Установка для магнитно-импульсной обработки электропроводных материалов

 

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, вакуумноразрядную камеру с двумя главными электродами 21 и 12 в виде тел вращения . Первый электрод 21 контактирует с вторым выводом 20 индуктора и имеет тонl J костенный 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 электропроводными 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 контактируют со свободными краями первой центральной шины, а такие же шины другой половины секций контактируют со свободными краями второй центральной шины. 4 ил. (Л с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (I9) ((1) (s()s В 21 0 26/14

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 5002236/27 (22) 17.09.91 (46) 23.05.93. Бюл. M 19 (76) Б.А.Яблочников (56) Белый И.В., Фертик С.М„Хименко Л.Т. .Справочник по магнитно-импульсной обработке металлов. — Харьков, Вища школа, 1977. с. 168. (54) УСТАНОВКА ДЛЯ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОЙ 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 тон25 костенный 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 электропроводными 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 контактируют со свободными краями первой центральной шины, а такие же шины другой половины секций контактируют со свободными краями второй центральной шины, 4 ил, 1

1817721

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 аксиальные

Цель изобретения — уменьшение габа- отверстия для размещения крепежных элеритов установки в горизонтальной плоско- ментов 11 и конусную внутреннюю поверхсти содновременнымоблегчениемдоступа 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.1схематическипредставленбо- 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 и сдвух- "5 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- 25 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 nepebw 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 удобнее так и из электропроводных материалов. B всего все секции разделить на четыре pas- 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 отдельноодной из осей симметрии центральных шин,,сти 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 патрубком23для откачки внутшины 4, а секционных шин 2 всех нижних реннего 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 при диаметрах главных элекмежду 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 Изго- . четырехугольной формы. Укаэанного диатовлены отверстия больших диаметров. в метраэлектродоввполнехватаетдляраэмекоторых размещаются остальные токоведу- щения в них индукторов с такими щие детали разрядного контура установки. диаметрами рабочих отверстий D, которые

1817721 позволяют 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 пластины.

На 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 равтоебований в каждом конкретном случае.

35 Во всех рассмотренных вариантах зазем40

50 го напряжения, что приводит установку в ! состояние готовности к выполнению операции магнитно-импульсной обработки дета55

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 D 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 и поэтому 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 прямоугольников). В индуктор загружается обрабатываемая деталь 19, после чего конденсаторная батарея заряжается до рабочели 19. В нужный момент времени на поджигающие электроды 24 подается высоковольтный импульс из системы управления, который приводит к маломощному искровому разряду между электродами 24 и металлическими деталями разрядной каме1817721

20

30

50 ры. 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 l5, 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, е.для его изготовления выбирается материал с относительно низкой электропроводностью, например нержавеющая сталь. благодаря распределению разряда по большой площади 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 наружными 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, отличающаяся" 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, отогнутые под углом к плоскости пластины, и электропроводными перемычками, при этом подкладное кольцо установлено в отверстии второй центральной шины изолированно от нее, токовсдущая пластина 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 электропроводными перемычками по меньшей мере с двух противоположных сторон, число секций кратно четырем, секции равномерно распределены по свободным от перемычек краям 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 свободными краями второй центральной шины.

1837721

1817721

Составитель Б. Яблочников

Техред М. Моргентал Корректор M. Петрова

Редактор Т. Шагова роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина 101

1, Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5