Плоский индуктор для магнитно-импульсного прессования изделий из наноразмерных порошков
Владельцы патента RU 2417861:
Институт электрофизики Уральского отделения Российской академии наук (RU)
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к устройствам для магнитно-импульсного прессования изделий из наноразмерных порошковых материалов. Плоский индуктор состоит из спирали индуктора, выполненной в виде архимедовой спирали, кожуха, межвитковой изоляции, токовводов, обеспечивающих подключение индуктора к источнику питания. Нулевой и потенциальный токовводы выполнены в виде стержней, с цилиндрическим утолщением, в котором сделан паз для шины индуктора удвоенной толщины и глубиной равный высоте шины. Выборками в цилиндрическом утолщении сформирован переход с токоввода на виток спирали по касательной в зоне контакта токоввод/шина. Шина индуктора, неразъемно соединенная с токовводами, имеет двойную толщину в зоне контакта и плавно уменьшается до одинарной толщины на расстоянии не менее диаметра цилиндрической части токовводов. Индуктор характеризуется увеличением срока службы при высоких энергиях разряда. 2 ил.
Изобретение относится к устройствам для компактирования порошков в области порошковой металлургии, в частности к устройствам для магнитно-импульсного прессования изделий из наноразмерных порошковых материалов.
Известны способы индукционного магнитно-импульсного прессования порошковых материалов, в основе которых лежит возбуждение электромеханических усилий в проводящем теле, передающем эти усилия на прессуемый материал. Аналогом можно считать индуктор для магнитно-импульсного прессования изделий из порошка, состоящий из спирали индуктора, выполненной по спирали Архимеда, кожуха, токовводов, обеспечивающих подключение индуктора к источнику питания (Миронов В.А. Мангитно-импульсное прессование порошков. // Рига: Зинатне, 1980, 196 с.).
Недостатком представленного аналога является отсутствие изоляции спирали индуктора, что приводит к межвитковому пробою спирали и малому сроку службы индуктора.
Наиболее близким аналогом устройства, прототипом, авторы считают типовую конструкцию индуктора для плоской штамповки (В.А.Голенков, A.M.Дмитриев и др. «Специальные технологические процессы и оборудование обработки давлением», ISBN 5-217-03247-2. - М.: Машиностроение, 2004, 464 с.), состоящий из спирали индуктора, кожуха, токовводов, изоляции. Отличительной особенностью прототипа, по сравнению с представленным выше аналогом, является наличие изоляции витков спирали индуктора в виде обмотки спирали индуктора ленточной изоляцией и заливки межвиткового пространства спирали индуктора эпоксидным компаундом.
Недостатком конструкции прототипа является зона контакта токовводов, со спиралью индуктора. Неравномерное распределение тока в зоне контакта токоввод/спираль индуктора приводит к разрушению зоны контакта при высоких энергиях разряда в течение нескольких десятков импульсов.
Технической задачей изобретения является конструкция токовводов, обеспечивающая увеличение срока службы индуктора при высоких энергиях разряда.
Поставленная задача решается благодаря тому, что функционально разделены токовводы на потенциальный (размещается в центре спирали) и нулевой (размещается на конце периферийного витка спирали).
Потенциальный и нулевой токовводы представляют собой стержни из материалов с высокой электропроводностью. На одном из концов токовводов расположены конструкционные элементы для соединения индуктора с источником питания, на другом расположены конструкционные элементы, в которых крепятся концы спирали индуктора при помощи неразъемного соединения.
На фиг.1а изображен вид снизу, на фиг.1б - вид сбоку конструкционного элемента нулевого токоввода представляющего собой цилиндрическое утолщение 1, вдоль диаметра которого сделан паз 2 для шины индуктора удвоенной толщины и глубиной равный высоте шины, с выборкой симметричной оси паза, формирующей переход на внешний виток спирали по касательной в зоне контакта токоввод/шина.
На фиг.2а изображен вид снизу, на фиг.2б - вид сбоку конструкционного элемента потенциального токоввода, представляющего собой цилиндрическое утолщение 1, продолжением которого является полуцилиндр 3, по высоте превышающий высоту шины индуктора, в котором сделан паз 2 в форме полувитка для шины удвоенной толщины и глубиной равный ее высоте так, что вдоль паза выборкой сформирован равномерно расширяющийся полувиток 4, формирующий переход по касательной на внутренний виток спирали в зоне токоввод/шина.
Шина индуктора имеет двойную толщину в зоне контакта и плавно уменьшается до одинарной толщины на расстоянии не менее диаметра цилиндрической части токовводов.
Крепление спирали индуктора в пазах токовводов осуществляется неразъемным соединением.
Данные конструкции токовводов и шины индуктора обеспечивают плавное протекание тока на стыке токоввод/шина и обеспечивают увеличение срока службы индуктора при высоких энергиях разряда.
Предлагается следующий вариант конструкции индуктора.
Плоский индуктор наматывается по спирали Архимеда шиной, в качестве которой могут быть использованы стандартные полосы из материалов с высокой электропроводностью. Шина индуктора имеет двойную толщину в зоне контакта и плавно уменьшается до одинарной толщины на расстоянии не менее диаметра цилиндрической части соответствующих токовводов, что достигается путем пайки к ней высокотемпературным хорошо проводящим припоем отрезков стандартных полос, выбранных в качестве шины, обеспечивающих предложенную геометрию.
Один конец шины неразъемным соединением (пайкой высокотемпературным хорошо проводящим припоем) закрепляется в потенциальном токовводе. Второй конец шины крепится аналогичным способом в нулевом токовводе. Участок шины между токовводами обматывается ленточной изоляцией. Шина индуктора формируется в спираль Архимеда вокруг потенциального токоввода и помещается в кожух, в котором осуществляется ее заливка эпоксидным компаундом.
Пример изготовления
Был изготовлен плоский индуктор для магнитно-импульсного прессования изделий из наноразмерных порошков: спираль индуктора изготовлена из медной шины сечением 2,5×11 мм2, токовводы изготовлены из латуни, концы спирали посредством пайки серебряным припоем закреплены в токовводах, 16 витков спирали индуктора изолированы друг от друга слоем стеклоткани толщиной 0,5 мм и жестко фиксированы в бандаже путем пропитки полиэфирным компаундом. Индукторы данной конструкции при прессовании с предельной проектной силой 850 кН (энергия источника тока 30 кДж) имеют ресурс не менее 5000 импульсов.
Плоский индуктор для магнитно-импульсного прессования изделий из наноразмерных порошков, содержащий спираль индуктора, выполненную в виде архимедовой спирали, кожух, межвитковую изоляцию, токовводы, на одном конце которых расположены конструкционные элементы для соединения индуктора с источником питания, отличающийся тем, что нулевой токоввод выполнен в виде стержня с цилиндрическим утолщением, вдоль диаметра которого сделан паз для шины индуктора удвоенной толщины и глубиной, равной высоте шины, с выборкой симметричной оси паза, формирующей переход на внешний виток спирали по касательной в зоне контакта токоввод/шина, а потенциальный токоввод - с цилиндрическим утолщением, продолжением которого является полуцилиндр, по высоте превышающий высоту шины индуктора, в котором сделан паз в форме полувитка для шины удвоенной толщины и глубиной, равной ее высоте так, что вдоль паза выборкой сформирован равномерно расширяющийся полувиток, формирующий переход по касательной на внутренний виток спирали в зоне токоввод/шина, а шина индуктора, неразъемно соединенная с токовводами, имеет двойную толщину в зоне контакта и плавно уменьшается до одинарной толщины на расстоянии не менее диаметра цилиндрической части токовводов.
