ТЕОРИЯ и ПРАКТИКА

Физическая сущность магнитно-импульсной обработки в производственном процессе заключается в том, что между вихревыми токами, наведенными в стенках детали, и магнитными линиями от индуктора возникают силы электромеханического взаимодействия. Они являются движущими для перемещения детали. При этом под заготовку устанавливаются штампы, которые и производят обжим, штамповку или даже сварку взрывом.

Технология магнитно-импульсной обработки материалов основана на преобразовании электрической энергии, запасенной в накопителе, в переменное магнитное поле, под воздействием которого происходит пластическая деформация заготовки. У этой технологии широкие возможности — силовое воздействие на заготовку осуществляется дистанционно, без контакта, что позволяет обрабатывать детали, имеющие сложную форму или структуру, полированную или окрашенную поверхность, а также воздействовать на расплавы металлов или заготовки, находящиеся в герметичных контейнерах с вакуумом.

ТЕОРИЯ

Основными элементами установок для магнитно-импульсной обработки металлов являются: повышающий трансформатор, высоковольтный выпрямитель, конденсатор или батарея, состоящая из таких конденсаторов, коммутатор и технологический блок.

Технологический блок включает в себя матрицу, выполненную

по форме будущей детали, заготовку из хорошо проводящего металла и непосредственно сам индуктор. Ветки индуктора обязательно должны быть изолированы друг от друга и от заготовки, чтобы не допустить электрического пробоя.

На первом этапе работы происходит накопление энергии в высоковольтном конденсаторе. Относительно низкое переменное сетевое напряжение повышается при помощи трансформатора до нескольких единиц или десятков киловольт.

Это напряжение выпрямляется при помощи диода и заряжает конденсатор до его рабочего напряжения.

На втором этапе заряженный конденсатор должен разрядиться на индуктор. Возникает резонный вопрос — как замкнуть цепь с таким высоким напряжением? Очевидно, что простой выключатель использовать не получится, полупроводниковые ключи тоже сильно ограничены по максимальному напряжению. Для этих целей используется специальное устройство — управляемый разрядник.

Он состоит из пары основных электродов и одного управляющего. Расстояние между основными электродами настраивается таким образом, чтобы выдерживать рабочее напряжение, до которого заряжается конденсатор. Для того чтобы замкнуть силовую цепь установки, при помощи поджигающего устройства подается небольшой импульс высокого напряжения к управляющему и одному из основных электродов. Между ними возникает небольшая искра, которая инициирует пробой промежутка между основными электродами. Возникает проводящий канал, который замыкает разрядный контур, и конденсатор разряжается на индуктор.

В момент разряда по индуктору протекает импульсный ток, десятки или даже сотни килоампер в течение миллионных долей секунды. Благодаря такому короткому времени разряда мгновенная мощность может принимать огромные значения. Вокруг витков индуктора возникает переменное магнитное поле высокой напряженности. В заготовке, которая находится в этом поле, в силу закона электромагнитной индукции возникают вихревые токи. Направления этих токов противоположны току в индукторе.

Как известно, проводники, в которых протекают противоположно направленные токи, отталкиваются, индуктор остается неизменным. Заготовка, отталкиваясь от него, деформируется в соответствии либо с профилем поля, либо по форме матрицы или оправки, расположенной с противоположной стороны.

Магнитно-импульсная обработка используется для улучшения физико-механических свойств материала заготовки, ее воздействие направлено на локальный разогрев металла. Действие обработки происходит в местах концентрации напряжений, дефектов кристаллической решетки, наличия сторонних включений и ведет либо к исправлению дефекта, либо к его выталкиванию. Техническая сторона обработки состоит в резком включении высокого тока на индукторе, необходимого для развития максимального значения частоты импульса магнитного поля. Энергия для этих целей накапливается в конденсаторах. Магнитно-импульсное улучшение приобрело большую популярность благодаря результативным показателям возрастающего качества выходящей

продукции: стойкость обработанного таким методом режущего инструмента возрастает в полтора — два с половиной раза, стойкость к коррозии растет на 40 %, изначальная прочность материала повышается в полтора раза.

ПРАКТИКА

В настоящее время в мире существует лишь три центра компетенций в сфере разработки магнитноимпульсных установок промышленного производства: в России, Германии и Франции. Российский центр представлен Самарским университетом.

Самарский университет разработал и изготовил промышленную магнитно-импульсную установку (МИУ), которую планируется использовать для производства крупногабаритных деталей самолетов и вертолетов.

Как отметил профессор кафедры обработки металлов давлением Самарского университета Владимир Глущенков, МИУ с большей запасаемой энергией в стране, разумеется, существуют, но они не промышленного типа, не предназначены для производства и используются только для научно-исследовательских целей. Разработанная для новосибирского завода установка по своей структуре состоит из четырех модулей импульсных конденсаторов высокой удельной энергии, зарядного блока c регулируемым напряжением заряда в диапазоне от 1 до 6 кВ и системы управления.

«В чем еще «изюминка» нашей установки — она универсальная. Мы решили сделать интересную вещь — разбить энергетические блоки на секции и сделать внутри автоматическое переключение. Когда для производства какихто деталей понадобится меньшая энергия, можно отключить несколько секций, и установка превратится, например, в МИУ-30 и выдаст 30 килоджоулей», — рассказал главный конструктор МИУ, старший научный сотрудник научноисследовательской лаборатории прогрессивных технологических процессов пластического деформирования (НИЛ-41) Самарского университета Ринат Юсупов.