УСТАНОВКА ДЛЯ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к магнитно-импульсной обработке материалов, в частности к магнитно-импульсным установкам и может быть использована для технологических операций: штамповки, калибровки, сварки, упрочнения структуры металлов и других в отраслях машиностроения.
Известна установка для магнитно-импульсной обработки материалов, содержащая: зарядное устройство, блок автоматики и разрядный контур, состоящий из емкостного накопителя энергии, коммутатора тока (разрядника) и индуктора, в рабочей зоне которого помещена обрабатываемая заготовка. При разряде накопителя энергии в индукторе протекает разрядный ток, который создает импульсное магнитное поле. В результате взаимодействия магнитного поля с материалом заготовки в индукторе производится полезная работа, например, деформирование или сварка заготовки. Интенсивность воздействия на материал в индукторе зависит от уровня запасаемой энергии и параметров разрядного тока. Дозирование запасаемой энергии в установке производится с помощью задатчика напряжения, а контроль режима работы накопителя энергии осуществляется измерительным прибором только по уровню напряжения заряда (в книге: Белый И.В., Фертик С.М., Хименко Л.Т. Справочник по магнитно-импульсной обработке материалов, Харьков: изд. «Вища школа». 1977, стр. 94-97).
Недостатки известной установки - не учет дестабилизирующих факторов, которые влияют на режим разряда. К ним относятся: изменение емкости или отказ конденсаторов в накопителе энергии, не стабильность работы разрядника или задатчика напряжения, межвитковое замыкание в индукторе и другие факторы, влияющие, в конечном счете, на параметры разрядного тока. В наибольшей степени нестабильность режима разряда проявляется в мощных
многоконтурных установках, в которых отдельные накопители энергии синхронно разряжаются на общую нагрузку - индуктор.
Наиболее близким по технической сущности к полезной модели является магнитно-импульсная установка, содержащая, зарядное устройство, разрядный контур, блок управления, блок контроля зарядного напряжения, выполняющий функцию задатчика напряжения. Разрядный контур состоит из отдельных блоков накопителей энергии и разрядных устройств. Заряд блоков накопителей энергии происходит от общего зарядного устройства, а разряд производится синхронно на общую нагрузку - индуктор. Блок контроля зарядного напряжения следит за процессом заряда в каждом блоке накопителей энергии и при отсутствии зарядного напряжения в каком либо блоке сигнализирует о неисправности (в книге: Таталаев А.К. Индукторы и установки для магнитно-импульсной обработки металлов, М.: изд. НТЦ «Информтехника», 1992, стр. 26-29).
Недостатки известной установки: в процессе работы многоблочной установки контролируется только один параметр - напряжение заряда в отдельных блоках накопителя энергии. При этом не учитываются отклонения параметров разряда, вызванные нестабильностью запуска разрядников (не синхронное включение группы разрядников) или отказами отдельных конденсаторов в блоках накопителей энергии. Отклонения режимов разряда установки вызывают изменение параметров разрядного тока - амплитуды или периода колебаний. В результате разрядный ток в индукторе не обеспечивает необходимый технологический режим обработки материала и качество готовых изделий.
В основу полезной модели поставлена задача: обеспечение качества обрабатываемых изделий и стабильности технологического процесса, а также диагностика элементов разрядного контура установки и параметров разрядного тока.
Технический результат достигается тем, что установка для магнитно-импульсной обработки, содержащая зарядное устройство, блок управления,
задатчик напряжения, разрядный контур, состоящий из блоков накопителей энергии и разрядников, соединенных с индуктором, дополнительно содержит датчик импульсных токов и регистратор параметров разрядного тока, который состоит из двух каналов аналого-цифровых преобразователей параметров тока - амплитуды и длительности периода колебаний и регистра памяти, при этом, датчик тока расположен на выходной шине разрядного контура, выход датчика тока соединен с входами каналов аналого-цифровых преобразователей, выходы каналов аналого-цифровых преобразователей подключены к информационному входу регистра памяти, управляющий вход которого соединен с блоком управления.
На фиг.1 изображена схема магнитно-импульсной установки с двумя блоками накопителей энергии.
На фиг.2 представлена осциллограмма разрядного тока магнитно-импульсной установки.
На фиг.3 представлены совмещенные осциллограммы разрядного тока двухконтурной установки при синхронной работе разрядников (кривая 1) и не срабатывании одного из разрядников (кривая 2).
Установка содержит зарядное устройство 1, блок управления 2, задатчик напряжения 3, разрядный контур с накопителями энергии 4, 5 и разрядниками 6, 7, которые подключены к общей нагрузке - индуктору 8 с обрабатываемой заготовкой 9. На выходной шине разрядного контура установлен датчик тока 10. Выход датчика тока соединен с регистратором параметров разрядного тока 11, который содержит два канала аналого-цифровых преобразователей (АЦП) - амплитуды 12 и длительности периода колебаний 13. Выходы каналов АЦП подключены к регистру памяти 14.
Установка работает следующим образом.
Зарядное устройство 1 по команде от блока управления 2 заряжает накопители энергии 4, 5. При достижении заданного уровня энергии задатчик напряжения 3 отключает зарядное устройство и одновременно запускает разрядники 6, 7. Накопители энергии разряжаются синхронно на индуктор 8, где
1
происходит импульсная обработка заготовки 9. Информация из датчика тока 10 поступает на двухканальный регистратор параметров разрядного тока 11. В канале АЦП - 12, регистрируется амплитуда разрядного тока I, в канале АЦП - 13, регистрируется длительность периода колебаний тока Т. Обработанная информация из каналов АЦП 12 и 13 заносится в регистр памяти 14, где хранится до следующего цикла работы установки. Сброс информации из регистра памяти производится по команде от блока управления 2 перед каждым циклом заряда накопителей энергии.
1max
Отказы элементов разрядного контура установки, вызывают изменение емкости С и индуктивности L разрядного контура и, как следствие этого, амплитуды I разрядного тока и периода колебаний Т. Период колебаний и амплитуда разрядного тока связаны с параметрами разрядного контура выражениями:
где: L - суммарная индуктивность разрядного контура и индуктора; С - суммарная емкость накопителей энергии; U - напряжение заряда накопителя энергии.
По изменению амплитуды и периода колебаний разрядного тока от номинального режима можно диагностировать состояние основных элементов разрядного контура установки: отказ одного или группы конденсаторов, несрабатывание или не синхронное включение разрядников в многоблочных накопителях энергии, межвитковое замыкание в индукторе.
Давление магнитного поля на заготовку связано с амплитудой разрядного тока выражением:
где: k - неизменяемый коэффициент, учитывающий магнитную проницаемость среды, конструкцию и число рабочих витков индуктора.
Таким образом, изменение параметров разрядного тока приводит к изменению давления импульсного магнитного поля на заготовку и нарушению оптимального технологического режима обработки заготовки.
Пример реализации магнитно-импульсной установки.
Магнитно-импульсная установка МИУ-10 с максимальной запасаемой энергией 10кДж содержит два блока накопителей энергии емкостью 30 мкФ каждый. Для коммутации разрядного тока используются тиратронные разрядники ТДИ-150, запускаемые синхронно на общую индуктивную нагрузку. Для синхронной работы разрядников необходимо обеспечить оптимальные параметры импульсов запуска, которые должны быть согласованы с параметрами нагрузки - индуктора. В процессе работы происходит эрозия управляющего электрода разрядника или изменяются параметры сменного индуктора, что может привести к нарушению синхронности включения разрядников.
Из осциллограммы фиг.3 видно, что при отказе разрядника в одном из блоков накопителей энергии амплитуда разрядного тока уменьшается до 40%, а длительность периода колебаний до 20% от номинального значения. Это приводит к уменьшению эффективного давления на заготовку и снижению качества обрабатываемых деталей на установке.