РОЗДІЛ 2
АНАЛІТИЧНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ЕЛЕКТРОГІДРАВЛІЧНОГО ШТАМПУВАННЯ
Ефективність процесу електрогідравлічного штампування визначається, поряд з іншими характеристиками, такими параметрами, як:
- ККД зарядного ланцюга;
- ККД розрядного контуру;
- енергія, що виділилася в каналі розряду;
- силові і швидкісні параметри, передані заготовці (Pm, ?);
- напружено-деформований стан заготовки;
- інші фактори (змащення матриці, вид робочої рідини тощо).
Враховуючи значні споживані потужності (16?20 кВт), особливої актуальності набуває оцінка ККД такого роду установок, що визначається перерахованими вище факторами.
Ефективність процесу електрогідравлічного штампування визначається, як ефективністю (ККД) устаткування, так і ефективністю самого технологічного процесу.
Для оцінки впливу вказаних факторів на ефективність процесу складаємо розрахункову схему прикладених до заготовки зусиль і робимо оцінку витрат енергії в системі "машина - технологічне оснащення - заготовка".
Для цього розглянемо особливості взаємодії хвилі стиску, що виникає в передавальному середовищі (рідина) внаслідок високовольтного розряду, з заготовкою.
На основі запропонованої схеми зробимо оцінку ККД зарядного ланцюга і розрядного контуру, що визначається конструкцією устаткування, а також оцінимо роботу, що виконується в процесі деформування вихідної заготовки.
2.1. Взаємодія хвилі стиску з заготовкою
При електрогідравлічному штампуванні основну роботу з деформації заготовки виконує генерована високовольтним розрядом в рідині хвиля стиску. Схема процесу утворення, поширення і взаємодії з заготовкою хвилі стиску, стосовно шампування вибухом, була представлена М.А.Анученим [111] (Рис.2.1).
На базі матеріалів, представлених у роботах [79, 91] можна скласти рівняння руху деформованої заготовки у вигляді
(2.1)
Для деталей круглої форми
(2.2)
(2.3)
де n ? коефіцієнт, що залежить від коефіцієнта витягання ?70?.
Тому, що діюча хвиля є хвилею нескінченної довжини, то умова деформування заготовки може бути записана у вигляді
(2.4)
Отже, у цьому випадку умови деформування заготовки для статики і динаміки будуть однаковими
. (2.5)
Для деталей круглої форми
(2.6)
При
(2.7)
Рис.2.1. Схема процесу утворення, поширення і взаємодії з заготовкою хвилі стиску, стосовно шампування вибухом. 1?заряд ВВ, 2?ударна хвиля, 3?газовий міхур, 4?заготовка, 5?відбита хвиля, 6?область рідини, що кавітує, 7?додаткова зона кавітації, 8?нижня межа зони кавітації, 9?верхня межа зони кавітації, G?точка схлопывания зони кавітації, 10-11?вторична хвиля стиску, 12-13?вторична область кавітації.
Розглянемо тепер поводження заготовки під дією хвилі експоненціального профілю. Для цього скористаємося рішенням рівняння по розгонці заготовки плоскою нормально падаючою хвилею стиску. Диференціальне рівняння руху перешкоди буде мати наступний вигляд
(2.8)
Для випадку відповідно до прийнятої розрахункової схеми за час маємо
(2.9)
(2.10)
(2.11)
Тоді рівняння (2.8) можна представити у вигляді
(2.12)
Інтегруючи вираз (2.12) при початкових умовах t = 0, z = 0, , одержимо
(2.13)
У цьому виразі ? ? відносна інертність заготовки, що визначається із виразу
Умовою, що забезпечує якісне без порушення цілісності деформування заготовки, є те, що за час центр заготовки переміщується на величину .
Тоді одержимо умову для вибору Pm і ?.
(2.14)
Звідки
(2.15)
Для заготовок з відомими характеристиками ?У, ? і з1, задаючи значення ?, визначаємо Pm = f(?) і вибираємо параметри навантаження (Pm і ?).
2.2. Формування імпульсу тиску і поширення хвиль стиску
Механізм формозміни заготовки при електрогідравлічному штампуванні визначається характером протікання розряду.
До основних параметрів, що визначають ефективність електрогідравлічного впливу на заготовку при заданих величинах напруги U, ємності C і індуктивності L, відносяться:
? величина робочого проміжку l;
? тиск на фронті хвилі стиску р;
? постійна експоненціального загасання ?.
Форма хвилі тиску, що діє на заготовку, визначається формою каналу до кінця активної стадії розряду і відстанню від осі розряду до заготовки.
Як гідродинамічне явище, електричний розряд являє собою процес розширення порожнини в рідині. При значних швидкостях введення енергії в канал розряду розширення каналу може відбуватися зі швидкостями, близькими чи перевищуючими швидкість звуку в рідині. Гідродинамічні особливості цього процесу залежать від співвідношення між трьома характеристиками: довжиною робочого проміжку l, характерним радіусом каналу R0 і характерною довжиною хвилі , де ? ? тривалість розряду.
Рішення системи рівнянь, що встановлює зв'язок між електричними і гідродинамічними параметрами високовольтного розряду в рідині, навіть з використанням значних спрощуючих допущень, можливе лише з використанням методів чисельного інтегрування з відповідними початковими умовами. Точне рішення системи рівнянь, що описують високовольтний розряд у рідині, одержати неможливо.
У таблицях 2.1?2.3 представлені вирази, що дають можливість одержати чисельні значення величин, котрі визначають ефективність електрогідравлічного штампування. Ці вирази були отримані шляхом спрощення відомої системи рівнянь, що описують початкову стадію електричного розряду в рідині і поєднують електричні і гідродинамічні параметри, і введенням емпіричних коефіцієнтів.
Таблиця 2.1.-
Вираз для визначення оптимального робочого проміжку
№ ФормулаДжерело1. ?29?2. ?16?3. ?18?4. ?13?5. ?35?6. ?57?7. ?28?
При використанні наведених виразів треба врахувати, що вони були отримані за умови ініці