Взрывное формообразование трубчатых деталей

ВВЕДЕНИЕ

В решении задач технического перевооружения народного хозяйства на основе широкого внедрения в производство новейших достижений науки и техники, что должно привести к увеличению объема выпуска продукции, повышению ее качества и эксплуатационной надежности, снижению себестоимости [1]. Важное место принадлежит внедрению малооперационных и безотходных технологических процессов, применению многофункциональных машин и оборудования, переналаживаемых при изменении технологических процессов, позволяющих создавать гибкие автоматизированные производства [2].

В современных конструкциях летательных аппаратов и двигателей широкое применение нашли листовые и трубчатые детали из сталей и сплавов. Их основными характеристиками являются высокие прочностные, жаропрочные и антикоррозионные свойства. Сложная форма и высокие требования к точности изготовляемых изделий, а также пониженная пластичность, ставят перед специалистами в области штамповки ряд проблем по созданию принципиально новых технологических процессов и оборудования.

В отечественной и зарубежной промышленности все шире применяют методы листовой штамповки, основанные на использовании энергии взрыва бризантных веществ, пороха и взрывчатых газовых смесей, электрических разрядов в жидкости, импульсного электромагнитного поля и других импульсных энергоносителей, которые относятся к числу новых и основных методов совершенствования технологических процессов заготовительно-штамповочных цехов в производстве летательных аппаратов и их двигателей.

В становление и развитие таких методов большой вклад внесли отечественные ученые Я.Б.Зельдович, Р.В.Пихтовников, Ю.Н.Алексеев, О.Д.Антоненков, М.А.Анучин, К.Н.Богоявленский, В.К.Борисевич, М.Н.Горбунов, В.И.Завьялова, В.Г.Кононенко, В.М.Кудинов, М.А.Лаврентьев, В.Т.Мещерин, Ю.А.Навагин, И.А.Норицин, Е.А.Попов, С.М.Поляк, И.П.Ренне, О.В.Роман, В.Г.Степанов, А.Д.Томленов и зарубежные Дж.Райнхарт, Дж.Пирсон, Р.Коул, П.В.Бриджмен, В.Джонсон, Г.Хадсон, Р.Кечч.

Высокоскоростная обработка металлов с использованием импульсных нагрузок получает все большее распространение в области листовой штамповки и штамповки тонкостенных деталей из труб благодаря ряду основных преимуществ высокоскоростного деформирования: отсутствие пружинения при обработке большинства труднодеформируемых материалов; увеличение предела прочности некоторых металлов почти на 50% и увеличение предела текучести ряда сталей при сжатии почти на 300%; повышенное упрочнение по сравнению с холодной прокаткой при одинаковой степени деформации; повышенная точность изготовления деталей, которые экономически не выгодно или физически невозможно формовать другими методами.

Отличительной чертой высокоскоростных способов штамповки является также то, что при их применении отпадает надобность в прессовом оборудовании, которое необходимо при осуществлении любых способов штамповки. В качестве технологической оснастки здесь необходима лишь матрица или пуансон, а роль ответной части штампа, в частности, играет передающая среда, в которой производится взрыв и через которую энергия взрыва в виде ударной волны воздействует на заготовку, деформируя ее по форме инструмента (пуансона или матрицы). Такой технологический процесс универсален и для него не требуется длительная подготовка производства, поэтому высокоскоростные высокоэнергетические способы применяются для штамповки деталей, изготовление которых другими методами при опытном и мелкосерийном производстве нецелесообразно.

В производстве современных газотурбинных двигателей до 15% от общей трудоемкости изготовления двигателя занимает изготовление деталей из трубчатых заготовок. Кроме того, одним из важнейших параметров надежности двигателя является надежность работы трубопроводных систем, и, прежде всего, обеспечение надежного соединения трубопроводов.

Соответствующие методы изготовления трубчатых деталей и соединений трубопроводов, особенно в связи с применением новых высокопрочных труднодеформируемых сталей и сплавов, имеют существенные недостатки, связанные с экспериментальной обработкой параметров формообразования из-за возможного разрушения заготовки в процессе деформирования, а также с наличием большого объема ручных доводочных работ.

Поэтому весьма актуальным является создание технологических процессов и оборудования, исключающих имеющиеся недостатки.

ХАРАКТЕРИСТИКА ВЗРЫВНЫХ ПРОЦЕССОВ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ

Все способы штамповки взрывом можно разделить на две группы. К первой группе относятся те способы, при которых заряд взрывчатого вещества (ВВ) располагается на расстоянии от заготовки. При таких бесконтактных операциях энергия заряда выделяется на некотором расстоянии от обрабатываемой детали и распространяется преимущественно в виде импульса давления через промежуточную среду. Максимальные удельные давления на деталь достигают значений (102 ÷104 ) МПа, причем большинство технологических операций выполняются при нижнем пределе давлений. Рабочее время обычно измеряется миллисекундами, а скорости перемещения металла десятками метров в секунду. Разгон и последующая деформация заготовки определяются главным образом внешними силами. Волны напряжений и деформаций в металле в этом случае весьма незначительны или совсем отсутствуют. Формообразование связано, в основном, с действием волны давления.

Ко второй группе относятся так называемые контактные способы штамповки, при к