Установка для магнитно-импульсной обработки электропроводных материалов

(46) 23.05.93. Бюл76) Б.А.Яблочнико56) Белый И.В., фСправочник по маботке металлов.1977, с. 168. ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ертик С.МХименко Л.Т, гнитно-импульсной обра - Харьков, Вища школа,(54) УСТАНОВКА ДЛЯ МАГНИТНО-ИМПУЛЪСНОЙ ОБРАБОТКИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ(57) Использование: в различных отраслях машиностроения при обработке тонкостенных трубчатых деталей из металлов и сплавов. Сущность изобретения: установка содержит конденсаторную батарею, разделенную на секции 1, 1, плоские секционные шины, соединяющие конденсаторы в секциях, центральные шины 4, 5, соединенные с секционными шинами и имеющие центральные отверстия, индуктор 16, расположенный по оси отверстий и соединенный одним выводом 15 с первой центральной шиной, вакуумно- разрядную камеру с двумя главными электродами 21 и 12 в виде тел вращения. Первый электрод 21 контактирует с вторым выводом 20 индуктора и имеет тон 25 костенныи участок, расположенный напротив его катушки, а второй 13 установлен с кольцевым зазором по отношению к первому электроду. Установка также содержит питающую, управляющую и вакуумную системы, В отверстии второй центральной шины изолированно от нее установлено подкладное кольцо 10 с отверстиями для размещения крепежных элементов, Между центральными шинами изолированно от них размещена токоведущая пластина 6 с центральным отверстием, по периметру которого выполнены контактные лепестки 12, отогнутые под углом к плоскости пластины и зажатые между подкладным кольцом 10 и вторым электродом 13, При этом центральные шины соединены между собой электро- проводными перемычками 17 по меньшей мере с двух противоположных сторон, Секционные шины одной полярности всех секций контактируют с краями пластины. Секционные шины противоположной полярности одной половины секций контакти-. руют со свободными краями первой центральной шины, а такие же шины другой половины секций контактируют со свободными краями второй центральной шины, 4 ил,Изобретение относится к обработке ма- Контактные вкладыши 7 обеспечивают сое. териалов давлением и может быть исполь- динение первой центральной шины 4 по пезовано при магнитно-импульсной риметру ее центрального отверстия с обработке тонкостенныхтрубчатыхдеталей фланцем 8, а изолятор 9 отделяет подкладиэ металлов и сплавов в различных отраслях 5 ное кольцо 10 от второй центральной шины машиностроения. 5. Подкладное кольцо 10 имеет аксиальныеЦель изобретения - уменьшение габа- отверстия для размещения крепежных элеритов установки в горизонтальной плоско- ментов 11 и конусную внутреннюю поверх- стисодновременнымоблегчениемдоступа ность, к которой прижаты контактные к рабочей зоне индуктора при горизонталь- "0 лепестки 12, выполненные по периметру ном расположении центральных шин, центрального отверстия в пластине 6 и отоНафиг.1 схематическипредставленбо- гнутые под углом к плоскости последней. ковой вид с частичным радиальным сечени- Усилие сжатия создается между контактируем установки с горизонтальным ющими с лепестками конусными поверхнорасположением центральных шин исдвух стями кольца 10 и второго главного этажной компоновкой секций конденсатор- электрода 13 при затягивании крепежных ной батареи; на фиг. 2 - вид со стороны элементов 11, На внутренней поверхности плоскости токоведущей пластины с обозна- электрода 13 размещен межэлектродный чением линий тока; на фиг. 3 - боковой вид кольцевой изолятор 14 с ребраМи со стороустановки с вертикальным расположением 20 ны межэлектродного зазора, По периметру центральных шин и с двухэтажной компо- своего центрального отверстия фланец 8 новкой секций; на фиг. 4 - то же, вид сверху. контактирует с первым выводом 15 индуктоКонденсаторы 1 нижних секций конден- ра. Следует отметить, что вместо фланца 8 саторной батареи соединены параллельно могут использоваться другие промежуточплоскими шинами 2, 3. Аналогичным обра ные элементы, например дополнительный зом соединены конденсаторы 1 верхних индуктор или активная нагрузка с постоянсекций шинами 2, 3, На фиг. 1, которая ным или переменным сопротивлением.рассматривается в первую очередь, и фиг. 3 Электропроводные перемычки 17 скрепле-, потенциальные выводы конденсаторов за- ны болтами 18 с краями центральных шин 4, канчиваются одной точкой, стоящей у конца 30 5 по двум противоположным сторонам.отрезка, отходящегоотобкладки конденса- Внутри катушки 16 индуктора размещена тора, Вторая обкладка импульсного конден- обрабатываемая деталь 19. Второй вывод 20 сатора обычно соединена с его корпусом, индуктора контактирует с первым электрочто показано на чертежах в виде двухпарал- дом 21, который имеет тонкостенный уча- : лельных ветвей, заканчивающихся точками, 35 сток, расположенный напротив катушки 16 В случае двухэтажного размещения секций индуктора, Корпус 22 разрядной камеры модля обеспечения требуемого порядка ихсо- жет выполняться как из диэлектрических, единения с центральными шинами удобнеетак и из электропроводных материалов. В всего все секции разделить на четыре рав- последнеМ случае должны использоваться ные группу, что соответствует делению по 40 дополнительные элементы для изоляции двум этажам и двум сторонам относительно электродов 13, 21 вместе или по отдельно- одной из осей симметрии центральных шинсти от корпуса 22. В данном случае испольТогда требуемый порядок соблюдается при зован диэлектрический корпус 22, в связи соединении секционных шин 2 всех верх- . с чем проблемы изоляции не возникают.них секций с краями первой центральной 45 Онснабжен патрубком 23 для откачки внут- шины 4, а секционных шин 2 всех нижнихреннего пространства разрядной камеры и секций - с краями второй центральной ши-., поджигающими электродами 24, располоны 5. Секционные шины 3 и 3 другой поляр- женными симметрично с двух противопоности всех секций соединены с краями ложных сторон. Экспериментально токоведущей пластины 6, проложенной 50 показано, что придиаметрах главныхэлекмежду центральными шинами 4 и 5, изоли- тродов 13,.21 менее 500 мм распределение рованно от них. В данном случае обе цент- тока по периметрам электродов достаточно ральные шины изготовлены иэ массивных равномерно, если ток подводится с четырех металлических плит в виде четырехугольни- взаимно перпендикулярных направлений, ка, что показано на фиг. 2, Пластина 6 имеет 5 для чего целесообразно воспользоваться сходную форму, но несколько иные разме- центральными шинами 4, 5 и пластиной 6 ры, В центрах шин 4, 5 и пластины 6 араго- четырехугольной формы. Укаэанного диатовлены отверстия больших диаметров, в метраэлектродоввполнехватаетдляраэмекоторых размещаютсяостальныетоковеду- щения в них индукторов с такими щие детали разрядного контура установки. диаметрами рабочих отверстий О, которыепозволяют решить большинство известных в настоящее время практических задач магнитно-импульсной обработки по технологической схеме "обжим", Следовательно, четырехугольная (прямоугольная) форма центральных шин 4, 5 и пластины 6 является оптимальной для большинства установок, Лишь при создании очень мощных установок может возникнуть необходимость использования восьмиугольных и т.д. центральных шин и пластиныНа фиг. 2 изображены пластина 6 и шина 5 прямоугольной формы с обозначением линий тока на видимой и обратной сторонах пластины 6 для варианта компоновки секций, представленного на фиг, 1, Сплошными стрелками показаны линии тока, протекающего по лицевой стороне пластины 6 от верхних конденсаторов 1 через шины 3, а штриховыми стрелками обозначены линии тока, протекающего по обратной стороне пластины 6 от нижних конденсаторов 1 через шины 3. Линии тока не пересекаются с координатными осями, нанесенными на чертеже и условно разделяющими изображение на четыре части. Следовательно, пластина 6 и шины 4, 5 могут состоять иэ двух или четырех частей, соответствующих делению целых деталей одной,или двумя координатными осями. Это свойство важно с технологической точки зрения, поскольку позволяет избежать проблем, связанных с изготовлением крупногабаритных деталей, На чертеже показаны основные группы отверстий. Отверстия 25 служат для размещения электроизолированных шпилек, ,скрепляющих центральные шины 4,5 между собой, отверстия 26 - для размещения болтов, скрепляющих края секционных шин 3, 3 и пластины 6, а отверстия 27 - для размещения болтов 11. При одноэтажной компоновке секций равномерный четырехсторонний токоподвод к электродам 13, 21 обеспечивается только в случае центрально-симметричного расположения мест контакта секционных шин 2 и центральных шин 4, 5. При этом одна половина шин 2 должна быть соединена с шиной 4, а другая половина - с шиной 5. Таким образом, если перемещаться по периметру центральных шин, то секционные шины 2 разных секций будут поочередно соединены то с шиной 4, то с шиной 5. При вертикальном расположении центральных шин используется только двухэтажная компоновка секций, но при этом может быть как одностороннее, так и двустороннее расположение секций относительно плоскости центральных шин (см. фиг, 3 и фиг. 4). В первом случае проблема обеспечения рав тоебаваний в каждом конкретном случае.35 Во всех рассмотренных вариантах зазем 40 50 го напряжения, что приводит установку всостояние готовности к выполнению операции магнитно-импульсной обработки дета 55 5 10 15 20 25 30 номерности токоподвода решается таким же образом, как и в рассмотренном выше варианте с одноэтажной компоновкой секций, а во втором - так же, как и в варианте, представленном на фиг. 1. Основная проблема для установок данного типа с вертикальным расположением центральных шин заключается в необходимости удовлетворения двух противоречивых требований. С одной стороны, секционные шины должны быть как можно короче, чтобы сократить потери энергии в разрядном контуре, а с другой стороны, они должны быть достаточно длинными, чтобы не препятствовать обработке длинномерных деталей, На фиг, 3 и фиг. 4 показано,как можно разрешить это противоречие. Следует раздвинуть секции в вертикальной или горизонтальной плоскости на расстояние 1. превышающее максимальный диаметр О обрабатываемой детали, Первый вариант выглядит предпочтительнее, поскольку не требует увеличения площади, занимаемой установкой, и облегчен доступ к обрабатываемой детали 19, Вариант с односторонним расположением секций проще конструктивно и удобнее в эксплуатации, однако вариант установки с двусторонним расположением секций позволяет достичь минимума индуктивности секционных шин и, следовательно, минимума потерь энергии в разрядном контуре. Поэтому выбор варианта является результатом компромисса с учетом специфических ляется,как правило, центральная шина 4 из соображений техники безопасности. Используемые в установке питающая, управляющая и вакуумная системы являются типовыми для установок подобного типа ипоэтому здесь не рассматриваются,Работает установка следующим образом (см, фиг, 1).Через патрубок 23 производится непрерывная откачка герметизированной разряд,ной камеры до остаточного давления порядка 10 Па (герметизирующие прокладки изображены в виде черных прямоугольниково е), В и ндукто р загружается обрабатываемая деталь 19, после чего конденсаторная батарея заряжается до рабочели 19. В нужный момент времени на поджигающие электроды 24 подается высокоеольтный импульс из системы управления, который приводит к маломощному искровому разряду между электродами 24 и металлическими деталями разрядной каме 1817721ры. Этот разряд инициирует мощный электродуговой разряд между главными электродами 13, 21, Электрический ток от секций верхнего этажа протекает по следующей цепи: потенциальные выводы конденсаторов 1, секционные шины 3, пластина 6, лепейки 12, электрод 13, разряд в межэлектродном зазоре, электрод 21, вывод 20, катушка 16, вывод 15, фланец 8, вкладыши 7, центральная шина 4, секционные шины 2, корпусы конденсаторов 1, Ток от секций нижнего этажа протекает по следующей цепи: потенциальные выводы конденсаторов 1, секционные шины 3, пластина 6, лепестки 12; электрод 13, разряд в межэлектродном зазоре, электрод 21, вывод 20, катушка 16, вывод 15, фланец 8, вкладыши 7, центральная шина 4, перемычки 17, центральная шина 5, секционные шины 2, корпусы конденсаторов 1. Токи суммируются и создают в катушке 16 индуктора импульсное магнитное поле, которое с внутренней стороны катушки деформирует деталь 19, а с наружной стороны, частично проникая сквозь тонкую стенку электрода 21, распределяет разряд равномерно по периметру кольцевого межэлектродного зазора. Для облегчения диффузии магнитного поля толщина стенки электрода 21 в области локализации разряда составляет 2-3 мм, а.для его изготовления выбирается материал с относительно низкой электропроводностью, например нержавеющая сталь. Благодаря распределению разряда по большой площа. ди поверхности электродов 13, 21 снижается индуктивность и активное сопротивление разряда, а также уменьшается эрозия электродов. В результате снижаются потери энергии в разрядном контуре и повышается надежность установки. Рабочий цикл заканчивается затуханием тока в разрядном контуре. Формула изобретения Установка для магнитно-импульсной обработки электропроводных материалов, содержащая конденсаторную батарею, разделенную на секции, плоские секционные шины, соединяющие конденсаторы в секциях, центральные шины, соединенные на5 10 15 20 ружными краями с секционными шинами и выполненные в виде однотипных многоугольников с четным числом вершин и с центральными отверстиями, индуктор, расположенный по оси указанных отверстий и соединенный одним выводом через промежуточные элементы с первой центральной шиной, вакуумную разрядную камеру с двумя главными электродами в виде тел вращения, первый иэ которых выполнен с тонкостенным участком, расположенным напротив катушки индуктора, и контактирует с вторым выводом индуктора, а второй выполнен с коническим участком на наружной поверхности и установлен с кольцевым зазором по отношению к первому, а также питающую, управляющую и вакуумную системы, о т л и ч а ю щ а я с я" тем, что она снабжена подкладным кольцом с конической внутренней поверхностью и с отверстиями для размещения крепежных элементов, токоведущей пластиной с цент-ральным отверстием, по периметру которого выполнены контактные лепестки,25 отогнутые под углом к плоскости пластины, и электропроводными перемычками, при этом подкладное кольцо установлено в отверстии второй центральной шины изолированно от нее, токовсдущая пластина 30 размещена между центральными шинами и изолирована от них, контактные лепестки пластины зажаты между коническими поверхностями подкладного кольца и второго главного электрода, а центральные шины соединены между собой электропроводны 40 45 ям центральных шин и соединены так, что секционные шины одной полярности всех секций контактируют с краями пластины, секционные шины противоположной полярности одной половины секции контактируют со свободными краями первой центральной шины с соблюдением центральной симметрии мест контакта по периметру последней, а такие же шины другой половины секций контактируют аналогичным образом со сво 50 бодными краями второй центральной шины. ми перемычками по меньшей мере с двух противоположных сторон, число секцийкратно четырем, секции равномерно распределены по свободным от перемычек кра 1817721, Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5