Моделирование процесса взаимодействия импульсной струи с заготовкой при электрогидравлическом нагружении

Abstract

ЭГ-штамповка тонколистовых крупногабаритных деталей показала свою технико-экономическую эффективность, в том числе возможность получать детали сверхвысокой точности. При этом заготовки нагружают на ЭГ-прессах большой запасаемой энергии (до 500 кДж), обладающих возможностью пространственно-временного управления нагружением. Такое управление осуществляется с помощью многоконтурных разрядных блоков, в которых в одно целое объединены десятки разрядных полостей. Управляемыми параметрами могут быть электрические параметры десятков разрядных контуров генератора импульсов тока, объем и шаг расположения разрядных полостей, их высота до заготовки, а также последовательность разрядов во времени (одновременное или со сдвигом во времени ЭГ-разрядов в соседних разрядных полостях). Выбор рациональных диапазонов этих параметров невозможно без численного моделирования процессов, происходящих в разрядном объеме всего блока. При моделировании комплексно рассматривались процессы выделения тепловой мощности при ЭГ-разряде, образования и распространения парогазового пузыря, генерирующего затопленную струю жидкости, и деформирования податливой заготовки при воз-действии на нее такой струи. Изложены результаты численных экспериментов в среде LS-DYNA с использованием метода ALE при ЭГ-разряде в одиночной разрядной (погружной) камере, в двух и трех соседних при разных варьируемых условиях: расстоянии от зоны разряда до заготовки (дистанции разряда) и смещении во времени двух и трех разрядов в соседних разрядных полостях. В качестве сравниваемых параметров были выбраны: перемещения точек заготовки и их скорости, распределение деформаций по поверхности заготовки и работа деформации. Показана адекватность модели реальному процессу. Предложена энергетически эффективная энерговыделяющая ячейка для генерации ЭГ-разрядов от управляемого во времени многоконтурного генератора импульсных токов.

ЕГ-штампування тонколистових великогабаритних деталей показало свою техніко-економічну ефективність, в тому числі можливість отримувати деталі надвисокої точності. При цьому заготовку навантажують на ЕГ-пресах великої енергії, що запасається (до 500 кДж). Преси мають змогу просторово-часово керувати навантаженням, що здійснюється за допомогою багатоконтурних розрядних блоків, в яких в одне ціле об'єднано десятки розрядних порожнин. Керованими параметрами можуть бути електричні параметри десятків розрядних контурів генератора імпульсів струму, обсяг і крок розташування розрядних порожнин, їх висота до заготовки, а також послідовність розрядів у часі (одночасне або із зсувом у часі ЕГ-розрядів у сусідніх розрядних порожнинах). Вибір раціональних діапазонів цих параметрів є неможливим без числового моделювання процесів, що відбуваються в розрядному обсязі всього блока. При моделюванні комплексно розглядалися процеси виділення теплової потужності при ЕГ-розряді, утворення і поширення парогазового пузиря, генеруючого затоплену струмінь рідини, і деформування податливої заготовки при впливі на неї такого струменя. Викладено результати числових експериментів у середовищі LS-DYNA з використанням методу ALE при ЕГ-розряді в одиночній розрядній (заглибній) камері, в двох і трьох сусідніх при різних варійованих умовах: відстані від зони розряду до заготовки (дистанції розряду) і зміщенні в часі двох і трьох розрядів у сусідніх розрядних порожнинах. Як порівнювальні параметри були вибрані: переміщення точок заготовки та їх швидкості, розподіл деформацій по поверхні заготовки і робота деформації. Показано адекватність моделі реальному процесу. Запропоновано енергетично ефективну енерговиділяючу комірку для генерації ЕГ-розрядів від керованого за часом багатоконтурного генератора імпульсних струмів.

The eg-stamping of thin-leaf-sized parts has shown its technical and economic efficiency, including the ability to receive parts of ultrahon-thread accuracy. At the same time, the workpieces are loaded on the eg-presses of large intensive energy (up to 500 kJ), which have the possibility of space-time loading control. Such management is carried out using multi-terminated discharge blocks in which dozens of discharge cavities are combined into one. The controlled parameters can be the electrical parameters of tens of discharge circuits of the current pulse generator, the volume and step of the arrangement of the discharge cavities, their height to the workpiece, as well as the sequence of discharges in time (simultaneous or with a shift in the time of EG-discharges in adjacent discharge cavities). The choice of rational ranges of these parameters is impossible without numerical simulation of processes occurring in the discharge volume of the entire block. In the simulation, the processes of heat power is comprehensively considered with the EG-discharge, the formation and propagation of the vapor-gas bubble, which generates a flooded stream of liquid, and deforming the supple billet when exposed to such a jet. The results of numerical experiments in the LS-DYNA environment using the ALE method with the EG-discharge in a single bit (submersible) chamber, in two and three neighboring conditions with different variable conditions are set: the distance from the discharge zone to the workpiece (discharge distance) and the displacement of the time of two and three discharges in the adjacent discharges. As compared parameters were selected: movement of the billet and their speed, the distribution of deformations on the surface of the workpiece and the work of deformation. The adequacy of the model of the real process is shown. An energyefficient energygenerating cell is proposed for generating EG-discharges from a multi-mounted pulse current generator.