CC BY
89
ence of the loading conditions and the geometric dimensions of the workpiece on the power mode of the process of deformation.
Key words: anisotropy, domed shell, pressure, high-strength materials, isothermal deformation, stress, strain rate, strain, strength, damageability.
Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, associate professor, mpf-tula @ rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Yakovlev Sergey Sergeevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula @ rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Platonov Valeriy Ivanovich, candidate of technical sciences, associate professor, mpf-tula@ rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Sobolev Yakov Alekseevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula @rambler.ru, Russia, Moskov, OAO “Vektor”
УДК 621.762.4:621.983.044
РАСЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ШТАМПОВКИ ПЛОСКИХ ЗАГОТОВОК С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОНЦЕНТРАТОРОВ
Н.Е. Проскуряков, А.К. Талалаев, Дай Занг Лай, А.В. Володин
При проектировании технологических операций электромагнитной штамповки плоских заготовок необходим правильный выбор рациональных режимов работы оборудования и параметров магнитно-импульсных установок. Предложены варианты расчета параметров технологических операций и оборудования.
Ключевые слова: электромагнитная штамповка, плоские заготовки, магнитноимпульсная установка, технологические параметры, концентратор, индукторная система.
Электромагнитная штамповка (ЭМШ) представляет собой сложное явление, в котором происходят взаимосвязанные электромагнитные и механические процессы. Поэтому необходим совместный метод расчета электромагнитной и механической составляющих процесса.
При проектировании технологического процесса целесообразно произвести расчеты для ряда технологических параметров, чтобы оценить допустимую величину отступления от минимального по энергии зарядки режима.
В работе [2], показано, что давление импульсного магнитного поля (ИМП) при постоянной энергии зарядки магнитно-импульсной установки
(МИУ) является функцией частоты разряда, зависящей от параметров МИУ, индуктора и заготовки. Изменение давления ИМП во времени можно представить выражением
p(t) = Ро e~2вХ sin2 Юр t,
R
где t - время; Ю р - круговая рабочая частота разряда; р = — коэффициент
затухания колебаний; R, L - индуктивность и активное сопротивление разрядного контура; р0 - условное давление ИМП при t = 0.
На ослабление давления ИМП при штамповке оказывают влияние перемещение и изменение геометрии заготовки в процессе обработки. Ю.А. Поповым предложена зависимость, позволяющая частично учесть эти изменения [3]
p(t) = Ро ЛА Э e ~2 в t sin2 Ю t,
А Э + и И
где АЭ - первоначальный эквивалентный зазор между индуктором и заготовкой; и - перемещение заготовки в процессе штамповки.
При плоской штамповке широко применяются индукторы с концентраторами магнитного поля. В отличие от конструкций концентратора для обжима ИМП, рабочей частью индукторной системы для плоской штамповки является торцовая зона, что обусловливает некоторые конструктивные особенности данного устройства, показанного на рис. 1.
5
Рис. 1. Конструкция индукторной системы для плоской штамповки:
1 - концентратор; 2 - радиальный разрез; 3- экранные вставки;
4 - рабочая торцовая поверхность; 5 - кольцевые пазы для витков индуктора; 6 - согласующие отверстия
Обычно в практике конструирования индуктора выполняется пять согласующих отверстий (рис. 1). Размер разреза, соединяющего отверстия, зависит от диаметра рабочей зоны Б и колеблется от 2 до 10 мм.
56
Диаметр внутренней полости концентратора в зависимости от внутреннего диаметра пазов, йП принимают
йв = йп _ (20...30) мм.
Расчеты такой индукторной системы проводятся для трех наиболее распространенных случаев:
1) для заданной скорости встречи заготовки с матрицей;
2) для известной работы деформации заготовки.
Схема расчета параметров индукторной системы для заданной скорости встречи заготовки с матрицей. Исходные данные: Материал заготовки - плотность рм , его удельное электрическое сопротивление р З ; диаметр заготовки й3, скорость встречи заготовки с матрицей \м ; МИУ -емкость блока конденсаторов Со, собственная индуктивность ^о, или соб-
£ ® Р
ственная частота разрядного контура £р = —^~.
2п
Далее определяем:
1. Аи и Аз - глубины проникновения ИМП в индуктор и заготовку
А„ =
V
р,
; а з =
р 3
где ри и рЗ - удельное электрическое сопротивление материала индук-
тор и заготовки; ^ ^ 0
индуктора и заготовки.
_7
4 п-10 - магнитная проницаемость материалов
2. А Э - эквивалентный зазор между индуктором и заготовкой
А
Э
А г + А и + А З ;
А,
1
при 0,5Аи < 3 5 1
пРи 0,5 Аи > 3 5и
и
А
0,5А-
15 З
3 3
1
при 0,5А3 < з 53 1
при 0,5А3 > з 53
где 5з и 5и - толщина, заготовки и плоской части индуктора, Аг рический зазор (на просвет) между индуктором и заготовкой.
геомет-
3. ю р - рабочую частоту разряда
ю
р
ЛІ1 _Лм ,
где п м - коэффициент, характеризующий передачу магнитной энергии в систему индуктор - заготовка; Пм = 0,8...0,9; Юо - собственная частота разрядного контура.
4. dо - диаметр отверстий в центральной зоне (отверстия 6 на рис. 1), задаваясь изоляционным зазором НБ, величина которого обычно берется (1... 1,5) мм,
<
<
d о >
4 Dh
Б
П(
где По - число отверстий, Б - рабочий диаметр индуктора (см. рис. 1).
5. й - расчетный диаметр рабочей зоны
й = 3й о + (2,5 ^ 10) мм.
6. !т - амплитуда тока в рабочей зоне
1 т
_ап
В предварительных расчетах принимают а = 0,2...0,3.
7. АНв - расстояние между матрицей и заготовкой, при котором скорость их встречи максимальна
Аh
Б
■ і т 2 ^_ап _
М0 1 т е П
D 2 2
ІП ^ р ма3 D ЮР
8. Нтр - максимальная напряженность поля в рабочей зоне
Н 2/т
тр б
й 1п
й
9. Ьи_з - эквивалентная индуктивность индуктор - заготовка:
2пц0„_ , А з + А к
'и _ 3 ъ
1п
d
(hБ +
2
),
где значения А 3, А к находим по формуле А = м р
р К, р 3, /р
2
юуМ
для заданных
2п
10. ЬэИ - эквивалентная индуктивность по формуле
Ь
1
ЭИ
ЮРС0
Ь0.
11. ^^.з - энергия ИМП в рабочей зоне:
W г
рз 2 ‘
12. WН - энергия зарядки емкостного накопителя
Ж
р.з
П у Пк Пц
В предварительных расчетах принимаем п у = 0,9; пк = 0,4...0,5;
Пц = 0,8...0,9.
13. 10М - амплитуда разрядного тока по формуле
10М =-у
2Жн -лІ2 юР2 • С0 • Ж,
ЬЭИ + Ь0
14. и0М - амплитуда разрядного напряжения
н
и
0М
■\|
2Ж
н
а
15. юП - число витков индуктора в пазу концентратора
І
Ь
ЭИ
Ь
ЭК
где п - число секций обмотки, включенных последовательно; Ьэк - эквивалентная индуктивность индуктора с учетом количества пазов и схемы соединения рабочей обмотки.
Обычно в концентраторах число витков в пазу не превышает 10...12 витков, в этом случае п = 1. Если юП > 12, то применяют последовательно-параллельное включение обмоток, при этом п = 2.
Эквивалентная индуктивность индуктора
ЬЭК -
Ь
ЭП
п
2 т
где т - число групп последовательно включенных секций, соединенных параллельно; ЬЭП - эквивалентная индуктивность одной половины паза. Эквивалентная индуктивность одной половины паза
кп ’(1 - кп ) ’ К1 + 2 ’ р 'кп'^эр
Ь
ЭП
Ьі
(1 - к п ) +
Ьп1 + 2 • Р • Ь
ЭР
где кП -
МЛ
= - коэффициент связи рабочей обмотки и стенки паза; Ь • Ьп1
р - т • п - число пазов концентратора; Ь1, Ьп1 - соответственно индуктивность поверхностей рабочей обмотки и стенки паза; М1 - взаимная индуктивность между указанными поверхностями.
16. р - число пазов концентратора
I
Р
ОМ
I
ОМ .П
где IОМ П - ток в пазу; принимаем !ОМП = 25...35 кА
17. Ьп1 - индуктивность паза, Ьп1 =
ЭК
1 - к
П
100 200 300 т іп,нГн
Рис. 2. Определение среднего диаметра, Бср пазов концентратора
18. НП - глубина паза
кп = (ш п + 1)(ап + 2А из ).
19. Определяем средний диаметр, Бср пазов концентратора по графику, приведенному на рис. 2 [1].
20. Находим БП, йп - наружный и внутренний диаметры пазов концентратора
ВП = вср + кП; й П = вср - кП.
21. Значения активных сопротивлений элементов индукторной системы Я1, ^2, Я3, Я4 находим по уравнениям:
Я1 = Р,
п(Рп + й П )ш П
п
4АрЬрт
Я2 = р К
Я3 =
2п р
К
Я4 =
2А к (2 п й п )р
2п р з
22. Определим приведенное активное сопротивление
М 2
Я = Я2 + (Я2 + Я3 + Я4—^)
4
П
■<Эр
23. Определяем декремент колебаний разрядного контура
5= К 2(^эи + )
24. Вычисляем напряжение на радиальном разрезе
0,9^ ом
и
р.з
2
Схема расчета параметров индукторной системы для известной работы деформации. Если известна удельная работа деформации ау, то
по заданному объему деформируемой части заготовки можно найти требуемую работу деформации:
А = ауУз
Удельная работа деформации определяется по формуле [4]
В
ау =і-----------
1 + т
Д+тм
м
где ау - удельная работа деформации; УЗ - объем деформируемой части заготовки; 8 - интенсивность деформации; В, тм - механические характеристики штампуемых материалов.
При обработке листовых материалов часто пользуются средним значением интенсивности. Широко применяемые в операциях ЭМШ элементы формообразования представлены фигурами на рис. 2.
Рис. 2. Элементы формообразования для плоской ЭМШ: а - сфера; б - коническое углубление; в - плоская формовка; г - тороидальное сферическое углубление
Значение средней интенсивности деформации для рассматриваемых элементов (рис. 2):
- сфера
008
-1
1 -
У
8с =
г
У .
2
У
Ґ \2 у V г У
коническое углубление
8
с
1 +
Ґ Л2
V го У
1;
г
плоская формовка
є с =
r_
r0
V2 У
- тороидальное сферическое углубление
£С = (п-2) — ■
Tt
Зная работу деформации, определяем энергию зарядки емкостного накопителя
WH =—A—,
Пм ’Лп
где п п - механический коэффициент полезного действия.
Дальнейший порядок расчета для этого случая практически сохраняется таким же, как и в предыдущем варианте, за исключением того, что некоторые пункты расчета могут быть исключены.
Выводы. 1. При расчете технологических параметров ЭМШ необходимо учитывать взаимосвязанные процессы - электромагнитный и механический.
2. Представленный метод расчета параметров плоской индукторной системы с концентратором позволяет с достаточной для практики точностью произвести расчет технологических параметров процесса ЭМШ.
Список литературы
1. Белый И.В., Фертик С.М., Хименко Л.Г. Справочник по магнитно-импульсной обработке металлов. Харьков: Вища школа, 1977. 178 с.
2. Магнитно-импульсная обработка металлов. Изд. 3-е доп. Воронеж: ЭНИКМАШ, 1976. 182 с.
3. Попов Ю.А. Некоторые особенности расчета процессов, использующих силовое воздействие импульсного магнитного поля // Электрофизические процессы при импульсном разряде (Чебоксары). Вып. 4, 1977. С. 84-104.
4. Магнитно-импульсная штамповка полых цилиндрических заготовок / А.К. Талалаев [и др.]. / под ред. А.К. Талалаева, С.П. Яковлева. Тула: «Репроникс Лтд», 1998. 238 с.
Проскуряков Николай Евгеньевич, д-р техн. наук, проф., vippne@mail.Tu, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Талалаев Алексей Кириллович, д-р техн. наук, проф., tppzi@ tsu. tula. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Лай Данг Занг, канд. техн. наук, доц., danggiang248@mail.ru, Вьетнам, Ханой, Университет Ле Куи Дон,
Володин Алексей Валерьевич, аспирант, tppzi@ tsu.tula. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
CALCULATION OF TECHNOLOGICAL PARAMETERS OF PROCESS OF ELECTROMAGNETIC FORMING OF THE FLAT BLANKS USING CONCENTRATORS
N.E. Proskuryakov, A.K. Talalaev, D.Z. Lai, A.V. Volodin
When designing technological operations electromagnetic forming flat blanks need the right choice of rational equipment operation modes and parameters of magnetic pulse settings. The variants calculating of the parameters of technological operations and equipment are offered.
Key words: electromagnetic forming, flat bars, magnetic pulse equipment, technological parameters, concentrator, the inductor system
Proskuryakov Nikolay Evgenievich, doctor of technical science, professor, vippne@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
Talalaev Alexei Kirillovich, doctor of technical science, professor, tppzi @ tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Dang Lai Zhang, Candidate of technical science, docent, danggiang248 @ mail. ru, Vietnam, Hanoi, Le Quy Don University
Aleksey Valeryevich Volodin, postgraduate, tppzi @ tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University,
УДК 621.938
ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛОВЫХ РЕЖИМОВ ПРОЦЕССА ОБЖИМА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК
С.С. Яковлев, К.Х. Нгуен
На базе метода конечных элементов, проведено исследование силовых режимов процесса обжима цилиндрических заготовок в среде программного комплекса QFORM 20-30 V. 7. Показано влияние геометрических факторов, характеризующих форму и размеры заготовок на силовые режимы процесса обжима.
Ключевые слова: цилиндрическая заготовка, обжим, QFORM 20-30,
SOLI0WORKS, матрица, пуансон, моделирование.
При строительстве трубопроводов применяются такие соединительные детали трубопроводов, как переходники рис. 1. Стальные переходники используются для соединения труб с разным диаметром. Благодаря переходникам трубопроводов становится надежным и прочным.
