Электрогидравлический эффект в листовой штамповке - Мазуровский Б.Я.
Скачать (прямая ссылка):
W0 = Wn.n + Wn.
ж
(1-
и для второго случая
W
о
Wn.
ж
(1.
Для определения энергии парогазовой полости в настоящі время используют интеграл, получаемый из уравнения ади абаты
PnVn , (1.10
где P
давление в полости; V
1
п
объем полости; v
фективный показатель адиабаты, принимаемый для послера рядной стадии обычно равным 4/3 [87, 90].
Энергию сжатой жидкости можно определить, использу уравнение состояния воды в форме Тэта, из которого связ давления и изменения объема жидкости выражается форм л ой
Pk, = В
где 0 = 3,214 • 108 Па; п = 7; V0- исходный объем жидкости; V — объем сжатой жидкости, который для абсолютно 'жесткой камеры принимается равным разности исходного объема Vo и объема парогазовой полости Vn, т. е. V = V0 — Vn.
V
Энергия сжатой жидкости W и.ж
Рк.с dV может быть
D
рассчитана по формуле, получаемой после интегрирования в указанных пределах,
BV0 17 M"-1
Wn.
ж
л
I
V
1
BV0Il
у_
С целью упрощения расчетов можно принять линейную зависимость между объемом сжимаемой жидкости и давлени-
ем используя объемный 21000 • 10Б Н/м2 [91].
модуль упругости воды E
в
В этом случае Рк,с
E
(Vn - V)
V
I
a Wn.
Ж
О
2
E
В
V0
Например, при энергии 10 кДж, которая используется на создание давления в камере объемом 1 л, расчетное, равномерно распределенное по всему объему камеры давление будет равно порядка 775 • 105 Н/м2, при этом потенциальная энергия сжатой жидкости приблизительно равна 1,4 кДж, а парогазовой полости — 8,6 кДж, объем которой будет порядка 37 см3. Если считать, что вся эта энергия переходит в потенциальную энергию жидкости, то тогда давление будет равно порядка 2050 • 10б Н/м2. При этом изменение объема жидкости, соответствующее объему парогазовой полости с внутренним давлением, равным атмосферному, будет 97,6 см3.
Сопоставление этих данных показало, что в первом случае энергия разряда расходуется неэффективно, так как 86 % рассматриваемой энергии не используется для сжатия жидкости и, следовательно, создания давления на стенку камеры и заготовку.
Исходя из изложенного можно сделать вывод, что для повышения эффективности использования энергии разряда в случае действия механизма квазистатического нагружения целесообразно выбирать параметры разрядной цепи, которые обеспечивают повышенную скорость расширения канала разряда и парогазовой полости, что может быть достигнуто сокращением времени выделения энергии за счет уменьшения емкости и снижения индуктивности. Однако этому требованию противоречит требование снижать скорость и ускорение деформирования заготовки при выполнении такой широко распространенной операции, как вытяжка. Исследования показали, что предельные возможности вытяжки с точки зрения дости-
жимой степени деформации при штамповке на высоких нап^ жениях уменьшаются [541. Поэтому использование высой напряжений не всегда может быть оправдано.
Уменьшение остаточной энергии парогазовой полости жет быть достигнуто и за счет использования схем штампов] метанием жидкости или метанием заготовки, которые обес чивают повышение действующего на заготовку давления изменения параметров разрядной цепи.
5. НАГРУЖЕНИЕ МЕТАНИЕМ ЖИДКОСТИ И МЕТАНИЕМ ЗАГОТОВКИ
Схема штамповки метанием жидкости осуществи ется на практике созданием в исходном положении между готовкой и жидкостью воздушной прослойки, а схема мета ем заготовки — созданием воздушной прослойки между готовкой и матрицей. Эти схемы представляют определенн
практический интерес, так к позволяют значительно увел чивать деформирующие усшщ при ЭГ штамповке [101]. Иі следования схемы воздейств на заготовку метанием
Рис. 4. Схема штамповки метанием жидкости.
заготовку метанием жи,і кости при гидровзрывной шта повке показали, что использ ванне этой схемы позволяет п вышать КПД процесса по сравн нию со штамповкой без возду ной прослойки [46, 82, 99].
Рассматривая схему шта повки листовой заготовки 2 н матрице / (рис. 4) метанием жидкости в сравнении с нагруж нием квазистатическим давлением, можно отметить, что наличи воздушной прослойки 3 создает условия расширения канал разряда между электродом 6 и камерой 4 и парогазовой поло ти 5, соответствующие условиям при разряде в открытом объ ме, при которых в идеальном случае вся энергия парогазово полости может быть преобразована в кинетическую энерги жидкости.
Для обеспечения этого условия необходимо, чтобы объ воздушной прослойки равнялся объему, занимаемому парога зовой полостью после ее расширения до внутреннего давл ния, равного атмосферному. При этом можно считать, что д удара о заготовку жидкость приобретает кинетическую энер гию, равную внутренней энергии парогазовой полости, есл пренебречь потерями на трение, на вытеснение воздуха и
зазора между жидкостью и заготовкой за пределы камеры, а также на нагрев жидкости и т. д. Ударная волна также участвует в разгоне жидкости, так как выход отраженных от стенок камеры ударных волн на поверхность парогазовой полости увеличивает ее внутреннюю энергию, преобразующуюся в итоге в кинетическую энергию жидкости, а ударная волна, распространяющаяся в направлении воздушной прослойки, при выходе на поверхность жидкости создает кавитационный поток, также способствующий разгону жидкости. В грубом приближении можно полагать, что вся энергия ударной волны преобразуется в кинетическую энергию жидкости. Считая, что удар жидкости о заготовку происходит в момент схлопывания основной массой жидкости кавитационных слоев, образованных ударной волной, можно записать, пренебрегая указанными выше потерями, баланс энергий на начало соударения в виде равенства
