Смоленцев В.П., А.И.Болдырев, Смоленцев Е.В. Теория электрических и физико-химических методов обработки - файл n5.doc

приобрести
Смоленцев В.П., А.И.Болдырев, Смоленцев Е.В. Теория электрических и физико-химических методов обработки
скачать (19739.8 kb.)
Доступные файлы (7):
n1.doc7166kb.24.10.2007 18:29скачать
n2.doc13444kb.23.01.2008 14:10скачать
n3.doc3313kb.24.10.2007 18:29скачать
n4.doc3436kb.24.10.2007 18:29скачать
n5.doc1172kb.24.10.2007 18:29скачать
n6.doc878kb.24.10.2007 18:29скачать
n7.doc48kb.24.10.2007 18:29скачать

n5.doc

6. ИМПУЛЬСНЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ С НАЛОЖЕНИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ (ИМО)

Импульсные методы обработки включают:

- формообразование и поверхностную очистку заготовок энергией электрического разряда в жидкости;

- формообразование и очистку электрическим взрывом;

- нанесение покрытий путем использования энергии электрического взрыва;

- магнитоимпульсное формообразования деталей.
6.1. Разряд в жидкости (РЖ)

6.1.1. Объекты и схема формообразования детали РЖ

На рис. 6.1 показаны типовые детали, получаемые РЖ.

Рис. 6.1. Детали, получаемые РЖ: а) полость с постоянной толщиной стенки, б) обечайка с переменной толщиной стенки.



Подобные (рис. 6.1) детали можно получать другими технологическими методами (литьем, раскаткой и др.), однако литейные сплавы не всегда применимы, для получения требуемой точности детали необходима последующая обработка, что в ряде случаев неосуществимо. Так полость (рис. 6.1, а) может быть расточена, если возможен доступ инструмента к внутренним стенкам детали. Однако это не всегда возможно. Кроме того механическая обработка подобных деталей не обеспечивает точности размеров полости. Аналогичные трудности возникают при формообразовании обечайки (рис. 6.1, б). Изготовление подобных деталей гидроштамповкой не обеспечивает стабильной толщины стенки, требует мощных установок с высоким давлением, имеет ограничения по толщине стенки.

Применение РЖ позволяет формировать участки заготовки, недоступные, например, давлению пуансона (рис. 6.1, б); снять ограничения по толщине стенки заготовки, обеспечить процесс даже для малопластичных сплавов (при высоких скоростях формообразования возникает новое явление - сверхпластичность). Процесс протекает в течение нескольких секунд (при много импульсных разрядах), для выполнения операций не требуется сложной технологической оснастки (не нужен пуансон).

На рис. 6.2. показана принципиальная схема изготовления крышки (заготовка) со сложным профилем из жаропрочной слабодеформируемой стали с большой толщиной листа.



Рис. 6.2. Схема разряда в жидкости

6.1.2. Моделирование процесса РЖ

Процесс РЖ близок к рассмотренному нами в разделе 2 для электроискровой обработки. Отличиями РЖ являются высокие напряжения на электродах, использование рабочих сред на базе технической воды, которая является слабым проводником, низкая частота следования импульсов, большой межэлектродный зазор. На рис. 6.3 приведена схема установки для РЖ.

Процесс осуществляют в несколько этапов:

1. Пробой жидкости за счет накопленной конденсаторами С энергии. На рис. 6.3 стрелками показаны направления перетекания тока и напряжения . Разряд возможен, если напряжение на



Рис. 6.3. Схема установки для РЖ: С – емкость конденсатора, - индуктивность подводящих проводов, - эквивалентное сопротивление сети.



конденсаторах не ниже напряжения пробоя . При этом энергия в импульсе
;
2. Образование ударной волны, аналогичной описанной для газового пузыря в 2.2;

3. Дальнейшие этапы физического моделирования формально отвечают описанным в 2.2.

При моделировании следует учитывать:

1. Процесс разряда наступает значительно позднее по сравнению с электроэрозионной обработкой. За это время в токопроводящей среде происходит большая утечка (потери) подводимой энергии, что вызывает нагрев, вскипание воды и снижает КПД процесса;

2. Разрядная цепь рассчитывается таким образом, чтобы обеспечить высокую скорость нарастания разрядного тока, вызывающего мощную ударную волну;

3. В процессе РЖ возникают продукты процесса, происходит очистка заготовки от окалины, загрязнений. Наличие в зоне разряда случайных частиц (как проводников, так и диэлектриков) нарушает стабильность процесса пробоя, поэтому после каждого импульса жидкость в зоне обработки желательно заменять;

4. Необходимы технические устройства для снижения уровня шума до 50…60 ДБ (при РЖ шум достигает 100…120 ДБ).

Математическое моделирование. Допущение: принимаем изменение напряжения близким к нулю (процесс протекает мгновенно). Тогда по II закону Кирхгофа
, (6.1)
где – напряжение на емкостном элементе; – напряжение на индуктивном элементе; – напряжение на резистивном элементе. Наибольшее значение силы разрядного тока (из электротехники) происходит в первой полуволне (рис. 6.4).



Рис. 6.4. Изменение тока в течение периода разряда

Для первой полуволны
, (6.2)

, (6.3)

(его величина не превышает 2…5 % от ). (6.4)
Требование для формообразования: быстрое нарастание в канале разряда. Достигается при затухающем разряде. При этом мгновенная мощность выделяется в первый полупериод , где Т – период.

Тогда
, (6.5)
где находят как суммарное сопротивление для конкретной конструкции токопровода; С – емкость конденсаторов используемой установки.

Из формулы (6.5)
. (6.6)
Из электротехники известно, что наибольшее значение напряжения в импульсе возникает в средней зоне
. (6.7)
Тогда наибольшая сила тока
(6.8)
Время разряда составляет около 1/4 Т (рис. 6.4).
,
где Т – период собственных колебаний разрядной цепи.

Из электротехники
(6.9)
Тогда мощность разряда
(6.10)
Принимаем изменение мощности по линейному закону (подобная аппроксимация допустима).

Тогда получаем: в диапазоне мощность
, (6.11)
Интенсивность процесса (для цилиндрического канала разряда) из (6.7), (6.9), (6.10), (6.11):
, (6.12)
где
, (6.13)
где (6.14)
(6.15)
Из (6.15) находят силу тока для через длину промежутка.

Моделирование движения ударной волны (рис. 6.5). После РЖ в рабочей среде (жидкости) формируется ударная волна с цилиндрическим каналом разряда (I этап), затем образуется сфера (II этап). Здесь , – давление на границе (фронте), – атмосферное давление.


Рис. 6.5. Формирование ударной волны

6.1.3. Процесс деформации заготовки

Источником деформации является ударная волна в жидкости. Сила деформации складывается из гидростатического давления и динамического давления . характеризует скорость на фронте ударной волны; показывает скорость перемещения поверхности заготовки в процессе деформации.

С учетом перемещения заготовки в процессе деформации динамическое давление равно . Плотность поверхностных сил , вызывающих деформацию заготовки, является суммой силы и давления :
.
Наибольшее значение плотности поверхностных сил возникает при подходе ударной волны к заготовке, когда .
. (6.16)
Время активного действия волны составляет 0,25Т. В течение этого времени давление сохраняется постоянным, пока ударная волна не отойдет от оси канала на расстояние , где – скорость движения ударной волны.

При расчете режимов стремятся увеличить расстояние от разрядника до заготовки . Этого достигают за счет роста периода колебаний Т, повышением напряжения пробоя , емкости конденсаторов С, эквивалентной индуктивности , уменьшением .

Оптимальным является результат, при котором заготовку располагают на расстоянии от разрядника, где .

Эксперименты показывают, что формообразование листовых заготовок начинается через ? 100 мкс после подхода волны и заканчивается в коне перемещения по инерции заготовки. Скорость деформации может превышать 100 м/с, при этом возможна сверхтекучесть материала, сверхпластичность металла, что открывает новые технологические возможности по пластической деформации заготовок.

Условием деформации является
, (6.17)
где – предел текучести материала, – плотность поверхностных сил. Для алюминиевых сплавов МПа. Фактически величина в импульсе составляет (10100).

По второму закону Ньютона плотность поверхностных сил

, (6.18)
где – ускорение заготовки, – плотность материала заготовки, – толщина стенки заготовки.

При штамповке происходит нежелательный нагрев заготовки. Основными причинами нагрева являются:

- пластическая деформация;

- вихревые токи за счет изменения магнитного тока.

Нагрев возможно снизить за счет использования нескольких разрядов батареи (вместо одного).

Для снижения эрозии электродов (что также нежелательно):

- увеличивают разрядный промежуток до 20…25 мм (что на несколько порядков выше, чем при электроэрозионной обработке);

- делают электроды из вольфрама, твердых сплавов, латуни, имеющих более высокую эрозионную стойкость.

КПД штамповки РЖ рассчитывают по формуле:
, (6.19)
где – работа формообразования; Е – энергия потока, = 0,3.

Высокие потери вызваны следующими причинами:

- стекание разряда в воде до пробоя – 10…15 %;

- разложение и нагрев жидкости в период цикла;

- перемещение жидкости под действием волны.

Потери могут быть снижены за счет расчета и подбора формы и размеров разрядной камеры, величины разрядного промежутка, повышением напряжения и крутизны формы тока в импульсе.

6.1.4. Расчет параметров процесса РЖ

Для обеспечения рабочего режима РЖ необходимо установить параметры процесса, которые могут быть определены по экспериментальной зависимости или по эмпирическим формулам.

На рис. 6.6 представлены графики экспериментальных зависимостей для определения оптимальной длины разрядного промежутка от напряжения на электродах . Кривая 1 соответствует камере малой вместимости, кривые 2 и 3 – большой вместимости. При обработке в воде оптимальную длину межэлектродного промежутка можно определить по соотношению:
, (6.20)
где – заданное напряжение на конденсаторах, В. Здесь выражается в генри (Гн); С – в фарадах (Ф).




Рис. 6.6. Зависимость разрядного промежутка от напряжения на электродах

На рис. 6.7 приведены опытные кривые для определения расхода рабочей жидкости на один разряд в зависимости от длины разрядного промежутка .

6.1.5. Поверхностная очистка деталей

Образование при электрическом разряде ударной волны вызывает резкое импульсное воздействие на детали, их местную вибрацию. За счет сил, возникающих в месте соударения волны с деталью, загрязнения удаляются с поверхности. Кроме того, возникают

Рис. 6.7. Расход рабочей жидкости в зависимости от длины разрядного промежутка



кавитационные явления, образуются воздушные пузырьки (аналог кипения жидкости), которые разделяют загрязнения и поверхность детали, создают высокие давления на границах сред, способствующие очистке детали от прочно связанных с ней инородных частиц.

Очистка изготовленных деталей – одна из самых распространен­ных операций в технологии машиностроения. Использование элект­рогидравлической очистки значительно повышает производитель­ность этой операции для многих видов изделий.

В известных способах очистки, например литья, – гидропеско­струйной, дробеструйной, дробеметной и др. – очень трудно до­биться полной автоматизации процесса. С этой точки зрения при очистке литых деталей сложного профиля из высокопрочных мате­риалов преимущества электрогидравлической очистки проявляют­ся в полной мере.

Принцип электрогидравлической очистки изделий поясняется рис. 6.8. На основании 5 установлена ванна 4, в которой размещена решетка 6 с заготовка­ми 7. Над ними по траверсе 3 перемещается тележка 2 с электродом 1. В нижней части ванны 4 размещен транспортер 8. На нем осаждаются частицы 9, удален­ные с поверхности заготовок в результате разрядов, а затем извлекаются из ванны 4. Корпус ванны заземлен, и разряды возникают между заготовками 7 и электродом 1. Как и при штамповке, в данном случае можно использовать как один электрод, перемещаемый по заданному пути над ванной, так и несколько электродов, расположенных над заготовками 7.





Рис. 6.8. Схема электрогидравлической очистки: 1 – электрод, 2 – тележка, 3 – траверса, 4 – ванна, 5 – основание, 6 – решетка, 7 – заготовка, 8 – транспортер, 9 – осаждаемые частицы


При использовании одного электрода необходимо поддерживать постоянную высоту его расположения над заготовками, так как от нее зависят параметры разряда, а следовательно, и качество очист­ки изделий. Обычно для этого применяют механические копиры, с помощью которых электроды перемещаются в зависимости от изменения положения обрабатываемых поверхностей заготовок. Пло­щадь поверхности заготовки, надежно очищаемая одним разрядом, обычно ограничена окружностью диаметром 150...400 мм. Поэтому необходимо согласовывать время между разрядами с расстоянием, пройденным электродом. Если очистку проводят несколькими элект­родами, то их устанавлива­ют на расстоянии 300...400 мм друг от друга.

Как показывает опыт, электрогидравлическую очи­стку лучше всего выполнять сразу после литья. Заготов­ки в опоках поступают в ус­тановку для очистки. Под действием разрядов формо­вочная земля отделяется от опок и литья и вместе со стержневыми составами вы­падает через решетку 6 на транспортер 8 (рис. 6.8). Эти отходы после соответст­вующей обработки снова используются в литейном производстве.

Применяют также элек­трогидравлическую очистку непрерывно движущейся ленты. Через уплотнения лента входит в ванну, в кото­рой установлены электроды с загрязненной стороны лен­ты. Скорость ленты или чис­ло электродов выбирают из вышеприведенных условий.

Мелкие заготовки очищают в устройствах барабанного типа. В барабан с заготовками наливают рабочую жидкость. На электро­ды (или на один электрод и заготовки) подают импульсы напря­жения. Так как барабан вращается, то действие разрядов постепен­но испытывают все заготовки. Для стабилизации процесса необхо­дима определенная по объему загрузка барабана заготовками. При этом следует предотвратить замыкания между электродами. Про­качкой рабочей жидкости из барабана удаляют продукты очистки.

Крупные заготовки, которые трудно обрабатывать в камерах или барабанах, очищают по схеме «швабры» (рис. 6.9).

Рис. 6.9. Очистка крупных заготовок по схеме «швабры»: 1 – прокладка, 2 – патрубки, 3 – колпак, 4 – элемент манипулятора, 5 – электрод, 6 – заготовка



Под шарообразный колпак 3 вводят один или несколько электродов 5 Ра­бочую жидкость подают через патрубки 2. Полость герметизируют резиновой прокладкой 1. Все устройство перемещают по заготовке 6, например, с помощью манипулятора, механически связанного с элементом 4. Если в заготовке есть технологические отверстия, через которые может вытекать рабочая жидкость, то на время очистки их необходимо заглушить пробками из любого материала.

Достоинства данной схемы: простота устройства, малый расход рабочей жидкости, отпадает необходимость в сложном оборудова­нии. Этим способом очищают, например, корпуса судов «на плаву» (без постановки в док).

Электрогидравлическую очистку осуществляют и по схеме, когда в результате разряда в полости из нее через узкое сопло выбрасывается струя абразивной суспензии. Очистка заготовок производится этой струей, обладающей очень высокой скоростью, направ­ляемой на обрабатываемую поверхность. Абразивный материал можно добавлять в рабочую жидкость непосредственно перед вы­ходом ее из сопла. Для повышения эффективности очистки в каче­стве рабочей среды используют электролит, а на заготовку или ра­бочую среду подают потенциал. Таким способом можно произво­дить и разрезание заготовок толщиной до 6 мм.

6.2. Электрический взрыв (ЭВ)

6.2.1. Описание процесса

При электричес­ком взрыве конден­сатор разряжается на проводник в виде тонкой проволоки (рис. 6.10), нескольких проволок, фольги или сет­ки. Проводник распола­гают в диэлектрической жидкости. Начальное на­пряжение разряда в дан­ном случае несколько ки­ловольт. При протекании тока большой силы проводник нагревается и про­исходит его взрывное испарение. Возникает газопаровой пузырь, давление в котором достигает 1010 Па. В качестве материала про­водников применяют медь, константан, нихром и др. Длина прямой проволоки – до нескольких десятков сантиметров, диаметр 0,1...0,3 мм.


Рис. 6.10. Схема электрического взрыва


6.2.2. Моделирование процесса ЭВ

Электрический взрыв развивается через несколько этапов (рис. 6.11). На первом этапе происходит разряд конденсаторов, нарастание силы тока. Образуется возрастающее по времени электрическое поле, поэтому ток протекает по наружному слою проволоки (рис. 6.10). При этом плотность тока резко возрастает, происходит разогрев проволоки. Часть тепла поступает в жидкую среду. На втором этапе (рис. 6.11) проволока плавится, окружающая ее жидкость испаряется, возникает газовый пузырь и ударная волна. К центру проволоки идет волна сжимающих напряжений. Возникает тепловой взрыв проволоки, при этом ток резко падает. После того как внешние слои проволоки испаряются, тепло идет внутрь проволоки. Здесь образуется насыщенный пар () или плазма (). Возможен также канал разряда через пар (этап III на рис. 6.11).


Рис. 6.11. Основные этапы процесса электрического взрыва



Время разряда при ЭВ больше, чем при разряде в жидкости, что усиливает эффект формообразования. При ЭВ возможно применение спиральной проволоки, что ускоряет взрыв. Далее процесс протекает аналогично разряду в жидкости.

КПД процесса зависит от диаметра и длины проволоки. Он выше, чем при разряде в жидкости. Объем материала проволоки выбирают пропорционально энергии конденсаторов.
6.3. Нанесение покрытий

6.3.1. Особенности процесса

Применяют еще одну разновидность электровзрывной обработ­ки электрический взрыв в вакууме электропроводного материала (обычно металлической проволоки) с целью нанесения покрытия. Покрытия наносят на различные материалы (в том чис­ле керамику и стекло) без предварительного нагрева изделия. Этим способом изготовляют детали рентгеновской аппаратуры и электронных приборов, цилиндров автомобильных двигателей и др.
6.3.2. Физическая модель процесса НП

1. Переход материала проволоки в расплавленное состояние (соответствует этапу II при ЭВ, рис. 6.11).

2. Жидкая перемычка сохраняется за счет поверхностного натяжения, магнитного поля. Идет нагрев жидкой перемычки.

3. Возможен электрический разряд вдоль испарившейся проволоки. Такой вариант нежелателен, т.к. ток резко снижается и взрыва проводника, а значит и нанесения покрытия не происходит.

4. Требуется обеспечить взрывное испарение и разлет частиц проволоки, при котором происходит образование покрытия.

Для получения качественного покрытия следует учесть требования к установкам и материалам для покрытия, для чего необходимы:

1. Высокая плотность разрядного тока (выше ), иначе частицы будут крупными и качество покрытия низким;

2. Диаметр частиц должен быть 10-6…10-2 мм (0,001…10 мкм);

3. Необходимо обеспечить высокую скорость подвода энергии в проволоку;

4. Расстояние от проволоки до изделия следует рассчитывать из условия получения равномерного покрытия всего участка поверхности заготовки. Следует учитывать, что при завышенном расстоянии частицы покрытия могут остыть и будет утеряна адгезия, т.е. слой окажется несвязанным с основой.
6.3.3. Расчет толщины покрытия

Средняя толщина покрытия рассчитывается по зависимости [ 2 ]
, (6.21)
где – диаметр проволоки; – длина проволоки; – площадь поверхности под покрытие.
6.3.4. Расчет параметров процесса ЭВ

Для электрогидравлического формообразования с взрывающим­ся проводником оптимальные длину и диаметр проволоки также определяют по эмпирическим формулам [ 2 ] в зависимости от по­казателей установки:
;

,
где – удельная проводимость материала проволоки, См; – плотность проволоки, кг/м3; – теплота, необходимая для нагре­ва и испарения единицы массы проводникового материала, Дж.
6.4. Магнитоимпульсное формообразование (МФ)

6.4.1. Описание процесса

По технологическим параметрам этот вид об­работки близок к электровзрывному формообразованию. Сила, вы­зывающая деформацию, создается за счет электромагнитных эф­фектов непосредственно в самой заготовке, выполненной из элект­ропроводного материала. В данном случае никаких промежуточных рабочих сред для передачи механических воздействий на заготовку не требуется.

Схема метода показана на рис. 6.12. От выпрямителя 1 заря­жается батарея конденсаторов 2, в электрическом поле которых к началу обработки накапливается энергия . Емкость ба­тареи С достигает 100 мкФ, напряжения десятков киловольт. С помощью переключающих устройств 3 заряженная батарея кон­денсаторов подсоединяется к обмотке 4 возбудителя, предназначен­ного для создания магнитного поля определенной пространственной конфигурации.

Рис. 6.12. Схема магнитоимпульсного формообразования: 1 – выпрямитель, 2 – батарея конденсатора, 3 – переключающее устройство, 4 – обмотка возбудителя, 5 – заготовка, 6 – матрица.


Конденсаторы в течение очень короткого времени разряжаются на обмотку возбудителя, максимальная сила разрядного тока достигает сотен и тысяч килоампер. В окрестности возбудителя, где установлена заготовка 5, создается быстроизменяющееся магнит­ное поле и приводит к возникновению электромагнитной силы . Эта сила вызывает деформацию листовой заготовки, которая при­нимает форму матрицы 6. Таким образом, в данном процессе энер­гия электрического поля конденсаторов преобразуется в энергию магнитного поля возбудителя, а затем в работу деформации заго­товки и частично в теплоту.

Поскольку собственно формообразование протекает очень быст­ро, то время операции определяется в основном длительностью за­рядки конденсаторов и вспомогательным временем на замену заго­товок.

Установка для магнитоимпульсной обработки во время деформа­ции заготовки не взаимодействует с внешней средой – столь крат­ковременным процессом (менее 100 мкс) извне управлять невоз­можно. Магнитоимпульсным формообразованием получают детали из тонких (до 3 мм) листовых заготовок из стали, латуни, алюми­ния, меди и даже из сплавов с малой пластичностью.

Первую установку для получения кратковременных сильных магнитных полей создал акад. П.Л. Капица в 20-х годах. На этой установке удалось достичь напряженности магнитного поля 107 А/м. В конце 50-х и начале 60-х годов были построены иссле­довательские установки, создающие чрезвычайно сильные магнит­ные поля с напряженностью = 109 А/м. Одновременно в СССР и США разрабатывался ряд устройств промышленного назначения, в которых сильные магнитные поля использовались для техноло­гических целей.

Магнитоимпульсному и электровзрывному формообразованиям присущ ряд общих достоинств: простота оборудования; отсутствие инструмента; возможность полу­чать детали сложной конфигура­ции; отсутствие движущихся уз­лов; простота автоматизации про­цесса. У магнитоимпульсного формообразования наряду с этим есть и другие достоинства: обра­ботку можно вести без жидкой рабочей среды, передающей ме­ханическое воздействие на заго­товку; не надо герметизировать рабочее пространство; формообразование можно проводить через непроводящую оболочку, защищающую, например, стерильную или инертную среду, в которой помещена заготовка.

Тем не менее требуется тщательное обоснование применения данного метода, поскольку силы , вызывающие деформацию, су­щественно зависят от физико-химических и геометрических свойств заготовки.
6.4.2. Механизм и модель МФ

Магнитоимпульсное формообразование осуществляется двумя способами: 1) индукционным при взаимодействии импульсно­го магнитного поля, которое создается возбудителем, с токами, на­веденными в заготовке самим же полем; при этом заготовку не включают в электрическую цепь; 2) электродинамическим при взаимодействии токов в возбудителе и заготовке, включенной в цепь разряда конденсатора. Для индукционного и электродинами­ческого способов формообразования применяют различные по устройству возбудители.

Электродинамический способ основан на электромеханическом взаимодействии проводников, в которых протекают токи. Как из­вестно из электротехники, параллельные провода с одинаково на­правленными токами и притягиваются, а с противоположно направленными – отталкиваются. Сила притяжения (или отталкивания) прямо пропорциональна произведению сил токов , длине проводов и обратно пропорциональна расстоянию между проводами (рис. 6.13):
, (6.22)
где коэффициент пропорциональности.



Рис. 6.13. Принцип образования сил при МФ

На рис. 6.14 показаны цилиндрическая заготовка и возбуди­тель. Их соединяют последовательно и подключают к конденсаторной бата­рее. Током разряда в возбудителе создается магнитное поле с индукцией, которое, взаимодействуя с током той же силы в за­готовке, создает в ней сжимаю


Рис. 6.14. Схема электродинамического способа магнитоимпульсного формообразования

щие электромагнитные силы . Заготовка опрессовывает матрицу.

Поскольку токи в заготовке и возбудителе соответствующим об­разом распределены по их объемам, то общие соотношения для расчета электромагнитных сил оказываются довольно сложны­ми. Эти силы растут с увеличением силы токов и уменьшением рас­стояния между возбудителем и заготовкой.

Недостаток электродинамического способа – необходимость включения в разрядную цепь деформируемой заготовки, что не всегда возможно.

Индукционный способ более распространен. Заготовку не вклю­чают ни в какие электрические цепи. Например, на рис. 6.15 внутри возбудителя 2 установлена трубчатая заготовка 3, которая под действием электромагнитных сил опрессовывает некоторое изделие 4. Из физики известно, что плотность энергии магнитного поля равна , где магнитная индукция; – напряжен­ность магнитного поля.


Рис. 6.15. Схема индукционного способа магнитоимпульсного формообразования: 1 - конденсатор, 2 – обмотка, 3 – заготовка, 4 – опрессуемое изделие.






Для воздуха (среды, где обычно проходит процесс) , где (Гн/м) – магнитная постоян­ная.

В начале разряда конденсатора 1 (в течение десятков микро­секунд) вблизи обмотки 2 на внешней стороне заготовки 3 (рис. 6.15) напряженность магнитного поля велика, а на внутрен­ней стороне напряженность мала.

В единичном объеме пространства внешней части заготовки плотность магнитной энергии равна ; то же во внутренней части равно , где и – значения магнитной индукции соответственно на внешней и внутренней сторонах заготовки.

Размерность плотности энергии () такая же, как у дав­ления. Поэтому плотностям энергии по обе стороны заготовки со­ответствуют различные магнитные давления и .

Плотность электромагнитных сил на участке заготовки 1 (рис. 6.16) называется разностью магнитных давлений с внешней и внутренней сторон. Эти магнитные давле-





Рис. 6.16. Действие электромагнитных сил на участки заготовки: 1 – заготовка, 2 - возбудитель.

ния перпенди­кулярны вектору и численно равны местным плотностям магнит­ной энергии:
; . (6.23)
Поверхностная плотность электромагнитных сил
. (6.24)
Вектор (рис. 6.16) направлен в ту сторону, где магнитное поле слабее, в данном случае с внешней стороны заготовки во внут­реннюю. Чтобы произошло магнитоимпульсное формообразование, необходимо, чтобы напряженности магнитного поля по обеим сто­ронам листовой заготовки существенно отличались друг от друга. Напряженность магнитного поля внутри заготовки ослабляется за счет тока , наведенного изменяющимся магнитным полем тока в электропроводной заготовке 1. По правилу Ленца наведенный ток имеет такое направление, что его магнитное поле встречно то­му, которое создается возбудителем 2 внутри контура, где возни­кает наведенный ток.

Заготовка, а точнее цепь наведенного тока, обладает определен­ной инерционностью, характеризуемой в простейшем случае посто­янной времени . Чем больше в сравнении с длительностью про­текания разрядного тока, тем сильнее выражена электромагнит­ная инерционность электропроводной заготовки и тем слабее в на­чале разряда магнитное поле, характеризующееся величинами и , на ее внутренней стороне. Чтобы выполнить указанное усло­вие, время разряда конденсаторной ба­тареи, т.е. время нарастания магнитного поля, должно быть как можно меньше.

Иногда электромагнитные силы соз­дают быстропадающим магнитным полем, получаемым разрывом цепи, например, с помощью плавкого предохранителя.

В обеих разновидностях магнитоимпульсного формообразования заготовка нагревается наведенным током. Потери на нагревание зависят, в частности, от скорости изменения магнитного поля и могут составлять до 20 % энергии, накоп­ленной конденсатором. За очень корот­кое время температура заготовки может существенно повыситься, особенно при малой теплоемкости материала заготовки.

Так как магнитное давление действует перпендикулярно векто­ру магнитной индукции, то последний должен быть направлен па­раллельно исходной поверхности заготовки. Для этого подбирают соответствующую конфигурацию возбудителя. Например, если за­готовка трубчатая, то индукция магнитного поля должна быть на­правлена вдоль боковой поверхности заготовки. Для обработки листовой заготовки необходимо создать магнитное поле, парал­лельное плоскости заготовки.
6.4.3. Расчет технологических режимов

В цепи разряда (рис. 6.17) при электромагнитной обработке (например, сборке) возникают силы, определяемые наибольшим током, протекающем в импульсе.

В приведенной на рис. 6.17 эквивалентной схеме процесса МФ необходимо найти величины емкости С, наибольшей силы тока .


Рис. 6.17. Эквивалентная схема магнитоимпульсного формообразования

Величины индуктивности и сопротивления зависят от конструкции установки, параметров детали и рассчитываются по известным классическим формулам электротехники после построения принципиальной схемы обработки. Величина может быть принята (без расчетов) равной 1 МкГн.

Тогда требуемая емкость конденсатора
. (6.25)
По аналогии с РЖ:

- период
(6.26)
- максимальный ток
(6.27)






Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации