Процесс электрогидроимпульсного формообразования

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЭГИ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ

С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЛАСТИФИЦИРУЮЩИХ СРЕД

И АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

В РЕЖИМЕ ОБРАТНЫХ СВЯЗЕЙ

Пыжик А.О., Мещеряков Н.Г., Мещеряков Г.Н.

Электрогидроимпульсное (ЭГИ) формообразование является одним из эффективных методов пластической деформации. Этот вид формообразования производится в жидкости импульсным электрическим разрядом. При этом к паре электродов, погруженных в жидкость, прикладывают напряжение, превышающее напряжение пробоя данной среды. В результате происходит пробой жидкости и образуется канал электрического разряда, вещество в котором разогревается до температуры (20-40)*10³ К, а давление поднимается до (3-10)*10² МПа. Под действием этого давления канал разряда расширяется со скоростью 200-300 м/с, что приводит к возникновению в жидкости ударной волны. Если на пути распространения этой волны поставить преграду (заготовку), то происходит ее деформирование со скоростью 80-200 м/с, что значительно превосходит скорости традиционных методов формообразования.

Основным преимуществом ЭГИ формообразования является возможность безпуансонной деформации, что исключает необходимость точного изготовления пуансона и влияние трения на процесс деформации. В технологическом плане схема формообразования представляет собой схему штамповки или вытяжки (рис.1).

Как известно, технологическая характеристика процесса определяется плотностью прилегания заготовки к матрице. Такие исследования нами проводились [1] при вариации энергетических параметров ЭГИ установки (напряжения U и емкости накопителя энергии С).

Установлено, что рассматриваемый способ формообразования сопровождается некоторым повышением пластичности, что создает условия для деформации таких металлов, которые при статическом нагружении не деформируются.

Процесс вытяжки является видом формообразования, который сопровождается рядом особенностей. Так в местах фланцевых креплений происходит некоторое утонение изделия. По глубине вытяжки твердость претерпевает значительные изменения (рис.2,а), в результате чего в торце изделия образуются разрывы, что указывает на предельную глубину вытяжки при заданных условиях.

Малюшевским П.П. с сотрудниками [2] предприняты исследования процесса волочения с использованием энергии электрического взрыва и получены доказательства облегчения деформации металла.

Известно также [3], что для облегчения всех видов деформационного формообразования используется адсорбционный эффект Ребиндера. Суть его заключается в том, что при нанесении на поверхность металла поверхностно-активного вещества (ПАВ) в процессе деформации происходит снижение его поверхностной энергии, что способствует выходу дислокаций за пределы объема металла, повышению их подвижности и как следствие этого более равномерное распределение дислокаций по объему металла и общее снижение их плотности. При этом повышение пластичности металла не превосходит 15-20%.

Исследования ЭГИ формообразования в условиях эффекта Ребиндера ранее не проводились и поэтому представляют технологический интерес.

Вытяжка при ЭГИ нагружении металла производилась по схеме, приведенной на рис.1. Как видно, схема деформации исключает влияние трения о стенки матрицы и, следовательно, позволяет фиксировать величину пластичности материала.

Вытяжка образцов толщиной 0,32 мм из кремнистой стали 3422, имеющей низкую пластичность, производилась за один импульс нагружения при напряжении 60 кВ, емкости конденсаторной батареи 0,1 мкФ и величине межэлектродного промежутка 10 мм. Поверхностно-активная среда (Укринол-23) вносилась на поверхность заготовки со стороны воздействия импульса силы. Толщина наносимого слоя дозировалась и составляла 0,2-0,3 мм.

Величина деформации h после вытяжки в среде без ПАВ составила 1,2 мм, а в присутствии ПАВ 3,1 мм. Наблюдаемое повышение пластичности металла (увеличение величины деформации в 2,5 раза) значительно превосходит результаты, полученные в среде ПАВ при статическом нагружении. Объясняется это тем, что в условиях электрического взрыва возникает специфическая система механического воздействия на металл. Наряду с высокой скоростью деформации металл подвержен волновому воздействию, которое не только усиливает движение дислокаций, распространяясь по объему металла, но и способствует активации, изменяющей энергетику адсорбции.

Снижение плотности дислокаций вследствие энергичной аннигиляции должно отразиться на твердости деформированного образца. Это подтвердилось результатами эксперимента, представленными на рис.2. Как видим, максимальная микротвердость поверхности металла, деформированного в инактивной среде, наблюдается в центре заготовки; к периферии значения этой величины уменьшаются. При нанесении на поверхность заготовки адсорбционно-активной среды наблюдается выравнивание микротвердости по радиусу полусферы.

Широкое применение ЭГИ технологий в промышленности предъявляет повышенные требования к уровню их автоматизации. Поэтому представляет интерес автоматическое управление процессом.

Общепринято, что степень деформирования в полной мере определяется характером и величиной импульсных воздействий в виде ударных волн и акустического излучения. Параметры ударных волн в свою очередь определяются режимом выделения энергии в канале разряда. Следовательно, качество ЭГИ обработки зависит от режима выделения энергии. Поэтому в системах автоматического управления процессом ЭГИ штамповки о выходных параметрах процесса в настоящее время судят по замерам параметров разрядного тока и напряжения [4]. Поскольку такие системы не позволяют фиксировать конечный результат деформации, то в них не могут быть применены средства обратной связи.

Для автоматического контроля и управления процессом предлагается применять устройство, показанное на рис.3, которое позволяет регистрировать динамику деформационного формообразования. Суть этого устройства заключается в том, что регистрируется динамика выхода воздуха из камеры, образованной донной поверхностью изделия и боковыми сторонами матрицы, а на выходе применяется дросселирующее отверстие, которое создает струю управляемой скорости и давления.

Струйное давление на выходе из дросселя регистрируется датчиком, который трансформирует ход процесса в электрический импульс и позволяет передать команду в режиме обратной связи на изменение входных параметров. Команды могут быть переданы на изменение емкости С, напряжения U, изменение расстояния l между электродами. В техническом смысле изменение параметра l является наиболее удобным для регулирования, поскольку может изменяться автоматически.

Предлагаемый способ может быть использован после формирования обширной базы данных, связывающей результаты деформации с переменными значениями указанных параметров. Предварительные опыты показывают, что отклик процесса деформации на изменение входных параметров является весьма чувствительным и устойчивым.

Заметим, что на измеряемую характеристику динамики деформации существенно влияет поверхностно-активная среда, наносимая на изделие. Следовательно, этот способ позволяет проводить отбор эффективных ПАВ, устанавливать оптимальное количество наносимой среды, а также учитывать влияние температурных факторов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Пыжик А.О., Хвищук А.С. Деформационное формообразование деталей электрогидравлическим взрывом.

// Вісник Інженерної Академії України, спец.вип., 1998 - с.57-58.

2. Малюшевский П.П. Основы разрядно-импульсной технологии.// Киев: Наук. думка, 1983 - 272 с.

3. Лихтман В.И., Ребиндер П.А., Карпенко Г.В. Влияние поверхностно-активной среды на процессы деформации металлов.

// М.: Изд-во АН СССР, 1954 -206 с.

4. Управление электрогидроимпульсными процессами.// Вовк И.Т., Друмирецкий В.Б., Кривицкий Е.В.,

Овчинникова Л.Е.- Киев: Наук. думка, 1984 - 188 с.