DE3310046C2 - Kammer zur Explosionsbearbeitung von Stoffen - Google Patents

Abstract

Die Kammer zur Explosionsbearbeitung von Stoffen enthält ein Gehäuse (1), das einen Mittelteil und Böden (4 und 5) besitzt. Der Mittelteil ist in Form von mit einem Spielraum (a) konzentrisch aufgestellten Zylindern (2 und 3) ausgeführt. Der Innenzylinder (3) ist mit vorgegebenem Spielraum (b) bezüglich der Stirnflanschen (6 und 7) des Außenzylinders (2) aufgestellt und bezüglich des letzteren nach dem Innendurchmesser zentriert.

Description

2. Kammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

— das Zentrieren des Innenzylinders (3) des Gehäuses (1) nach dem Innendurchmesser bezüglich des Außenzylinders (2) mittels

— Ansätzen (11) verwirklicht wird, die an den Stirnflanschen (6 und 7) des Außenzylinders (2) angebracht sind.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Stoffen mittels Impuls und betrifft insbesondere eine Kammer zur Explosionsbearbeitung von Stoffen.

Die Erfindung kann im Maschinenbau zum Explosionsschweißen von Stoffen, zur Verfestigung der Stoffe mit Stoßwellen sowie zum Pressen der Pulverstoffe verwendet werden.

Es ist eine Kammer zur Explosionsbearbeitung von Stoffen bekannt, die einen horizontalen zylinderförmigen Mantel besitzt (siehe z. B. das Buch »Spanlose Formgebung von Metallen mittels Impuls«, Moskau, Verlag »Mashinostroenie«, 1977, A. I. Volkov, V. M. Molchanjuk, »Verwendung der Explosionskammern in der Metallverarbeitung und Perspektiven deren Anwendung«, S. 34, Abb. 6).

Der Mantel der genannten Kammer besteht aus einem unbeweglichen Gehäuse und einem beweglichen Deckel.

Das Kammergehäuse ist aus einer zylinderförmigen Hülle ausgeführt, die durch die eine Stirnseite mit einem elliptischen Boden starr verbunden ist. An der anderen Stirnseite der zylinderförmigen Hülle des Gehäuses ist mittels eines Flansches der Verschlußring eines Bajonettverschlusses befestigt.

Der Kammerdeckel umfaßt auch eine zylinderförmige Hülle, welche mit dem anderen elliptischen Boden starr verbunden ist, sowie einen Flansch, der Vorsprünge und Vertiefungen besitzt, welche dem Verschlußring des Bajonettverschlusses entsprechen.

Ein Arbeitstisch der genannten Kammer steht mit dem Deckel dieser Kammer in Verbindung und ist verschiebbar zusammen mit dem Deckel ausgeführt.

Bei einer Impulsnutzlast innerhalb der Kammer entstehen an den Schweißstellen der zylinderförmigen Hüllen des Gehäuses und Deckels mit Böden und Flanschen bedeutende Biegespannungen, die auf unterschiedliche Steifigkeit der genannten Elemente zurückzuführen sind. Außerdem entsteht in der zylinderförmigen Hülle des Gehäuses ein dreiachsiger Spannungszustand:

Zugspannungen τ\ von der Wirkung der Stoßbe-!a-

^stung auf die zylinderförmige Hülle in Radialrichtung, Zugspannungen Γ2 in Axialrichtung von der Belastung, welche durch die Böden des Gehäuses aufgenommen

ίο und auf die zylinderförmigen Hüllen des Körpers und Deckels übertragen wird, die mit den Böden starr verbunden sind, und Druckspannungen 73 in den Mantelwänden von der Stoßwelle, die sich über die gesamte Wanddicke verbreitet

Siomit ist der Spannungszustand der zylinderförmigen Hüllen des Gehäuses und Deckels groß; er wird durch die Größe der Rechnungsspannung ermittelt, welche anhand bekannter Bruchhypothesen unter der Berücksichtigung der Spannungen v\, Γ2, Vz berechnet wird.

Unter der Berücksichtigung auch der Biegespannungen an den Verbindungsstellen der zylinderförmigen Hüllen mit den Flanschen und Böden ist es notwendig, den Sicherheitsgrad der zylinderförmigen Hüllen des Gehäuses und Deckels zu erhöhen. Außerdem sind die Methoden der Berücksichtigung der Biegespannungen nicht genügend ausgearbeitet, insbesondere bei einer Impulsnutzlast in der Kammer. Deshalb wird der Sicherheitsgrad und folglich auch die Wanddicke absichtlich erhöht, um eine lange Betriebsfähigkeit der Kammer zu gewährleisten.

Eis ist auch eine Kammer zur Explosionsbearbeitung von Stoffen bekannt, welche ein Gehäuse, das einen Mittelteil besitzt, der in Form von mit einem Spielraum konzentrisch aufgestellten Zylindern ausgeführt ist, sowie Böden enthält, von denen in einem ein Arbeitstisch aufgestellt ist (siehe z. B. US-Patentschrift 40 79 612).

In der genannten Kammer ist zwischen dem Außen- und dem Innenzylinder des Gehäuses sowie zwischen den Böden eine Schicht schüttbaren Materials — z. B.

eine: Sandschicht — untergebracht. Die Böden stehen mit den Stirnflanschen der Zylinder des Körpers in Verbindung.

Bei einer derartigen baulichen Gestaltung der Kammer wird ein Teil der Stoßbelastung, die durch den Innenzylinder und den Innenboden aufgenommen wird, durch die Schicht des schüttbaren Materials auf den Auüienzylinder und den Außenboden übertragen, wodurch die Betriebsfähigkeit der Kammer verbessert wird.

Sowohl im Innenzylinder als auch im Außenzylinder entsteht, wie auch in der oben geschilderten Kammer ein dreiachsiger Spannungszustand. An den Stellen starrer Verbindung der Zylinder mit den Böden aber gibt es auch bedeutende Biegespannungen. Das macht die Erhöhung des Sicherheitsgrades und folglich auch die Verstärkung der Wanddicke des Gehäuses erforderlich.

Es ist außerdem technologisch gesehen schwer, in der genannten Kammer das obengeschilderte Kammergehäuse herzustellen und eine gleichmäßige Schicht des schüttbaren Materials zwischen den Zylindern und Boden zu gewährleisten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe der Entwicklung einer Kammer zur Explosionsbearbeitung von Stoffen zugrunde, in der der zylinderförmige Teil des Gehäuses so ausgeführt ist, daß die Festigkeit des Gehäuses erhöht und dessen Fertigungstechnologie verbessert wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der Kam-

mer zur Explosionsbearbeitung von Stoffen, welche ein Gehäuse, das einen Mittelteil besitzt, der in Form von .Tiit einem Spielraum konzentrisch aufgestellten Zylindern ausgeführt ist, sowie Böden enthält, von denen in einem ein Arbeitstisch aufgestellt ist, erfindungsgemäß der Innenzylinder der Zylinder des Gehäuses mit vorgegebenem Spielraum bezüglich der Sti<\iflanschen des Außenzylinders aufgestellt und nach dem Innendurchmesser bezüglich des Außenzylinders des Gehäuses zentriert ist.

Es ist zweckmäßig, daß das Zentrieren des Innenzylinders des Gehäuses nach dem Innendurchmesser bezüglich des Außenzylinders mittels Vorsprängen verwirklicht wird, die an den Stirnflanschen des Außenzylinders angebracht sind.

Derartige Gestaltung der erfindungsgemäßen Kammer zur Explosionsbearbeitung von Stoffen gewährleistet die Erhöhung der Festigkeitswerte des Gehäuses der Kammer infolge einer Verringerung des Spannungszustandes in den Elementen des Körpers und einer genauen Einschätzung der entstehenden Spannungen und vereinfacht die Fertigung des Gehäuses der Kammer.

Nachstehend wird die Erfindung durch Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, in der die erfindungsgemäße Kammer zur Explosionsbearbeitung von Stoffen (Längsschnitt) abgebildet ist

Die erfindungsgemäße Kammer zur Explosionsbearbeitung von Stoffen enthält ein Gehäuse 1, das einen Mittelteil besitzt, welcher in Form von mit einem Spielraum a konzentrisch aufgestellten Zylindern 2 und 3 (der Außenzylinder 2, der Innenzylinder 3) ausgeführt ist, sowie einen unteren 4 und einen oberen Boden 5, die mit Stirnflanschen 6 bzw. 7 des Außenzylinders 2 in Verbindung stehen. Im unteren Boden 4 ist ein Arbeitstisch 8 untergebracht, welcher auf einem Dämpfermittel 9 — z. B. Stahlschrott (bzw. Gußeisenschrott) — aufgestellt ist. Der obere Boden 5 ist abnehmbar ausgeführt und am Flansch 7 mittels eines Bajonettverschlusses 10 befestigt.

Der innenzylinder3 ist mit vorgegebenem Spielraum b bezüglich der Stirnflansche 6 und 7 des Außenzylinders 2 aufgestellt und nach dem Innendurchmesser bezüglich des Außenzylinders 2 mittels Vorsprüngen 11 zentriert, die an den Stirnflanschen 6 und 7 angebracht sind. In der Arbeitsstellung stützt sich der Innenzylinder 3 unter der Schwerewirkung auf den Flansch 6.

Im Außenzylinder 2 sind die öffnungen 12 eines Lüftungssystems angebracht. Das Gehäuse 1 der Kammer ist auf Stützen 13 aufgestellt, die auf einem Fundament 14 stehen.

Auf dem Arbeitstisch 8 wird der zu bearbeitende Stoff 15, umgeben mit einem Explosivstoff 16 untergebracht. Die erfindungsgemäße Kammer hat einen Stromkreis (in der Fig. nicht gezeigt) zur Initiierung des Explosivstoffes 16.

Der Flansch 7 setzt sich aus zwei Teilen 17 und 18 zusammen, die mittels einer Gewindeverbindung 19 gekoppelt sind. Das ermöglicht die Auswechslung des Innenzylinders 3.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Kammer zur Explosionsbearbeitung von Stoffen ist wie folgt.

Bei Explosionsbearbeitung von Stoffen in der Kammer wirkt die Stoßbelastung in Radialrichtung auf die Wände des zylinderförmigen Teils des Gehäuses 1 und in Axialrichtung auf die Böden 4 und 5 des Gehäuses 1.

In der Kammer wird die Radialstoßbelastung vom Innenzylinder 3 aufgenommen; in dem Zugspannungen in Kreisrichtung und Druckspannungen in Radialrichtung über die Dicke der Wandung des Zylinders 3 entstehen, die dem Druck in der Stoßwelle gleich sind.
Spannungen im Innenzylinder 3 von der Stoßbelastung in Axialrichtung und Biegespannungen von einem Randeffekt bleiben aus, da es keine Verbindung der Stirnseiten des Zylinders 3 mit den Flanschen 6, 7 des Zylinders 2 und mit den Böden 4,5 gibt

Da die Spannungen über die Dicke der Wandung des Zylinders 3 in Radialrichtung um eine Größenordnung geringer sind als die Spannungen über die Dicke der Wandung in Kreisrichtung, kann man den Spannungszustand im Innenzylinder 3 für einen Zustand halten, der einem einachsigen nahekommt

Der Spielraum b zwischen dem Zylinder 3 und den Flanschen 6 und 7 verhindert aufgrund einer geringen Größe des Spielraums und seiner Konfiguration den Durchgang der Stoßwelle zum Außenzylinder 2 und gewährleistet gleichzeitig einen genügenden Durchgangsquerschnitt für den Austritt der Explosionsprodukte in den Spielraum a zwischen den Zylindern 2 und 3 und deren Eintritt in die öffnungen 12 des Lüftungssystems. Die Anbringung der öffnungen 12 im Außenzylinder 2 ist zweckmäßig, da der Außenzylinder keine Stoßwellen unmittelbar aufnimmt.

Das Zentrieren des Zylinders 3 nach dem Innendurchmesser durch die Vorsprünge 11 gewährleistet bei Explosion eine freie Verformung des Zylinders 3 in Radialrichtung. Die Größe des Spielraums a zwischen den Zylindern 2 und 3 beseitigt einen Kontakt zwischen ihnen bei Nutzlasten.

Eine senkrechte Stoßbelastung, die auf die Böden 4 und 5 des Gehäuses 1 einwirkt, wird vom Außenzylinder 2 aufgenommen, welcher die Böden 4 und 5 starr verbindet. Im Zylinder 2 entstehen lediglich Zugspannungen längs der Achse des Gehäuses 1. Die Spannungen in Radialrichtung bleiben im Zylinder 2 aus, da er keine Radialstoßbelastung aufnimmt, deshalb fehlen Biegespannungen, und im Außenzylinder 2 wird auch einachsiger Spannungszustand realisiert.

Somit werden die Zylinder 2 und 3 des zylinderförmigen Teils des Gehäuses 1 getrennt beansprucht: der Innenzylinder 3 nimmt eine Stoßbelastung in Radiairichtung auf und der Außenzylinder 2 eine Stoßbelastung, welche in Axialrichtung auf die Böden 4 und 5 einwirkt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kammer abgebildet, und zwar mit einer senkrechten Anordnungsachse. Es kann auch eine Kammer mit ähnlicher baulicher Gestaltung aber mit einer horizontalen Achse hergestellt werden. Die Arbeitsweise einer solchen Kammer ist der Arbeitsweise der oben geschilderten Kammer ähnlich.

Die erfindungsgemäße Kammer zur Explosionsbearbeitung von Stoffen ermöglicht eine Erhöhung der Festigkeitswerte des besonders belasteten zylinderförmigen Teils des Körpers und folglich auch der Betriebssicherheit der Kammer, da der Spannungszustand in den Elementen des Gehäuses herabgesetzt wird. Der Spannungszustand in den Elementen des Gehäuses wird genauer abschätzbar, wodurch die Anwendung optimaler Dicke der Zylinderwandungen in der Konstruktion der erfindu'igsgemäßen Kammer ermöglicht wird.

Eine auswechselbare Gestaltung des Innenzylinders der Kammer erweitert die technologischen Möglichkeiten der Kammer und vereinfacht die Fertigungstechnologie des Gehäuses.

Die Anbringung der Öffnungen des Lüftungssystems im Außenzylinder, der direkt keine Stoßwellen aufnimmt, ermöglicht eine Herabsetzung des schädlichen Einflusses der Öffnungen auf die Festigkeit des Gehäuses.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

Patentansprüche:

1. Kammer zur Explosionsbearbeitung von Stoffen, welche

— ein Gehäuse (1), das einen Mittelteil besitzt, der in Form von

— mit einem Spielraum (a) konzentrisch aufgestellten Zylindern (2 und 3) ausgeführt ist, sowie

— Böden (4 und 5) enthält, von denen in einem (4)

— ein Arbeitstisch (8) aufgestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß

— einer (3) von den Zylindern des Gehäuses (1) mit vorgegebenem Spielraum (b) bezüglich der Stirnflanschen (6 und 7) des Außenzylinders (2) aufgestellt und nach dem Innendurchmesser bezüglich des Außenzylinders (2) des Gehäuses (1) zentriert ist