Використання принципу шаруватості при виготовленні технологічного устаткування для штампування та зварювання вибухом

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 621.7.044

Кременчуцький державний політехнічний університет

ВИКОРИСТАННЯ ПРИНЦИПУ ШАРУВАТОСТІ ПРИ ВИГОТОВЛЕННІ ТЕХНОЛОГІЧНОГО УСТАТКУВАННЯ ДЛЯ ШТАМПУВАННЯ ТА ЗВАРЮВАННЯ ВИБУХОМ

Драгобецький В.В.

Конструктивні форми сучасних машин та споруд надзвичайно різноманітні: від масивних фундаментів-шаботів кувально-пресових машин до ажурових конструкцій мікросхем та інших виробів електроніки. Вибір форми виробу, вузла деталі або споруд визначається багатьма факторами: їх призначенням, умовами роботи, матеріалами, що використовуються, і навіть методами розрахунку. Серед безліч конструктивних рішень вагоме місце займають шаруваті конструкції. Навіть з'явився принцип шаруватості при конструюванні [1].

Шаруваті конструкції мають підвищену міцність, експлуатаційну надійність і безпечність, більш прості у виготовленні й відкривають нові аспекти в підвищенні продуктивності та зручності у виконанні допоміжних технологічних операцій. Найбільш ефективно використовувати шаруваті конструкції в умовах ударного, імпульсного та вибухового навантаження. В умовах експлуатації багатошаруватих конструкцій сколини та інші дефекти локалізуються в одному шарі й не приводять до зруйнування всієї конструкції. У багатошароватій стінці можна створити попередні напруження, це у ряді випадків при навантаженнях сприяє більш рівномірному розподілу напружень по товщині. Наявність допоміжної контактної поверхні окремих шарів та знижена згінна жорсткість багатошаруватої стінки збільшує час зіткнення летючого предмета зі стінкою. Зосереджена сила удару, діюча на багатошарувату стінку, значно знижується. Крім того, коефіцієнт відновлення, значно впливаючи на величину імпульсу, для багато шаруватої стінки менш за моноліт. У випадку удару летючого предмета об багатошарувату стінку більша частина кінетичної енергії піде на зближення та ущілення окремих шарів, менша частина її піде на змінювання форми зароджування та розвиток очагів руйнування.

Багатошарові конструкції мають також значні технологічні переваги, Мала товщина шару визначуває простоту технологічних операцій, не велику складність устаткування, зменшення номенклатури матеріалів, що застосовуються. Це зменшує строки освоєння нових виробів, особливо в умовах одиничного та дрібносерійного виробництва.

У багатьох випадках для отримання біметалевих труб зварюванням використовують схеми внутрішнього та зовнішнього плакування. При зовнішньому плакуванні метають зовнішню трубу, навколо якої розташовують набій вибухової речовини. У внутрішню трубу вставлена розбірна оправка або наповнювач (вода, пісок та ін.), забезпечуючих необхідну жорсткість та стійкість складання [2]. Однак використання сипких та рідких наповнювачив не технологічно, в експлуатації вони незручні та не забезпечують достатньої жорсткості при вибуховому навантаженні. Розкладені оправки та розтиснуті пуансони трудомісткі у виготовленні. Для їх виготовлення потрібні високоміцні матеріали, які дорого коштують, і мають високу ударну в'язкість. Великі труднощі пов'язані із забезпеченням щільного прилягання внутрішньої поверхні деталі, що обробляються, та зовнішньої поверхні оправки. Оправка з одного боку повинна бути жорсткою, щоб перешкоджувати деформації заготовки і податливою для забезпечення щільного прилягання. Розташував шаровитий елемент між поверхнями оправки вирішуємо цілий комплекс техніко-економічних задач. У додаток оправка з шаруватим (мал.1) елементом проста в експлуатації та більш універсальна. Використання стрічки для виготовлення шаруватого елемента східчастого перерізу. Кількість сходин елемента залежить від перерізу внутрішньої порожнини виробу і це дає змогу використовувати процес вибухового зварювання для плакування деталей і заготовок з порожнинами складного поперечного перерізу, що поширює технологічні можливості вибухових технологій зміцнення та зварювання.

При штампуванні заготівок з крихких і малопластичних, що деформується, матеріалів та ін. Знаходить використання пакетне штампування [3]. Заготовка, що деформується, розташовується між обкладинами з більш пластичного матеріалу і здійснюється спільне штампування. Товщина обкладин вибірається з умов відсутністі появи гофрів при заданих ступінях витяжки. Після здійснення процесу витяжки обкладени не придатні для подальшої експлуатації. Для забезпечення можливості багаторазового використання обкладин використовуємо принцип багатошаруватості обкладини виготовляємо у вигляді спіралей, навитих зі стрічки (мал. 2). Спіралі обкладин розташовують усередині кільця. Усередені кожного елемента спіралі виконують отвори, у яких розташовуються гнучкі троса. Після закінчення процесу формування пакет з обкладин та заготовки виймають з матриці. Після цього, потягнувши за кінець тросів, витягуємо заготовку після формування.

У даному випадку використання принципу шаруватості з одного боку, як технологічного прийому, пакетне штампування, і принципу конструювання сприяє рішенню комплексу технологічних конструкторських та економічних проблем. Заощаджуються матеріали, і скорочується цикл виготовлення деталей.

Серед методів керування процесами штамповки вибухом найбільш простим та надійним є використання приєднаних (допоміжних) мас та екранів [3]. Відомо, що матеріали, акустичні властивості яких близькі акустичним властивостям передаючи середовища (води), гума, поліуретан, паралон та ін. для їх деформації та формування потрібна незначна кількість енергії. Матеріали з значними акустичними властивостями (мідь, свинець, латунь та ін.) для своєї пластичної деформації потребують значних витрат енергії, частину можна використовувати для притискання фланця заготовки. Для цього допоміжну масу виконуємо армірованою із закріпленням на її арматурі гнучких сполучень, взаємодіючих з притискуючим кільцем. У міру збільшення ступеня деформації та зменшення площини фланцевої частини заготовки зусилля притискування зростає, що сприяє більш ефективному запобіганню утворення гофрів.

Використовуючи ефект шаруватості, можливо ефективно керувати процесами імпульсного листового штампування. Якщо зробити підпір заготовки, що деформується, з шаруватих еластичних елементів, що мають неоднакову жорсткість, то різні ділянки заготовки отримують неоднаковий опір. І це дає змогу в процесах імпульсного штампування обходитися без матриці. шаруватий штампування заготівка технологічний

Один з ефективних методів підвищення стійкості та довговічності штампувального та ріжучого інструменту є використання пластинування [4]. Широке використання у штампувальному виробництві знаходять штампи з вставками з твердих сплавів, антифрикційних та фрикційних матеріалів. Якщо перетяжні ребра матриці та елементи притискувачів виконувати з набору пластин, то можна ефективно керувати процесами взаємодії заготовки з інструментом; крім того, при ушкодженнях робочої поверхні матриці остання швидко ремонтується.

В умовах динамічного навантаження штампувального інструменту та устаткування ефективним методом їх захисту є використання ефекту відколу і шаруватості. Відкольні елементи захищають конструкції від руйнування, а, якщо забезпечити кінематичний зв'язок відкольних елементів з деталями та вузлами конструкції, можна вирішити деякі питання механізації допоміжних операцій штампування.

Використання принципу шаруватості разом з ефектом відколу дозволяє підвищити деформаційну здібність для цього в обкладині, що розташовують знизу заготовки виконують кільцевий надріз. У процесі штампування вибухом, коли фронт ударної хвилі досягає поверхні розподілу нижньої обкладини із заготовкою, відбувається відкіл обкладини по надрізу і центральна частина обкладини відлітає. Це запобігає дію хвилі розвантаження та інтенсифіцирує рух подання фланця заготовки та підвищує ступінь витяжки.

Великі переваги мають і вибухові камери та устаткування для штампування вибухом з багатошаруватою стінкою.

Таким чином, використання принципу шаруватості при конструюванні технологічного оснащення для штампування вибухом вирішує такі важливі питання:

Поширення технологічних можливостей штампування вибухом, завдяки поширенню номенклатури деталей, що обробляються і напівфабрикатів.

Підвищення ступеня універсальності штампування вибухом.

Підвищення зручності в експлуатації, складання та розкладання, ремонтоздібність.

Спрощення процесу виготовлення, вдосконалення, доводки та випробування вузлів та агрегатів.

Підвищення продуктивності допоміжних операцій штампування.

Підвищення якості деталей, що обробляються, заготовок та напівфабрикатів.

Підвищення стійкості та міцності технологічного оснащення та безпеки процесів.

Поняття принципу шаруватості, яке використовується як конструктивний захід, можливо розпоширити і до технологічних процесів. Технологічний ефект шаруватості мабуть слід розуміти з одного боку як захід, спрямований на підвищення граничних технологічних властивостей заготовки, що обробляється. З іншого боку, принцип шаруватості використовується для інтенсифікації технологічних процесів. Наприклад, у процесах імпульсної обробці металів тиском цей захід використовується для керування параметрами зовнішнього навантаження та утворення додаткових деформуючих зусиль. У цілому це дає змогу для вдосконалення конструктивних властивостей деталей.

Безпосередньо використання технологічного ефекту шаруватості пов'язано з деформуванням імпульсним магнітним полем заготовок з матеріалів, маючих низьку електропровідність (вуглецеві та леговані сталі). У цьому випадку використовують "супутники" - проміжні матеріали з високою електропровідністю, що укладаються на заготівку, яка обробляється 2.

Ефект широко використовується у процесах листового штампування вибухом і як принцип конструювання, і технологічний захід. Для інтенсифікації процесів витяжки використовують еластичні блоки змінної жорстокості, яка збільшується у напрямку притискувача. Це здійснюється у шаруватій конструкції у вигляді набору еластичних кілець жорсткості 5. У процесах випинання для підвищення якості порожнистих деталей використовують пакет пружних втулок, або пластин, які розміщуються в еластичній оболонці 6. Якщо у радіальних пазах вхідної ділянки матриці розмістити пакет фрикційних пластин, це змінить характер деформування заготовки, яка штампується та підвищує сили тертя між фланцем заготівки та матрицею 5. Широкий спектр технологічних ефектів досягається при використанні технологічних обкладин, які традиційно зменшують ймовірність утрати стійкості та підвищують здатність до пластичної деформації. Виконавши надріз у нижній обкладині 5 який руйнується на останній стадії формоутворення, ми підвищуємо коефіцієнт витяжки. Це здійснюється тому, що виникає відкол нижньої обкладини і хвиля розвантаження не діє на заготовку. Принцип шаруватості у процесах штампування вибухом використовується для зміни акустичних властивостей середовища, де розповсюджується ударна хвиля 5 , та отримання шаруватих мастильних матеріалів 5 з високими мастильними властивостями. Якщо з багатьох процесах листового штампування вибухом принцип шаруватості використовується як конструктивний елемент для отримання технологічних ефектів, то у процесах зварювання вибухом його можна розглядати як чисто технологічний захід. Широке використання знаходить спосіб, коли між поверхнями, які зварюваються, розміщують проміжні технологічні прошарки 2. Їх використання гальмує дифузійні процеси та зароджування інтерметалів і підвищує якість зварювання.

Найбільш цікаво використання прошарок з термомеханічною пам'яттю 5. З одного боку, прошарок гальмує зріст інтерметалідів, а з другого - здійснює формоутворення заготовок, що зварюються вибухом. Це здійснюється завдяки розігріву, що виникає при зіткненні зварюваних поверхонь.

Широке використовування принцип шаруватості знаходить для керування параметрами зовнішнього навантаження у процесах штампування, зварювання та руйнування вибухом. Це досягається завдяки використанню оболонок для вибухових зарядів різноманітної акустичної жорсткості. Крім того, якщо у процесах штампування або зварювання використовувати кілька заготовок, розташованих одна над одною, можна регулювати тривалість процесу імпульсного навантаження та розподіл тиску по поверхні заготовки, а також для стабілізації швидкостей їх руху.

В цілому впровадження принципу шаруватості при конструюванні технологічного оснащення та устаткування - один із напрямків удосконалення процесів вибухової обробки матеріалів: штампування, зварювання, підвищення міцності та пресування.

Література

Макаров В.М., Зисельман Б.Г. Рулонированные сосуды высокого давления. М.: Машиностроение. 1985. - 240 с.

Степанов В.Г., Шавров И.А. Высокоэнергетические импульсные методы обработки металлов. Л.: Машиностроение, 1975. - 285 с.

Борисевич В.К. Импульсная обработка металлов давлением. М.: Машиностроение, 1975. - 144 с.

Соболев Н.И., Титунин Б.А. Пластинирование деталей машин. Л.: Машиностроение. 1987. - 224 с.

Драгобецкий В.В. и др. Авторские свидетельства №№ 756708, 822431, 864647, 966980, 997322, 1027896, 1383598, 1584266.

Размещено на Allbest.ru