Обоснование выбора метода формообразования детали

 

Данную деталь можно получить следующими способами:

- штамповка давлением взрыва;

- холодная штамповка;

Штамповка давлением взрыва

Штамповка взрывом базируется на изменении формы 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. 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.

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.

 

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.

На рисунке 8 изображена конструкция бассейна Кировского завода по обработке цветных металлов. Заглубленный фундамент отделен от стенок бассейна и обладает повышенной прочностью.

На рисунке 9 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 рисунке 10(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 полиэтиленовый мешок, наполняемые водой (рисунке 10, б).

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.

 

1 — стальная обшивка; 2 — бетонный бассейн; 3 – гидроизоляция;

4 —заглубленный фундамент; 5— штамп; 6 — заряд ВВ

 

Рисунок 8 — Схема бассейна Кировского завода по обработке цветных металлов (импортозамещение).

 

 

1 — штамп; 2 — бак; 3 — заряд ВВ; 4 — заготовка; 5 — воздушная труба

 

Рисунке 9 — 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.

1 — штамп;

2 — заготовка;

3 — бак;

4 — заряд ВВ

Рисунок 10 — Съемные установки для штамповки взрывом небольших деталей:

 

Рисунок 11 — Подвижная бронекамера

 

На рисунке 11 изображена подвижная бронекамера. Корпус камеры 2 передвигается на колесах 1 по направляющим.

Крышка камеры 3 подвижная и может перемещаться вверх по направляющим. В центре бронекамеры установлена матрица 4 с прижимным устройством 5.

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 с большим 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.

Взрывная штамповка требует выполнения специальных расчетов: требуемой работы деформирования, энергоносителя и расчета оснастки.

Штампы для взрывной штамповки представляют собой матрицу, имеющую рабочую полость соответствующей формы, с отверстиями для удаления воздуха. Для деталей небольших и средних размеров обычно применяют металлические литые или сварные матрицы. Для крупногабаритных деталей металлические матрицы тяжелы и дороги. В этом случае их зачастую выполняют из дерева или железобетона с облицовкой стеклопластиком (на эпоксидной основе). 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/см². Скорость формообразования до 100 м/с, что позволяет штамповать высокопрочные малодеформируемые сплавы с большей степенью упрочнения и минимальным пружинением.

На рис. 12 приведена схема установки для штамповки взры­вом в воде. Матрица 4 установлена на дне бассейна 5 вместе с при­жимом 3 и заготовкой 7. Через канал 6 из полости матрицы выка­чивают воздух для создания вакуума, чтобы уменьшить сопротив­ление вытесняемого из полости матрицы воздуха в процессе де­формирования заготовки. В результате взрыва взрывчатого веще­ства в воде образуется движущаяся волна, которая, достигнув заго­товки, деформирует ее по контуру матрицы.

На схеме показан штамп для вытяжки деталей, подобных дни­щу бака.

Передающая среда.

Рис. 12 Схема установки для штамповки (вытяжки) взрывом (бассейновый ва­риант):

Энергия взрыва характеризуется большой концентрацией. Для передачи этой энергии на большую площадь заготовки и для равномерного ее деформирования взрыв заряда производят не в воздухе, а в воде.

1 - заряд взрывчатого вещества; 2 - провод электрического детонатора: 3-прижим: 4-матрица; 5-бассейн; 6-канал для удале­ния воздуха; 7- заготовка

В качестве передающей среды вода

смягчает удар и обеспечивает нагружение

заготовки по всему очагу деформаций.

От свойств передающей среды значительно зависит механизм деформирования. Вода рассредоточивает давление от взрыва луч­ше воздуха, а сыпучая среда (песок) обеспечивает наиболее равномерную деформацию.

Дистанция взрыва.

Под дистанцией взрыва понимают расстоя­ние заряда от подлежащей деформированию заготовки. От этого параметра в значительной степени зависит профиль ударной вол­ны при подходе к заготовке, а следовательно, и механизм деформирования при формовании детали.

Для наиболее рационального использования энергии взрыва выгоднее располагать заряд ближе к заготовке; в этом- случае на деформирование заготовки расходуется большая часть энергии. Однако следует отметить, что заряд, расположенный близко от заго­товки, вызывает при взрыве локализацию деформации, большое утонение и разрушение заготовки. Особенно заметно это влияние при взрыве заряда сферической формы. Если заряд 1 (см. рис.12) сферической формы расположить близко к заготовке 7, то ударная волна, имеющая при подходе к заготовке значительную кривизну, произведет большую местную деформацию в централь­ной зоне и выштамповка будет иметь не сферическую, а кониче­скую форму. Если заряд поднять очень высоко над заготовкой, то ударная волна подойдет к заготовке ослабленной и ее энергии не хватит для совершения полезной работы деформирования. Только при правильной дистанции взрыва (для заряда заданной массы) можно обеспечить полное деформирование заготовки и правиль­ную форму детали. Сферический заряд следует располагать от за­готовки на расстоянии R, равном 0,8... 2,0 ее диаметра. Плоский или кольцевой заряд можно располагать ближе к заготовке. В та­ких операциях, как чеканка, калибровка и правка плит, резка фа­сонного материала заряд в виде пластин помещают непосредствен­но в заготовку. Скорость деформирования от плоского, наложенно­го на заготовку заряда достигает 70... 120 м/с, в то время как при дистанционном взрыве сферического заряда скорость деформирова­ния достигает лишь 40... 65 м/с.

Форма заряда.

Форма заряда определяет форму волны, воздей­ствующей на заготовку (это утверждение наиболее справедливо для заготовки, расположенной близко от заряда). Сферический заряд создает волну сферической формы, цилиндрический (в виде стержня или шнура) — цилиндрической формы, плоский — пло­скую волну. Применение заряда той или иной формы зависит от конструкции штампуемых деталей. Например, для штамповки деталей с небольшой высотой из плоской заготовки наиболее вы годной формой заряда является плоская пластина или шнур, свер­нутый в спираль; для раздачи трубчатых заготовок применяется заряд в виде стержня. В некоторых случаях эффективен зарят конической или кольцевой формы. Применяются также заряды 1 виде пластины и стержней непостоянной толщины, причем утол­щенную часть заряда располагают над наиболее сильно деформи­рованной зоной заготовки, где необходимо большее давление.

Масса заряда.

Успешная штамповка деталей взрывом зависит от того, насколько правильно определена масса заряда при задан­ной его форме и дистанции взрыва. Массу заряда можно опреде­лить расчетным путем исходя из энергетических условий при ра­венстве выделенной и потребляемой энергии. Количество взрывча­того вещества в заряде должно быть таким, чтобы энергия взры­ва заряда F_Взр (с учетом потерь) была достаточной для создания энергии, совершающей пластическое деформирование заготовки.

Причина выбора формообразования детали штамповкой методом взрыва:

1. Компетентность команды:

- освоена штамповка взрывом жаропрочных сплавов;

- применяются самые современные технологичные процессы;

- существующий технологический процесс стабилен и экономичен;

- освоено внедрение крупногабаритных штамповок жаропрочных сплавов, полученных взрывным методом;

- оптимально подобранные технологические параметры обеспечивают высокую эффективность процесса, стабильность и качество деталей;

- в производственной операции используется только одна частьштампа (матрица), которая может быть изготовлена из недорогого легкообрабатываемого материала.

2. Преимущества размещения штамповки взрывом перед другими предприятиями:

- простота, надёжность и низкая стоимость взрывных установок;

- трудоемкость и стоимость изготовления оснастки снижена в 1,5…2 раза;

- высокое качество деталей и высокая стабильность размеров;

- высокая степень деформации и равномерное утонение материала в сечении детали;

- формообразование высокопрочных труднодеформируемых сплавов без применения дорогостоящего оборудования и сложной оснастки;

- сокращение цикла внедрения детали в производство в 3 раза;

- КИМ материала деталей составляет 0,65…0,85. Энергоноситель – бризантные взрывчатые вещества;

- материалы деталей – алюминиевые, титановые, жаропрочные сплавы и простые стали;

- выполняемые технологические операции – вытяжка, раздача, отбортовка, обжим, чеканка, калибровка;

- схема нагружения – вертикальная и горизонтальная (внутренняя и наружняя);

Обработка металла давлением позволяет получить:

- детали сложной конфигурации, которые невозможно воспроизвести альтернативными методами;

- твердые и прочные каркасы и корпуса машин и механизмов, при минимальном расходе материала;

- взаимозаменяемые между собой детали, не требующие дальнейшей обработки;

Оборудование для холодной листовой штамповки обладает высокими производительностью и точностью изготовления, что позволяет сократить издержки производства за счет эффективного использования материала. Производственный процесс подразумевает автоматизацию, что позволяет наладить массовое производство с низкой себестоимостью.

Процесс изготовления штампованных изделий начинается с анализа технологического процесса с целью автоматизации и оптимизации. Параллельно разрабатываются готовые штампы и изготавливаются штучные тестовые изделия. Если процесс штамповки идеально налажен, а готовое изделие не вызывает нареканий, то начинается серийное производство.

 

Заключение

 

В работе были рассмотрены технологические требования чертежа детали "коллектор" камеры сгорания ЖРД. Описаны и проанализированы технические требования, предъявляемые к детали, а также приведена технология изготовления детали.

За время производственной практики: 1. Приобретены знания и навыки по написанию и осмыслению технических требований и технологии изготовления детали ракеты; 2. Усвоены особенности конструкторской и технологической документации на предприятии, занимающимся изготовлением деталей для авиационно-космической области.