CC BY
33
УДК 539.374:621.762.4.016.2
В.Д. Кухарь, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-18-32,
[email protected], (Россия, Тула, ТулГУ),
М.В. Грязев, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-18-32, [email protected], (Россия, Тула, ТулГУ),
А.Е. Киреева, канд. тех. наук, доц., (4872) 35-18-32, [email protected], (Россия, Тула, ТулГУ)
КАЛИБРОВКА ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБЧАТОЙ ЗАГОТОВКИ ДАВЛЕНИЕМ ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ
Рассмотрена математическая модель представления шероховатости поверхности в виде определенной конструкция конечно-элементноо сетки. Показано влияние количество импульсов нагружения, исходной шероховатости заготовки и величины давления манитного поля на шероховатость внутренней поверхности трубчатой заготовки после ее калибровки давлением импульсного магнитного поля.
Ключевые слова: калибуовка, трубчатая заготовка, дефоумааии, напуяже-ния, магнитное поле.
Сегодня в ряде направлений развития техники, таких как радиолокация, радиоуправление, связь, телевидение, промышленная электроника, ракетная и атомная техника, а также во многих отраслях физических исследований широко используются сверхвысокочастотные (СВЧ) приборы. Важнейшими элементами конструкции представляют собой простейшие сборочные единицы устройств СВЧ и состоя из полого корпуса с профилированным каналом и закрепленными на нем присоединенными фланцами.
Корпуса волноводов изготовляют из материалов с высокой электропроводностью: медь, латунь, алюминий, магний.
С целью снижения потерь мощности и степени искажения сигнаа к волноводам предъявляют высокие требования по точности выполнения размеров, форме профилированного канаа и шероховатости его поверхности.
Одним из прогрессивных методов получения профилированного канаа волновода является обжим импульсным магнитным полем трубчатой заготовки на оправку требуемой формы. Рассмотрим простейший случай, когда форма внутреннего канаа является цилиндрической поверхностью. В этом случае процесс формирования заготовки является осесимметричным и сводится к процессу обжима цилиндрической заготовки на цилиндрическую оправку. Если вопрос достижения заданной геометрии
внутреннего канаа не вызывает сложности, то вопрос достижени заданной шероховатости его поверхности требует самостоятельного изучения.
Для моделирования процесса каибровки внутренней поверхности заготовки с исходной шероховатости воспользуемся вариантом конечноэлементного анализа динамических процессов изложенного ранее [1].
Математическа модель представляет собой сектор мсридильного или продольного сечени заготовки и оправки рис. 1, а, б.
а б
Рис.1. Расчетная схема процесса в меридиональном (а) и продольном (б) сечениях
Исходна шероховатость внутренней поверхности моделироваась конечно-элементной сеткой, представленной на рис.2.
В процессе обжима заготовки конечно-элементная сетка в зоне контакта будет деформироваться, и значение размера Я2 сетки будет определять текущую шероховатость внутренней поверхности заготовки.
Рассмотрим процесс каибровки заготовки из меди М1 с геометрическими рамерами: d=10 мм, 0=20 мм и исходной шероховатостью Яг = 40мкм, Я2 = 80 мкм, Яг = 120 мкм.
А
Рис. 2. Конечно-элементная модель шероховатости внутренней стенки трубчатой заготовки
Каибровка осуществлялась рядом последовательных импульсов магнитно-импульсной установки. Давление магнитного поля апроксими-роваось зависимостью:
где Р0 - условное давление магнитного поля в момент времени г = 0; 3 -декремент затухания колебаний разрядного тока; / - рабочая частота колебаний разрядного тока; А - эквивалентный зазор между индуктором и заготовкой, учитывающий проникновение магнитного поля в метал индуктора Ац, в металл заготовки А^, а также геометрический заор между
индуктором и заготовкой А = Ац +А^ +А^; и - перемещение заготовки; г -время.
При проведении расчетов параметры давления магнитного поля принимаись следующими: Р0 = 750 МПа, Р0 = 850 МПа, Р0 = 950 МПа,
3 = 20500 с~1, / =18 кГц, А=0,003 м.
Результаты расчетов влияния количества циклов нагружения, величины давления магнитного поля и исходной шероховатости заготовки на шероховатость поверхности после обработки представлены на рис.3,а, б, в.
N
а
в
\5 !1
Кг ,MKM
0° i
4^5
05 ! - '^40 : |
-^JlO
4^20 :
Р МПа
б
Рис.3. Зависимость шероховатости внутренней поверхности заготовки (мкм) от количества импульсов нагружения N и величина давления магнитного поля Р0 при исходной
шероховатости: а - Rz = 40мкм, б - Rz = 80мкм, в - Rz = 120мкм
Анализ результатов численного эксперимента показывает, что увеличение давления магнитного поля и количества импульсов нагружения позволяет значительно уменьшить шероховатость внутренней поверхности заготовки. Так увеличение, давления магнитного поля с Р0 = 750 до Р0 =950 МПа приводит к уменьшению исходной шероховатости в среднем
в 2-3раа. Увеличение количества импульсов с 2 до 6 снижает исходную шероховатость заготовки почти в 5 ра. Однако еле дет отметить, что наибольшее влияние на шероховатость внутренней стенки влияет исходна шероховатость трубчатой заготовки. При исходной шероховатости заготовки, равной 40 мкм минимаьна шероховатость, которую удаось получить, равна 0,05 мкм, а при исходной шероховатости 120 мкм достигается значением 3 мкм.
На рис.4 представлена зависимость шероховатости внутренней поверхности заготовки от интенсивности деформации принадлежащих ей элементов, сетки полученной в результате нагружения.
S| %
Рис. 3.4. Зависимость шероховатости внутренней стенки трубчатой заготовки от интенсивности деформаций элементов внутренней поверхности при исходной шероховатости:
1- 40 мкм, 2 - 80 мкм, 3 -120 мкм
Из графиков видно, что шероховатость внутренней стенки заготовки наиболее интенсивно убывает при интенсивности деформации, изменяющейся от 0 до 30 % при исходной шероховатости 40 мкм, от 0 до 60 % при исходной шероховатости 80 мкм, от 0 до 90 % при исходной шероховатости 120 мкм, а далее с увеличением интенсивности деформаций уменьшение внутренней поверхности практически не происходит.
Библиографический список
1. Кухарь В.Д., Грязев М.В. Конечно-элементный подход к анаизу высокоскоростного деформирования трубчатой заготовки из анизотропного материма // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. Вып. 2. Ч.1. 2009. С. 281-288.
Kuhar V.D., GryazevM.V., KireevaA.E.
Parison tube inner surface calibration testing by pulsed magnet field pressure.
This article considers a mathematical model of the parison tube surface roughness representation in the form of a special finite element mesh. The influence of the amount of load pulses, initial roughness of the parison tube and the amount of the magnet field pressure on the roughness of the inner surface of the parison tube after its calibration testing by pulsed magnet field pressure is shown.
Получено 05.08.09
