Obrabotka Metallov 2012 No. 1

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 1 (54) 2012 64 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ УДК 621.983.044.7 ПЕРСПЕКТИВНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ИНДУКТОРОВ ДЛЯ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ Н.В. КУРЛАЕВ, доктор техн. наук, профессор, Н.А. РЫНГАЧ, канд. техн. наук, доцент, К.Н. БОБИН, канд. техн. наук ( НГТУ, г. Новосибирск ) Статья поступила 30 января 2012 года Н.В. Курлаев – 630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет, e-mail: kurlayev@craft.nstu.ru Рассматривается проектирование и применение новых конструкций индукторов для магнитно-импульсной обработки металлов давлением. Ключевые слова: магнитно-импульсная обработка металлов давлением, индуктор. В настоящее время растет интерес к высоко- скоростным методам штамповки, которые позво- ляют получать детали заданной формы за меньшее количество технологических переходов, либо по- лучать детали такой формы, которая недостижима любыми другими методами штамповки [1]. Кроме того, магнитно-импульсная обработка металлов (МИОМ) положительно сказывается на долговеч- ности металлических изделий [2]. При этом су- ществуют ограничения для материалов заготовок и индуктора – они должны иметь малое электри- ческое сопротивление. Как правило, это медные и алюминиевые сплавы. Индукторы для МИОМ чаще всего изготавливаются из бериллиевой брон- зы, имеющей хорошую электропроводность и удо- влетворительные механические характеристики; реже – из меди, так как медь обладает низкими механическими характеристиками. Попытки ис- пользовать высокопрочные алюминиевые сплавы не дали ожидаемого результата из-за их низкой долговечности в условиях импульсного нагруже- ния. Возможно изготовление токоведущих элемен- тов из углеродистых и легированных сталей, одна- ко такие индукторы имеют низкий КПД передачи энергии в заготовку, преобразуя электрическую энергию в тепло. В данной статье рассматривают- ся конструкции индуктора, которые позволяют по- высить рабочее давление на обрабатываемую по- верхность и долговечность самого индуктора. Прочность индукторов обусловлена выбором материала токоведущей спирали. Например, наи- более подходящим материалом индукторов для МИОМ сплава типа Д16АМ с динамическим пре- делом текучести Y 0 ≈ 200 МПа, учитывая, что при МИОМ давление импульсного магнитного поля может численно превзойти в 1,5...2,0 раза значе- ние Y 0 , будет бериллиевая бронза БрБ2 с преде- лом текучести σ т =500 МПа. Однако высокоча- стотный ток по сечению индуктора при МИОМ распределяется неравномерно – падающая волна с индукцией В (0, t ) проникает в металл заготов- ки и наводит в нем индукционный ток, плотность которого i и результирующее магнитное поле за- висят от глубины х и времени t : ( , ) exp sin , m x x B x t B t ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ = − ω − ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ Δ Δ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ где Δ – это глубина проникновения электромаг- нитного поля в материал, равная такому расстоя- нию х , на котором амплитуда магнитной индукции и плотности тока уменьшаются в е раз; ω – кру- говая частота электромагнитного поля. Величина Δполучила название «скин-слой» и приближенно можно считать, что все токи, проходящие через спираль индуктора и материал заготовки, концен- трируются в нем. Величина Δ равна инд 0 2 , Δ = μ γω где μ 0 – это магнитная постоянная, равная 1,26·10 –6 Гн/м; γ – проводимость, величина, об- ратная удельному сопротивлению См/м.