С целью повышения безопасности формообразования Н. Hortel и D. Kuppin предложили заменить бризантное ВВ пылеобразным ВВ. При сгорании 1 г такого вещества освобождается то же количество энергии, что и при сгорании 1 г бризантного ВВ. Но способ освобождения энергии другой. Пылеобразное взрывчатое вещество сгорает на воздухе без образования газовых пузырей. Сгорая на поверхности заготовки, оно выделяет газы, находящиеся под высоким давлением, которые оказывают на заготовку такое же воздействие, как и при взрыве бризантных ВВ в жидкости. Подбор наиболее рациональных форм заряда ВВ для гидровзрывного формообразования имеет целью получить равномерное распределение давлений на поверхности заготовки при полном использовании энергии взрыва.J Некоторые фирмы в своих исследованиях использовали листовые заряды, которые могут разрезаться и компоноваться в любую форму. Эти заряды водонепроницаемы и могут использоваться для калибровки детали, а скорость детонации равна примерно 700 м/с [70]. Опробовано и жидкое взрывчатое вещество Аегех, имеющее скорость детонации 6000—6600 м/с.
Основные технологические параметры при гидровзрывном формообразовании. Режим и условия гидровзрывного формообразования определяют следующие основные параметры: вид ВВ, его масса, плотность, форма; расположение заряда над заготовкой; уровень жидкости над заготовкой; сила прижима заготовки и характер ее действия; диаметр рабочего бассейна; толщина заготовки.
Важным параметром процесса служит масса ВВ. От ее правильного определения зависит как технико-экономическая эффективность, так и технологические возможности процесса. Вопросу аналитического определения количества ВВ посвящено много работ [37, 38]. Почти в каждой из них рассматривается формообразование за один переход сосредоточенным зарядом. По методике Ю. Н. Алексеева решаются уравнения движения, а методы Ю. С. Навагина, Р. В. Пихтовникова базируются на энергетических соображениях.
Сравнение данных, полученных разными методами, указывает на определенные различия между ними. В некоторых случаях масса заряда, определенная одним способом, может оказаться в 2 раза меньше массы того же заряда, вычисленной по другому способу. Заряд должен быть оптимальным, так как любое превышение массы может вывести из строя рабочее оборудование. С другой стороны, количество ВВ должно быть достаточным, чтобы осуществить деформацию заготовки. Для точного определения необходимого количества ВВ нужно учитывать все явления, связанные с расширением продуктов горения, распространением ударной волны в водной среде, дифракцией и отражением ударной волны, действием инерционных сил и т. д. Многообразие и взаимосвязь вышеуказанных явлений часто невозможно описать с помощью математического аппарата. Исходя из энергетических соображений при вычислении количества ВВ, необходимо определить работу деформации. Последняя представляет собой производную от специфической работы по деформированию объема.
Для определения специфической работы используют степенную аппроксимацию диаграммы истинных напряжений Проверенные исследования rto определению влияния заряда на характер распределения деформации показывают, что цилиндрический заряд (соотношение высоты к его диаметру 0,2 : 4,5) диаметром 0,1 диаметра заготовки является оптимальным для получения качественных деталей. Плоский заряд уменьшает возможность образования складок на боковых поверхностях тонкостенных деталей. Использование вместо сосредоточенного заряда детонирующего шнура (ДШ) позволяет уменьшить количество используемого взрывчатого вещества и максимально приблизить заряд к заготовке. Производственные исследования показали, что идеальная форма заряда должна соответствовать форме детали. Это позволяет расположить энергоноситель в максимальной близости к заготовке, и при использовании подобных зарядов возникает плоская волна, имеющая большую мощность. При деформировании сосредоточенным зарядом высота его расположения над заготовкой в большой мере зависит от относительной толщины детали. Чем больше эта толщина, тем меньше расстояние заряда до заготовки (0,1—0,3 диаметра заготовки). Высота расположения заряда подбирается и в зависимости от условий получения максимального изгиба заготовки при минимальной его массе. Кроме того, необходимо обеспечить равномерное формоизменение заготовки, а скорость деформации должна быть меньше критической [38], связанной с природой металла. Например, для легированных сталей высота расположения заряда должна быть больше, чем для углеродистых сталей. Существует тенденция связывать высоту подвески заряда с проходным сечением матрицы. Некоторые исследователи утверждают, что высота подвески заряда в проходном сечении должна быть в пределах 0,5—1,0 размера проходного отверстия матрицы, ибо увеличение высоты ведет к увеличению массы заряда, а от последнего зависят прочность и габариты технологического оборудования. При определении необходимого уровня воды над заготовкой исходят из рабочего давления. Над заготовкой должен быть такой слой воды, чтобы отраженная волна достигла заготовку за больший промежуток времени, чем прямая ударная волна. Осуществленные на этой основе вычисления Р. В. Пихтовникова показывают, что минимальная высота водного слоя, где С0 — скорость звука в воде; G — масса сферического заряда; Н — расстояние заряда от заготовки. Предотвращение образования складок на детали — одна из важных и наиболее трудных проблем при внедрении гидровзрывного формообразования в промышленность. Для избежания складок в настоящее время рекомендуется применять обычные методы прижима заготовок с помощью винтов, скоб, клиньев и т. п. На величину и характер ударной волны существенное влияние оказывает рабочий бассейн. В бассейне с диаметром, равным (или большим) диаметру форма образуемой детали, возникает значительная ударная волна, отраженная от стенок бассейна. Когда диаметр бассейна велик, эффект отраженной волны незначителен и им можно пренебречь. В условиях производства рекомендуется использование бассейнов, диаметр которых в 3—4 раза больше диаметра формообразующей детали. Технологическое оборудование при гидровзрывном формообразовании. Основную роль при гидровзрывном формообразовании играет технологическое оборудование, включающее стационарные сооружения для гидровзрывного формообразования, инструментальную оснастку, вспомогательное оборудование и защитные средства. Стационарные сооружения подразделяются на стационарные бассейны разового использования, бассейны-матрицы, бронекамеры и др. Стационарные бассейны нашли наиболее широкое применение и используются при изготовлении большой номенклатуры изделий. Основное стационарное оборудование для гидровзрывного формообразования заготовок должно обеспечить сохранение деформирующей жидкости в очаге деформации; максимальную сейсмозащиту окружающих его промышленных зданий, вспомогательного технологического оборудования и бытовых сооружений; максимальную безопасность обслуживающего персонала; удобство работы, производительность труда; использование средств механизации и автоматизации. Стационарные бассейны выпускают различной геометрической формы: прямоугольные, цилиндрические, в форме усеченного конуса; в форме усеченной пирамиды. Бассейны в соответствии с применяемым материалом подразделяют на металлические, железобетонные, кирпичные и др. В зависимости от способа монтажа они бывают вкопанными в землю с фундаментом или без него; смонтированными на поверхности также с фундаментом или без него. Указанные стационарные сооружения — бассейны — обладают некоторыми недостатками, наиболее существенные из которых приведены ниже: неуправляемое перемещение бассейна, смонтированного на песчаной подушке или цементном основании; повышенная взрывосейсмическая нагрузка на почву и окружающие сооружения и оборудование; возможность образования трещин, особенно в бассейнах из кирпича или из бетона; искривление стен в результате плохой центровки заряда; выброс рабочей жидкости: погружение бассейна в землю, если он смонтирован непосредственно на земле. В известной степени эти недостатки могут быть уменьшены, а э некоторых случаях и полностью исключены при расположении стационарного оборудования на амортизаторах в виде винтовых или конических пружин (рис. 8.22) [65]. На рис. 8.23 показан общий вид и схема амортизатора с кольцевыми тарельчатыми пружинами. Эти амортизаторы наиболее надежны в условиях эксплуатации и имеют амплитуду колебания 0,8—1,2 мм, что обеспечивает минимальный взрывосейсмический эффект.
Методика подбора и расчета параметров упругой связи и фундамента стационарного бассейна для гидровзрывного формообразования. Определение давления и длительности импульса взрыва при заданном количестве ВВ производится по различным методикам [62, 65]. Для вычисления начальной скорости перемещения рабочей жидкости в бассейне используют теорему об импульсах и теорему об изменении кинетической энергии с учетом того, что заготовка и матрица поглощают до 60 % энергии при взрыве при наличии упругой связи. Тогда начальную скорость рабочей жидкости определяют по формуле.
