Анализ существующих путей интенсификации процесса магнитно-импульсной обработки металлов

УДК. 621.7, 539.3

АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ПУТЕЙ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ

МЕТАЛЛОВ

В. Д. Кухарь, А.Е. Киреева

В данной статье проведен анализ существующих путей повышения эффективности индукторов используемых для магнитно-импульсной обработки металлов.

Ключевые слова: индуктор, обработка металлов давлением, обжим, раздача, импульсное магнитное поле.

Индуктор является основным элементом любой магнитноимпульсной установки и предназначен для непосредственного преобразования предварительно накопленной электрической энергии в конденсаторной батарее в механическую работу деформации.

Простейший индуктор представляет собой обыкновенную спираль из хорошо проводящего материала (обычно из меди), состоящую из одного или нескольких витков, определенного сечения и диаметра (рис.1 -2).

Рис. 1. Типовая схема индуктора для обжима: 1 - индуктор;

2 -заготовка; 3 - оправка

Рис. 2. Схема обработки цилиндрических деталей «раздача»:

1 - индуктор; 2 - заготовка;

3 - оправка; 4, 5 - токовыводы

Проведенный анализ позволил сформулировать основные требования, предъявляемые к индукторам и индукторным системам магнитноимпульсных установок.

Индукторы должны обеспечивать:

- высокую механическую стойкость к воздействию динамических нагрузок, возникающих в процессе деформации заготовки;

- высокий коэффициент преобразования энергии емкостного накопителя в работу деформации заготовки;

- оптимальное распределение или концентрацию магнитного поля в соответствии с формой обрабатываемой заготовки или на заданном участке обработки;

- протекание импульсных высокочастотных разрядных токов в рабочих спиралях индукторов с оптимальной рабочей частотой;

- высокую электрическую прочность изоляции при минимальном рабочем зазоре в условиях действия значительных межвитковых усилий и высокого напряжения;

- технологичность конструкции, позволяющей легко и быстро заменять спираль индуктора, осуществлять простое и надежное крепление индуктора к выводам магнитно - импульсной установки;

- простоту конструктивного решения, безопасность обслуживания и надежность работы при эксплуатации.

Одним из основных путей повышения эффективности работы индукторов является интенсификация процесса магнитно-импульсной обработки металлов.

В работах А.К. Талалаева [5] экспериментально показано, что на эффективность процесса магнитно-импульсной обработки существенное влияние оказывает не только количество витков спирали, но и их форма. При этом форма сечения витка должна обеспечивать равномерное распределение импульсного тока по его рабочей поверхности. Выбор оптимальной формы сечения витка производился экспериментально из нескольких вариантов (рис. 3).

№1 №2 №3

Рис. 3. Варианты различного исполнения сечения спирали индуктора

Наиболее удачными формами профиля сечения оказались круглая и прямоугольная с закругленными кромками под радиус 1,5-2мм, при которых исключаются острые кромки - концентраторы тока и источники обра-

зования усталостных трещин.

Для более равномерного распределения токовых нагрузок на рабочей поверхности индуктора целесообразно выполнять спиральные проточки прямоугольного профиля, глубина которых больше глубины проникновения тока в металл индуктора в 1,5 - 2раза. Количество спиральных проточек зависит от высоты витка. При высоте витка 10-12мм выполняется одна проточка шириной 3-4мм в средней части витка индуктора.

В работах [3] рассмотрен другой подход к данному вопросу, который заключается в нахождении оптимальной частоты разряда магнитноимпульсной установки, при которой достигается максимальное формоизменение заготовки при минимуме энергозатрат. Кроме того, было показано, что существует частота разряда магнитно-импульсной установки при которой предельная степень деформации материала максимальна. Значение этой частоты практически не зависит от механических характеристик материала и схемы напряженного состояния, а зависит от величины декремента затухания: увеличение декремента затухания ведет к увеличению оптимальной частоты и предельной степени деформации, т.е. при деформировании заготовок на высокочастотных установках достигаются большие степени деформации за один переход.

На величину предельной степени деформации при оптимальной частоте разрядного тока оказывают влияние механические свойства материала заготовки, её геометрические размеры и схемы напряженного состояния.

Однако, в этих работах не учитывался объемный характер пондеро-моторных сил, действующих на заготовку.

Интенсифицировать процесс обжима также можно за счет управления

импульсными магнитными полями.

Существует два самостоятельных метода управления импульсными магнитными полями в процессе магнитно-импульсной штамповки:

1. Управление формой эпюры давления, это возможно при варьировании конструкцией индукторной системы, геометрией её токоведущих секций, а также введением специальных экранов [1].

2. Управление формой импульса давление, что возможно при изменении в процессе нагружения параметров разрядного контура [2] или наложении нескольких импульсных полей с различными параметрами.

В работе [4] были разработаны методы управления формой импульса давления импульсного магнитного поля в процессе формоизменения детали, путем программируемого дискретного изменения параметров разрядного контура, наложения нескольких полей и наложением токов, позволяющие задавать требуемую кинематику деформационного процесса. Получены расчетные зависимости описывающие форму импульса при программном изменении параметров разрядных контуров.

Численное моделирование показало возможность интенсификации

процессов магнитно-импульсная обработка металлов при оптимальном программировании и управлении формой импульса давления. Это позволяет в 1,5-2раза повысить точность деталей в режимах упругого соударения с податливой (трансформируемой) оснасткой.

Список литературы

1. А.с. №1628337 СССР МКИ В21Д26/14. Устройство для формообразования поперечно-гофрированных оболочек/ В.Н. Самохвалов (СССР). №4739425; Заявл. 21.09.89. д.с.п.

2. А.с. №1570129 СССР МКИ В21Д26/14. Способ магнитноимпульсной обработки материалов / В. А. Глущенков, В.Н. Самохвалов, Р.Ю. Юсупов (СССР). №4333054; Заявл. 24.11.87. д.с.п.

3. Иванов Е.Г. Основы теории и расчета процессов формообразования деталей и узлов из трубчатых заготовок магнитно-импульсным методом: дис. ... доктора техн. наук: 05.03.05 / Е.Г. Иванов. Защищена xx.xx.xx; Утв. yy.yy.yy; Москва, 1984. 478 с. Библиогр.: С. 390-477.

4. Самохвалов В.Н. Разработка теории и практических основ процессов штамповки тонкостенных деталей давлением импульсных магнитных полей без применения жесткого формообразующего инструмента: дис. ... доктора техн. наук: 05.03.05/В.Н. Самохвалов.- Защищена xx.xx.xx; утв. yyyyyy; Москва, 1996.-285 с. Библиогр.: С. 280-284.

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

Кухарь Владимир Денисович, д-р техн. наук, проф., проректор, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Киреева Алена Евгеньевна, канд. техн. наук, доц., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

ANALYSIS OF EXISTING WAYS OF IMPROVED MAGNETIC PULSE METAL

V.D. Kuchar, A.E. Kireeva

In this paper, an analysis of existing ways to improve inductors used for magnetic pulse metal.

Key words: inductor, metal forming, crimping, distribution, pulsed magnetic field.

Kukhar Vladimir Denisovich, doctor of technical sciences, professor, prorector, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Kireeva Alena Evgenevna, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University