Электрогидравлический эффект в листовой штамповке - Мазуровский Б.Я.
Скачать (прямая ссылка):
Авторы взяли на себя задачу обобщить и систематизировать многолетний опыт ПКБЭ АН УССР и других организа:
ций и заводов по листовой штамповке электрогидравлическим эффектом. Эта книга может быть полезной специалистам, занимающимся разработкой технологических процессов и оснастки, а также эксплуатирующим ЭГ прессы и установки; может быть использована конструкторами и технологами, аспирантами и студентами, занимающимися разработками, совершенствованием и изучением процессов и оборудования листовой штамповки электрогидравлическим эффектом.
Авторы выражают искреннюю благодарность за помощі в проведении исследований сотрудникам ПКБЭ АН УССГ В. А. Саенко, Н. В. Старкову, А. В. Цветкову, В. А. Школь-никову, результаты которых приведены соответственно в параграфах 3 и 6 главы V, параграфе 5 главы IV, параграфе 2 главы IV и параграфе 3 главы II, а также Т. А. Пашиновой и Т. А. Банниковой за оформление рукописи.
Глава первая
ОСНОВЫ ФИЗИКИ
ЭЛ EKTPO ГИДРОИМПУЛЬСНОЙ
ШТАМПОВКИ
1. СУЩНОСТЬ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА
Электрогидроимпульсные процессы основаны на использовании электрогидравлического эффекта — комплекса явлений, связанных с высоковольтным разрядом в жидкости. Суть его заключается в следующем. Через повышающий транс форматор / (рис. 1, а) и высоковольтный выпрямитель в конденсаторной батарее 3 накапливается электрическая энергия до заданной величины напряжения. Специальным коммутирующим устройством — разрядником 4 — замыкается раз рядный контур и напряжение подается на электроды 5. По действием высокого напряжения (5—70 кВ), в результате ионизации неоднородной жидкости 6 возникает канал проводимости, по которому протекает импульсный ток (10—250 кА), расширяя ионизированный канал. Таким образом, энерги в канале между электродами выделяется за короткий про межуток времени (от десятков до сотен микросекунд). Темпе ратура в канале разряда достигает нескольких десятков тыся градусов (1,4—4,0) • 10і К.
Стремительное расширение плазменного канала вызывае в жидкости ударные волны с давлением на фронте, достигаї щим у поверхности канала величины нескольких десятко тысяч атмосфер (10—20) кб 1, разряд сопровождается световы излучением, возникновением магнитного поля, пульсацией перемещением масс жидкости. По существу и характеру прояв ления —это электрический взрыв, способный деформнроват различные материалы заготовок И, придавая им форму ма рицы 12.
Механическое действие высоковольтного разряда в жидк ти впервые было обнаружено в 1767—1769 гг. Г, Лейном
1 Превращение графита в алмаз было осуществлено при давленй приблизительно равном 50 кб.
и Дж. Пристли. Неоднократно предпринимались попытки практического использования этого физического явления, однако к успеху они не привели.
Предложения И. В. Федорова в 1932 г. [11] и Л. А. Ют-кина в 50-е годы [129] положили начало интенсивным исследованиям высоковольтного разряда в жидкости и гидродинамических явлений, его сопровождающих. Немалый вклад в изучение взрывных процессов внесли Г. И. Покровский, М. А. Лаврентьев, К. П. Станюкович, Е. И. Исаченков, В. Н. Чачин, К. Н. Богоявленский, А. А. Дерибас, В. М. Ky-
Рис. 1. Принципиальная схема электрогидравлического эффекта (а) и электрогндро-импульсная запрессовка труб (б).
дннов, Г. А. Гулый, И. С. Стекольников, В. С. Комельков, Ф. Боудан, Р. Коул, Д. Райнхард, Д. Пирсон. Была установлена взаимосвязь энергетических параметров накопителя энергии (конденсаторной батареи) и характеристик разрядной цепи с параметрами гидродинамических явлений [4, 42, 62, 66, 87, 88, 114]. Исследовались вопросы оптимизации энергетических параметров и характеристик разрядной цепи применительно к разным технологическим процессам и технологическим операциям [41, 42, 54, 57, 65, 66, 88, 90, 92, 97, 114, 121, 1231.
Конструктивные элементы оборудования, между которыми происходит высоковольтный разряд в жидкости, получили название электродов. Различия в расположении электродов и методах инициирования пробоя межэлектродного промежутка породили ряд различных способов и устройств для ЭГ обработки металлов давлением [9, 10, 13—20]. Наиболее простой вариант конструкции электродной системы предназначен для работы в условиях пробоя разрядного промежутка [14, 15].
Но такой вариант не обеспечивает оптимальных условий и ста бильности энерговыделения, потери же при этом могут быт весьма значительными и достигать 20 и даже 60 %. Для ис кусственного образования канала и повышения эффективности разряда в последнее время широко применяются инициат. ры — тонкие проводники различной формы, помещенные меж* ду электродами [12, 16]. Инициирование разряда взрыва щейся проволочкой (ВП) позволяет свести к минимуму потерн энергии в период формирования пробоя и повысить его эффективность в 1,5—2,0 раза.
В изучение и применение взрывающихся проволочек немалый вклад внесли И. Ф. Кварцхава [58], С. В. Лебедев, В. В. Арсентьев [8], Е. В. Кривицкий, В. К- Шолом [65], В. Н. Очеретин [92], В. Чейс [118], Г. Андерсон и др.
Электрический взрыв проводника — это совокупность явлений, возникающих при подаче от разряда конденсатора 3 на проводник 8 импульса тока достаточно большой мощности (рис. 1, б). При разряде конденсатора на ВП 8 происходит весьма быстрый ее нагрев, плавление, взрывообразное испарение, газокинетическое расширение продуктов взрыва и образовавшейся плотной плазмы. Все это порождает в окружающей жидкости 6 электровзрывного патрона 10 гидродинамические возмущения — источник импульсных давлений, действующий на трубу 7 и трубную решетку 9.
