Разновидности магнитно-импульсной обработки

На рис.1 приведены наиболее типичные схемы разрядных контуров установок для магнитно-импульсной обработки материалов.


Разновидности магнитно-импульсной обработки
Рис. 1. Разновидности магнитно-импульсной обработки

Наиболее простые из них — первые две, в которых обрабатываемая заготовка 3 включается последовательно в цепь разряда, состоящую из заряженного конденсатора С и разрядника Р. В установке, схема которой показана на рис.1,а электродинамические силы создаются за счет взаимодействия тока в 3 с магнитным полем, созданным током в обратном проводе, проложенном в непосредственной близости от 3. Заготовка или отдельные ее участки движутся в направлении действия электродинамических сил, показанных стрелками. В зависимости от задачи обработки за 3 размещается матрица той или иной формы. Аналогично осуществляются и другие операции магнитно-импульсной обработки. В этом случае вместо 3 включается подвижная мембрана, передающая импульсное давление на предмет обработки или в упругую среду.

Операции обжима заготовок из проводящего материала (формообразование, сборка, прессование материалов внутри заготовки и т.д.) наиболее просто осуществляются на установках, схема которых соответствует показанной на рис.1,б. Обратный токопровод выполняется обычно в виде трубки и вместе с 3 образует коаксиальную малоиндуктивную систему. Основным недостатком этого способа обработки являются трудности получения требуемых больших разрядных токов, что связано со сложностями конструктивного выполнения источника тока, и обеспечения контакта токопроводящих проводников с заготовкой.

В установках с индукторами И (рис.1,в) в значительной степени облегчается решение этих проблем. Так, многовитковый индуктор И вместе с 3 образует понижающий трансформатор, и суммарный ток, протекающий по 3, может во много раз превышать ток первичной цепи.

С помощью индукторов И осуществляются операции обжима и раздачи (формообразование, сборка, вырубка отверстий, сварка и т.д.) в соответствии со схемами рис.1,в-е (последняя служит для обработки плоских заготовок). При обработке заготовок с малыми размерами используются концентраторы К магнитного потока (рис.1,д), представляющие собой массивные детали сложной формы из хорошо проводящего и механически прочного материала. Концентратор имеет не показанную на рис.1,д узкую аксиальную щель и представляет собой незамкнутый виток. Вместе с многовитковым намотанным на него индуктором концентратор образует понижающий трансформатор, а вместе с заготовкой — трансформатор с коэффициентом трансформации, близким к единице. Металл стенок щели концентратора выполняет функции проводов, соединяющих оба трансформатора.

Электрические схемы замещения разрядных установок, используемые для расчетов переходных процессов, приведены на рис. 2.


Схемы замещения разрядных цепей установок с пропусканием тока через заготовку (а) с индуктором (б) и концентратором (в)
Рис. 1. Схемы замещения разрядных цепей установок с пропусканием тока через заготовку (а) с индуктором (б) и концентратором (в)

В них входят внутренние индуктивность и активное сопротивление установок Lу и Rу, индуктивности и активные сопротивления заготовок Lз и Rз. При использовании индукторов необходимо учитывать их индуктивности Lи и активные сопротивления Rи, а также взаимную индуктивность Mи,з (рис.2,б). Наиболее сложной является схема замещения разрядной цепи с концентратором (рис.2,в). В нее кроме упомянутых элементов входят взаимные индуктивности индуктор-концентратор Mи,к и концентратор-заготовка Мк,з, а также активное сопротивление концентратора Rк, индуктивности участков концентратора, граничащих с обмоткой Lи,к, с заготовкой Lк,з и в щели Lк.

Все эти схемы приводятся к одной, состоящей из последовательно соединенных конденсатора С, заряженного до напряжения U, суммарных индуктивности L и активного сопротивления R.

Разрядный ток в магнитно-импульсных установках имеет колебательный характер. Нелинейности элементов R и L обычно слабо сказываются на форме тока, поэтому он может быть найден из решения переходного процесса для линейной цепи:

i = U/[ωL √(1 — R2C/4L)] e-Rt/2L sin(ωt √(1 — R2C/4L)),

где ω = 1/√(LC).

Электродинамические силы в простейших случаях (например, для установок, показанных на рис.2,а,б и имеющих схему замещения, приведенную на рис.2,а) находятся по уравнению

F = U2C/[2L(1-R2C/4L)] e-Rt/L sin2 (ωt √(1 — R2C/4L)) ∂L/∂x.

Аналогично можно рассчитать электродинамические силы, действующие на заготовку, при использовании индукторов или концентраторов. Для этого необходимо определить ток в заготовке, что нетрудно сделать при заданном токе разряда i и известных параметрах схем рис.2,б,в.

Генераторы токов для магнитно-импульсной обработки

Генераторами импульсных токов в магнитно-импульсных установках являются малоиндуктивные емкостные накопители энергии. Зарядное напряжение накопителей обычно составляет 5÷20 кВ.

Накопители комплектуются из импульсных конденсаторов. В установках с большой накапливаемой энергией конденсаторы объединяются в блоки, имеющие собственные коммутаторы разрядного тока. Блочный принцип построения накопителя позволяет достичь малых значений индуктивности и активного сопротивления разрядной цепи Lу и Rу, избежать опасности взрыва конденсаторов в случае их повреждения в процессе зарядки. Внутренняя индуктивность разрядной цепи установки может быть сведена до 10-8 Гн.

В установках используют импульсные конденсаторы с бумажно-масляной изоляцией с пропиткой конденсаторным либо касторовым маслом или соволом. При небольшом числе параллельно соединенных конденсаторов для достижения высокой частоты разрядного тока выбирают конденсаторы с малой внутренней индуктивностью.

Конденсаторы в установке или в пределах блока объединяются параллельно малоиндуктивной ошиновкой. Применяют два типа ошиновки: кабельную и плоскую, выполняемую широкими шинами, накладываемыми непосредственно на выводы конденсаторов.

В качестве коммутаторов разрядного тока используют воздушные или вакуумные разрядники и игнитроны. В простейших установках применяют механические коммутаторы — двухэлектродные разрядники, срабатывающие при сближении электродов. Если требуется точно синхронизировать разряд с работой остального, например, измерительного оборудования или обеспечить одновременную работу отдельных разрядников, используют управляемые разрядники — тригатроны или игнитроны.

Накопитель заряжается от источника высокого постоянного напряжения, включающего в себя повышающий трансформатор, выпрямитель, защитные резисторы и устройства для регулирования зарядного напряжения и его измерения. Необходимым элементом установки является заземляющее устройство, разряжающее конденсаторы через резистор с малым сопротивлением и закорачивающее выводы конденсаторов после окончания работы. Зарядное устройство и накопитель энергии размещаются, как правило, в металлическом заземленном корпусе, дверцы которого снабжаются блокировкой.

Разрядный контур соединяется с заземленным корпусом установки в одной точке — обычно в месте присоединения индуктора.

Ответственным элементом установки является индуктор или концентратор. Он рассчитывается и изготовляется для каждого типа заготовки или технологической операции и заменяется при переходе на обработку другой детали. Индуктор при разрядах подвергается воздействию таких же электродинамических сил, что и заготовка. Кроме того, его изоляция испытывает электрические нагрузки. Поэтому обеспечение термической, механической и электрической стойкости индуктора является сложной технической задачей.


Комментарии запрещены.





Статистика

Рейтинг@Mail.ru