CC BY
47
УДК 621.3.014
НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО ПРИТЯЖЕНИЮ ЗАДАННЫХ УЧАСТКОВ ТОНКОСТЕННЫХ СТАЛЬНЫХ ПЛАСТИН
Ю.В. Батыгин, профессор, д.т.н., А.В. Гнатов, доцент, к.т.н., Д.О. Смирнов, аспирант, ХНАДУ
Аннотация. Предложено конструктивное решение по повышению эффективности устройства для магнитно-импульсного притяжения листовых металлов. Проведенная апробация экспериментальной модели показала её практическую действенность.
Ключевые слова: магнитно-импульсная обработка металла, индуктор, источник мощности, устранение вмятин, рихтовка, деформирование.
ЕКСПЕРИМЕНТИ З ПРИТЯГАННЯ ЗАДАНИХ Д1ЛЯНОК ТОНКОСТ1ННИХ СТАЛЬНИХ ПЛАСТИН
Ю.В. Батигш, професор, д.т.н., А.В. Гнатов, доцент, к.т.н., Д.О. Смирнов, асшрант, ХНАДУ
Анотаця. Запропоновано конструктивне ршення щодо тдвищення ефективност1 улашту-вання для магттно4мпульсного притягання листових метал1в. Проведена апробащя експери-ментальног модел1 продемонструвала гг практичну д1ю.
Ключов1 слова: магттно4мпульсна обробка металу, iндуктор, джерело потужност1, позбав-лення вм 'ятин, риштовка, деформування.
EXPERIMENTS ON ATTRACTION OF SET AREAS OF THIN-WALLKED STEEL PLATES
Yu. Batygin, Professor, Doctor of Technical Science, A. Gnatov, Associate Professor, Candidate of Technical Sciences, D. Smirnov, graduate, KNAHU
Abstract. The constructive solution for efficiency increasing of the device for sheet metals magnetic pulse attraction is suggested. The conducted test of the experimental model revealed its practical effectiveness.
Key words: magnetic-pulse treatment of metal, inductor, power source, dents removing, straightening, deformation.
Введение
В последнее время все больше внимания уделяется вопросам магнитно-импульсной обработке металла [1, 2]. Разработки инструментов для магнитно-импульсного притяжения листовых металлов инициированы, например, производственными операциями
по реставрации кузовных покрытий легковых автомобилей и корпусов самолётов. Здесь речь идёт о восстановлении поврежденных металлических поверхностей, т.е. производится удаление вмятин, появившихся по тем или иным причинам в процессе эксплуатации. Причём, как показывает опыт, наибольший интерес вызывает возможность приме-
нения так называемой внешней рихтовки без разборки корпуса и нарушения существующего лакокрасочного покрытия [4].
Анализ публикаций
Фирмой Beulentechnik AG (Швейцария) [4] предложены механические способы внешней рихтовки вмятин в автомобильных кузовах, рис. 1. Однако их практическое осуществление требует очень высокой квалификации исполнителя и не обладает достаточной надёжностью с точки зрения сохранности ремонтируемого элемента. Наиболее реальными для практики представляются разработки магнитно-импульсных комплексов для внешней рихтовки корпусов самолётов, проводимые на протяжении последних 35 - 40 лет фирмами Boeing и Electroimpact (США) [5]. Физическая сущность предложений сводится к использованию «медленного» и «быстрого» магнитных полей.
Рис. 1. Инструменты для рихтовки вмятин в автомобильных кузовах фирмы Беи1еп1ееЬшк АО
Для практической реализации данного предложения необходимы два источника электромагнитной энергии, достаточно сложные высоковольтные системы управления и синхронизации генерируемых токовых импульсов. Эти факты существенно снижают надёжность работы комплекса для устранения вмятин в целом и значительно увеличивают его стоимость.
Задача о притяжении листовых металлов с помощью силового воздействия со стороны электромагнитных полей может быть решена также и с использованием самых разнообразных технических решений, выдвинутых в разное время разными авторами и отличных
от вышеупомянутых предложений фирм «Boeing» и «Electroimpact» (США). К таковым, например, можно отнести различные вариации способа, описанного в монографии [6] и заключающегося в создании медленно нарастающего магнитного поля, резко прерываемого при достижении заданного уровня напряжённости. При этом в обрабатываемой заготовке наводятся вихревые токи, экранирующие внутреннее поле и препятствующие его уменьшению. Направление индуцированных токов таково, что возникающие электродинамические усилия притягивают заготовку к индуктору, вызывая её деформирование.
Принципиальная действенность индукционных индукторных систем, основанных на взаимном притяжении проводников с одинаково направленными токами, проиллюстрирована в научных публикациях [7, 8]. Практической апробации подвергалась одновит-ковая цилиндрическая конструкция с двумя одинаковыми листовыми металлами, один из которых играл роль дополнительного вспомогательного экрана и жёстко закреплялся на диэлектрическом основании. Второй лист представлял собой заготовку, подлежащую деформированию. Оба листовых металла располагались симметрично по обе стороны витка индуктора. Источник мощности - магнитно-импульсная установка МИУ-10 с запасаемой энергией 10 кДж. Рабочая частота составляла ~ 3,5 кГц. Под действием сил притяжения заготовка деформировалась по форме внутреннего окна индуктора. Проведенные эксперименты ограничились лишь вытягиванием заданных участков до образования выпуклостей на её поверхности. Их результаты показаны на рис. 2.
Рис. 2. Образцы стальных листов, деформированные притяжением заданных участков: № 1 - электротехническая сталь, № 2 - оцинкованное железо
Устранение полученных деформаций притяжением в данной конструкции индукционной индукторной системы оказалось малоэффективным. Основная причина - ослабление электродинамического взаимодействия токов экрана и заготовки вследствие увеличения расстояния между ними.
Из проведенного анализа следует, что проблема магнитно-импульсной рихтовки является актуальной, но пути её решения только начинают развиваться. А это, в свою очередь, открывает массу возможностей для их создания, модернизации и усовершенствования.
Цель и постановка задачи
Цель настоящей работы - анализ, предложение и экспериментальная апробация решения по увеличению эффективности магнитно-импульсного притяжения листових ферромагнетиков
Исследование индукторных систем
Для достижения поставленной цели был исследован целый ряд индукторных систем. В ходе проведенного анализа [4] как наиболее эффективная и легко (с технической точки зрения) исполнимая выбрана цилиндрическая индукторная система, схематическое исполнение которой представлено на рис. 3.
Рис. 3. Схемотехническое решение цилиндрической индукторной системы: 1 - одно-витковый индуктор; 2 - вторичная обмотка; 3 - первичная обмотка
Такая конструкция индукторной системы была изготовлена. Её основные элементы представлены на рис. 4, 5. В качестве основного исполнительного элемента магнитно-импульсного воздействия взят цилиндрический индуктор конического профиля (рис. 4) В качестве источника мощности использовалась магнитно-импульсная установка МИУС-2, которая разработана и создана лабораторией электромагнитных технологий на кафедре автомобильной электроники. Внешний вид установки МИУС-2 представлен на рис. 6.
Рис. 4. Индуктор
Рис. 5. Цилиндрическая индукторная система
Рис. 6. Установка МИУС-2
Магнитно-импульсная установка - МИУС-2 имеет следующие технические характеристики:
- работа от сети ~ 220 В;
- зарядное напряжение до 2 кВ, запасаемая энергия до 2 кДж;
- собственная частота ~ 10 кГц, в комплекте с согласующим устройством ~ 1 ... 2 кГц;
- частота повторения разрядных импульсов до ~ 10 Гц.
Для проведения эксперимента были взяты образцы обшивки кузова автомобиля фирмы «Субару» толщиной ~ 1 мм. С помощью созданной магнитно-импульсной установки были получены деформации на взятых образцах обшивки кузова автомобиля. Потом эти образцы перевернули так, чтобы центр образовавшейся лунки совпал с центром отверстия конического индуктора, и произвели втягивание уже существующей лунки в поверхность.
Отличительная особенность экспериментального оборудования и проведенных экспериментов от ранее полученных результатов состоит в следующем.
Силовое воздействие на заготовку со стороны индукторной системы носило кумулятивный характер в результате многократного повторения. Получен результат на цилиндрическом согласующем устройстве - индукторной системе (ранее подобный результат был получен на дисковом согласующем устройстве).
Проведенные эксперименты дали позитивные результаты в области притяжения тонкостенных листовых металлов. С помощью магнитно-импульсных технологий, реализованных в соответствии с представленными конструктивными особенностями индукторных систем, можно провести рихтовку поврежденных элементов, как кузовов автомобилей, так и обшивки корпусов самолетов.
Выводы
Из проведенных экспериментов следует, что:
- предложенный вариант индукторной системы может как создавать деформации в листовом металле, так и устранять их;
- сформулированное и апробированное предложение можно рассматривать как одно из возможных конструктивных решений по исполнению реального рабочего инструмента;
- практический вариант индукторной системы должен предусматривать прочностные показатели, необходимые для надёжной
эксплуатации в течение заданного рабочего срока.
Литература
1. Батыгин Ю.В. Расчет электродинамиче-
ских усилий в индукционной индукторной системе с неферромагнитными массивным экраном и листовой заготовкой / Ю.В. Батыгин, А.В. Гнатов // Електро-техшка i електромехашка. - Харюв : -2009. - № 4. - С.56 - 59.
2. Батыгин Ю.В. Импульсные магнитные
поля для прогрессивных технологий / Ю.В. Батыгин, В.И. Лавинский, Л.Т. Хи-менко ; под общ. ред. Ю.В. Батыгина. -2-е изд., перераб. и допол. - Харьков : МОСТ-Торнадо, 2003. - Том 1. - 288 с.
3. Туренко А.Н. Импульсные магнитные по-
ля для прогрессивных технологий. Том 3. Теория и эксперимент притяжения тонкостенных металлов импульсными магнитными полями : монография / А.Н. Туренко, Ю.В. Батыгин, А.В. Гна-тов. - Харюв : ХНАДУ, 2009. - 240 с.
4. Batygin Yu. Direction Change of the Force
Action upon Conductor under Frequency Variation of the Acting magnetic Field / Batygin Yu., Lavinsky V., Khimenko L. // Proceedings of the 1-st International Conference on High Speed Metal Forming. March 31/April 1, 2004. Dortmund, Germany. - P. 157-160.
5. Шнеерсон Г.А. Поля и переходные про-
цессы в аппаратуре сверх сильных токов / Г.А. Шнеерсон. - Леншград : Энерго-издат, 1981. - 200 с.
6. Батыгин Ю.В. Электродинамические про-
цессы в цилиндрической индукционной индукторной системе для магнитно-импульсного притяжения листовых заготовок / Ю.В. Батыгин, А.Ю. Бондаренко, Е.А. Чаплыгин // Авiацiйно-космiчна те-хшка i технолопя. - 2007. - № 11(47). -С.1 09-117.
Рецензент: А.В. Бажинов, профессор, д.т.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 16 апреля 2010 г.
