CN104607527A - 管材下料时表面环形槽根部的炸药分段爆轰起裂方法 - Google Patents

管材下料时表面环形槽根部的炸药分段爆轰起裂方法 Download PDF

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Abstract

管材下料时表面环形槽根部的炸药分段爆轰起裂方法，将长管材外表面按下料长度开制环形V槽，并在腔内装填等径的长爆轰筒，并使药柱与环形V槽的根部分段对应，将长管材两端卡装第一法兰封头和第二法兰封头，并用第一螺栓沿轴向进行拉紧，在起裂时通过激光器触发高压球隙开关合闸，对药柱同轴线的铜丝施加脉冲大电流，引爆药柱分段爆炸产生瞬态高能高压冲击波，对长管材的内壁分段加载，促使环形V槽的根部因应力集中发生塑性变形而萌生微裂纹群，本发明采用不耦合间隔装药，有效节约了药量，具有缩短下料周期、提高下料效率等优点。

Description

管材下料时表面环形槽根部的炸药分段爆轰起裂方法
技术领域
本发明属于管材下料技术领域，具体涉及管材下料时表面环形槽根部的炸药分段爆轰起裂方法。
背景技术
金属管材的下料广泛存在于传送链滚筒套筒、滚动轴承内(外)圈、滑动轴承轴瓦、等备料工序中，下料数量巨大，其下料质量的高低直接影响着零件的制造精度、生产效率和经济成本。传统的管材下料主要采用切削、冲压加工或热切割等方式，往往存在能耗大、加工效率低、断面质量差，或管壁塌陷、管材变形等问题。近年来，利用应力集中效应预制缺口及高频次低应力周向旋锻下料等精密下料技术使得管材下料朝着低能耗、高质量、高生产率、低污染的绿色制造方向发展，但因下料时间较长，不能满足大批量生产的要求。
断裂力学理论表明，材料结构的缺口、尖角等几何不连续处具有应力集中效应，在较小载荷作用下即可产生大应力及萌生裂纹，并随外载荷的持续而扩展。完整的裂纹扩展过程包括萌生、稳定扩展、失稳扩展三个阶段，其中，裂纹萌生主要指金属管材晶体发生滑移、形成驻留滑移带并最终形成微裂纹群的过程，其寿命Ni可占到裂纹完整扩展寿命N的80％。因此，在下料时采用提前预制裂纹的方法可大幅缩短下料工序时长，提高下料效率。
在加载方式上，采用炸药爆轰作为高能动载源常见于岩体开挖、管材内高压成形等领域。进行岩体爆破时，在主爆区爆破前沿设计轮廓线先爆出一条具有一定宽度的贯穿裂缝，以缓冲、反射开挖爆破的振动波，控制其对保留岩体的破坏影响，使之获得较平整的开挖轮廓的爆破技术为预裂爆破，此种预裂是先于主爆起爆的，它的成缝机理是采用不耦合间隔装药，利用炸药的爆轰激动空气产生气刃劈裂岩石而形成预裂面缝隙的。目前还没有将炸药爆轰和管材下料相结合的报道。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供管材下料时表面环形槽根部的炸药分段爆轰起裂方法，具有缩短下料周期、提高下料效率等优点。
管材下料时表面环形槽根部的炸药分段爆轰起裂方法，包括以下步骤：
步骤一、起裂前，将长管材1外表面按每段下料长度开制环形V槽2；
步骤二、装配时，将长管材1内装填等径的长爆轰筒5，使药柱9与环形V槽2的根部分段对应，将第一法兰封头4和第二法兰封头12装卡在长管材1的两端，并用第一螺栓10将第一法兰封头4和第二法兰封头12沿轴向拉紧；
步骤三、起裂时，开启激光器18，触发球隙高压开关16合闸，对和药柱9同轴线的铜丝14施加30～100KA脉冲大电流，引爆药柱9分段爆炸产生瞬态的高能高压冲击波，对长管材1内壁分段加载，促使环形V槽2根部因应力集中发生塑性变形而萌生微裂纹群，达到起裂的效果；
步骤四、起裂结束后，将长管材1送入下料夹具20中进行分段下料，在可变周向载荷持续作用下，微裂纹向管材内壁快速扩展直至断裂，完成下料。
所述起裂方法采用的装置包括长爆轰筒5，长爆轰筒5由软质外壳6、药型罩7、膨胀介质8及药柱9组成，药型罩7将长爆轰筒5隔离成两个以上间隔的装药腔和膨胀介质腔，其间隔与下料长度等长，第一法兰封头4和第二法兰封头12的小端凸台配装第一垫圈19和第二垫圈11后，分别卡装在长管材1两端的管腔内，第一法兰封头4和第二法兰封头12的大端法兰盘通过第一螺栓10及第一螺母3、第二螺母13进行轴向拉紧，贯穿长爆轰筒5的铜丝14和轴线起爆系统15连接。
所述的轴线起爆系统15包括激光器18，激光器18通过透镜17和高压球隙开关16的控制端配合，高压球隙开关16通过高压电路和铜丝14连接。
所述的药柱9采用工业用膨化硝铵炸药，装药密度在0.90-1.30g/cm3，药柱9直径均大于14mm的稳定爆轰直径。
所述的膨胀介质8为不可压缩的耐高温填充物，包括石墨粉、石英砂。
所述的激光器18采用Nd:YAG固体激光器。
所述的铜丝14的直径为0.2mm。
所述的高压电路能够产生20～90KV高压。
本发明采用不耦合间隔装药，有效节约了药量，并在环形槽根部产生较大应力集中，能为大尺寸管材的精密下料工艺预制均布的裂纹群，使得下料工序中的动态裂纹能更快的进入扩展阶段，具有缩短下料周期、提高下料效率等优点。
附图说明
图1为表面预制均布环形V槽2的长管材1示意图。
图2为长管材1的炸药分段爆轰起裂装置示意图。
图3为预裂后的长管材1的下料示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
管材下料时表面环形槽根部的炸药分段爆轰起裂方法，包括以下步骤：
步骤一、起裂前，将长管材1外表面按每段下料长度开制环形V槽2，如图1所示；
步骤二、装配时，将长管材1内装填等径的长爆轰筒5，使药柱9与环形V槽2的根部分段对应，将第一法兰封头4和第二法兰封头12装卡在长管材1的两端，并用第一螺栓10将第一法兰封头4和第二法兰封头12沿轴向拉紧；
步骤三、起裂时，开启激光器18，触发球隙高压开关16合闸，对和药柱9同轴线的铜丝14施加30～100KA脉冲大电流，引爆药柱9分段爆炸产生瞬态的高能高压冲击波，对长管材1内壁分段加载，促使环形V槽2根部因应力集中发生塑性变形而萌生微裂纹群，达到起裂的效果；
步骤四、起裂结束后，将长管材1送入下料夹具20中进行分段下料，在可变周向载荷持续作用下，微裂纹向管材内壁快速扩展直至断裂，完成下料，如图3所示。
如图2所示，所述起裂方法采用的装置包括长爆轰筒5，长爆轰筒5由软质外壳6、药型罩7、膨胀介质8及药柱9组成，药型罩7将长爆轰筒5隔离成两个以上间隔的装药腔和膨胀介质腔，其间隔与下料长度等长，第一法兰封头4和第二法兰封头12的小端凸台配装第一垫圈19、和第二垫圈11后，分别卡装在长管材1两端的管腔内，第一法兰封头4和第二法兰封头12的大端法兰盘通过第一螺栓10及第一螺母3、第二螺母13进行轴向拉紧，贯穿长爆轰筒5的铜丝14和轴线起爆系统15连接。
所述的轴线起爆系统15包括激光器18，激光器18通过透镜17和高压球隙开关16的控制端配合，高压球隙开关16通过高压电路和铜丝14连接，通过激光器18触发高压球隙开关16合闸，对药柱9同轴线的铜丝14施加脉冲大电流，使铜丝14电离成等离子体急剧压缩药柱9，实现长管材1的分段爆轰。
所述的药柱9采用低敏、无毒性的工业用膨化硝铵炸药，装药密度在0.90-1.30g/cm3，药柱9直径均大于14mm的稳定爆轰直径。
所述的膨胀介质8为不可压缩的耐高温填充物，包括石墨粉、石英砂。
所述的激光器18采用Nd:YAG固体激光器。
所述的铜丝14的直径为0.2mm。
所述的高压电路能够产生20～90KV高压。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.管材下料时表面环形槽根部的炸药分段爆轰起裂方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、起裂前，将长管材(1)外表面按每段下料长度开制环形V槽(2)；
步骤二、装配时，将长管材(1)内装填等径的长爆轰筒(5)，使药柱(9)与环形V槽(2)的根部分段对应，将第一法兰封头(4)和第二法兰封头(12)装卡在长管材(1)的两端，并用第一螺栓(10)将第一法兰封头(4)和第二法兰封头(12)沿轴向拉紧；
步骤三、起裂时，开启激光器(18)，触发球隙高压开关(16)合闸，对和药柱(9)同轴线的铜丝(14)施加30～100KA脉冲大电流，引爆药柱(9)分段爆炸产生瞬态的高能高压冲击波，对长管材(1)内壁分段加载，促使环形V槽(2)根部因应力集中发生塑性变形而萌生微裂纹群，达到起裂的效果；
步骤四、起裂结束后，将长管材(1)送入下料夹具(20)中进行分段下料，在可变周向载荷持续作用下，微裂纹向管材内壁快速扩展直至断裂，完成下料。
2.根据权利要求1所述起裂方法采用的装置，其特征在于：包括长爆轰筒(5)，长爆轰筒(5)由软质外壳(6)、药型罩(7)、膨胀介质(8)及药柱(9)组成，药型罩(7)将长爆轰筒(5)隔离成两个以上间隔的装药腔和膨胀介质腔，其间隔与下料长度等长，第一法兰封头(4)和第二法兰封头(12)的小端凸台配装第一垫圈(19)和第二垫圈(11)后，分别卡装在长管材(1)两端的管腔内，第一法兰封头(4)和第二法兰封头(12)的大端法兰盘通过第一螺栓(10)及第一螺母(3)、第二螺母(13)进行轴向拉紧，贯穿长爆轰筒(5)的铜丝(14)和轴线起爆系统(15)连接。
3.根据权利要求2所述起裂方法采用的装置，其特征在于：所述的轴线起爆系统(15)包括激光器(18)，激光器(18)通过透镜(17)和高压球隙开关(16)的控制端配合，高压球隙开关(16)通过高压电路和铜丝(14)连接。
4.根据权利要求2所述起裂方法采用的装置，其特征在于：所述的药柱(9)采用工业用膨化硝铵炸药，装药密度在0.90-1.30g/cm3，药柱(9)直径均大于14mm的稳定爆轰直径。
5.根据权利要求1所述起裂方法采用的装置，其特征在于：所述的膨胀介质(8)为不可压缩的耐高温填充物，包括石墨粉、石英砂。
6.根据权利要求2所述起裂方法采用的装置，其特征在于：所述的激光器(18)采用Nd:YAG固体激光器。
7.根据权利要求2所述起裂方法采用的装置，其特征在于：所述的铜丝(14)的直径为0.2mm。
8.根据权利要求2所述起裂方法采用的装置，其特征在于：所述的高压电路能够产生20～90KV高压。
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