Научная статья на тему 'Исследование электродинамических характеристик процесса обжима цилиндрической заготовки одновитковым индуктором'

Исследование электродинамических характеристик процесса обжима цилиндрической заготовки одновитковым индуктором Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
80
40
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ИНДУКТОР / МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ / ЗАГОТОВКА / ОБЖИМ

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Желтков В. И., Кухарь В. Д., Киреева А. Е.

Представлены исследования электродинамических характеристик процесса обжима цилиндрической заготовки одновитковым индуктором.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Исследование электродинамических характеристик процесса обжима цилиндрической заготовки одновитковым индуктором»

УДК 621.983.044.7.001.24

В.И. Желтков, д-р физ-мат. наук., пр°ф., (4872)33-24-88, glob4361@mail.ru, (Россия, Тула, ТулГУ),

В.Д. Кухарь, д-р. техн. наук., проф., зав. кафедрой, (4872)35-18-32, Vladimir.D.Kuchar@tsu.tula.ru, (Россия, Тула, ТулГУ),

А.Е. Киреева, канд. тех. наук, доц., (4872)35-18-32, kirealena@yandex.ru, (Россия, Тула, ТулГУ)

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЦЕССА ОБЖИМА ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЗАГОТОВКИ ОДНОВИТКОВЫМ ИНДУКТОРОМ

Представлены исследования электродинамических характеристик процесса обжима цилиндрической заготовки одновитковым индуктором.

Ключевые слова: индуктор, математическая модель, заотовка, обжим.

На бае разработанной математической модели [1], которая позволяет описать электродинамические процессы в системе трехмерных тел, разделенных непроводящей средой, были проведены исследования обжима цилиндрической заготовки одновитковым индуктором, конструкция которого представлена на рис.1, а геометрические размеры витка индуктора приведены на рис. 2.

Е

34

60

34

Рис.1. Конструкция одноеиткоеого индуктора: 1 - токопуоеод;

2 - рабочий виток; 3 - бандаж;

4 - шпилька; 5 - заготовка

Рис. 2. Геометрические размеры витка одноеиткоеого индуктора

Принималось, что виток индуктора изготовлен из стаи 65Г, которая имеет следующие физические характеристики:

ч-9 Ом х м

- удельное сопротивление, 10

- теплоемкость, Дж/ кг х К

- плотность, кг/м3........

- модуль Юнга, ГПа........

....80

..380

.8430

200

- коэффициент Пуассона..................................0,34

Материал обжимаемой заготовки АМг2М принимался упругопластическим с линейным законом упрочнения и имел следующие характеристики:

- удельное сопротивление, 10~9 Ом х м...................47,6

- теплоемкость, Дж/ кгх К................................280

- плотность, кг/м3......................................2700

- пластический модуль, ГПа...............................0,6

- модуль Юнга, ГПа........................................80

- коэффициент Пуассона..................................0,34

Геометрические размеры обжимаемой заготовки являлись следующими: наружный диаметр 57 мм, толщина. 1,2 мм и высота 38 мм, длина обжимаемого участка 6 мм.

Для реализации математической модели была разработана интерактивна программа в среде MathLab 7.0, интерфейс которой обеспечивал: загрузку геометрических и физических параметров процесса; назначение сценария исследования; интерпретацию результатов в виде серии полей (лини уровня) изучаемых физических величин: скалярного и векторного потенциалов, объемных токов и пондеромоторных си.

На рис.З приведен интерфейс программы._______________________

ЕТ)_СгарЬ_1пЬ

: §

Расчет электродинамического состояния системы "Индуктор ■ заготовка"

— Загрузить задачу из файла -

Материал индуктора - медь, уд. электропроводность 5.448* 10Л7 1 /Ом Материал заготовки - алюминий, уд. электропроводность 3.297*10А71/Ом Воздух - уд. электропроводность 3.623*10Л31Юм

Пояснения к задаче (произвольный текст)

Размеры системы, м Наружный диаметр индуктора Внутренний диаметр индуктора Наружный диаметр заготовки Внутренний диаметр заготовки

Высота пакета Ширина зазора

по нар. диаметру индуктора, м

— Файлы для сохранения: -------

Сетка КЭ(*.тез)

Параметры сетки------

Количество узлов по радиусу индуктора Количество узлов по радиусу зазора Количество узлов по радиусу заготовки Количество узлов по высоте

Количество узлов по углу ,

исключая зазор

(зазор - последний слой К Э)

Параметры импульса Амплитуда, В 10000

Длительность, мкс 1

Форма - полусинусоидальная

Р Параметры прообразования Фурье : Кратность диапазона частот га Узлов в диапазоне д

Матрицы задачи (*.та1) Результаты (*тез, \mres): Файл за грузки задачи (*.ізк)

— Вычисл./Сохр. П Матрицы

Г~| Поля токов и сил

Вычислить

Сохранить

: Управление визуализацией - Вид графика: —

Выход

(*) линии уровня

О по времени

О Сетка КЭ 0ТО«

0 Сила

О Скал.потенц. О Вект. потенц.

|— Компоненту: — ® радиальную

0 осевую

0 окружную

— Поле в сечении: —

© мередиональном, угол (град): 0 осевом, высота (м):

Номер момента времени:

Время, мкс:

Точек для вспом.сетки

График по времени для точки:

(*) узел 0 Точка с координатами:

Ц^Н[а1 Радиус, м: -|

Высота, м: п

Угол, град.: о

Показать

Рис.3. Интерфейс программы

На рис.4 представлена 3D сетка конечных элементов, для которой

производились расчеты.

V, и

Рис. 4. Сетка конечных элементов:

1- заготовка; 2 - индуктор; 3 - зазор

Численные эксперименты проводились для четырех типов установок одинаковой энергоёмкости с различными напряжениями заряда. Данные о параметрах контуров установки приедены в таблице.

Параметры разрядных контуров

Ж, кДж С,мкФ Ь, нГн ^обст-> кГц Я, мОм

0,33 1120 91,7 15,923 9,6

0,33 280 114,7 28,035 23

0,33 72 83,17 71,500 34

0,33 12 156,7 117,000 115

В результате расчетов были получены характерные графики распределения радиальной пондеромоторной силы по высоте заготовки для каждого разрядного контура (рис. 6) в сечении А-А (рис. 5).

Рис. 5. Сечение А-А

5

Е

0

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

-5

s -10

2

I

| -15

i-20 C -25

-30

-35

-40

-45

%

п

Езг У > ГЕЕ

\ ff

о о Д«Д»Г о а

о о

о

а э

о

а с

6 6

л a

W I

05 Z мм

а

б

-15 -10

-5

0

15

20

Z,mm

Z.m м

в г

Рис. 6. Графики распределения пондер о моторной силы по высоте (Z) заготовки для первого (а), второго (б), третьего (в) и четвертого (г)

разрядных контуров

Анализ графиков показал, что распределение пондеромоторных сил не равномерно по высоте заготовки. Эта неравномерность обусловлена тем, что высота заготовки превышает высоту индуктора, и неоднородностью распределения токов по высоте и толщине витка индуктора.

Библиографический список

1. Особенности удовлетворения граничным условиям в МКЭ - моделировании электродинамики системы «индуктор - заготовка» / В.И. Желтков [и др.] // Вестник ТулГУ. Серия. Актуальные вопросы механики. Тула: ТулГУ, 2008. Вып.4. Том 2. С. 71 - 75.

Geltkov V.I., Kuchar V.D., Kireeva A.E.

The investigation of the electrodynamic characteristics of the cylindrical piece squeezing by the loop inductor/

The paper presents the study of electrodynamic characteristics of the process of crimping the cylindrical workpiece single-turn inductor.

Получено 05.08.09

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.