Взрывная штамповка основана на деформации листовой заготовки давлением ударной волны, образующейся при взрыве бризантных взрывчатых веществ (ВВ).
Время детонации ВВ составляет 20—30 мкс, а время деформации детали исчисляется миллисекундами, т. е. примерно в сто раз больше. Таким образом, давление взрыва действует на заготовку лишь в начальный момент, после чего металл заготовки движется до соприкосновения с матрицей под действием сообщенной ему кинетической энергии. По мере распространения ударной волны ее скорость и создаваемое давление довольно быстро затухают. Поэтому взрывной штамповкой нельзя сразу получить глубокую вытяжку, а приходится применять двукратную взрывную штамповку. Практически зарекомендовал себя способ реверсивной двухоперационной штамповки: в первой операции штампуется днище с выпуклой вверх средней частью, а во второй операции после удаления выпуклого вкладыша получается окончательная форма днища выпуклостью вниз.
На рис. 1 показана зависимость коэффициента вытяжки от плотности заряда ВВ при гидровзрывной штамповке на кольцевой матрице (без формующей полости).
Область / соответствует недостаточной массе заряда и неполной вытяжке; область // — полной вытяжке без разрушения; область /// относится к чрезмерно большой массе заряда, при котором происходит разрушение заготовки. Точка А соответствует предельной величине коэффициента вытяжки за одну операцию.
Взрывная штамповка получила преимущественное применение для обработки наиболее крупных деталей (от 1,5 до 8 мм) при толщине материала свыше 2 мм. Достоинством ее является высокая экономическая эффективность в результате резкого снижения капитальных затрат и сокращения сроков и стоимости подготовки производства. Другим преимуществом является возможность штамповки деталей из высокопрочных сплавов.
Рис. 1. Зависимость коэффициента вытяжки от удельного веса заряда ВВ: а — для СтЗ толщиной 1,75 мм; б — для стали 2X13 толщиной 2 мм
В зависимости от размеров и формы штампуемых деталей взрывная штамповка осуществляется различными способами: при больших габаритах деталей — штамповкой в бассейнах с водой или бронекамерах; при штамповке небольших деталей — штамповкой в наземных установках.
Технология и безопасность взрывных работ
... Технология и безопасность изготовления и применения взрывчатых веществ на горных предприятиях: Учебное пособие. - 2-е изд. - М.: Изд-во МГГУ. 2001. - 248 с. 5. Единые правила безопасности при взрывных работах. ... величина перебура, м. П=0, так как коэффициент крепости, f=6 Длина (м) сплошного заряда [2]: Lзap= 2/3*lскв=2/3*22,2=14,8 м ... работ, отчетов по практике, курсовых проектов и работ».
На рис. 2 изображена конструкция бассейна, разработанного в Харьковском авиационном институте. Заглубленный фундамент отделен от стенок бассейна и обладает повышенной прочностью.
На рис. 3 изображена схема установки бассейнового типа, выполненная в виде сварного металлического бака, устанавливаемого в бетонном колодце.
Для защиты металлического бака от действия ударной волны в данном случае применена так называемая воздушно-пузырьковая защита в виде сплошной завесы из пузырьков воздуха, идущих через отверстия кольцевой трубы, установленной на дне бака и соединенной с компрессором.
Полость матрицы снабжена большим количеством отверстий, соединяющих ее с нижней полостью, присоединяемой к вакуумному насосу. Отверстия служат для удаления воздуха из рабочей полости матрицы.
На рис. 4, а изображена схема съемной наземной установки для взрывной штамповки небольших деталей, предназначенная для установки в закрытом помещении.
В случае опытного производства применяют резервуары разовой службы, представляющие собой картонный бак или
Дальнейшее развитие листовой штамповки взрывом внесло существенные изменения в технологические процессы штамповки взрывом и конструкцию применяемых установок. Взрывная штамповка в бассейнах стала вытесняться другими установками (бронеямами и бронекамерами), Основной причиной такой замены является высокая стоимость бассейна (от 40 до 60 тыс. руб.) и необходимость применения мощных транспортных средств.
Другим недостатком штамповки в бассейнах — это повреждение мощными сейсмическими волнами близкорасположенных зданий и сооружений.
Рис. 2. Схема бассейна конструкции Харьковского авиационного института: 1 — стальная обшивка; 2 — бетонный бассейн; 3 – гидроизоляция; 4 —заглубленный фундамент; 5— штамп; 6 — заряд ВВ
Рис. 3. Установка для взрывной штамповки с воздушно-пузырьковой защитой
В результате возникла тенденция перехода на безбассейновую штамповку. Вначале были применены так называемые бронеямы, углубленные в землю на 3 – 5 м. Наиболее совершенными установками являются подвижные бронекамеры, расположенные на поверхности земли. Стенки бронекамеры предохраняются от разрушения водяной защитой. Для уменьшения объема воды, наливаемой в штамп над заготовкой, используется плоский заряд ВВ. Размеры бронекамеры примерно равны 3 X 4 м, высотой около 3 м.
Рис. 4. Съемные установки для
1 — штамп; 2 — заготовка; 3 — бак; 4 — заряд ВВ
На рис. 5 изображена бронекамера конструкции Харьковского авиационного института. Корпус камеры 2 передвигается на колесах 1 по направляющим.
Рис. 5. Подвижная бронекамера
Крышка камеры 3 подвижная и может перемещаться вверх по направляющим. В центре бронекамеры установлена матрица 4 с прижимным
Для предохранения стенок бронекамеры от разрушения при взрыве большие зарядов ВВ (свыше 1 кг) применяется водяная завеса. Вокруг матрицы уложены два трубопровода — коллектора 6 и 7 сбольшим количеством форсунок для распыления воды.
Гашение воздушной ударной волны осуществляется сплошной завесой из водяных струй. При штамповке крупногабаритных изделий вместо заливки воды над заготовкой целесообразно накладывать на нее полиэтиленовые мешки, наполненные водой и снабженные зарядами ВВ. В последнее время для взрывной штамповки созданы установки с замкнутой взрывной камерой.
Объемная штамповка и обработка металлов резанием
... во много раз меньше, чем у обычных молотов. 1.2 Объемная штамповка Объемная штамповка, технологический процесс, заключающийся в изменении простейших объемных заготовок (цилиндрической, призматической ... материалы (жаропрочные стали, титановые, молибденовые, вольфрамовые и другие сплавы). При взрывном штамповании ударная волна, возникающая при сгорании заряда взрывчатого вещества, деформирует ...
Взрывная штамповка требует выполнения специальных расчетов: требуемой работы деформирования, энергоносителя и расчета оснастки.
Штампы для взрывной штамповки представляют собой матрицу, имеющую рабочую полость
Стоимость железобетонных матриц для штамповки днищ диаметром 1200 и 1500 мм в два раза меньше стоимости металлических матриц.
В качестве взрывчатого вещества обычно используют тротил (тринитротолуол, тол), являющийся бризантным взрывчатым веществом нормальной мощности. Он может применяться в литом, прессованном и насыпном виде. Скорость детонации тротила — 7000 м/с. Давление подводного взрыва около 133 000 кгс/см 2 . Скорость формообразования до 100 м/с, что позволяет штамповать высокопрочные малодеформируемые сплавы с большей степенью упрочнения и минимальным пружинением.
Форма заряда определяется конфигурацией штампуемой детали. Заряды должны изготовляться обученным персоналом в специальных помещениях. Тротил довольно безопасен в обращении, хорошо переносит транспортировку, от зажигания горит без взрыва, но полностью и мгновенно взрывается от капсюля детонатора.
Взрывная штамповка применяется также для резки листового металла детонирующим шнуром, пробивки отверстий, клепки и сварки, поверхностного упрочнения, чеканки и гравировки, объемной штамповки. Для штамповки взрывом изделий из высокопрочных и жаропрочных сплавов повышенной хрупкости (титановые, молибденовые сплавы) получила применение горячая штамповка взрывом с подогревом заготовки (для титана до 6000 0 С) электронагревом, инфракрасными лампами, в соляной ванне, теплотой химической реакции. Передаточной средой при горячей штамповке взрывом обычно служит песок. В этом случае отпадает необходимость сооружения бассейна и прочих гидротехнических устройств. Вследствие этого указанный способ может быть использован и при холодной взрывной штамповке. Для взрывной штамповки небольших деталей может быть применена и вода, при нижнем расположении резервуара с водой, над которым устанавливается нагретая заготовка и массивная матрица дном кверху.
При горячей взрывной штамповке иногда применяется штамповка в раскаленном до 900—1000°С песке. Однако это требует предотвращения самопроизвольного загорания заряда ВВ, поэтому необходимо термоизолировать его соответствующими материалами.
При штамповке тонколистовых молибденовых сплавов применяется оригинальный способ нагрева заготовки в собранном штампе с установленным зарядом ВВ. Источником нагрева является пиротехнический состав, нанесенный на поверхность заготовки и поджигаемый огнепроводным шнуром непосредственно перед взрывом заряда ВВ. Нагрев молибденовой заготовки толщиной 1 мм пиротехническим составом до 360—380°С происходит за 25—30 с.
Холодная штамповка метизов
... остатков серной кислоты и уменьшения коэффициента трения при калибровке и холодной штамповке металл подвергается известкованию в растворе, содержащем 3 - 5% извести (СаО), ... ПРОЦЕССА ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКИ Холодной пластической деформацией в практике штамповочного производства называют процесс, протекающий без принудительного нагрева металла[4]. В процессе деформации происходит механическое упрочнение ...
Высокие давления, развиваемые при взрыве бризантных ВВ, применяются также для резки и пробивки листового металла и толстых заготовок. Необходимо указать на некоторые способы пробивки и резки:
1) пробивка отверстий кумулятивной струей, образующейся при взрыве кумулятивных зарядов бризантных ВВ;
2) резка листового металла с помощью контурных зарядов листовых и шнуровых зарядов бризантных ВВ, накладываемых на заготовку;
3) резка толстых заготовок и проката с помощью линейных зарядов ВВ, накладываемых вдоль линии реза.
Новым промышленным способом является пробивка и резка толстых заготовок при использовании особой кумулятивной формы взрыва, позволяющей получить колоссально высокие скорости движения кумулятивной струи — порядка 12—15 км/с, т. е. выше второй космической скорости (11,2 км/с).
Для этого применяются специальные кумулятивные заряды, имеющие коническую (или двойную обратно коническую) выемку в заряде ВВ, облицованную металлической оболочкой.
При детонации кумулятивного заряда энергия продуктов детонации концентрируется вдоль оси
В лабораторных условиях достигнута высокая скорость кумулятивной струи — 100 км/с, т. е. выше диапазона метеорных скоростей (11,2 до 73 км/с).
При работе с кумулятивными зарядами необходимо предохранять кумулятивную струю от действия атмосферного воздуха, в котором она быстро сгорает. Защита может быть создана оболочкой из нейтральных газов, или вакуумированием.
К штамповке взрывом может быть отнесена штамповка взрывом (горением) газовых смесей или порохов. В этом случае происходит не детонация, а процесс химического сгорания в окислителе, содержащемся в газовой смеси и порохе. Скорость продуктов горения здесь в три раза меньше, чем у детонации ВВ, а время действия волны давления на заготовку измеряется уже миллисекундами.
В ряде случаев использование газовых смесей или порохов более целесообразно, чем бризантных ВВ, например при формовке тонкостенных деталей из пластичных металлов.
Воспламеняющиеся смеси газов как энергоноситель имеют
1) более однородное давление, которое можно легко изменять в широком диапазоне;
2) возможность быстрой перезарядки камеры сгорания.
Штамповка газовой смесью производится в закрытой полости штампа, подключаемой к камере сгорания.
Наиболее доступными и экономичными смесями являются кислородно-ацетиленовые, кислородно-водородные и кислородно-метановые смеси, обладающие высокой теплотворной способностью. При сжигании в замкнутой емкости смеси воспламеняющихся газов могут протекать два основных вида реакции:
1) адиабатическое сгорание, когда химическая реакция протекает во всем объеме, а скорость продуктов горения невелика;
2) газовая детонация, когда реакция протекает со сверхзвуковой скоростью и распространяется в детонационной форме. Пламя представляет собой узкую (тонкую) зону, отделяющую участок с закончившейся химической реакцией от участка с несгоревшим газом.
Резка металла и ее основные виды
... струёй кислорода и газов, образующихся при горении металла. К резке окислением относится газопламенная (кислородная) и кислородно-флюсовая резка. При резке плавлением металл в месте резки нагревают мощным концентрированным ... в кислороде). Предварительный подогрев дает пламя ацетилена или пламя газов-заменителей. После того, как место резки будет разогрето до температуры 300-1300°С (для каждого ...
Газовая смесь зажигается с помощью обыкновенной автомобильной свечи, подключенной к источнику тока высокого напряжения. Горючий газ и кислород поступают из обычных баллонов через редукторы.
В аналогичных случаях для штамповки тонколистовых металлов применяют штамповку давлением пороховых газов, имеющую те же преимущества, что и штамповка газовой смесью. Деформация заготовки осуществляется в герметически закрытой камере, в которой происходит расширение пороховых газов. Сгорание пороха обычно происходит в особой камере сгорания, соединенной с рабочей камерой. В зависимости от типа установки штамповка пороховыми газами может осуществляться или непосредственным давлением газов, или через жидкость.
Получили практическое применение ручные устройства для запрессовки и развальцовки труб, пробивки отверстий, клепки и других операций, работающих на пороховых зарядах.
В отдельных случаях для штамповки листового металла в качестве энергоносителя используют сжиженные газы. Рабочее давление достигается благодаря быстрому испарению жидкого газа и переходу его в газообразное состояние.
Наиболее доступным газом является жидкий азот, имеющий температуру кипения — 196°С. При испарении 1л. жидкого азота получается около 690л. газообразного. Скорость испарения можно увеличить, вспрыскивая распыленный жидкий азот в воду. В данном случае происходит мгновенное испарение азота, вызывающее ударную волну.
