爆炸成形：从装置到成形的全过程

1.爆炸成形的基本原理

爆炸成形是将爆炸物质（炸药）放在一特制的装置中，引爆后利用产生的化学能在极短的时间内转化为周围介质（空气或水）中的高压冲击波，使坯料在很高的速度下变形并贴在模具上，从而达到成形的目的。

图6-187为爆炸成形装置示意图。

2.爆炸成形的主要特点

1）爆炸成形不需要成对的刚性凸、凹模，而是通过传压介质（空气或水）来代替刚性凸模的作用。因此，可使模具结构简化。

2）爆炸成形可以加工形状复杂、刚性模具难以加工的空心零件。

3）爆炸成形属于高速成形，零件回弹极小，贴模性能好，只要模具尺寸准确、表面光洁，则零件的精度高、表面质量好。

4）爆炸成形不需要冲压设备，成形零件的尺寸不受设备能力限制，而巨成形速度快，操作方便，成本低，周期短，在试制或小批生产大型构件时，经济效果显著。

3.爆炸成形的参数

爆炸成形的主要参数有药包形状、药位、药量、传递介质的边界条件、水深、真空度等，参数的选择原则如下：

1）药包形状。药包形状决定所产生的冲击波波形和在毛料上的荷载分布情况。常用的药包形状有球形、柱形、锥形和环形，如图6-188所示。

图6-186 二步旋压机组示意图

图6-187 爆炸成形装置

1—纤维板 2—炸药 3—钢绳 4—坯料 5—密封袋 6—压边圈 7—密封 8—定位圈 9—凹板 10—抽气孔

图6-188 几种常用的药包形状

a）球形药包 b）柱形药包 c）锥形药包 d）环形药包

球形药包爆炸后，产生球面冲击波，在低药位的情况下，作用在毛料上的载荷是不均匀的。中央部分载荷大于边缘部分，所以零件成形后顶部变薄量较大。因此，它只适用于成形深度不大，或变薄要求不严的球体零件。

柱形药包制作容易，是生产中用得较多的一种，分长柱和短柱两种形式。长柱药包由于端面冲击波和侧面冲击波相差较大，故常用作狭长零件的拉深成形或用作爆炸胀形。短柱药包则常用来代替球形药包。(www.xing528.com)

锥形药包爆炸后顶部冲击波较弱，而两侧较强，因而便于凸缘毛料流入模腔，所以它适用于变薄量要求较严的零件的成形。

大型封头类零件往往采用环形药包。成形深度相同的零件，环形药包的药量要比球形药包少一些。

2）药位。药位通常指药包中心距毛料表面的高度h，药位h不仅影响毛料上的载荷大小，也影响其载荷的分布。在采用球形、柱形、锥形药包时，相对药位h/D（D指毛料直径），一般在20%～50%范围内选择。采用环形药包时药位可适当低一些，相对药位为20%～30%。

药位的选取主要与零件的材料和相对厚度有关，强度高、厚度大的零件成形时，药位可低一些，反之应高一些。

3）药量。一些形状复杂或尺寸较大的零件，可通过试验来确定爆炸拉深成形的药量。

经过大量试验得出的爆炸成形封头零件的药量计算公式如下：

式中 Y——成形零件顶点挠度，mm；

D——模口直径，mm；

Q——炸药量，g；

δ——毛料厚度，mm；

h——药位，mm；

K₁——传递荷载的介质系数，采用水时，K₁=120；采用砂时，K₁=44；

K₂——材料强度系数，为成形材料的屈服应力与低碳钢的屈服应力之比。

4）水深。水深即药包中心至水面的距离H。水深H影响炸药爆炸气体能量的分配，水越深，气体作用传递给毛料的能量越大，水越浅，气体作用传递给毛料上的能量越小。试验表明，水深超过某一数值后，若再加大，则其影响不再增大，这一水深称临界水深H_c。薄板零件成形时，H_c一般为模口直径的1/3～1/2。

5）真空度。无模具的自由成形，依靠控制工艺参数来获得零件外形，易受偶然因素的影响，因此零件精度较低，只适用于形状简单而精度又不高的零件。有模自然排气成形精度较前者高一些，也能成形较复杂的零件。但它仅适合于黑色金属及厚板铝件。对于那些相对厚度比较小而精度要求又很高的需大量生产的零件。则应采取有模抽真空的爆炸成形方式。因为薄板毛料在爆炸拉深时。变形速度较快，模腔内的气体来不及自行排出时，将影响零件的成形质量。试验表明，模腔如具有小于6.6×10³Pa的真空度，一般可获得外形良好的零件。

4.爆炸成形的应用

爆炸成形可以对板料进行多种成形加工，例如压延、翻边、胀形、弯形、校正、压花纹等。

生产实践证明，对壁厚8～20mm，ф100～ф1600mm封头用爆炸成形通常都能成功。而大型厚壁封头，由于爆炸用药量多，不易控制。