爆炸加工是指以(或和可燃氣體)為能源把金屬毛坯加工成型或焊接在一起的加工工藝。爆炸加工過程是化學能轉(zhuǎn)化為機械能的過程。 常用的為TNT、硝銨、和塑料(或橡膠)等。由于爆炸是快速過程,所以與常規(guī)加工方法(例如液壓、沖壓)相比,爆炸加工具有壓力大、變形速度大、加工時間短,因而功率亦大等特點,所以是一種高能率加工方法
例如,把直徑一米的毛坯加工成為封頭,用水壓機生產(chǎn)時,作用于毛坯的平均壓力為幾十個大氣壓 (1大氣壓=101325帕),成型時間為十幾秒;而在爆炸成型時,作用于毛坯的平均壓力為幾千個大氣壓,成型時間約為 1/100秒。由于毛坯成型所需能量在兩種情形下基本相等,所以爆炸成型的平均有效功率就比常規(guī)方法大10倍。
爆炸加工應(yīng)用范圍較廣,主要有爆炸成型、爆炸焊接、爆炸硬化、高速模鍛等幾個方面。
鈑金零件的拉深、 脹形、 卷邊、翻口、沖孔、壓梗、彎曲和校形等,都可用爆炸成型來完成。這是爆炸加工應(yīng)用最成熟的一個方面。圖1為幾種爆炸成型裝置的示意圖,分別表示用爆炸成型方法制造拉深件(如封頭)、脹形件(如噴氣發(fā)動機的噴管)和平板件(如波紋板)。
一般放置水中,不和毛坯直接接觸。爆炸壓力通過水傳遞。有時為了防止毛坯起皺,也用砂作傳壓介質(zhì)以增加毛坯表面的摩擦阻力。一般不用空氣作傳壓介質(zhì),因它的傳壓能力太小。在有模爆炸成型時,由于毛坯變形速度較快,通常應(yīng)將模腔內(nèi)空氣抽空,否則空氣受壓縮產(chǎn)生的高壓會使零件破壞。如果模具設(shè)計合理,工藝參數(shù)(包括藥形、藥量、藥位、水深、壓邊力等)選擇恰當,只要引爆,就能在瞬間(1米封頭約需1毫秒)形成一個與模壁貼合良好的零件。
以圓板自由拉深加工工藝為例。圓板中心點位移與時間關(guān)系的試驗結(jié)果如圖2所示。從圖中可以看出,爆炸成型時間很短,有兩次加速過程,這就是爆炸成型中所謂"二次加載"的典型現(xiàn)象。機理如下:起爆后,激波在水中傳播,達到板殼內(nèi)壁時發(fā)生反射。板殼在激波作用下迅速變形,向外運動,這是第一次加載。反射波最初表現(xiàn)出剛性反射的壓縮性質(zhì),而后表現(xiàn)為稀疏性質(zhì)。同時入射波又劇烈地衰減,因此,在板殼附近水中某處開始呈現(xiàn)拉伸狀態(tài)。水不能承受拉力,因而產(chǎn)生空泡,阻止壓力的下降,這稱為空化現(xiàn)象。此后,空化區(qū)不斷在水中擴張,因空化而被拉斷的水利用已獲得的動能向外作等速運動,趕上前方由于受變形阻力影響而減速的板殼,并不斷給板殼補充動量使其繼續(xù)運動。在某一時刻,空化區(qū)終止發(fā)展。與此同時,空化區(qū)內(nèi)側(cè)的水體在高壓的爆炸氣體推動下向外加速膨脹,追上一部分正在運動的空化水。最后在某時刻,內(nèi)外兩個速度不同的大水體進行碰撞,外水體和板殼的速度突然增加,這就是第二次加載。從此以后,板殼在變形阻力作用下,逐漸減速直至完成變形。就整個變形過程而言,碰撞后的變形量和變形時間都大于碰撞前。