CC BY
41
УДК 621.983.044.7.001.24
ПРИМЕНЕНИЕ ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛНОВОДНЫХ СЕКЦИЙ
В. Д. Кухарь, А.Е. Киреева, П.Ю. Бегов
Приведены теоретические исследования получения волноводных секций с использованием импульсного магнитного поля. Представлена оценка влияния параметров давления импульсного магнитного поля, геометрических размеров фланца и корпуса волновода на процесс сборки.
Ключевые слова: импульсное магнитное поле, волноводные секции, сбока, обжим, фланец, корпус, метод конечных элементов.
Операция сборки крепежного фланца с трубчатым корпусом применяется при изготовлении волноводных секций (рис. 1). Соединение корпуса волновода с фланцем обычно осуществляется вручную в процессе пайки серебряными припоями. Процесс пайки сложен и трудоемок.
Рис. 1. Волноводные секции
При этом в паяном шве образуются небольшие поры, где остаются остатки флюса, которые в дальнейшем проявляются и вызывают коррозию металла волновода и фланца. Антикоррозионное покрытие канала волновода и фланца, обладающее высокой электропроводностью, как правило, серебрение, получается крупнозернистым, что понижает на 1 -2 класса чистоту покрытой поверхности, что отрицательно сказывается на выходных параметрах волновода.
С целью повышения производительности труда, качества, снижения трудоемкости и себестоимости изделия предлагается проводить сборочную операцию обжима заготовки-фланца на корпус давлением импульсного магнитного поля [1]. При этом должна быть достигнута заданная технической документацией прочность соединения, которая обеспечивается необходимым натягом деталей.
При теоретическом исследовании процесса сборки фланца с корпусом решается задача определения параметров давления импульсного магнитного поля, обеспечивающих соединение деталей с заданной величиной натяга. Задача решается в осесимметричной постановке с применением конечно-элементной системы уравнений:
[Л]1 -1{Ау}г = {б}-1,
Е
где [Л]1-1 = X
е=1
3I 1
Vе (ае
а Г
к
эл
'(ае I2 У 1
V У
X
V }-1 + Ь Ь
X
(IV +
+ 02а |
Vе г
Б'
Т {с}ЪТ Б + Г 1
У АХ Vе
Т
N
IV
{Б}1 -1 = X
р
р=1
(1 -0) I кГ{/р}-1 (Б + 0 |[<Т{/р^
БР
н
X I
к =1
щ
Т
к ^ - X-
е=1
2 Г 1
3 Vе (ае
1 -1
' Ь }-1 + Ь }-1Л
IV-
- 2а I
Vе Г
Бе
Т й]({С}Т [Бе 0 }-1 + (1 -0){ve }-1
IV -
г I
V
N
IV
Ь}-1 =
(ае Г Л
V
0
к
эл
'Г1 1,-1
Vе }-1; Ье 1,-1 =(1 -0)Кл {е 1,-1;
Т Хе) Г'+(хе 1 _1+3 (1 -0)Ье Г>}-1;
1 -1
ее
- эл.
.е Т { е
V У
(1)
е
V
е
x Г
J-1
=
3
beTТ>}-1; feL = 2(1 -4*LV*I-1;
K
эл
B
T[о\в*]; {fp}T =\ff fp]; th}
T
h
kx
t
h
k
y
В приведенных выражениях Е - общее число конечных элементов; Р и Н - число элементов, к сторонам которых приложены соответственно
е
поверхностная нагрузка и напряжение трения; р | - вектор узловых скоростей перемещений элемента; Vе - объем элемента; и - площади
сторон элементов, к которым приложены соответственно внешняя нагрузка и напряжение трения. Величины с индексом п -1 известны с предыдущего шага решения задачи.
Схема расчета приведена на рис. 2. Исходя из симметрии процесса рассматривается 1/4 часть меридионального сечения фланца со следующими кинематическими граничными условиями в скоростях: _0 = 0 .
Рис. 2. Расчетная схема процесса сборки фланца с корпусом волновода
При математическом моделировании процесса предполагаем, что сборка деталей осуществляется по следующей схеме. Вначале происходит свободный обжим фланца до момента соприкосновения его с корпусом волновода. В это время на внешнюю поверхность фланца воздействует давление импульсного магнитного поля, величина которого и изменение во времени аппроксимируются зависимостью
P(t) = (р0Де~bt sin2 2pft)/(Д + u), (2)
где Po - условное давление магнитного поля в момент времени t = 0; b -декремент затухания колебаний разрядного тока; f - рабочая частота колебаний разрядного тока; Д - эквивалентный зазор между индуктором и
e
заготовкой, учитывающий проникновение магнитного поля в металл индуктора Аи, в металл заготовки Аз, а также геометрический зазор между индуктором и заготовкой А = Аи + Аз + Аг; и - перемещение заготовки; ? - время.
В момент соприкосновения фланца с корпусом волновода на поверхности контакта возникает противодавление со стороны корпуса. Величина усилия сопротивления приблизительно вычисляется по выражению (3)
^ = ки, (3)
где и - перемещение точек внутренней поверхности фланца за внешнюю поверхность корпуса (величина натяга); к - коэффициент находится по формуле к = 1/ [(С1/Е1 + С2/Е2)• 2Я], где Е1 и Е2 - модули упругости материалов соответственно фланца и корпуса волновода; я - текущий внутренний радиус фланца; С1 и С2 - коэффициенты, определяемые по формулам
С = С =
1 + (Я1/ Я )2 У1 - (Яц/ я ) 1 + (ЯЯ4 )2 У! -(ЯЯ4)
тъ
т 2;
Я1, Я4 - радиусы внутреннего отверстия в корпусе волновода и наружный фланца; ^1, т 2 - коэффициенты Пуассона для материалов волновода и фланца соответственно.
Таким образом, взаимное деформирование фланца и корпуса волновода рассматривается как процесс деформирования фланца под воздействием внешнего давления импульсного магнитного поля и усилия сопротивления со стороны корпуса (противодавления). Вычисления продолжаются до тех пор, пока радиальная составляющая скорости точек на внутренней поверхности фланца станет равной нулю. По величине совместного перемещения фланца и корпуса можно судить о величине возникающего натяга.
Численные исследования процесса сборки выполнялись с целью оценки влияния параметров давления импульсного магнитного поля, геометрических размеров фланца и корпуса волновода на процесс сборки. Исследуемые параметры изменялись в следующих диапазонах: Ь =10000...35000 с-1; /=5000...25000 с-1; Я2=0,00275...0,015 м; Я3 = 0,003...0,0153 м; Я4=0,01...0,018 м. При варьировании параметров в каждом случае подбиралось такое давление р0 , которое обеспечивает заданную величину натяга, равную 0,042 мм.
Результаты расчетов показали, что с ростом первоначального зазора 2 = Я3 - Я2 между фланцем и корпусом волновода величина давления магнитного поля Р0, обеспечивающая заданную величину натяга, увели-
чивается практически по линейному закону. Аналогичным образом величина давления Ро растет с ростом декремента колебаний разрядного тока
/.
Влияние частоты разрядного тока на величину давления Ро, обеспечивающего заданный натяг, показано на рис. 3. Из анализа графиков следует, что существует такая частота разрядного тока / *, при которой требуется минимальное значение давления ИМП для получения заданного натяга. Значение этой частоты увеличивается с ростом величины / (рис. 3, а) и уменьшается с увеличением предварительного зазора 1 между корпусом волновода и фланцем (рис. 3, б).
300 500
Н/мм2 400
°300
200
5 15 _ кГц 25
Рис. 3. Зависимость давления ИМП: а - от частоты разрядного тока и декремента затухания /3:1 - /3=10000 с-1; 2 - /3=20000 с-1;
3 - /3=35000 с-1; 2=0,25 мм; б - от частоты разрядного тока
и предварительного зазора между корпусом и фланцем волновода: 1 - г=0,25мм; 2 - г=0,15мм; 3 - г=0,05мм; /3 =20000 с-1
Влияние геометрических размеров фланца на процесс сборки показано на рис. 4. Размеры подбирались таким образом, чтобы масса фланца при различной их комбинации оставалась постоянной. Из рис. видно, что давление, необходимое для сборки, возрастает с увеличением относитель-
ной величины Я4/Rз , т.е. для фланцев с одинаковой массой чем шире фланец, тем большее давление требуется для обеспечения заданного натяга.
Проведенные теоретические исследования послужили основой для выбора технологических режимов магнитно-импульсной сборки фланца с корпусом волновода.
450 Н/мм2 250
50 L 1,1
Рис. 4. Зависимость давления ИМП, необходимого для обеспечения заданного натяга деталей, от геометрических размеров фланца
Такой способ выполнения сборочной операции целесообразно использовать при значительной разнице наружных размеров фланца и волно-водной трубки.
Работа выполнена в рамках Государственного задания №475.
Список литературы
1. Кухарь В. Д., Киреева А.Е. Математическое моделирование процессов магнитно-импульсной обработки: монография. в 2 ч. Ч. I. Механика пластического формоизменения в процессах магнитно-импульсной обработки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. 160 с.
Кухарь Владимир Денисович, д-р. техн. наук, проф., зав. кафедрой, Vladimir.D.Kuchar@,tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Киреева Алена Евгеньевна, канд. техн. наук, доц., kirealena@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
R4/R3
Бегов Павел Юрьевич, асп., tm@tsu.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
THE USE OF PULSED MAGNETIC FIELDS TO OBTAIN THE WA VEGUIDE SECTIONS
V.D. Kukhar, A.E. Kireeva, P. Y. Begov
This paper presents theoretical investigations of the waveguide sections with the use of pulsed magnetic fields. Presents evaluation of influence of parameters of pressure of a pulsed magnetic field, the geometric dimensions of the flange and the housing of the waveguide on the Assembly process.
Key words: pulsed magnetic field, a waveguide section, assembling, crimping, flange, enclosure, finite element method.
Kukhar Vladimir Denisovich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, Vladimir.D.Kuchar@tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Kireeva Alena Evgenevna, candidate of technical sciences, docent, kireale-na@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Begov Pavel Urievich, postgraduate, tm@,tsu.tula.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.983; 539.974
ОЦЕНКА СИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ВЫСАДКИ ПО РАЗЛИЧНЫМ СХЕМАМ
ДЕФОРМИРОВАНИЯ
С.С. Яковлев, А. А. Пасынков, Ю.В. Бессмертная
На базе верхнеграничной теоремы пластичности разработаны математические модели высадки трубных заготовок в условиях изотермической штамповки по осесимметичной и плоской схемам деформации. Уравнение состояния материала учитывает деформационное и скоростное упрочнение материала. На основании полученной математической модели было проведено исследование силовых параметров рассматриваемого процесса, а также сравнение данных, полученных по осесимметричной и плоской схемам деформации.
Ключевые слова: высадка, верхнеграничная теорема пластичности, поле скоростей, давление, математическая модель.
Рассмотрим операцию набора (высадки) краевого утолщения на трубной заготовке в режиме кратковременной ползучести. Схемы деформаций принимаются осесимметричной и плоской, что определяется соотношениями диаметра трубы к ширине фланца (рис. 1).
