свойств проводящей среды, характера взаимодей­ствия ударной волны с заготовкой, формы заготовки, механиче­ских свойств материала, относительной толщины (для круглых

от заряда до заготовки, высоты столба жидкости над зарядом, разряжения в полости матрицы.

Теоретические расчеты строятся на определении давления на заготовку взрывной волны, преломленной металлом заготов­ки. Это давление сопоставляется с сопротивлением заготовки, определяемым по формулам теории пластичности, откуда и на­ходят требуемую массу заряда ВВ. Для такого расчета необ­ходимы коэффициенты, учитывающие перечисленные выше фак­торы, в справочной литературе отсутствующие. В практике пользуются полуэмпирическими формулами, выведенными на основании опытов для каждого конкретного вида штамповки.

заготовок

конфигурации и размеров бассейна, расстояния-