ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к магнитно-импульсной обработке материалов и предназначена для использования в машиностроении при выполнении технологических операций штамповки, калибровки, сварки тонкостенных заготовок, в том числе, из материалов с низкой электропроводностью (нержавеющие стали и др.).
Известна установка для магнитно-импульсной обработки материалов, содержащая: зарядное устройство; емкостный накопитель, состоящий из батареи импульсных конденсаторов и коммутатора тока (разрядника); к выводам установки подключается рабочий индуктор. В рабочей зоне индуктора размещена обрабатываемая заготовка. При разряде накопителя на индуктор, вокруг его витков создается импульсное магнитное поле. В результате взаимодействия магнитного поля индуктора с материалом заготовки производится полезная работа, например, деформирование или сварка заготовки (в книге: Белый И.В., Фертик С.М., Хименко Л.Т. Справочник по магнитно-импульсной обработке материалов, Харьков: изд. «Вища школа». 1977, стр.57-97).
Магнитно-импульсные установки, собранные по традиционной схеме, описанной выше, имеют низкую частоту разрядного тока, менее 50 кГц и, не могут быть использованы для обработки тонкостенных деталей из-за «просачивания» магнитного поля сквозь тонкую заготовку, что особенно характерно при обработке материалов с низкой электропроводностью. Для обработки таких материалов требуется высокочастотная установка с частотой разряда свыше 100 кГц.
0
0
i
Частота разрядного тока зависит от параметров разрядного контура: емкости накопителя энергии - С, индуктивности емкостного накопителя - L и индуктора - L:
0
Для получения высокой частоты необходимо стремиться к уменьшению индуктивных составляющих разрядного контура L: собственной индуктивности конденсатора, разрядника и соединительных цепей (ошиновки) накопителя энергии.
Известен емкостный накопитель, состоящий из импульсного конденсатора коаксиальной конструкции и встроенного в него искрового управляемого разрядника, который имеет минимальную собственную индуктивность (в статье: Н.В.Жарова, Н.А.Ратахин, А.В.Саушкин, В.Ф.Федущак, А.А.Эрфорт Быстрый вывод энергии из сильноточного импульсного конденсатора HCEIcap 50-0,1 с помощью псевдо-искрового разрядника ТВI150Л/50 // Приборы и техника эксперимента, - 2006. - №3. - с.96-99).
Однако практическая реализация такой конструкции не позволяет получить накопитель с запасаемой энергией более 0,5…1 кДж и имеет ограниченную область применения. Увеличение емкости импульсного конденсатора до запаемой энергии 2…5 кДж, необходимой для реализации магнитно-импульсных технологий, приводит к увеличению габаритов накопителя, увеличению собственной индуктивности и, приводит к не оправданному усложнению конструкции и увеличению стоимости.
Наиболее близким по технической сущности к предложенной полезной модели является установка для деформирования металлических заготовок импульсными магнитными полями, содержащая импульсные конденсаторы, составляющие емкостный накопитель, ошиновку, коммутаторы тока (разрядники), установленные непосредственно на выводе каждого конденсатора, при этом цепь поджига каждого разрядника имеет отдельный конденсатор поджига и общий пусковой разрядник (А.С. СССР. №199806, кл. В21D 26/14, опубл. 29.07.1967 г.). Для уменьшения общей индуктивности разрядного контура ошиновка выполнена в виде плоских листов с коаксильными выводами на выходных зажимах индуктора.
Недостатки известной установки: сложная конструкция, требующая индивидуальной подгонки составных элементов емкостного накопителя; большие габариты и масса ошиновки; жесткость конструкции ошиновки, не позволяющая адаптировать выводы установки с присоединением индуктора в различных пространственных плоскостях; трудоемкость профилактического обслуживания и ремонта высоковольтных элементов разрядного контура при аварийном пробое изоляции между плоскими шинами.
В основу полезной модели поставлены задачи: уменьшение собственной индуктивности разрядного контура, габаритов и массы, получение высокой частоты разряда и обеспечение эффективности технологического процесса при обработке тонкостенных заготовок и материалов с низкой электропроводностью.
Технический результат достигается тем, что высокочастотная установка для магнитно-импульсной обработки материалов, содержащая емкостные накопители в виде отдельных модулей, каждый из которых содержит импульсный конденсатор, установленный на одном из выводов импульсного конденсатора разрядник с управляющим электродом и ошиновку, а также цепи под-жига разрядников, с отдельными конденсаторами поджига, общий пусковой разрядник и выводы установки для присоединения индуктора, согласно полезной модели ошиновка каждого модуля выполнена в виде системы параллельно соединенных коаксиальных кабелей, экранирующие оплетки системы кабелей одним концом смонтированы равномерно по окружности на катодном коллекторе разрядника, центральные жилы кабелей подключены равномерно по окружности ко второму выводу конденсатора, при этом другими концами экранирующие оплетки кабелей подключены к заземленному выходному выводу установки, а центральные жилы - к высоковольтному выводу установки, причем управляющие электроды каждого разрядника соединены с одним из выводов конденсатора поджига, второй вывод которого соединен с общим пусковым разрядником.
На фиг.1 представлена функциональная схема разрядного контура высокочастотной магнитно-импульсной установки.
На фиг 2. изображен пример накопителя энергии, состоящего из двух модулей.
Установка содержит два автономных модуля емкостного накопителя, разрядный контур которых состоит из импульсных конденсаторов 1, разрядника 2 и кабельной ошиновки 3. Разрядник анодным электродом встраивается непосредственно на выводы конденсатора 1. Кабельная ошиновка каждого модуля состоит из системы коаксиальных кабелей, соединенных параллельно для уменьшения собственной индуктивности. Экранирующие оплетки коаксиальных кабелей 3 монтируются равномерно по окружности катодного электрода на коллекторе 4. Центральные жилы кабелей подключаются ко второму кольцевому выводу 5 импульсного конденсатора равномерно, по окружности. Система кабелей другими концами объединяется оплетками на заземленном выходном выводе 6 установки, центральными жилами на высоковольтном выводе 7 установки. Индуктор 8 с обрабатываемой заготовкой присоединяется к выходным выводам 6 и 7. Управляющий электрод 9 каждого разрядника соединен с одним из выводов конденсатора поджига 10, а второй вывод которого соединен с общим пусковым разрядником 1 1.
Установка работает следующим образом.
0
Зарядное устройство (на чертеже не показано) заряжает конденсаторы 1 в модуле накопителя. При достижении заданного уровня напряжения U, командой «Пуск» запускается вспомогательный разрядник 9, который коммутирует конденсаторы поджига 10 на управляющие электроды 11 основных разрядников 2. Таким образом, обеспечивается синхронный разряд модулей емкостного накопителя на общую нагрузку 8, где происходит импульсная обработка заготовки.
Собственная индуктивность в системе параллельных коаксиальных кабелей уменьшается пропорционально числу включенных кабелей, а электрические потери в ошиновке уменьшаются за счет снижения плотности тока в контактных соединениях. Кабельная ошиновка позволяет устранить электродинамические усилия, возникающие при разряде на конденсаторе и разряднике, в отличие от плоской ошиновки прототипа. Кроме того, конструкция ошиновки получается гибкой, позволяющей монтировать выходные выводы установки, как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости корпуса. При этом существенно уменьшаются масса и габариты емкостного накопителя, а также снижается стоимость и трудоемкость при ремонтно-профилактических работах.
Собственная индуктивность накопителя уменьшается при применении импульсных конденсаторов с коаксиальными выводами, расположенными по кольцу. Управление разрядом производится относительно катодного заземленного электрода разрядника, что способствует повышению надежности работы и упрощает конструкцию блока поджига.
В качестве коммутаторов импульсного тока можно использовать функционально законченные серийные приборы: вакуумные, газовые разрядники или тиратроны.
Пример реализации магнитно-импульсной установки.
Магнитно-импульсная установка МИУ-10ВЧ с максимальной запасаемой энергией 10 кДж содержит два модуля емкостного накопителя на конденсаторах КПИМК с коаксиальной конструкцией выводов, емкостью 25 мкФ каждый. Ошиновка каждого модуля состоит из 12 коаксиальных кабелей РК50-7-11, которые объединяются на выходных выводах на расстоянии 0,5 м. Для коммутации разрядного тока используются управляемые вакуумные разрядники РВУ-57, которые синхронно разряжаются на общую индуктивную нагрузку. Для синхронного запуска разрядников использовались: конденсаторы поджига 0,5 мкФ и искровой управляемый разрядник РУ-84.
Собственная индуктивность разрядного контура установки составила не более 30 нГн, частота разрядного тока в режиме короткого замыкания не менее 130 кГц. Для дальнейшего увеличения частоты разряда необходимо использовать 4…8 автономных модулей.