《特種塑性成型》課件-9.高能率成形

1.1高能率成形的原理及應用領域目

錄高能率成形原理1高能率成形分類2結(jié)構(gòu)和材料輕量化新型飛機采用鈦合金和復合材料結(jié)構(gòu)鈦合金與復合材料的相容性好飛機結(jié)構(gòu)大量采用鈦合金緊固件鈦合金材料屈強比高，對應變速率敏感普通冷鉚難以達到鉚接質(zhì)量要求熱鉚成形的鉚釘釘孔填充質(zhì)量差，易使復合材料產(chǎn)生安裝損傷、分層，限制了熱鉚方法的工藝應用電磁鉚接工藝導入案例（一）沖頭結(jié)構(gòu)設計采用帶內(nèi)錐結(jié)構(gòu)沖頭在成形過程的初始階段，使金屬增加了一個向上充填的過程改變軸心處金屬的變形流動狀況對金屬充填型腔的能力有著重要作用一、帶內(nèi)錐沖頭擠壓高能率成形一種在極短時間內(nèi)釋放高能量使金屬變形的成形方法高能率成形(又稱高速成形)是利用炸藥或電裝置在極短的時間里釋放出的電能或化學能，通過介質(zhì)以高壓沖擊波作用于坯料，使其產(chǎn)生變形和貼模的加工方法。一、高能率成形原理優(yōu)點加工時間短設備費用較低缺點噪聲大單位時間內(nèi)的產(chǎn)量低可對坯料進行拉深、翻邊、脹形、起伏、彎曲、沖孔等沖壓工序工件精度高并能加工一些難以加工的金屬材料一、高能率成形原理高能率成形需要能夠提供足夠的壓力和能量的大功率能源?；瘜W能高能率成形所使用的能源高壓氣體電能炸藥火藥爆炸氣體或可燃氣體通過適當?shù)姆绞綄⑦@三類能源瞬時地轉(zhuǎn)換成機械能，在極短的時間內(nèi)作用于金屬坯料，使其成形。高速成形或高能高速成形高能率成形時能量大、速度快、功率高二、高能率成形分類爆炸成形高能率成形電磁成形電液成形設備的原理是相同的，只是放電介質(zhì)不同爆炸成形利用儲存化學能的爆炸物質(zhì)，在極短時間內(nèi)爆炸時所釋放的劇烈能量使金屬成形。電液成形利用液體介質(zhì)中兩電極之間突然放電所產(chǎn)生的沖擊波使金屬成形。電磁成形利用脈沖電容器突然釋放儲存的能量，通過線圈產(chǎn)生強而短促的磁場，同時在金屬毛坯上產(chǎn)生感應磁場，利用磁場力使金屬成形。二、高能率成形分類小結(jié)高能率成形原理1高能率成形分類2高能率成形1.2高能率成形的原理及應用領域目

錄高能率成形特點3高能率成形應用領域4優(yōu)點1.能量高、變形速度快、成形時間短、功率高用水壓機生產(chǎn)直徑為1m的封頭時，作用于毛坯的平均壓力為幾十個大氣壓，成形時間為十幾秒。采用爆炸成形時，壓力為數(shù)千個大氣壓，成形時間約為0.01s

。2.模具簡單高能率成形僅用單模甚至不用模具就可以實現(xiàn)免除凸凹模配合的復雜工藝節(jié)省模具材料縮短模具制造周期降低生產(chǎn)成本三、高能率成形特點優(yōu)點3.設備簡化高能率破碎機爆炸成形設備起重和搬運裝置，水泵和真空泵電液成形和電磁成形設備高壓脈沖電容器和輔助的電器系統(tǒng)三、高能率成形特點優(yōu)點4.零件精度高，表面質(zhì)量好高能率成形有利于提高零件的貼模性，而且可有效地減小零件的回彈毛坯表面不受損傷，而且可以提高變形的均勻性5.可提高材料的塑性變形能力6.利于采用復合工藝可有效地減少工序和模具的數(shù)量縮短生產(chǎn)周期降低成本三、高能率成形特點缺點1.成形時的噪聲、振動大2.單位時間內(nèi)的產(chǎn)量低3.具有一定的危險性爆炸成型三、高能率成形特點（一）板材成形高能率成形可完成板材的多種沖壓加工工序。拉深脹形校形壓印翻邊彎曲沖裁高能率破碎機板材成形四、高能率成形應用領域（二）連接及裝配高能率成形常用于管-管、管-桿、管-板等連接。可用于金屬與金屬或金屬與非金屬(如玻璃、陶瓷、軟管等)材料的連接。陶瓷與金屬封接四、高能率成形應用領域（三）金屬板復合高能率成形，尤其是爆炸成形可使兩種金屬間形成牢固的復合連接，用以制造多層金屬板或金屬管。爆炸與軋制一體化材料復合工藝在碳素鋼上蒙以不銹鋼、鋁、鈦、鋯、銅及其合金的表層四、高能率成形應用領域（四）粉末壓實粉末成型（五）表面強化高能率成形可以使金屬表面的硬度提高，從而提高其耐沖擊磨損和耐變形的能力。航空航天工業(yè)領域的應用汽車工業(yè)的應用四、高能率成形應用領域（五）表面強化適于加工超大型零件爆炸成形具有良好的經(jīng)濟性適于大批量生產(chǎn)中、小型零件電磁成形具有良好的發(fā)展前景四、高能率成形應用領域小結(jié)高能率成形特點3高能率成形應用領域42.1爆炸成形的原理及應用領域目

錄爆炸成形原理1爆炸成形工藝參數(shù)220世紀50年代中期宇航工業(yè)的發(fā)展促進了爆炸成形技術(shù)的應用。1960年美國政府有關部門中已有不少于80個單位計劃同時應用爆炸成形加工。20世紀60年代初期美國開始重視爆炸成形的基礎工藝過程，從而開始出現(xiàn)許多大規(guī)模的成功應用。爆炸成形的歷史爆炸成形利用爆炸物質(zhì)在爆炸瞬間釋放出巨大的化學能使金屬坯料產(chǎn)生塑性變形的高能率成形方法。爆炸拉深裝置示意圖藥包起爆后，爆炸物質(zhì)以極高的傳爆速度在極短的時間內(nèi)完成爆轟過程。形成高壓力沖擊波位于爆炸中心周圍的介質(zhì)一、爆炸成形原理爆炸成形利用爆炸物質(zhì)在爆炸瞬間釋放出巨大的化學能使金屬坯料產(chǎn)生塑性變形的高能率成形方法。爆炸拉深裝置示意圖毛坯開始運動并以很大的加速度積累自己的運動速度沖擊波與成形毛坯接觸時毛坯位移速度達最大值沖擊波壓力=毛坯變形抗力一、爆炸成形原理爆炸成形利用爆炸物質(zhì)在爆炸瞬間釋放出巨大的化學能使金屬坯料產(chǎn)生塑性變形的高能率成形方法。爆炸拉深裝置示意圖使其繼續(xù)變形毛坯所獲得的動能以一定的速度貼模一、爆炸成形原理通過介質(zhì)傳遞能量傳播方式直接作用于金屬（一）傳壓介質(zhì)常用傳壓介質(zhì)（一）傳壓介質(zhì)水空氣砂（一）傳壓介質(zhì)空氣作介質(zhì)工藝簡單，不需要特殊的裝置，成本較低水作介質(zhì)傳壓效率低，噪聲和振動大，爆炸物飛散對周圍環(huán)境有不良影響，而且易損傷毛坯的表面，因此應用較少變形能消耗少，傳壓效率較高，炸藥需要量少，噪聲和振動小，毛坯的表面不受損傷，水的價格較低，供應方便，生產(chǎn)中應用較多裝置比較復雜，爆炸時水的飛濺給生產(chǎn)帶來一定的麻煩二、爆炸成形工藝參數(shù)（一）傳壓介質(zhì)砂作介質(zhì)砂與毛坯之間的摩擦力較大，在某些零件的成形上可以起到克服起皺的作用，所需的炸藥量比用水時大幾倍直接作用于金屬化學炸藥應用介質(zhì)中爆炸成形主要用于板和管的成形、壓印及翻邊等直接作用于金屬的爆炸成形主要用于小的脹形、擠壓、焊接、粉末壓實及表面強化等二、爆炸成形工藝參數(shù)（二）炸藥爆炸成形常用的炸藥高爆炸藥低爆炸藥梯恩梯黑索金泰安特屈兒無煙粉末黑色粉末鑄成的藥包壓實的粉末狀的常用電雷管作為起爆物質(zhì)，用起爆器起爆梯恩梯使用安全，爆炸能量強，應用較多藥形藥位藥量二、爆炸成形工藝參數(shù)（二）炸藥工藝參數(shù)的選擇—1.藥形剪切擠壓與側(cè)向擠壓的載荷對比a)球形藥包b)柱形藥包c)錐形藥包d)環(huán)形藥包藥包形狀決定其產(chǎn)生的沖擊波波形，是保證爆炸成形順利進行的重要因素之一，應該根據(jù)成形零件變形過程所要求的沖擊波陣面形狀來決定。二、爆炸成形工藝參數(shù)（二）炸藥工藝參數(shù)的選擇—2.藥位藥位指炸藥與毛坯之間的相對位置，也是爆炸成形的重要參數(shù)之一作用在毛坯上的載荷越小，但載荷的分布越均勻藥位越高作用在毛坯上的載荷越大，但載荷的分布越不均勻藥位越低二、爆炸成形工藝參數(shù)（二）炸藥工藝參數(shù)的選擇—3.藥量變形無法完成藥量過小零件破裂甚至損壞模具藥量過大二、爆炸成形工藝參數(shù)小結(jié)爆炸成形原理1爆炸成形工藝參數(shù)22.2爆炸成形的原理及應用領域目

錄爆炸成形特點3爆炸成形應用領域4優(yōu)點1.簡化設備及模具一般情況下，爆炸成形無需沖壓設備，既節(jié)省了設備費用，也簡化了生產(chǎn)條件。爆炸成形屬于軟模成形性質(zhì)不需要成對的剛性凸模和凹模同時對毛坯施加外力用空氣或水等傳壓介質(zhì)代替剛性凸模的作用簡化模具結(jié)構(gòu)適合于加工形狀特殊的空心零件尺寸精度比一般沖壓方法高三、爆炸成形特點優(yōu)點2.適于大型零件成形常規(guī)的成形方法加工大型零件需要大型模具及大臺面的專用設備爆炸成形加工大型零件不需要專用設備模具及工裝制造簡單操作簡單，周期短，成本低三、爆炸成形特點缺點1.生產(chǎn)率較低2.工藝經(jīng)驗和理論均不如常規(guī)工藝成熟由炸藥加工、藥包制作、模具和毛坯的安裝及拆卸等方面的機械化程度較低造成。3.多為戶外操作，受氣候的影響較大，勞動條件較差4.爆炸成形還會造成液體介質(zhì)的污染三、爆炸成形特點缺點5.危險性高炸藥屬于危險品，其使用、保存和管理等均應按照有關規(guī)定嚴格執(zhí)行，從業(yè)人員應經(jīng)過嚴格的專業(yè)訓練后才能從事爆炸成形的工作。爆炸成形適于各種形狀零件的成形拉深脹形校形彎曲沖孔剪切翻邊擴口壓印板料爆炸焊接表面強化管件結(jié)構(gòu)的裝配粉末壓制爆炸成形是解決大型零件成形問題的一個有效途徑四、爆炸成形應用領域（一）鈑金零件的成形和校形零件比較薄，成形所需壓力比較小可用火藥代替炸藥采用火藥時，為了獲得較大的壓力密封式成形方案成形所需的壓力和能量更小考慮在密封室里使用爆炸氣體或可燃氣體密封室方案只適用于小型零件四、爆炸成形應用領域（二）爆炸硬化爆炸硬化方法把一層炸藥敷在需要硬化的部位，炸藥與金屬之間有時放一層薄的硬橡皮或其他物質(zhì)作緩沖層爆炸硬化工藝，以使用塑性炸藥最為方便爆炸硬化所用炸藥要求爆速高、猛度大、臨界直徑小一般采用黑索金炸藥四、爆炸成形應用領域（三）爆炸焊接(爆炸復合)爆炸焊接利用炸藥爆炸所產(chǎn)生的巨大壓力使兩種金屬間形成牢固的連接，又稱爆炸復合。應用雙層金屬和多層金屬板的制造突出案例：在碳素鋼上蒙以不銹鋼、鋁、鈦、鋯、銅及其合金的表層。特點節(jié)約貴重金屬，提高焊接質(zhì)量四、爆炸成形應用領域（三）爆炸焊接(爆炸復合)爆炸焊接一般采用接觸爆炸，即將炸藥直接敷在金屬表面上進行爆炸。有時為了保護金屬表面，改進接觸面質(zhì)量，可在金屬表面放一緩沖層。爆炸焊接裝配圖四、爆炸成形應用領域爆炸波直接傳到復板金屬的上表面，并在復板金屬內(nèi)轉(zhuǎn)化為沖擊波。炸藥爆炸時（三）爆炸焊接(爆炸復合)爆炸焊接裝配圖復板與基板撞合產(chǎn)生很大壓力兩板內(nèi)金屬表面產(chǎn)生射流形成冶金的粘接四、爆炸成形應用領域（四）爆炸粉末壓實利用炸藥爆炸所產(chǎn)生的沖擊波壓力將金屬粉末壓實主要用途在不改變粉末物理性能的情況下獲得高的致密度低實現(xiàn)成形與連接的復合四、爆炸成形應用領域小結(jié)爆炸成形特點3爆炸成形應用領域43.電液成形的原理及應用領域電液成形利用強電流脈沖在液體中放電時所產(chǎn)生的強大沖擊波，使金屬板料和管材塑性變形的成形方法。特點可進行板料的拉深、沖孔、壓印及管材的脹形等應用適用于中小型工件，操作方便，可用于批量生產(chǎn)目

錄電液成形原理1電液成形特點2電液成形應用領域3電液成形利用強電流脈沖在液體介質(zhì)中放電所產(chǎn)生的高能沖擊波使金屬坯

料產(chǎn)生塑性變形的高能率成形方法。電液成形基本原理升壓變壓器整流器充電電阻電容器輔助開關水水箱絕緣電極毛坯抽氣孔凹模充電回路放電回路一、電液成形原理電液成形基本原理升壓變壓器整流器充電電阻電容器輔助開關水水箱絕緣電極毛坯抽氣孔凹模充電回路放電回路作用將交流電整流后向電容器充電一、電液成形原理所選的電容器應具有短路放電的能力和較長的壽命電液成形裝置工作能力的大小由電容器的儲能決定。電液成形基本原理升壓變壓器整流器充電電阻電容器輔助開關水水箱絕緣電極毛坯抽氣孔凹模放電回路來自網(wǎng)路的交流電高壓直流電向電容器充電升壓變壓器整流器一、電液成形原理優(yōu)點1.設備通用性強電液成形設備是一套提供能量的電器裝置，只要改變放電元件參數(shù)及模具類型即可完成多種加工工序。無運動部分，維護簡單不會出現(xiàn)因機械壓力機使用不當而出現(xiàn)超載損壞等問題電液成形設備二、電液成形特點優(yōu)點2.能量易于控制，利于實現(xiàn)機械化和自動化電容器的電容及電壓參數(shù)的控制和調(diào)節(jié)簡單方便，重復性好。適合加工一些小而薄的零件及需要精確控制能量的零件電液成形電液成形設備能量決定于電容器的電容及電壓易于實現(xiàn)對各種工藝參數(shù)和成形過程的控制，成形過程比較穩(wěn)定，操作方便，生產(chǎn)率高，且比較安全，利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程的機械化與自動化。二、電液成形特點優(yōu)點3.特別適用于加工管材脹形零件工序比較復雜，而當零件形狀不對稱或型面較復雜時則更為困難甚至無法加工傳統(tǒng)機械方法加工管材脹形件電液成形能量利用率比加工板材高，可加工波紋管及不對稱零件4.適應性強電液成形的適應性較強，裝備容易獲得，可以在車間進行，適應各種工件形狀，但能量較大時，需采取保護措施。二、電液成形特點缺點1.電液成形的加工能力受設備容量的限制2.電極間隙受能力充分利用的限制3.電液成形會造成水的污染及浪費可進行板料的拉深、脹形、沖孔、壓印、翻邊、沖裁、校形等電液成形主要適用于中小型零件的加工可成批生產(chǎn)三、應用領域小結(jié)電液成形原理1電液成形特點2電液成形應用領域3利用強電流脈沖在液體中放電時所產(chǎn)生的強大沖擊波，使金屬板料和管材塑性變形。電液成形學習技術(shù)知識傳承和發(fā)揚工匠精神電液成形4.電磁成形的原理及特點20世紀50年代末電磁成形技術(shù)初始階段60～70年代電磁成形技術(shù)得到了快速發(fā)展80年代美國、蘇聯(lián)電磁成形機已標準化、系列化20世紀70年代末哈爾濱工業(yè)大學開始研究電磁成形的基本理論及工藝1986年哈爾濱工業(yè)大學成功研制了我國首臺生產(chǎn)用電磁成形機電磁成形技術(shù)的發(fā)展概況加工能量易于精確控制成形速度快工件精度高模具簡單設備通用性強成形過程綠色、環(huán)保電磁成形技術(shù)特點機械電子儀器儀表輕化工航空航天汽車兵器電磁成形技術(shù)應用電磁成形技術(shù)的發(fā)展概況新世紀要求更精、更省、更凈成形過程要求綠色無污染成形工件由近凈成形向無余量的凈成形發(fā)展產(chǎn)品開發(fā)周期短生產(chǎn)工藝具備快速市場響應能力電磁成形技術(shù)的發(fā)展概況電磁成形特點2目

錄電磁成形原理1電液成形因在成形過程中載荷是以脈沖的方式作用于毛坯的，所以又稱磁脈沖成形。利用瞬間放電所產(chǎn)生的能量使金屬成形。利用電流通過線圈所產(chǎn)生的脈沖磁場力使金屬坯料產(chǎn)生塑性變形的高能率成形方法。電磁成形裝置原理圖2整流器3充電電阻工作線圈5輔助開關4電容器毛坯1升壓變壓器一、電磁成形原理充電回路放電回路升壓變壓器整流器充電電阻電容器電容器輔助開關工作線圈電磁成形裝置原理圖2整流器3充電電阻工作線圈5輔助開關4電容器毛坯1升壓變壓器一、電磁成形原理電磁成形裝置與電液成形裝置除放電元件不同外，其余都是相同的。電液成形裝置電磁成形裝置放電元件為液體介質(zhì)中的電極放電元件為空氣中的線圈電磁成形磁場力分析a)線圈內(nèi)放電磁場b)線圈內(nèi)感應磁場c)線圈內(nèi)管坯受力情況電磁成形原理一、電磁成形原理電磁成形磁場力分析由充電回路中的升壓變壓器及整流器組成的高壓直流電向電容器充電。輔助開關閉合電容器放電在工作線圈1中通過強脈沖電流i線圈空間會產(chǎn)生一均勻的強脈沖磁場2一、電磁成形原理電磁成形磁場力分析管狀金屬坯料3放在線圈內(nèi)