Область применения

Электрогидравлическую штамповку применяют для формовки сплавов алюминия и меди, малопластичных высокопрочных ме­таллов — титана, ниобия, вольфрама, Колумбия и высокопроч­ных сталей различных марок, в том числе нержавеющей стали. Этим способом можно производить вытяжку, калибровку, про­бивку отверстий, отбортовку, раздачу и калибровку деталей и» труб, деталей с внутренними уширениями, наружной и внутрен­ней резьбой и т. д.

При электрогидравлической штамповке затраты на изготов­ление оснастки резко снижаются вследствие объединения в один нескольких переходов, необходимых при штамповке на механи­ческих прессах, и вследствие упрощения штампа, единственной специальной деталью которого является матрица. Одновремен­но значительно улучшается точность и чистота поверхности штампуемых деталей. Совершенно отпадают трудоемкие опера­ции ручной доработки деталей, необходимые, например, при штамповке на падающих молотах.

8.6. ШТАМПОВКА ИМПУЛЬСНЫМ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ ^ (ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ШТАМПОВКА)

Сущность процесса и основные расчеты

Если в поле соленоида 1 (рис. 8.8) поместить металлическую токопроводящую заготовку 2, то при прохождении по соленоиду импульса тока, его магнитное поле, взаимодействуя с магнитным

Рис. 8.8. Схема формовки импульсным магнитным по­лем:

/—соленоид; 2—заготовка; 3—пуансон; 4—разрядник; 5—батарея конденсаторов; 6—выпрямитель; 7—трансформатор

полем наведенного им в теле заготовки тока, заставит заготовку сжиматься в направлении пуансона 3. При очень большом токе в обмотке соленоида эти силы сжатия могут быть настолько ве- лики, что частицы материала заготовки, преодолевая сопротив- ление сжатия, со скоростью, соизмеримой со скоростью взрывной волны, устремятся к поверхности пуансона, и ударившись о нее, (примут форму поверхности пуансона.

230-

Отличительная особенность электромагнитной штамповки — равномерное приложение давления. Равномерность объясняется тем, что деформирующие усилия возникают в самих частицах материала заготовки по всей ее массе. Энергия взаимодействия полей соленоида и заготовки, деформирующая заготовку, зави­сит от быстроты нарастания тока в соленоиде, силы импульса, его продолжительности и коэффициента взаимоиндукции соле­ноида и заготовки. Чем больше сила тока и скорость ее изме­нения в обмотке соленоида 1, тем больше его магнитное поле и ЭДС, индукцируемая в заготовке, токи и поля, создаваемые этой ЭДС, и сила взаимодействия, формующая заготовку. Импульс тока в соленоиде создается разрядом батареи конденсаторов 5. Заряжаются конденсаторы от сети промышленного тока через повышающий (до 100 000 В) трансформатор 7 и выпрямитель 6. Импульс тока от конденсаторов на рабочую обмотку соленоида подается с помощью высоковольтного разрядника 4. На суще­ствующих установках давление, прижимающее заготовку к пуан­сону, достигает 10000 кгс/см².

Процесс электромагнитной штамповки может быть автома­тизирован, а его параметры определены расчетным путем. Если известна энергия, необходимая для формообразования детали и КПД установки т] (практически т]=3—10%), то электрические параметры процесса можно рассчитать, зная коэффициенты са­моиндукции соленоида и заготовки и коэффициент их взаимо­индукции. В общем случае энергия W магнитного поля тока I, проходящего по замкнутому контуру соленоида с индуктивно­стью L, равна W=LI²12. При изменении силы тока в соленоиде возникает ЭДС самоиндукции е, равная L=dl/dt.

Рассматривая заготовку как замкнутый контур, находящийся в магнитном поле соленоида, можем определить наведенную в заготовке ЭДС взаимоиндукции е₂.

_м dh_ dt ¹² dt

где i]}₁₂ — величина сцепления магнитных потоков контуров;

Ми — коэффициент взаимоиндукции контуров.

Рассматривая соленоид и заготовку как два достаточно близ­ко расположенных контура, в которых протекают изменяющие­ся во (времени токи 1\ и /г, можно выразить ЭДС наводимые в соленоиде (e_t) и заготовке (е₂) формулами

E=-L^ + M^L; dt — dt

^е= L^ + M^L; dt — dt

где M :— коэффициент взаимоиндукции контуров соленоида 1 и заготовки 2 М=М_а=М₂\.

231-

Оборудование и оснастка

В рассмотренной схеме установки (см. рис. 8.8) выпрямляю- щее устройство собирается из кенотронных ламп или полупро- водниковых вентилей. Высоковольтные конденсаторы 5 должны иметь низкую собственную индуктивность и выдерживать боль- шое количество импульсных разрядов. Конденсаторы собирают- ся в батарею по параллельной и по параллельно-последова- тельной схемам. Из конденсаторов емкостью 3—14 мкф соби- раются батареи с энергией до 400 кдж.

В качестве разрядных устройств используются газоразрядные высоковольтные лампы (игнитроны) или высоковольтные раз- рядники, представляющие собой большие стальные или латун- ные электроды, расположенные друг от друга на небольшом рас- стоянии, заполненном азотом (при закрытой конструкции).

Наиболее сложной задачей является разработка конструк- ции рабочих катушек, которые при работе установки испытыва- ют те же нагрузки, что и формуемые заготовки. Для поглощения кинетической энергии импульса катушки делаются макси- мально массивными. Существуют конструкции катушек с прину- дительным охлаждением и предварительным напряжением ма- териала. Основные разновидности катушек: а) цилиндрические; б) соленоидного типа; в) плоские.

Цилиндрические катушки предназначены для размещения внутри трубчатых заготовок (при операциях раздачи, формовки рифтов, развальцовки и т. д.).

Катушки соленоидного типа представляют собой соленоид,, внутренний диаметр которого на 0,5 мм больше наружного диа- метра заготовки. Применяются для обжатия трубчатых заго- товок (например, при напрессовке на внутреннюю деталь), для» обжатия труб и т. д.

Плоские катушки применяются для выколотки, вырубки, че- канки и т. д. Катушка представляет собой плоскую спираль, вде-

ланную в корпус (диаметром до 300 мм) и отделенную от за-; готовки только слоем изоляции. Примером конструкции плоской

232-

Знак минус ставится при согласованном, направлении потоков самоиндукции и взаимоиндукции, а знак плюс — при встречном направлении. Коэффициент М при этом всегда положительный. Энергия Немагнитного поля, связанного с двумя контурами —

соленоида и заготовки,— равная -)- MI_xI_it

при наличии токов в обоих контурах передается из одного кон­тура (соленоида) в другой (заготовки), деформируя заготовку по форме пуансона или матрицы, помещенных на пути движу­щихся частиц массы заготовки.

катушки может служить универсальный магнитный «молот» (рис. 8.9), позволяющий формовать и выколачивать простран­ственные детали отдельными участками по аналогии с механическими выколоточными молотками. Контур (см. рис. 8.9, а) имеет два полюса (при одном полюсе давление на заго­товку вблизи оси меньше, чем на периферии, и плоские заготов-

Поддод тока Магнитные силовые

6)

Рис. 8.9. Схема магнитного молота:

а—двухполюсный контур универсального назначения; б— магнитный молот для формовки гофра

ки после импульса выпучиваются в центре). Молот специальной конструкции для формовки гофра изображен на рис. 89, б.

Задача изготовления катушек, которые в течение длительно­го времени могли бы выдерживать колоссальные динамические нагрузки, сочетающиеся с термическими и электрическими на­грузками, решается по двум направлениям: 1) изготовление ка­тушек многократного действия с каркасами из высокопрочных материалов, в пазы которых закладываются рабочие проводни­ки; 2) изготовление очень дешевых, но малопрочных катушек разового действия. При подаче рабочего импульса такая обмот-' ка разлетается в стороны. Для предохранения обслуживающего персонала от возможных травм установка должна иметь за­щитный кожух.

233-