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

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.

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 L_у и R_у, индуктивности и активные сопротивления заготовок L_з и R_з. При использовании индукторов необходимо учитывать их индуктивности L_и и активные сопротивления R_и, а также взаимную индуктивность M_и,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 M_и,к и концентратор-заготовка М_к,з, а также активное сопротивление концентратора R_к, индуктивности участков концентратора, граничащих с обмоткой L_и,к, с заготовкой L_к,з и в щели L_к.

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 L_у и R_у, 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.