Установка для магнитно-импульсной обработки

 

Союз Советскм

Соцмалмстмческин

Республик

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ, (1)) 605661

К аетОРСКОМ СВИДЕТВЛЬСтВ, (6I) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 02.03.76 (2I)2330017/27 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 05,OS.78, Бюллетень №1

В 21 Q 26/14

Государственный ноинтет

Сонете Мнннстрое СССР оо делам нзооретеннй н открытей (53) УДК 621.7.044. .7.06 (088.8) (45) Дата опубликования описания 07.04.78 (72) Авторы изобретения

А. А. Есин, В. П. Пашкович, М, М. Едемский н Н. Т. Деордиев

Экспериментальный научноисследовательский институт кузнечно-прессового машиностроения (71) Заявитель (54) УСТАНОВКА ДЛЯ МАГНИТНО-ИМПУЛЬС11ОЙ

ОБРАБОТКИ

Изобретение относится к обработке пластическим деформированием листовых и трубных заготовок.

Известны установки для обработки металлических заготовок давлением импульсного 5 магнитного поля, содержащие зарядное устройство, батарею импульсных конденсаторов в качестве накопителя электрической энергии, индуктор, средства подключения индуктора к батарее импульсных конденсаторов 111.10

Обработка заготовок на данных установках осуществляется, как правило, давлением магнитного поля, которое отталкивает заготовку от индуктора. Разрядный ток в индукторе в большинстве случаев является коле- 15 бательным г знакопеременным.

При оптимальных соотношениях между параметрами разрядной цепи установки, индуктора и заготовки обработка последней совершается с наибольшим КПД, а время деформирования обычно не превышает полупериода разряда, Таким образом, последуюшие колебания разрядного тока являются вредными, так как они, не участвуя в работе деформирования заготовки, сокращают сроки службы импульсных конденсаторов, индукторов и других элементов разрядной цепи тем сильнее, чем меньше декремент затухания колебаний.

Известно также устройство, содер;ащее малоиндуктивный шунт с включателем, который замыкается»а одну пэ последователь но включенных в разрядную цепь катушек индуктора в момент достижения в зоне обра ботки заготовки максимального значения магнитного поля $2).

Благодаря резкому уменьшению индуктивности разрядной цепи ток в незакороченной катушке индуктора, а следовательно, и магнитное поле индуктора быстро спадают. В течение спада, магнитного поля эаготовKB O BeP e eHC B MGI HLiTHOI о давления, которое притягивает ее к индуктору.

Однако в этом устройстве разрядный ток в незакороченной катушке и, следовательно, и магнитное поле индуктора после спада может продолжать изменяться, в результате чего может измениться во время нарастания магнитного поля направление давления.

Следствием этого явится брак деталей. Oi

605661 меченный недостаток ограничивает .техно логические возможности указанного устрой« ства.

0елью изобретения является расширение технологических возможностей и повышение экономичности обработки, Указанная цель достигается тем, что в разрядной цепи смонтированы дополнительный токовывод к нагрузке и два малоиндуктивных шунта с управляемыми включателями, один из которых включен между основным и дополнительным токовыводами, а другоймежду основными токовыводами к нагрузке.

Кроме того, в схеме управления вклке ателями смонтированы две линии формирования импульсов напряжения для автоматического замыкания в заданные моменты разряда включателей мал оиндуктивных шунтов, входы которых через переключатели связа- р0 ны с делителем напряжения и интегрирующей цепочкой, питающихся от одного нз импульсных конденсаторов батареи.

На фиг. 1 представлены принципиальная схема разрядной цепи установки и блок-схе- 25 ма .системы управления автоматическим включением шунтов во время разряда, на фиг. 2схема включения нагрузки (пндуктора) при работе в режиме 1 (обычный колебательный разряд); на фиг. 3 — схема включения на- 50 грузки при работе в режиме П (ушшолярный разряд с шунтированием нагрузки при нулевом значении разрядного тока) илп в режиме 1 (униполярный разряд с шунтированием нагрузки при максимальном значении З5 разрядного тока); на фпг, 4 — схема включения индуктора, содержащего две катушки индуктивностп, в режиме 11! (обработка заготовок магнитным притяжением к индуктору) р на .иа фиг. 5-9 — эпюры, 40

Установка для обработки металлов давлением содержит зарядное устройство 1 (см. фиг. 1), подключенное к батарее импульсных конденсаторов 2, от которой отходят два основных токовывода 3, 4 к нагруз45 ке, например к индуктору, основной управляемый выключатель 5 мощных импуль ных электрических токов, подключенный между токовыводом, например 3, и соответствую50 шим выводом от батареи импульсных конденсаторов, дополнительный токовывод 6 . к нагрузке первый мвлоиндуктивный шунт с управляемым включателем 7, подключенный между дополнительным токовыводом 6 и оо

55 новным токовыводом, например 4, второй малоиндуктивный шунт с управляемым включателем 8, подключенный между основными токовыводами 3 и 4, схему управления циклом "заряд- разряд -импульсных конденса.торов на нагрузку (на фиг. не показана) °

К батарее импульсных конденсаторов 2 или по крайней мере к одному импульсному конденсатору подключены выполненный па резисторах 9 и 10 делитель напряжения и интегрирующая цепочка, содержащая конденсатор 11 и резистор 12.

Выходы интегрирующей цепочки и делителя напряжения через переключатели 13, 14 и диоды 15 и 16 подключены к двум идентичным по конструкции линиям формнрования импульсов напряжения, которые содержат блоки 17 и 18, предназначенные для выдачи кратковременных импульсов напряжения в требуемые моменты разряда (например, в моменты перехода через нулевые значения разрядного тока или падения напряжения на батарее конденсаторов 2), и блоки 19, 20 подготовки инициирующих импульсов напря жения, Выходы блоков 19 и 20 подключены соответственно к включателям шунтов 7 и 8 °

Блоки 17 и 18 состоят из входного усилителя, дифференцируюшей цепочки, одновибратора и выходного усилителя, котсрые могут быть собраны, например, из элементов логики

"1". Блоки 18 и .20 содержат управляемый диод, импульсный конденсатор и импульсный трансформатор.

Токовыводы соединены с катушками индукторами 21, 22> 23, В качестве управляемых включателей мощных импульсных токов могут служить во душные разрядники, игнитроны и т. д. Малоиндуктивными шунтами могут слу7. ить непосредственно токопроводы, выполненные из металлических шин или коаксиальных кабелей.

Работает установка следующим образом, При разряде батареи конденсаторов 2 на нагрузку, подключенную к выводам 3 и 4 установки, в разрядной цепи протекает знакопеременный колебвтельный ток 7 . Характер его изменения в первом приближении может быть описан экспоненциапьно затухающей синусоидой (см. фиг, 5). Аналогично, но со -сдвигом примерно на четверть периода колебаний изменяется падение напряжения (.) Z (см, фиг. 6) на импульсных конденсаторах 2 батареи.

Одновременно с током J (см, фиг. 5) и пропорционально ему изменяется напряжение U<, снимаемое с конденсатора 11 интегрирующей цепочки, а напряжение И О (см. фиг. 6) снимаемое с резистора 10 делителя напряжения установки изменяется пропорционально падению напряжения Ц на батарее импульсных конденсаторов.

Напряжения, и U ц в начале разряда имеют одинаковые знаки, например отрица-.

605661 тельные. Таким образом, в зависимости от положений переклю".ателей 13 и 14 на диоды 15 и 16 м.гут поступать знакопеременные напряжения, пропорциональные или разрядному току (см. фиг. 5), если цереклю- > чатели установлены в положение А, или падению напряжения на батарее импульсных конденсаторов установки (см. фиг. 6), если переключатели установлены в положение Б.

Диод 15 пропускает отрицательные и от- 0 секает положительные импульсы напряжения. Зпюры напряжений УЗх поступаемых зхр на вход блока 17 с конденсатора 11 интегрирующей цепочки, показаны на фиг, 5в, а с резистора 10 делителя напряжения - на фиг, бв. В моменты перехода отрицательных импульсов напряжеиий В х„через нулевые значения блок 17 вырабатывает кратковременные импульсы напряжений > р (см. фиг. 5г it бг), которые в блоке 19 преобра-20 зуются в инициирующие импульсы высоко вольтного напряжения lit@ (см, фиг. 5д и бд).

Диод 16 отсекает отрицательные и пропускает положительные импульсы напряг- 2s ний М или 3 . Эпюры напряжений Уй„ й, поступаемых на вход блока 18 с конденсатора 11 интегрирующей цепочки, показаны нв фиг. 5е, в с резистора 10 делителя напряжения - на фиг. бе. 30

В моменты перехода положительных импульсов,напряжений через нулевые значения блок 18 вырабатывает кратковременные импульсы наиряженийЯ,, (см. фиг. 5ж u M бж). которые блоком 20 преобразуются в инициирующие импульсы высоковольтного напряжения О у< (см. фиг, 5з и бз), Импуль сы высоковольтного: напряжения U t предназначены для замыкания включателя шунты а 7, 40 а импульсы высоковольтного напряжениями

20 для замыкания включателя шунта 8, Меняя положения переключателей 13 и 14 можно осуществить следующие основные че- 4> тыре режима работы магнитно-импульсной установки:

Режим I„ epeKIIID TeIIH 13 14 (фиг, 1) установлены в нейтральном положении, т. е. входы блоков 17, 18 отключены. Индуктор

21 (см, фиг. 2) с обрабатываемой заготовкой (на фиг. не показана) подключен к токовыводам 3, 4. При таких условиях установка предназначена для обработки заготовок магнитным отталкиванием с помощью колебатель ных разрядов энергии конденсаторов на систему индуктор-заготовка". Шунты 7 8 во время разряда к нагрузке не подключаются.

6

Режим II. предназначен для обработки заготовок магнитным отталкиванием с помощью униполярных разрядов конденсаторов на сиотему "индуктор-заготовка, получае»ых пу« тем закорачивания индуктора при переходе разрядного тока в нем через нулевое значение и последующего за этим закорачивания всей батарей конденсаторов при падении напряжения нв ней до нуля. С этой цельюдополнительный токовывод 6 (см. фиг. 1, 3) подключается к основному т.оковыводу 3, а индуктор 21 (с обрабатываемой заготовкой) - к основным токовыводам 3 и 4.

Переключатель 13 устанавливается в положение А, а переключатель 14 - в положение

Б (фиг. 1). В течение первого полупериода разряда на блок 17 через переключатель

13 и диод15йконденсатора j1 интегрирую щей цепочки поступают отрицательные им-. пульсы напряжения Ug< t7. (c». фиг. 7) значения которого пропорциональны разрядцому току 0 ; в индукторе. Со второй четверти периода разряда на блок 18 через переключатель 14 и диод .16 с резистора

L0 делителя напряжения поступают положиР ) ВХ Iz( фиг. 7), значения которого пропорциональны падению напряжения 0 на батарее импульсных конденсаторов установки. При переходе разрядного тока J<< в индукторе и напряжения ц „„через нулевые значения блоки 17 и 19 вырабатывают кратковременный импульс инициирующего напряжения lJ lg (см. фиг. 7), который осуществляет замыкание включателя шунта 7. В результате шунтирования индуктора и резкого снижения индуктивности разрядной цепи перезвряженная к этому моменту батарея конденсаторов с бс лее высокой скоростью, чем в начале разряда, разряжается на сопротивление шунта 7.

Токи в индукторе при этом пренебрежимо малы, поскольку полное сопротивление индуктора значительно выше полного сопротивления шунта, По достижении амплитудного: значения разрядного тока в шунте 7 и соответственно нулевого значения напряжения на батарее конденсаторов 2 блоки 18 и 20 вырабатывают кратковременный импульс инициирующе« го напряжения U<<(t:». фиг. 7), который осуществляет замыкание включателя шунта 8.

Если сопротивление шунта 8 достаточно мало по сравнению с сопротивлением шунта 7, то перезарядки батареи конденсаторов 2 не происходит, а энергия шунта 7 разряжается на собственные сопротивления шунтов 7 и 8.

Таким образом, в этом режиме удается сократить число колебаний разрядного тока как в индукторе, так и в батарее импульсных

6ОЫЕ1 конденсаторов, благодаря чему ра=ширяются возможности повышения стойкости указанных элементов разрядной цепи, а следовательно, и снижение затрат, связанных с их износом.

Режим Ш предназначен для обработки 5 заготовок магйитным притяжением к индуктору

С этой целью индуктор, содержащий по крайней мере две последовательно соединенные катушки индуктивности 22 и 23 (см. фиг. 4) подкпючается к основным токовыводам 3 40 и 4, а общая точка катушек - к допопнитель, ному токовыводу 6 установки. Переключатели 13, 14 (см. фиг. 1) устанавливается в положение Б. В течение первой четверги разряда батареи конденсаторов на катушки

22, 23 иидуктора одновременно на блок 17 через переключатель 13 и диод 15 с резис-! тора 10 делителя напряжения поступает импульс напряжения Б®< (фиг, 8), значения которого пропорциональны падению напряжения U Z на батарее J импульсных конденсато ров установки. По достижении амплитудного значения разрядного тока, ) -3 в катушках индуктора и соотвественно нулевого значения напряжения 0 на батарее конденсато25 ров установки и напряженияЮ. „,7блоки 17 . и 19 вырабатывают кратковременный импульс инициирующего напряжения )July, который замыкает выключатель шунта 7. При этом катушка 23 шунтируется, а катушка

22 через шунт 7, минуя катушку 23, подключается к батарее конденсаторов 2. Предполагается, что полное (компллексное) сопротивление шунта 7 значительно меньше, .чем

35 сопротивления каждой из катушек 22 и 23 индуктора. При таком условии можно, йренебрегая перераспределением энергии между катушками,,считать, что катушка 23 разряжается на свое собственное сопротивление и на сопротивление шунта 7, а катуш ка 22 перезаряжает в обратной полярности батарею конденсаторов 2, после чего батарея конденсаторов 2 снова разряжается на катушку 22. Благодаря резкому уменьшению индуктивности разрядной цепи спад тока в катушке 22 происходит с большей скоростью, по сравнению с той скоростью спада, которая бы имела место при исключении шунтирования катушки 23. На этом этапе разряда, на блок 18 через переключатель 14 и диод

16 поступает положительный импульс напряжения ОЗ ®, значения которого про. порциональны падению напряжения U на батарее конденсаторов 2 установки. При переходе напряжений Ц и ц ...через нулевое значение, а разрядного тока J qg в катушке 22 соответственно через амплиг тудное значение блоки 18 и 20 вырабатывают кратковременный импульс инициирующего 60 напряжения 0g (см. фиг. 8)„который за8 мыкает включатель шунта 8. В результате этого шунтируется катушка 23 индуктора.

Энергия, накопленная,в катушке 23, разряжается на собственное сопротивление этой катушки и на сопротивления шунтов 7 и Н, Переразрядки батареи конденсаторов 2 не происходит, Токи и 3 в катушках 22 и 23 индуктора эксйоненциально затухают.

Так как их направления азаимопротйвополох.» ны, то суммарное магнитное поле в зоне обработки заготовки представляет собой разность магнитных полей катушек индуктора.

Значения напряженности суммарного магнит ного поля экспоненциально уменьшаются до нуля, Таким образом, в описанном режиме разряда установка позволяет исключить колебания магнитного поля в зоне обработки после его спада до минимального абсолютного значения и, тем самым, исключить вос можность брака, связанного с появлением значительнь:х отталкивающих заготовку от индуктора давлений магнитного поля, cnocd3». ных обжать заготовку после ее раздачи.

Режим 1У предназначен для обработки заготовок магнитным отталкиванием от элек трода с использованием контактных способов обработки, при которых разрядный ток пропускается в прямом направлении непосредственно через обрабатйваемую заготовку, а в обратном - по специальному электроду, расположенному вблизи заготовки. С целью повышения стойкости импульсных конденсато -. ров через систему электрод-заготовка" пропускается униполярный импульс разрядного тока, который получается путем шунтиро вания системы "эпектрод--заготовка .при максимальном амплитудном значении разрядного тока. С этой целью система алектрод-заготовка" подключается к основным токовыводам 3, 4 установки, а ее.допслни» тельный токовывод 6 подключается к основ ному токовыводу З..Переключатель 13 устанавливается в положение Б> а переключатель 14 - в нейтральное положение, Шунти рование системы «электрод-заготовка пра исходит таким же образом, как и описанное выше шунтирование катушки 23 в режиме Ш . работы установки. Соответствующие этому режиму эпюры разрядного тока б напряженийЮ16 (0, приведены на фиг, 8. Гак как в момент шунтирования напряжение на батарее импульсных конденсаторов установки равно нулю, то ее перезарядки не происходит. Второй шунт в этом режиме не работает.

Накопленная в системе электрод-заготовка" энергия разряжается на собственное сопротивление этой системы. Поскольку амплитудные значения разрядного тока и обусловленного им магнитного давления, а также величина импульса магнитного давления в

605661 результате шунтирования системы не снижа ются, то КПД:процесса дефтрмирования заготовки также не снижается. Bnaropaps иоключению перезарядки улучшаются условия работы, повышается стойкость импульсных конденсаторов и снижаются расходы, связанHbtB с их износом

Возможны и другие режимы обработки заготовок девлением импульсного магнитного пола на описанной установке, осушвствляемйе за счет различных комбинаций положений переключателей-;13, 14 и подключений рабочей нагр„"зки к токовыводам 3, 4 и 6.

Пц, сравнению с серийной магнитс-импульсной установкой модели МИУА 20/5 1 от внедрения предлагаемой установки при одном и том же уровне номинальной запасаемой энергии ожидается увелйчение эконо мического эффекта в 1,5 раза, что составит в год 45 тыс. руб.

10.

Уиг. 1

7) 4 иг.2Формула изобретения

1 Установка для обработки металлов, давлением импульсного магнитного поля, содержащая зарядное устройство, батарею им 2< пульсных конденсаторов, два основных токовывода, к нагрузке, основной включатель мощных импульсных токов и схему управпения, отличающаяся тем, что, с целью расширения технологических возможностей и повышения экономичности обработки, в разрядной цепи смонтированы дополнительный токовывод к нагрузке и два малоиндук-. тивных шунта с управляемыми включателями, один нз которых включен между:основным и дополнительным токовыводами, а другой - между основными токовыводами к нагрузке.

2. Установка по п. 1, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что в схеме управления включателями смонтированы две линии формирования импульсов напряжении для автоматического замыкания B заданные моменты разряда включателей малоиндуктивных шунтов, входы которых через переключатели связаны с делителем напряжения и интегрирующей цепочкой, питающихся от одного из импульсных конденсаторов батареи.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент США И9 3426564, кл, 72-56, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

14 262073, кл. В 21 Д 26/04, 1968.