Механизм и модель МФ

Магнитоимпульсное формообразование осуществляется двумя способами: 1) индукционным при взаимодействии импульсно­го магнитного поля, которое создается возбудителем, с токами, на­веденными в заготовке самим же полем; при этом заготовку не включают в электрическую цепь; 2) электродинамическим при взаимодействии токов в возбудителе и заготовке, включенной в цепь разряда конденсатора. Для индукционного и электродинами­ческого способов формообразования применяют различные по устройству возбудители.

Электродинамический способ основан на электромеханическом взаимодействии проводников, в которых протекают токи. Как из­вестно из электротехники, параллельные провода с одинаково на­правленными токами и притягиваются, а с противоположно направленными – отталкиваются. Сила притяжения (или отталкивания) прямо пропорциональна произведению сил токов , длине проводов и обратно пропорциональна расстоянию между проводами (рис. 6.13):

, (6.22)

где – коэффициент пропорциональности.

		Рис. 6.13. Принцип образования сил при МФ

На рис. 6.14 показаны цилиндрическая заготовка и возбуди­тель. Их соединяют последовательно и подключают к конденсаторной бата­рее. Током разряда в возбудителе создается магнитное поле с индукцией, которое, взаимодействуя с током той же силы в за­готовке, создает в ней сжимаю

	Рис. 6.14. Схема электродинамического способа магнитоимпульсного формообразования

щие электромагнитные силы . Заготовка опрессовывает матрицу.

Поскольку токи в заготовке и возбудителе соответствующим об­разом распределены по их объемам, то общие соотношения для расчета электромагнитных сил оказываются довольно сложны­ми. Эти силы растут с увеличением силы токов и уменьшением рас­стояния между возбудителем и заготовкой.

Недостаток электродинамического способа – необходимость включения в разрядную цепь деформируемой заготовки, что не всегда возможно.

Индукционный способ более распространен. Заготовку не вклю­чают ни в какие электрические цепи. Например, на рис. 6.15 внутри возбудителя 2 установлена трубчатая заготовка 3, которая под действием электромагнитных сил опрессовывает некоторое изделие 4. Из физики известно, что плотность энергии магнитного поля равна , где – магнитная индукция; – напряжен­ность магнитного поля.

		Рис. 6.15. Схема индукционного способа магнитоимпульсного формообразования: 1 - конденсатор, 2 – обмотка, 3 – заготовка, 4 – опрессуемое изделие.

Для воздуха (среды, где обычно проходит процесс) , где (Гн/м) – магнитная постоян­ная.

В начале разряда конденсатора 1 (в течение десятков микро­секунд) вблизи обмотки 2 на внешней стороне заготовки 3 (рис. 6.15) напряженность магнитного поля велика, а на внутрен­ней стороне напряженность мала.

В единичном объеме пространства внешней части заготовки плотность магнитной энергии равна ; то же во внутренней части равно , где и – значения магнитной индукции соответственно на внешней и внутренней сторонах заготовки.

Размерность плотности энергии ( ) такая же, как у дав­ления. Поэтому плотностям энергии по обе стороны заготовки со­ответствуют различные магнитные давления и .

Плотность электромагнитных сил на участке заготовки 1 (рис. 6.16) называется разностью магнитных давлений с внешней и внутренней сторон. Эти магнитные давле-

		Рис. 6.16. Действие электромагнитных сил на участки заготовки: 1 – заготовка, 2 - возбудитель.

ния перпенди­кулярны вектору и численно равны местным плотностям магнит­ной энергии:

; . (6.23)

Поверхностная плотность электромагнитных сил

. (6.24)

Вектор (рис. 6.16) направлен в ту сторону, где магнитное поле слабее, в данном случае с внешней стороны заготовки во внут­реннюю. Чтобы произошло магнитоимпульсное формообразование, необходимо, чтобы напряженности магнитного поля по обеим сто­ронам листовой заготовки существенно отличались друг от друга. Напряженность магнитного поля внутри заготовки ослабляется за счет тока , наведенного изменяющимся магнитным полем тока в электропроводной заготовке 1. По правилу Ленца наведенный ток имеет такое направление, что его магнитное поле встречно то­му, которое создается возбудителем 2 внутри контура, где возни­кает наведенный ток.

Заготовка, а точнее цепь наведенного тока, обладает определен­ной инерционностью, характеризуемой в простейшем случае посто­янной времени . Чем больше в сравнении с длительностью про­текания разрядного тока, тем сильнее выражена электромагнит­ная инерционность электропроводной заготовки и тем слабее в на­чале разряда магнитное поле, характеризующееся величинами и , на ее внутренней стороне. Чтобы выполнить указанное усло­вие, время разряда конденсаторной ба­тареи, т.е. время нарастания магнитного поля, должно быть как можно меньше.

Иногда электромагнитные силы соз­дают быстропадающим магнитным полем, получаемым разрывом цепи, например, с помощью плавкого предохранителя.

В обеих разновидностях магнитоимпульсного формообразования заготовка нагревается наведенным током. Потери на нагревание зависят, в частности, от скорости изменения магнитного поля и могут составлять до 20 % энергии, накоп­ленной конденсатором. За очень корот­кое время температура заготовки может существенно повыситься, особенно при малой теплоемкости материала заготовки.

Так как магнитное давление действует перпендикулярно векто­ру магнитной индукции, то последний должен быть направлен па­раллельно исходной поверхности заготовки. Для этого подбирают соответствующую конфигурацию возбудителя. Например, если за­готовка трубчатая, то индукция магнитного поля должна быть на­правлена вдоль боковой поверхности заготовки. Для обработки листовой заготовки необходимо создать магнитное поле, парал­лельное плоскости заготовки.

Расчет технологических режимов

В цепи разряда (рис. 6.17) при электромагнитной обработке (например, сборке) возникают силы, определяемые наибольшим током, протекающем в импульсе.

В приведенной на рис. 6.17 эквивалентной схеме процесса МФ необходимо найти величины емкости С, наибольшей силы тока .

Величины индуктивности и сопротивления зависят от конструкции установки, параметров детали и рассчитываются по известным классическим формулам электротехники после построения принципиальной схемы обработки. Величина может быть принята (без расчетов) равной 1 МкГн.

Тогда требуемая емкость конденсатора

. (6.25)

По аналогии с РЖ:

- период

(6.26)

- максимальный ток

(6.27)