Витой индуктор для магнитно-импульсной обработки облегченных корпусов электросоединителей

Предлагаемая к защите полезная модель относится к обработке металлов давлением, а именно к магнитно-импульсной обработки (штамповки, сварки) металлов, может найти применение в различных областях машиностроения, приборостроения в авиа и ракетостроении. Предлагаемая конструкция витого индуктора для магнитно-импульсной обработки позволяет значительно увеличить коэффициент полезного действия индуктора при уменьшении его габаритных размеров, а также расширить номенклатуру изготавливаемых облегченных корпусов электросоединителей. Это достигается тем, что в витом индукторе для магнитно-импульсной обработки облегченных корпусов электросоединителей, имеющем спираль рабочей обмотки с изоляцией, спираль выполнена из медного провода, имеющего лаковое покрытие и диаметр (1÷2) мм. Выполнение размера поперечного сечения в диапазоне (1÷2) мм способствует сосредоточению тока в зоне ближайшей к поверхности заготовки, сокращению зазора между витками, увеличению количества витков на единицу длины, что увеличивает плотность магнитного поля, повышает КПД и снижает напряжение. Таким образом, появилась возможность выполнения технологических операций с использованием малых токов.

Предлагаемая к защите полезная модель относится к обработке металлов давлением, а именно к магнитно-импульсной обработке металлов, может найти применение в различных областях машиностроения, приборостроения в авиа и ракетостроении.

В научно-технической литературе различают три основных типа индукторов для магнитно-импульсной обработки (штамповки, сварки): индуктора на обжим, на раздачу и для плоской штамповки, - основным элементом которых является спираль, выполненная из материала с высокой электропроводностью путем точения или навивки (И.В. Белый, С.М. Фертик, Л.Т. Хименко «Справочник по магнитно-импульсной обработке металлов», Харьков, издательство при Харьковском государственном университете издательского объединения «Вища школа», 1977 г., стр.140-144, рис.75-79).

В связи с тем, что индуктора для магнитно-импульсной обработки работают в условиях высокого напряжения, больших токов и огромных электродинамических нагрузок спираль рабочей обмотки должна быть выполнена из тщательно изолированного шинопровода прямоугольного сечения.

Для повышения энергетических характеристик индукторов такой конструкции необходимо увеличивать площадь сечения шинопровода и толщину изоляции как межвитковой, так и между витками и поверхностью заготовки. А это ведет к увеличению габаритных размеров индукторов, либо к уменьшению числа витков.

Кроме того, углы шинопровода прямоугольного сечения являются источником концентрации напряженности электрического поля. Это объясняется тем, что в прямоугольном проводе (особенно если по отношению к заготовке провод поставлен на ребро), ток распределяется по самым дальним кромкам и его наибольшая плотность расположена по углам, что также не желательно.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому техническому решению можно считать использование цилиндрического проводника в конструкциях индукторов (А.К. Талалаев «Индукторы и установки для магнитно-импульсной обработки металлов», НТЦ «ИНФОРМТЕХНИКА», 1992 г., стр.70-73, рис.3.1-3.6).

В связи с тем, что при неравномерном распределении переменного тока по сечению проводника - поверхностном эффекте, который приводит к уменьшению сечения проводника, по которому проходит ток, и, следовательно, к увеличению его сопротивления, а также с тем, что распределение плотности тока на поверхности цилиндрического проводника, вследствие поверхностного эффекта, ограничивается толщиной поверхностного слоя, равной глубине проникновения тока, выбор оптимальной формы сечения витка значительно влияет на обеспечение нормальной работы индукторов.

Задача, решаемая предлагаемым витым индуктором для магнитно-импульсной обработки, состоит в увеличении коэффициента полезного действия индуктора при уменьшении его габаритных размеров, а также в расширении номенклатуры изготавливаемых облегченных корпусов электросоединителей.

Поставленная задача решается тем, что в витом индукторе для магнитно-импульсной обработки облегченных корпусов электросоединителей, имеющем спираль рабочей обмотки с изоляцией, спираль выполнена из медного провода, имеющего лаковое покрытие и диаметр (1÷2) мм.

То, что для получения облегченных корпусов электросоединителей, наиболее удачным токопроводом окажется обычный круглый провод малого сечения (1÷2) мм с лаковой изоляцией, объясняется следующим:

- известно, что импульсный ток протекает не по всему сечению провода, а по его поверхностному слою. Толщина слоя в металле, по которому пропускается импульсный ток, зависит от частоты импульса и электропроводности металла (чем выше частота тока, тем выше электропроводность металла и тем меньше толщина слоя проводника, по которому протекает ток). У провода, свернутого в спираль, имеющего прямоугольное сечение, наибольшая плотность тока расположена на малых гранях, особенно в угловых участках и на внутреннем диаметре спирали. Круглая форма сечения провода исключает сосредоточение импульсного тока в отдаленных участках провода.

- при использовании в качестве шинопровода - провода круглого сечения малого диаметра, весь ток сосредоточится в зоне провода ближайшего к заготовке, что значительно повышает КПД индуктора.

- лаковая изоляция на монтажных проводах круглого сечения имеет высокую электрическую и механическую прочность.

- медный провод диаметром (1÷2) мм легко навивать в спираль, гнуть в любом направлении с образованием сложной формы спирали любой конфигурации;

- значительно повышается КПД процесса, увеличивается срок эксплуатации, уменьшаются габариты и вес магнитно-импульсных установок.

На фиг.1 представлен вид витого индуктора для магнитно-импульсной обработки облегченных корпусов электросоединителей, для обжима, на фиг.2 - тоже, для раздачи, на фиг.3 - тоже, для плоской штамповки.

Витой индуктор для магнитно-импульсной обработки облегченных корпусов электросоединителей, работающий по схеме обжим или используемый для плоской штамповки, имеет помещенные в корпус 1 спираль 2 рабочей обмотки, выполненную из медного провода 3 с диаметром (1÷2) мм и с лаковым покрытием 4, и токовыводы 5.

Витой индуктор для магнитно-импульсной обработки облегченных корпусов электросоединителей, работающий по схеме раздача, имеет спираль 2 рабочей обмотки навитую из медного провода 3 с диаметром (1÷2) мм и лаковым покрытием 4 на оправку 6, токовыводы 5 которой размещены во фланце 7.

Выполнение размера поперечного сечения в диапазоне (1÷2) мм способствует сосредоточению тока в зоне ближайшей к поверхности заготовки, что повышает КПД, снижает энергию и механические нагрузки на провод.

В качестве медного провода, имеющего лаковую изоляцию, берется готовый провод, лаковая изоляция которого очень тонкая и очень качественная: механически прочная, выдерживающая большое электрическое напряжение.

При образовании рабочей спирали 1 обмотки витого индуктора зазор между витками сокращается, увеличивается количество витков на единицу длины, что увеличивает плотность магнитного поля, а, следовательно, КПД индуктора.

Снижение напряжения дает возможность использовать малую толщину изоляции между индуктором и заготовкой, что ведет к значительному увеличению давления магнитного поля на заготовку.

На практике витой индуктор для магнитно-импульсной обработки (штамповки, сварки), в котором спираль рабочей обмотки выполнена из медного провода, имеющего лаковое покрытие и диаметр (1÷2) мм, может найти применение, например, при выполнении формовочных, сварочных и разделительных операций для изготовления облегченных корпусов электросоединителей из алюминиевой фольги толщиной 0,15 мм, применяемых в кабельном производстве. В этом случае применяется настольная магнитно-импульсная установка с максимальной энергией заряда 200 и 300 Дж. В зависимости от типоразмера корпуса и вида операции работа, осуществляемая таким индуктором, 50÷150 Дж. Минимальный индуктор предложенной конструкции для раздачи использовался для заготовок с минимальным внутренним диаметром 6 мм. Для выполнения вышеперечисленных операций применялась медная проволока с лаковой изоляцией с диаметром поперечного сечения (1,3÷1,8) мм.

Преимущества предлагаемой конструкции витого индуктора для магнитно-импульсной обработки (штамповки, сварки) можно доказать следующим примером:

Необходимо провести калибровку по схеме «раздача» зоны торца патрубка из нержавеющей стали с толщиной стенки 1 мм, с внутренним диаметром 25 мм с допуском по наружному диаметру.

1. Для выполнения предложенной задачи использовалась матрица и индуктор на раздачу из медной шины с сечением 2×5 мм с тремя витками.

Работа велась на максимальной энергии установки 10 кДж. Торец патрубка был откалиброван, но индуктор вышел из строя после первого импульса.

2. Для калибровки торца указанного патрубка использовалась точеная трехвитковая спираль, но и она вышла из строя после первого же импульса.

3. Индуктор, спираль рабочей обмотки которого выполнена из медного провода с лаковой изоляцией и диаметром 1,3 мм, насчитывает 9 витков, при энергии для калибровки - 500 кДж, откалибровал всю партию патрубков без поломки.

Все вышесказанное подтверждает целесообразность выполнения спирали рабочей обмотки витых индукторов для магнитно-импульсной обработки облегченных корпусов электросоединителей из медного провода, имеющего лаковое покрытие и диаметр (1÷2) мм.

Витой индуктор для магнитно-импульсной обработки облегченных корпусов электросоединителей, имеющий спираль рабочей обмотки с изоляцией, отличающийся тем, что спираль рабочей обмотки выполнена из медного провода диаметром 1-2 мм с лаковым покрытием.