автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Создание новых технологий, оборудования и индукторных систем магнитно-импульсной обработки металлов для массового производства



г/льск1й госу^др(яз2нниЗ таиотэисй ужа^рситзт

1ШСЯЙ НАУЧНО ЖЮЛЛФЗАТЕЙЯЯЙ TzsioicriWBcxüí истйтут

^ ЯАУШа-1«ХЯ15103АТ2ЛЬСЙЙ ШСТШУТ РШРСГРАФ151

, -

'i ^ -.•J' ha правах рукописи

Галалаез ЛлексеЗ Йкр5шюзич

СОЗДАН® БОВЫХ ТНХШОШй, ОБОРТдСЕЙЗМ И К1ду;ш?;шх cííckí шншмышьшй " ОБРАБОТКИ 1.ЕТАЛЛ03 ДЛЯ ;/ЛСС0В0Тр МШЗОДША

Специальность 05.03.05 - процессы и .vszhíh сбтаботкя даилен-нем

ДИССЕРТАЦИЯ

i;a coHcxamjs ученсЗ степени дсктсра технических >:аух в форме научного доклада

ТУла - I2S3

/

. Работа знпслкека з Тульском Государственном техническом унн-верите те, Тульском каучнс-ЕсслвдозагельсгВМ технологическом пнет;: г/те, Научно-Есследсзатедьсксм институте репреграфли.

Официальные сппо:-:енты: заслукенкый деятель науки и техники

РСОСР, декгер гехккческих наук, прсйес

Семенов Е.И.

/ . доктор технических наук, профессор

СмаЬагдов И .А.

доктор технических наук, .старший кау сотрудник ■

; Хжленко Л.Т.

Ведущее предприятие - Каучно-прсизЕСДственксе объединение "ЖйЯ" ( Иссква ) .

Еацита состоится " 21" декабря_, 1333 г. б 9-00 час.

в 9 учебном корпусе,'ауд. 101'на заседании спецкалкзирсзаннсго

совета Д 063.47.02 Тульского Государственного технического унизер-

ептета по адресу: 300600, г.Тула, проспект Лзкмна, д.92.

, С диссертацией ксяно сзпакс-.жться з библиотека Тульского Гос\ дарственного технического университета.

Диссертация з форме научного доклада разослана • " -/<?" ХОйЬ'рЛ 1323 года.

7

Ученый сехоетатзь спещалгашэованнсго созета доктор технических наук

С0ДЕРЕШ1Й

1.'Общая-характерно тика работы ............................................................4

2. Технологические особенности магнитно-импульсной

штамповки трубчатых заготовок ........................................9

3. Исследование условна работы ивдуктороз и пути

повышения стойкости индукторных систем........'......................19

4. Создание КНУ для массового производства ....................................29

4.1. Конструктивные особенности магкитно-

икпульсию: установок .......................................29

4.I.I. Бксохсволътное зарядное устройство ............................31

4.2. Блок накопителей, энергия....................................................32

4.3. Разрядник и поджигающее устройство ....................36

4.4. Конструкция и компоновка установок

серии ЫИ7-Т ............................................................38

4.5. Разработка методики расчета параметров система "лйГ/-Ш1дуктор-заго тонка" для заданной технологии ............................................44

5. Повышение эффективности дйгнпЕ'Ю-зшпульсной обработки .... 50

5.1. Кагнитно-кшульсная обработка заготовок в

нагретом состоянии ..................................50

5.2. 1,!агнмтно-ишульснал сварка деталей ................................58

.5.3. !.тагнитко-иьиульсная пайка деталей ..................................64

6.' Примеры внедрения технологических процессов ШОМ..................66

6.1. Сборочные операции ................................ ' 66

6.2. Сварка ...........^..........................................70

6.3. Формообразующие операции....................................................70

6.4. Калибровка .......................'.........................-71

7. Основные результаты и выводи по работе ......................................71

8. Публикации ..............................................................................................74

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОЙ

Актуальность работы

Диссертацио.таая работа посвящена комплексного реиени» вакнсй народнохозяйственной проблемы - разработке научно-обоснованных новых ресурсосберегающих технологий кагкитно-зилпулъсной штамповки, созданию надежного оборудования и оснастки для их реализации в условиях массового производства с широким использованием автоматизации к механизации. . .

В работе теоретически обосновано и подтверждено практически, чт> прогрессивный метод обработки металлов давлением и сборки трубчатых изделий с использованием энергии магнитного импульса, применяемый в мелкосерийном производстве, монет найти широкое применение в массовом производстве.

Этот метод характеризуется тем, что давление на дефоркируемуи заготовку создается непосредственно, воздействием импульсного магнитного поля без промежуточных твердых, ющккх и газообразных сред. Бесконтактное электромагнитное давление позволяет обрабатывать детали с окончательно обработанной поверхностью без ее нарушения з-процессе магнитно-импульсной обработки.

Внедрение этого метода в производство в 2-2,5 раза снижает уровень капитальных затрат, расширяет область применения пластической деформации в машиностроении, повышает качество изделий,з 1,5-2 раза уменьшает расходы на изготовление оснастки, позволяет встраиваться в единое поточное или автоматизированное производство, а также обеспечить внеокив экологические условия производства.

Большой вклад в развитие теоретических и экспериментальных исследований, а также в практическое внедрение метода магнитно-импульсной обработки металлов (ЬШМ) в промышленность внесли ученые: Белый И.В., Брон О.Б., Глущенков В.А., Епечурин В.П., Иванов Е.Т.,

Кухарь З.Д., ¡¿цюноз В.А., Попев В.А., Стрияаков Б.Л., Оертик С.М., Хкменко Л.Т.-, Чудакоз Е.З., Яковлев С.П.

Основным препятствие:.! внедрения кагнитно-импульснсй обработки металлов з массовом производстве является отсутствие надекньгх магнитно-импульсных установок (ЖУ), индукторных систем, а такке стабильных технологических процессов.

Для решения проблемы внедрения ШОМ в массовое производство не обходам:

' создать технологические процессы ЫйОМ, обладающие высокой стабильностью и рациональностью использования энергетических затрат процесса; ,

создать МКГ, имеющие стабильные технические характеристики, которые по езош конструктивным возможностям могли бы встраиваться в поточное и автоматизированное производство, а также имели бы блочное построение. МИУ" должны .быть мобильным!, .т.е. обладать малым весом, просты в управлении и бесшумны;,!! при работе;

создать индукторные системы, обладающие высокой прочностью к циклическому ¡импульсному нагруяеншо (не менее 20 тыс.ишульссв), а такке высокой технологичностью при их из гото агента и безопасностью при обслуживании.

Теоретические исследования, полоненные в основу решения вышеперечисленных задач, выполнены автором з период 1966-1933 гг.'в ходе проведения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в соответствии с заданием 08 Научно-технической программ ГКНТ и Госплана СССР (Ярсблега 016.03.Постановления ГКНТ СССР й 515/27 от 29.12.81) и Заданием П целевой комплексной программы 072.05 (Постановление ГКНТ СССР & 555 от 30.10.85), а такке отраслевыми планами НИР и ОКР Министерства машиностроения СССР.

' Цель работа

Решение крупной научно-технической проблемы по разработке новых научно-обоснованных ресурсссберзгащих конкурентоспособных технологий, создание принципиально нового оборудования,* высокопрочных индукторов и индукторных систем для использования лагантно-пи-пулъснсй обработки мзталлов в г.ассовом производстве.

Метод исследования

Поставленная цель реализована путем использования теории пластического течения дейорггируегшх тел, численных методов 'решения дифференциальных уравнений, теории электрических цепей и техники вы/

соких напряжений, теории теплопроводности, теории планирования эксперимента и математической статистики.

Научная новизна

Разработаны теоретические основы расчета технолоигаеских параметров процесса магнитно-импульсной шта\яовки, учитывающие анизотропию механических свойств материала степенное и скоростное упрочнение в процессе деформации. Установлены закономерности изменения кинематических и деформационных параметров процессов продольной и поперечной риатсвки труб, отбортовки и обжима концевой части

• Впервые установлено распределение температурного поля в рабо- . чей спирали индуктора. Выявлены причины разрушения рабочих спиралей индукторов,"изготовленных из различных материалов. По результатам исследований предложены, и обоснованы оптимальные формы сече-

трубчатой заготовки и сборочных операций

■ ний рабочей поверхности спиралей индукторов

18, 20, 30, 37 ] :

Установлены рацяок&яьнне решит :/дгн1;тно-&'>шульсной обработки заготовок с их предварительшы катреном. Для реализации этой технолог;^ созданы оригинальные конструкции индукторных систем объединяете спирали нагрева токами высокой частоты (1ВЧ) и ыаг-нитнс-ишулъсной обработки [ 2, 7, 19, ЗВ, 39, 41, 47, 50, 54].

Предложены новые способы кагнитно-и.\яульсной сварки и пайки повшаащге качество сборки узлов, за счет взаимного перемещения сопрягаемых деталей в процессе сварки и пайки, а такяе за счет пропускания импульсного тока через свариваемые 'детали и др. [ 2, 8, 21, 23 , 40 , 42-45 , 48, 49, 53 , 54 , 58].

Осуществлено математическое моделирование функционирования системы "¡.йУ~индуктор-заготовка" которая позволяет научно-обоснованно выбрать технологические параметры г,"О". Экспериментально обоснована конструкция ош:лювки для конденсаторных блоков различней энергоемкости. Разработаны системы: синхронизации разряда отдельных конденсаторов или модулей, контроля состояния "заряд-разряд" конденсаторных блоков л модулей и выпрямительное устройство с индивидуальным;! цепями выпрямления для обеспечения надежней работы \Ш з модульном исполнении [ 2, 3, 5, 29, 31, 33-36, 51, 52].

Практическая ценность • Разработаны и внедрены новые технологические процессы магнитно- импульсной штамповки и сбоят узлов из трубчатых заготовок; экономически обоснованы материалы для изготовления индукторов для массового производства, разработаны технологические процессы их изготовления, разработана методика проектирования МИУ для заданной технологии, созданы промш/лекн&е универсальные и автоматизированные (лахнитне-жшульенне установи! серии ШУ-Т энергоемкостью до 60 собственной частотой разряда от ,15 до £0 кГц. Новые тохнслогичсс-

кие процессы я установки ;*МУ-Т внедрены на ряде недуда предприя-тай и организаций оборонной промышленности: завод им,3.И.Ленина (г.Златоуст), Быссксгорский механический завод (г.Н.Тагил), завод им.Карла Либкнехта (г.Ленинград), Козо'вяташй механический завод ■ (г.Нсвозятск), механический завод (г.Касли), механический завод (г.Рек), Тульский НИИ и др.

Суммарна экономический эффект сг внедрения разработок автора составил 1,016 млн.рублей (в ценах 1991 года). ,

Апробация саботы - ——— -- ■. ■ - -

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на П Всесоюзной конференции "г.5агнитно~и:япулъснал обработка металлов" г.Харьков, 1973 г.; на заседаниях секция "¿'¡агнктнс-ишулъс-ная обработка" ГШ1 СССР в г.Куйбкяезе, г.Метра (1976-1987 гг.); на Всесоюзном научном семинаре "л'йгнетнс-импульсная обработка" при Северо-Западном заочном политехническом институте, г.Ленинград, 1972-1977 гг.; на Всесоюзном совещании "Расчет,-проектирование, технология изготовления индукторных систем", г.Тула, 1988 г.; на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ТулПИ, организованных совместно с' областным правлением НТО Мзшпром (1977-1983 гг.); на Всесоюзном совещании секции МИОМ г.Самара, 1991 г.'; на международном конгрессе "Конверсия, наука образования", г.Тула, 1953 г. '

Вклад автора з развитие теории и практик» процессов магнитне-и.мпульснсй обработки отмечен присуждением ему премил им.С.К.Носина (1978 год), двумя бронзовым медалями Щ1Х, превшей Совета Министров СССР (1582 гсд), присвоением звания "Лучший изобретатель министерства" (1983 год) и присвоением звания "Заслуженный изобретатель Российской Федерации" (1952 год).

Публикации

Основные научные положения, результаты я вывода диссертацион- ' ней работы а-роко освещены в печати и изобретательской деятельности. По теме диссертации спубллксзаны: 2 монографии, 31 научная статья, получено 25 авторских свидетельства на изобретения.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЫШШНО-ИШУЛЬСНОЙ

ШШЭЮЕКИ ТРУБЧАШ ЗАГОТОВОК

I

Разработку технологических ирсцесссз гагнитно-кмпульсксй штамповки, выбор, оборудования и проектирование индуктора невозмоя-но осуществить без.предварительного расчета параметров импульсного магнитного поля, необходимого для воздействия ка поверхность заготовки, для придания последней требуемых чертежом формы а размеров.

Теоретический анализ процессов йср.мо;:зд1екенпй и сборки трубча- ' тых заготовок выполнен с учетом скоростного и деформационного упрочнения и в предпелехезаш, что катерная заготовок кестко-пластический, анизотропный, из строп но-уирсчнякщиися, ДОГ которого справедливы условия текучести мизеса-Хилла и ассоциированный с ним закон пластического течения, которые в случав плосхснап ряженного состояния имеют вид:

*

Нб^ +Р£ат+ в^-^У^ 1 (I)

I

= с1А [нб\р + с С^ с1£т = «1А {>6^ + С (б'гп -6^)] (2) С!£5 [Н^ + Рб^}

где , , ■ - соответственно прирацения дейор;,5ац;ц;

з окружном, меридиональном направлениях и по толщине'заготовки;

и - окружное и меридиональные напряжения; ? , С , Н . - параметры, характешзутощге анизотропию меха-нотеских свойств матернала [13, 16, 17, 24, 26, 28 ] .

Введя понятая ксэЯузщнентов анизотропии в меридиональном и округлом Г^ направлениях, могло определить параметры аиизстро-ШЕ1 следугада образом:

с/ Р = Гт } Н/р = Р = \/[5гТ)л (1 - гт)] ( 3 )

где. £Тгп - текущий предел текучести материала в меридиональном направлении.

При динамическом нагрухенли закск степенного л скоростного упрочнения в дальвеЗшеа будет списываться выра&епаеи:

= (б'о +А£-и")(&и /.¿ист)'

( 4 )

где бо - предел техсуческ: .материала при схакгческс,,! шгрупелин; к - ксад^ВДпеиг уярсчпо:::гя; п - показатель степенного упречтнпя; гм - показатель сксрсстнсго упрочнения;

- интенсивность деформаций; • ¿¡_. - интенсивность скоростей деформаций; £^ст - интенсивность скоростей деформации при статических испытаниях.

В общем случае анализ операций магнитно-импульсной штамповки может быть выполнен совместным решением трех уравнений движения для безмоментных оболочек и уравнений ( I ) и ( 2 ). Упростить решение указанной системы уравнений возмсаю, если задаться фермой

заготовки и характером течения материала в процессе дефср.чсирсва-ния. Это означает, что если известно пслокение хотя бы одной характерней точки заготовки в процессе дефергарозазшя, то известно полояенле всей заготовки з любой момент 'времени. Тогда ез геометрических соотношений ыскно найти радиусы кривизны оболочки, величины дефордащм и скоростей деформаций, а таказ напряжения в любой ' точке оболочки, если известно перемещение характерной точки в любой момент времени. Для нахождения этой функции времени достаточно реиить одно 153 уравнений движения. Например, уравнение в направлении нормали к срединной поверхности, которое имеет вид:

= 0 ( 51)

где - _р - плотность материала;

и - перемещение элемента оболочки в направлении нормали;

К,, и - радиусы 5ШИЕИЗШ оболочки соответственно в меридиональном и окружном направлениях;

5 - текущая толокна элемента оболочки; К(ь) - удельная электромагнитная сила, определяемая через параметра магквгао-жйпульсной' установки следуздвл образом:

- р0 д 4 ш), ( б )

где Р0 - условное давление магнитного доля в момент времени

Ч; - 0;

А - эквивалентный зазор медзу индуктором и заготовкой; } - коэффициент затухания тока;

- частота разрядного тока; I - время.

Рис.1,б. Обзнм и раздача концевой части.

Это позволяет свести решение задачи к решению одного нелинейного дифференциального уравнения второго порядка.

Данный подход был применен к расчету процессов поперечной зи~ гсвки труб, продельной рибтевкя, раздачи и сблмма концевой части трубной заготовки,'которые могут рассматриваться как формообразующие, так и сборочные операции (Ркс.1).

■ На рис.2 приведены, графика изменения удельной электромагнитной силы, скорости и перемещения центральной части оболочки окружных и меридиональных напряжений как функций времени для случая раздачи в кольцевуз а;ель заготовки из сплава А,'.1г2.''(. Анализ графиков показывает, что шкси;,альноо значение скорости не совпадает с максимальным значением электромагнитной силы, 'что свидетельствует о значительной инерционности процесса. Следует отметить, что перемещение оболочки начинается о запаздыванием по отношению к началу разряда. Напряжения сначала растут в- процессе раздачи, а затем падают, так как в заключительной стадии процесса скорость деформации резко уменьшается, что псиводег к падению напряжения, несмотря на продолжающуюся деформацию

'ЗСнСТОВКа.'

йс.2. Графики изменения удельной электромагнитной силы Р, скорости V , и перемещения и " центральной части оболочки, скоухных б-р и меридиональных бт '

Ан&якз полученных результатов показываетчто с увеличением прочностных характеристик материал^. значения перемещении, наксшлзль-ной скорости и вреыя процесса формоизменения значительно уменьшаются. Увеличение удельной электромагнитной силы п уменьшение коэффициента затухания ведет к значительному росту перемещений и максимальных скоростей при неизменной продолжительности процесса.

Влияние частоты разрядного тока f показано на рис.3. Из анализа графиков следует, что существует- такая частота разряда маг-НЕтно-имлульснсй установки fon i при которой деформационные параметры процесса пришкаот максимальные значения, причем значение этой частоты практически на зависит от вида операции, механических свойств материала, а зависит от коэффициента затухания магнитного поля.

Рис.3. Изменение деформационных параметров процесса раздачи в зависимости от частоты разряда у .

Показано, что анизотропия материала существенно влияет на выбор силовых реаи:лсв процессов глгнйтнс-импульсной штамповки. Так, в технологических процессах, в которых образующая заготовки в меридиональном направлении не искривляется в процессе фсрмоизме-

14 "

/ "

нения (продольная рифтсзка, отбсртсвка л сбжи концевой части трубкой заготовки), большие степени дефошацтг при постоянней величине давления .магнитного поля достигаются для тех материалов, у которых > I, Г\р < I (Рис.4).

Рис.4. Изменение дефордичтишых лаэаметров процесса

раздачи (прл малой кривизне"поверхности в ме- : ридиональном направлении) в зависимости от коэффициентов анизотропии,

----Гт '--Г\у

/

Для процессов, в которых кривизна з меридиональном направлении изменяется значительно (раздача л сбаим в ксльцевуи щ.ель), аналогичный результат достигается для материалов, у которг 1',-п . и Г^- имеют шшзмалъиые значения (рис.5).

Экспериментальные исследования выполнены в следущих направлениях:

1. Определение характеристик анизотропии и построение кривых упрочнешм исследуемых материалов.

2. Выявление особенностей и закономерностей процессов в зависимости от изменения технологических параметров, сопоставление

Рис.5. Изменение дегрсрд.ациошшх параметров процесса раздачи (при значительной кривизне довепхности в меридиональном направлений) в зависимости сх коэффициентов анизотрепки

теоретических и экспериментальных данных.

Для получения данных о численных характеристиках анизотропии материалов разработано специальное приспособление д.яя испытания трубчатых образцов на разднлу, растление л раздачу с растякением. Испытания проведены на материалах трок: ЖгЗМ, А;,Зг5М и Д16Т, 163, Ст.10. В результате испытаний определены значения коэффициентов анизотропии в меридиональное и окружном Г^ направлениях.

[Ю]

Таблица I

Коэффициенты анизотропии тонкостенных труб

Материал (размеры, ш)

г„

г*

Сталь 20 (60 х 2) А?£г2М (60 х 2) Л63 (60 х 2)

0,78

0,3

0,9

0,45

1,9

0,69

Продолжение табл.I

Материал (размеры, им)

А3йг5?,1 (70 X 1,5) Д16Т (65 х 2,5) Д16Т (35 х 3,5)

0,67 0,56 0,45

0,54 0,61 0,72

Днкамотеские испытания трубчатых образцов позволили определить влияние скоростей деформаций на сопротивление пластическому дефорлйрованию (рис.6). '

О ^05 С.1 0/5 С

Рис.6. Кривые упрсчкекпя исследуемых материалов: I - АМг2;,1; 2 - Л53; 3 - .Ст.20

_- статические испытания при £ - 0,02 . С""*

_____- динамические испытания при £ = 500 . с"

Экспериментальное исследование процессов раздачи и сбжма на трубчатых образцах из тех з?.е материален проводились на лабораторном оборудовании с использованием скоростной съемки, По результатам проведенных работ построены графически -зависимости скорости

деформирования, первке^с.пьз стенки зат-стсак» во-ьреиеии (рис.7), л телеке кзаенеквд геометрии загстсзки в зоне дейезшцки от врс:-о;;т,

Рис. 7. График хзуенения скорости дерюецввкд стенки загстсвхн и мзглзшгл« вшегчшы вевеаеуишя степкн.

Сравнение экспорк/.ентнльнчх данных-с результат&уи тоорехзчсс -ксгс расчета (рис.8*10) показало, что последние правильно страдают характер впляния технологических параметров на процессы- и да:от удовлетворительнее совпадение числовых значении пересечений.

0,18

2 1 / 3

■ град

Рис.9.. Продольная рифтсвка. Г - 3,0 кДя; 2 - 4,4 кДк; 3-6,1 лДк

расчет;

. - эксперимент

■^о" У1,0-11 раствора зига.

Рис.10. Отбортовка концевой часта.

1 - расчет; а - эксперимент ( Ь =5

2 - расчет;' ж - эксперимент (С =10 ш.О

3. ИССЛЗДО&ШИЕ УСЛОВИИ РАКШ ИВДЩОРОВ'И 1ГЛИ ПОВИШЗШ СТОЛКОС'/>1 ХВДУКТОРИХ СИСТЕМ

Одним из основных факторов, сдержнвалщ-ш широкое внедрение магнитнс-шязульсной обработки .металлов в кассовое производство, является низкая стойкость рабочего инструмента-индуктора. Анализ работ, проводимых у нас в стране, показал, чтс'Е'виду прет.5ущественкс-4 го применения метода ШОМ в мелкосерийно:.! производстве и частой сменяемости номенклатуры деталей вопрос создания высокопрочного индуктора для ТлИУ не был актуальным. 3 зарубежных информационных источниках вопросы стойкости индукторов так ке освещены недостаточно.' Имеющиеся отдельные сведения относятся к области изготовления деталей на установках ШУ с калой знергсег.жостыз. Поэтому создание высоксстойкогс, надежного в работе технологичного в изготовлении индуктора является актуальной и весы.« сложной задачей.

Решение поставленной задачи невозкош/о без анализа причин разрушения индукторов на основе которого осуществляется выбор материала спирали индуктора, ее геометрии и конструкции индуктора в целом.

При эксплуатации индукторов в условиях производства была обнаружена одна и та ке причина их разрушения - появление трещин на"рабочих кромках витка индуктора. Причиной возникновения трещин, как выяснилось, является термсцкклированле в сочетании с неоднородностью материала, из которого изготовлена спираль индуктора.

Автором предложен [ 9, 12, 20 ^ метод определения максимально достижимых импульсных температур по точке плавления легкоплавких металлов. Данный метод устраняет недостатки методовизмерения теше-ратуры термопара!-.!!!, позволяет фотографировать процесс кагрева и визуально наблюдать за зона!® максимальных тешзератур (их глубиной, формой, направлением магнитного поля и т.д.), а такке применять его в сочетании с методом термопар (как дополнительным , для записи про-

цесса охлаждения битков). Кроме того, метод прост, высоконадежен и безинерционен.

Для фотографирования применялся скоростной йоторегистратор С0Р-21Л

Изучение СФ?-грамм процесса оллазлекш легкоплавкого покрытия показало, что температура достигает своего чиксимазьн ого значения в момент полного затухания импульса тска, после чего остается постоянной в течение 100т150 икс, а затем начинается охлаждение нагретой зоны спирали индуктора. Процесс охлаждения спирал]! измерялся с помощью термопар зачеканенных в рабочей зоне индуктора и фиксировался свето-лучевы.ч осциллографом. Типовой график изменения во времени импульсной-температуры и тока в Еитке приведен на рис.II.

З.А

• 3-1-Ю'мкС

1_ I — —

1

I. 1

1' ■ и-

1 Ч"

1 1

1 1 1 1 1

109 200 даэ 'о-ю* щч' о.и-ю'

11,и\С

Рис.11. Изменение ишульснсго тока и температущ при сплавления олова на латунном витке"

________ - приближенная квивая нарастания

ишульснсй температуры.

Расчетные и экспериментальные исследования показали (рис.12, а, б), что величина- максимальной импульсной температуры растет с увеличением импульсного 1езр«д::ого. тска, частоты разряда и удельного электшческсго сопротивления материала спирали индуктора. Устансв-

лено, что потери энергии разряда на тепловыделение у стального кн-дуктора на 10,6 % больше, чем у медного, на 8 ¡3 больше, чем у латунного и на 6 % больше, чем у индуктора из бериллевой брснзн (рис.12,а).

О ЬО *00 200

Рис.12. Зависимость импульсной температуры витков индуктора .от величина разрядного тока Эср для индукторов кз тазличных матешалов (а) и частоты разрядного контура (б)"

I - медь ы2; 2 - латунь 162; 3 - бронза Бр12;

4 - сталь 65Г

При рассмотрении картины оплавления рабочей поверхности витка индуктора (рис. 13) можно сделать вывод о тс.м, чтс рабочая поверхность витка работает не полностью, интенсивно нагружены плоскости, примыкающие к острым кромкам витка, а средняя поверхность витка не оплавлена, следовательно, и не нагруяеиа. Этот результат псдтверя-дает неравномерность распределения тока по поверхности витка, а сосредоточение его в области острых кромок витка. Такая неравномерность приводит- к недопустимым местным перегревам сшзраяи и даяе к расплавлению металла индуктора, т.е. к его разрушении. Эти обстоятельства заставляют выбирать величину шпулъсного тска и запасаемой энергии так, чтобы обеспечить ьшшиялььтй перепад температур мезду

Рис.13. Биток индуктора после теипетагуршх испытаний . разрддши током, а, б - вид"на верхнаа и нижнюю кройку соответственно; в - вид на терец рабочей поверхности.

острой крешой и серединой рабочей поверхности витка индуктора.

Для изучения структурно-фазовых процессов, происходящее в ш-териале'индуктора при его эксплуатации, весь период работы индуктора был разделен на несколько этапов - от зарождения трещины до её лавинного развития. Анализ гзшроструктуры и оценку кикрствердости проводили ка приборах КШ-8 я ÎI4ÎT-3 [_ 14, 30 ] . .

При исследовании стального индуктора бы-йи обнаружены шкретро-цюы, образованно, которых: связано с тер:»смехакическл:.1 ударом. Трещины, как правило, зароздались ка острых кромках индуктора или у неметаллических: вклинений, выходящих на поверхность материала индуктора. На втором-этапе эксплуатации (до 10000-15000 циклов) в микро-.трещинах наблюдалось образование зоны с отличной от основного металла структурой, обладайтей высокой твердостью. Заключительный этап характеризовался интенсивным накоплением дефектов, существенным изменением физико-механических свойств пограничных слоев трещин и их дальнейшим развитием в глубь индуктора.

Зликроисследсванием зоны трещины на индукторе из стали марки 65Г

обнаружено, что вдоль трещины ижется "белая" зона с отличной от

I

основного металла структурой (рнс.И.а). При основной структуре стали, представляющем собой трсосто,\артенскт (микротвердость от 40 до 42 ед.ЮгС ), структура в зоне, окрузхаицей трещину - мелкодисперсный мартенсит (ьякротвердость от 65 до 68 ед.НКС ).

Рлс.14. Микроструктура в зоне трещины индуктора:

а - из стали каокя 65Г (хЮО): б - из бронзы капки БрБ2 (х450); в - кз стата 65Г* (х500)

Образование вдоль трещины зоны с резко повышенной твердостью монно объяснить термопластическими явлениями, происходящими з результате нагрева зоны трещины при пропускают сильного шлпульснсго тока через индуктор и создания в нем значительных силовых нагрузок.

Микроструктура участков, непосредственно окружающих трещину на индукторе из бериллиевой бронзы (рис. 14,б),- не имеет ярко выраженного зер-истого строения, металл рыхлый, с порами, раксвинаш, неметаллическими включениям и сеткой трещкн. Микротвердость этой зоны значительно низке микротвердости основной структуры металла (соответствен но от И до 15 и от 29 до 35 ед.Н8С" ). Вблизи трещины не-

которые зерна основного металла деформированы, тлеют следы дзойнико-вакия.

Сиикешзе твердости зоны трещины но сравнению с твердостью основной структуры объясняется, по-видимому, значительным повышением температуры в районе трещины при прохождении импульсного тока и происходящим под его влиянием разупрочнением бронзы вследствие плавления и выгорания легкоплавких ксг.понентов (свинец, висмут, цинк и .' др.), входящих в её состав.

I

Природа развития трещин : усложняется специфическими условиями работы индукторов: нагревом витков в момент подачи импульсного тска и локализацией неблагоприятно направленных растягшзаюдах напряжений при эксплуатации индуктора.

Проведенные исследования лсказашг, что снизить максимальную температуру нагрева поверхности витков и повысить стойкость аддуктора манко изменяя энергетические параметры, конструкцию и материал индуктора.

Фрактографическоа исследование трещ:н показало, что они имеют 'усталостное происхождение. Обычно усталостные трещчкц зарождаются в зоне нарушения поверхностной целостности индуктора (например, от рисок механической обработки, иеметалакческих включений к т.п.). Наличие на поверхности подобных дефектов приводит к концентрации вокруг них напряжений. Сначала в этих местах под действием циклического нагрудеиия возникает небольшая пластическая деформация^ которая вызывает зарождение трещины. При дальнейшем нагрукекии (подача импульсного тока) сплошное га" электромагнитного поля постепенно нарушается, что ведет к изменению направления растягивающих напряжений, действущж в металле индуктора в направлении раскрытия трещины.

Кроме того, при появлении и развитии треиданы в глубь витка индуктора, нарушается оплошность протекания тока, что приводит к обте-

канна трещины током, появлению прсгивотсксз в зоне трещины и, соответственно, к дополнительные усилим разрыва в зоне трещинн витка, которые при увеличении трещшы приводят к разрыву спирали.

Для обеспечения нормальной работы индукторов, повышения их срока слунбы, необходимо такде.выбрать спяшадькуга фориу рабочей пс-верхностн витка, обеспечивающую по всзисжнссти-равнсмерное распределение импульсного тока по его рабочей поверхности [2, 12, 15 ]. .

Выбор оптимальней ферг.щ сечения витка производился экспериментально, среди нескольких вариантов (рис.15), которые кзготавлива-! ^ лись из латуни и покрывались словом в гальванической ванне. Покрытые

оловом витки поочередно испнтывалнсь на МНУ вплоть до оплавления . нанесенного покрытия. Результаты испытаний рабочих витков с сечение;,: различной Форш сведены в таблицу 2.

Рис.15. Формы сечения витка в рабочей зоне мвдуктсра.

Таблица 2

Результаты испытания витков индуктора'

Паоаметры ' Варианта <успмы сечения-;-

'_- I 2 3-45 6

1. Рабочее напряжение, кВ 4,8 5,2 4,4 4,6 . 4,2 5,8

2. Величина энергии, кДа 3,22 3,70 2,72 • 2,S4 2,46 4,67

3. Тек разряда, кА , 154 , 205 173 181 165 228

4. Плотность тока, кАДи2 42,5 35,0 50,7 45,3 72,5 31,3

Из таблицы 2 видно, что наименьшая плотность тока наблюдается в вариантах 6 и 2 (рис.15), которые приняты для рабочего проектирования индукторных систем. Закономерно, что наиболее удачными бор:.йm сказались круглая и прямоугольная с эакрутлешшми кромками под-радиус 1,5-2 ш, при которых исключаются острые кромки - концентраторы тока и источники усталостных тредан.

. Экспериментально установлено, что при зазорах кегду витками-индуктора до I мм и ширине витка 8-10 ш максимальное давление на деталь .имеет место в зоне зазера, что объясняется явлением "эдаек-та близости" при протекании гска по кромка?.! витков индуктора. В центре витка давление "¡'Ш" значительно ослаблено. Следовательно, для получения относительно равномерного давления в рабочей-зоне индуктора необходимо иметь иирину витка в пределах 2-2,5 значений глубины проникновения тока в металл индуктора, иди производить перераспределение тока путем изменения рабочей поверхности витков.

Изучение причин разрушения яадуктсров при ШШ позволяет сформировать следующие основные требования к материалу индуктора, технологии их изготовления, конструкции и условиям эксплуатации.

Материалы, используемые для изготовления индукторов, должны иметь мелкозернистую равномерную структуру, содержать минимальное количество примесей, влияющих на его свойства при .'импульсном наг-

рулении в режиме тепломеханического итерирования, обладая .».шнш.галь-кой анизотропией свойств. Значительный зфйект при этом дает предварительная горячая проковка заготезок для изготовления спиралей индукторов. •

Значительное влияние на стойкость индукторов оказывает технология чистовой механической и термической обработки. Для увеличения стойкости индукторов необходимо при чистовой механической обработке рабочие зоны спирали индуктора применять операции, исключающие на рабочей поверхности кольцевые и предельные риски, задиры, дробление материала (чистовое шлифование, полирование, хенинговзние), а при операциях термической обработки использовать оптимальные режимы для каздего материала, исключающие микро- и макротрещины.

'При изготовлении-, •: индукторов недопустимы концентраторы напряжений, переходы на кромках витка спирали в рабочей зоне должны быть плавными. Высота витка выбирается по допустимой величине плот-

О

ности то;«, которая не доляна превышать 40 кА/мм . Радиальный размер витка определяется бозмсжгсстяия изготовления и условиями бан-даздровакия и составляет 40-50 мл для -индукторов обжит и 10-20 мл для индукторов раздачи. • ' "

В процессе эксплуатации реп::.: работы индуктсра делкен исключать накопление теплового приращения от импульса к импульсу, для чего используется интенсивней пркнудителышй отвод тепла. Более эффективным является режим естественного охлаждения индукторов с минимальным перепадом температуры. Такой режим работы обеспечивается снижением краткости нагрунения до 4-5 операций в минуту за счет применения специализированных устройств обеспечивающих поочередную работу нескольких индукторов с заданным циклом сменяемости.

Среди специалистов разрабатывающих и внедряющих технологические процессы Ш0:л, индукторы и магнитнс-пмпульспне установки, ут-

/

вводилось к прсдсдкает оставаться глнекие с том, что индукторы деляны быть изготовлены только из хсрскс проводят электрический тек материалов. В основной рекомендуется :.',едь, латунь и редко берил-лиевая бронза,' в основном по причте высокой стоимости. С расширением областей применения метода МИОМ, увеличением объемов внедрения, вплоть до серийного производства, 'все более четче ставится вопрос эконс:.ической эффективности технологии МИОМ в целом и индукторных

систем е частности, т.к. от рабочей стойкости индуктора, зависит час-

I.

•тста сменяемости зкщуктсра-кнструмекта.а,следовательно, устсйчивос-ть и надежность технологии. Автором, на основе большого фактического материала; проведена статистическая обработка результатов полученных от предприятии, внедривших технологий ШОМ. Полученные расчетные данные сравнительных технлкогэконодсгческих показателей для индукторов из раэлгашх материалов представлены в таблице 3. [2,

Таблица 3

Сравнительные технико-экококичеекке показатели

для индукторов из различных материалов (в ценах 1931 года)

Материал индуктора Рабочие параметра },2 Л63 ЕрБ2 Ст.45 Ст.60С2ВА Ст.'65

'I г 3 4 5 6 7

I. Рабочее кааржание, КБ 6,3 6,3 6,7 7,2 7,4 7,2

2. Знеотия импульса, кДж 5,6 6,5 6,3 7,3 7,6 7,3

3. Вре.мя заряда конденсаторной батареи, с 4Д 4,4 4,3 4,6 4,6 4,6.

4. Средний ток заряда, А 0,47 0,415 0,43 0,385 0,385 0,385

5. Расход эл.энергии на производство ч I рабочего цикла, 3,37 3,45 3,44 3,54 3,6 - 3,51

Продолжение табл.3

I

3

7

6. Количество рабочих гчнлсз з мнн/ч

7. Количество нмпулъ-ссз до разоупення индуктора," импульс

8. Стоимость :,атзрна-■ ла кндуктош,

руб.

9. Стоимость одного индуктора, руб.

10. Затраты по- стоимости индуктора на производство I вабсчего цикла* руб.'

11. Стоимость эл. энергии на пооиз-зсдство I оаЗо-чего цикла^

10"1 руб.

'12. Суиматжкз затрата (по п. 13, 12' на поокэзсдстео I ваВочего цикла'), руб.

5/300

23

4,5 45

5/300 550

3,3

50

1,96 0,С9

5/300 .5/300 5/300 5/300 4200 2960 16230 18300

I ' ~ 45

НО

0,49 0,49 55 55'

0,49 55

0,035 0,0185 0,00339 0,003

0,57 . 0,59 ' 0,53 0,6 0,61 0,6

1,3801 0,0501 0,0351 0,019 0,0035 0,00306

На основании анализа результатов экономического расчета следует вывод о тем, что кзи.мекьшуэ эксплуатационную стоимость пмезт индукторы, изготовленные из сталей. Для прс^ллекксго применения рекомендованы индукторы из сталей 60С23А и' 65Г.

4. СОЕЕАНИЗ КГ/ ДЛЯ ИАССОЗОГО ЛгШЗЗОДСТЗА

4.1. Конструктивные сссбеннссти магнитно-импульсных установок X магнитне-импулъекшл установкам (¡.¡¡ПО являющимися высоковольтным, высоксэнергетическим оборудованием, предъявляются требования

2

общетехнической направленности как к оборудованию высокой слокнос-' ти с повышенными требованиям! злехтробезспаснссти. Основными из них являются: стабильность технических, характеристик, возможность автоматизации и встраивания в автоматические линии, взаимозаменяемость элементов конструкций устаковск, рекснгодсегупность к ремонтопригодность, доступность и информативность элементов управления установками, компактность, небольшой вес, безопасность электрических ;и.:еха-нкческих блоков, наличие блокировок и заземлении, бесшумность з работе, удовлетворение требованиям по экологии.

Опыт использования магнитно-импульсных установок (МИУ), выпускаемых ранее 'единично или малыми сериями выявил ряд ж существенных недостатков.

К ким относятся:

низкая надежность работы и малин КЦЦ повысительнс-Еыпрямителъ-ных устройств, выполненных на основе селеновых выпрямителей;

неудовлетворительные электротехнические параметры конденсаторных блоков, включая ошиновки й конструкции их в целом;

частые отказы и выходы из строя разрядников, сложность и ненадежность системы подвига, отсутствие надежной схемы скнхрснизации;

недостаточные звукоизоляция и защита-рабочей зоны во время работы гШУ; . '

малая ремонтопригодность, преимущественнее использование в конструкциях ШУ индивидуальных узлов (разрядники, о-пмовня, системы подхига и др.).

Ниже изложены разработанные.автором технические решения, позво-■ лившие устранить указанные недостатки. Многие из них защищены авторскими свидетельствами ва изобретение и реализованы в гамме установок серии ЖУ-Т [г, 2, 3, 5, 31, 33-36, 51, 52 } .

Выбор того к.лл другого компоновочного и" конструктивного реше-

иия отдельных блоков и ¡'.ИТ/ в целом обусловлен их производительностью потребляемся энергией, условиями эксплуатации, надежностью п тсхнслс гическкм назначением.

4.1.1. Высоковольтное зарядное устройство (ЗЗУ)

Основные узлы ВЗУ - псвыиамщпй высоковольтный трансформатор и выпряли те ль/

В установках серии 1.Е5У-Т использованы серийнс-выпускаемые трансформаторы сдноразине с масляным охлаждением, показавшие себя доста--точно надекными в эксплуатации. Р "зряиктелк, пршеняегяге в данных ш: выполнены на основе кремниевых диодов Д232, Д248Б и др.,, которые благодаря малому сопротивлению имеют КПД = (ст 90 до 95) Диоды (выпрямленный ток до 10 А, амплитуда обратного напряжения до 500 В) соединяются последовательно, величина иунтирузощего сопротивления выбирается из расчета 10-15 кОм на каздые 100 В обратного напряжения. В;а-рямители монтируются на платах из оргстекла толщиной 4-5 мм [35]-

Оригинальной является компоновка ВЗУ, в которой узел выпрямителя располагается в верхней части трансформатора, подключается последовательно к высоковольтной обметке и заливается шелом вместе с трансформатором.

В известных конструкциях мПУ заряд емкостных накопителей осуществляется через высоковольтный трансформатор и еднезвеншй выпрямитель, что сникает КЦД заряда и не исключает самопроизвольны!! пробой одного из коммутаторов, приводящий к разряду на него всех емкостных накопителей и выходу его из строя.

Предложена схема ВЗУ (рис.16), позволяющач избавиться ст указанных недостатков. Количество цепей заряда в данной схеме зависит ст числа блоков емкостных накопителей.

Шюгозвенннй выпрямитель монтируется на стеклотекстслитсвых платах и помещается в металлический бак, заливаемый шелом, которое не только является дополнительным изолятором для днедев, но и схлак-

туг-Й—й"

VH V12

I № •-Й-Й-Г-Г. п

«¿г

-eCi

ы

U^i

q)

Рис. 16. Схема многозвенного псвысительно-выппя.мительного ' устройства для кнсгоблочных ЪШ

TV - трансформатор; VD^.VD- звено выпрямителя и однспслупериодный выпрямитель ссответственно; С,-Са - блок накопителей энергии; Ft-F - коммутатор; U - напряжение псджига; «L- индуктор.

дает их. Обычно выпрямители выполняют 4-8-звешшш в зависимости от числа нсдулей в

4.2. Плох накопителей энергии

Основные требования, предъявляете к высоковольтным конденсаторам для ¡/¡ИУ - низкая собственная индуктивность и способность выдержать большее число иетульсних разрядов.

В практике конструирования для соединения конденсаторных батарей используются ошиновки двух типов:

1) плоская малокндуктивная сшшсвка; ,

2) кабельная коаксиальная- ошиновка.

Выбор ошиновки 51 способа: подключения к разряднику зависит ст энергоемкости блоков, расположения в них конденсаторах) и технологического назначения \Ш.

Для определения ептииалыюго электрического зазора мездг шинами

1 33

были проведены экспериментальные залеры индуктивности и собственной частоты разряда блоков конденсаторов при изменении зазора мезду нш-

Рис.17. Графики изменения собственной частоты fee о. я собственной индуктивности ЛсоЪ. в зависимости от зазора между шикает и количества конденсаторов в блоке. ,

Установлено рациональное число конденсаторов в блоке с плоской оаиновкой - 8 шт., что соответствует собственной частоте разряда 16-17 кГц. В гамме установок серии ШУ-Т (учитывая необходимую электрическую и механическую прочность) принят зазор мезду шинами 1,5-2 иг. а в отдельных установках этой серии конденсаторы соединены последовательно-параллельно, что позволило повысить собственную частоту установок до 27 кГц.

Для удобства размещения,обслуживания узлов и блоков,а также для снижения индуктивности шогоблочных установок большой энергоемкости

целесообразно применять смешанную ошиновку, состоящую из коаксиальных кабелей и плоских шин - коллекторов.

' Однако выбор типа ошиновки в конечном итоге зависит ст конструкции блока емкостных накопителей и компоновки Есей установки.

Стремление создать шлокндуктквкке установки с высокой частотой разрядного контура небольшой энергоемкости и разработать установки большом энергоемкости (свыае 30 кйк) приводит к использовании большого количества параллельно работающее устройств, ыдакающих емкостный накопитель, ошиновку, разрядник, объединяема общей нагрузкой. Для создания таких'устройстз необходимо в зависимости от типа конденсатора и разрядника определить блок-модуль. Установки большой энергоемкости предложено компоновать в группы емкостных накопителей из таких модулей, а энергетический блок - полностью из групп, собранных на основе модулей. Модуль определяется величиной амплитуды разрядного тока емкостного накопителя, характеристиками разрядного устройства, удобством обслуживания, ремонта, замены вызедшх из строя элементов и комплектования в группу емкостных накопителей.

Применение в высоковольтных накопителях параллельно работающих

блоков-модулей позволяет повысить частотные характеристики установок,

/

создать надежные в эксплуатации установки большой энергоемкости.

Однако при очевидных преимуществах установок модульной конструкции имеются недостатки в существуицих конструкциях:

невозможность определения участия з работе каждого блок-модуля емкостного накопителя по наличию заряда или разряда его;

при потере емкости на одном из блоков невозможно скомпенсировать энергию без замены конденсаторов или необходимо увеличить напряжение заряда .всей установки;

отсутствие видимей информация о работе всех емкостных блоков

в заданных режимах (заряд-разряд).

Исключение указанных недсстаткрз обеспечивается тем, что в установка): Г.&Г/ новой конструкции, содержащей отдельные блок-модули емкостных накопителей, разрядные устройства и средства контроле рабочего напряжения в блоках емкостных накопителей, последние выполнены в виде подсоединенных к каждому блоку емкостных накопителей индивидуальных задатчиксв уровня энергии с индикаторными указателями ссс-тсяния " заряд-раз ряд", питаемы,® от нстсчншса постоянного тока и • объединенными!обдей схемой-для высвечивания заданных величин напряжения. Принципиальная электрическая схема предложезгной установки представлена па рис. 18 [зб]

Л ¥гн V "

Л. 1 л_

Рис.18. Принципиальная схема конттэсля состояния " заряд-раз вяд" конденсат огных блоков !<ЙУ б одновременным высвечиванием заданных величин напряжений.

Устройство, работает следующим образом: перегшяатели -г 5-ь в зависимости от числа блоков в емкостном накопителе, устанавливается положение, соответствующее величине выбранного зарядного напряжения для производства технологической операции. В процессе заряда блоков

емксстнсго накопителя С^ -г'С^ через делители напряжения, псдклзо-ченнне к базам транзисторов V Т£ т V Т (, протекает электрический тек, который с увеличением напряжения на конденсаторах увеличивается. При достижении заданного значения транзистор закрывает ся, чем прерывается питание реле 1К г 1К, которое откличает схему зарядки конденсаторов л одновременно свсимя Н.З; контактам! 1Кд; * 1К ^ подает питание - 220 3 на лампы Н О ^ ~ Н . При подаче питания на декатронах зажигается заданная переключателями

£> 4 цифра. После разряда емкостного накопителя через индивидуальные разрядники Я £ * ЯI. на ивдуктср " ^ " сокрываются транзисторы V Т}- т V Т ¡^ , чем обеспечивается включение реле 1К^1К . Цепь питания ламп разрывается Н.З.контактами реле 1К| :- 1К и докатрскы гаснут, что указывает на то," что всо блоки емкостного накопителя разрядились. С какдам циклом "заряд-разряд" работа схемы повторяется. : ■ . ■ . '

Если по'какой-либо причине не произошла зарядка одного из конденсаторных блоков, то один из индикаторных указателей ламп, связанный с зтим блоком, не загорится, оператор легко определяет'неисправный блек. Если же один из конденсаторных блоков не разрядится, то в данном случае одна из да,я, связанная с этим блоком, не погаснет.

4.3. Разрядник и подтагащеа устройство

В МНУ в качества разрядников используются трнгатрсны, игнитроны, тиратроны и другие механические коммутаторы тока.

В известных магнитно-импульсных установках разряд нескольких блокез емкостных накопителей на индуктор осуществляется с помощи

импульсов, сформированных разрядс.'-л одной, ешостн подшггащегс устройства с дальнейшим разветвлением на коммутаторы тока (тригатрош, -игнитроны). Недостатком таких установок является низкий КПД разрядного контура из-за отсутствия сикхронпзгидии разряда нескольких блоков б икос ткых накопителей энергии на сбщй индуктор. Причина этого -неодновременная подача подвигающих импульсов на управление ксм-лута-тсрами тока вследствие разбтэоса как кх параметров, так и йотазщу»-щих цепей н:,пульса псд:шга. / I

Для многсблочных устаисзск большой энергоемкости вевоз^ояно получить достаточную энергии лшулъсов псдаига с одной й'ср:л;ру1о:;ей емкости и синхронно подать её для правления двумя и белее хоьмута-тораг.и тока. Поставленная проблема решена созданием педнигавцего устройства, содержащего индивидуальные цепи формирования иьшульссв напряжения подката для каждого кс;.:,1утатора тога мнсгсблочкой установки. Количество цепей зависит от числа блоков емкостных накопителей. На рис.19 представлена схема разработашогс устройства подкига для блочной компоновки \5fiJ [ 51] .

ТУ, '»•?

Р! П

ы

—р иг

е-

Рис. 19. Схема подкигагащего устройства для шсгсблочнкх ШУ.

/

Трансформатор подалгакцегс устройства ТУ J перви-чной обмстксй подключается к сети переметшего напряжения. Вторичная обмотка трансформатора ТУ^ одним концом подключена к однопелупериодному выпрямителю УО , другой конец обмотки заземлен. Свободны;'! конец выпрямителя 1/0 подключен к тскоогранкчиваюдему резистору К , общему для всех конденсаторов индивидуальных цепей формирования импульсов подвига С1 _ 2» _ з< ••• > Си - п к^ср"9» в свс'0 очередь, подключены к поджигающим электрода:-! коы.утатсрсв тока Яр Я ... , ^п • Кскденсаторы С^р С^, , Ст являются блоками емкостных накопителей магнптне-имшульскон установки и разряглются коммутаторами! Яр Р 2', ... , Рп на индуктор I- . Кндкзэдуальиые цепи формирования имаульссз подвига собраны па типовых конденсаторах и резисторах.

Для синхронного разряда конденсаторов подкига сх _ р ••• ■ Сц _ п слукнт вспомогательный разрядник Р .

Предложенное устройство повышает ХЦЦ процесса разряда, что су- ■ цественко созывается при больших энергиях, обеспечивает высокую надежность к синхронность срабатывашгя коммутаторов тока при параллельном Еклшекшг модулей. ■

4.4. Конструкция и компоновка'установок серии г.МУ-Т

Созданные магнитно-импульсные установи! по конструктивному исполнению и назначению разделяются на следующие группы: универсальные, автоматизированные, модулыше и специального назначения ОШ с нагревом,).

Универсальные установки (ШУ-Т1, 1:Ш-12, '¡Ш-Т2Ю хонструхтив-■но ейермдани в едком металлическом корпусе, транспортабельны и не требуют специального фундамента при ментаке. Основная электрическая аппаратура и приборы, которыми они укомплектованы, серийно выпускаются отечественной прснкплекнСстко (рис.20) -[1, 2, 33 ] .

Л. с. 7S4855

VV? \

Î , < <

í-f <* w. 1 ^

if ^ t I ^^

A.c. 10533 72

• ^ - ^ - T7 c

A.c.775913

ЩШк

.'\.C. £24532 Л. с. 1073848

. ^¡хШЙВЩ']

—rç-'J , - •-

i f . И-

' Рнс.20. Маг hi тн с-1 п.отуль скн е установки: а - Ш- TI; ' б - М-5У-Г2; з - ШУ-Т2М; г _ ¡®У-Т3; Д - 1ШГ-74; е - )31У-Т5.

Установка УЯУ-Г1 (ряс.20,а) разработана с использованием импульсных конденсаторов ;-И7-5-Г40 с всздгсшм трех электродным разрядником. Энергоемкость 17,5 ддя, собственная частота 18 кГц, рабочее нгпрязегае 5 кВ. Ввиду низкой рабочей частоты .(3-5 кГц) применяется для обработки толстостенных (3-10 мм) заготовок из цветных металлов и сплавов. ■

Установи ШУ-12 (рис.20,б) з отличие от М1-1У-Т1 разработана на рабочее наполнение 10 кВ с воздуппам трехэлектродным разрядником в мкогсконтурнсм исполнении. Псвыыеше напряжения позволило полупить собственную частоту 27 кГц, чтс необходимо для обработки заготовок с тсяциясЗ стенки до 0,5 мм. Усггксвка нашла пироксе применение для сборочных и бсрмсобразуодк операции цзетных металлов и сплавсз.

Ка база установки :Ш-Т2 спроектирована и изгстсазена модернизированная установка й'<У-12;,1 (рис.20,в). Основным.ее отличие/,! ст \Ш-Тй является применение малсиндуктивных игнятроккьк вакуумных разрядников ИРТ-2, что обеспечило псвшение собственной частоты контура до 23 кГц при понпленил рабочего начря.жекнл до 5 кЗ. Кроме того, использование серппнс ва1ускае:,ыс тшрлдаихоз позволило значительно снизить уровень шума-при разряде конденсатор:-с:! батареи. 7с-'талсзяа «гида втсмглеяле для зылс-зтеняя сборочных, ссрмссбразугэцлх и сварочных операций различных .металлов л сплавов.

При разработке автоматизированных Ж/'учитывается требовашя к, компановке узлов и блсксв энергетической части и блока автолатизацнн, к условном безопасного обслуживания и удобства проведения наладочных работ, доступа к органа« улравле2шя и ¡а; достаточной информативнсс-ти. Тш автоматизированного устройства зависит ст конфигурации габаритных раз!.серсз обрабатываемых детален, транспортных устройств,

имеющихся з линии, ст расположения л крепления рабочего инструмента

«

(индуктора). 3 зависимости ст того, является индуктор стационар-

ныл 15.1:1 :.сс;;;ет бить отделен от установил всз:.;с:-лш разлт-пае направления в ссздашп1 автс:.атизмрсвшкнх устройств для

Представителя;.:;! серии гзто.чатизлрозакннх иалштнс-и^лульсннх установок являются: 1Ш-ТЗ, 1.3'Г/-Т4, 1Ш-Т5.

Установка Ж7-ТЗ (рис.20,.г) разработана на базе энергетических блоков установок и' я представляет собой едина*! энергс

тический блок (внпря:.зтельно-повн:с'лтельное устройство, ншульскне конденсаторы, игнитроны и схе;.;а управления), на верхней плите которого размещена конструкция блока автоматизация для выполнения работ по калибровке детали "конус" по оправке давлением к.лульснсго магнитного поля. ■ ' •

Из накопителя детали "конус" поштучно видается на устройство • перемещения, которое поочередно помечает деталь на справку, досылает з индуктор, калибрует по спразе импульсом давления, выгружает из индуктора л досылает в накопитель готовых деталей. Работа производится з наладочном автоматическом рейках.

Установка ,'лИУ-Т4 (рис.20,д)'разработана на базе ньспульсню: конденсаторов Мл-25-12 и пгнктронньк закуугакх разрядников ¡1РТ-2. Энергоемкость установки 60 кД:х, собственная частота разряда 80 кГц. Установка предназначена для обработка стальних трубчатых детагей и применена в сспснкс.м, для сборки стальных накскечннкоз с толщиной стенки 1,2-1,4 .чол на стальнуз оправку. Качество и стабильность получаемой сборка удовлетворяют всем техническим требоэашаа при 'работе узла в изделии.

Конструктивно энергетический блок установки Ш7-Т4 представлен в виде четырех блсксз-;.;одулей, в казздсм из которых размечены по четыре конденсатора ИК-25.-12, подключенных попарно на один игнитрон КРТ-2. Каждый блок-модуль имеет индивидуальную схему заряда н разряда конденсаторов, схе:.$у охяаядеквя и схему механической и электричес кой блокировок. Без четыре блок-модуля соединяются по параллельной

oxe.se на одни коллектор, через который разрядный ток поступает на рабочим индуктор, вынесенной непосредственно к блоку авторатизащи, который имеет накопитель деталей под сборку, устройство псагучксго съема деталей с накопителя и подачи их в индуктор для обвала наконечника, ыдачи нз индуктора, подачи и выдачи из ка-^упки размагнтгчи-вакня с гюследущей укладкой на Тшхстзятедь готовых деталей. Накопители сбсрудсваны патовым приводе:.} с наго;.-! перемещенля на одну детаоь.

' Пролзво.ртеяьксс'тъ установки 5-6 деталей з минуту. Установка сснаце-ка стасьным всдсохлаздае.'-.нм индуктором со стойкостью 20 тыс. кмпуль-ссв.

Наиболее ссгераеккые. технические решения залоаека в конструкции магннтнс-и.с.тул-сксй устансзки !ЖУ-Т5 (рис.20,е), которая ссна-• 1дена ретерным отелем с размеренными ка нем индукторами.

Количество индуктсрсз на роторном столе или на другом типе транспортного устройства, монет быть 2 и 'более з зависимости ст требсванк;5 технологии и оптимальных условий эксплуатации. сагрузха деталей, ьнгрузка и естественнее схлакде.нпе сящалей производится з процессе дйззнля индукгерез до заухкугсг-у шпелу. Технологический блок уста-кегкя снабжен подг^зка-л контактны:.';:! принимали, связанными с исполнительным механизмом, пезведяюдш агтолатагчеезе! взшкгть зла енйпз-чать индуктсрй ст и;:пу.чьснсго источника питания [2, 34, 62]

Разработанная к£гня?кс-;агзудьсная установка обеспечивает пел- ' кую меха-:пзац:го и автоматизацию процессов, значительно улучшает условия работы индукторов, повышает их надек-сстз и безопасность работы, легко мс:кет быть встроена з автоматическую линию, дает возможность педключеная в лабс:.з сочетании нескольких энергетических блоков на различных позициях. .

Предложенный принял построения гЕ?с;.;атдзирсзгкнсго оборудования с разделенным энеггетичеехкы блоке:.! и инструменте:.?, кстсрые объединяются при непосредственном дейсрмпрсвакии заготовок, открывает п;:-

рские перспективы для повышения производительности ШУ, совмещения операций контроле, нагрева ТВ;1. Основные принципиальные схемы размещения энергетического оборудования и транспортных средств с' индукторами приведены на рис.21 (а, б). „

ИИ

""■ЧМЙФ-

Ф 0 - <Л Г<У -:<У1

ЖрФ

б)

Рис.21. Принципиальные схемы оазмецения энергетического обсрудсзанпя и тсанслорткых спедств с икструмен-тсм.

а - схема МИУ с обработкой на 2-х позициях О.НУ+ШУ:

б - схема ШУ с магазином индукторов роторного тина.

В процессе работы установок в крупно-серийном и серийном производствах необходима быстрая замена вишедших из строя энергетически узлов (конденсаторов, игнитронов) без длительных перерывов для ремонта. Особенно это характерно для установок о количеством конденсаторов в энергетическом блоке 10 и белее, что затрудняет быстрый псиск пезревденнше элементов. Данная проблема решена путем компоновки энергетического блока из нескольких блоков-модулей. По принципу

блоков-модулей разработаны установки ШУ-Т4 и 'Мп7-ТК-1.

Установка ШУ-Т4 имеет 4-е модулями какдеа из которых размеце-ны но 4-е конденсатора па выкатнсй телелке. В случае выхода из строя конденсаторов, телека выкатывается из модуля и производится замена.

Установка ШУ-ТК-1 имеет 8 модулей по два конденсатора в каждом, что позволяет, имея запаской модуль заменять вышедший из строя модуль, новым. Кроме того, имея 8 модулей энергоемкостью 7,5 цйд, можно комплектовать- несколько типов установок с энергоемкостью кратной 7,5 уДд, т.е. 7,5 кДж; 15 кДк; 22,5 кДк; 30 кДд и т.д.

4.5. .Разработка методики расчета параметров систеш "//ШУ-икдук-■ тор-заготовка" для заданной технологии

Исходя из опыта применения факторных планов при проектировании процессов 1.№ и разработанной метода ¡си расчета технологических параметров [29] установлено, что энергоемкость процесса МИОМ зависит не только от каждого параметра в отдельности, но и от их взаимодействия и сочетаний. При этом установлено, что взаимодействие факторов является, как правило, нелинейным, что потребовало для моделирования использовать математические модели второго порядка.

для исследования влияния параметров систеш "ЖУ-пкдуктор-загстсвка" и определения рациональных параметров системы использован машинный эксперимент на базе разработанной те;,этической; модели [ 29] в сочетании с планированием эксперимента. При этом, на первом этапе решена задача выбора рациональных параметров технологического процесса на основе уравнений механики деформируемого твердого тела, а дапее уже перешли в расчету.энергетических параметров процесса и решению задач электромеханики, что позволило уточнить выбор м назначение параметров систеш "ШУ-индуктор-заготсвка".

Разработанный алгоритм решения вышеуказанных задач представлен ка рис.22. В алгоритме приняты следующие, обозначения (индекс "5 " - относится к заготовка, " и " - к индуктору):

^ НАЧАЛО )

Us, Рз, Уз, hj, di, 1з, Е, Ед, Ск, 7, Цп

CL

fp, ß, Po, Ад, Cil)ox

С [Г

fo = fp/V(l -I/„0

Co, Lo, Ко, AC, AL, AR

rG-

Uo « гЛл: h, Ь Ar ¿s) /(Co Kj72 7) Uoiriax = V(2 Ад /~[Со í;T) "

Синтез математсматпческон модели плана машинного эксперимента

ПйСД tt<l¡ымегрои ТСхиологнчсского процесса, заютоики

Решение задач механики, жестко-пластического тела

Определение eoGcrucmioii частоты МИУ

Определение ocjiouiiiJX пврамсгрои МИУ и митсрколса их ищП'Чротишя

Расчет энергетических параметров технологического процесса

Определение осноьпых параметрои индукторной системы » интервалов isx иарьироиончя

■10-

Ai, wi, Li, Ri, di, Le, Rc, Ми-з

jwp » У[ЩСо 1с) : (0.5 Rc/Lc):

l'acier электрических нарлмс^рои сисгеми -МИУ — индуктор — злготоика»

О и рсдслс п и с дсйспштсльной частоты разряда

Уточнение рабочей чистоты разряда

-13-1-;

1-Й сПи/с11 + с1(1з Мп-з)/сН = и КЗ 1з +с1(Ьз 1з)/сИ +ё(1и М1!-з}сК = О Рэм = 0.5 1з сИ-зЛ15 + !з 1н йМи-з /¿Б пь ¿Н/й? = Уо{?мЦ7л К 13 Ь3) - оь/К]

15-

Ьз, Из, Ми-з

.16'

ла 1 7"

[Г

Р, 1с, В, Э у

/(-•] -. —' Изменить 11А0И

' эксперимента ?

20-

"итт, \Vmax, Со, Ьо, 1чО ри, N31, Пи, 1ш

Прорерха окончания расчета лллиа эксперимента

Оценке сдекиатности иолучеиной математическом модели щюцсссл

Анализ уроииатй регрессии и оирсдсле-кис }>си>юнолы1ь:х и о рем строи системы

-21-

Печать результатов расчета

5>3 - предел текучести-'матерпала заготовки, Р - удельное электросопротивление материала, у - плотность материала, Ь - тсл1дина стенки, Б,с1 - диаметр, I - высота,

^р - собственная частота !.£'?/ л рабочая частота процесса разряда соответственно, £ - декремент колебании; I

Р0 - экстраполированное начальное значение давления импульсного магнитного поля на заготовку, ; Е , Ед - модуль упругости и динамически;} модуль упругости

материала заготовки, вк , - конечная и максимальная деформации заготовки,

Ад - работа деформирования заготовки,

q , - энергетический КПД процесса и КЛД передачи магнитной энергия в систему "индуктор-заготовка" соответственно,

С0 , Ь , К о - собственные емкость, индуктивность и активнее сопротивление мИУ, ДС , дЬ , дR - пределы изменения параметров, и0, итах - номинальное и максимальное напряжен;;« зарядки'

конденсаторной батареи, Л г - геометрический зазор (радиальный) медду индуктором и

заготовкой, Кн - фактор поля заготовки; М - число витков, лр , д I) , дИ , АН - интервалы варьирования параметров

индуктора,

А. и - глубина проникновения тсксв в индуктср и заготовку,

- собственная циклическая частота,' Ь , ЬчС - сум/арные индуктивность и сопротивление системы

"индуктор-заготовка", Ми-3 - взаимная индуктивность индуктора и заготовки, Ц)р - циклическая частота разряда, -1 - электрический ток, ...

Рэм - пснде'ромотсрная сила,

& - перемещение заготовки в радиальном'направлении, 1 - время,'

К - текущий радиус заготовки, та , \/0 - масса и начальный сбъем заготовки, \Г5 --скорость стенки заготовки в радиальном направлении, ^ , К - текущий номер опыта в матрице планирования и сбщее число опытов соответственно, Р - критерий Уншера для оценки адекватности полученного уравнения регрессии, _ критерий Стьюдента, В - критерий Бартлетта, Э^у - дисперсия опыта (воспроизводимости),

\Ут1п » и тт - минимальные значения энергии и напряжения заряд: рекомендуемые для данной технологической сперац; Остальные обозначения расшифрованы ранее.

Алгоритм '(рис.22) состоит из< следующих основных блоков: Блек 2 - используется для ввода и корректировки исходных данных

технологического процесса Я; Блоки 3 и 4 - служат для решения задач механики деформируемого

твердого тела .'•' и определения оптимальных режимов МШИ по технологическим критериям; Блекл 5 и 6 - в них происходит расчет основных параметров установки и интервалов их варьирования;

Блок 3 - служит для определения основных параметров индукторной

системы н интервалов их изменения; Блек 9 - в нем происходит синтез плана машинного эксперимента по разработанной математической /.¡одели, причем сложность и размерность плана зазисят от решаемой задачи - проектирование Ш/ или выбор установки для заданно]! технологии; Блоки 10-12' - служат для расчета электрических параметров системы "Л-ГДиндуктср-загстсвка" и уточнения действительней частоты разряда, полученной ранее при решении технологической задачи в блоке 3; Блоки 13, 15 - происходит расчет по составленной математической

модели процесса разряда •конденсаторной батареи ,МИУ-на икдукторнуа систему с заготовкой, причем на как- ' • дом шаге счета происходит уточнение электромагнитных параметров индуктора и заготовки с учетом движения последней; - 1

Блок 18 - служит для проварки адекватности модели и определения

значащих коэффициентов уравнений регрессии; Блек 20 - в нем происходит выбор и назначение рациональных параметров системы "'.■¡мУ-икдуктср-заготовка" на основе анализа регрессионных зависимостей; Блок 21 - служит для -вывода на экран и принтер или графопостроитель результатов расчета и выбора параметров системы в тексте- .■ еом и (или) графическом вариантах.

В дакнем алгоритме предусмотрен интерактивный режим работы пользователя на всех этапах расчета, особенно в блоках 9 и 20, которые не до конца формализованы, т.к. при их реализацш! применяются эвристические методы. Разработанная автором методика легла в основу разработки модульной установки ШУ-ТК-1.

5. 1ШШШ ЭЙ2К1ИШ0Ста ЬЙГНЙ'МО-КЛУЛЬОНОЛ ОБРАБОТКИ

I

5.1. Ыагзштнс-импулъсная обработка заготовок в нагретом состоянии

Практическую ценность предетавляет расширение технологических всзмоннсстен «МОМ за счет исследования возможности использования температуры нагрева заготовок из труднсдеаюрмкруемкх металась и едлазов, а тарке из традиционных с целью увеличения предельных степенен деформации и снижения энергозатрат [ 2, 19] .

При этем необходимо учитнвать, что певкшение температуры не только еншает сопротивляемость материала деформированию, но одновременно увеличивает актизнсе сопротивление (Р а ) обрабатываемой детали и снижает в ней величину индуктированного тока. Это, в свою очередь, уменьшает напряженность и магнитну» индукцию кагнитного пеля, воздействующего на заготовку. Следовательно, при внбере рени-ма обработки заготовки, необходимо знать и изменение механически и электрических параметров металла в процессе обработки.

Практика обработки металлов импульсным магнитным полем в нагретом состоянии показывает, что увеличение удельного электрическсг сспротавлення при нагреве до 500 °С сказывает относительно небольшое влияние на изменение индуктированного тока.

Выделение тепла в нагреваемой детали позволяет судить о распределении плотности индуктированного тска в ней и изменении коэффициента активного сопротивления (рис.23). При относительно большей (толстой) стенке трубы (зона I) активнее сопротивление трубы не отличается от активного сопротивления сплошного цилиндра. Когда толщина стенки грубчатой детали становится соизмеримой с глуби ной проникновения тока, наличие внутренней полости вызывает увели чение плотности тска (зона II) за счет отраженной электромагнитной

волны. Нагрев становится глубинным, равномерным по сечению и КПД достигает максимума. При дальнейшем уменьшении тслцины стенки начинает сказываться явление прозрачности трубчатой детали для электромагнитной еслиы. Чем выше частота тока, тем быстрее падает индуктированный тек в трубчатой детали (зона Ш). По максимумам зоны П определяется оптимальная частота тска дач нагрева полых цилиндров [?

г"отк. - сопо1

3 о

Ч.'отн,

Рис.23. Характер изменения активного сопротивления нагреваемой трубы.

Пределы оптимальной частоты тска для относительно короткого индуктора можно записать:

1,25 Ю7Р

^ ср ^ *

■ ^ о.мэр^'

5 Ю7 Р

°Р Яср Ь К

( 7 )

где Р

удельное электрическое сопротивление материала трубы

= —^—- средний 'радиус системы; И - толщина стенки трубы; Я, - внутренний радиус индуктора; Кг . - наружной радиус ¡¡агреЕаексй трубы.

При очень ксрсткш:1 индукторах, когда ( /б ) -з» оо г коэффициент К стремится к нулю и псрмула мсг.ет дать завшеннуи частоту тска, малую глубину проникновения тока ( Д ), т.е. она становится ненадежной. Поэтому необходимо считать, что критерием примошшосто формулы является соотношение д К >

При КЫО;Л К1ЭД определяется как отношение работы пласлгческсп деформации Ад^ и накопленной энергии V/«, 1.&Г/:

ё

ДСП)

100

( 8 )

Для погашения КПД следует выбирать таксе значение накопленной энергии, которое ссстветствует минимально необходимей, достаточной для получения требуемой работы пластической деформации. Уменьаезше накопленной энергии У/о )Ш, необходимой для дейсрмирсвашя заготовки, межт быть достигнуто за счет увеличения частоты разряда, что вызывает уменьшение глубины проникновения тска в заготовку и увеличение давления шготтнеге поля.

В процоссз проведенных экспериыеитз-лышх исследований и шшо-нерних расчетов построены номограммы (рис.24, 25).

Рис.24. Нснограмга определения удельного сопротивлегаи /Э я глубины лрошкновення гола д при нагреве заготовки из тшллчных г/атешадсв.

Piic.25. Hc;,icrpa!.i,a определения основных параметров мзгжтао-улщулзснсй установки и процесса дагшгенс-эдпуль ской обработки ряда материалов ' с площадь» боковой поверхности S - 120 см^.

Анализ нсысграш н экспериментальных данных по раздаче нагретых заготовок из материалов": медь, алхзошЯ, Ст.20, Ст. 10 с различней толщиной стенки и температуры нагрева показан, что обработка нагретых заготовок из материалов с высокой электропроводность» (медь, атаминнй л др.) апйективпа практически для лвбей тслцшш стенки заготовки, для заготовок о шзкей электропроводность:;) Деталь, титан и др.) толщина стенки обрабатываемой заготовки должна быть не менее 2 мл при частоте разряда 10-30 кГц.

Дяя дейср:лгосван:м толстостеншх заготовок (у которых толщина стснкк значительно превышает глубину проникновения поля в металл) в нагретом состся.зш предложен новым способ [ 50 ], заклвчакщкйся в тем, что нагрев демермируемен заготовки осуществляется со стороны, противоположной прплсмеппэ давления' м.пулъснсгс магштного поля па глубину, не белее толифим заготовки за вычетом ее скин-слоя.

I '

Это позволяет снизить сспрстивлеппо материала деусрмпрсвашга основной ¿»сон металла сохраняя неизменными электрические параметры про" цеоса обработки как в холодном ссстсяш-ш.

Для реализации процесса ¡.агнптнс-пмпульснсй обработки нагретых заготовок, необходим компактный выссконадеяшй шдуктор, сочетающий в себя возможность индукционного нагрева заготовки с последующим ее дейор.'лнреваниом -импульсным магнитим полем. Автором разработаны' [ 41, 39 ] конструкции индукторов, позволяющие последовательно вести нагрев и делермлреванпе заготовки без ее первые- -щепия в едней и той не рабочей зоне. На рис.26 показал индуктор, позволяющий вести шпштнс-икпулъснузэ обработку с предварительным нагревом одной конкретно взятой детали, состоящий из плоской спирали Ш0;.'1 и цилиндрической спирали ТВЧ, индуктивно связанных общим концентратором магнитного поля.

' Рис.26. Индуктор МИО совмещенный с обмоткой ТВЧ. I - концентратор; 2, 3 - спирали; 4 - изоляция; А - полость; а - паз; б - отверстие-. '

Ряс.27. Универсальный гадуктор ТЗЧ + ¡.-510 сс. сиеишл блс:;о;л "¡■:сице;:тра'Хор-сб;.;ст;-:а ¡.аЮ" ; ^

I, б - спирали; 2, 4 - концентратор; 3, 7 - креплегае;

5 - заготовка

■ На рис.27 показан универсальный кндуктсо,. псзватаочий обрабатывать с нагревом целые группы деталей. Зтс достигается использованием в кснстрз'кцня сменного кслценгратсра маг;шт:чсго поля с размещенной на мел рабочей спираль;:) :ШШ, пря этом обмотка ТЗЧ не шкя-етсл.

Разработан н изготовлен унязсрсалыай шдуктср, ссвкещаоди!! обмотки ;лРГУ и 1ВЧ. Па рис.28 представлен индуктор, у которого сб-мстка 1ВЧ - Г размещена па овеем отдельном концентраторе 2, а обмотка \Ш - 3 на концентрат сре 4.

Рис. 20. Цнлшцфкчесюй ссваещеюшЗ гаадуктор со

сменной вставкой ¡,$У; , I - обмотка-ТЗЧ; 2 - концентратор; 3 - обметка ШУ; 4 - ксщентратор; 5 - изоляция; 6 - экран; А - полость

Ксщслтратори 2 и 4 изгстсззлезш так, что кгутрешшй деаиетр кслцептратсра 2 является посадочным размером для наружного дпамст-ра индуктора ШУ в сборке (концентратор 4 с равноценней ¡за кем. обмоткой 3) с учетом изоляции 5 ме.дпу з;зз.\ы тслщннсз'з в I ;.а. Концентр; торы имезэт полости А для прохода схлаядаадэй ведо, обмотка 'ЛИ с наружной стороны. зацицезза зззелкденным кс;;;ухом 6.

/ 1 }1нду;стср ;.ИУ а сборе лззляется смешшм элементом и мс;;;ет быть

зшленен любим другзгл аддуктором, специально изготовленным для определенного дз;а.метра обрабатываемой детали и длины зоны оба:ма в пределах гаиарззтнен шести кснцептратсра. 'Отличие работы ззндуктсра от списанных" ранее ссстопт в том, что нагрев дегалзз в зоне обработки производится двухступенчатым концентратором.

В результате посведенззых экспериментальных работ на установках ¡.ШУ н ТВЧ определилась возможность испслъзсван-зя некоторых ' • особенностей установок ТЗЧ дтя упрощения устаззовок 'Ж.

Предасл'ьсзза Ml ЗУ, сснащеззная индуктором ТВЧ, где рель повышающего тра-зсусрматсра 220/10000 В вшзелняет дополнительна! (третья) ебметка, вклзочезшая в цепь заряда кснденсатсрнсй батареи 1,ИУ (рис.29) [54]. '

Рис.29. Принцз-зппалькая схема устансвзаз, созмецащая ¡.•Ж и 134 с питанием зарядной цепи ?.2ГУ от дополнительной обмотки ТВЧ

Нагрев заготовки перед де.гср.мпрсванпем производится индуктором <Ц , который питается-сг преобразователя Т34. Обмотка Лг , являясь вторичной обмоткой повышающего воздушного высокочастотного транс форматера по отношению к индуктору о1, , повышает выходное напряжение до величины максимального напряжения конденсаторной батареи мИУ. Таким образом, при нагреве заготовки индуктором напряжение, снятое с обметки I преходит через выпрямитель Д , тсксограничиваю-цее зарядное сопротивление и контакты промежуточного реле РЛ для заряда конденсаторной батареи Сг до заданного рабочего напряжения. Рост напряжения на емкости С2 контролируется задатчиксм урсв-ня энергии ЗУ, который при достижении заданного значения отключает Р.

После нагрева заготовки источник питания Т5Ч отключается контактором ХЯр обеспечивая тем самым включение разрядника ?, который разрякает ксндексатсрнуэ батаре;э С^ на рабочий индуктор !ЛЙУ <=Ц . Импульсный ток, преходя по индуктору , создает достаточно .мощное электромагнитное поле, которое деформирует уз;е нагретую деталь.

Аналогичное техническое ребенке [47] установки ШГ7 с 134 пред лскено по а.с. £ 320043 для случая последовательного включения индук .терев 1Ш и ТБЧ в процессе нагрева заготовки (рис.30).

с

г

Рпс.ЗО. Принципиальна! схема установки с последовательным включением индукторов 'Ш и ТьЧ.

На рис.31 представлен индуктср-грансйсрматср для одновременного нагрева деталей и заряда кснденсатсшсй батареи ;.ИГ/ с последующим обнимем детали в одной и той ке зеве без перестановки. Источник питания ТВЧ подключается кобметке I, в результате чего тс-ксм, наведенным в конденсаторе 2, производится нагрев детали. Од-• повременю током, наведенным в ебметке 3, производится заряд кон/ депсатсрнои батареи ШУ до заданного иапршхешя. Обштка 4 являет- ся рабочим кндукторои установки :.-ИУ и при раздаче па нее импульсной конденсаторной батареи наводит тек в'концентраторе 2, электромагнитное ноле которого обличает нагретую деталь [ЗЗ]

Рис.31. Гащуктср-тракефф^атор для :ШУ, совмещенной

с 134; *

I - ебмотка; 2 - концентратор; 3, 4 - обмотка.

5.2. Пагкитпс-ш.шульская сварка деталей Наряду с формообразующими и сбсрсчш&м сцеравдяи! иаганткс-. импульсная обработка используется для получения сварных неразъемных соединении однородных и разнородных материалов. Процесс свари осуществляется за счет преобразования кинетической энергии мотаемой заготовки в тепловую энергшо в зоне соударения деталей, а такме протеканием вихревых токов в материала):, что приводит к ■■ локальному интенсивному нагреву н расплавлению контактных поверх-

нсстей сседаняе;,ск деталей с образованием птаеркзталтиднсй прослойки [4, 5, 21, 23] .

. Авторам предложена методика теоретического расчета температуры материала в зоне соударения при мдг;ига:о-пшульсной сварке [ S ]. методика учитывает кехашпесхие л йлзнчеекпе свойства свариваемых материалов, геометрию исходных заготовок, параметры магнитного пеля и скорость соударения в зона cr-аркз. Экслсрлменталь- • нал проверка предложенной методчки прсизводилась методом легкоплав-

I

кпх вставок - индикаторов' размещенных в зоне соудареияя на детале-- справке. В гачестве индикаторов прнмеця.шсь чистке металлы

8, Р е , Zn , Sâ, -Лб , Я су • Бале уотаиовжио, что расчетное значение температур с дсстатсчклй гсчнсстыэ согласуется с результатами экспери;лента. Таим образец расчетная методика позволяет осуществить выбер технологических параметров процесса сварки.

Реализация процесса сзаркл традядаенны/.-ы мс-тсда'.л требует значительных энергетических затрат, что ирпнодит к необходимости создания ШУ большой энергоемкости (до 100 п белее кДм), а такке внсскопрочиых индукторных систем, что в целом сюсаает эффективность метода. «5Ш при сварке.

Автором предлсмени ряд способов и устройств, позволяющих npoiu водить сварку деталей без пезншення энергоемкости суцествущкх маг-1штис-шяпулъс1шх установок [40, 42, 43, 45, 43, 49 , 53 ].

Для дополнительного разогрева свариваемых деталей в зеке контакта за счет сил трения предложено устройство [ 53 ] которое работает следующим образом (рис.32).

Привариваемое кольцо 5 устанавливаю! па оправке с исмсщъю педвпмных уперев Г, выступами 2 автоматически центрируют его стне-ситзлыю справки с обеспечением концентричного зазора ме;;ду sityr-оей поверхностью кольца 5 и наружной поверхность» справки 4. Коль-

Рис.32. Принципиальная технологическая схема сварки кольца с вращающейся оправкой

цо 5, таким образом, свободно размещается внутренней поверхностью на острых кромках Еыступов 2 без "терцового контакта с упорами I.

На индуктор 3 подают первый импульс, и магнитное поле деформирует кольце 5 с одновременным нарезанием пазов на острых ребрах выс тупов 2 .с цепью удержания от совместного вращения с справкой 4 после предварительного обжима. •>

В сеязи с теи, чте после первого импульса давления кольцо 5 контактирует с вращающейся оправкой 4 и удернивается от совместного вращения выступами 2 на упорах I, происходит взаимный разогрев трущихся поверхностей за счет сил трения. После достижения на трущихся поверхностях заданной тег.шературы создают окончательный сварочный импульс давления с одновременным отводом подвижных уперев I от сб-ватего кольца 5.

По другой схеме обработки [ 40 ] метаемую заготовку вклшают в разрядную цепь последовательно с индуктором (рис.33).

Рпс.ЗЗ. нршщштналъиая технологическая схема сварки деталей с включением их в последовательную) цепь с индуктором.

Випря«атсль I для заряда емкостного лакепктеля 2 сседаяои с разрядник см 3, вмоченнш в цепь шдуктсра А, неподвижная загстсв-1са 5 и метаемая заготовка 6 размерены внутри индукгора 4, при этом метаемая заготовка 5 вклшепз разрядную цепь псследсгатсльпо с тщуктсром.

При вклачеши разрядншга 3 происходит разряд емкостного накопителя 2, предварительно зардненнего ст выпрямителя I, на индуктор 4. При протекании переменного тока по индуктор у создается переменнее магнитное поле, которое наводит вихревой тек в заготовке 6 и, взаимодействуя с полем этого тока, создает электродинамическое ' усилие, приводящее к деформации заготовит 6. Благодаря тему, что заготовка 6 вклинена в разрядную цепь последовательно с индуктором, по ной протекает соевой ток, который создает вокруг нее азимутальное поле, ссздащсе дополнительнее обаатне заготовок, ото повышает КЗЙ процесса за счет снижения потребной оиергкп установки в 1,2^1,4 раза.-

Для позышеакя эСОеклвдюста и КПД процесса предложен спсссб сварки [ 49 ] дспслнзтеяьксго нагрева сваряваешх поверхностей за

счст прспусшппя импульснсго Г cica ПС кольцобсг.у 'виступу в зеке сварки (же.34).

Рис.34. Принципиальная технологическая схема сварка деталей с сплавлением кольцевого выступа.

lía свариваемой заготовке I выполняют кольцевой выступ.2 и располагай! его в контакте со второй заготовкой 3. Собранные заготовки пемецшот в рабочую зону индуктора 4. При разряде конденсаторной батарея 5 через разрядник 6 разрядный тек преходя! по кару;:: ней'заготовке 3, затем через кольцевой выступ 2, расплавляет его и далее по заготовке I на индуктор 4, магнитное пело которого обижает нарудную заготовку 3 в зоне, расплавлеии кольцевого выступа, осуществляя сварку заготовок.

Благодаря каш-гако кольцевого выступа па одной из свариваемых заготовок, контактирующего со второй заготовкой, расплавляющегося в момент разряда, происходит разогрев и счистка свариваемых поверх постен в тонких поверхностных слоях, создавая на них кыдкий слой

металла, искшзчаэдй образование сзсгсной плозии з-:а сварзззаешх поверхностях, что позволяет ясклкгать операции вакуую1рсваз-1з:я зазора между заготовками, т.е. отказаться ст системы вакууг.з1ровання, услогглкадсЗ оборудование. Кроме того, отпадает необходимость пред-варззтагзьззсгс нагрева свариваемых поверхностей, что повышает КЦД процесса.

Зжсктивзшм техтлссюсд рсиснисп пезвеляшда значительно езш-

зкть энергетические затраты :-.Е1У з процессс спаркл, является непель-зезанне опергзвз разряд;-; его теза, для дугового разогрева сспрлмен-зшх поверхностей деталей непосредственно в зазоре в процессе свар-кп [42, 43, 45, 48] . •

. Псдлех'лщпе сварке детали собззразэт телескспическп и помещают в индуктор, вклзчекзшй в цепь установки для магзштнс-импульснсй обработки я сварке материалов. Одновременно с зарядкой емкостного накопителя установки одну из деталей приводят в движение (вращение) или продельное перемещение. При разряде енкостасго накопителя установки зза згндуктср в ¿ютаезлсЗ детали наводятся з-шду-ктз-зревгш-пый ток, приводящий к возникновению элекгрсмагшш-шх давлезшй на деталь, велотниа которых возрастает за счет дополнительного впхре-вего тока ст двквегшя деталя з магнитном поле. Пли подлете метае-исЗ} загстсвкз! к друге:! детали величина воздушного зазера ггедду сварпваешми деталяш постоянно 'уменьшается. При оптимальном зна-

чеззшг зазора происходит пробей этого зазора л осуществляется раз/

ряд дополнительного емкостного накешзтеля, взстзчепного параплель-нс свариваемым поверхностям, непосредственно на соединяемые поверхности. Цеаду 3131.МИ веззпзкает электрическая дута, способствующая счз;ст;се поверхностей ст сюзсных пленок и других загрязнений, а тазоле приводящая к активации поверхностных микрообъедюв материалов.

' ПсЕЫиезвзе элективное™ традзщиеззных и вышеперечисленных спс-

ссСлп? сыти возискыо за счет. снижения влияния волн разгоузкн всззкиа&дех » роно сварки при иьзпульсис^ колебательной мапря;:;е-Ш L 45] -

При разряде основного школихедз ка сслопсэд на пргкегеазфтэ к нему метаемую деталь деЛстаует 1шульснс8 элекгромаггвагиое давление, реализуемой в пластическую деформации метаемо"; детали и ее ссудорзш) с неподвижной деталью. При этен амплитуда к длительность разряда накопителя выбирают с «паи условием, чтобы метаемая деталь л случила шшбояымге перемещение, в конце первого полупериода кйяульснего разряда тона. В результате соударения в свариваемых деталях возникают волны нагрузит, приводящие к образованию сварного соединения.

На поверхности раздела вслед за волнами нагрузки появляются

волны разгрузки. %эект разгрузки проявляется по истечении времс-- 2. 5 "

ни, равного - , .где S и С - тслцкна и скорость звука

соответственно в белее тонксм из ссуцарящихся материалов.

Спустя определеннее время через блок автоматического регулирования производят допслаательвыН разряд ка соленоид.

При ото;.; возникают дополнительные волны нагрузки, гасящю вслш разгрузки

5.3. ;у!агштио-импульспая naiaica деталей

В /¿аиинссгрсенил широко используются уз.ш деталей, к которым предъявляется внеекпе требования ji с герметичности. Традиционно сборка таких узлев осуществляется сваркой или пайкой. Исисльзова-¡ше ьагкиткс-импульснсй обработки позволяет повысить качество узлов и автоматизировать процесс is: сборки в ссчзташщ с пайкой.

Пс предложенному споссбу [53] (рис.35).'

I

на схватываемую деталь телескопического ссединення наносят припой, производят предварительный шщукционный нагрев зоны соединения охватывающей детали до температуры визе те:.шературы плавле-

Рис.ЗЬ. Пршщипиальная технологическая схема пайки деталей с предварительным нагпевсм припоя 1ВЧ и псоледузхдк.м с&ашсм Ш10.

I - обшибаемая деталь; 2 - деталь-оправка; 3 -^припой; 4 - индуктор ТВЧ; 5 - индуктор ЬйУ.

ни припоя, а схватываемой детали - до температуры ниже температуры плавления прззпоя, собираит детали л осуществляет лзагкитнс-импульсксе обяатие труб при одновременном вращензш схватываемой трубы воз-руг ее продольной оси.

Использоназазз данззсго способа пайки обеспечивает снижение брака на 15-20 ловыменио'производительности в 2,5 раза (за счет одновременного нагрена смещенных деталей).

л'агнзшю-кгязульсная обработка используется для повышения зйрек-тивности ззшилллрнсй пайки. Для этого по предложенному способу [ 44]

I

через ванну на лидкнй пр;;лой воздействии давлением импульсного электромагнитного псля. Лри этом значительно увеличивается как высота подъема припоя в зазоре, так и скорость паз1ки. Припой равномерно распределяется по всему капиллярному зазору, обеспечивая получение плотного паяного соединена.

6. ЛИШЕ! ВНВДРЗШЛ ТВХНОЛШКВСШ ПРОЦЕССОВ ЫНШ

6.1. Сборочные операции " Применение импульсного магнитного поля в сборочных операциях позволяет при небольшое конструктивных изменениях мест сопряжения деталей и узлоз, не ьлияюцих на их функционирование в изделиях, зна-читапьно снизить трудоемкость изготовления, дает возможность автоматизировать и механизировать процесс сборки, а в некоторых случаях является единственно везме;хным методом получены качественного ссе-диненил.

Ниже приведены примеры использования разработанных установок и результатов исследований, выполненных при непосредственном учас-тш автора, по отработке и внедрению технологических процессов- применительно к сборочным операциям, получаемым ебккмом.

...Особую группу представляют неразъемные соединения к которым предъявляются повышенные требования по усил""'0 разъема и герметичности [22] . Детали "дне-цилиндр", деляны быть собраны таким образом, чтобы усилю их разъема в процессе функционирования уз.ла составляло от 5 до I ■ Ш . В то ке самое время необходимо сохранить герметт ность узла при внутреннем давлении воздуха до 0,2 г-.Ша. "дно" изготавливается из ашэмкниевеге сплава В95И, материал "цилиндр" - ал.о-мкниевый сплав А/.^гб. Классические методы сборки деталей типа "дне-цилиндр" резьбовые псверхнссти, склеивание, закатка роликом не обеспечивают стабильного получения заданных требований, при относительно высокой трудоемкости.

В процессе экспериментальной отработки технологии сборки ЖОМ применялась различные дополнительные элементы: герметик УТ-34, резиновые кольца, смазка на основе ШАТЖ-221. Окончательно конструкция соединения деталей "дно-цилиндр" и технологический процесс сбор

ки отработан с использованием резинового кольца и смазки мест сопряжения на установке :,?ИУ-Т2.'.-1. Энергия обжима цилиндра с оставили 3,7 кД , На установке :.КУ-Т1 проведен обним медных кслец толщиной 2-3 к. на стальной корпус диаметром 25 и 30 мм в кольцевую канавку шириной 8 мм и глубиной I мм с накаткой на дне. При энергии деформирования 7 кЕя кольца.были плотно пссакены в канавку, полностью повторяя рифления на дне [ 6 ] . Ранее эта операция выделялась обжимом на механических прессах за два хода с поворотом на 20-30 0 в приспособлении кулачкового типа. Наличие следов от сбжлаемах кулачков на нарухшсй поверхности ыедного•кольца требовало дополнительных припусксв на механическую обработку, что значительно сникало коэффициент использования металла.

Детали "сбечайка-фланец" собраны на установке ШУ-Т2Ы энергией 1,8 кДн. Материал фланца Д16Т, наружный диаметр з месте сспрянешм 63 ш, материал сбечейки - сплав А.'.'1г2И. Толщина стенки1 мм. При сборке метали обечайки продавливался в две кольцевые канавки ишри-ней 5 мл и глубиной 1,2 мм, Быпслнешше на фланце. Одновременно с продавянванием выполнялось 6 штамповок для фиксирования от пропорота пластмассового кольца, вставляемого в обечайку до упора во фланец. При испытаниях на разрывной машине сборка выдергивает осевое усилие до 4000/H . ^

Особенно белылей интерес представляют технологические процессы сборки деталей,' изготовленных из стали. Наин проводились работы по сборке обжимом стальных труб диаметром 38 мм, толщиной стенки I ш по стальной справке. На оправке вытачивались протечки шириной 3 мм и глубиной I ли на расстоянии друг от друга 8 мм.

Исходя из тслцины обминаемых стальных труб и глубины проникновения тока высокой частоты в сталь, необходима рабочая частота разряда 13 кГц. Этим условиям удовлетворяет установка ЙИУ-Т4 с собствен-

ней частотой 80 кГц.

Сборка деталей производилась прл рабочем напряжении 15 кЗ, что соответствует энергии 12,5 к&к, с рабочей частотой разряда 20 кГц.

Псслз сборки узел подвергался контрольной проверке па разрывной машине ГСЫ-20. Контрольные требования чертежа 17 кН.

Б процессе испытания происходил разрыв стальной трубы в различных 'местах при нагрузке 32.>-36.';,кН. Во всех случаях каких-либо формоизменений в области сборки не'происходило.

Технологический процесс получения неразъемных соединений сталь-пых деталей по стальным справкам получил наибольшее распространение и внедрен на 4-х изделиях в кассовом производстве с производительностью до 2,0 тыс.деталей в смену на автоматизированных установках ШУ-Т4.

С целью повышения срока службы индукторных систем и прочности собранного узла было предложено разместить концентратор магнитного давления непосредственно на сбзжаемсй детали, в виде прямоугольного выступа, расположив его над протечкой [ II, 32, 46 ] . Выступ-кенцентратор вытачивается заодно с телом сблжлаемсй детали при ее механической обработке. Взаимодействие с ним индуктора дает тот же эффект, что и концентратор магнитного поля - создается максимальное давление в зоне минимального зазора между обжимаемой деталью и рабочим инструментом (индуктором). !

Креме того эксперимент показан, что выступ-концентратор может

7

служить дополнительным силовым элементом конструкции, обеспечивающим повышение прочности соединения. Сборка деталей "трубка-крестовина" проводилась спиральным индуктором, рабочая зона ко!горсго расточена с учетом, конфигурации обжимаемой детали.

На детали размещен выступ-концентратор высотой 1,6 мм и шириной 2 мм. Величина рабочего напряжения 7,2 кБ, запасаемая энергия 7,25 гЛж, рабочая частота 14,5 кГц. Ширина претечки на деталп-справ-

из принималась равной . - 4 мм.

Испытания полученного узла далл результаты, превышающие контрольные технические требования.

Взамен получения узла "стакан-дно переходное" по резьбовым поверхностям на эпоксидном компаунде внедрена технология сборки на установке ;.йУ~Т2 с использованием ныступсв-кекцентратсрсз магнитного давления на обнимаемой части "стакана". Материал "дна переходного" - В95Т, "стакана" - Д16Т.

На стакане высота выступа-концентратора равна I ил, ширина 2 км, тслдина деформируемого материала на кромках канаЕки I мм, ширина канавки псд Еыступом-кснцентратсрсм равна 4 мм при её глубине I мм. Наилучшие результаты по усилию сдвига, скручиванию И герметь"ч-нссгл^ получены при энергии 6,5 дЦ;к, с рабочей частотой - 14 кГц. При этом Рсдв1та = 5000... IQOOO при заданием 6000. H , ;,fKD '= 8,0 V.. 12- при заданном 5- -_Н -м. При проверке вездушшм давлением 0,05 ?.'Па соединение деталей герметично.

С использованием концентратора магнитного давления внедрена технология получения разъемного соединения с заданным усилием разъема деталей "дно-цилиндр" материал обминаемой детали А'Лгб, детали "дно"' - 325Т. Толщина стенки I мм, высота выступа-кснцентратсра I мм, ширина одного выступа I «мм, ширит 2-го выступа 2 мм, ширина проточки псд первым Eueтупом 2 мм, псд вторым - 4 мм, глубина протечек I им. Для сборки применялся ¡.ксгсеитксеыи спиральный индуктор с числом витков 4 и шириной витка S мм. Для обеспечения заданной герметичности при давлении воздуха 0,3 лЯТа на сопрягаемую поверхность цилиндра наносился лак ,'í 67. При энергии 3,6 кЛд и рабочей частоте разрядного контура 14,1 кГц было обеспечено качественное соединение деталей "дно-цилиндр". Усилие разъема при этом составило от 5. до 8.. кНм (при заданном 4 ). Все узлы герметичны при проверке давлением воздуха 0,3 ¡.'illa.

Экспериментальная сборка деталей "дно-стакан" осуществлялась ка установке ШУ-12. Наружный ддажтр дна 53 ни, телцзша стеши 3 ш, материал Л!.т5. Дефсржруешй стакан изготовлен из .материала A\îr2, с наружный даештрои 60 ж и тслцинсй стойки I ш. Иирика зсш совряаення 12 .мм. Сборка осуществлялась о&ошсм стакана в кольцевую канавку шириной 4 ад н глуйшой I мм. При .энергии сборки 1,5 кД-;< металл стакана продавливался в канавку, обеспечивая герметичность за счет острю; кромок кольцевой канавки до 0,075 ¡Ша и усилие разрыва до 4 к H . данный технологический процесс внедрен в массовое производство, на автоматизированной установке роторного типа ;Д1У-Т5.' Прсизвсдагельность - 5 дет/мин.

6.2. Сварка

■При соответствующей" технологии'удаления скксной плешаг с поверхности сспрягаешх деталей (ххшгческсй, механической, здекгрс-дугевой и др.) и празилыюм шбере технологических параметров (зазор, угол, толщина стенки деталей, давление магнитного поля) вез-ысхна магнитнс-Ц'.шульсная сварка в месте сопряжения деталей [42, 43 ] •

На установках ШУ-Т2 произведена сварка Емпульсзшм магикгнш полем заготовок из сплава АДЕ;] с нарухошм диаметре;..! 10 ш и тсл-вдхнсЯ стснкн I мм. Оперная деталь представляет собой трубку диаметром 6 мм и толщиной стенки I мл из меда ИЗ. Энергия, необходимая дня получения сварного соединения - 7,3 гДк.

Полученные сварные узлы нспыхывалисъ на впбрспрсчнссгь п герметичность и показали хорсиие результаты в сравнении с существующей технологией торцевой контактной сварки.

G.3. Зсрмообразупщле операции

Отработаны и внедреш технологические процессы получения детали с кольцевым (поперечным) зкгом (исходная заготовка трубы 60x2 и.

методом раздачи мнсгсзитксвым индуктором многоразового действия в стальяу» разъемную матрацу на установке М-ГУ-П. Ширина зпга 6 мм, конечный диаметр 66 т; коэффициент раздачи 1,01; энергия деформирования 7,5 кДх.

По сравнению с выполнение:,] этой операции раскаткой роликом па токарном станке производительность при магниткс-лмпульснсй обработке повысилась в б раз.

Ка установка ЖУ-И отработана и внедрена технология деформирования средней и концевой части труб из сплава Д16.-Л. Наружный диметр исходной заготовки 50 мм, тслцпна стенки 2,5 мм, конечный диаметр трубы 40 мм, длина деформируемо;; зоны для концевой части 60 и, а для средней части - 120 км. О блюл производили на металлэтескую оправку. Коэффициент сбмима составил 1,25. Потребляемая энергия для дефсрмирсЕзния кс'кцевои части 'т-рубц 3,5 кдд, средней части - 15 кДк.

6.4. Калибровка

Автоматизированная установка ШУ-ТЗ создана специально для выполнения калибровочной операции детали "кснуо" 'после пслучензя его методом ротационного выдавливания из медного кружка и пром-эмутсчно-гс отжима. Производительность установки 5 деталей в минуту.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И В1ЯЮД11 ПО- РАБОТЕ ' '

В диссертационной работе излскеян Еиаслиепнш автором результаты исследований к решена крупная научно-техническая проблема по

: , -' I ~ ■

создании принципиально нового технологического оборудования для магнитно-импульсной обработки металлов, разработаны новые, экономически обоснованные индукторы и индукторные системы, предложены и внедрены 'высокоэффективные, ресурсосберегающие, экологически чистые тсх-кслсгнческле процессы получения изделий методом обмима или раздачи трубчатых заготовок для весового прйЗЕОДстеа.,

Теоретические исследования направлены на создание научной основы, технологического обеспечения процессов №10?,i, которые учитывают анизотропию мехаштческих свойств материала, параметры давления /.-¡аг-китного поля и характер его распределения в зоне обработки. .

Б результате проведенных автором научных исследований получены следующие научные результаты: _ • ■

1. Разработана основанная на теории пластического течения Мк-зеса-1иляа и изотропном степенном и скоростном упрочнении шшенер-ная методика расчета параметров процессов ШШ тонкостенных трубчаты заготовок. Анализ процессов поперечной зкговки труб, продольной риф товки, раздачи и обхай концевой части трубной заготовки показал, что в технологических процессах, в которых образующая заготовки в меридиональном направлении не меняет своей кривизны в процессе формоизменения большие степени деформации при постоянной величине давления магнитного поля достигаются для тех материалов, у которых

I> I- Для процессов, в которых кривизна в меридионалт

ном направлении изменяется значительно, -аналогичный результат достигается для материалов, у которых Гт и имеют минимальные значения. "

2. Разработаны методики по определению анизотропии' и механических свойств материалов при динамическом кагрухении. Установлено наличие значительной анизотрории трубчатых образцов, приведены кол чествениые характеристики ащз о тропки и кривые упрочнения для шире ко применяемых материалов при обработке МИОМ.

' 3. Показано, что импульсный ток распределен по -сечении витка неравномерно, максимальная токовая нагрузка сосредоточена на остры кромках рабочей поверхности сечения витка..С целью более равномерн го распределения токовой нагрузки по рабочей поверхности витка, пр лшены рациональные форды кх'сечения, что позволило значительно пс высить стойкость индукторов и индукторных систем.

4. Установлено, что основной причиной разрушении индукторов является возникновение трещин на. рабочей поверхности витка, причиной которых является неоднородность материала, термосиловое циклирс вание в сочетания с электродинамическим взаимодействием токов в области трещины. Даны рекомендации по поЕЫшешю стойкости индукторов, которые сводятся к выбору материала, чистовой механической и термической обработке, исктаченип различного рода концентраторов механических: и тепловых напряжений, режимов эксплуатации, сшвгяащих величину нагрузи! и цикличность её приложения.

Ьйервые доказано целесообразность использования в массовом производстве стальных точеных индукторов из сталей типа 65Г и 60С2ВА, достигнута стойкость более 20 тыс.рабочих импульсов.

5. Предложен модульный принцип компановки энергетического блока магнитно-импульсных установок большой энергоемкости, для обеспечения надежной и стабильной работы которых, реализованы новые технические решения: выпрямительного устройства с индивидуальными цепями вкпрялешгя; синхронизации разряда л контроле состояния "заряд-разряд" для отдельных конденсаторов и модулей.

6. Для обеспечения требуемой производительности и повышения срока службы индуктсроа созданы азтсматкзирсвашые ЬШ с испсльзева нием роторно-кснвейерного принципа подачи индукторов в зону сбрабс ки.

7. Показано, что в условиях массового производства проектирование необходимо осуществлять псд конкретную г^хнологкчемсу» операцию, при этом выбор параметров индукторной системы и оборудовг ния необходимо" осуществлять по разработанной математической модели функционирования.системы "Ч.ОТ-индуктор-заготовка" на основе совместного решения электромагнитных и механических уравнений в сочетании с факторным планированием эксперимента и последующего анализ«' полученных регрессионных зависимостей.

8. Проведено теоретическое и экспериментальное исследование целесообразности предварительного нагрева заготовок перед магнитно-импульсной обработкой- Установлено, что эффективность предварительного нагрева заготовок увеличивается с ростом тслцинн стенки заготовки, что позволяет нести обработку на низких'частотах разряда.-При малых толщинах заготовок температурный рекам .'обработка существенно зависит от частоты.разрядного тока. Более низким частотам соответствует меньшая температура обработки. Созданы индукторы и ЫИУ, псз-волящпе наиболее эффективно осуществлять предварительный индукцион-кый нагрев заготовок непосредственно в зоне обработки.

9. Для интенсификации процессов csapic-i и пайки, повышения качества сварных и паяных сседцвеш-1й предложен ряд новых технических решений, использущнх принципы вращения, возвратно-поступательного движения, пропускания токов по обрабатываемым поверхностям с одновременным наложением давления импульсного поля в зоне обработки.

10. Результаты проведенных исследований и предложенных технических решении использованы при внедрении различных технологических процессов магнитно-импульсной обработки на базе, созданной с использованием результатов исследовании автора серии кагнптнс-ш-пулЬскых/установок: ШУ-Ц, ЫНУ-Т2, ?ЛЕ1У-Т2М, ЬКУ-ТЗ, ШУ-Т4, Р.ШУ-Т5. Зто позволило не только снизить трудоемкость изготовления, высвободить металлорежущее оборудование ь производственные плсцади, сэкономить электроэнергию, но и повысить эффективность работы и качество получаемых узлов и деталей.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОШШЯ Д-ЮСЕРТАДШ 01ГЛЖЕ0ВА1Ш В РАБОТАХ:

I. Тапалаев А.К., Псдливаев 1С.В. Магнитно-импульсная обработка металлов// Москва, ЦШШИ, 1975, 135с.

2. Тадалаез А.д. Индукторы к установка! для магниткс-импулъснс). обработки металлов// Москва, НТЦ "Иш?.сритехнЕка", 1532,144 с.

3. Талалаев А.д., Чибисов З.Н., Филигарсв KUi. Расчет и кскстр ироваиие ьагнитно-ишульсикх установок н спыг эксплуатации их в прс изводстве/ Тезисы докладов Л Зсессвзнсй конференции ШХЗ, Харьков, 1873.

4. Епечурин В.П., Ковалев С.¡vi., Талалаев А.К. Продольный удар по экспснекцл&Еьнсму стер.'кню/ сб.Технология тиинострсення, Тула, 1974, с.31-35.

5. Чибисов Б.¡Т., Страхов В.И., Талалаев А.К., Логачев Ю.Г. Оборудование для магнпгпс-импульспсй обработки металлов и его технологические всзмскнссти/ Передозсй производственный опыт, 8,

1974, с. 13-23.

6. Псдливаев ¡О.Б., Талалаев А.К., Зилигароз D.M.', Чибисов Б.П. Сероштаи 3. Беспресссвая сборка ведущих поясков с корпусами/ Научно-технический бюллетень 3 10, ^/.ссква, ЦШЕШТМ, 1970, с.23-34.

7. Талатаев А.К., Чибиссв Б.П., Коновалов A.B., Епечурин В.П. "агнитнс-импулъсная обработка металлов с совмещенным высокочастотным нагревом/ Научно-технический бюллетень И 3, ¡¿ссква, ЦНИШПН,

1975, с.23-29.

3. Ляпсил Г.3., Галалаев А.К,., Чкбасоя В.П., Соболев Ю.С., Епечурин В.П.- К вопросу, о расчете температуры материала в зоне соударения при шгштио-нмпу ьсной сварке и штагжсвке/ Сборник ТПИ "Технология машгнсетрсення"• Был.38, Тула, 1375, с.6-9.

9. Талалаев А. X., Кресо II.Г. Экспериментальное исследование условий работы индуктора при ИШ/ Сборник ИИ "Технология машис-стрсения", Зып.38, Тула, 1375, с.118-125.

10. Короткой В.А.,, Талалаев А.К. Испытания на анизотропию труб чаш образцов/ Сборник Ш, Бып.4, Тула, 1077, с.52-63.

11. Талалаев А.Х., Яковлев С.П., Чибиссз Б.П., Коновалов A.B.,

Новый метод соединения трубчатых деталей с помощью магнитного поля/ Научно-технический бюллетень й 4, Москва, 1977.

- 12. Талалаев Д.К. Пути повышения стсйксстп индукторов при магнитно-импульсной об;абсткс/ Журнал "Передовой производственный опыт й 3, Москва, 1977, УДК 621.3.044.06, стр.48-51.

13. Талалаев А.К., Макарова Л.Л. Динамика процесса раздачи трубчатей заготовки в магнита с-нмпу.лъсн см пеле/ Сб.ТИМ "Работы по механике сплошных сред", Тула, 1977, с.116-124.

14. Бучинский В.В., Тазалзев А.К., Чибисов З.П. Причины разрушения ипдукторез при гагнитно-хшульснсй обработке металлов/ ¿урнал "Лередсвсй производственный спит Л 2", Москва, 1973, с.44-47.

15. Талалаев А.К., Павлов В,А., Логачев Ю.Г. Индукторы для магнитно-импульсной обработки трубчатых деталей/ "Оборудование и технология для импульсном обработки металлов давлением", НШ.Т, Казань, 1977, с,41-42.

16. Яковлев С.П., Кухарь В.Д., Талалаев А.X. Раздача тонкостенной цилиндрической анизотропной трубы в кольцевую цель/ Журнал "Известия ВУЗов", ;«ашиксстрсеиие :» 10, Москва, 1973, с.128-132.

17. Яковлев СЛ., Кухарь В.Д., Талалаев А.К. 0б;ш;л тонкостенной цилиндрической трубы в кольцевую цель/ дурнал "Известия ВУЗов", ¿¡ашинсстроеше Л 8, 1,'ссква, 1980, с. 111-114.

18. Талалаев А.К., Чибисов В.П. "К вопросу выбора материала индуктора для ¡.Ж// Куриал "Передовой производственный опыт й I", Москва, 1381, с.33-35. • -

19. Короткой В.А., Ыалекичев Е.С., Талалаев А.К. Определение параметров магнитно-импульсной установки при обработке металлсв/Сб. ТШ "Исследования в области пластичности и обработки металлов давле нием", ТУла, 1977, с.63-73.

20. Талалаев А.К., Яковлев С.П., Кухарь В.Д. Температурные условия эксплуатации индуктсрсв при магнитно-импульсной сбрабстке/Сб.

ЧГ/ "Импульсное наг руке на е конструкций", Вып.9, Чебоксары, 1973, с.58-69.

21. Талалаев А. К., Яковлев С.П., Цыпина H.H., Иванова Э.А. Анализ качества сварки разнородных материалов давлением и импульсным магнитным поле;// Журнал "Передовой производственный опыт", й II, Москва, 1930, с.8-9. ' .

22. Чибисов В.П., Яковлев С.П., Талалаез А.К., Кухарь В.Д., Шевелев А.Б., Смеликов В.Г. Получение магнитнс-клпудъсннм методом герметичных соединений с заданным усилием разъема/ лурнал "Передс-всй производственный опыт 4", Москва, 1979, с.41-43.

23. Талалаез А.К., Иванова Э.А., Цьшнна ¡.LH. Оценка удельных усилий при холодной сварке давление),!/ Журнал /'Передовой производстве ннй опыт й 8", Москва, I960, с.П-12.

24. Кухарь В.Д., Чибисов В.П., Шевелев А.Б., Тазалаев А.К. Обжи концевой части тонкостенной трубчатой заготовки импульсным магнитим полем/ Сб.ЧТУ "Выссксвсльтна1! импульсная техника", Вып. Чебоксары, 1900, с.86-91.

25. Таласа ев А.К., Яковлев С.П., Кухарь В.Д., Маленчев Е.С. Влияние технологических параметров процесса раздачи .трубчатых заготовок на величину давления импульсного магнитного поля/ Курная "Передовой производственный опыт" а 9, Москва, 1931.

26. Кухарь В.Д., Талалаез А.К., ¡Лаленичез Е.С. Расчет технологических параметров процесса раздачи анизотропной цилиндрической тонкостенной оболочки импульс шш магнитным полег// ßd.Iffil "Исследования в области пластичности- и обработки метам ев давлением", Тула, 1973, с. 70-77.

27. Талалаев А.Х., Белкин A.B., Овчинников A.C. Влияние параметров процесса копирования методом давления на качество рельорографических микрофильмов/ Сб.труцов ТШ, Тула, IS-36.

20. Маленлчев Е.С., Талалаев А. К. Магнитно-импульсная штакпов-

ка тонкостенных деталей призматической форш из трубчатых заготовок Тезиса докладов Всесоюзного совещания секции ffiOi/1, Самара, IS9I, с.32-33.

"23. Талалаев А.К., Проскуряков Н.Е., Максимов А.Н. Разработка математических моделей функционирования МИУ с учетом взаимовлияния механической и электрической частей системы/1Тезисы докладов Всесок ного совещания секции ШОМ, Самара, 1991, с.54-55.

30. Талалаев А.К., Яковлев С.П., Кухарь В.Д.'Высокопрочные индукторы для магнитно-импульсной обработки металлов/ Тезисы Всесога-ного совещания "Расчет, проектирование, технология изготовления, эксплуатация индукторных систем", Тула, ТулПИ, I9S8, с.44-47.

31. Проскуряков Н.Е., Талалаев А.К. Вопросы проектирования и

• перспективы применения магнитно-импульсных установок/ Международны;

• конгресс "Конверсия, наука, образование", Тула, IS93.

32. Коротков В.А., Талалаев А.К., Яковлев С.П. Штамповка узла "силовой тяги" импульсным магнитным полем/ Тезисы научно-техническ конференции "аффективные'технологии и техническое перевооружение л тейнсго и кузнечно~шта»лповочнсго производства с учетом конверсии и ■в условиях перехода на рыночные отношения", г.Суздаль, 1993,с.24-25

33. Талалаев А.К. Перспективные направления развития и севера; ствования магнитно-импульсных установок./Сб."Исследования в облаем теории, техколегш и оборудования штамповочного производства", г Л IS92, с.I19-128 (УДК 621.983.044.06).

34. A.c. 824532, СССР, В21Д 26/14. Установка для магнитно-импульсной обработки/Талалаев А.К., Чибисов В.П., Филин Е.Г., Заявл< 07.03.79 г., бюллетень Х> 16, 1981.

35. A.c. 775913 СССР В21Д 26/14. Магнитно-импульсная установ: Логачев ¡О.Г., Чибисов В.П., Талалаев А. К., Шаламов И.О., Заявлено 8.12.78, Вол. К 32, 1980.

36. A.c. 794855 СССР В21Д 26/14. Установка для иагнитно-ишу ной обработки металлов/Талалаев А.К.,Чибисов В.П., Логачев Ю.Г. За

лен о 17.01.79 г., бвд. й 32, i960 г.

37. А.с.826616 СССР В21Д 26/14 Устройство для магнктнс-импуш ной обработки/. Талалаев А.К., Чибисов В.П., Логачев Ю.Г., Страхов I Бурвиксв А.Н. Заявлено 08.10.73 г., бюл. J5 16, IS8I г.

38.. A.c. S26SI9 СССР В21Д 26/14 Индуктор для магнитно-импульс: обработки/ Талалаев А.К. Заявлено 21.03.79 г.,- бюл. й 16, IS8I г.

и другие авторские свидетельства:

39. A.c. 3IS059 49. A.c. 702616

40. A.c. 626519 50. A.c. 75 8623

41. A.c. 325772 51. A.c. 1053372

42. A.c. 479339 52. A.c. I073S48

43. A.c. 5216S9 53. A.c. 1053403

44. A.c. 550783 54. A.c. II25847

45. A.c. 601830 55. A.c. 1064530

46. A.c. 611354 56. A.c. I145539

47. A.c. 82GOiS 57. А..с. II5S202

48. A.c. 6 772С6 53. A.c. 1434644