Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности

Электрогидравлическая штамповка металлов

Уже первые опытно-промышленные электрогидравлические - установки показали очевидную рациональность штамповки дета­лей из плоских и цилиндрических заготовок. В дальнейшем оказалось, что электрогидравлическим способом можно штампо­вать детали любых форм и размеров. В настоящее время на основе накопленного отечественного и зарубежного опыта электро­гидравлическая штамповка применяется весьма широко [6, 19, 23, 59]. В СССР создано несколько типов промышленных электрогидравлических установок для штамповки деталей, внед­рение которых позволило существенно повысить (в 5—10 раз)

Производительность труда, упростить производство, снизить металлоемкость и стоимость оборудования при повышении ка­чества и надежности изделий и получить значительный эконо­мический эффект. Электрогидравлические прессы моделей «Удар-1», «Удар-11», «Удар-12м», «Удар-14», «Удар-20», Т-1220, Т-1223, Т-1225, Т-1228, Т-1231, ПЭГ-25, ПЭГ-60М, ПЭГ-ЮОН, ПЭГ-150 и другие с энергией единичного импульса от 10 до 150 кДж при напряжении 10—50 кВ способны штамповать заготовки разме­рами до 2400 мм при толщине до 10 мм. Серийное производство электрогидравлических прессов налажено на Опытном заводе ПКБ электрогидравлики АН УССР и на других машинострои­тельных заводах. Внедрение каждой электрогидравлической установки для листовой штамповки дает экономию в среднем 25—50 тыс. руб. в год. А таких установок в СССР внедрено уже несколько сотен. Много установок для электрогидравличе­ской штамповки работают и за рубежом.

.£В настоящее время наиболее эффективной областью приме­нения листовой электрогидравлической штамповки является фор­мообразование и калибровка конических и цилиндрических оболо­чек диаметром до 1200 мм при высоте до 1100 мм из заготовок толщиной до 5 мм. Продолжается расширение диапазона толщин и габаритных размеров изделий, выполняемых электрогидравли­ческой штамповкой, зависящее как от параметров генераторов импульсов тока, так и от совершенства конструкции технологи­ческого узла.

Известные способы штамповки, вытяжки,' гибки и выполне­ния других операций деформирования листовых пластических материалов предусматривают применение гидравлических или механических прессов, в которых давление жидкости создается при помощи насосных или компрессорных установок. Электро- гидравлический способ штамповки [59] предусматривает осуще­ствление этих технологических операций электрогидравлически - ми ударами, создаваемыми в открытой или замкнутой камере, днищем, стенкой или крышкой которой служит обрабатываемый материал. Электрогидравлические удары осуществляются при разрядах между Электродами и обрабатываемым материалом или между двумя электродами. Обрабатываемый листовой мате­риал под действием электрогидравлического удара вдавливается в матрицу и тем самым приобретает ее форму.

/Устройство для электрогидравлической штамповки и других операций [59] (рис. 4.9, а, б) выполнено в виде матрицы с по­лостью, заполненной воздухом или находящейся под вакуумом._ Крышкой полости служит деформируемый листовой материал^} Над деформируемым листом (или под ним, если применяют ст> соб штампования «вверх») расположена камера с рабочей жидкостью и рабочими электродами. Разряд осуществляется между двумя электродами (рис. 4.9, а) или между электродом и деформируемым листом (рис. 4.9,6).

Все типы эксплуатируемых в промышленности отечественных и зарубежных установок для электрогидравлической листовой штамповки основаны на описанных выше принципиальных способе и устройстве.

Электрогидравлическая штамповка искровым разрядом. Элек - трогидравлическую штамповку металлов можно осуществлять как на низком, так и на высоком напряжениях. Удобства накопления больших энергий и коммутации больших токов на высоком напряжении общеизвестны. Но в современных условиях высокая стоимость и громоздкость высоковольтных конденсаторов зачас­тую заставляют отказываться от дальнейшего повышения рабо­чего напряжения установок электрогидравлической штамповки выше некоторого предела (в 100—150 кВ), определяемого в основном только массой и объемом выпускаемых промышлен­ностью конденсаторов. Однако дальнейшее повышение рабочего напряжения при электрогидравлической штамповке представля­ется крайне перспективным.

Принципиально при электрогидравлической штамповке нет не­обходимости в увеличении крутизны фронта и уменьшении дли­тельности импульса, поскольку штамповка выполняется в основ­ном за счет энергии запаздывающего потока, которая относи­тельно больше на мягких, чем на жестких, режимах. Но более быстрый рост механического КПД разряда, возникающий вместе с ростом напряжения, приводит к тому, что при прочих равных условиях работа на высоких напряжениях, как правило, оказыва­ется в общем энергетически и экономически более оправданной.

При электрогидравлической штамповке осуществляется один или несколько одновременных или незначительно сдвинутых по времени искровых разрядов на соответствующим образом разме­щенных и ориентированных парах или группах рабочих разряд­ников. При этом штамповку всегда стремятся осуществить за один прием, без переналадок установки. Одновременное или незначительно сдвинутое по времени осуществление несколь­ких разрядов на рабочих искровых промежутках штампующих устройств часто оказывается более целесообразным, чем серия одиночных или групповых разрядов с большой частотой чередо­вания.

В некоторых случаях для обеспечения непрерывности течения деформируемого материала целесообразен подбор такого чередо­вания электрогидравлических ударов на группе управляемых рабочих искровых промежутков, чтобы каждый последующий удар, возникающий в камере штамповки, был строго дозирован не только по величине своей энергии, но и по частоте следования. Подобный подбор оптимальных энергии и частоты следования импульсов, а значит, и оптимальной скорости и характера деформации материала особенно важен для штамповки легиро­ванных и других труднодеформируемых материалов.

Значительный технологический эффект дает и использование метода ступенчатой подачи энергии на разрядный промежуток, позволяющее совмещать достоинства работы на относительно низких напряжениях с достоинствами работы на высоких напря­жениях (см. гл. 2). Этот метод также позволяет управлять харак­тером течения и скоростью деформирования обрабатываемого материала. При этом на рабочий искровой промежуток, располо­женный в камере электрогидравлической штамповки, сначала подается импульс высокого напряжения, но малой энергии, доста­точный для пробоя данного рабочего промежутка и создания электрогидравлического удара, позволяющего перевести обраба­тываемый материал за предел текучести, но недостаточный для осуществления всей работы деформации и полного изготовления изделия. Затем через короткий, регулируемый по длительности промежуток времени на возникший в жидкости канал разряда подается импульс низкого напряжения, но большой энергии, до­статочный для завершения всей работы по штамповке уже теку­щего материала. Этот метод позволяет использовать относительно низковольтные конденсаторы и питающие установки, менее гро­моздкие и не столь дорогие, как соответствующие им по мощности и энергии высоковольтные установки [3, 6].

В этих же целях для осуществления электрогидравлической штамповки искровым разрядом на относительно низких напря­жениях может быть использован и метод радиационного поджига (см. рис. 2.5), когда искровой разряд относительно, низкого напряжения направляют либо по возникающему синхронно с чередованием разрядов ионизированному каналу, образованному лучом импульсного лазера, либо по лучу проникающего излучения, идущего из капсулы, устанавливаемой, как и лазер, на одном (преимущественно заземленном) отрицательном электроде или группе электродов [63].

Главным достоинством деформации искровым разрядом явля­ется возможность сколь угодно часто повторять разряды на данном устройстве без всякого изменения или переналадки его. Так, при штамповке изделий больших площади, толщины или диаметра деформация их может осуществляться одномоментным или синхронно повторяющимся действием большого числа разря­дов, возникающих на ряде рабочих искровых промежутков, раз­мещенных в камере штамповки. Одновременность создания элект - рогидравлических ударов на каждой паре рабочих электродов может быть достигнута обычным способом (например, поджигом). В местах наиболее сложного профиля изделий или особенно глубоких вытяжек рекомендуется устанавливать дополнительные разрядники. Специальные разрядники могут быть установлены и в местах образования отверстий, резких изгибов или впадин изделия.

Штамповка сложных изделий большой длины может также осуществляться и последовательным перёмещением над изделием всего лишь одного разрядника, разряды которого и формуют изделие. При этом над местами сложного профиля или глубокой выемки перемещаемый разрядник может задерживаться. С той же целью второй электрод рабочего искрового промежутка может быть выполнен, например, в виде кольца, и тогда разряд будет обегать окружность, т. е. вращаться. Последовательное враща­тельное движение разряда может быть достигнуто также и вращением отогнутого Т-образного конца центрального электро­да или при осуществлении разряда между электродом и токопро­водящей сеткой, расположенной вблизи поверхности обрабатывае­мого материала.

Для производства гибочных и других операций обрабаты­ваемый материал деформируют через покрывающий его эластич­ный (например, резиновый) лист со многими проходящими сквозь него токопроводящими контактами [59].

При электрогидравлической штамповке во избежание обратной деформации изделий в полости матрицы под штампуемым листом должен быть создан обязательный в этом случае вакуум, а камера штампования, заполненная жидкостью, должна. быть гер­метизирована и в ней обычными средствами создано избыточное давление. Вакуум под изделием и избыточное давление в камере штамповки рекомендуются во всех случаях штамповки тонких листов при достаточно большой площади изделия.

Частицы воздуха, заполняющие камеру матрицы под листом, несмотря на достаточно хорошее вакуумирование ее, оказывают движению листа заметное сопротивление, поскольку не успевают быстро удалиться из узкого пространства между изделием и стенкой матрицы (так как скорость взаимного сближения листа и матрицы очень высока). Поэтому частицы воздуха, неизбежно остающиеся между изделием и матрицей, вызывают неполное прилегание изделия к матрице в процессе штамповки, а это не позволяет получать изделия с точными размерами, поскольку число этих «остатков» все время изменяется, вызывая неста­бильность размеров получаемых изделий. Попытки устранения этого явления сверлением большого числа выводных отверстий или повышением вакуума не приводят к желаемым результатам.

Однако, если внутреннюю стенку матрицы выполнить либо мел­копористой, либо покрыть рустой сеткой перекрещивающихся рисок или царапин, то при быстром сближении изделия и матрицы в эти поры и риски на время плотного прилегания и удалятся все оставшиеся частицы воздуха [69]. В результате отштампован­ное изделие плотно прилегает к стенке матрицы, а затем в силу собственной упругости незначительно отходит от нее и по существу совершенно не испытывает демпфирующего действия остатков воздуха, свободно перетекающего теперь сквозь поры или каналы рисок в объем камеры матрицы. Применение такой конструкции матрицы позволяет существенно повысить точность размеров штампуемых изделий и выполнять такие точные работы, как калибрование изделий с достаточно высокими допусками.

Поскольку при разрядах в камере штамповки из жидкости могут выделяться растворенные или образовавшиеся в ней газы, демпфирующие электрогидравлические удары и снижающие эф­фективность штамповки, то для постоянного их удаления в верх­ней части камеры устанавливают ресивер, соединенный тормозным каналом с полостью камеры [6]. Несколько кривоколенных изги­бов тормозного канала полностью глушат ударную волну и устра­няют перепады и толчки давления между ресивером и камерой, не позволяя газам, находящимся в ресивере, демпфировать электрогидравлические удары в камере. Спускной кран ресивера позволяет периодически удалять скопляющийся газ наружу.

При электрогидравлической штамповке расширяющаяся кави­тационная полость (развивающаяся аналогично как при искровом разряде, так и при тепловом взрыве) преодолевает при расши­рении не только сопротивление жидкости, но и сопротивление атмосферного давления. Учитывая большую поверхность кавита­ционной полости и высокую скорость ее расширения, следует признать, что энергия, бесполезно расходуемая на преодоле­ние этого сопротивления, весьма велика и что его устранение или уменьшение может резко повысить эффективность штамповки. Для этого в камере штамповки над изделием создается неболь­шой (меньше, чем в полости матрицы под изделием) вакуум. При этом вакуум в камере штамповки подбирается таким, чтобы жидкость не закипала [89]. Устройство для реализации описан­ного метода приведено на рис. 4.10.

Эффективность штамповки можно повышать также и путем устранения или уменьшения бесполезных для процесса штамповки усилий, возникающих при захлопывании кавитационных полостей.

Рис. 4.10. Устройство для электрогидравлической штам­повки с устранением противо­давления:

1 — трубопровод к вакуумному насосу; 2 — поплавковый регу­лятор уровня жидкости в камере штамповки; 3 — электрод; 4 — патрубок к вакуумному насосу; 5 — штампуемый лист; 6 — мат­рица; 7 — вакуумируемая по­лость матрицы; 8 — кавитацион­ная полость разряда; Р —1 тор* мозной канал; 10—ресивер с окном для наблюдения за уров­нем жидкости

Для этого в момент расширения кавитационной полости непосред­ственно в эту полость принудительно или, используя существую­щий в ней вакуум, вводят рабочую жидкость (рис. 4.11). Прину­дительную подачу жидкости можно осуществлять, например, посредством электрогидравлического насоса, сообщенного с рабо­чей камерой через полый электрод. В результате стенкам полости, захлопывающейся после расширения, уже не нужно проходить весь путь, поскольку часть полости (или даже весь ее объем) уже заполнена жидкостью. Таким образом, затраты энергии на этот процесс устраняются и в жидкости сохраняется высокое давление, что облегчает получение при следующем разряде еще больших давлений.

При штамповке крупных изделий в качестве среды, подаваемой в кавитационную полость, может использоваться и сжатый газ, получаемый, например, от взрыва взрывчатого вещества (ВВ). При подаче газа с давлением, близким к давлению жидкости на стенках полости, в момент максимального ее расширения смыкающиеся стенки полости сжимают и находящийся в полости газ и аккумулируют энергию сжатия полости. Наибольший эффект достигается при подаче газа с давлениями, большими, чем давления на стенках полости. При этом полость, практически не смыкаясь, продолжает расширяться до пределов, определяемых

Запасом энергии газа (за­даваемой, например, заря­дом ВВ). В результате появляется возможность деформировать металл, уже переведенный за пре­дел текучести первона­чальным действием элек - трогидравлического уда­ра, и тем самым резко повысить общий эффект штамповки [72].

Для штамповки длин­ных каналов, вырубки про­тяженных отверстий или других подобных работ может быть использован метод «бегущей волны»

(рис. 4.12). При этом за­данное по времени чередо­вание искровых разрядов или тепловых взрывов, располагающихся по дли­не образуемого канала или отверстия, осущест­вляет последовательную деформацию определенно­го участка изделия.

Метод «бегущей ВОЛ - Рис. 4.12. Принципиальная схема устройства НЫ» [6], применяемый в Для штамповки методом «бегущей волны»

(/,/—/.5 — ограничивающие индуктивности

Отдельных зарядных контуров; Ср/—Ср5 рабочие конденсаторы зарядных контуров; ФП1 — управляющий формирующий проме­жуток первого зарядного контура; ФП2— ФП5 — управляемые (поджигом) формирую­щие промежутки отдельных контуров; Б31—. Б34 — блоки запаздывания поджига после­довательно включающихся разрядных конту­ров; ВТЭ1—ВТЭ5 — проволочные ВТЭ)

Что при электрогидравли-

Ческой штамповке много времени - отнимают установка на матрице штампуемого листа и снятие с нее готового изде­лия. При этом во многих электрогидравлических штампо­вочных устройствах приходится тратить много времени на освобождение от жидкости рабочей камеры и последующее наполнение ее. Однако непроизводительные затраты вре­мени (например, при штамповке зигов на больших листах металла) могут быть сведены к минимуму путем использо­вания метода передвижного «стакана», внутри которого распо-

Рис. 4.13. Установка для электрогидравлической штамповки листовых изде­лий методом «стакана»: / — поплавковый регулятор уровня жидкости; 2 кор­пус «стакана»; 3 — патрубок отсоса жидкости; 4 — пере­мещение «стакана» в про­цессе штамповки; 5 — поло­жение «стакана», заглубляе­мого в приямок при съеме готового и установке нового изделия; 6 — штампуемый лист; 7 — вакуумируемая по­лость матрицы; 8 — матрица

Ложен штампующий электрод. Лист металла располагают на мат­рице под тонким слоем жидкости,,покрывающей края отверстия перевернутого «стакана», что препятствует вытеканию жидкости, заполняющей «стакан», в котором происходит процесс электро - гидравлической штамповки (рис. 4.13).

Для постоянного удаления демпфирующих процесс газов и пополнения воды жидкость вместе с образовавшимися газами непрерывно (хотя и в очень малом объеме) удаляется через верх «стакана», а уровень жидкости в ванне штамповки поддержи­вается постоянным обычными средствами. При использовании этого метода для снятия готового изделия и установки нового листа необходимо только опустить «стакан» в специальное углуб­ление у края ванны и понизить уровень воды в камере до уровня листа [6].

Для многих электрогидравлических установок с верхним рас­положением камеры штамповки целесообразно отделять ее от штампуемого листа и вакуумируемой камеры матрицы с помощью какого-либо эластичного листа, герметизирующего полость камеры штамповки и не позволяющего жидкости вытекать при ее подъеме для снятия отштампованного изделия и установки нового листа.

Кроме приведенных здесь вариантов выполнения устройств электрогидравлической штамповки, позволяющих резко сократить время на вспомогательные работы, могут быть предложены и другие варианты, сводящие до минимума непроизводительные затраты времени. Так, при выполнении операций, связанных с увеличением размера трубчатых изделий раздачей или раздува­нием, разряды следует воспроизводить вблизи геометрического центра раздаваемого изделия. Если же операция связана с обжа­тием изделия, то разряды осуществляют по внешней стороне обжимаемого контура. В случае невозможности осуществле­ния таких разрядов операцию производят методом теплового взрыва.

Электрогидравлическая штамповка тепловым взрывом. Как по­казал опыт отечественного и зарубежного промышленного при­менения электрогидравлического эффекта, штамповка тепловым взрывом является наиболее перспективным методом [6, 23, 59]. При этом в камере штамповки в жидкости между рабочими электродами искровой разряд заменяется электрически соединен­ным с электродами взрывающимся тепловым элементом, выпол­ненным из проводящей проволоки, ленты или объемного контура. Сущность метода, его преимущества и различные варианты его применения подробно изложены в гл. 2.

Применение метода теллового взрыва значительно расширяет возможности электроридравлической штамповки, практически не усложняя (а во многих случаях даже упрощая) конструкцию устройств. Принципиально нет такой области электрогидравличе - ской обработки дефомацией, где метод теплового взрыва непосред­ственно или через свои модификации не мог бы быть с успехом использован. В то же время все методы и устройства, повышающие эффективность электрогидравлической штамповки применительно к штамповке искровым разрядом, применимы и к штамповке методом теплового взрыва.

Штамповка методом теплового взрыва может осуществляться как с использованием ВТЭ одноразового действия, так и при непре­рывной подаче ВТЭ. Для электрогидравлической штамповки изде­лий сложного профиля одноразовый проволочный ВТЭ может быть изогнут по заданному оптимальному профилю, а при использова­нии изогнутого ленточного ВТЭ может быть получена кумулятив­ная струя с локально направленным действием. Значительный эффект дает использование ВТЭ в виде двух состыкованных конусов и трубчатых ВТЭ, а также метода заданной концентра­ции и распределения энергии с помощью ВТЭ (см. рис. 2.9).

Различным расположением в камере для электрогидравличе­ской штамповки переменных по форме и диаметру ВТЭ методом заданной концентрации энергии можно достичь наперед заданного распределения выделения энергии в каждой точке пространства этой камеры и, таким образом, наиболее эффективно отштампо­вать изделия самой сложной фор­мы. Например, если расположить ряд проволочных ВТЭ в виде «звезды» (рис. 4.14) с питанием каждого ВТЭ от самостоятель­ного разрядного контура, то при одновременном тепловом взрыве их в центре деформируемого изделия выделение энергии бу­
дет максимальным, плавно убывающим к его краям, что обеспечит большие деформацию и скорость течения ме­талла центральным частям изделия. Если «вершину» этой «звезды» поднять или опустить относительно ее краев или горизонтальной плоскости, то. характер деформации изделия рез­ко изменится: при подъеме «вершины» концентрация энергии в центре изделия станет ослабевать, а при опускании ее, наобо­рот,— усиливаться. Закручивание лучей «звезды» по дугам в гори­зонтальной плоскости приведет к более равномерному распределе­нию энергии по поверхности изделия (например, днища), а ана­логичное изгибание лучей в вертикальной плоскости — к резкому ослаблению воздействия на центр изделия с усилением его у краев. В тех случаях, когда на каком-либо конкретном изделии необ­ходимо получить длинную впадину, пробитое отверстие или четкий угол изгиба, следует над этой впадиной (будущим отверстием) или изгибом сконцентрировать с заданной плотностью проволоч­ный или ленточный ВТЭ [6].

В отдельных случаях электрогидравлической штамповки воз­можно применение пастообразного ВТЭ. Применение в качестве ВТЭ каких-либо ионопроводящих жидкостей, непосредственно впрыскиваемых в рабочий искровой промежуток, возможно, но нецелесообразно, поскольку подобная жидкость, непрерывно растворяясь в рабочей жидкости, вызывает быстрое повышение ее проеодимости, а следовательно, если рабочую жидкость непре­рывно не заменять,— быстрое увеличение потерь на проводимость, снижающих общий КПД электрогидравлической штамповки.

Введение в рабочий искровой промежуток камеры электро­гидравлической штамповки мелких пузырьков воздуха, в какой - то мере «направляющих» разряд, не может быть рекомендовано, так как наличие таких пузырьков либо демпфирует действие электрогидравлических ударов, ослабляя их, либо влияет на ваку­умный или, наоборот, напорный режим камеры штамповки. Поэто­му в качестве газа для реализации данного способа, можно использовать пар (или гремучий газ), который образует пузырьки, существующие только во время разряда и без последствий исчезающие вместе с ним.

Штамповать изделия с помощью теплового взрыва можно не только в воде, но и в любой жидкости, даже в сильном электролите или расплаве соли или металла. Деформировать металлы можно и в газовой среде [20], здесь в отличие от искрового разряда тепловой взрыв можно осуществить в газах любых состава и тем­пературы (в том числе в плазме).

Комбинированные методы штамповки. В некоторых случаях применяют штамповку, при которой трубчатый ВТЭ заполняется каким-либо веществом или материалом, образующи-м после тепло­вого взрыва ВТЭ большое количество газа либо создающим высо­кую температуру. Это добавочное воздействие в комплексе с дейст­вием ВТЭ создает новый метод, позволяющий получить за мощным

Пиком давлений от теплового взрыва ВТЭ второй, менее мощный, но более длительный импульс давления, вызывающий продолжи­тельное течение и большую деформацию металла, уже начавшего свое течение после взрыва ВТЭ.

Как известно, для достижения свободного течения металла необходимо перейти некоторый порог давлений, за которым металл начинает течь без дальнейшего увеличения действующих усилий. С началом течения металла действующие усилия могут быть значительно снижены без ущерба для эффективности процесса его течения. Однако механические устройства, которые бы совер­шили комплекс этих действий автоматически, отсутствуют. Отсюда понятен интерес к подобного рода процессам и методам, позволяющим достаточно простыми средствами решить эту слож­ную задачу.

Наиболее рациональным вариантом такого метода обработки материалов (например, штамповки) является метод комбиниро­ванной обработки [72], сущность которого состоит в том, что в объеме герметизированной камеры штамповки над изделием сначала обычными средствами создают электрогидравлический искровой разряд или тепловой взрыв, а затем через управляемый и регулируемый промежуток времени осуществляют взрыв дозиро­ванного количества обычного взрывча! того вещества. При этом действием электрогидравлического удара металл изделия оказы­вается переведенным за предел текучести, а начавшееся тече­ние металла продолжается действием давлений взрыва и из­делие, как бы велико оно не было, деформируется на заданную величину.

В различных вариантах устройств, использующих этот метод, предусматривается подача твердого, пастообразного, жидкого или газообразного ВВ через один из электродов (преимущественно через заземленный).

Комбинация обоих методов обработки, резко уменьшая и ко­личество ВВ, и размеры электрогидравлической установки, необходимые для выполнения заданной работы деформации, позволяет штамповать крупногабаритные изделия за один прием. При этом совмещаются достоинства обоих методов и полностью устраняются недостатки, присущие каждому методу в отдельности. В качестве жидкой среды здесь целесообразно использовать жидкость с высокими плотностью и вязкостью, которая позволяет удерживать поданное в нее ВВ в заданном месте.

В некоторых случаях используют совмещенный метод обработ­ки, осуществляемый комбинацией искровых электрогидравличе - ских разрядов и тепловых взрывов,, производимых одновременно или порознь (в том числе и через регулируемые промежутки времени) в камере штамповки. При этом над теми местами изделия, где требуется особенно мощное воздействие, размещают­ся ВТЭ, а общая деформация изделия выполняется с помощью искрового разряда [72].

Магнитогидравлическая штамповка представляет собой комби­нацию магнитоимпульсного и электрогидравлического воздействий на материал. Широкоизвестная магнитоимпульсная обработка (например, штамповка металлов) имеет весьма низкий КПД (в 3 раза меньший, чем КПД электрогидравлической штамповки). В целях повышения эффективности магнитоимпульсной обработки разработан метод, при котором гидравлический импульс создают взаимодействием магнитного поля электромагнитов и импульсного тока, проходящего через жидкость, причем ток пропускают по рабочей жидкости поперек силовых линий импульсного магнит­ного поля (рис. 4.15). При этом импульсное магнитное поле, действуя на деформируемый лист изделия и одновременно прони­зывая объем жидкости в камере штамповки, действует и на ток в проводящей жидкости и вызывает появление в ней мощного импульсного толчка жидкости, направленного в сторону штампуе­мого изделия. Кроме того, часть тока (или весь ток), протекающего по соленоидам устройства, одновременно проходит и через жид­кость. В результате значи - / ©# 2 3 4 5 тельно большая часть

Энергии магнитного сило­вого поля передается об­рабатываемому изделию, а КПД этого метода зна­чительно выше, чем при обычном способе магнито­импульсной обработки.

Как известно, все ин­дукторы для магнитоим­пульсной обработки от­личаются чрезвычайной нестойкостью к действию пондеромоторных сил, в результате чего они разру­шаются и быстро выходят из строя.

Разработанный авто­ром тип стойкого, практи­чески не разрушаемого индуктора представляет собой эластичную (напри­мер, резиновую) трубку, заполняемую ртутью, амальгамой или обрезка­ми тонкой проволоки, смо­ченной ртутью [87]. Как ■бы ни были велики силы, действующие на подоб­ный индуктор, высока

Рис. 4.16. Устройство для штамповки импульсной дугой: а — об­щий вид; б — конструкция электродов дуги;

1 — штампуемый лист; 2 — дуговые электроды; 3 — вакуумируемая полость матрицы; 4 — матрица; 5 — обойма; 6 — сгорающий диэлек­трик; 7 — стержневые электроды свечи; 8 — изолирующая обтяжка

Эластичность его конструкции полностью компенсирует их, сохраняя индуктор целым.

Штамповка импульсной дугой. Особой разновидностью им­пульсных методов штамповки является метод штамповки импульс­ной дугой [96]. Известно, что дуга, созданная в объеме жидкости (например, воды), образует большое количество паров и газов, давление которых может быть использовано для деформации (например, штамповки) при условии организации этого процесса в герметизированной камере. Подобный процесс не будет импульс­ным и по сути дела не будет ничем отличаться от обычного процесса (например, гидравлического) выдавливания. Импульс­ные же процессы, как известно, отличаются более высокими технологическими показателями и потому более прогрессивны.

Однако электрическая дуга может быть организована и как импульсное явление. Для этого заряженную низковольтную кон­денсаторную батарею большой емкости разряжают в жидкости на коротком разрядном промежутке (для многократной повторяемо­сти выполняемом аналогично свече Яблочкова), на котором в режимах разряда может существовать только дуга, но при этом разряд батареи осуществляется достаточно быстро, пары и газы образуются практически импульсно. Поэтому и внешне, и по харак­теру своего воздействия на материалы это явление становится аналогичным взрыву обычных ВВ, применяемых, например, при штамповке металлов взрывом.

Этот процесс является более безопасным, чем с применением ВВ, легкоуправляемым и допускает многократную повторяемость без переналадки устройства (рис. 4.16,а, б).

При ковке, штамповке, чеканке, наклепе, резке и других видах обработки материалов ударные деформирующие усилия могут быть получены посредством электрогидравлических ударов,

1 — станина; 2— рабочая полость; 3— цилиндр; 4 — воронка; 5 — резервуар; 6 — коленчатый канйл; 7 — электроды; 8 — пор­шень; 9 — обрабатываемое изделие; 10 — гидроцилиндры; 11 —

Клинья

Воспроизводимых в заполненной жидкостью камере, цилиндре с поршнем или мембраной, которые воспринимают усилия ударов и передают их непосредственно или через соответствующий связанный с ними рабочий инструмент деформируемому объекту. При этом обратное перемещение поршня или мембраны осуще­ствляется за счет атмосферного давления при захлопывании кавитационной полости.^/

Установка, использующая мощное импульсное воздействие электрогидравлических ударов на поршень, размещенный в ци­линдре с жидкостью [16], представляет собой электрогидравли - ческий молот или ковочное устройство (рис. 4.17,а). Под действием собственного веса цилиндр с поршнем, лежащим на обрабаты­ваемом изделии, Свободно перемещаются в направляющих стани­ны молота при электрогидравлических ударах, возникающих на электродах в рабочей полости цилиндра. Опускание цилиндра с поршнем на изделие перед началом. обработки и подъем после окончания обработки осуществляются обычными механи­ческими средствами. Масса поршня в такой конструкции электро - гидравлического молота должна быть значительно меньше массы цилиндра и связанных с ним деталей, в силу чего гидравлический удар, распределяясь между обеими массами, позволит получить более мощное воздействие поршня на деформируемый материал.

Для устранения реактивных потерь энергии при ударах можно применить устанавливаемое над корпусом электрогидравлического молота приспособление в виде клинового механизма, состоящего из двух плоских клиньев, движение которых управляется гидроцилиндрами, встроенными в станину (рис. 4.17,6). По мере деформации изделия клинья автоматически сдвигаются, создавая постоянный упор поршня [16].

В другой конструкции электрогидравлического молота [6] ра­бочий цилиндр может быть жестко связан со станиной и при ударах перемещаться будет только поршень (рис. 4.18).

Сходное устройство, в котором разряды повторяются достаточ­но часто и которое вместе с поршнем гидравлически прижимает­ся к изделию (рис. 4.19), может быть названо вибромолотом или вибропрессом [6]. Каждый электрогидравлический удар, воз­никающий в системе над поршнем, переводит обрабатываемый металл изделия за предел текучести, а сравнительно небольшое внешнее давление на систему - легко деформирует далее уже теку­щий металл. При этом необходимо не только правильно подобрать энергию удара и соответственно внешнее давление, но также и оптимальную частоту следования импульсов.