Влияние формы спирали индуктора на процесс обжима цилиндрической заготовки

КШП ОМД. 2010. № 9. С. 9 - 19.

O.A. Tkach, A.N. Pasko, L.P. Semenova

NUMERICAL RESEARCH RING PRECIPITATION IN THE RING MATRIX WITHOUT THE MANDREL

Results of research of a napryazhennodeformirovanny condition of ring preparation are presented at a deposit in a ring matrix without a mandrel. The mathematical model was under construction on use of three-dimensional final elements.

Key words: deposit, napryazhennodeformirovanny condition, three-dimensional modeling.

Получено 24.08.12

УДК 539.3

В.Д. Кухарь, д-р. техн. наук, проф., проректор,

ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ СПИРАЛИ ИНДУКТОРА НА ПРОЦЕСС ОБЖИМА ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЗАГОТОВКИ

В работе представлены исследования влияния индуктора на процесс обжима цилиндрической заготовки. Приведены методика по определению оптимальной формы спирали индуктора.

Ключевые слова: индуктор, математическая модель, заготовка, обжим.

Эффективность любой технологической операции магнитно-импульсной обработки металлов определяется геометрическими размерами и конструкцией индуктора. Для обеспечения нормальной работы индукторов, повышения срока их службы необходимо выбирать оптимальную форму профиля сечения витка спирали индуктора, при которой реализуется равномерное распределение импульсного тока по его рабочей поверхности.

В работе [3] экспериментально доказано, что на эффективность процесса магнитно-импульсной обработки существенное влияние оказывает не только количество витков спирали индуктора и их геометрия, но и форма спирали индуктора. В частности для операции обжим трубчатых заготовок наиболее эффективным оказался индуктор- концентратор магнитного поля, в котором за счет геометрии спирали индуктора осуществляется

концентрация магнитного поля в зоне обработки. В отличии от индукторов со вставными концентраторами магнитного поля, такой тип индуктора обеспечивает больший коэффициент полезного действия процесса обжима.

Имея преимущества концентратора магнитного поля в сочетании с высокой стойкостью и технологичностью изготовления, такие индукторы получили широкое применение для выполнения сборочных и сварочных операций, редуцирования и формообразования.

Однако в настоящее время отсутствует научно-обоснованные методики позволяющие оценить эффективность работы данного типа индуктора и выбрать требуемую конфигурацию формы его спирали.

На базе разработанной математической модели [1] была проведена серия численных экспериментов для определения наиболее эффективных размеров спирали индуктора-концентратора [2].

Численное моделирование проводилось для магнитно-импульсной установки со следующими параметрами разрядного контура: рабочее напряжение - 5 кВ; энергоемкость - 14,0 кДж; емкость - 1120 мкФ; индуктивность - 91,7 нГн; рабочая частота разряда - 15923 Гц; разрядный ток - 520 кА; сопротивление установки - 9,6 мОм.

Эффективность работы индуктора оценивалась по результатам обжима трубчатой алюминиевой заготовки, изготовленной из материала АМг2М, с внутренним радиусом 12 мм, толщиной 1,2 мм и высотой 38 мм, при этом длина обжимаемого участка составляла 6 мм. Витки всех спиралей индуктора изготовлены из стали 65Г, при чем минимальный внутренний радиус составлял 13,5 мм, наружный максимальный радиус 37,5 мм, толщина витка 6мм, зазор между витками 1мм.

Методика выбора геометрии заключается в следующем. В качестве исходного индуктора брался четырехвитковый цилиндрический индуктор. Далее постепенно увеличивая внутренний диаметр верхнего витка, определяли его геометрические размеры (рис. 1, а) при которых наблюдалось наибольшее формоизменение заготовки. Эти геометрические размеры являлись исходными для следующего этапа, на первом шаге которого внутренний диаметр второго витка сохранялся не изменным, а внутренний диаметр третьего и четвертого витка увеличивали на одну и ту же величину (рис. 1, б).

На третьем шаге увеличивали диаметр только четвертого витка (рис. 1в) и сравнивали полученный результат с предыдущим. Если эффективность процесса увеличивалась, то третий виток увеличивался до диаметра четвертого, и аналогичная процедура продолжалась до тех пор, пока эффективность процесса не начинала уменьшаться. В результате расчетов для нашего случая наиболее эффективным оказался индуктор со спиралью геометрические размеры которой приведены на рис. 1, в.

Данная методика была использована для определения геометрии спирали индуктора в зависимости от материала заготовки, ее толщины,

диаметра и разрядного контура. Расчет проводился для третьего разрядного контура.

1 ГТТ1  1 1 : :  1

е

1 030

©за Й

0 38

а

в

б

Рис. 1. Схемы подбора геометрических размеров спирали индуктора

Проведенные расчеты показали, что ни материал заготовки ни ее толщина, ни тип разрядного контура на геометрию спирали влияние не оказывают. Основное влияние оказывает диаметр обрабатываемой заготовки, что видно из (рис. 2).

в

Рис. 2. Геометрия индуктора-концентратора при обжиме алюминиевой заготовки с внутренним радиусом: а — 13,5 мм; б - 28,5 мм; в - 43,5 мм

38

Анализ (рис. 2) показал, что угол конусности нижних витков от диаметра заготовки не зависит (в = 430) Угол конусности верхнего витка тем больше, чем меньше диметр заготовки, т.е при обжиме алюминиевой заготовки с внутренним радиусом 13,5 мм угол конусности верхнего витка а/ = 750(рис. 2), при обжиме алюминиевой заготовки с внутренним радиусом 28,5 мм и 43,5 мм угол конусности верхнего витка остается практически постоянным а/ = 430 (рис. 2, б и 2, в).

Список литературы

1. Желтков В.И., Киреева А.Е., Кухарь В.Д. Математическая модель обжатия заготовки импульсным магнитным полем // Вестник ТулГУ. Серия. Актуальные вопросы механики. Тула: ТулГУ. 2008. Вып.3. С.229-234.

2. Математическое моделирование электромеханических процессов в индукторах для магнитно-импульсной обработки металлов-монография / В.Д. Кухарь, А.К. Талалаев, А.А. Орлов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2004.117с.

3. Талалаев А.К. Индукторы и установки для магнитно-импульсной обработки металлов. М.: Информтехника, 1992. 143 с.

V.D. Kuchar, A.E. Kireeva

INFLUENCE OF THE FORM OF THE SPIRAL OF THE INDUCTOR ON PROCESS OF COMPRESSION OF CYLINDRICAL PREPARATION

In work researches of influence of the inductor on process of compression of cylindrical preparation are presented. Are provided a technique by definition of an optimum form of a spiral of the inductor.

Key words: inductor, mathematical model, preparation, compression.

Получено 24.08.12