Індекс рубрикатора НБУВ: К571-1

Рубрики:

Магнітноімпульсна обробка металів

Шифр НБУВ: Ж69973 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Увагу приділено визначенню форми, параметрів і способів одержання імпульсів зовнішнього магнітного поля, що забезпечують розширення металевої циліндричної трубчастої заготівки за допомогою зовнішнього індуктора. Одержано аналітичні розв'язки задач проникнення "зрізаних" імпульсів зовнішнього магнітного поля в тонкостінну циліндричну металеву заготівку, за допомогою яких здійснено критеріальний аналіз впливу форми імпульсу на електродинамічні зусилля, що діють на заготівку. Експериментально досліджено імовірність появи "зрізаних" імпульсів у розрядному колі магнітно-імпульсної устатковини з керованим вакуумним розрядником. Достовірність одержаних теоретичних і практичних результатів підтверджено експериментами на низьковольтному генераторі імпульсних струмів і виконаними технологічними операціями на основі магнітно-імпульсного розширення циліндричних заготівок за допомогою зовнішнього індуктора. Розроблено практичні рекомендації з визначення параметрів магнітно-імпульсної устатковини з керованим вакуумним розрядником для одержання "зрізаних" імпульсів розрядного струму та виконання технологічних операцій, основаних на розширенні тонкостінних металевих заготівок зовнішнім індуктором.

Мета роботи - експериментальна перевірка існування зони параметрів ємнісного нагромаджувача енергії магнітно-імпульсної устатковини з керованим вакуумним розрядником, в котрій з високою імовірністю відбувається "зріз" імпульсів розрядного струму та розширення циліндричних тонких трубчастих заготівок за допомогою зовнішнього індуктора. Методика. Використано високовольтну магнітно-імпульсну устатковину НТУ "ХПі" з керованим вакуумним розрядником та багатовитковий індуктор, усередині котрого було розміщено діелектричну матрицю і заготівку з алюмінієвого стопу. Змінювали ємність та зарядну напругу нагромаджувача енергії. імпульси розрядного струму вимірювали за допомогою поясу Роговського та реєстрували осцилографом. Результати. Магнітно-імпульсним розширенням циліндричних заготівок за допомогою зовнішнього індуктора отримано деталі складної форми та здійснено зняття металевої деталі, що була напресована на діелектричний стрижень. Наукова новизна. Показано, що частоту імпульсу, що "зрізається", при котрій амплітуда від'ємного тиску магнітного поля наближається до максимальної, а також зарядну напругу необхідно узгоджувати з параметрами ємнісного нагромаджувача енергії, при яких з високою імовірністю відбувається "зріз" імпульсу. Практичне значення. Результати та рекомендації, що отримано, можуть бути використано у магнітно-імпульсних технологіях на устатковинах з керованими вакуумними розрядниками.

Використання магнітного поля як основної сили впливу призводить до значної економії енергоресурсів. Значний інтерес викликає можливість розширення переліку технологічних впливів на робочі поверхні деталей машин, поряд із поверхневим пластичним деформуванням та термообробкою. Однією з основних проблем є підвищення зносостійкості пластин ріжучого інструменту, підвищення довговічності елементів механічних деталей і конструкцій. Магнітно-імпульсна обробка металів є ефективним методом, тому він дуже популярний серед сучасних виробників; це підвищує такі показники, як стійкість, міцність та корозійна стійкість. На основі проведеного аналізу було виявлено, що треба дослідити вплив наноамплітудних коливань сталевих зразків у постійному та однорідному сильному магнітному полі на деякі їх фізико-механічні характеристики. Завдання - виявити нові можливості для обробки матеріалів у сильному магнітному полі. Розглянуто різні технологічнісхеми, в яких застосовується широкосмугове збудження зразків за допомогою п'єзоелектричних збудників, що перетворюють електричний сигнал постійної амплітуди в діапазоні від 20 Гц до 20 кГц у вигляді "білого шуму" резонансний спектр власних механічних коливань зразків. Результати таких впливів на зразки в лабораторних умовах підтверджуються стандартними випробуваннями на твердість зразків, їх хімічний склад та металографію. Для зразків з евтектоїдної сталі з вмістом вуглецю 0,8 % магнітно-резонансна обробка зразків джерелом електричного сигналу потужністю всього 3 Вт протягом 50 хвилин дозволила домогтися зміни твердості Брінеллю до 35 %. Збільшення амплітуди коливань п'єзорезонатора приводить до збільшення твердості матеріалу.

Розроблено новий розрахунковий метод оцінювання впливу електромагнітних полів (ЕМП) на пружно-пластичне деформування складених тіл з урахуванням зв'язаності механічних, електромагнітних та теплових полів, та застосуванню цього методу для дослідження деформування обладнання технологічних приладів, які знаходяться під дією імпульсного ЕМП. Представлено загальну постановку проблеми створення розрахункового методу оцінювання дії ЕМП на деформування систем електропровідних тіл. Розглянуто загальні балансові співвідношення, які зв'язують основні характеристики ЕМП, теплового поля та напружено-деформованого стану (НДС), і надають змогу сформулювати визначальні рівняння. Сформульовано повну систему диференціальних рівнянь початково-крайової задачі пружно-пластичного деформування систем електропровідних тіл під час дії ЕМП та наявності теплового поля. Чисельна реалізація методу спирається на метод скінченних елементів (МСЕ). Явище контактної взаємодії запропоновано враховувати шляхом введення спеціального контактного шару, властивості якого обираються так, щоб коректно моделювати реальні умови взаємодії. Запропоновано та обґрунтовано загальний підхід до визначення характеристик ЕМП та НДС у технологічних системах магнітно-імпульсної обробки матеріалів (МІОМ), згідно до якого передбачається використання запропонованого розрахункового методу для розрахункової схеми, яка має містити індуктор та заготовку. Проведені розрахунки ЕМП та НДС обладнання технологічних систем МІОМ, за результатами яких визначені раціональні експлуатаційні та конструкційні параметри технологічних операцій.

Проведено аналіз електромагнітних процесів, що протікають в індукторній системі з біфілярною котушкою, а також чисельні оцінки характеристик збуджених струмів в умовах високої інтенсивності діючих полів. Задля вивчення електромагнітних процесів в тонкостінних обмотках біфіляра, на відміну від їхніх масивних реалізацій, застосовується строгий математичний підхід із застосуванням методів теорії електромагнітного поля. Чисельні оцінки проведено за допомогою отриманих аналітичних залежностей. Показано, що амплітуда струму, індукованого в біфілярній обмотці експериментальної моделі розглянутої індукторної системи, у відношенні до струму збудження не перевищує 10 - 15 %, що значно менше можливого максимуму 50 %. Відзначено, що радіальний розподіл індукованого струму у біфілярній обмотці, на відміну від рівномірного розподілу струму збудження в індукторі, має зростаючий характер від внутрішнього до зовнішнього радіусу біфілярної обмотки. Отримані результати дають змогу оцінити рівень ефективності щодо вибору конструктивних рішень для нових елементів обладнання в магнітно-імпульсній обробці металів.

Індекс рубрикатора НБУВ: К641.8-5 + К571-5

Рубрики:

Обробка зварних виробів

Магнітноімпульсна обробка металів

Шифр НБУВ: Ж14164 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Акустичні пристрої для визначення модуля пружності засновані на вимірі резонансної частоти коливань зразків у результаті впливу на зразок акустичних хвиль із послідовною зміною їх частот. Мета роботи - розробка алгоритму підвищення твердості матеріалів за рахунок магніторезонансної обробки. Показано можливість використання як рівномірного потоку для впливу на обсяг матеріалу магнітного поля, утвореного потужними постійними магнітами. Процес впливу на обсяг матеріалу експериментальних зразків полягав в тому, що вплив рівномірного магнітного потоку, що пронизує зразок, ініціюється в результаті резонансних коливань зразка, викликаних широкосмуговим впливом рівної амплітуди за допомогою генератора "білого шуму" та пьєзовипромінювача. Обробка зразків матеріалв, вміщених у рівномірне магнітне поле, резонансними полічастотними вібраціями з нанорозмірної амплітудою в межах 20 - 80 нм, надає можливість змінювати показники в'язкості матеріалу, модуля пружності матеріалу та твердості зразків матеріалу в бік поліпшення експлуатаційних властивостей виробів із цих матеріалів. Нанорозмірні амплітуди власних коливань об'єктів складної форми в енергетичних полях, до яких можна віднести рівномірні магнітні поля, можуть виконувати корекцію фізико-механічних властивостей матеріалів таких об'єктів із метою досягнення їх ідентичності або додання строго заданих властивостей.

Вперше запропонована пласка індукторна система, де багатовитковий соленоїдіндуктор розміщено між гілками масивної біфілярної котушки, в обмотках якої індукується потужний струмовий імпульс за умов мінімального впливу його поля на електромагнітні процеси в соленоїді-індукторі. Мінімальний вплив імпульсу пояснюється тим, що струми, індуковані в обмотках біфіляра, є рівними і односпрямованими.

С практической точки зрения представляют интерес исследования систем, в которых бифилярные катушки размещаются либо внутри, либо поверх цилиндрических соленоидов в схемах оборудования для магнитно-импульсной обработки металлов. Цель работы - проведение расчёта и анализа характеристик электромагнитных процессов в цилиндрической индукторной системе с внутренним коаксиальным соленоидом, обмотка которого выполнена в виде бифиляра так, что токи в каждой из его жил направлены в противоположные стороны. Получены аналитические зависимости для напряжённостей и магнитных потоков возбуждаемых электромагнитных полей в цилиндрической индукторной системе с внутренним коаксиальным соленоидом, обмотка которого выполнена в виде бифиляра. Показано, что интегральный магнитный поток во внутренней полости рассматриваемой системы и индуктивность всей системы в целом равны нулю. Научная новизна проведенных исследований состоит в том, что в нём впервые изложены результаты расчёта и анализа пространственного распределения магнитных потоков, возбуждаемого в цилиндрической индукторной системе с внутренним коаксиальным соленоидом, обмотка которого выполнена в виде бифиляра так, что токи в каждой из его жил направлены в противоположные стороны. Полученные результаты можно использовать для выбора рабочих конструкторских решений для соответствующих элементов новых схем оборудования магнитно-импульсной обработки металлов. Весьма перспективным в направлении проведенных исследований видится расчёт и анализ электромагнитных процессов в индукторных системах, где бифилярные катушки размещают поверх цилиндрических соленоидов, что является весьма интересным для формирования новых схем оборудования для магнитно-импульсной обработки металлов.

Представлено метод аналізу електромагнітних процесів в індукторі з Ш-подібним феромагнітним осердям. індуктор призначений для безконтактного збудження в металевій стрічці імпульсів магнітного поля і струмів високої густини для магнітно-імпульсної обробки площинного прокату металів. Збудження імпульсів струму в обмотці індуктора відбувається шляхом комутації електричного кола, що включає ємність, індуктивність індуктора, активний опір з'єднуючих проводів і витків індуктора та керований вентиль. Електричні параметри індуктора визначаються методом комп'ютерного моделювання в квазістаціонарному режимі в тривимірній постановці з використанням методу скінченних елементів для низки заданих значень сили струму. Встановлено аналітичні залежності параметрів розрядного кола - статичної та динамічної індуктивностей, а також активного опору, що вноситься, від потокозчеплення. За знайденими електричними параметрами із розв'язку нелінійного диференціального рівняння кола визначається нестаціонарний струм індуктора, що дає змогу розв'язати нестаціонарну електромагнітну задачу розподілу магнітних полів і струмів у металі.

Вперше запропонована пласка індукторна система, де багатовитковий соленоїдіндуктор розміщено між гілками масивної біфілярної котушки, в обмотках якої індукується потужний струмовий імпульс за умов мінімального впливу його поля на електромагнітні процеси в соленоїді-індукторі. Мінімальний вплив імпульсу пояснюється тим, що струми, індуковані в обмотках біфіляра, є рівними і односпрямованими.

Обоснована эффективность систем индукционного нагрева индукторами с ферромагнитными сердечниками, а также инструментов магнитно-импульсного воздействия с "прямым пропусканием тока" через объект обработки. Получены аналитические выражения и численные оценки электромагнитных процессов в описанных системах. Приведены практические результаты экспериментальных исследований.

Исследовано влияние частот действующих полей на распределение индуцированных токов в экране и в листовой заготовке. Показано, что практическое значение для проектирования индукторных систем с притягивающим экраном имеет вид фазовых и радиальных зависимостей индуцированных токов. Возбуждаемые силы магнитно-импульсного притяжения в ИСПЭ могут быть оценены с помощью коэффициентов трансформации.

Изложены теоретические основы управляемого магнитного поля и возможности практического применения достижений прикладного магнетизма в науке, технике и разных сферах деятельности человека. Показаны возможности использования автоматизированных систем магнитной обработки деталей механизмов, а также средств крепежа на транспорте и флоте. Описаны действующие технологии и установки для ряда отраслей промышленности. Изложены новые и перспективные системы программного использования управляемого прикладного магнетизма для повышения ресурса и надежности рабочих органов и механизмов транспорта. Впервые предложены алгоритм и способ расчета магнитного потока, необходимого для упрочнения разъемных деталей, крепежных узлов из ферромагнитных материалов. Предложены новые программы магнитно-импульсной обработки для работы автоматизированных установок как средства практического снижения механического, электро-, коррозионного и аэрокавитационного разрушения рабочих элементов крепежных соединений.

Рассмотрены вопросы экономической эффективности интеллектуальной системы управления МИО основанной на генетических алгоритмах и нечетких нейронных сетях. Произведенные экономические расчеты показателей затрат на процесс МИО с применением системы управления показали снижение трудоемкости процесса на 20 - 30 %, энергетических затрат на 15 - 25 % и времени на обработку 10 - 25 %.

Обоснована дееспособность индукторной системы с притягивающим екраном, а также с плоским и протяженным круговым соленоидом, принцип действия которых основан на взаимодействии индуцированных токов в экране инструмента и заготовке (закон Ампера). Исследованы аналитические выражения для вычисления индуцированных токов и развиваемых усилий. Проведены численные оценки токов и сил в предлагаемых конструкциях инструментов. Рассмотрены практические результаты магнитно-импульсной рихтовки индукторными системами с притягивающим экраном. Даны рекомендации по возможному алгоритму внешней рихтовки вмятин на поверхности автомобильных кузовов.

Изучены теоретическое и практическое применение достижений прикладного магнетизма в науке, технике и сфере деятельности человека. Показаны возможности использования автоматизированных систем магнитной обработки изделий сложного состава, и переменной кривизны поверхности. Описаны действующие технологии и установки для ряда отраслей промышленности. Изложены новые и перспективные системы программного использования управляемого прикладного магнетизма для повышения стойкости гребных винтов привода судна, также деталей машин с криволинейным профилем поверхности. Впервые предложен алгоритм и способ расчета магнитного потока, необходимого для упрочнения деталей машин с криволинейной поверхностью из стальных сплавов и парамагнитных материалов. Разработаны программы магнитной обработки изделий для работы автоматизированных установок как средства практического снижения механического, коррозионного и кавитационного разрушения гребных винтов и повышения ресурса транспортных средств.

Рассмотрены основные достижения передовых технологий с использованием энергии импульсных магнитных полей. Описаны известные традиционные подходы, основанные на скин-эффекта в электродинамике и которые были успешно реализованы. Представлены новые предложения, основанные на результатах развития нового научного направления в области магнитно-импульсной обработки тонкостенных листовых металлов, когда проникновение действующих полей весьма существенно. Первое из этих предложений связано с оттиском рисунка печатных плат на медной фольге толщиной около ~50 мкм. Эта операция реализуется силами магнитного давления непосредственно. Второе предложение заключается в использовании магнитного импульсного притяжения для внешнего удаления вмятин в кузове автомобиля. Эта операция не требует демонтажа элементной базы и позволяет сохранить краску покрытий.

Описана теория и технология магнитной обработки инструмента, деталей машин, механизмов и рабочих органов основного оборудования индустриальных предприятий. Изложены режимы и автоматизированные установки с компьютерной программой магнитно-импульсного упрощения изделий машиностроения, траспорта и флота, горной промышленности.