СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНДУКТОРА ДЛЯ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ
METHOD OF PRODUCING INDUCTOR FOR MAGNETIC PULSE PROCESSING OF MATERIALS

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении индукторной оснастки, используемой при магнитно-импульсной обработке материалов.
Основным элементом индукторной оснастки является электропроводящая спираль, которая в большинстве случаев навивается из проводников круглого и прямоугольного сечения. Эффективность спирали зависит от ее индуктивности, которая прямо пропорциональна количеству витков спирали. В ряде случаев длина обрабатываемой поверхности детали бывает настолько мала, что изготовить эффективную витую многовитковую спираль не представляется возможным. В таких случаях используют индукторы с концентраторами магнитного поля. Однако это приводит к увеличению энергоемкости применяемого оборудования, более громоздкого и дорогого.
Известен способ изготовления индукторов из отдельных тонкостенных пластин, при использовании которого появляется возможность на небольшой длине сосредоточить необходимое количество витков спирали, что позволяет увеличить эффективность индуктора и одновременно снизить напряжение между двумя соседними витками, которое возникает при прохождении импульсного тока. Одно из таких решений защищено а.с. SU 593781 и принято за прототип. В соответствии с этим решением токопроводящую спираль изготавливают из двух токопроводящих пластин, имеющих центральное отверстие и радиальную щель. Пластины устанавливают таким образом, что радиальные щели разворачивают друг относительно друга на 180° вокруг общей оси их рабочих отверстий. После чего токопроводящие поверхности пластин, расположенных по одну сторону от радиальных щелей, соединяют между собой посредством токопроводящей прокладки, а токопроводящие поверхности пластин, находящиеся по другую сторону от радиальных щелей, изолируют друг от друга посредством изоляционной прокладки.
Учитывая то, что толщина токопроводящих пластин может быть сколь угодно малой, появляется возможность на небольшой длине разместить необходимое число витков спирали и, следовательно, достичь заданной эффективности индуктора.
Указанное техническое решение имеет следующие недостатки:
- обеспечение непрерывности спирали за счет контакта участков токопроводящих поверхностей пластин при больших импульсных токах может привести к искрению и подгоранию участков указанных поверхностей;
- при развороте щелей на 180° из двух пластин получается только один виток спирали;
дополнительный выступ с высотой, равной сумме толщин изоляции и одной пластины усложняет конструкцию индуктора;
- предложенное в прототипе техническое решение предназначено для обжима трубчатых деталей, тогда как зачастую необходимы универсальные индукторы, которые могут быть использованы и для обжима и для раздачи;
- предлагаемый в прототипе индуктор предназначен для обжима простых цилиндрических деталей, однако, нередко появляется необходимость обжимать или раздавать детали сложной формы и переменного сечения.
Задачей предлагаемого изобретения является создание эффективного многовиткового индуктора, который можно изготавливать серийно по простой и эффективной технологии.
Другими задачами предлагаемого изобретения является создание универсального индуктора, с помощью которого можно обрабатывать детали сложной формы и переменного сечения как обжимом, так и раздачей с одновременным снижением стоимости изготовления индукторной оснастки.
Указанные задачи достигаются тем, что в известном способе изготовления индуктора для магнитно- импульсной обработки материалов, включающем получение электропроводящей спирали, которую выполняют в виде набора пластин с токопроводящим участком, центральным отверстием и радиальной щелью, радиальные щели смежных пластин располагают с поворотом на заданный угол вокруг оси центрального отверстия, электрически соединяют токопроводящие участки смежных пластин, расположенные с разных сторон от радиальных щелей, набор пластин выполняют в единой плоской заготовке, в которой формируют контуры пластин и перемычки между смежными пластинами с образованием токопровода, условная линия токов которого зигзагообразно огибает центральное отверстие каждой из упомянутых пластин со стороны, противоположной радиальной щели, после чего сгибают заготовку в местах перемычек по линиям сгиба, равноудаленным от осей центральных отверстий, до соприкосновения смежных пластин и совмещения осей их центральных отверстий. Соприкасающиеся поверхности смежных пластин электрически изолируют друг от друга с перекрытием по их внутренним и внешним контурам, причем пластины механически скрепляют межу собой, а радиальные щели заполняют электроизоляционным материалом.
Размеры и формы центральных отверстий и радиальных щелей пластин, а также их внешние контуры выполняют переменными.
Сущность способа поясняется чертежами.
На фиг.1, 2 показаны в проекционной связи две проекции единой плоской заготовки, в которой границы между пластинами условно показаны пунктирными линиями и которые одновременно являются линиями изгибов и местами образования токопроводящих перемычек между токопроводящими участками пластин, выполненных в виде прямоугольников (квадратов), а радиальные щели расположены симметрично осям симметрии прямоугольников (квадратов), проходящих через середины их сторон.
На фиг.3, 4 фрагментарно показаны в проекционной связи две проекции заготовки, в которой пластины отогнуты по линиям изгибов одна относительно другой на угол 90°.
На фиг.5, 6 показаны в проекционной связи две проекции токопроводящей спирали, в которой пластины прямоугольной (квадратной) формы доведены до соприкосновения между собой.
На фиг.7 показана плоская заготовка, в которой пластины выполнены в виде треугольников, а радиальные щели расположены симметрично относительно высот треугольников.
На фиг.8 фрагментарно показана заготовка, в которой пластины отогнуты по линиям изгибов одна относительно другой на угол 90°.
На фиг.9, 10 показаны в проекционной связи две проекции токопроводящей спирали, в которой пластины треугольной формы доведены до соприкосновения между собой.
На фиг.11 показана плоская заготовка, в которой токопроводящие пластины выполнены в виде квадратов, а щели расположены симметрично диагоналям квадратов.
На фиг.12 фрагментарно показана заготовка, в которой пластины отогнуты по линиям изгибов одна относительно другой на угол 90°.
На фиг.13, 14 показаны в проекционной связи две проекции токопроводящей спирали, в которой пластины квадратной формы доведены до соприкосновения между собой.
На фиг.15 показана плоская заготовка, в которой пластины выполнены в виде шестиугольников, а щели расположены симметрично их диагоналям.
На фиг.16 фрагментарно показана заготовка, в которой пластины отогнуты по линиям изгибов одна относительно другой на угол 90°.
На фиг.17, 18 показаны в проекционной связи две проекции токопроводящей спирали, в которой пластины в форме шестиугольников доведены до соприкосновения между собой.
На фиг.19 показана плоская заготовка, в которой пластины выполнены в виде восьмиугольников, а щели расположены симметрично их осям симметрии, проходящим через середины сторон восьмиугольников.
На фиг.20, 21 показаны в проекционной связи две проекции токопроводящей спирали, в которой пластины в форме восьмиугольников доведены до соприкосновения между собой.
На фиг.22 показана плоская заготовка, в которой пластины выполнены в форме неполных кругов, центральные отверстия выполнены квадратными, а щели расположены симметрично осям симметрии, проходящим через середины сторон квадратных отверстий.
На фиг.23, 24 показаны в проекционной связи две проекции токопроводящей спирали, в которой пластины в форме неполных кругов доведены до соприкосновения между собой и образуют спираль круглой формы.
На фиг.25 показана плоская заготовка, в которой пластины выполнены в форме неполных кругов, центральные отверстия выполнены конусными, а щели расположены симметрично осям симметрии токопроводящих пластин и линий перегиба.
На фиг.26, 27 показаны в проекционной связи две проекции токопроводящей спирали, в которой пластины в форме неполных кругов доведены до соприкосновения между собой и образуют спираль круглой формы с внешней стороны и конусным центральным отверстием.
Основным элементом конструкции спирального индуктора 1 является токопроводящая спираль 2, которую выполняют в виде набора пластин 3. В центре каждой пластины 3 выполняют отверстие 4 и радиальную щель 5, радиальные щели 5 смежных пластин 3 располагают с поворотом на заданный угол α° вокруг осей 6 их центральных отверстий, а токопроводящие участки 7 и 8 смежных пластин 3, расположенные с разных сторон от радиальных щелей 5 электрически соединяют между собой. Электропроводящую спираль 2 выполняют в виде единой плоской заготовки 9, которую формируют так, что образуют внешние контуры 10 пластин 3 с токопроводящими участками, которые соединены перемычками 11 с токопроводящими участками смежных пластин таким образом, что образуют токопровод, в котором условная линия токов 12 зигзагообразно огибает центральное отверстие 4 каждой токопроводящей пластины 3 со стороны, противоположной радиальной щели 5. После чего смежные токопроводящие пластины заготовки сгибают в местах перемычек 11 по линиям сгиба 13, равноудаленным от осей центральных отверстий 6, до их соприкосновения, при этом оси центральных отверстий 4 пластин 3 совмещают между собой. Соприкасающиеся поверхности 14 и 15 пластин 3 электрически изолируют друг от друга с перекрытием по их внутренним 16 и внешним 10 контурам. Пластины 3 механически скрепляют межу собой, при этом радиальные щели 5 заполняют электроизоляционным материалом. При необходимости размеры и формы центральных отверстий 4 и радиальных щелей 5 пластин 3, а также их внешние контуры 10 выполняют переменными, как по размерам, так и по формам. Пластины 3 скрепляют между собой при помощи клея, компаунда, изоляционного лака или механическим осевым сжатием посредством силовых элементов и стяжных деталей.
Для обеспечения электрических связей индуктора с генератором импульсных токов на крайних пластинах индуктора выполняют контактные площадки 17.
Заявителями проверена работоспособность индукторов со спиралями всех описанных типов в большом диапазоне размеров и форм пластин, а также с различными токопроводящими и изоляционными материалами, и подтверждена их высокая эффективность. В частности, проверена работоспособность индукторов, токопроводящая спираль которых выполнена из листовой берилевой бронзы (Бр-Б2) толщиной 0,2 мм.
Реализация предлагаемого технического решения позволяет:
- создать высокоэффективные индукторы для обработки деталей сложной формы;
- обеспечить высокую технологичность индукторов, что позволяет наладить их серийное производство;
- обрабатывать детали сложной формы;
- создать универсальные индукторы, позволяющие использовать их как для операций обжима, так и раздачи;
- уменьшить стоимость изготовления индукторов.
- расширить область применения технологии магнитно-импульсной обработки материалов.