Установка для магнитно-импульсной обработки материалов
Установка для магнитно-импульсной обработки материалов относится к импульсной обработке материалов и предназначена для выполнения технологических операций: штамповки, калибровки, сварки, упрочнения структуры металлов в отраслях машиностроения. Целью полезной модели является: обеспечение качества обрабатываемых изделий и стабильности технологического процесса, а также диагностика элементов разрядного контура установки. Для этого в установке для магнитно-импульсной обработки материалов, содержащей зарядное устройство, блок управления, задатчик напряжения, разрядный контур, состоящий из блоков накопителей энергии и разрядников, которые соединены с общей нагрузкой - индуктором, дополнительно содержится датчик импульсных токов и регистратор параметров разрядного тока. Регистратор состоит из двух каналов аналого-цифровых преобразователей параметров тока - амплитуды и длительности периода колебаний и регистра памяти. Выход датчика тока соединен с входами каналов аналого-цифровых преобразователей, а выходы каналов аналого-цифровых преобразователей подключены к информационному входу регистра памяти, управляющий вход которого соединен с блоком управления для сброса предыдущей информации перед новым циклом разряда. 3 илл.
Полезная модель относится к магнитно-импульсной обработке материалов, в частности к магнитно-импульсным установкам и может быть использована для технологических операций: штамповки, калибровки, сварки, упрочнения структуры металлов и других в отраслях машиностроения.
Известна установка для магнитно-импульсной обработки материалов, содержащая: зарядное устройство, блок автоматики и разрядный контур, состоящий из емкостного накопителя энергии, коммутатора тока (разрядника) и индуктора, в рабочей зоне которого помещена обрабатываемая заготовка. При разряде накопителя энергии в индукторе протекает разрядный ток, который создает импульсное магнитное поле. В результате взаимодействия магнитного поля с материалом заготовки в индукторе производится полезная работа, например, деформирование или сварка заготовки. Интенсивность воздействия на материал в индукторе зависит от уровня запасаемой энергии и параметров разрядного тока. Дозирование запасаемой энергии в установке производится с помощью задатчика напряжения, а контроль режима работы накопителя энергии осуществляется измерительным прибором только по уровню напряжения заряда (в книге: Белый И.В., Фертик С.М., Хименко Л.Т. Справочник по магнитно-импульсной обработке материалов, Харьков: изд. «Вища школа». 1977, стр. 94-97).
Недостатки известной установки - не учет дестабилизирующих факторов, которые влияют на режим разряда. К ним относятся: изменение емкости или отказ конденсаторов в накопителе энергии, не стабильность работы разрядника или задатчика напряжения, межвитковое замыкание в индукторе и другие факторы, влияющие, в конечном счете, на параметры разрядного тока. В наибольшей степени нестабильность режима разряда проявляется в мощных
многоконтурных установках, в которых отдельные накопители энергии синхронно разряжаются на общую нагрузку - индуктор.
Наиболее близким по технической сущности к полезной модели является магнитно-импульсная установка, содержащая, зарядное устройство, разрядный контур, блок управления, блок контроля зарядного напряжения, выполняющий функцию задатчика напряжения. Разрядный контур состоит из отдельных блоков накопителей энергии и разрядных устройств. Заряд блоков накопителей энергии происходит от общего зарядного устройства, а разряд производится синхронно на общую нагрузку - индуктор. Блок контроля зарядного напряжения следит за процессом заряда в каждом блоке накопителей энергии и при отсутствии зарядного напряжения в каком либо блоке сигнализирует о неисправности (в книге: Таталаев А.К. Индукторы и установки для магнитно-импульсной обработки металлов, М.: изд. НТЦ «Информтехника», 1992, стр. 26-29).
Недостатки известной установки: в процессе работы многоблочной установки контролируется только один параметр - напряжение заряда в отдельных блоках накопителя энергии. При этом не учитываются отклонения параметров разряда, вызванные нестабильностью запуска разрядников (не синхронное включение группы разрядников) или отказами отдельных конденсаторов в блоках накопителей энергии. Отклонения режимов разряда установки вызывают изменение параметров разрядного тока - амплитуды или периода колебаний. В результате разрядный ток в индукторе не обеспечивает необходимый технологический режим обработки материала и качество готовых изделий.
В основу полезной модели поставлена задача: обеспечение качества обрабатываемых изделий и стабильности технологического процесса, а также диагностика элементов разрядного контура установки и параметров разрядного тока.
Технический результат достигается тем, что установка для магнитно-импульсной обработки, содержащая зарядное устройство, блок управления,
задатчик напряжения, разрядный контур, состоящий из блоков накопителей энергии и разрядников, соединенных с индуктором, дополнительно содержит датчик импульсных токов и регистратор параметров разрядного тока, который состоит из двух каналов аналого-цифровых преобразователей параметров тока - амплитуды и длительности периода колебаний и регистра памяти, при этом, датчик тока расположен на выходной шине разрядного контура, выход датчика тока соединен с входами каналов аналого-цифровых преобразователей, выходы каналов аналого-цифровых преобразователей подключены к информационному входу регистра памяти, управляющий вход которого соединен с блоком управления.
На фиг.1 изображена схема магнитно-импульсной установки с двумя блоками накопителей энергии.
На фиг.2 представлена осциллограмма разрядного тока магнитно-импульсной установки.
На фиг.3 представлены совмещенные осциллограммы разрядного тока двухконтурной установки при синхронной работе разрядников (кривая 1) и не срабатывании одного из разрядников (кривая 2).
Установка содержит зарядное устройство 1, блок управления 2, задатчик напряжения 3, разрядный контур с накопителями энергии 4, 5 и разрядниками 6, 7, которые подключены к общей нагрузке - индуктору 8 с обрабатываемой заготовкой 9. На выходной шине разрядного контура установлен датчик тока 10. Выход датчика тока соединен с регистратором параметров разрядного тока 11, который содержит два канала аналого-цифровых преобразователей (АЦП) - амплитуды 12 и длительности периода колебаний 13. Выходы каналов АЦП подключены к регистру памяти 14.
Установка работает следующим образом.
Зарядное устройство 1 по команде от блока управления 2 заряжает накопители энергии 4, 5. При достижении заданного уровня энергии задатчик напряжения 3 отключает зарядное устройство и одновременно запускает разрядники 6, 7. Накопители энергии разряжаются синхронно на индуктор 8, где
происходит импульсная обработка заготовки 9. Информация из датчика тока 10 поступает на двухканальный регистратор параметров разрядного тока 11. В канале АЦП - 12, регистрируется амплитуда разрядного тока I1, в канале АЦП - 13, регистрируется длительность периода колебаний тока Т. Обработанная информация из каналов АЦП 12 и 13 заносится в регистр памяти 14, где хранится до следующего цикла работы установки. Сброс информации из регистра памяти производится по команде от блока управления 2 перед каждым циклом заряда накопителей энергии.
Отказы элементов разрядного контура установки, вызывают изменение емкости С и индуктивности L разрядного контура и, как следствие этого, амплитуды I 1max разрядного тока и периода колебаний Т. Период колебаний и амплитуда разрядного тока связаны с параметрами разрядного контура выражениями:
где: L - суммарная индуктивность разрядного контура и индуктора; С - суммарная емкость накопителей энергии; U - напряжение заряда накопителя энергии.
По изменению амплитуды и периода колебаний разрядного тока от номинального режима можно диагностировать состояние основных элементов разрядного контура установки: отказ одного или группы конденсаторов, несрабатывание или не синхронное включение разрядников в многоблочных накопителях энергии, межвитковое замыкание в индукторе.
Давление магнитного поля на заготовку связано с амплитудой разрядного тока выражением:
где: k - неизменяемый коэффициент, учитывающий магнитную проницаемость среды, конструкцию и число рабочих витков индуктора.
Таким образом, изменение параметров разрядного тока приводит к изменению давления импульсного магнитного поля на заготовку и нарушению оптимального технологического режима обработки заготовки.
Пример реализации магнитно-импульсной установки.
Магнитно-импульсная установка МИУ-10 с максимальной запасаемой энергией 10кДж содержит два блока накопителей энергии емкостью 30 мкФ каждый. Для коммутации разрядного тока используются тиратронные разрядники ТДИ-150, запускаемые синхронно на общую индуктивную нагрузку. Для синхронной работы разрядников необходимо обеспечить оптимальные параметры импульсов запуска, которые должны быть согласованы с параметрами нагрузки - индуктора. В процессе работы происходит эрозия управляющего электрода разрядника или изменяются параметры сменного индуктора, что может привести к нарушению синхронности включения разрядников.
Из осциллограммы фиг.3 видно, что при отказе разрядника в одном из блоков накопителей энергии амплитуда разрядного тока уменьшается до 40%, а длительность периода колебаний до 20% от номинального значения. Это приводит к уменьшению эффективного давления на заготовку и снижению качества обрабатываемых деталей на установке.
Установка для магнитно-импульсной обработки материалов, содержащая зарядное устройство, блок управления, задатчик напряжения, разрядный контур, состоящий из накопителей энергии и разрядников, соединенных с индуктором, отличающаяся тем, что установка дополнительно содержит датчик импульсных токов и регистратор параметров разрядного тока, который состоит из двух каналов аналого-цифровых преобразователей параметров тока - амплитуды и длительности периода колебаний и регистра памяти, при этом датчик тока расположен на выходной шине разрядного контура, выход датчика тока соединен с входами каналов аналого-цифровых преобразователей, выходы каналов аналого-цифровых преобразователей подключены к информационному входу регистра памяти, управляющий вход которого соединен с блоком управления.
