Магнитно-импульсная штамповка

Магнитно-импульсная штамповка характерна тем, что давление на деформируемую металлическую заготовку создается непосредственным воздействием импульсного магнитного поля, без участия промежуточных твердых, жидких или газообразных тел. Это позволяет штамповать детали из полированных и лакированных заготовок без повреждения поверхности, а также деформировать заготовки, заключенные в герметическую пластмассовую оболочку.

Магнитно-импульсная обработка основана на мгновенном разряде электроэнергии, накопленной в конденсаторной батарее, через соответствующий индуктор, являющийся рабочим органом. При этом в цепи индуктора протекает импульс тока, а в окружающем индуктор пространстве возникает импульсное магнитное поле высокой напряженности. Это магнитное поле индуцирует вихревые токи противоположного направления в металлической заготовке, помещенной вблизи индуктора.

Рис. 15. Различные операции, выполняемые магнитно-импульсной штамповкой:

а — формовка, б — пробивка и отбортовка; в — пробивка отверстий;

г — сборка с развальцовкой отбортовкой; д — обжатие кабельных

наконечников; е — раздача трубы и сборка с фланцем

При взаимодействии мощного поля индуктора с индуцированным в заготовке током и его магнитным полем возникают электромеханические (пондеромоторные) силы взаимодействия, стремящиеся оттолкнуть заготовку от индуктора и вызывающие ее деформацию. Магнитный импульс длится от 10 до 20 мкм/с, создавая давление от 3500 до 39 000 кгс/см². Так же, как и при штамповке взрывом, длительность магнитного импульса во много раз меньше времени деформации заготовки. Поэтому импульсное магнитное поле непосредственно действует на заготовку лишь в начальный момент, после чего дальнейшая деформация заготовки происходит под действием полученного ею запаса кинетической энергии.

Движущаяся заготовка с высокой скоростью (300—400 м/с) ударяется о матрицу, в результате чего возникают огромные силы соударения, деформирующие заготовку. Импульсная магнитная штамповка получила довольно большое применение в промышленности при выполнении различных операций листовой штамповки: вытяжки, вырубки, пробивки отверстий, отбортовки, развальцовки труб, запрессовки штуцеров, обжатия труб и наконечников на тросах, сборки трубчатых деталей с оправками и т.п. (рис. 15). Весьма оригинальной операцией, осуществляемой магнитно-импульсной штамповкой, является прессование резьбы внутри металлических трубок и тонкостенных втулок по резьбовому болту или шпильке.

Магнитно-импульсная штамповка имеет ряд преимуществ перед другими высоко-энергетическими методами:

1) возможность точного дозирования мощности импульсного разряда путем изменения емкости конденсатора (накопителя);

2) повышенная точность штампуемых деталей;

3) сравнительно высокая производительность процесса;

4) возможность автоматизации и встраивания магнитно-импульсных установок

в производственный процесс;

5) возможность выполнения сборочных операций;

6) возможность деформирования заготовок за несколько разрядных импульсов, причем первые импульсы служат для разогрева заготовки и повышения ее пластичности.

Основным рабочим органом при магнитно-импульсной штамповке является индуктор. В условиях единичного (опытного) производства применяют проволочные индукторы однократного действия, разрушаемые при прохождении импульса тока. В условиях серийного производства применяют индукторы многократного действия.

Рис. 16. Типы индукторов: а — двухвитковый, б — для гофрирования, в — с пропусканием импульсного тока через плоскую заготовку; 1 — заготовка; 2 — изоляция

На рис. 16 приведены некоторые типы индукторов для штамповки плоских заготовок: двухвитковый индуктор, создающий наибольшее давление в средней части (а); индуктор для гофрирования (б); индуктор с пропусканием импульсного тока через плоскую заготовку (в). В последнем случае основное магнитное поле индуктора взаимодействует с импульсным током, протекающим через заготовку. Резкого увеличения рабочего давления можно достичь, применяя так называемые концентраторы поля.

Расчет индукторов приведен в специальной литературе.

Индукторы многократного действия изготовляют из материалов высокой электропроводности (медь, бериллиевая бронза и др.) и предохраняют от замыкания витков и контакта с заготовкой, а также от повреждений при разряде изоляцией из армированных стеклопластиков на основе эпоксидных смол. Так как индуктор нагревается импульсным током, то при большой частоте следования импульсов индуктор должен иметь систему охлаждения. На рис. 17 приведен пример одновременной пробивки 30 отверстий и вырезки центрального окна в кожухе из листового дуралюмина толщиной 1 мм, производимых за две операции магнитно-импульсной штамповки. За первую операцию вырезается центральное отверстие и пробивается 12 отверстий с торца, а за вторую операцию (со сменой индуктора) — 18 отверстий по окружности.

Рис. 18. Зависимость предельного коэффициента вытяжки m = d/D

от отношения (S/D) 100 (а) и зависимость предельного

коэффициента отбортовки К₀ = D/d от отношения (S/D) 100 (б)

Рис. 17. Примеры освоенных операций штамповки и индукторы к ним: вырезка центрального окна и пробивка 30 отверстий (за две операции с разными

индукторами): 1 — матрица (кольцо); 2 — медный индуктор (плоский индуктор одновитковый); 3 — балинитовый корпус

На рис. 18 приведены результаты экспериментальных и производственных процессов магнитно-импульсной штамповки. На рис. 18, а представлена зависимость предельного коэффициента вытяжки без прижима m = d/D от относительной толщины заготовки {S/D) 100..

На рис. 18, б приведена зависимость предельного коэффициента отбортовки. К_о =D/d от относительной толщины (S/d) 100.

Эксперименты были выполнены на материалах Д16АМ и АМГБМ толщиной от 0,5 до 2 мм. Установки для деформирования металла импульсным магнитным полем состоят из следующих устройств:

1) зарядного устройства, состоящего из повышающего высоковольтного трансформатора и выпрямителя;

2) коммутирующего или разрядного устройства;

3) емкостного накопителя энергии (конденсаторной батареи);

4) технологического блока, состоящего из сменного индуктора и рабочего инструмента (матрицы либо оправки).

Основной характеристикой магнитно-импульсных установок является максимальная величина накапливаемой энергии в кДж. В настоящее время созданы установки с запасаемой энергией от 12 до 400 кДжМагнитно-импульсные установки конструктивно сравнительно просты. Они не имеют движущихся и трущихся частей, а, следовательно, надежны в эксплуатации (за исключением недостаточной стойкости конденсаторов). В несколько раз снижается металлоемкость и трудоемкость изготовления оснастки. Вследствие этого магнитно-импульсная штамповка становится экономически эффективной в мелкосерийном и даже опытном производстве.

Дата добавления: 2015-07-19