ВЗРЫВНЫЕ КАМЕРЫ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ИННОВАЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

УДК 621.7: 69 РО! 10.51608/26867818_2021_2_51

ВЗРЫВНЫЕ КАМЕРЫ

© 2021 В.И. Римшин*

Новые промышленные технологии, основанные на использовании энергии взрыва и удара для изготовления различных изделий и повышения их эксплуатационных возможностей, вызывают стабильный интерес со стороны потребителей. Рассмотрение данных технологий также необходимо для расширения профессиональных возможностей выпускников технических вузов, получающих или уже получивших образование по ряду специальностей, связанных с использованием энергий взрыва и удара.

В обзоре представлен ряд известных технологий. Описание каждой технологии содержит краткие сведения общего характера и конкретные данные о конструкциях взрывных камер и сопутствующих физических процессах, наиболее полно характеризующие применяемые технологии. Все описанные взрывные камеры проиллюстрированы схемами (рисунками).

Ключевые слова: взрывные технологии, взрывная камера, штамповка взрывом, строительство, строительная отрасль, патент.

Основными преимуществами штамповки взрывом являются практически неограниченные энергетические ресурсы при полном отсутствии дорогостоящего и сложного прессового оборудования (это позволяет снять ограничения на размеры штампуемых изделий и штамповать детали из высокопрочных и труднодеформируемых металлов и сплавов), а также возможность быстрой организации технологического процесса за счет простой штамповой оснастки (для формообразования необходима только матрица, а функцию пуансона выполняет передающая среда) [см. 1].

Рассматриваемые изобретения относятся к области обработки материалов давлением, а именно, к импульсной штамповке импульсными нагрузками, передаваемыми от различных взрывных источников: электрического разряда, теплового взрыва токопрово-дящих элементов, заряда взрывных веществ, газовой детонации, быстрого выхлопа сжатых газов и т.п., а именно, к устройствам для удар-

ной штамповки металлических изделий различными способами объемной и листовой штамповки, в частности к взрывным камерам, предназначенным для изготовления металлических деталей с применением гидровзрывной штамповки.

Из существующего уровня техники известно устройство для беспрессовой штамповки по авторскому свидетельству СССР №178348 [2], кл. В21Р, 1966 г. (рис. 1), которое включает бетонную матрицу, заключенную в металлический корпус с каналами для эвакуации воздуха из ее рабочей полости, протяжное и прижимное кольца. Между верхним основанием матрицы и протяжным кольцом установлен лист резины, снабженный отверстиями до 1 мм, расположенными соответственно каналам в матрице, который при ваку-умировании рабочей полости матрицы плотно прилегает к ее стенкам. Основным недостатком этого устройства является невысокая долговечность из-за отсутствия возможности регулировки напряженного состояния.

* Римшин Владимир Иванович (v.rimshin@niisf.ru) - Заслуженный строитель РФ, член-корреспондент РААСН, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (Москва, РФ) © АНО "Институт судебной строительно-технической экспертизы", 2021 51

Вакуум

Рис. 1. Иллюстрации к патенту 178348 [2]:

1 - бетонная матрица, 2- металлический кожух, 3 - рабочая полость, 4 - каналы для эвакуации в

оздуха из рабочей полости, 5 - резиновая прокладка, 6 - протяжное кольцо, 7 - прижимное кольцо, 8 - болты, 9 - заготовка

Наиболее близким к заявленному техническому решению является взрывная камера по патенту Российской Федерации №2619545 [3], кл. В2^ 26/06, 2017 г. (рис. 2), принятая заявителем за прототип. Она включает металлический корпус, размещенную в нем матрицу с рабочей поверхностью с выполненными в них каналами для эвакуации воздуха из рабочей полости матрицы, дно и крышку, средства крепления заряда взрывчатого вещества, компенсационную прокладку, причем матрица выполнена с возможностью образования вакуумной полости между ее рабочей поверхностью и заготовкой. Матрица выполнена в виде между вставкой и внутренней поверхностью матрицы, при этом взрывная силового элемента из железобетона, твердеющего под давлением, и вставки, образующей ее рабочую поверхность, компенсационная прокладка установлена камера снабжена уплотнительными, герметизирующими прокладками, установленными в упомянутой вакуумной полости, и размещенной между матрицей и корпусом гидравлической камеры для создания давления, необходимого для твердения бетона. Гидравлическая камера выполнена из эластичного материала или из листового металла.

Рис. 2. Взрывная камера патента 2619545 [3], сечение В-В: 1 - металлический наружный корпус в форме цилиндра, 2- дно цилиндра, 4- резьбовые соединения, 6 -рабочая полость, 7 - рабочая поверхность, 8 - компенсационная прокладка, 9 - заготовка; 10- вакуумная полость,

11 - уплотнительные, герметизирующие прокладки;

12 - гидравлическая камера;13 - вакуумная трубка,

14- патрубок

Недостатком данного технического решения является наличие дна и крышки, которые при эксплуатации матрицы, в момент воздействия взрывной нагрузки, сдерживают деформации в нижней и верхней части матрицы из-за сил трения, что приводит к искривлению формы штампуемых металлических изделий (рис. 3).

Рис. 3. Вариант взрывной камеры патента 2619545 [3]: 2 - дно цилиндра, 3 - крышка цилиндра, 4- резьбовые соединения, 5 - силовой элемент, 6 -рабочая полость, 7- рабочая поверхность, 8 - компенсационная прокладка, 12 - гидравлическая камера

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение является создание взрывной камеры с

ф

ЭКСПЕРТ:

ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

2021. № 2 (11)

равномерным распределением деформаций по высоте формообразующей поверхности при импульсном воздействии.

Поставленная техническая проблема решается тем, что в заявленном решении взрывная камера для гидровзрывной штамповки, содержащая металлический корпус в форме цилиндра, размещенный в нем силовой элемент из железобетона, выполненный с рабочей полостью, в которой установлена вставка, образующая рабочую поверхность, при этом силовой элемент размещен в металлическом корпусе с образованием гидравлической камеры, выполненной с возможностью заполнения ее жидкостью для создания давления и обеспечения регулирования напряженного состояния силового элемента, вставки и металлического корпуса, который снабжен верхним и нижним упорными кольцами, стянутыми между собой посредством крепежных элементов, расположенных снаружи корпуса, а в качестве железобетона использован фиброже-лезобетон.

Кроме того, способ изготовления данной взрывной камеры заключается в том, что:

♦♦♦ устанавливают внутри металлического корпуса вставку, которую располагают по оси взрывной камеры и гидравлической камеры;

♦♦ устанавливают на металлический корпус верхнее и нижнее упорные кольца, размещают в них, соответственно, верхний и нижний технологические диски, устанавливают на верхнее и нижнее упорные кольца с расположенными в них технологическими дисками, соответственно, крышку и дно;

♦ устанавливают в пространство между гидравлической камерой и вставкой арматуру и заливают фибробетон;

♦♦ стягивают крышку и дно между собой посредством крепежных соединений;

♦ подают в гидравлическую камеру жидкость с созданием опрессовочного давления, которое стабилизируют на время затвердевания фибробетона;

♦ снимают опрессовочное давление, и, после набора фибробетоном заданной прочности, удаляют со взрывной камеры крышку, дно и верхний и нижний технологические диски и стягивают верхнее и нижнее упорные кольца посредством резьбовых соединений;

♦♦ используют крышку и дно, усиленные ребрами жесткости, образующими полости, которые заполняют фибробетоном.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является равномерное распределение деформаций по высоте матрицы при взрывном нагружении, что позволяет изготавливать металлические детали методом взрывной штамповки с высоким качеством получаемой поверхности и допустимыми отклонениями по форме.

Сущность изобретения поясняется чертежами (см. рис. 4-11), где взрывная камера

Л « «

содержит: 1 - металлический наружный корпус в форме цилиндра; 2 - верхнее и нижнее упорные кольца; 3 - крепежные эле-

л м ^

менты; 4 - силовой элемент, выполненный из фиброжелезобетона, твердеющего под давлением; 5 - рабочая полость; 6 - вставка; 7 - компенсационная прокладка; 8 - заготовка; 9 - вакуумную полость; 10 - уплотни-тельные, герметизирующие прокладки; 11 -гидравлическая камера; 12 - вакуумная трубка; 13 - штуцер; 14 - верхний и нижний технологические диски; 15 - дно; 16 -крышка; 17 - ребра жесткости прямоугольного или профильного сечения; 18 - металлические кольца; 19 - прессующие диски; 20 - фибробетон; 21 - втулки из эластичного материала.

Для любого вида штамповки взрывом характерно наличие следующих составных элементов: энергоносителя - заряда взрывчатых веществ; передающей среды, расположенной между зарядом взрывчатых веществ и заготовкой; деформируемой заготовки; матрицы или вытяжного кольца. Наибольшее распространение получила штамповка взрывом с использованием

Рис. 4. Взрывная камера общий вид, вид сбоку

Вид А

Б=Б

3 2 6 9 5

Рис. 7. Взрывная камера, сечение Б-Б на рис. 6

I ь

^ I *

Д6

'Y

A3

12/ еГ

Рис. 5. Взрывная камера, вид А на рис. 4, вид сверху

2

Ts

"Т3

J8

>1-/5

Рис. 6. Взрывная камера, сечение А-А на рис. 4

Рис. 8. Взрывная камера в сборе с дном и крышкой, вид сбоку

Рис. 9. Взрывная камера в сборе с дном и крышкой, вид Б на рис. 8, вид сверху

f)

ЭКСПЕРТ:

ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

2021. № 2 (11)

Рис. 10. Взрывная камера в сборе с дном и крышкой, сечение В-В на рис. 8

Рис. 11. Взрывная камера в сборе с дном и крышкой, сечение Г-Г на рис. 9 и 10

воды в качестве среды, передающей энергию взрыва от заряда взрывчатых веществ к заготовке. Штамповку изделий производят в стационарных бассейнах, в которых возможно многократное взрывание зарядов взрывчатых веществ.

Взрывную камеру помещают в бассейн с водой, где и осуществляют подрыв заряда. После произведенного взрыва взрывную камеру извлекают из бассейна и отштампованное гидровзрывным способом изделие вынимают из взрывной камеры. А сама взрывная камера готова к следующему многоразовому повторному использованию.

Использование предлагаемого технического решения позволяет:

♦♦♦ повысить качество изготавливаемых изделий в результате создания возможности регулируемых равномерных деформаций заготовок в соответствии с заданной формообразующей рабочей поверхностью взрывной камеры;

♦ изготовлять взрывные большераз-мерные камер при значительно малых затратах за счет отказа в использовании крупногабаритных, дорогостоящих промышленных прессов, а также повысить эксплуатационные качества и увеличить многократность использования взрывной камеры;

♦♦ регулировать деформацию рабочей поверхности силового элемента с помощью давления в гидравлической камере.

Использование фибробетона является экономически обоснованным подходом, минимизирующим пластическое образование усадочных трещин, уменьшающим термическое растрескивание и увеличивающим износостойкость бетона. А проведение технологического процесса изготовления изделий под давлением, создаваемым в закрытом объеме с соблюдением заданного температурного режима, значительно повышает прочностные характеристики фибробетона, и, как результат: высокие надежность, прочность и долговечность предлагаемой взрывной камеры.

Одна из основных задач инновационного и экономического развития Российской Федерации - повышение конкурентоспособности производимой продукции и оказываемых услуг на инвестиционно-строительных рынках за счет модернизации строительных технологий и технического перевооружения существующих производственных мощностей промышленности, включая и строительные материалы [5, с. 11]. Предполагаем, что рассмотренное изобретение [4] будет востребовано в практическом обороте, как удобный и практичный механизм для объектов строительства с целью уменьшения затрат (в том числе и трудозатрат) и временных сроков на их возведение и ввод в эксплуатацию.

Библиографический список

1. Селиванов, В.В., Кобылкин, И.Ф., Новиков, С.А. Взрывные технологии. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. - 519 с.

2. SU 178348 А1, 22.01.1996.

3. RU 2619545 С1, 16.05. 2017.

4. RU 2743176 С1, 15.02.2021.

5. О необходимости создания единой базы данных перспективных инновационных исследований в строительной отрасли / В.В. Петров, В.Г. Мурашкин // Эксперт: теория и практика. -2021. - №1 (10) - С. 11-13. DOI 10.51608/26867818_2021_1_11

Поступила в редакцию 28.02.2021 г.

EXPLOSION CHAMBERS

© 2021 V.I. Rimshin*

New industrial technologies, based on the explosion and impact of energy in order to create different products and to improve their operational capabilities, are attracting sustained consumer interest. Consideration of these technologies is also necessary to enhance the professional capabilities of technical institutions graduates who are or have already been trained in explosion and impact energy-related occupations.

The review presents several well-known technologies. The description of each technology contains a general summary and specific data on the structure of the explosion chambers and related physical processes. All the explosive cameras described are illustrated by schemes (drawings).

Keywords: explosive technologies, explosion chamber, explosion forming, construction, construction sector, patent.

Received for publication on 28.02.2021

* Rimshin Vladimir Ivanovich - Honored Builder of the Russian Federation, Corresponding Member of RAABS, Dr. of Technical, Prof., National research Moscow state university of civil engineering ( Moscow, RF).