Управляемость процессом бесконтактной магнитно-импульсной рихтовки

УДК 621.318.4

А.В. Гнатов

УПРАВЛЯЕМОСТЬ ПРОЦЕССОМ БЕСКОНТАКТНОЙ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОЙ РИХТОВКИ

У статті представлені експериментальні дослідження дозування та керованості процесу безконтактного магнітно-імпульсного рихтування. Наведені ілюстрації дозування магнітно-імпульсного впливу на прикладі елемента кузовної панелі автомобіля "Субару". Продемонстровано, що процес безконтактного рихтування відбувається без пошкодження захисного лакофарбного покриття панелі автомобіля.

В статье представлены экспериментальные исследования дозируемости и управляемости процесса бесконтактной магнитно-импульсной рихтовки. Приведены иллюстрации дозируемого магнитно-импульсного воздействия на примере элемента кузовной панели автомобиля "Субару". Продемонстрировано, что процесс бесконтактной рихтовки происходит без повреждения защитного лакокрасочного покрытия панели автомобиля.

ВВЕДЕНИЕ

Постановка проблемы. С каждым годом в мире огромными темпами растет количество автомобилей. Украина занимает 65 место в общемировом рейтинге по количеству автомобилей на душу населения, имея показатель в 98 машин на 1000 населения. Но, к сожалению, вместе с ростом количества автотранспортных средств, растет и количество ДТП с их участием, в которых, в той или иной степени, но обязательно повреждается панели кузовных элементов автомобилей. Поэтому, операции связанные с ремонтом и реставрацией панелей кузовов автомобилей являются весьма актуальными и пользуются все большим спросом. Причем, как показывают статистические данные, до 80% повреждений приходится на небольшие и средние повреждения. Половина из них - это вмятины, не требующие замены всего элемента и устраняемые рихтовкой. Более 50% таких повреждений составляют зоны с затрудненным или полностью закрытым обратным доступом. В этой связи особый интерес представляют методы восстановления кузовов автомобилей, позволяющие произвести, так называемую, внешнюю рихтовку без разборки кузовных элементов и нарушения существующего защитного покрытия [1-3].

Анализ основных достижений и публикаций. Методы и способы магнитно-импульсного ремонта и восстановления кузовов и корпусов транспортных средств имеют одну отличительную особенность, которая особо ярко отражает их преимущества (актуальность, перспективность) по сравнению с традиционными методами [4]. Данная особенность заключается в том, что возбуждаемые усилия, для выполнения производственной операции ремонта, рихтовки или восстановления элементов кузовов являются дозированными и управляемыми [1]. Т.е., энергии затрачивается ровно столько, сколько необходимо и достаточно для проведения данной производственной операции, при этом сама операция является гибкой и управляемой. Это достигается выбором точного зна-чения необходимых дозируемых усилий [1, 5-7].

Одно из первых предложений по созданию устройств магнитно-импульсного притяжения тонкостенных металлов было сформулировано в патенте

Н. РигШ [8]. Физическая сущность данного предложения сводится к возбуждению "медленного" и "быстрого" магнитных полей с разными временными ха-

рактеристиками. В результате наложения этих полей в рабочей области индуктора реализуется магнитноимпульсное притяжение обрабатываемого металла к индуктору.

Патент H. Furth не нашёл своего практического воплощения (большая сложность в технической реализации), хотя авторы следующих, более поздних и более удачных проектов ссылаются на него, как на первоисточник в направлении развития систем для магнитно-импульсного притяжения.

К таковым относятся, например, изобретения инженеров "Boeing Company" К. Hansen, I. Hendrickson, P. Zieve и др. [9, 10]. Следует подчеркнуть, что физическая сущность цитируемых разработок принципиально не отличается от физической сущности заявки H. Furth. Здесь также речь идёт о суперпозиции "медленного" и "быстрого" полей. Но теперь уже авторы говорят о наложении низкочастотного и высокочастотного сигналов в обмотке инструмента-индуктора.

Такие двухчастотные системы нашли свое практическое применение в работах по реставрации корпусов самолётов. В последующем на базе этих разработок из корпорации "Boeing Company" выделились фирмы "Electroimpact" и "Fluxtronic" (США), специализирующиеся именно на магнитно-импульсных технологиях по притяжению металлов [11, 12].

Следует отметить, что все рассмотренные системы работают, в основном, в однократном режиме работы, хотя фирмы "Electroimpact" и "Fluxtronic" говорят о возможности их применения и в серийном режиме работы.

Целью настоящего рассмотрения является иллюстрация управляемости процесса магнитноимпульсного ремонта (формовки, рихтовки, восстановления), осуществляемого с помощью разработанного комплекса для бесконтактной магнитноимпульсной рихтовки.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Экспериментальные исследования проводились на экспериментальном комплексе для бесконтактной магнитно-импульсной рихтовки, созданном на базе магнитно-импульсной установки МИУС-2, разработанной в лаборатории электромагнитных технологий

© А.В. Гнатов

ХНАДУ (рис. 1) [3,5-7].

Технические характеристики комплекса:

• запасаемая энергия W~ 2 кДж;

• напряжение питающей сети ~ 380/220В;

• ёмкость конденсаторов - С = 1200 мкФ;

• собственная частота -/ ~ 7 кГц;

• собственная индуктивность - Ь ~ 440-500 нГн;

• напряжение заряда емкостных накопителей и ~ 100-2100 В;

• частота следования разрядных импульсов /имп ~ 1 - 10 Гц;

• тип коммутаторов - тиристорные ключи;

• режим работы:

а) апериодический (разрядный импульс униполярной формы);

б) колебательный (разрядный импульс - затухающая синусоида).

Условия эксперимента:

• частота следования импульсов - 9 Гц;

• количество импульсов - серии до 50;

• апериодический режим работы источника мощности, рабочая частота тока в импульсе ~ 2 кГц;

• напряжение на емкостном накопителе источника мощности - 1800 В;

• амплитуда тока в разрядном контуре источника мощности - 18 кА;

• амплитуда тока в инструменте магнитноимпульсной рихтовки - 90 кА;

• запасаемая источником мощности энергия - 1,8 кДж

Рис. 1. Экспериментальный комплекс бесконтактной магнитно-импульсной рихтовки: 1 - инструмент магнитно-импульсного воздействия; 2 - кабельный подвод;

3 - магнитно-импульсная установка МИУС-2

Для проведения эксперимента были взяты образ -цы панели кузова автомобиля фирмы "Субару" толщиной ~ 0,8 мм.

В процессе проведения экспериментальных исследований было сделано два опыта:

• Опыт № 1 Трансформация выпуклости в соответствующую вогнутость на образце обшивки кузова ав-

томобиля "Субару";

• Опыт № 2 Удаление выпуклости на образце обшивки кузова автомобиля "Субару".

Ниже представлена иллюстрации проведенных экспериментальных исследований в соответствии с указанными опытами.

Опыт № 1. Результаты экспериментальных исследований по опыту №1 представлены на рис. 2.

г д е

Рис. 2. Дозированная трансформация выпуклости в соответствующую вогнутость на образце обшивки кузова автомобиля "Субару": а - экспериментальный образец с созданной выпуклостью; б - магнитно-импульсное притяжение при воздействии серии из 10 разрядных импульсов; в - при воздействии 12 разрядных импульсов;

г - при воздействии 22 разрядных импульсов; д - при воздействии 32 разрядных импульсов; е - при воздействии 42 разрядных импульсов

Опыт № 2 Результаты экспериментальных исследований по опыту №2 представлены на рис. 3.

в г

Рис. 3. Удаление выпуклости на образце обшивки кузова автомобиля "Субару": а - экспериментальный образец с выпуклостью; б - магнитно-импульсное удаление выпуклости при воздействии серии из 10 разрядных импульсов; в - при воздействии 20 разрядных импульсов; г - при воздействии 30 разрядных импульсов

выводы

Проведенные экспериментальные исследования позволяют сделать следующие выводы.

1. Магнитно-импульсные методы ремонта и реставрации кузовов автотранспортных средств позволяют обеспечить дозируемость и управляемость силового воздействия при выполнении заданной производственной операции.

2. В процессе выполнения операции ремонта, оператор имеет возможность отслеживать интенсивность и уровень силового воздействия, при этом определять необходимое количество силовых импульсов.

3. Операция ремонта и восстановления панелей кузовного покрытия автомобиля происходит бесконтактно и без повреждения защитного (лакокрасочного) покрытия.

4. Магнитно-импульсные методы ремонта позволяют, как создавать необходимые деформации на панелях кузовных элементов автомобиля, так и эффективно удалять на них вмятины.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бесконтактная внешняя магнитно-импульсная рихтовка автомобильных кузовов. Сборник трудов XV международной научно-технической конференции ["Автомобильный транспорт: проблемы и перспективы"], (Севастополь, 1G-17 сентября 2G12 г.) / А.В. Гнатов - Севастополь: Вестник СевНТУ, 2G12. - №. 134. - С. 131-134.

2. Гнатов А.В. Безконтактне магнітно-імпульсне рихтування автомобільних кузовів. Матеріали міжнародної науково-технічної конференції ["Фундаментальні та прикладні проблеми сучасних технологій"]. (Тернопіль, 19-21 травня 2G1G p.). -Тернопіль: Вісник ТДТУ, 2G1G. - Т. 15. - № 2. - С. 164-171.

3. Туренко А.Н. Импульсные магнитные поля для прогрессивных технологий. Т. 3. Теория и эксперимент притяжения тонкостенных металлов импульсными магнитными полями / Туренко А. Н., Батыгин Ю.В., Гнатов А.В.; монография. -Харьков: ХНАДУ, 2GG9. - 24G с.

4. Кузовной ремонт легковых автомобилей Мн.: Автостиль, 2GG3. - 272 с.

5. Лаборатория электромагнитных технологий // Матеріали сайту - 2G12. - Режим доступу:

http://electromagnetic.comoj.com.

6. Батыгин Ю.В. Притяжение тонкостенных металлических листов магнитным полем одновиткового индуктора / Ю.В. Батыгин, А.В. Гнатов, С.А Щиголева // Электричество. - 2G11. - № 4. - С. 55-62.

7. Батыгин Ю.В. Магнитно-импульсное притяже-

ние/отталкивание тонкостенных листовых ферромагнетиков / Ю.В. Батыгин, А. В. Гнатов // Электричество. -. 2G12. - № 8. -С. 58-65.

8. Пат. 3,196,649 USA (США). Devices for metal-forming by magnetic tension / Harold P. Furth; заявитель и патентообладатель Advanced Kinetiks, Inc., Costa Mesa, California. -№ 173,68G; завял. 16.G2.1962; опубл. 27.G7.1965.

9. Пат. 3,998,G81 USA (США), B21D 26/14. Electromagnetic dent puller / Hansen Karl A., Hendrickson Glen I.; заявитель и патентообладатель The Boeing Company, Seattle, Wash. -№ 489,29G ; заявл. 17.G7.1974; опубл. 21.12.1976.

1G. Пат. 5,G46,345 USA (США), B21D 1/G6. Power supply for electromagnetic proof load tester and dent remower / Zieve

Peter B.; заявитель и патентообладатель Peter B. Zieve. -№ 451,1G6 ; заявл. 15.12.1989; опубл. 1G.G9.1991.

11. Electromagnetic Dent Removal // Матеріали сайту - 2G13.

- Режим дocтyпy:http://www.electroimpact.comlEMAGDR /overview.asp.

12. Need an electromagnetic dent remover on hand. Fluxtronic offers the best: the Portable Flux 3 dent remover // Матеріали сайту - 2G13. - Режим доступу: http://www.fluxtronic.com.

Bibliography (transliterated): 1. Beskontaktnaya vneshnyaya magnit-no-impul'snaya rihtovka avtomobil'nyh kuzovov. Sbornik trudov HV mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii ["Avtomobil'nyj transport: problemy i perspektivy"], (Sevastopol', 1G-17 sentyabrya 2G12 g.) / A.V. Gnatov - Sevastopol': Vestnik SevNTU, 2G12. - №. 134. - S. 131-134. 2. Gnatov A.V. Bezkontaktne magnitno-impul'sne rihtuvannya avtomobil'nih kuzoviv. Materiali mizhnarodnoi naukovo-tehnichnoi konferencii ["Fundamental'ni ta prikladni problemi suchasnih tehnologij"]. (Ternopil', 19-21 travnya 2G1G r.). - Ternopil': Visnik TDTU, 2G1G. - T. 15. -№ 2. - S. 164-171. 3. Turenko A.N. Impul'snye magnitnye polya dlya progressivnyh tehnologij. T. 3. Teoriya i 'eksperiment prityazheniya tonkostennyh metallov impul'snymi magnitnymi polyami / Turenko A. N., Batygin Yu.V., Gnatov A.V.; monografiya. - Har'kov: HNADU, 2GG9. - 24G s. 4. Kuzovnoj remont legkovyh avtomobilej Mn.: Avtostil', 2GG3. - 272 s. 5. Laboratoriya 'elektromagnitnyh tehnologij / Materiali sajtu - 2G12. - Rezhim dostupu: http://electromagnetic.comoj.com. б. Batygin Yu.V. Prityazhenie tonkostennyh metallicheskih listov mag-nitnym polem odnovitkovogo induktora / Yu.V. Batygin, A.V. Gnatov, S.A Schigoleva / 'Elektrichestvo. - 2G11. - № 4. - S. 55-62. 7. Batygin Yu.V. Magnitno-impul'snoe prityazhenie/ottalkivanie tonkostennyh listovyh ferromagnetikov / Yu.V. Batygin, A. V. Gnatov / 'Elektrichestvo. -. 2G12. -№ 8. - S. 58-65. S. Pat. 3,196,649 USA (SShA). Devices for metal-forming by magnetic tension / Harold P. Furth; zayavitel' i paten-toobladatel' Advanced Kinetiks, Inc., Costa Mesa, California. - № 173,68G; zavyal. 16.G2.1962; opubl. 27.G7.1965. 9. Pat. 3,998,G81 USA (SShA), B21D 26/14. Electromagnetic dent puller / Hansen Karl A., Hendrickson Glen I.; zayavitel' i patentoobladatel' The Boeing Company, Seattle, Wash. - № 489,29G ; zayavl. 17.G7.1974; opubl. 21.12.1976. 10. Pat. 5,G46,345 USA (SShA), B21D 1/G6. Power supply for electromagnetic proof load tester and dent remower / Zieve Peter B.; zayavitel' i patentoobladatel' Peter B. Zieve. - № 451,1G6 ; zayavl. 15.12.1989; opubl. 1G.G9.1991. 11. Electromagnetic Dent Removal / Materiali sajtu

- 2G13. - Rezhim dostupu: http^^ww.electroimpact.com/EMAGDR /overview.asp. 12. Need an electromagnetic dent remover on hand. Fluxtronic offers the best: the Portable Flux 3 dent remover / Materiali sajtu

- 2G13. - Rezhim dostupu: http:Hwww.fluxtronic.com.

Поступила 04.03.2013

ГнатовАндрейВикторович, к.т.н., доц.

Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет кафедра автомобильной электроники 61GG2, Харьков, ул. Петровского 25 тел. (G57) 7GG3852, e-mail: kalifus@yandex.ru

Gnatov A. V.

Controllability of non-contact magnetic pulse straightening.

Experimental research on dosing and controllability of noncontact magnetic pulse straightening is presented in the article. Illustrations of dosed magnetic-pulse action are given by the example of an element of a Subaru body panel. It is demonstrated that non-contact straightening does not damage the protective paint coating of a car body.

Key words - electromagnetic forming, non-contact straightening, magnetic-pulse action, magnetic pulse installation, dents removal, repair of vehicles.